KR100675765B1 - 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치를 제공한다. 본 장치는 세기 변조 광이 소정의 방출 주파수로 조사되고 있는 공간으로부터 광을 수신하고 수신된 광의 세기에 상응하는 전기적인 출력 생성하는 적어도 하나의 광전 변환기, 상기 방출 주파수와 상이한 로컬 오실레이터 주파수를 갖는 로컬 오실레이터 신호를 출력하는 로컬 오실레이터 회로, 상기 전기적인 출력을 상기 방출 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 비트 신호(beat signal)로 주파수 변환하기 위해 상기 로컬 오실레이터 신호와 상기 전기적인 출력을 혼합하는 감도 제어기, 소정의 타이밍으로 상기 비트 신호의 적분을 실행하는 적분기, 및 상기 적분기의 출력에 따라 상기 공간에 대한 정보를 결정하는 분석기를 포함한다. 본 장치에 따르면, 광 수신측에 고속 응답을 갖는 스위칭 소자를 사용하지 않고 공간 정보를 정확하게 검출할 수 있다.
세기 변조, 공간 정보, 비트 신호, 광전 변환기, 로컬 오실레이터

Description

세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치 {SPATIAL INFORMATION DETECTING DEVICE USING INTENSITY-MODULATED LIGHT}
본 발명은 세기 변조 광이 조사되고 있는 공간으로부터 광을 수신하고 공간 내의 물체와 검출 장치 사이의 거리 등 해당 공간과 관련한 정보를 수신된 광으로부터 검출하는 공간 정보 검출 장치에 관한 것이다.
세기 변조(intensity-modulated) 광을 사용하여 공간과 관련한 다양한 정보를 검출하는 기술은 과거에 공지된 것이다. 즉, 세기 변조 광은 광원에서 공간으로 조사되고, 공간 내의 물체로부터 반사된 광은 광전 변환기에 의해 수신된다. 세기 변조 광과 수신된 광 사이의 관계에 따라 공간 정보를 취득할 수 있다. 본 발명에서, 공간 정보는 공간 내의 물체와의 거리, 공간 내의 물체에 반사됨에 따른 수신된 광량의 변화 등을 포함한다. 예를 들어, 물체와의 거리는 세기 변조 광과 수신된 광 사이의 위상차로부터 결정할 수 있다. 일반적으로 이 기술을 비행 시간 방법(time-of-flight method)이라 한다.
예를 들어, 미국특허 제5,856,667호는 비행 시간 방법을 사용하는 장치 및 방법을 개시한다. 비행시간 방법에 따르면, 광원으로부터 방출된 광은 필요한 방출 주파수에 의해 세기가 변조되고, 광전 변환기는 방출 주파수의 역수 (reciprocal)인 변조 주기보다 짧은 시간 주기 내에 복수 번 수광된 광의 세기를 검출한다. 광원으로부터 방출된 광의 세기가 사인파(sine wave)에 의해 변조되는 경우, 수신된 광의 세기는 일정한 위상의 변조된 광으로 광전 변환기에 의해 검출된다. 예를 들어, 수신된 광의 세기는 변조 주기 내에 4번 검출되고, 위상차는 수신된 광의 검출된 4번의 세기로부터 결정된다.
도 31의 곡선 "S1"로 나타낸 바와 같이 광원으로부터 방출된 광이 세기 변조되고, 공간 내의 물체에 반사된 변조된 광이 광전 변환기에 의해 수신되는 경우, 수신된 광의 세기는 예를 들어 도 31의 곡선 "S2"로 나타낸 바와 같이 변화한다. 이 경우에 수신된 광의 4개의 세기(A0', A1', A2', A3')는 4개의 상이한 위상(0°, 90°, 180°, 270°)으로 검출될 수 있다. 그러나 현재의 환경에서는 각 위상(0°, 90°, 180°, 270°)의 바로 그 순간에 수신된 광의 세기를 검출하는 것은 불가능하다. 사실, 수신된 광의 세기 각각은 도 31에 도시한 바와 같이 시간폭 Tw 내에 수신된 광의 세기에 대응한다.
변조 주기 내에서 위상차 "ψ"가 변화하지 않고, 광 방출 시간으로부터 광 수신 시간까지의 시간 주기 내에 광 소멸 속도(light extinction ratio)에 변화가 없다고 가정하면(도 31에서 광 소멸 속도는 고려되지 않음), 수신된 광의 세기(A0', A1', A2', A3')와 위상차 "ψ" 사이의 관계는 다음의 식으로 표현할 수 있다:
Figure 112004043114720-pct00001
따라서 변조 주기 내에 검출된 수신된 광의 세기(A0', A1', A2', A3')에 따 라 위상차(ψ)를 결정하는 기술은 거리 측정 방법으로 이용 가능하다. 거리 측정 방법으로 측정 가능한 최대 거리 L[m]은 세기 변조될 사인파의 파장의 대략 반이다. 즉, 광속 [3.0 × 108 m/s] 을 "c"로 나타내고, 변조 주기 [s]를 "T"나타내면, 최대 거리 "L"은 식 L = C · (T/2)로 나타낸다. 따라서 변조 주기 "T"는 식 T = 2L/c으로 계산될 수 있다. 예를 들어 최대 거리 "L"이 3m로 설정되는 경우, 변조 주기는 20 [ns](=2 × 3 / (3.0 × 108) 이다.
전술한 경우에, 수신된 광의 세기는 변조 주기의 1/4 파장마다 검출되어야 한다. 이것은 수신된 광의 세기가 수 나노초 [ns]마다 시간폭 Tw의 약 1 [ns] 하에서 검출되어야 한다는 것을 의미한다. 그러므로 고속 응답을 갖는 스위칭 소자(switching element)가 필요하다. 또한 광원을 구동하는 신호 파형의 왜곡으로 인해 광전 변환기에 의해 수신된 광의 파형이 왜곡되거나 외부로부터 공간으로 들어오는 광량에 일시적인 변화가 발생하는 경우, 수신광의 세기(A0', A1', A2', A3')에 따라 위상차 "ψ"를 정확하게 결정하기 어렵다. 그 결과 거리 측정 정확도의 저하를 초래한다.
그러므로 본 발명의 관심사는 고속 응답을 갖는 고가의 스위칭 소자를 사용하지 않고 공간 내의 물체와 장치 사이의 거리 등의 공간에 관한 정보를 정확하게 검출하는 능력을 갖는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명의 공간 정보 장치는
세기 변조 광이 소정의 방출 주파수로 조사되고 있는 공간으로부터 제공되는 광을 수신하고 수신된 광의 세기에 상응하는 전기적인 출력을 생성하는 적어도 하나의 광전 변환기,
상기 방출 주파수와 상이한 로컬 오실레이터 주파수를 갖는 로컬 오실레이터 신호를 출력하는 로컬 오실레이터 회로(local oscillator circuit),
상기 전기적인 출력을 상기 방출 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 비트 신호(beat signal)로 주파수 변환하기 위해 상기 로컬 오실레이터 신호와 상기 전기적인 출력을 혼합하는 감도 제어기(sensitivity controller),
소정의 타이밍으로 상기 비트 신호의 적분을 실행하는 적분기(integrator), 및
상기 적분기의 출력에 따라 상기 공간에 대한 정보를 결정하는 분석기(analyzer)
를 포함한다.
본 발명에 따르면, 광원을 구동하는 신호 파형의 왜곡으로 인해 광전 변환기에 의해 수신된 광의 파형이 왜곡되거나 외부로부터 공간으로 들어오는 광량에 일시적인 변화가 발생하는 경우에도, 공간 정보를 결정하기 위해 사용되는 비트 신호의 적분에 거의 영향을 받지 않는다. 그러므로 파형을 사용하여 공간 정보를 결정하는 종래의 검출 장치와 비교하여 공간 정보를 정확하게 검출할 수 있는 이점이 있다.
또한, 공간 정보가 세기 변조 광의 방출 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 비트 신호의 적분을 사용하여 결정되기 때문에, 광 수신측에 고속 응답을 갖는 고가의 스위칭 장치 대신에 비교적 값싼 스위칭 장치를 사용할 수 있다. 예를 들어, 공간 정보를 결정하기 위해 시간을 측정하는 경우, 시간 측정은 방출 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 비트 신호에 대해 수행된다. 그러므로 주파수 변환 없이 시간을 측정하는 경우와 비교하여 상대적으로 낮은 정확도로 시간 측정을 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 적분기는 상기 비트 신호의 적분을, 각각이 상기 비트 신호의 소정의 위상 간격 내에 결정되는 복수의 적분 범위에 대해 실행하며, 상기 분석기는 복수의 적분 범위의 적분 결과로부터 상기 공간으로 조사되는 광과 상기 광전 변환기에 의해 수신된 상기 광 사이의 위상차를 결정하는 것을 포함한다. 이 경우에, 상기 공간으로 조사된 광과 상기 광전 변환기에 의해 수신된 광 사이의 위상차를 사용함으로써 공간 내의 물체와 공간 정보 검출 장치 사이의 거리 또는 상기 공간 내의 물체에 반사됨으로써 발생된 수신된 광의 세기 변화 등의 공간 정보를 결정할 수 있다. 또한 상기 비트 신호의 복수의 적분 범위로부터 결정되는 적분은 위상차로 변환되기 때문에, 광 방출측과 동기화할 필요가 없다. 그 결과 비교적 간단한 장치 구조를 사용하여 거리를 결정할 수 있다.
상기 감도 제어기는 상기 광전 변환기와 상기 적분기 사이에 설치되는 반도체 스위치를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에 상기 반도체 스위치는 상기 광전 변환기와 상기 적분기 사이에 전하를 수신하고 제공하기 때문에, 적분을 위한 정보 선택 외에 주파수 변환을 위해 반도체 스위치를 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 추가 실시예로서, 상기 광전 변환기는 상기 수신된 광의 세기에 상응하는 양의 전하를 상기 전기적인 출력으로서 생성한다. 상기 적분기는 상기 광전 변환기에 의해 생성된 전하의 적어도 일부를 신호 전하로서 축적하는 전하 축적부(charge storage)와, 상기 방출 주파수와 상기 로컬 오실레이터 주파수 사이의 주파수차를 갖는 상기 비트 신호와 동기화하여 상기 전하 축적부로부터 전하를 방출하는 전하 방출기(charge ejector)를 구비한다. 상기 감도 제어기는 상기 로컬 오실레이터 주파수에서, 상기 전하 축적부로 이동하는 전하량의 비율을 상기 광전 변환기에 의해 생성된 전하량에 비례하여 변조하는 기능을 구비한다. 광 수신측의 감도는 상기 비트 신호를 취득하기 위해 로컬 오실레이터 주파수에 의해 제어되기 때문에, 로컬 오실레이터 주파수의 신호로 감도가 조정될 수 있는 것을 광전 변환기, 수광 소자로 사용하여 본원 발명의 목적을 용이하게 달성할 수 있다.
또한 상기 전하 축적부는 각각이 상기 비트 신호의 소정의 위상 간격 내에서 결정되는 복수 범위의 상기 신호 전하를 저장하며, 상기 분석기는 상기 복수 범위의 상기 축적된 신호 전하로부터 상기 공간으로 조사된 상기 광과 상기 광전 변환기에 의해 수신된 상기 광 사이의 위상차를 결정하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 공간으로 조사된 광과 상기 광전 변환기에 의해 수신된 광 사이의 위상차를 사용함으로써 공간 내의 물체와 공간 정보 검출 장치 사이의 거리 또는 상기 공간 내의 상기 물체에 반사됨으로써 유발된 수신된 광의 세기 변화 등의 공간 정보를 결정할 수 있다.
또한 상기 감도 제어기는 상기 광전 변환기에서 상기 전하 축적부로 이동하는 전하량을 조절하도록 상기 광전 변환기와 상기 전하 축적부 사이에 설치된 축적 게이트(storage gate), 및/또는 상기 광전 변환기에 의해 생성된 상기 전하의 적어도 일부를 불필요한 전하로서 제거하는 전하 폐기부(charge discarding unit)를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에 상기 광전 변환기로부터 폐기되는 전하량이 상기 광전 변환기에서 상기 전하 축적부로 이동하는 전하량을 조절하기 위해 제어되기 때문에, 주파수 변환을 수행하기 위해 전하 폐기부를 제어하는 타이밍과 상기 전하 축적부에 전하를 축적하는 타이밍을 별개로 제어할 수 있고, 따라서 상기 신호 전하로 혼합되는 노이즈 성분의 양을 최소화할 수 있다. 게다가, 상기 감도 제어기가 상기 축적 게이트와 상기 전하 폐기부 둘 다를 구비하는 경우, 주파수 변환과 상기 신호 전하의 축적을 동시에 수행하면서 불필요한 전하의 폐기를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예로서, 상기 공간 정보 검출 장치는 복수의 광전 변환기를 포함한다. 상기 적분기의 전하 축적부는 광전 변환기마다 구비된 게이트 전극에 대응하는 영역에서 상기 광전 변환기 각각에 의해 생성된 전하의 적어도 일부를 신호 전하로서 저장하는 영역을 갖는 CCD(Charge-Coupled-Device)이다. 상기 전하 방출기는 상기 신호 전하를 상기 전하 축적부에서 외부로 전송하는 CCD이다. 상기 전하 폐기부는 외부 신호에 따라 일괄 방식으로 상기 광전 변환기 각각에 의해 생성된 전하의 적어도 일부를 폐기하는 오버플로우 드레인(overflow drain)을 구비하여 형성된다. 상기 광전 변환기들, 상기 전하 축적부, 상기 전하 방출기, 및 상기 전하 폐기 수단은 하나의 이미지 센서를 이루도록 단일 반도체 기판 상에 탑재된다. 상기 감도 제어기는 상기 게이트 전극과 상기 전하 폐기 수단 중 적어도 어느 하나이다. 이 경우에 본 발명의 공간 정보 검출 장치를 위한 이미지 센서로서 오버플로우 드레인을 구비하는 행간 전송(interline transfer) CCD 이미지 센서 또는 오버플로우 드레인을 구비하는 프레임 전송(frame transfer) CCD를 사용할 수 있다. 그러므로 특별한 회로 설계 또는 장치를 사용하지 않고도 본원 발명의 목적을 용이하게 달성할 수 있다.
상기 이미지 센서는 전하를 축적하고, 전하의 생성과 무관한 영역 상에 차광막(light-shielding film)을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 이것은 광전 변환기들에서의 노이즈 성분의 발생을 방지하고 S/N비를 개선할 수 있다.
또한 상기 감도 제어기는 상기 게이트 전극과 상기 전하 폐기부 중 적어도 어느 하나이고, 상기 게이트 전극 및/또는 상기 전하 폐기부에 제공될 외부 신호는 상기 로컬 오실레이터 주파수에 의해 변조되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 상기 CCD 센서의 상기 오버플로우 드레인이 상기 로컬 오실레이터 주파수에 의해 변조되기 때문에 전하 축적부에 상기 신호 전하를 축적하는 타이밍과 독립적으로 주파수 변환을 수행할 수 있다. 게다가, 상기 감도 제어기가 상기 게이트 전극과 상기 전하 폐기부로 구성되는 경우, 주파수 변환과 상기 신호 전하의 축적을 동시에 수행하면서 불필요한 전하의 폐기를 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예로서, 상기 공간 정보 검출 장치는 복수의 광전 변환기를 가지고, 하나의 화소를 규정하도록 상기 복수의 광전 변환기로부 터 한 세트의 변환기가 선택된다. 상기 세트를 이루는 광전 변환기들에 대응하는 복수의 감도 제어기가 동일한 로컬 오실레이터 주파수와 서로 상이한 위상을 갖는 로컬 오실레이터 신호들에 의해 변조된다. 상기 전하 방출기는 상기 세트를 이루는 광전 변환기들에 의해 취득된 상기 비트 신호의 상기 상이한 위상에 상응하는 상기 신호 전하를 동시에 출력한다. 이 경우에, 상기 비트 신호의 상이한 위상에 대응하는 상기 신호 전하는 동시에 취득되므로, 상기 공간 정보를 더욱 효율적으로 검출할 수 있다.
나아가, 상기 분석기는 상기 비트 신호의 상이한 위상에 상응하는 상기 신호 전하로부터 상기 공간으로 조사된 상기 광과 상기 광전 변환기에 의해 수신된 상기 광 사이의 위상차를 결정하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 비트 신호의 복수의 범위 내에서 축적된 상기 신호 전하는 위상차로 변환되기 때문에, 광 방출측과의 동기화가 불필요하다. 따라서 비교적 단순한 장치 구조를 사용하여 상기 공간 정보를 결정할 수 있다.
또한, 상기 분석기는 상기 위상차를 거리 정보로 변환하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 거리 측정 장치는 상기 공간 정보 검출 장치로서 제공될 수 있다.
이러한 그리고 또 다른 본 발명의 목적 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 설명하는 본 발명의 최선의 실시예로부터 더욱 명백해 질것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 거리 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 거리 측정 장치용 이미지 센서의 개략도이다.
도 4는 상기 제2 실시예에 따른 거리 측정 장치용의 다른 이미지 센서의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 거리 측정 장치의 이미지 센스의 평면도이다.
도 6은 이미지 센서의 관련 부분을 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 도 6 또는 도 11의 A-A선을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 9a 내지 도 9c는 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 거리 측정 장치용 이미지 센서의 평면도이다.
도 12는 상기 이미지 센서의 관련 부분을 나타내는 분해 사시도이다.
도 13은 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 14a 내지 도 14c는 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시예에 따른 거리 측정 장치용 이미지 센서의 평면도이다.
도 16은 상기 이미지 센서의 관련 부분을 나타내는 사시도이다.
도 17은 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 18은 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 19a 내지 도 19c는 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 20은 본 발명의 제7 실시예에 따른 거리 측정 장치용 이미지 센서의 평면도이다.
도 21은 상기 이미지 센서의 관련 부분을 나타내는 사시도이다.
도 22는 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 23a 내지 23c는 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 24a 및 도 24b는 본 발명의 제8 실시예에 따른 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 25a 및 도 25b는 본 발명의 제9 실시예에 따른 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 26a 및 도 26b는 본 발명의 제10 실시예에 따른 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도27은 본 발명의 제11 실시예에 따른 거리 측정 장치의 사시도이다.
도 28a 및 도 28b는 상기 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 29는 본 발명의 제12 실시예에 따른 거리 측정 장치용 이미지 센서의 평면도이다.
도 30은 상기 제6 실시예의 변형예에 따른 거리 측정 장치용 이미지 센서의 평면도이다.
도 31은 종래의 거리 측정 장치의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
이하 설명하는 바람직한 실시예에서는, 본 발명의 공간 정보 검출 장치의 일례로서 세기 변조 광과 광전 변환기에 의해 수신된 광 사이의 위상차를 사용하는 거리 측정 장치를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 거리 측정 장치로 한정되지 않는다는 것은 말할 것도 없다. 본 발명의 기술적 사상은 전술한 위상차를 결정하는 데 필요한 모든 장치에 이용 가능한 것으로 해석되어야 한다.
(제1 실시예)
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 거리 측정 장치는 필요한 공간으로 광을 방출하는 광원(1)을 구비한다. 광원으로부터 방출된 광은 방출 제어기(2)에 의해 소정의 방출 주파수로 세기 변조된다. 광원(1)으로는 예를 들어 발광 다이오드(LED) 어레이 또는 반도체 레이저와 발산 렌즈(divergent lens)의 조합을 사용할 수 있다. 일례로, 방출 제어기(2)는 광원(1)로부터 방출된 광을 20MHz의 사인파로 세기 변조한다.
또한, 거리 측정 장치는 렌즈(4)를 통해 공간으로부터 제공되는 광을 수신하는 복수의 광전 변환기(3)를 구비한다. 광전 변환기(3) 각각은 수신된 광의 세기에 상응하는 전기적인 출력을 생성한다. 다시 말해, 광전 변환기(3)는 수신된 광의 세기에 상응하는 신호 레벨을 갖는 수신기 신호를 출력한다. 예를 들어, 100 × 100 행렬 어레이를 이미지 센서(5)로 사용한다. 광원의 광이 조사되고 있는 공간에 대한 3차원 정보는 렌즈(4)를 통해 이미지 센서(5)의 수광면인 2차원 평면 상에 매핑된다. 예를 들어, 물체 "Ob"가 공간 내에 존재하는 경우, 물체의 각 점에서 반사되는 광은 대응하는 광전 변환기에 의해 수신된다. 광원으로부터 방출된 광과 광전 변환기에 의해 수신된 광 사이의 위상차를 검출함으로써, 거리 측정 장치와 물체의 각점 사이의 거리를 결정할 수 있다.
광전 변환기(3) 각각의 전기적인 출력은 감도 제어기로 기능하는 주파수 변환기(6)의 입력이다. 이 주파수 변환기(6)에서, 상기 전기적인 출력(= 수신기 신호)의 주파수가 방출 주파수보다 작아지도록 주파수 변환이 수행된다. 즉, 주파수 변환기(6)는 도 2에 도시된 바와 같이 방출 주파수와 로컬 오실레이터 신호의 주파수 사이의 차에 상응하는 포락 성분(envelope component)을 포함하는 비트 신호를 생성하기 위해, 광전 변환기의 수신기 신호를 클록 발생기(8)로부터 출력된 로컬 오실레이터 신호와 혼합한다. 따라서 클록 발생기(8)는 로컬 오실레이터 회로로 기능한다.
측정 장치와 물체 "Ob" 사이의 거리에 일시적인 변화가 없는 경우, 비트 신호의 위상은 광원(1)으로부터 방출된 광의 위상, 로컬 오실레이터 회로로부터 공 급되는 로컬 오실레이터 신호의 위상, 및 광전 변환기(3)로부터 출력된 수신기 신호의 위상 사이의 관계에 따라 결정된다. 즉, 수신기 신호의 세기(Y1)은 다음의 식으로 표현된다:
Figure 112004043114720-pct00002
"ω1"은 방출 주파수에 상응하는 각 주파수를 나타내고, "ψ"는 광원으로부터 방출된 광의 위상과 수신기 신호의 위상 사이의 위상 차를 나타나며, "a1"은 수신기 신호의 진폭에 대응하는 상수이고, "b1"은 암전류 또는 외부광(일시적인 변화는 고려되지 않음)에 대응하는 상수이다. 한편, 로컬 오실레이터 신호의 세기(Y2)는 다음의 식으로 표현된다:
Figure 112004043114720-pct00003
"ω2"는 각주파수를 나타내고, "a2"는 로컬 오실레이터 신호의 진폭에 대응하는 상수이고 "b2"는 직접 바이어스(direct bias)에 대응하는 상수를 나타낸다.
수신기 신호와 로컬 오실레이터 신호의 혼합된 신호는 (Y1 · Y2)이기 때문에, 방출 주파수와 로컬 오실레이터 신호의 주파수 사이의 차에 상응하는 포락 성분을 얻을 수 있다. 위상차 "ψ"는 포락 성분의 위상으로 직접 반영된다(reflected). 다시 말해, 비트 신호의 위상차 "ψ"에 상응하는 시간은 수신기 신호의 위상차에 상응하는 시간과 {비트 신호의 주기/변조 주기}를 곱함으로써 얻어진다.
방출 주파수와 로컬 오실레이터 신호의 주파수 사이의 차가 비교적 작은 경우, 위상차 "ψ"에 상응하는 시간은 종래의 방법과 비교할 때 현저히 연장될 수 있 다. 예를 들어, 방출 주파수가 20MHz인 경우, 한 주기는 50ns이다. 따라서 종래의 방법에 따르면 수신된 광의 세기에 대한 데이터 샘플링은 위상차 "ψ"를 결정하기 위해 50ns의 1/4보다 작은 짧은 시간 주기마다 수행되어야 한다. 한편, 본 발명에 따르면 방출 주파수와 로컬 오실레이터 신호의 주파수 사이의 차가 예를 들어 300kHz인 경우, 비트 신호의 한 주기는 대략 3300ns(= 1 / (3 × 105))이다. 그러므로 수신된 광의 세기에 대한 데이터 샘플링은 위상차 "ψ"를 결정하기 위해 3300ns의 1/4보다 작은 긴 시간 주기(예를 들어, 700ns) 마다 수행될 수 있다.
따라서, 위상차 "ψ"를 결정하기 위해 비트 신호의 한 주기 내에 검출된 수신된 광의 세기는 광원으로부터 방출된 광의 변조 주기 내에 검출된 수신된 광의 세기 대신에 사용될 수 있다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이, 필요한 적분 범위 "Ti" 동안 비트 신호의 적분이 주어진 위상 간격 타이밍으로 비트 신호의 한 주기 내에 복수 번 실행된다. 위상차 "ψ"는 비트 신호의 한 주기 내에 결정된 복수의 적분을 사용하여 결정될 수 있다. 도 2에서 각각의 적분(A0, A1, A2, A3)은 비트 신호의 한 주기 내에서 위상 간격, 즉 0°, 90°, 180°, 및 270°로 90도 마다 계산된다. 위상차 "ψ"는 적분(A0, A1, A2, A3)을 다음의 식으로 바꿈으로써 구해진다:
Figure 112004043114720-pct00004
방출 주파수와 로컬 오실레이터 주파수 사이의 차이가 실질적으로 0 또는 극히 작게 제어되는 경우, 광원(1)으로부터 방출되는 광과 동기하지 않는 로컬 오실 레이터 신호를 생성하는 경우에도 위상차 "ψ"를 결정할 수 있다. 즉 도 1에 도시된 바와 같이, 주파수 변환기(6)로부터의 비트 신호 출력은 적분기(7)의 입력이다. 적분은 적분 타이밍과 적분기(7)에서의 적분 범위를 결정하기 위해 클록 발생기(8)로부터의 클록 신호 출력에 동기하여 비트 신호의 1/4 주기마다 실행된다. 취득된 비트 신호의 적분은 거리 연산부(9)의 입력이다. 거리 연산부(9)는 위상차 "ψ"를 거리 측정 장치와 물체 "Ob" 사이의 거리로 변환하기 위해 적분기(7)에서 공급되는 적분값들(integrals)로부터 위상차 "ψ"를 결정하는 분석기를 포함한다.
전술한 경우에, 적분은 비트 신호의 한 주기 내에 4번 수행된다. 그러나 적분의 횟수는 적절히 결정될 수 있다. 또한 전술한 경우에, 적분은 비트 신호의 1/4 주기마다 수행된다. 그러나 위상 간격이 미리 정해지는 경우, 동일한 간격의 위상 간격을 채택할 필요가 없으며 비트 신호의 한 주기 내의 위상 간격으로 설정된다.
전술한 바와 같이, 방출 주파수보다 충분히 낮은 주파수를 갖는 비트 신호의 적분이 위상차 "ψ"를 결정하기 위해 사용되기 때문에, 암전류 또는 외부광과 같은 노이즈 성분에 대해 현저히 높은 S/N 비를 얻을 수 있다. 또한 광전 변환기의 수신기 신호로부터 직접 위상차 "ψ"를 결정하는 경우와 비교하여, 위상차 "ψ"의 검출 정확도가 상당히 향상된다. 전술한 바와 같이, 광원으로부터 방출된 광원 사인파로 세기 변조 된다. 그러나 세기 변조는 삼각파 또는 톱니파와 같은 다른 파형을 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 광원으로부터 방출되는 광으로는 가시광 이외에 적외선 등을 사용할 수 있다. 태양광 및 조명 등의 방해 광(disturbance light)의 영향하에서는 광전 변환기(3) 앞에 광원으로부터 방출된 광의 파장만을 전송하는 광학 필터를 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 광학 필터의 사용은 다음의 실시예에서도 유용하다.
(제2 실시예)
제1 실시예에서 광전 변환기(3), 주파수 변환기(6), 및 적분기(7)는 서로 독립적이다. 본 실시예에서, 이들은 이미지 센서(5)로서 일체로 형성된다. 즉 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(5)는 각각이 수신된 광의 세기에 상응하는 전하량을 수신기 신호로 생성하는 광 다이오드와 같은 광전 변환기(3)들, 광전 변환기(3)에서 생성된 전하를 축적하는 메모리 셀(7a)들, 각각이 광전 변환기(3)로부터 대응하는 메모리 셀(7a)로 이동하는 전하량을 조절하는 축적 게이트(6a)들, 및 각 메모리 셀(7a)에 축적된 전하를 외부로 방출하는 전하 방출기로 기능하는 전송 회로(10)를 포함한다. 축적 게이트(6a)는 비트 신호에 상응하는 신호 전하의 양이 메모리 셀(7a)에 축적되도록 클록 발생기(8)로부터의 로컬 오실레이터 신호 출력에 의해 스위칭된다. 그러므로 본 실시예에서, 주파수 변환기(6)는 축적 게이트(6a)와 클록 발생기(8)로 구성된다. 또한 광전 변환기(3)로부터 전하 축적부인 메모리 셀(7a)로의 전하 이동량은 로컬 오실레이터 신호로 축적 게이트(6a)를 제어하여 조절될 수 있기 때문에, 축적 게이트(6a)는 광전 변환기(3)에서 생성된 전하량에 대해 신호 전하로서 메모리 셀(7a)에 공급될 전하량 비를 결정하는 감도 제어기로도 기능하는 것으로 생각될 수 있다.
전술한 바와 같이, 메모리 셀(7a)은 축적 게이트(6a)가 "온(on)" 상태에 있 을 때 광전 변환기(3)에 의해 생성된 전하를 신호 전하로서 축적한다. 따라서 메모리 셀(7a)은 제1 실시예에서 설명한 적분기(7)로 기능한다. 비트 신호의 한 주기 내에 적분기(7)의 출력이 복수 번 판독되어야 한다. 본 실시예에서, 전송 회로(10)는 메모리 셀(7a) 각각에 축적된 적분값(integral)을 비트 신호의 주기에 따라 적절하게 결정된 시간 주기마다 판독한다. 판독된 적분값은 그 후 제1 실시예의 분석기인 연산부(9)로 전송된다. 연산부(9)에서, 광원(1)으로부터 방출된 광과 광전 변환기(3)에 의해 수신된 광 사이의 위상차 "ψ"는 제1 실시예에서 설명한 연산을 수행함으로써 결정되고, 물체 "Ob"와 거리 측정 장치 사이의 거리는 거리 이미지를 출력하기 위해 위상차 "ψ"로부터 결정된다.
그런데, 광전 변환기(3)로는 광다이오드 또는 광전 변환 능력을 갖는 MOS 커패시터를 사용할 수 있다. 한편, 메모리 셀(7a)로는 외부광의 수신을 방지하기 위해 차광(light-shieled) MOS 커패시터를 사용할 수 있다. CCD가 메모리 셀(7a)용 MOS 커패시터로 사용되는 경우, 광전 변환기(3)로부터 메모리 셀(7a)로 전하를 전송하는 시프트 게이트(shift gate)를 축적 게이트(6a)로 사용할 수 있다. 대안으로, 전하를 개별적으로 공급하는 능력을 갖는 MOS 커패시터를 메모리 셀(7a)용으로 사용할 수 있다. 축적 게이트(6a)로는 바이폴라 트랜지스터와 MOSFET와 같은 종래의 반도체 스위치를 사용할 수도 있다. 축적 게이트(6a)로 사용된 시프트 게이트 또는 반도체 스위치는 외부광의 수신을 방지하기 위해 차광된다. 대안으로, 축적 게이트(6a)로는 광전 변환기(3)와 일체로 형성된 MOS형 소자(device)를 사용할 수 있다. 예를 들어 이러한 MOS형 소자는 MOS 커패시터 및 MOS 트랜지스터의 바이어 스를 제어하는 능력을 갖는 것을 포함한다. 이 경우에 외부광은 차광되지 않은 축적 게이트(6a)에 입사된다. 1차원 또는 2차원 형태의 이미지 센서가 이미지 센서(5)로 사용될 수 있다.
전송 회로(10)는 사용된 메모리 셀(7a)의 유형에 따라 적절하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 복수의 메모리 셀(7a)이 CCD로 구성되는 경우, 각 메모리 셀(7a)의 전하는 판독 펄스로 CCD를 구동함으로써 차례로 판독될 수 있다. 한편 메모리 셀(7a)들로부터 전하를 개별적으로 공급하는 경우, 각 메모리 셀(7a)의 전하는 각각의 메모리 셀(7a)과 연산부(9) 사이에 배치된 반도체 스위치의 MOS 트랜지스터의 온/오프 동작을 개별적으로 수행함으로써 차례로 판독될 수 있다.
도 4를 참조하면, 메모리 셀(7a)들로부터 전하를 개별적으로 공급하는 경우 2차원 행렬 배치의 광전 변환기(3)들이 사용된다. MOS 트랜지스터로 구성되는 수직 제어용 반도체 스위치 "Sv"의 드레인은 광전 변환기(3) 각각에 대응하는 메모리 셀(7a)에 접속된다. 수평 방향으로 정렬된 광전 변환기들에 대응하는 반도체 스위치 "Sv"의 게이트들은 수평 신호선 "Lv"에 공통으로 접속된다. 행렬 배치의 행(row)마다 공통으로 접속된 반도체 스위치 "Sv"의 게이트는 수직 제어용 시프트 레지스터 "SRv"에 접속된다. 시프트 레지스터 "SRv"는 행렬 배치의 행 중 하나에 대응하는 반도체 스위치 "Sv"를 선택적으로 턴온(turn on)할 수 있다. 한편 수직 방향으로 정렬된 광전 변환기(3)에 대응하는 반도체 스위치 "Sv"의 소스는 수직 신호선 "Lh"에 공통으로 접속된다. 행렬 배치의 열(column)마다 공통으로 접속된 반도체 스위치 "Sv"의 소스는 MOS 트랜지스터로 구성되는 수평 제어용 반도체 스위치 "Sh" 의 드레인에 접속된다. 반도체 스위치 "Sh"의 게이트는 수평 제어용 시프트 레지스터 "SRh"에 접속된다. 시프트 레지스터 "SRh"는 행렬 배치의 열들 중 하나에 대응하는 반도체 스위치 "Sh"를 선택적으로 턴온할 수 있다. 반도체 스위치 "Sh" 각각의 소스는 출력선 "Lo"에 공통으로 접속된다.
그러므로, 수평 방향으로 정렬된 반도체 스위치 "Sh"는 행렬 배치의 행들 중 하나에 대응하는 반도체 스위치 "Sv"가 시프트 레지스터 "SRv"에 의해 턴온된다는 조건 하에 시프트 레지스터 "SRh"에 의해 차례로 턴온되는 경우, 행렬 배치의 행에 대응하는 각 메모리 셀(7a)의 전하를 신호선(signal line)에 공급할 수 있다. 다음에, 수평 방향으로 정렬된 반도체 스위치 "Sh"는 행렬 배치의 행들 중 다른 하나에 대응하는 반도체 스위치 "Sv"가 시프트 레지스터 "SRv"에 의해 턴온된다는 조건 하에 시프트 레지스터 "SRh"에 의해 차례로 턴온되는 경우, 행렬 배치의 다른 행에 대응하는 각 메모리 셀(7a)의 전하를 신호선에 공급할 수 있다. 따라서 전술한 절차를 반복함으로써 메모리 셀(7a)에 출적된 신호 전하들을 차례로 판독할 수 있다. 그러므로 시프트 레지스터 "SRh" 및 SRv 각각은 메모리 셀(7a) 각각이 선택적으로 출력선에 접속되도록 반도체 스위치 "Sh" 및 "Sv"의 온/오프(on/off) 상태를 제어하는 제어기로서 기능한다. 다른 구성 및 동작은 제1 실시예와 동일하다.
(제3 실시예)
본 실시예에서, 수직 오버플로우 드레인을 갖는 행간 전송 CCD가 이미지 센서(5)로 사용된다. 이러한 유형의 이미지 센서로는 시장에서 입수 가능한 것을 사용할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 이미지 센서(5)는 3 × 4 행렬 배치의 광 다이오드(21)를 갖는 2차원 이미지 센서이다. 도면 부호 22는 행렬 배치의 각 열의 광 다이오드(21)들에 인접하게 배치된 수직 전송 CCD로 구성된 수직 전송부를 가리킨다. 도면 부호 23은 수직 전송부 아래에 배치된 수평 전송 CCD로 구성된 수평 전송부를 가리킨다. 수직 전송부(22) 각각은 광 다이오드(21)마다 한 쌍의 게이트 전극(22a, 22b)을 구비한다. 수평 전송부는 수직 전송부(22)마다 한 쌍의 게이트 전극(23a, 23b)을 구비한다. 수직 전송부(22)는 4상 구동(4-phase drive)이고, 수평 전송부(23)는 2상 구동(2-phase drive)이다.
그러므로 수평 전송부(23)는 수직 전송부(22)들로부터 하나의 수평선(horizontal line)마다 신호 전하를 수신하고 그 신호 전하를 하나의 수평선마다 출력한다. 이런 형태의 구동 기술은 CCD 분야에 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
광 다이오드(21), 수직 전송부(22) 및 수평 전송부(23)는 단일 기판(20) 상에 형성된다. 오버플로우 전극(24)은 절연막을 통하지 않고 기판(20) 상에 직접 형성되는 알루미늄 전극이다. 즉 기판(20)은 오버플로우 드레인으로 기능한다. 오버플로우 전극(24)은 도 5에 도시된 바와 같이 광 다이오드(21), 수직 전송부(22) 및 수평 전송부(23) 전부를 둘러싸도록 기판(20) 상에 형성된다. 기판(20)의 표면은 광 다이오드(21)에 대응하는 부분을 제외하고는 차광막(도 6)으로 덮이는데, 이에 대서는 후술한다.
도 6을 참조하여 이미지 센서(5)에 대해 더욱 자세하게 설명한다. 본 실시 예에서, n형(n-type) 반도체 기판이 기판(20)으로 사용된다. p형(p-type) 반도체의 p 우물(p-well)은 수직 전송부(22)를 형성하기 위한 영역에서의 p 우물의 두께가 광 다이오드(21)를 형성하기 위한 영역에서의 p 우물의 두께보다 크게 되도록 광 다이오드(21)와 수직 전송부(22)의 형성이 의도되는 영역 위에 기판(20)의 전체 면(general surface) 상에 형성된다. 그 결과 n+형 반도체 층(32)과 p 우물(31)에 의해 제공된 pn 접합(p-n junction)이 광 다이오드(21)를 제공한다. p+형 반도체 표면 층(33)이 광 다이오드(21) 상에 형성된다. 이 표면 층(33)은 매립형 광 다이오드(buried photodiode)로 알려져 있다.
한편, n형 반도체로 이루어지는 축적 전송 층(34)은 p 우물(31) 상에 수직 전송부(22)를 형성하기 위한 영역에 형성된다. 축적 전송 층(34)의 상부면은 표면 층(33)의 상부면과 실질적으로 같은 높이이고, 축적 전송 층(34)의 두께는 표면 층(33)의 두께보다 두껍다. 표면 층(33)과 동일한 불순물 농도를 갖는 p+형 반도체로 이루어지는 분리 층(35)은 n+형 반도체 층(32)과 축적 전송 층(34) 사이에 형성된다. 게이트 전극(22a, 22b)은 절연막(25)을 통해 축적 전송 층(34) 상에 형성된다. 게이트 전극(22a)은 절연막(25)에 의해 게이트 전극(22b)과 절연된다. 전술한 바와 같이, 게이트 전극(22a, 22b)은 광 다이오드(21)마다 형성된다. 게이트 전극(22a, 22b) 중 하나는 다른 하나보다 더 넓은 폭을 갖는다.
구체적으로는 도 7에 도시된 바와 같이, 폭이 더 좁은 게이트 전극(22b)은 평면 형상(planar shape)으로 형성되고 폭이 더 넓은 게이트 전극(22a)은 평탄부(plat portion)와 평탄부의 대향하는 단부(end)들로부터 연장되는 한 쌍의 곡선부(curve portion)로 형성된다. 게이트 전극(22a, 22b)은 게이트 전극(22a)의 곡선부가 게이트 전극(22b)과 높이 방향에서 부분적으로 중첩되도록 배치된다. 게이트 전극(22a)의 평탄부의 상부면은 게이트 전극(22b)의 상부면과 높이가 실질적으로 같다. 그러므로 게이트 전극(22a, 22b)은 수직 전송부(22)의 전체 길이 위의 축적 전송 층 상에 교대로 배치된다. 절연막(25)은 실리콘 다이옥사이드로 이루어진다. 게이트 전극(22a, 22b)은 폴리실리콘으로 이루어진다. 또한 광 다이오드가 광을 수신하도록 하는 영역 이외의 이미지 센서(5)의 표면은 차광막(26)으로 덮인다.
다음에, 전술한 이미지 센서(5)를 구동하는 메커니즘을 설명한다. 공간으로부터 제공되는 광이 광 다이오드(21)에 입사될 때, 광 다이오드(21)에 의해 전하가 생성된다. 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하는 수직 전송부(22)에 공급된 후, 게이트 전극(22a, 22b)에 인가된 제어 전압에 의해 수직 전송부(22)로부터 전송되거나 수직 전송부(22)에 축적될 수 있다. 즉 게이트 전극(22a, 22b)의 축적 게이트로 기능한다. 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하량에 대해 수직 전송부(22)에 공급된 전하량의 비는 게이트 전극(22a, 22b)에 전압을 인가함으로써 축적 전송 층(34)에 형성되는 전위 우물(potential well)의 깊이와 전위 우물을 형성하는 시간 주기에 따라 변화한다. 또한 적당한 전압 "Vs"가 오버플로우 전극(24)에 인가되는 경우, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하는 기판(20)을 통해 폐기된다. 그러므로 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하량에 대한 수직 전송부(22)에 공급된 전하량의 비는 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압을 제어하거나 오버 플로우 전극에 전압을 인가하는 시간 주기를 제어함으로써 결정될 수 있다. 따라서 기판은 전하 폐기부로 기능한다.
전술한 바와 같이, 광 다이오드(21)는 광전 변환기로 기능하고, 광 다이오드(21)로부터 수직 전송부(22)에 신호 전하로서 공급된 전하량은 게이트 전극(22a, 22b)과 오버플로우 전극(24) 중 적어도 어느 한쪽에 인가되는 전압을 제어함으로써 조절될 수 있다. 그러므로 게이트 전극(22a, 22b)과 오버플로우 전극(24) (즉, 전하 폐기부로서의 기판(20)) 중 적어도 어느 한쪽이 감도 제어기로 기능하는 것으로 생각할 수 있다. 다시 말해, 게이트 전극(22a, 22b)과 오버플로우 전극(24) 중 적어도 어느 한쪽에 로컬 오실레이터 신호에 상응하는 전압이 인가되는 경우, 그것은 감도 제어기로 기능할 수 있다. 또한 수직 전송부(22)는 개별 게이트 전극(22a, 22b)에 대응하는 영역에 전위 우물을 형성할 수 있다. 전위 우물에 신호 전하를 축적할 수 있기 때문에 전위 우물은 전하 축적부로 기능한다. 수직 전송부(22)에 축적된 전하는 게이트 전극(22a, 22b, 23a, 23b)에 인가하는 전압의 크기와 게이트 전극에 인가하는 전압의 타이밍을 제어함으로써 출력될 수 있기 때문에, 수직 전송부(22)와 수평 전송부는 전하 방출기로 기능한다.
예를 들어, 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압을 제어하는 경우, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하는 이하에서 설명하는 것처럼 수직 전송부(22) 쪽으로 이동할 수 있다. 즉 도 8은 도 6의 점선 "L1"을 따라 전위의 변화를 보여주는 개략도이다. 도 8에서 도면 부호 21로 나타낸 영역은 광 다이오드에 대응한다. 도 8에서 도면 부호 20으로 나타낸 영역은 기판에 대응한다. 도 8에서 도면 부호 22로 나타낸 영역은 수직 전송부에 대응한다. 오버플로우 전극(24)에 전압이 인가되지 않는 경우, p 우물(31)로부터 획득되는 전위 장벽(potential barrier) "B1"은 광 다이오드(21)와 기판(20) 사이에 형성된다. 또한 게이트 전극(22a, 22b)에 전압이 인가되지 않는 경우, 분리 층(35)으로부터 획득되는 전위 장벽 "B2"는 광 다이오드(21)와 수직 전송부(22) 사이에 형성된다. 그러므로 전위 장벽 "B2"의 높이는 게이트 전극(22a, 22b)에 인가되는 전압에 의해 제어될 수 있다. 마찬가지로, 전위 장벽 "B1"의 높이는 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압에 의해 제어될 수 있다. 도 8에서 "e"는 전자를 나타낸다.
그런데, 적절한 타이밍에 오버플로우 전극(24)에 전압을 인가하는 경우, 오버플로우 전극(24)은 전기적인 개폐기(electric shutter)로 기능할 수 있다는 것이 이전부터 알려져 있다. 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압이 제어되고, 기판(20)에 비교적 고전압이 인가되는 경우, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하는 기판(20)을 통해 여분의 전하(waste charge)로서 폐기될 수 있다. 다시 말해 수직 전송부(22)에 공급되는 전하량은 제어될 수 있다. 이것은 감도를 조절할 수 있음을 의미한다.
본 실시예에서, 감도는 로컬 오실레이터 신호에 상응하는 전압을 오버플로우 전극(24)에 인가함으로써 조절될 수 있고, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하량에 대한 수직 전송부(22)에 공급되는 전하량의 비는 로컬 오실레이터 신호로 변조된다. 즉, 주파수 변환이 광 다이오드(21)의 수신기 신호(즉, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전기적인 출력)를 클록 발생기(8)로부터 제공된 로컬 오실레이터 신호와 혼합함으로써 수행될 수 있다.
또한, 게이트 전극(22a, 22b)이 절연막(25)을 통해 축적 전송 층(34) 상에 형성되기 때문에, 전위 우물이 게이트 전극(22a, 22b)에 전압을 인가함으로써 축적 전송 층(34) 내에 형성되어, 전하를 축적하는 커패시터를 얻을 수 있다. 그러므로 전위 우물(27)의 폭 및 깊이에 의해 결정되는 용량 범위(capacity range) 내에 적분을 수행할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 게이트 전극(22a)과 오버플로우 전극(24)에 인가된 전압들 사이의 관계 및 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하의 이동을 보여준다. 도 9a에서, 분리 층(35)으로부터 발생되는 전위 장벽 "B2"는 비교적 높은 양전압(positive voltage)을 게이트 전극(22a)에 인가함에 따라 이동되고, 전위 우물(27)이 축적 전송 층(34)에 형성된다. 이 때, 전위 장벽 "B1"을 형성하도록 비교적 낮은 전압이 오버플로우 전극(24)에 인가된다.
이 경우에 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하는 전위 장벽 "B1"의 존재로 인해 기판(20)으로 이동할 수 없다. 그 결과 전하는 폐기될 수 없다. 그러므로 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하의 전위 우물(27)의 용량 범위 내에 들어가는 모든 전하가, 도 9a에 도시된 바와 같이, 신호 전하로서 수직 전송부(22)로 이동한다.
한편 도 9b에서, 비교적 높은 양전압이 도 9a에 도시된 바와 같이 게이트 전극(22a)에 인가되고, 비교적 높은 양전압이 오버플로우 전극(24)에도 인가된다. 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압은 기판(20)의 전위가 수직 전송부(22)의 전위보다 낮도록 결정된다. p 우물(31)로부터 발생된 전위 장벽 "B1"이 제거되기 때문에, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하의 일부는 신호 전하로서 수직 전송부(22)로 이동할 수 있고, 도 9b에 도시된 바와 같이 나머지(balance) 전하는 여분의 전하로 기판(20)을 통해 폐기될 수 있다. 이 경우에, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하에 대한 신호 전하의 비는 도 9a의 경우와 비교하여 감소한다. 이것은 감도의 저하를 의미한다.
여분의 전하에 대한 신호 전하의 비인 감도는 게이트 전극(22a)과 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압의 크기 관계에 따라 결정된다. 그러므로 더 많은 양의 전하(전자)가 더 낮은 전위의 영역으로 이동한다. 도 9a의 조건 하의 수직 전송부(22)의 전하는 전위 우물(27)에 축적되기 때문에, 전하는 도 9b의 조건 하에서 기판으로 이동할 수 없다.
도 9c에 도시한 바와 같이 수직 전송부(22)에 축적된 신호 전하를 판독하기 위해, 게이트 전극(22a)에 인가되는 전압은 전위 장벽 "B2"를 형성하도록 감소된다. 전위 장벽 "B2"의 형성은 광 다이오드(21)로부터 수직 전송부(22)로의 전하 유입을 방지하고, 수직 전송부(22)로부터 광 다이오드(21)로의 저하 유출을 방지한다.
이러한 상태 하에서, 4상 클록 "V1" - "V4"가 게이트 전극(22a, 22b)에 공급되고 2상 클록 "VH1", "VH2"가 게이트 전극(23a, 23b)에 공급되는 경우, 수직 전송부(22)에 축적된 신호 전하를 판독할 수 있다. 수직 전송부(22)에 축적된 신호 전 하는 전술한 4개의 간격 각각에 대한 각각의 적분값(A0 - A3)의 결정마다 판독될 수 있다. 예를 들어, 적분값 "A0"에 상응하는 신호 전하가 전위 우물(27)에 축적된 후, 판독된다. 다음에 적분값 "A1"에 상응하는 신호 전하가 전위 우물(27)에 축적된 후, 다시 판독된다. 따라서 신호 전하를 축적하고 판독하는 절차는 반복된다. 적분값(A0 - A3)을 저장하는 시간 주기(즉, 클록 신호의 수)들이 서로 동일하게 설정되는 것은 말할 것도 없다. 또한, 적분값(A0-A3)의 판독 순서는 전술한 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 적분값 A0가 결정된 후, 적분값 A1 대신에 적분값 A2가 결정될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압이 제어되기 때문에, 수직 전송부(22)에 형성된 게이트 전극(22a, 22b)에 전압을 인가하는 경우와 비교하여 용량 성분에 기인한 응답 지연이 방지된다. 그러므로 비교적 높은 로컬 오실레이터 주파수를 사용할 수 있게 된다. 이것은 또한 비교적 높은 방출 주파수를 사용할 수 있음을 의미한다. 그 결과 세기 변조의 주기가 단축되어 축 해상도(axial resolution)를 개선할 수 있다.
수직 오버플로우 드레인을 제어하는 경우, 기판(20) 상에 형성된 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압을 제어하는 대신에 기판(20) 상에 형성된 p 우물(31)에 인가되는 전압을 제어할 수 있다. 이것은 본 명세서에 기술된 다른 실시예들에 대해서도 동일하다.
또한 오버플로우 전극(24)에 고전압을 인가하여 전위 장벽 "B1"이 제거되었다는 조건 하에서, 게이트 전극(22a, 22b)으로 감도를 제어할 수 있다. 즉 전위 장벽 "B2"가 존재하는 경우, 광 다이오드(21)의 전하는 오버플로우 드레인(20)으로 이동한다. 한편, 전위 장벽 "B2"가 제거된 상태에서는 광 다이오드(21)의 전하는 주로 수직 전송부(22)로 이동한다. 그러므로 광 다이오드(21)에서 수직 전송부(22)로 이동하는 전하량을 제어할 수 있다. 다른 구성과 동작은 제2 실시예와 같다.
(제4 실시예)
본 실시예의 거리 측정 장치는 다음의 특징들을 제외하고는 제3 실시예와 실질적으로 동일하다. 즉, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하량에 대한 축적 전송 층(34)에 신호 전하로서 공급되는 전하량의 비는 게이트 전극(22a)과 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압을 모두 제어함으로써 결정될 수 있다.
도 10a에서, 분리 층(35)에 의해 생성된 전위 장벽 "B2"는 비교적 높은 양전압을 게이트 전극(22a)에 인가함으로써 제거되고, 전위 우물(27)이 축적 전송 층(34)에 형성된다. 이 때, 전위 장벽 "B1"을 형성하도록 비교적 낮은 전압이 오버플로우 전극(24)에 인가된다. 이 경우에, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하(전자 "e")는 전위 장벽 "B1"의 존재로 인해 기판(20)으로 이동할 수 없다. 그러므로 여분의 전하는 발생하지 않는다. 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하에서 전위 우물(27)의 용량 범위 내에 드는 모든 전하는, 도 10a에서 화살표로 나타낸 바와 같이 신호 전하로서 수직 전송부(22)로 이동한다.
한편 도 10b에서, 비교적 낮은 양전압이 도 10a에 도시된 바와 같이 게이트 전극(22a)에 인가되고, 비교적 높은 양전압이 오버플로우 전극(24)에 인가된다. 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압은 기판(20)의 전위가 수직 전송부(22)의 전위보다 낮도록 결정된다. 이 경우에 p 우물(31)로부터 생성된 전위 장벽 "B1"은 제거된다. 하지만 분리 층(35)으로부터 발생된 전위 장벽 "B2"가 형성되기 때문에, 도 10b에 화살표로 나타낸 바와 같이 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하의 대부분은 여분의 전하로서 기판(20)을 통해 폐기된다. 그 결과, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하에 대한 신호 전하의 비는 도 10a의 경우와 비교하여 감소한다. 이것은 감도의 저하를 의미한다.
본 실시예에서, 도 10a 및 도 10b의 상태는 번갈아 반복된다. 여분의 전하에 대한 신호 전하의 비인 감도는 게이트 전극(22a)과 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압의 크기 관계 및 게이트 전극(22a)에 전압을 인가하는 시간 주기와 오버플로우 전극(24)에 전압을 인가하는 시간 주기의 비에 따라 결정된다. 다른 구성 및 동작은 제2 실시예와 같다.
(제5 실시예)
본 실시예에서 수평(lateral) 드레인을 구비하는 행간 전송 CCD를 이미지 센서(5)로 사용한다. 이러한 유형의 이미지 센서로는 시장에서 입수 가능한 것을 사용할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 본 실시예의 이미지 센서(5)에서, n형 반도체로 이루어지는 오버플로우 드레인(41)이 광 다이오드(21)의 행렬 배치(3 × 4)의 각 열에 이웃하여 형성된다. 이 경우에, 이미지 센서(5)는 3개의 오버플로우 드레인(41)을 갖는다. 오버플로우 드레인(41)은 알루미늄 전극인 오버플로우 전극(24)에 의해 그들의 상단부(upper end)에서 상호 접속된다. 수직 전송부(22)와 수 평 전송부(23)는 제3 실시예 이미지 센서(5)의 그것들과 동일한 기능을 갖는다.
도 12를 참조하여 이미지 센서(5)를 더욱 상세하게 설명한다. 본 실시예에서 p형 반도체 기판이 기판(40)으로 사용된다. n+형 반도체 층(42)은 광 다이오드(21)를 형성하려는 영역 위의 기판(40)의 전체 면 상에 형성된다. 그러므로 광 다이오드(21)는 n+형 반도체 층(42)과 기판(40)으로 구성된다. 한편 n형 반도체로 이루어지는 축적 전송 층(44)이 수직 전송부(22)를 형성하려는 영역 위의 기판(40) 전체 면 상에 형성된다.
p+형 반도체로 이루어지는 분리 층(45a)이 n+형 반도체 층(42)과 축적 전송 층(44) 사이에 형성된다. p+형 반도체로 이루어지는 분리 층(45b)이 n+형 반도체 층(42)와 오버플로우 드레인(41) 사이에 형성된다. 도면 부호 43은 n+형 반도체 층(42)과 분리 층들(45a, 45b) 상에 형성되고, 분리층들(45a, 45b)과 동일한 불순물 농도를 갖는 p+형 반도체 표면 층을 나타낸다. 표면 층(43)은 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하가 n+형 반도체 층(42)의 표면을 통해 수직 전송부(22)로 이동하는 것을 방지한다.
축적 전송 층(44)의 상부면은 표면 층(43) 및 오버플로우 드레인(41)의 상부면과 높이가 같다. 또한, 오버플로우 드레인(41)의 두께는 n+형 반도체 층(42)의 두께보다 두껍다. 게이트 전극(22a, 22b)은 절연막(25)을 통해 축적 전송 층(44) 상에 광 다이오드(21)마다 형성된다. 게이트 전극(22a, 22b) 중 하나는 다른 하나보다 폭이 더 넓다. 또한 광 다이오드(21)가 광을 수신하도록 하는 영역을 제외한 이미지 센서(5)의 표면은 차광막(26)으로 덮인다. 이러한 구조는 제3 실시예의 이미지 센서(5)와 같다.
도 12 및 도 14a 내지 도 14c와 도 8 및 도 9a 내지 도 9c에서 점선을 따른 전위의 변화를 나타내는 도 13의 비교로부터 알 수 있듯이, 본 실시예는 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하가 제3 실시예의 기판(20) 대신에 오버플로우 드레인(41)을 통해 폐기된다는 점에서만 제3 실시예와 다르다. 제3 실시예의 수직 오버플로우 드레인을 구비하는 행간 전송 CCD의 광 다이오드(21)를 구성하는 n+형 반도체 층(32)과 비교할 때, 본 실시예의 수형 오버플로우 드레인을 구비하는 행간 전송 CCD의 광 다이오드(21)는 두께가 더 두꺼운 n+형 반도체 층(42)을 사용할 수 있다.
즉 수직 오버플로우 드레인을 형성하는 경우에는 기판(20) 상에 광 다이오드(21)를 형성하여야 한다. 그러나 수평 오버플로우 드레인을 형성하는 경우에는 기판(40)이 광 다이오드(21)를 구성하는 반도체 층으로 사용되기 때문에 n+형 반도체 층(42)의 두께를 증가시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 오버플로우 드레인(41)이 광 다이오드(21)에 인접하여 형성되기 때문에 수광 영역이 감소한다. 하지만 적외선에 대한 감도가 제3 실시예와 비교하여 향상되는 이점이 있다. 다른 구성 및 동작은 제3 실시예와 같다.
(제6 실시예)
본 실시예에서 수직 오버플로우 드레인을 구비하는 프레임 전송 CCD가 이미지 센서(5)로 사용된다. 이러한 유형의 이미지 센서로는 시장에서 입수 가능한 것을 사용할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이 본 실시예의 이미지 센서(5)는 광 다이오드(21)를 행렬(4 × 4)로 배치한 2차원 이미지 센서이다. 이 이미지 센서(5)는 수직 방향으로 정렬된 광 다이오드(21)가 수직 전송 CCD로 기능하도록 허용하는 이미지 픽업부 "D1"와, 이미지 픽업부 "D1"에 인접하여 형성된 축적부 "D2"를 구비하는데, 이것은 광전 변환 기능을 갖지 않는 수직 전송 CCD의 배치이다. 도 15에서 도면 부호 23은 축적부 "D2"에 인접하여 형성된 수평 전송부를 나타내며, 이것은 수평 전송 CCD로 형성된다. 수평 전송부는 전하 방출기로 기능한다.
본 실시예에서, 광 다이오드(21)와 수직 전송 CCD는 전하를 축적하고 전하를 수직 방향으로 전송하는 기능을 갖는다. 그러므로 이미지 픽업부 "D1"과 축적부 "D2"는 전하 축적부로 기능한다. 이미지 픽업부 "D1"의 행렬 배치의 각 열은 4개의 광 다이오드(21)를 구비하며, 그 각각은 수직 방향으로 정렬된 3개의 게이트 전극(21a - 21c)을 구비한 수광 면(light receiving surface)에 형성된다. 축적부 "D2"에서 수직 전송 CCD의 각 열은 두 세트의 3개의 게이트 전극(28a - 28c)을 구비한다. 또한 제3 실시예의 경우에서처럼, 수평 전송부(23)는 축적부 "D2"의 열마다 한 쌍의 게이트 전극(23a, 23b)을 구비한다.
게이트 전극(21a - 21c)은 6상 클록 "V1" - "V6"에 의해 구동되고, 게이트 전극(28a - 28c)은 3상 클록 "VV1" - "VV3"에 의해 구동된다. 게이트 전극(23a, 23b)은 2상 클록 "VH1", "VH2"에 의해 구동된다. 수평 전송부(23)는 축적부 "D2"로부터 하나의 수평선마다 신호 전하를 출력한다. 이러한 형태의 구동 기술은 CCD 분야에서는 잘 알려져 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
이미지 픽업부 "D1", 축적부 "D2" 및 수평 전송부(23)는 단일 기판(50) 상에 형성된다. 알루미늄 전극인 오버플로우 전극(24)이 절연막을 통하지 않고 기판(50) 상에 직접 형성된다. 즉 기판(50)은 오버플로우 드레인으로 기능한다. 오버플로우 전극(24)은 이미지 픽업부 "D1", 축적부 "D2" 및 수평 전송부(23) 전체를 둘러싸도록 기판(50) 상에 형성된다. 광 다이오드(21)에 대응하는 부분을 제외한 기판(50)의 표면은 차광막(도시하지 않음)으로 덮인다.
도 16을 참조하여 이미지 센서(5)를 더욱 상세하게 설명한다. 본 실시예에서는 n형 반도체 기판이 기판(50)으로 사용된다. p형 반도체 층(51)은 광 다이오드(21)를 형성하려는 영역 위의 기판(50)의 전체 면에 형성된다. 또한, n형 반도체로 이루어지는 n 우물(52)이 p형 반도체 층(51) 상에 형성된다. p형 반도체 층(51)과 n 우물(52)에 의해 구비되는 pn 접합이 광 다이오드(21)를 제공한다. 또한 도 16에 도시된 바와 같이, 3개의 게이트 전극(21a - 21c)은 실리콘 다이옥사이드로 이루어지는 절연막(53)을 통해 p형 반도체 층(51) 및 n 우물(52)의 상부면에 형성된다. 게이트 전극(21a - 21c) 각각은 폴리실리콘으로 이루어진다.
n 우물(52)은 이미지 픽업부 "D1"와 축적부 "D2" 위에 연속적하여 형성된다. 즉, 이미지 픽업부 "D1"의 n 우물(52)에서 전하가 생성, 축적 및 전송되고, 축적부 "D2"의 n 우물(52)에서 전하가 축적되고 전송된다.
다음에, 전술한 이미지 센서(5)를 구동하는 메커니즘을 설명한다. 공간으로부터 제공되는 광이 광 다이오드(21)에 입사될 때, 광 다이오드(21)에 의해 전하가 생성된다. 적당한 전압이 게이트 전극(21a - 21c)에 인가될 때, 전하 축적으로 n 우물(52)에 전위 우물이 형성된다. 생성된 전하는 전위 우물에 축적될 수 있다. 또한 전위 우물의 깊이는 게이트 전극(21a - 21c)에 인가되는 전압을 제어함으로써 변회될 수 있기 때문에, 전위 우물의 깊이를 제어함으로써 전하를 전송할 수 있다. 즉 게이트 전극(21a - 21c)은 축적 게이트로 기능한다.
한편, 적당한 전압 "Vs"가 오버플로우 전극(24)에 인가되는 경우, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하는 기판(50)을 통해 폐기된다. 그러므로 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압과 오버플로우 전극(24)에 전압을 인가하는 시간 주기를 제어함으로써, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하량에 대한 n 우물(52)의 전위 우물에 신호 전하로서 축적되는 전하량의 비를 변화시킬 수 있다. 즉, 로컬 오실레이터 신호에 상응하는 전압을 오버플로우 전극(24)(즉, 기판(50))에 인가함으로써 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하량에 대한 신호 전하의 비를 제어할 수 있다. 그러므로 제3 실시예의 경우처럼 기판(50)은 감도 제어기로 기능한다.
도 16의 점선에 따른 전위를 나타내는 도 17을 참조하여 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하의 이동을 설명한다. 도 17에서 도면 부호 21로 나타낸 영역은 광 다이오드에 대응한다. 도 17에서 도면 부호 50으로 나타낸 영역은 기판에 대응한다. 오버플로우 전극(24)에 전압이 인가되지 않는 경우, p형 반도체 층(51)으로 부터 생성된 전위 장벽 "B3"은 광 다이오드(21)(n 우물(52))와 기판(50) 사이에 형성된다. 한편, 광 다이오드(21)의 기판(50) 반대쪽에 p형 반도체 층(51)으로부터 생성된 전위 장벽 "B4"가 형성된다.
이들 전위 장벽의 형성으로 인해 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하(전자 "e")의 외부로의 누설을 방지할 수 있다. 전위 장벽 "B3"의 높이는 오버플로우 전극(24)에 인가되는 전압을 제어하여 결정될 수 있다. 한편, 게이트 전극(21a - 21c)에 전압을 인가하여 형성된 전위 우물에 축적된 전하량은 전위 우물의 깊이에 의해 결정되는데, 이것은 게이트 전극(21a - 21c)에 인가된 전압에 의해 결정된다. 즉 게이트 전극(21a, 21c)에 인가되는 전압보다 높은 전압이 게이트 전극(21b)에 인가되는 경우, 도 18에 도시된 바와 같이 전위 우물은 그 중심 영역에서 최대 깊이를 갖도록 형성된다.
기판(50)의 전위가 n 우물(52)의 전위보다 낮도록 오버플로우 전극(24)에 적당한 전압이 인가되는 경우, 게이트 전극(21a, 21c)에는 전위 장벽 "B3"을 제거하도록 전압이 인가되고, 게이트 전극(21b)에는 전위 장벽 "B3"을 형성하도록 전압이 인가되어, 대량의 전하(전자 "e")가 도 19b에 도시한 바와 같이 중심 영역에 축적되고, 도 19a 및 도 19c에 도시된 바와 같이 전하가 기판(50)을 통해 양 측면 영역에서 폐기된다. 따라서 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하에 대한 n 우물(52)에 형성된 전위 우물에 축적된 신호 전하의 비를 오버플로우 전극(24)에 로컬 오실레이터 신호를 제공함으로써 조절할 수 있다. 즉 감도는 로컬 오실레이터 신호로 제어되기 때문에, 전위 우물에 축적된 신호 전하의 양은 6상 클록 "V1" - "V6"에 의 해 규정된 시간에서의 비트 신호의 적분값(A0 - A3)에 대응하는 전하량이 된다.
그런데, 측면 게이트 전극(21a, 21c)에서 생성된 전하의 일부는 광 다이오드(21)에 의해 전하가 생성되는 시간 주기 동안에 노이즈 성분으로 중심 게이트 전극(21b)에 대응하는 전위 우물로 유입한다. 또한 신호 전하는 각각의 전하값(A0 - A3)의 결정마다 전송되기 때문에, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하는 신호 전하를 전송하는 시간 주기 동안에 노이즈 성분으로 적분값(A0 - A3)에 혼합된다. 그러나 이들 노이즈 성분은 적분에 의해 평균되고, 위상차 "ψ"를 결정하기 위해 수행되는 감산에 의해 실질적으로 제거된다. 그러므로 이들 노이즈 성분의 영향은 작아진다. 즉 프레임 전송 CCD를 사용하더라도 위상차 "ψ"를 정확하게 결정할 수있다.
게다가, 광 다이오드(21)의 개구비(aperture ratio)는 프레임 전송 CCD의 상요에 의해 증가될 수 있기 때문에, 행간 CCD를 사용하는 경우와 비교하여 고감도를 실현할 수 있다. 전술한 경우에, 3개의 게이트 전극(21a - 21c)은 광 다이오드(21)마다 제공된다. 그러나 하나의 광 다이오드에 대응하는 게이트 전극의 수는 본 실시예로 한정되지 않는다. 다른 구성과 동작은 제3 실시예와 같다.
(제7 실시예)
본 실시예에서, 수평 오버플로우 드레인을 구비하는 프레임 전송 CCD이 이미지 센서(5)로 사용된다. 도 20에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 이미지 센서(5)는 광 다이오드(21)를 행렬(4 × 4)로 배치한 2차원 이미지 센서이다. N형 반도체로 이루어지는 오버플로우 드레인(61)이 광 다이오드(21)의 행렬 배치의 각 열에 인접하여 형성된다. 이 경우에 이미지 센서(5)는 4개의 오버플로우 드레인(61)를 갖는다. 오버플로우 드레인(61)은 알루미늄 전극인 오버플로우 전극(24)에 의해 그들의 상단부에서 상호 접속된다. 이미지 픽업부 "D1", 축적부 "D2", 및 수평 전송부(23)는 제6 실시예의 이미지 센서(5)의 그것들과 동일한 기능을 갖는다.
도 21을 참조하여 이미지 센서(5)를 더욱 상세하게 설명한다. 본 실시예에서 p형 반도체 기판이 기판(60)으로 사용된다. p형 반도체 층(62)은 기판(60)의 전체 면 상에 형성된다. 또한 n형 반도체로 이루어지는 n 우물(63)이 p형 반도체 층(62)에 형성된다. p형 반도체 층(62)과 n 우물(63)은 광 다이오드(21)를 제공한다. p+형 반도체로 이루어지는 p+ 우물(64)이 p형 반도체 층(62) 내의 n 우물(63)에 인접하여 형성된다. n형 반도체로 이루어지는 오버플로우 드레인(61)이 p+ 우물(64)의 상부면에 형성된다. 따라서 본 실시예의 이미지 센서(5)는 상이한 도전형을 갖는 기판(60)을 사용하고 오버플로우 드레인(61)을 형성하는 것을 제외하고는 제6 실시예의 이미지 센서와 기본적으로 동일한 구조를 갖는다. 그러나, 본 실시예의 이미지 센서는 제6 실시예와 비교하여 적외선에 대해 더 높은 감도를 갖는다.
도 17과 함께 도 21의 점선 L4에 따른 전위의 변화를 나타내는 도 22의 비교로부터 알 수 있듯이, 본 실시예는 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하가 제6 실시예의 기판(50) 대신에 오버플로우 드레인(61)을 통해 폐기된다는 점에서 제6 실시예와 다르다. 게이트 전극(21a - 21c)에 전압을 인가함으로써 n 우물(63)에 형성된 전위 우물에 축적된 전하량은 전위 우물의 깊이에 의해 결정되는데, 전위 우 물의 깊이는 게이트 전극(21a - 21c)에 인가되는 전압에 의해 결정된다. 즉 게이트 전극(21b)에 인가되는 전압이 게이트 전극(21a, 21c)에 인가되는 전압보다 더 높은 경우에, 중심 게이트 전극(21b)에 대응하는 전위 우물은 최고 깊이를 갖는다.
전위 장벽 "B3"을 낮추기 위해 적당한 전압이 오버플로우 전극(24)에 인가되는 경우, 도 23b에 도시된 바와 같이 전하(전자 "e")는 중심 게이트 전극(21b)에 대응하는 전위 우물에 축적되고, 도 23a 및 도 23c에 도시된 바와 같이 측면 게이트 전극(21a, 21c)에 대응하는 영역에서 생성된 전하는 오버플로우 드레인(61)을 통해 폐기된다. 다른 구성 및 동작은 제6 실시예와 같다.
(제8 실시예)
제6 실시예 및 제7 실시예에서 설명한 바와 같이, 프레임 전송 CCD를 이미지 센서(5)로 사용하는 경우, 광 다이오드(21)마다 형성되는 게이트 전극의 수는 3개로 한정되지 않는다. 본 실시예에서는 광 다이오드(21)마다 4개의 게이트 전극이 형성된다.
도 24a 및 도 24b에서 도면 부호 1 - 4는 각각 제1, 제2, 제3 및 제4 게이트 전극을 나타낸다. 도면 부호 1 - 4의 한 사이클 주기는 하나의 광 다이오드(21) 영역에 대응한다. 도 24a는 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하를 축적하는 주기를 나타내고, 도 24b는 불필요한 전하를 폐기하는 주기를 나타낸다. 임계값 "Th1"은 오버플로우 드레인의 전위를 나타낸다.
도 24a에 도시된 바와 같이, 각각의 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하가 서로 혼합되는 것을 방지하기 위하여 제1 게이트 전극(1)에 전압을 인가하지 않음 으로써, 전하를 축적하는 주기에 인접하는 광 다이오드(21)들 사이에 전위 장벽이 형성된다. 또한 제2, 제3 및 제4 게이트 전극(2) - (4)에 인가되는 전압이 계단식으로 감소되는 경우, 상이한 깊이를 갖는 계단형 전위 우물을 얻을 수 있다. 제3 및 제4 게이트(3),(4)에 대응하는 각각의 영역은 임계값 "Th1"보다 높은 전위를 갖는다. 제2 게이트 전극(2)에 대응하는 영역에서, 전위 우물은 최대 깊이(최저 전위)를 갖는다. 이 전위는 임계값 "Th1"보다 낮기 때문에, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하(전자 "e")는 제2 게이트 전극(2)에 대응하는 영역에 주로 축적된다.
한편 도 24b에 도시된 바와 같이 전하를 폐기하는 주기에서 제3 및 제4 게이트 전극(3),(4)에 대응하는 영역의 전위는 전하를 축적하는 주기에서 최저 전위를 갖는 제2 게이트 전극(2)에 대응하는 영역에 축적된 전하의 누설을 방지하기 위해 증가된다. 전하를 축적하는 주기에 제1, 제3 및 제4 게이트 전극(1),(3),(4)에 대응하는 영역에서 생성된 전하는 오버플로우 드레인과 제2 게이트 전극(2)에 대응하는 영역으로 유입된다. 그러므로 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하량에 대한 여분의 전하량의 비는 전하를 폐기하는 주기에 대한 전하를 축적하는 주기의 비를 적절히 제어함으로써 조절할 수 있다. 이것은 감도를 조절할 수 있다는 것을 의미한다. 다른 구성 및 동작은 제6 또는 제7 실시예와 같다.
(제9 실시예)
본 실시예에서, 광 다이오드(21)마다 6개의 게이트 전극이 형성된다. 도 25a 및 도 25b에서 도면 부호 1 - 6는 각각 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 게이트 전극을 나타낸다. 도면 부호 1 - 6의 한 사이클 주기는 하나의 광 다이오드 (21) 영역에 대응한다. 도 25a는 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하를 축적하는 주기를 나타내고, 도 25b는 불필요한 전하를 폐기하는 주기를 나타낸다. 임계값 "Th2"은 오버플로우 드레인의 전위를 나타낸다.
도 25a에 도시된 바와 같이, 각각의 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하가 서로 혼합되는 것을 방지하기 위하여 제1 게이트 전극(1)에 전압을 인가하지 않음으로써, 전하를 축적하는 주기에 인접하는 광 다이오드(21)들 사이에 전위 장벽이 형성된다. 제4 전극(4)에 대응하는 영역에서 전위 우물은 최고 깊이를 갖는다. 제2, 제3, 제5 및 제6 게이트 전극(2),(3),(5),(6)에 대응하는 영역의 전위는 임계값 "Th2"보다 더 높아지도록 계단식으로 증가된다. 전술한 바와 같이 제4 게이트 전극(4)에 대응하는 영역에서 전위 우물이 최고 깊이를 갖기 때문에, 임계값 "Th2"보다 낮고, 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하(전자 "e")는 제4 전극(4)에 대응하는 영역에 주로 축적된다.
한편 도 25b에 도시된 바와 같이 전하를 폐기하는 주기에 제2, 제3, 제5, 및 제6 게이트 전극(2),(3),(5),(6)에 대응하는 영역의 전위는 전하를 축적하는 주기에 최저 전위를 갖는 제4 게이트 전극(4)에 대응하는 영역에 축적된 전하의 누설을 방지하기 위해 증가된다. 때문에, 전하를 축적하는 주기에 제1, 제2, 제5, 및 제6 게이트 전극(1),(2),(5),(6)에 대응하는 영역에서 생성된 전하는 오버플로우 드레인과 제2 게이트 전극(4)에 대응하는 영역으로 유입된다.
그러므로 제8 실시예의 경우처럼 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하량에 대한 여분의 전하량의 비는 전하를 폐기하는 주기에 대한 전하를 축적하는 주기의 비를 적절히 제어함으로써 조절할 수 있다. 이것은 감도를 조절할 수 있다는 것을 의미한다. 다른 구성 및 동작은 제6 또는 제7 실시예와 같다.
(제10 실시예)
전술한 바와 같이 프레임 전송 CCD를 이미지 센서(5)로 사용하는 경우, 적분값 A0 - A3을 결정하는 주기 이외의 시간 주기에 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하는 노이즈 성분으로 신호 전하에 혼합될 수 있다. 노이즈 성분은 실질적으로 일정하고(constant), 적분값 A0 - A3을 결정하는 주기 내에 전하를 축적함으로써 평균된다. 그러므로 노이즈 성분을 어느 정도까지 제거할 수 있고 위상차 "ψ"를 결정할 수 있다.
그러나 S/N비는 노이즈 성분으로 인해 감소한다. 예를 들어, 전하의 축적 또는 전송에 관련하는 영역에서 더 큰 동적 범위가 요구되는 경우, 거리 측정 장치의 비용/성능은 저하한다. 도 26a 및 도 26b에 도시된 바와 같이 본 실시예에서 차광막이 신호 전하를 축적하는 영역, 및 광 다이오드(21)의 전하 생성에 관계없는 영역에 형성된다.
도 26a 및 도 26b에서 제9 실시예의 경우처럼, 광 다이오드(21)마다 6개의 게이트 전극 (1) - (6)이 형성된다. 구체적으로 차광막(65)은 게이트 전극 (1), (3) - (5)에 대응하는 영역에 형성되어, 전하(전자 "e")는 광 다이오드(21)의 게이트 전극(2),(6)에 대응하는 영역에서만 생성된다. 그 결과 게이트 전극(4)은 전하의 생성에 실질적으로 기여하지 않는다. 다시 말해 게이트 전극(4)에서는 노이즈 성분이 발생하지 않는다. 차광막(65)을 형성하지 않는 경우와 비교하여 S/N 비를 향상시킬 수 있다. 다른 구성과 동작은 제9 실시예와 같다.
전술한 실시예에서 전하는 각각의 적분값 A0 - A3의 결정마다 출력된다. 이하에서 설명하는 이미지 센서(5)는 적분값 A0 - A3 중 적어도 2개를 동시에 결정하는 능력을 갖는다.
(제11 실시예)
본 실시예에서, 도 20에 도시된 프레임 전송 CCD의 변형이 이미지 센서(5)로 사용된다. 즉 도 27에 도시된 바와 같이, 각각의 오버플로우 드레인이 광 다이오드(21)마다 제공되도록 오버플로우 드레인(61a, 61b)이 번갈아 배치된다. 그러므로 각각의 광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하는 개별적으로 폐기될 수 있음은 말할 것도 없다.
광 다이오드(21)에 의해 생성된 전하량에 대한 전하 축적부의 전위로 이동된 신호 전하량의 비는 로컬 오실레이터 신호를 각각의 오버플로우 드레인(61a, 61b)에 제공함으로써 조절될 수 있다. 본 실시예에서 로컬 오실레이터 신호 "φ1", "φ2"가 동일한 주파수이지만 역 위상(opposit phase)으로 신호 전하를 전송하는 방향으로 인접한 오버플로우 드레인(61a, 61b)에 제공된다. 동일 주파수 역 위상을 갖는 로컬 오실레이터 신호 "φ1", "φ2"의 사용으로, 도 28a 및 도 28b에 도시된 바와 같이 로컬 오실레이터 신호에 각각 대응하는 비트 신호도 또한 역 위상이다.
즉 하나의 화소가 인접한 두개의 광 다이오드(21) 세트로 제공되는 조건 하에서 전술한 제어가 수행되는 경우, 역 위상으로 각각의 비트 신호에 대응하는 전하는 두 개의 광 다이오드(21) 각각에 대응하는 전하 축적부에 축적된다. 역 위상 으로 이들 비트 신호 각각에 대해 적분을 수행함으로써, 위상차 "ψ"를 결정하는데 필요한 4개의 적분값 A0 - A3 중 두개를 동시에 얻을 수 있다. 즉 본 실시예에서 적분값 A0, A1이 둘 다 동시에 축적될 수 있고, 적분값 A2, A3이 둘 다 동시에 축적될 수 있다.
본 실시예에서 신호 전하가 외부의 전하와 의도적으로 혼합되기 때문에, 그것들은 노이즈 성분이 된다. 그러나 외부 전하의 양은 신호 전하보다 훨씬 작고, 외부 전하는 신호 전하와 실질적으로 일정한 비율로 혼합된다. 그러므로 노이즈 성분은 위상차 "ψ"를 결정하는 데 최소한의 영향을 미친다. 다른 구성 및 동작은 제7 실시예와 같다.
(제12 실시예)
제12 실시예에서, 수형 오버플로우 드레인을 구비하는 행간 전송 CCD의 변형이 프레임 전송 CCD의 변형 대신에 이미지 센서(5)로 사용된다. 즉, 도 29에 도시된 바와 같이 오버플로우 드레인(41a, 41b)은 각각의 드레인이 광 다이오드(21)마다 제공되도록 수직 방향으로 정렬된 광 다이오드(21)에 인접하여 교대로 배치된다. 또한 세 개의 게이트 전극(22a - 22c)이 수직 전송부(22)에 광 다이오드(21)마다 형성된다.
이 이미지 센서(5)에서 하나의 화소는 한 쌍의 인접한 광 다이오드(21)에 의해 수직 방향으로 제공되고, 로컬 오실레이터 신호 "φ1", "φ2"는 화소를 규정하는 두개의 광 다이오드(21)에 대응하는 오버플로우 드레인(41a, 41b)에 동일 주파수지만 역 위상으로 제공된다. 또한 제11 실시예의 경우처럼, 게이트 전극(21a - 21c)은 6상 클록에 의해 구동된다. 그 결과 적분값 A0 - A3 중 두개를 동시에 결정할 수 있다. 다른 구성 및 동작은 제11 실시예와 같다.
제11 및 제12 실시예에서, 3개의 게이트 전극이 오버플로우 드레인마다 형성된다. 하지만 오버플로우 드레인마다 형성되는 게이트 전극의 수는 4개 이상일 수 있다. 또한, 서로 90도씩 상이한 위상을 갖는 4개의 로컬 오실레이터 신호가 역위상의 로컬 오실레이터 신호 "φ1", "φ2" 대신에 제공되는 경우, 적분값 A0 - A3을 동시에 결정할 수 있다. 게다가, 역위상의 로컬 오실레이터 신호 "φ1", "φ2"는 게이트 전극(21a - 21c, 22a - 22c)에 제공될 수 있다. 이와는 달리, 역위상의 로컬 오실레이터 신호 "φ1", "φ2"는 오버플로우 드레인과 게이트 전극 양쪽에 제공될 수 있다.
전술한 실시예에서, 행간 전송 CCD 또는 프레임 전송 CCD가 이미지 센서(5)로 사용된다. 또한 도 30에 도시된 바와 같이, 도 15의 프레임 전송 CCD의 이미지 픽업부 "D1"을 광 다이오드(21)와 행간 전송 CCD의 수직 전송부(22)로 대체함으로써 얻을 수 있는 프레임 행간 전송 CCD를 사용할 수 있다. 이 경우에 프레임 전송 CCD와 비교하여 얼룩(smear)의 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.
전술한 실시예들에서 2차원 이미지 센서 대신에 1차원 이미지 센서를 사용할 수 있다. 또한 제1 실시예서 오직 하나의 광전 변환기(3)만을 사용할 수 있다. 또 전술한 실시예에서 거리 정보를 결정하는 분석기가 사용된다. 그러나 의도된 공간(intended space)에 대한 정보처럼 위상차 "ψ"만이 분석기에 의해 결정될 수 있다. 대안으로 의도된 공간에 대한 다른 정보가 적분값 A0 - A3에 따라 분석기에 의해 계산되거나(evaluated) 결정된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 공간 정보 검출 장치 따르면, 광전 변환기에 의해 수신된 광의 파형의 왜곡이 광원을 구동하는 신호 파형의 왜곡 또는 외부로부터 공간으로 들어오는 광량의 일시적인 변화에 기인하여 발생하는 경우라 하더라도, 비트 신호의 적분이 공간 정보를 결정하는 데 사용되기 때문에 측정 정확도에는 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서 측정 정확도가 파형에 영향을 받는 종래의 검출 장치와 비교하여 공간 정보를 향상된 정확도로 검출할 수 있는 이점이 있다. 또한 공간 정보가 세기 변조 광의 방출 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 비트 신호의 적분을 사용하여 결정되기 때문에, 고속 응답을 갖는 고가의 스위칭 소자 대신에 광 수신측에 비교적 값싼 스위칭 소자를 사용할 수 있다는 다른 이점이 있다.
본 발명의 이러한 이점을 갖는 공간 정보 검출 장치는 세기 변조 광과 수신된 광 사이의 위상차를 결정할 필요가 있는 모든 장치에 널리 사용될 수 있으며, 특히, 거리 측정 장치에 적합하다.

Claims (19)

  1. 세기 변조 광이 소정의 방출 주파수로 조사되고 있는 공간으로부터 제공되는 광을 수신하고 수신된 광의 세기에 상응하는 전기적인 출력 생성하는 적어도 하나의 광전 변환기,
    상기 방출 주파수와 상이한 로컬 오실레이터 주파수를 갖는 로컬 오실레이터 신호를 출력하는 로컬 오실레이터 회로,
    상기 전기적인 출력을 상기 방출 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 비트 신호(beat signal)로 주파수 변환하기 위해 상기 로컬 오실레이터 신호와 상기 전기적인 출력을 혼합하는 감도 제어기,
    소정의 타이밍으로 상기 비트 신호의 적분을 실행하는 적분기, 및
    상기 적분기의 출력에 따라 상기 공간에 대한 정보를 결정하는 분석기
    를 포함하고,
    상기 광전 변환기는 상기 수신된 광의 세기에 상응하는 전하량을 상기 전기적인 출력으로서 생성하고,
    상기 적분기는, 상기 광전 변환기에 의해 생성된 전하의 적어도 일부를 신호 전하로서 축적하는 전하 축적부(charge storage)와, 상기 방출 주파수와 상기 로컬 오실레이터 주파수 사이의 주파수차를 갖는 상기 비트 신호와 동기하여 상기 전하 축적부로부터 전하를 방출하는 전하 방출기(charge ejector)를 구비하며,
    상기 감도 제어기는 상기 광전 변환기에 의해 생성된 전하량에 대한 상기 전하 축적부로 이동하는 전하량의 비를 로컬 오실레이터 주파수로 변조하는 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적분기는 상기 비트 신호의 적분을, 각각이 상기 비트 신호의 소정의 위상 간격 내에 결정되는 복수의 적분 범위에 대해 실행하며,
    상기 분석기는 복수의 적분 범위의 적분 결과로부터 상기 공간으로 조사되는 광과 상기 광전 변환기에 의해 수신된 상기 광 사이의 위상차를 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감도 제어기는 상기 광전 변환기와 상기 적분기 사이에 설치되는 반도체 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전하 축적부는 각각이 상기 비트 신호의 소정의 위상 간격 내에서 결정되는 복수 범위의 상기 신호 전하를 저장하며,
    상기 분석기는 상기 복수 범위의 상기 축적된 신호 전하로부터 상기 공간으로 조사된 상기 광과 상기 광전 변환기에 의해 수신된 상기 광 사이의 위상차를 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감도 제어기는 상기 광전 변환기에서 상기 전하 축적부로 이동하는 전하량을 조절하기 위해 상기 광전 변환기와 상기 전하 축적부 사이에 설치되는 축적 게이트(storage gate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 감도 제어기는 상기 광전 변환기에 의해 생성된 상기 전하의 적어도 일부를 불필요한 전하로서 제거하는 전하 폐기 수단(charge discarding means)을 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 감도 제어기는 상기 광전 변환기에서 상기 전하 축적부로 이동하는 전하량을 조절하기 위해 상기 광전 변환기와 상기 전하 축적부 사이에 설치되는 축적 게이트(storage gate)와, 상기 광전 변환기에 의해 생성된 상기 전하의 적어도 일부를 불필요한 전하로서 제거하는 전하 폐기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광전 변환기는 복수의 광전 변환기이고,
    상기 적분기의 상기 전하 축적부는 광전 변환기마다 구비된 게이트 전극에 대응하는 영역에서 상기 광전 변환기 각각에 의해 생성된 전하의 적어도 일부를 신호 전하로서 축적하는 영역을 갖는 CCD(Charge-Coupled-Device)이며,
    상기 전하 방출기는 상기 신호 전하를 상기 전하 축적부에서 외부로 전송하는 CCD이고,
    상기 전하 폐기 수단은 외부 신호에 따라 일괄 방식(batch manner)으로 상기 광전 변환기 각각에 의해 생성된 전하의 적어도 일부를 폐기하는 오버플로우 드레인(overflow drain)을 구비하여 형성되며,
    상기 광전 변환기들, 상기 전하 축적부, 상기 전하 방출기, 및 상기 전하 폐기 수단은 이미지 센서를 제공하도록 단일 반도체 기판 상에 탑재되고,
    상기 감도 제어기는 상기 게이트 전극과 상기 전하 폐기 수단 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광전 변환기는 복수의 광전 변환기이고, 상기 광전 변환기들, 상기 전하 축적부, 상기 전하 방출기, 및 상기 전하 폐기 수단은 전체로서 오버플로우 드레인을 구비하는 행간 전송 CCD 이미지 센서를 제공하도록 단일 반도체 기판 상에 탑재되는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광전 변환기는 복수의 광전 변환기이고, 상기 광전 변환기들, 상기 전하 축적부, 상기 전하 방출기, 및 상기 전하 폐기 수단은 전체로서 오버플로우 드레인을 구비하는 프레임 전송 CCD 이미지 센서를 제공하도록 단일 반도체 기판 상에 탑재되는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 전하를 축적하고 전하의 생성과 무관한 영역 상에 차광막(light shielding film)을 갖는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 감도 제어기는 상기 게이트 전극이고, 상기 게이트 전극에 인가되는 전압은 상기 로컬 오실레이터 주파수로 변조되는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 감도 제어기는 상기 전하 폐기 수단이고, 상기 전하 폐기 수단에 제공될 외부 신호는 상기 로컬 오실레이터 주파수로 변조되는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 감도 제어기는 상기 게이트 전극과 상기 전하 폐기 수단 둘 다이고, 상기 게이트 전극에 인가되는 전압과 상기 전하 폐기 수단에 제공될 외부 신호는 각각 상기 로컬 오실레이터 주파수로 변조되는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광전 변환기는 복수의 광전 변환기이고,
    하나의 화소를 규정하기 위해 상기 복수의 광전 변환기로부터 한 세트의 변환기가 선택되며,
    상기 세트를 이루는 광전 변환기들에 대응하는 복수의 감도 제어기가 동일한 로컬 오실레이터 주파수이고 서로 상이한 위상을 갖는 로컬 오실레이터 신호들에 의해 변조되고,
    상기 전하 방출기는 상기 세트를 이루는 광전 변환기들에 의해 취득된 상기 비트 신호의 상기 상이한 위상에 대응하는 상기 신호 전하를 동시에 출력하는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 분석기는 상기 비트 신호의 상이한 위상에 상응하는 상기 신호 전하로부터 상기 공간으로 조사된 상기 광과 상기 광전 변환기에 의해 수신된 상기 광 사이의 위상차를 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광전 변환기는 복수의 광전 변환기이고,
    상기 적분기의 상기 전하 축적부는 광전 변환기마다 구비된 게이트 전극에 대응하는 영역에서 상기 광전 변환기 각각에 의해 생성된 전하의 적어도 일부를 축적하는 영역을 갖는 CCD이며,
    상기 전하 방출기는 상기 전하를 상기 전하 축적부에서 외부로 전송하는 CCD이고,
    상기 전하 폐기 수단은 외부 신호에 따라 일괄 방식으로 상기 광전 변환기 각각에 의해 생성된 전하의 적어도 일부를 폐기하는 오버플로우 드레인을 구비하여 형성되며,
    상기 광전 변환기들, 상기 전하 축적부, 상기 전하 방출기, 및 상기 전하 폐기 수단은 이미지 센서를 제공하도록 단일 반도체 기판 상에 탑재되고,
    상기 감도 제어기는 상기 게이트 전극과 상기 전하 폐기 수단 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
  19. 제2항에 있어서,
    상기 분석기는 상기 위상차를 거리 정보로 변환하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치.
KR1020047015007A 2002-04-08 2003-04-07 세기 변조 광을 사용하는 공간 정보 검출 장치 KR100675765B1 (ko)

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