JP2013183460A - 飛行時間センサのための回路構成及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元（３Ｄ）画像形成が可能な画像センサにおいて、光の複数の蓄積中に、漏れ電流が格納した電荷を排出し、不十分な信号対ノイズ比を残すことがある。
【解決手段】装置が、フォトダイオードと、第１及び第２の格納トランジスタと、第１及び第２の転送トランジスタと、第１及び第２の出力トランジスタとを含む。第１の転送トランジスタは、複数の蓄積期間にわたって格納するために、画像電荷の第１の部分をフォトダイオードから第１の格納トランジスタに選択的に転送する。第１の出力トランジスタは、画像電荷の第１の部分の第１の和を読み出しノードに選択的に転送する。第２の転送トランジスタは、複数の蓄積期間にわたって格納するために、画像電荷の第２の部分をフォトダイオードから第２の格納トランジスタに選択的に転送する。第２の出力トランジスタは、画像電荷の第２の部分の第２の和を読み出しノードに選択的に転送する。
【選択図】図６

Description

本発明は、一般的に、センサに関し、具体的には、これに限定されるものではないが、三次元画像形成が可能な画像センサに関する。

三次元（３Ｄ）画像形成が可能な画像センサへの関心は、画像形成、映画、ゲーム、コンピュータ、ユーザ・インターフェースのような用途において３Ｄアプリケーションの人気が高まるにつれて増大している。３Ｄ画像を作成するための典型的な受動的方法は、複数のカメラを使用して、ステレオ画像又は複数の画像をキャプチャすることである。ステレオ画像を用いて、画像内の対象（ｏｂｊｅｃｔ）を三角形に分けて３Ｄ画像を作成することができる。この三角形分割技術の１つの不利な点は、三次元画像を作成するために、各カメラの間に最小分離距離（理想的には、人間の目の分離に近い）がなければならないため、小型装置を用いて３Ｄ画像を作成するのが困難なことである。さらに、この技術は複雑であり、従って、リアルタイムで３Ｄ画像を作成するためにかなりのコンピュータ処理能力を必要とする。

リアルタイムでの３Ｄ画像の取得を必要とするアプリケーションの場合、光学的な飛行時間（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）の測定に基づく能動的な深度画像形成システムが用いられることもある。これらの飛行時間システムは、典型的には、光を対象に向ける光源と、対象から反射光を検知するセンサと、光が対象との間を往復するのに必要な往復時間に基づいて対象までの距離を計算する処理ユニットを用いる。典型的な飛行時間センサにおいて、光検知領域から検出ノードまでの伝達効率が高いため、フォトダイオードが用いられることが多い。幾つかの周知の飛行時間センサは、対象から反射光（低強度でかつ短時間の光であることが多い）から許容可能な信号レベルを収集するために、より大きいピクセル・サイズを必要とする。幾つかの周知の飛行センサは、光源からの光の複数の蓄積により電荷を蓄積及び格納し、高い信号レベルを達成する。しかしながら、光の複数の蓄積中に、漏れ電流が格納した電荷を排出し、不十分な信号対ノイズ比を残すことがある。

特に断りのない限り、種々の図の全体を通して同様の参照番号が同様の部品を指す、以下の図面を参照しながら、本発明の限定されない非網羅的な実施形態を説明する。

本発明の教示による、飛行時間検出システムの１つの例を示すブロック図である。 本発明の教示による、例示的な飛行時間画像形成システムにおける、反射光パルスの受信に関連する、光源から放射された光パルスの例を示すタイミング図である。 本発明の教示による、飛行時間ピクセル回路の１つの例を示す概略図である。 本発明の教示による、飛行時間ピクセルの動作中に格納トランジスタのゲートに印加された負のゲート電圧を示す線グラフである。 本発明の教示による、飛行時間ピクセルの動作中の、格納トランジスタのゲートの下方の正孔蓄積を示す線グラフである。 本発明の教示による、例示的な飛行時間画像形成システムにおける、第１及び第２のトランジスタの切り換えに関連する放射光のパルス及び反射光のパルスの例を示すタイミング図である。 本発明の教示による、例示的な飛行時間画像形成システムにおける、第１及び第２のトランジスタの切り換えに関連する放射光のパルス及び反射光のパルスの別の例を示すタイミング図である。 本発明の教示による、飛行時間ピクセルの例示的な動作を示すタイミング図である。 本発明の教示による、ピクセルを用いて飛行時間を求めるための例示的なプロセスを示す流れ図である。 本発明の教示による、対応する読み出し回路、制御回路及び機能論理をもつ飛行時間ピクセル・アレイを含む飛行時間検出システムの例の一部を示すブロック図である。

３Ｄ飛行時間センサを用いて飛行時間及び深度情報を取得するための方法及び装置が開示される。以下の説明において、実施形態の完全な理解を与えるために、多くの特定の詳細が述べられる。しかしながら、当業者であれば、本明細書に記載される技術は、特定の詳細の１つ又はそれ以上がなくても、又は他の方法、構成部品、材料等を用いて実施できることを理解するであろう。他の例において、特定の態様を不明瞭にしないために、周知の構造、材料、又は動作は示されないか、又は詳細に説明されない。

本明細書の全体にわたる「１つの実施形態」又は「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性を、本発明の少なくとも１つの実施形態内に含ませることを意味する。従って、本明細書の種々の部分に現れる「１つの実施形態において」又は「実施形態において」という句は、必ずしも全てが同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態において、いずれかの適切な方法で組み合わせることができる。

本明細書の全体にわたって、幾つかの当技術分野の用語が用いられる。これら用語は、本明細書で特に定めのない限り、又はそれらの使用の文脈により他に明らかに示唆されない限り、それらが由来する当技術分野における通常の意味をもつ。例えば、「又は（ｏｒ）」という用語は、文脈により他に明らかに定めのない限り、包含的な意味（例えば、「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」におけるように）で用いられる。

示されるように、より少ない漏れで電荷を格納することを可能にする回路設計をもつ飛行時間センサの例が開示される。より少ない漏れで電荷を格納できるようにすることにより、電荷をより長く格納し、依然として許容可能な信号対ノイズ比を達成することができる。より長い格納時間により、短時間にわたる飛行時間の画像信号を捕捉するためにより大きなピクセルを用いるのではなく、より小さいピクセルが、より長時間にわたって飛行時間の画像信号を捕捉することを可能にすることができる。

例えば、図１Ａは、本発明の教示による、飛行時間検出システム１００の１つの例を示すブロック図である。示されるように、飛行時間検出システム１００は、図１Ａに放射光１０５として示される変調パルスを放射する光源１０３を含む。示されるように、放射光１０５は対象１０７に向けられる。一例において、放射光は、赤外（ＩＲ）光の光パルスを含む。他の例において、放射光１０５は、本発明の教示による、例えば可視光、近赤外線のような、赤外線以外の波長を有し得ることが理解される。次いで、放射光１０５は、対象１０７から後方反射し、これが図１Ａに後方反射光１０９として示される。示されるように、反射光１０９は、レンズ１１１を通して対象１０７から方向付けられ、次いで飛行時間ピクセル・アレイ１１３に合焦される。一例においては、飛行時間ピクセル・アレイ１１３は、二次元アレイで配置された複数の飛行時間ピクセルを含む。説明されるように、一例において、同期信号１１５が制御回路１２１により生成され、光源１０３に送信され、放射光１０５の光パルスを、本発明の教示による、飛行時間ピクセル・アレイ１１３内の複数のピクセルを制御する対応する変調信号と同期させる。同期信号１１５は、光源１０３に既知の所定時間にわたって光パルスを放射するように光源１０３に指示するクロック信号とすることができる。一例において、同期信号１１５は、光源１０３により放射される光パルスの持続時間を含む。

図１Ａに示す例において、飛行時間ピクセル・アレイ１１３は、レンズ１１１から焦点距離ｆｌｅｎｓところに配置される。例に示すように、光源１０３及びレンズ１１１は、対象から距離Ｌのところに配置される。レンズ１１１は、飛行時間ピクセル・アレイ１１３の上に配置された複数のマイクロレンズの中の１つとすることができる。レンズ１１１は、固定視野レンズ、又はマイクロレンズ及び固定視野レンズを含む組立体とすることができる。当然のことながら、図１Ａは縮尺通りに示されていないこと、及び、一例において、焦点距離ｆｌｅｎｓはレンズ１１１と対象１０７との間の距離Ｌより実質的に短いことが理解される。従って、本開示においては、本発明の教示による飛行時間測定の目的に対して、距離Ｌ及び距離Ｌ＋焦点距離ｆｌｅｎｓは実質的に等しいことが理解される。

図１Ｂは、本発明の教示による、飛行時間画像形成システムの例における、後方反射した光のパルスの受信に関連する、光源から放射された光の例示的なパルス間のタイミング関係を示すタイミング図である。具体的には、図１Ｂは、光源１０３から対象１０７に放射された変調光パルスを表す、放射光１０５を示す。また、図１Ｂは、対象１０７から後方反射され、飛行時間ピクセル・アレイ１１３により受けられる反射光１０９も示す。一例において、光源１０３は、１０％未満のデューティ・サイクルを有する放射光１０５の光パルスを放射する。一例において、光パルスのパルス幅ＴＰＷ１４７は、２０ナノ秒から１００ナノ秒までの範囲の持続時間を有する。当然のことながら、本発明の教示に従って、放射光１０５についての他のデューティ・サイクル及びパルス幅を用いることもできることが理解される。示すように、放射光１０５及び反射光１０９の光パルスは、全て同一のパルス幅ＴＰＷ１４７を有する。

図示の例に示すように、光パルスが光源１０３から対象１０７への距離Ｌを伝わるのに必要な時間、及び、次いで反射した光パルスが対象１０７から飛行時間ピクセル・アレイ１１３への距離Ｌを伝わるのに必要な付加的な時間に起因して、放射光１０５の光パルスの放射と反射光１０９の光パルスの受け取りとの間に、遅延時間ＴＴＯＦ１１７が生じる。放射光１０５と反射光１０９との間の時間差ＴＴＯＦ１１７は、光パルスが光源１０３と対象１０７との間を往復するための飛行時間を表す。ひとたび飛行時間ＴＴＯＦ１１７が分かると、光源１０３から対象１０７への距離Ｌは、以下の式（１）及び（２）の関係を用いて求めることができる。

ここで、ｃは、およそ３×１０８ｍ／秒に等しい光速であり、ＴＴＯＦは、図１Ａに示されるように、光パルスが対象との間を往復するのに必要な時間である。

図２は、本発明の教示による、飛行時間ピクセル回路の１つの例を示す概略図である。飛行時間ピクセル回路は、図１Ａに示す例示的な飛行時間ピクセル・アレイ１１３内に含まれる複数のピクセルの１つに実装できることが理解される。図２の例に示すように、飛行時間ピクセル回路２００は、フォトダイオード２０５に入射する光に応じて電荷を蓄積する、フォトダイオード２０５を含む。一例において、図１Ａ及び図１Ｂに関して上述したように、フォトダイオード２０５に入射する光は、反射光１０９を含む。周辺光２０８もフォトダイオード２０５に入射することができる。フィルタを用いて、フォトダイオード２０５に到達する光を制御することができる。較正プロセス（図４Ｂに関連して後述する）を用いて、周辺光２０８によって生成されるフォトダイオード２０５からの画像信号と、反射光１０９により生成されるフォトダイオード２０５からの画像信号との間の差を計算することができる。

図２に示される飛行時間ピクセル回路２００は、転送トランジスタ２２５（制御信号ＴＸ１により制御される）と出力トランジスタ２４５（制御信号ＯＸ１により制御される）との間に結合された格納トランジスタ２３５（制御信号ＳＧ１により制御される）を含む。転送トランジスタ２２５は、フォトダイオード２０５に結合され、出力トランジスタ２４５は、読み出しノード２４０に結合される。示される飛行時間ピクセル回路２００は、転送トランジスタ２２９（制御信号ＴＸ２により制御される）と出力トランジスタ２４９（制御信号ＯＸ２により制御される）との間に結合された格納トランジスタ２３９（制御信号ＳＧ２により制御される）も含む。転送トランジスタは、フォトダイオード２０５に結合され、出力トランジスタ２４９は、読み出しノード２４０に結合される。格納トランジスタ２３５及び２３９は、埋め込みチャンネル又は表面チャンネルを有することができる。示される飛行時間ピクセル回路２００は、リセット・トランジスタ２５５、増幅器トランジスタ２６０及び選択トランジスタ２６５も含む。

示される例において、リセット・トランジスタ２５５は、電圧源ＶＤＤ２５７に結合される。フォトダイオード２０５は、転送トランジスタ２２５、格納トランジスタ２３５及び出力トランジスタ２４５を同時に作動させながら、リセット・トランジスタ２５５を選択的に作動させる（オンにする）ことにより、リセットすることができる。一例において、フォトダイオード２０５は、転送トランジスタ２２９、格納トランジスタ２３９及び出力トランジスタ２４９を同時に作動させながら、リセット・トランジスタ２５５を選択的に作動させることにより、リセットすることができる。制御回路１２１等のコントローラを用いて、飛行時間ピクセル回路２００のトランジスタを制御することができる。フォトダイオード２０５をリセットした後、複数の蓄積期間にわたって画像電荷を格納するために、格納トランジスタ２３５及び２３９を初期化することができる。一例において、制御回路１２１は、格納トランジスタを作動させる前に、格納トランジスタ２３５及び２３９のゲートに印加される負電圧を生成することができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の教示による、飛行時間ピクセルの動作中に、格納トランジスタのゲートに印加された負のゲート電圧及びゲートの下方に蓄積された対応する正孔を示す線グラフである。一例において、制御回路１２１は、負のバイアス（例えば負のバイアス３０５）をもつ制御信号を格納トランジスタ（例えば、格納トランジスタ２３５及び２３９）に送信する。制御信号は、格納トランジスタの閾値電圧（例えば、ＳＧ閾値電圧３０７）よりも０．５Ｖより多く低くすることができる。一例において、制御信号は−１．２Ｖの電圧を有する。負電圧で格納トランジスタのゲートに予めバイアスをかけることにより、格納トランジスタの下にある基板における表面準位に正孔が「蓄積」される（図３Ｂを参照されたい）。正に帯電した蓄積された正孔は、表面準位から電子を物理的にはじき、これにより表面準位との電子の相互作用を最小にすることができる。その結果、表面準位からの漏れ電流が減少し、それにより、格納トランジスタ内からの蓄積された画像電荷を排出する漏れ電流を減らす。このことは、格納ゲートが長期間（例えば、複数の蓄積期間）にわたって電荷を蓄積することを可能にし、信号対ノイズ比を改善することを可能にする。

負電圧で格納トランジスタに予めバイアスをかける間、格納トランジスタは、ソース及びドレインに結合されたトランジスタから隔離することを必要とし得る。制御回路１２１を使用して、隣接するトランジスタを動作停止し（オフにし）隔離を実現することができる。例えば、制御回路１２１は、格納トランジスタ２３５に予めバイアスをかけながら、転送トランジスタ２２５及び出力トランジスタ２４５を作動停止することができる。同様に、制御回路１２１は、格納トランジスタ２３９に予めバイアスをかけながら、転送トランジスタ２２９及び出力トランジスタ２４９を作動停止することができる。

図４Ａ及び図４Ｂは、上記の図１及び図２における飛行時間画像形成システム及び飛行時間ピクセル回路と関連して画像電荷を取得する飛行時間ピクセル回路２００の動作を説明するのを助けるために使用できる例示的なタイミング図である。具体的には、図４Ａは、本発明の教示による例示的な飛行時間画像形成システムにおける、変調信号ＴＸ１ ４２５及びＴＸ２ ４２９の切り換えに関連する、放射光４０５の変調パルス及び反射光４０９の対応するパルスの例を示すタイミング図である。

図４Ａは、毎回、放射光４０５からの光パルスが対象１０７で反射して反射光４０９となり、画像電荷をフォトダイオード２０５内に蓄積できることを示す。示される例において、放射光４０５は変調周波数を有し、１０％未満のデューティ・サイクルを有することができる。例に示されるように、反射光４０９は、放射光４０５の同じ変調周波数、並びに同じデューティ・サイクル及びパルス幅ＴＰＷ４４７を有する。放射光４０５のパルス幅ＴＰＷ４４７のオン時間は、２０ナノ秒から１００ナノ秒までの範囲とすることができる。光パルスが対象１０７との間を往復する飛行時間に起因して、反射光４０９の光パルスは、飛行時間ＴＴＯＦ４１７の後に飛行時間ピクセル・アレイ１１３のピクセルにより受け取られる。

単一の光パルスからフォトダイオード２０５内に蓄積された画像電荷は、Ｑ１ ４４９及びＱ２ ４５１の和である。Ｑ１ ４４９は、転送トランジスタ２２５が作動される期間中にフォトダイオード２０５により蓄積され、Ｑ２ ４５１は、転送トランジスタ２２９が作動している期間中にフォトダイオード２０５により蓄積される。転送トランジスタ２２５が制御回路１２１により作動されると、転送トランジスタ２２５は、Ｑ１ ４４９（フォトダイオード２０５により蓄積された画像電荷の時間的に最初の部分）を選択的に格納トランジスタ２３５に転送する。第１の変調信号ＴＸ１ ４２５は、放射光４０５を構成する光パルスが光源１０３から放射されるのと同時に、及び、同じ期間（ＴＰＷ４４７）、転送トランジスタ２２５を作動させる。従って、第１の変調信号ＴＸ１ ４２５は、放射光４０５と「同相」であると言うことができる。

転送トランジスタ２２９は、転送トランジスタ２２９が制御回路１２１により作動されると、Ｑ２ ４５１（フォトダイオード２０５により蓄積された画像電荷の時間的に２番目の部分）を選択的に格納トランジスタ２３５に転送する。図４Ａに示すように、第２の変調信号ＴＸ２ ４２９は、転送トランジスタ２２５が作動停止した直後に転送トランジスタ２２９を作動させ（第１の変調信号ＴＸ１ ４２５に対応して）。転送トランジスタ２２９は、放射光４０５を構成する光パルスと同じ期間（ＴＰＷ４４７）、及び、転送トランジスタ２２５が作動されるのと同じ期間（ＴＰＷ４４７）作動されることが理解される。第２の変調信号ＴＸ２ ４２９及び放射光４０５との間の関係が与えられた場合、第２の変調信号ＴＸ２ ４２９は、放射光４０５と「位相外れ」であると言うことができる。第２の変調信号ＴＸ２ ４２９の各パルスは、第１の変調信号ＴＸ１ ４２５の各パルスの直後に生じ、これとは重複しない。従って、図４Ａに示すように、本発明の教示によると、反射光４０９の各オン時間パルスは、第１の変調信号ＴＸ１ ４２５の各パルスの終了部分の直後、及び、第２の変調信号ＴＸ２ ４２９の各パルスの開始部分の間に、フォトダイオード２０５により受け取られる。

上述のように、転送トランジスタ２２５は第１の変調信号ＴＸ１ ４２５に応答して切り換えられ、転送トランジスタ２２９は第２の変調信号ＴＸ２ ４２９に応答して切り換えられる。従って、第１の変調信号ＴＸ１ ４２５の各オン時間パルスの間、フォトダイオード２０５内に蓄積された光発生電荷は、格納トランジスタ２３５に転送される。例において、第１の変調信号ＴＸ１ ４２５に応答してフォトダイオード２０５から格納トランジスタ２３５に転送される光発生電荷は、図４ＡにＱ１ ４４９として表される。同様に、第２の変調信号ＴＸ２ ４２９の各オン時間パルスの間、フォトダイオード２０５内に蓄積された光発生電荷は、格納トランジスタ２３９に転送される。例において、第２の変調信号ＴＸ２ ４２９に応答してフォトダイオード２０５から格納トランジスタ２３９に転送された光発生電荷は、図４ＡにＱ２ ４５１と表される。

一例において、光源１０３から放射された光が対象１０７との間で往復するのに必要な飛行時間ＴＴＯＦ４１７は、以下の式（３）における次の関係に従って求めることができる。

ここで、ＴＴＯＦは飛行時間ＴＴＯＦ４１７を表し、ＴＰＷはパルス幅ＴＰＷ４４７を表し、ΣＱ２は格納トランジスタ２３９内に蓄積された電荷Ｑ２の総量を表し、Σ（Ｑ１＋Ｑ２）は、格納トランジスタ２３５及び２３９内に蓄積された電荷の総量の和を表す。ひとたび飛行時間ＴＴＯＦ４１７が決定されると、ＴＴＯＦの結果を、本発明の教示により距離Ｌを求めるために、上記に要約した式（２）に代入することができる。

図４Ｂは、本発明の教示による例示的な飛行時間画像形成システムにおいて、転送トランジスタ２２５及び２２９の切り換えに関連する、放射光のパルス及び反射光のパルスの別の例を示すタイミング図である。図４Ｂは図４Ａに類似するが、図４Ｂのｘ軸に沿った時間尺度は、図４Ａの時間尺度よりも低解像度のものであることが理解される。従って、図４Ｂは、反射光４０９の複数のサイクルにわたって、電荷が格納トランジスタ２３５及び２３９内に蓄積できる例を示す。図４Ｂに示す例において、電荷情報は、ＲＯ ４５７で示される時間において光源がオン４５３である期間中、飛行時間ピクセル回路２００から読み出される。ＲＯ ４５７の間の時間は、フレーム時間である。各フレームは、ミリ秒単位とすることができる。１フレームの間、光源１０３により放射される数十万もの光パルスに対応して、数十万の統合／蓄積期間が生じ得る。従って、ＲＯ ４５７は、複数（例えば、数十万）の反射光のパルスがフォトダイオード２０５を照射した後に発生し、かつ、電荷Ｑ１ ４４９及びＱ２ ４５１は、それぞれ、格納トランジスタ２３５及び２３９に複数回転送することができる。その際に、電荷は、複数のサイクルにわたって格納トランジスタ２３５及び２３９内に蓄積することができ、これにより、２０ナノ秒から１００ナノ秒までの範囲の非常に短い照射パルスに起因して、パルス幅ＴＰＷ４４７が非常に小さいため、単一の光パルスのみに基づいた飛行時間の計算と比較して、改善した信号ノイズ比をもたらすことができる。

図４Ｂは、背景信号測定４５９を行うことを可能にするように、１又はそれ以上の期間、光源１０３がオフ４５５である例も示す。この例において、格納トランジスタ２３５及び２３９からの背景信号は、フォトダイオード２０５が反射光４０９に照射されていないときに、定期的に測定される。示されるように、この測定は、光のオフ４５５期間の終わりに行うことができる。一例において、測定は、周辺光及び／又はピクセルの暗電流を表し、飛行時間の計算にノイズを付加することがある。一例において、この背景信号測定値４５９は、較正情報として格納し、光のオン４５３期間中に行われた測定値から減算し、本発明の教示による、飛行時間ＴＴＯＦ４１７の求める際の背景ノイズを補償することができる。

図５は、本発明の教示による、飛行時間ピクセルの動作の例を示すタイミング図である。図５に示すように、格納トランジスタ２３５のゲートを制御する制御信号（ＳＧ１）は、転送トランジスタ２２５が第１のＱ１ ４４９を格納トランジスタ２３５に転送する前に、第１の負電圧５０１に追いやられる。図５は、第１の変調信号ＴＸ１ ４２５のタイミングに対応する格納トランジスタ２３５内に格納された蓄積画像電荷の視覚的表現を与える「ＳＧ１内のΣＱ１ ５１１」と表記されたミニチャートを示す。ミニチャート５１１は、第１の負電圧５０１で格納トランジスタ２３５に予めバイアスがかけられた場合、格納された画像電荷は無視できる（又は、全くない）ことを示す。また図５に示されるように、格納トランジスタ２３９のゲートを制御する制御信号（ＳＧ２）は、転送トランジスタ２２９が第２のＱ１ ４５１を格納トランジスタ２３９に転送する前に、第２の負電圧５０３に追いやられる。図５は、第２の変調信号ＴＸ２ ４２９のタイミングに対応する格納トランジスタ２３９内に格納された蓄積画像電荷の視覚的表現を与える「ＳＧ２内のΣＱ２ ５１３」と表記されたミニチャートを示す。ミニチャート５１３は、第２の負電圧５０３で格納トランジスタ２３９に予めバイアスがかけられた場合、格納された画像電荷は無視できる（又は全くない）ことを示す。負電圧５０１及び５０３の両方とも、それぞれ、格納トランジスタ２３５及び２３９の閾値電圧（ＶＴＨ５０７）より低いことが理解される。例として、負電圧５０１及び５０３は、−１．２Ｖであり、トランジスタの（ゲートに印加される）作動電圧は２．８Ｖ−３．２Ｖ前後とすることができる。

図５は、ΣＱ１及びΣＱ２を読み出すために、リセット・トランジスタ２５５、選択トランジスタ２６５、並びに出力トランジスタ２４５及び２４９をそれぞれ制御する、制御信号ＲＳＴ、ＳＥＬ、ＯＧ１及びＯＧ２の例も示す。これらの制御信号は、制御回路１２１により生成することができる。再び図２を参照すると、リセット・トランジスタ２５５は、電圧源ＶＤＤ２５７と読み出しノード２４０との間に結合される。読み出しノード２４０は、出力トランジスタ２４５及び２４９、並びに増幅器トランジスタ２６０に結合される。増幅器トランジスタ２６０は、読み出しノード２４０に結合されたゲートを有し、増幅器トランジスタ２６０のゲート端子における入力信号を増幅器トランジスタ２６０のソース端子における出力信号に増幅するソース・フォロワとして働く。増幅器トランジスタ２６０のドレイン端子は、電圧源ＶＤＤ２５７に結合することができる。選択トランジスタ２６５は、増幅器トランジスタ２６０のソース端子とビットライン２６７との間に結合される。選択トランジスタ２６５は、読み出しのために、増幅器トランジスタ２６０の出力信号をビットライン２６７に選択的に結合するように構成される。

再び図５を参照すると、格納トランジスタが画像電荷の収集を終了した後、画像電荷が読み出される。図５は、例示の目的のために、読み出しの前に３つの蓄積サイクルしか示さないが、読み出しの間に数百又は数千の蓄積サイクルがあり得ることが理解される。示される例において、読み出し（例えばＲＯ４５７）が行われると、リセット・トランジスタが（制御信号ＲＳＴを介して）初めて作動される。リセット・トランジスタが初めて作動されると、既知の電圧（例えば、電圧源ＶＤＤ２５７）が読み出しノード２４０に結合されて、読み出しノード２４０を初めて既知の電圧までプレチャージする。次いで、出力トランジスタ２４５が（制御信号ＯＧ１を介して）作動され、格納トランジスタ２３５に格納された画像電荷（ΣＱ１）を読み出しノード２４０に転送する。ミニチャート５１１は、出力トランジスタ２４５が作動される間、格納トランジスタ２３５内のΣＱ１が減少することを示す。ΣＱ１が読み出しノード２４０に流れ込むと、増幅器トランジスタ２６０のゲートにバイアスをかけ、そのことは、ΣＱ１を表す対応する増幅された電圧を増幅器トランジスタ２６０のソース端子にかける。次いで、選択トランジスタ２６５が（制御信号ＳＥＬを介して）初めて作動され、読み出しのために、増幅された電圧をＢＩＴＬＩＮＥ２６７に結合する。

示される例において、ΣＱ１の読み出し後のΣＱ２の読み出しは、ΣＱ１の読み出しと同様に機能する。リセット・トランジスタ２５５が２度目に作動されて、読み出しノード２４０を既知の電圧までプレチャージする。次いで、出力トランジスタ２４９が（制御信号ＯＧ２を介して）作動され、格納トランジスタ２３９に格納された画像電荷（ΣＱ２）を読み出しノード２４０に転送する。ミニチャート５１３は、出力トランジスタ２４９が作動される間、格納トランジスタ２３９内のΣＱ２が減少することを示す。ΣＱ２が読み出しノード２４０に流れ込むと、増幅器トランジスタ２６０のゲートにバイアスをかけ、ΣＱ２を表す対応する増幅された電圧を増幅器トランジスタ２６０のソース端子にかける。次いで、選択トランジスタ２６５が２度目に作動され、読み出しのために、増幅された電圧をビットライン２６７に結合する。

一例において、相関２重サンプリングのために、制御回路１２１は、リセット・トランジスタ２５５をリセットした後、ΣＱ１又はΣＱ２が読み出しノード２４０内に存在しない状態で、読み出しノード２４０の読み出しシーケンス（図示せず）を開始することができる。

読み出しシーケンス（図示せず）の一例において、読み出しノード２４０がリセットされ、次いでＯＧ２が作動され、ΣＱ２が読み出される。ΣＱ２が依然として読み出しノード２４０内にある状態で、ＯＧ１が作動され、それにより、ΣＱ１が読み出しノード２４０に流れ込んでΣＱ２に合流することが可能になる。次いで、ΣＱ１＋ΣＱ２が読み出しノード２４０内にある状態で、読み出しノード２４０が読み出される。ΣＱ２を最初に読み出し、ΣＱ１＋ΣＱ２を２番目に読み出すことにより、本開示の式３に従ってＴＴＯＦを計算するために必要とされる処理量を減らすことができる。当業者であれば、他の読み出しシーケンスを用いて格納トランジスタ２３５及び２３９内に格納された画像電荷を読み出すことができることを理解するであろう。

再び図２を参照すると、本例は、転送トランジスタ２６９（制御信号ＴＸ３により制御される）、格納トランジスタ２７９（制御信号ＳＧ３により制御される）、及び出力トランジスタ２８９（制御信号ＯＧ３により制御される）を含む、随意的なトランジスタ・セット２９９を示す。格納トランジスタ２７９は、転送トランジスタ２６９及び出力トランジスタ２８９との間に結合される。随意的に、示される例において、転送トランジスタ２６９はフォトダイオード２０５に結合され、出力トランジスタ２８９は読み出しノード２４０に結合される。一例において、随意的なトランジスタ・セット２９９は、放射光１０５の起こり得るエイリアシングを訂正する方法として、随意的に使用することができる。この例において、転送トランジスタ２６９を（制御信号ＴＸ３を介して）作動して、転送トランジスタ２２９が作動停止した後、及び、転送トランジスタ２２５が作動される前に画像電荷を格納トランジスタ２７９に転送することができる。随意的なトランジスタ・セット２９９を用いてオフ４５５期間中に明暗画像をキャプチャし、較正基準を与えて背景照明（例えば、周辺光２０８）を相殺し、放射光１０５の真の読み出しを達成することができる。

図６は、本発明の教示による、ピクセルを用いて飛行時間を求めるための例示的なプロセス６００を示す流れ図である。プロセス６００において、プロセス・ブロックの一部又は全てが現れる順序は、限定と考えるべきではない。むしろ、本開示の利益を得る当業者であれば、プロセス・ブロックの一部は、示されない種々の順序で又は並行してさえも実行し得ることを理解するであろう。

プロセス・ブロック６０５において、複数の蓄積期間にわたって画像電荷を格納するために、第１及び第２の格納トランジスタ（例えば、格納トランジスタ２３５及び２３９）が初期化される。初期化は、画像電荷の取得を見越して、正孔が表面準位に蓄積されるように、負電圧で格納トランジスタのゲートに予めバイアスをかけることを含む。図１−図５に関連して説明したように、表面準位における正孔は、複数の蓄積期間にわたって画像電荷を取得する間、格納ゲートから排出される漏れ電流を減らすことができる。光パルスを受け取るフォトダイオード（例えば、フォトダイオード２０５）は、プロセス・ブロック６０５の前にリセットすることができる。

プロセス・ブロック６１０において、第１の変調信号（例えばＴＸ１ ４２５）に応答して、光パルス（例えば、放射光１０５）を光源（例えば、光源１０３）から放射する。プロセス・ブロック６１５において、第１の変調信号からのパルス幅に応答して、第１の転送トランジスタ（例えば、転送トランジスタ２２５）が作動され、光パルスにより生成された画像電荷（例えばＱ１ ４４９）を第１の格納トランジスタ（例えば、格納トランジスタ２３５）に転送する。画像電荷は、光パルスからの入射光に応答して、フォトダイオード内で生成される。プロセス・ブロック６２０において、第２の変調信号（例えばＴＸ２ ４２９）からのパルス幅に応答して、第２の転送トランジスタ（例えば、転送トランジスタ２２９）が作動され、光パルスにより生成された画像電荷（例えばＱ２ ４５１）を第２の格納トランジスタ（例えば格納トランジスタ２３９）に転送する。

複数の蓄積期間が終了すると、ΣＱ１が第１の格納トランジスタ内から読み出され、ΣＱ２が第２の格納トランジスタ内から読み出される（プロセス・ブロック６２５）。プロセス・ブロック６２５は、図４ＢのＲＯ４５７に対応し得る。上述の一例において、初めにΣＱ２が読み出しノード（例えば読み出しノード２４０）に転送され、読み出される。次いで、ΣＱ１が読み出しノードに転送されて、読み出しノードがΣＱ１＋ΣＱ２を保持し、ΣＱ１＋ΣＱ２が読み出される。プロセス・ブロック６２５においてΣＱ１及びΣＱ２が読み出されない場合、プロセスは、別の蓄積期間のためにプロセス・ブロック６１０に戻る。プロセス・ブロック６２５においてΣＱ１及びΣＱ２が読み出される場合、上述のように、和の間の比を用いて光パルスの飛行時間が求められる（プロセス・ブロック６３０）。ひとたびプロセス・ブロック６３０において飛行時間が求められると、プロセスは終了するか、又はプロセス・ブロック６０５に戻って、複数の蓄積期間の後のフレームにわたって画像電荷を格納するように格納トランジスタを準備する。

図７は、本発明の教示による、例示的な飛行時間検出システム７００の一部分をより詳細に示すブロック図である。示されるように、飛行時間検出システム７００の示された例は、飛行時間ピクセル・アレイ７１３、読み出し回路７５３、機能論理７５５及び制御回路７２１を含む。飛行時間ピクセル・アレイ７１３は、図１Ａの飛行時間ピクセル・アレイ１１３に対応し、制御回路７２１は制御回路１２１に対応することが理解される。

図７に示す例において、飛行時間ピクセル・アレイ７１３は、飛行時間ピクセル（例えば、ピクセルＰ１、Ｐ２．．．Ｐｎ）の二次元（２Ｄ）アレイである。一例において、飛行時間ピクセルＰ１、Ｐ２．．．Ｐｎの各々は、図１−図６に上述したシステム又は飛行時間ピクセル回路に実質的に類似し得る。示されるように、各ピクセルは、行（例えば、行Ｒ１−Ｒｙ）及び列（例えば、列Ｃ１−Ｃｘ）に配置され、飛行時間ピクセル・アレイ７１３上に合焦された対象画像の飛行時間データを取得する。従って、次いで飛行時間データを用いて、本発明の教示による、対象までの距離又は深度情報を求めることができる。

一例において、上述したように、各ピクセルがそのΣＱ１及びΣＱ２電荷情報をそれぞれの格納トランジスタに蓄積した後、読み出し回路７５３によりΣＱ１及びΣＱ２信号が読み出され、処理のために機能論理７５５に転送される。読み出し回路７５３は、増幅回路、アナログ・デジタル変換（ＡＤＣ）回路その他を含むことができる。一例において、機能論理７５５は、各ピクセルについての飛行時間及び距離情報を判断することができる。一例において、機能論理は、飛行時間情報を格納する及び／又は飛行時間情報を操作する（例えば、クロップする、ローテートする、背景ノイズに対して調整する等）ことさえできる。一例において、読み出し回路７５３は、（図示される）列ラインの読み出し列ラインに沿って一度に画像データの１行を読み出すことができ、又はシリアル読み出し若しくは全てのピクセルの完全なパラレル読み出しのような種々の他の技術（図示せず）を用いて、画像データを同時に読み出すことができる。

示される例において、制御回路７２１は、飛行時間ピクセル・アレイ７１３に結合されて、飛行時間ピクセル・アレイ７１３の動作を制御する。例えば、制御回路７２１は、第１の変調信号ＴＸ１ ４２５及び第２の変調信号ＴＸ２ ４２９を生成して、飛行時間ピクセル・アレイ７１３の各ピクセルにおけるそれぞれの転送トランジスタ（例えば、転送トランジスタ２２５及び２２９）を制御することができる。従って、図１−図６に関して上述したように、制御回路７２１は、それぞれの光検知器からそれぞれの格納トランジスタ（例えば、格納トランジスタ２３５及び２３９）への電荷の転送を制御することができる。一例において、制御回路７２１は、同期信号７１５を用いて光パルスを対象（例えば、対象１０７）に放射する光源（例えば、光源１０３）を制御し、対象への変調した光の放射を同期し、本発明の教示による飛行時間情報を求めることができる。

上記で説明したプロセスは、コンピュータ・ソフトウェア及びハードウェアに関して説明される。記載の技術は、機械（例えば、コンピュータ）可読格納媒体内で具体化され、機械によって実行されたときに、記載された動作を機械に実行させる、有形の又は一時的でない機械実行可能命令を構成することができる。さらに、プロセスは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）その他のようなハードウェア内で具体化することができる。

有形の一時的でない機械可読格納媒体は、機械（例えば、コンピュータ、ネットワーク・デバイス、携帯情報端末、製造ツール、１つ又はそれ以上のプロセッサのセットを有する任意のデバイス等）によってアクセス可能な形で情報を提供する（例えば、格納する）あらゆる機構を含む。例えば、機械可読格納媒体は、記録可能／記録不能媒体（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュ・メモリ・デバイス等）を含む。

要約に記載される内容を含む、本発明の示される実施形態の上記の説明は、網羅的なものではなく、又は開示された厳密な形態に本発明を限定することを意図するものではない。本発明の特定の実施形態及びその例を例証として本明細書で説明してきたが、当業者であれば理解するように、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

これらの変更は、上記の詳細な説明に照らして本発明に対して行うことができる。以下の特許請求の範囲で用いられる用語は、本明細書で開示される特定の実施形態に本発明を限定することを意図するものではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲により完全に判断されるべきであり、確立された特許請求の範囲の解釈の原則に従って解釈されるべきである。

１００：飛行時間検出システム
１０３：光源
１０５、４０５：放射光
１０７：対象
１０９、４０９：反射光
１１１：レンズ
１１３：飛行時間ピクセル・アレイ
１１５：同期信号
１２１：制御回路
２００：飛行時間ピクセル回路
２０５：フォトダイオード
２０８：周辺光
２２５、２２９：転送トランジスタ
２３５、２３９：格納トランジスタ
２４０：読み出しノード
２４５、２４９：出力トランジスタ
２５５：リセット・トランジスタ
２５７：電圧源ＶＤＤ
２６０：増幅器トランジスタ
２６５：選択トランジスタ
２６７：ビットライン

Claims (27)

1. フォトダイオード上に入射することになる光源から放射された非可視光パルスの各々に応答して、蓄積期間にわたって画像電荷を蓄積するように構成されたフォトダイオードと、
   複数の蓄積期間にわたって前記画像電荷の第１の部分の第１の和を格納するように構成された第１の格納トランジスタと、
   を含み、前記蓄積期間は前記複数の蓄積期間の中の１つであり、
   前記複数の蓄積期間にわたって格納するために、前記画像電荷の前記第１の部分を前記フォトダイオードから前記第１の格納トランジスタに選択的に転送するための、前記フォトダイオードと前記第１の格納トランジスタとの間に結合された第１の転送トランジスタと、
   前記画像電荷の前記第１の部分の前記第１の和を読み出しノードに選択的に転送するための、前記第１の格納トランジスタに結合された第１の出力トランジスタと、
   前記複数の蓄積期間にわたって、前記画像電荷の第２の部分の第２の和を格納するように構成された第２の格納トランジスタと、
   前記複数の蓄積期間にわたって格納するために、前記画像電荷の前記第２の部分を前記フォトダイオードから前記第２の格納トランジスタに選択的に転送するための、前記フォトダイオードと前記第２の格納トランジスタとの間に結合された第２の転送トランジスタと、
   前記画像電荷の前記第２の部分の前記第２の和を前記読み出しノードに選択的に転送するための、前記第２の格納トランジスタに結合された第２の出力トランジスタと、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記第１の格納トランジスタの第１のゲートに第１の負電圧を印加し、前記第２の格納トランジスタの第２のゲートに第２の負電圧を印加するように構成された制御回路をさらに含み、前記第１の負電圧は、前記画像電荷の前記第１の部分が前記第１の格納トランジスタに選択的に転送される前に前記第１のゲートに印加され、前記第２の負電圧は、前記画像電荷の前記第２の部分が前記第２の格納トランジスタに選択的に転送される前に前記第２のゲートに印加されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記読み出しノード内に蓄積された電荷を選択的にリセットするための、前記読み出しノードに結合されたリセット・トランジスタをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記読み出しノード内の電荷に対応するように画像電圧を増幅するための、前記読み出しノードに結合された増幅器トランジスタと、
   前記増幅器トランジスタとビットラインとの間に結合された行選択トランジスタと、
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記画像電荷の前記第１の部分は、前記蓄積期間における第１の期間にわたって前記フォトダイオード内に生成され、前記画像電荷の前記第２の部分は、前記第１の期間の直後に続く前記蓄積期間における第２の期間にわたって前記フォトダイオード内に生成されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 前記フォトダイオードは、ピン止めフォトダイオードであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 第１のオン時間パルス幅を有する第１の変調信号を送信し、前記第１の転送トランジスタを作動させて前記画像電荷の前記第１の部分を転送するように構成された制御回路をさらに含み、前記制御回路は、前記光源から放射された非可視光パルスの各々と同期して前記第１の転送トランジスタを作動させるように構成され、前記非可視光パルスの持続時間は、前記第１の変調信号の前記第１のオン時間パルス幅と同じであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 前記制御回路は、前記第１のオン時間パルス幅の直後に続く第２のオン時間パルス幅を有しかつ前記非可視光パルスの前記持続時間をもつ第２の変調信号に応答して、前記第２の転送トランジスタを作動させ、前記画像電荷の前記第２の部分を転送するようにさらに構成され、前記光源は、前記第２の転送トランジスタが作動されるときに光を放射しないことを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 可視光画像電荷を格納するための第３の格納トランジスタと、
   前記フォトダイオードから前記第３の格納トランジスタに前記可視光画像電荷を選択的に転送するための、前記フォトダイオードと前記第３の格納トランジスタとの間に結合された第３の転送トランジスタと、
   前記読み出しノードに前記可視光画像電荷を選択的に転送するための、前記第３の格納トランジスタに結合された第３の出力トランジスタと、
   をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
10. 飛行時間（「ＴＯＦ」）画像形成システムであって、
    第１の変調信号に応答して光パルスを放射するように結合された光源と、
    行及び列に配置された画像形成ピクセルを有する画像形成ピクセルのアレイと、
    を含み、各々の画像形成ピクセルは、
    画像電荷を蓄積するためのフォトダイオードと、
    前記画像電荷の第１の部分を格納するための第１の格納トランジスタと、
    前記第１の変調信号に応答して、前記フォトダイオードから前記第１の格納トランジスタに前記画像電荷の前記第１の部分を選択的に転送するための、前記フォトダイオードと前記第１の格納トランジスタとの間に結合された第１の転送トランジスタと、
    読み出しノードに前記画像電荷の前記第１の部分を選択的に転送するための、前記第１の格納トランジスタに結合された第１の出力トランジスタと、
    前記画像電荷の第２の部分を格納するための第２の格納トランジスタと、
    前記フォトダイオードから前記第２の格納トランジスタに前記画像電荷の第２の部分を選択的に転送するための、前記フォトダイオードと前記第２の格納トランジスタとの間に結合された第２の転送トランジスタと、
    前記読み出しノードに前記画像電荷の前記第２の部分を選択的に転送するための、前記第２の格納トランジスタに結合された第２の出力トランジスタと、
    を含むことを特徴とする画像形成システム。
11. 前記第１の格納トランジスタの第１のゲートに第１の負電圧を印加し、前記第２の格納トランジスタの第２のゲートに第２の負電圧を印加するように構成された制御回路をさらに含み、前記第１の負電圧は、前記画像電荷の前記第１の部分が前記第１の格納トランジスタに選択的に転送される前に前記第１のゲートに印加され、前記第２の負電圧は、前記画像電荷の前記第２の部分が前記第２の格納トランジスタに選択的に転送される前に前記第２のゲートに印加されることを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成システム。
12. 前記読み出しノード内に蓄積された電荷を選択的にリセットするための、前記読み出しノードに結合されたリセット・トランジスタをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成システム。
13. 前記読み出しノード内の電荷に対応するように画像電圧を増幅するための、前記読み出しノードに結合された増幅器トランジスタと、
    前記増幅器トランジスタとビットラインとの間に結合された行選択トランジスタと
    をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成システム。
14. 前記画像電荷の前記第１の部分は第１の期間にわたって生成され、前記画像電荷の前記第２の部分は、前記第１の期間の直後に続く第２の期間にわたって生成されることを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成システム。
15. 第１のオン時間パルス幅を有する前記第１の変調信号を送信し、前記第１の転送トランジスタを作動させて前記画像電荷の前記第１の部分を転送するように構成された制御回路をさらに含み、前記制御回路は、前記光源から放射された前記光パルスの中の光パルスと同期して前記第１の転送トランジスタを作動させるように構成され、前記光パルスの持続時間は、前記第１の変調信号の前記第１のオン時間パルス幅と同じであることを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成システム。
16. 前記制御回路は、前記第１のオン時間パルス幅の直後に続く第２のオン時間パルス幅を有しかつ前記光パルスの前記持続時間をもつ第２の変調信号に応答して、前記第２の転送トランジスタを作動させ、前記画像電荷の前記第２の部分を転送するようにさらに構成され、前記光源は、前記第２の転送トランジスタが作動されるときに光を放射しないことを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. ピクセルを用いて飛行時間を求める方法であって、
    複数の蓄積期間にわたってフォトダイオード内に生成された画像電荷を格納するために第１の格納トランジスタ及び第２の格納トランジスタを初期化するステップと、
    各々が第１の変調信号の第１のオン時間パルス幅のそれぞれに応答して記光源から放射される、光パルスを光源から放射するステップと、
    前記第１のオン時間パルス幅のそれぞれに応答して第１の転送トランジスタを作動させ、蓄積された画像電荷の時間的に最初の部分を前記第１の格納トランジスタに転送するステップと、
    を含み、前記蓄積された画像電荷は、前記光パルスの１つが対象に反射するたびに前記フォトダイオード内に生成され、かつ、前記複数の蓄積期間の１つの間、前記フォトダイオードを照射し、
    第２の変調信号の第２のオン時間パルス幅に応答して第２の転送トランジスタを作動させ、前記蓄積された画像電荷の時間的に２番目の部分を前記第２の格納トランジスタに転送するステップと、
    前記第１の格納トランジスタに転送された前記蓄積された画像電荷の前記時間的に最初の部分の各々の第１の和と前記第２の格納トランジスタに転送された前記蓄積された画像電荷の前記時間的に２番目の部分の各々の第２の和とを用いて、前記光パルスの飛行時間を求めるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
18. 前記第２のオン時間パルス幅は、前記第１のオン時間パルス幅の直後に続き、かつ、これと同じ持続時間を有することを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記光パルスの飛行時間を求めるステップは、
    前記第１の格納トランジスタと読み出しノードとの間に結合された第１の出力トランジスタを作動させて前記第１の和を前記読み出しノードに転送するステップと、
    前記第２の格納トランジスタと前記読み出しノードとの間に結合された第２の出力トランジスタを作動させて前記第２の和を前記読み出しノードに転送するステップと、
    前記読み出しノードに結合されたリセット・トランジスタをリセットするステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
20. 前記光パルスの前記飛行時間を求めるステップは、前記光パルスの各パルス幅に、前記第２の和を前記第１の和と前記第２の和の第３の和で除算したものを乗算するステップを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
21. 前記第１の格納トランジスタ及び前記第２の格納トランジスタを初期化するステップは、
    前記第１のオン時間パルス幅のそれぞれに応答して前記第１の転送トランジスタを作動させる前に、前記第１の格納トランジスタの第１のゲートに負バイアスをかけるステップと、
    前記第２のオン時間パルス幅のそれぞれに応答して前記第２の転送トランジスタを作動させる前に、前記第２の格納トランジスタの第２のゲートに負バイアスをかけるステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
22. 前記第１の格納トランジスタの前記第１のゲート及び前記第２の格納トランジスタの前記第２のゲートに負バイアスをかけるステップは、漏れ電流を低減させることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
23. 前記第１のゲートは、前記第１の格納トランジスタの第１の閾値電圧よりも少なくとも０．５Ｖ低く負バイアスがかけられ、前記第２のゲートは、前記第２の格納トランジスタの第２の閾値電圧よりも少なくとも０．５Ｖ低く負のバイアスがかけられることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
24. 前記第１の格納トランジスタは、前記第１の転送トランジスタと読み出しノードに結合された第１の出力トランジスタとの間に結合され、前記第２の格納トランジスタは、前記第２の転送トランジスタと前記読み出しノードに結合された第２の出力トランジスタとの間に結合されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
25. 前記複数の蓄積期間の数は、一千より多い蓄積期間であり、前記光パルスの前記飛行時間を求めるステップは、前記複数の蓄積期間の後に行われることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
26. 第３の転送トランジスタを作動させて、前記複数の蓄積期間の間に、可視光画像電荷を前記フォトダイオードから第３の格納トランジスタに転送するステップさらに含み、前記第３の転送トランジスタを作動させるステップは、前記第１の転送トランジスタ及び前記第２の転送トランジスタが作動されていない画像時間におけるものであることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
27. 前記光パルスは、実質的に８００ｎｍと９００ｎｍとの間にある実質的に近赤外光であることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。

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