KR102216698B1 - 거리 화상 센서 - Google Patents

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Abstract

일차원 방향(A)으로 연속하여 늘어선 어느 세 개의 거리 센서(PBn, PAm, PAm ＋1)에 있어서, 세 개의 거리 센서 중 중앙에 위치하는 거리 센서(PAm)와 당해 거리 센서(PAm)보다 일차원 방향(A)으로의 일방에 위치하는 거리 센서(PBn)에서는, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)끼리가 일차원 방향(A)으로 서로 이웃하고, 세 개의 거리 센서 중 중앙에 위치하는 거리 센서(PAm)와 당해 거리 센서(PAm)보다 일차원 방향(A)으로의 타방에 위치하는 거리 센서(PAm ＋1)에서는, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)과 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)이 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다.

Description

거리 화상 센서{DISTANCE IMAGE SENSOR}
본 발명은 거리 화상 센서에 관한 것이다.
전하 배분형 거리 화상 센서가 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).특허 문헌 1에 기재된 거리 화상 센서는 전하 배분 방식의 거리 화상 센서이고, 복수의 거리 센서를 구비하고 있다. 복수의 거리 센서 각각은, 입사광에 따라 전하가 발생하는 전하 발생 영역과 일차원 방향으로 전하 발생 영역을 사이에 두고 또한 전하 발생 영역으로부터 떨어져서 배치되어 있는 두 개의 신호 전하 축적 영역과, 각 신호 전하 축적 영역과 전하 발생 영역의 사이에 각각 배치되어 있는 두 개의 전송 전극을 구비하고 있다. 전하 배분형 거리 화상 센서는 TOF(Time-Of-Flight) 형 거리 계측에 적용할 수 있다.
특허 문헌 1: 국제 공개 제2007/026779호 팜플렛
복수의 거리 센서가 일차원 방향으로 배치되어 있는 전하 배분형 거리 화상 센서에서는, 일차원 방향으로 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 전하의 크로스톡(누설로 인한 유입)이 생기는 경우, 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서, 거리 계측에 대한 전하의 크로스톡의 영향이 상이할 우려가 있다. 거리 계측에 대한 전하의 크로스톡의 영향이 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 상이하면, 거리 계측을 적절히 행하는 것이 곤란해진다.
본 발명은 전하 배분형 거리 화상 센서로서, 일차원 방향으로 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 전하의 크로스톡이 생기는 경우에도, 서로 이웃하는 거리 센서끼리에서 거리 계측에 대한 전하의 크로스톡의 영향이 같게 되는 거리 화상 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는 복수의 거리 센서가 일차원 방향으로 배치되어 있는 거리 화상 센서로서, 복수의 거리 센서 각각은, 입사광에 따라 전하가 발생하는 전하 발생 영역과, 전하 발생 영역으로부터 떨어지고 또한 일차원 방향으로 전하 발생 영역을 사이에 두고 배치되어, 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 축적하는 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역과, 제1 신호 전하 축적 영역과 전하 발생 영역의 사이에 배치되어, 제1 전송 신호에 따라 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제1 신호 전하 축적 영역에 유입시키는 제1 전송 전극과, 제2 신호 전하 축적 영역과 전하 발생 영역의 사이에 배치되어, 제1 전송 신호와 위상이 상이한 제2 전송 신호에 따라 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제2 신호 전하 축적 영역에 유입시키는 제2 전송 전극을 구비하고 있다. 일차원 방향으로 연속하여 늘어선 어느 세 개의 거리 센서에 있어서, 세 개의 거리 센서 중 중앙에 위치하는 거리 센서와, 당해 거리 센서보다도 일차원 방향의 일방측에 위치하는 거리 센서에서는, 제1 신호 전하 축적 영역끼리 또는 제2 신호 전하 축적 영역끼리가 일차원 방향으로 서로 이웃하고, 세 개의 거리 센서 중 중앙에 위치하는 상기 거리 센서와, 당해 거리 센서보다도 일차원 방향의 타방측에 위치하는 거리 센서에서는, 제1 신호 전하 축적 영역과 제2 신호 전하 축적 영역이 일차원 방향으로 서로 이웃해 있다.
본 발명의 다른 양태는, 복수의 거리 센서가 일차원 방향으로 배치되어 있는 거리 화상 센서로서, 복수의 거리 센서 각각은, 입사광에 따라 전하가 발생하는 전하 발생 영역과, 전하 발생 영역으로부터 떨어지고 또한 일차원 방향으로 전하 발생 영역을 사이에 두고 배치되어, 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 축적하는 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역과, 제1 신호 전하 축적 영역과 전하 발생 영역의 사이에 배치되어, 제1 전송 신호에 따라 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제1 신호 전하 축적 영역에 유입시키는 제1 전송 전극과, 제2 신호 전하 축적 영역과 전하 발생 영역의 사이에 배치되어, 제1 전송 신호와 위상이 상이한 제2 전송 신호에 따라 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제2 신호 전하 축적 영역에 유입시키는 제2 전송 전극을 구비하고 있다. 일차원 방향으로 제1 신호 전하 축적 영역끼리가 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서로 이루어지는 거리 센서 세트와, 일차원 방향으로 제2 신호 전하 축적 영역끼리가 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서로 이루어지는 거리 센서 세트가 일차원 방향으로 교호(交互)로 늘어서 있다.
복수의 거리 센서 중 임의의 하나의 거리 센서에 주목한다. 일차원 방향 중 일방의 방향으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 있어서, 제1 신호 전하 축적 영역이, 전하 발생 영역보다도 일차원 방향의 타방측에 위치하는 경우, 일차원 방향 중 타방의 방향으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 있어서는, 제1 신호 전하 축적 영역이, 전하 발생 영역보다도 일차원 방향의 일방측에 위치한다. 상기 일방의 방향으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 있어서, 제2 신호 전하 축적 영역이, 전하 발생 영역보다도 일차원 방향의 타방측에 위치하는 경우, 상기 타방의 방향으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 있어서는, 제2 신호 전하 축적 영역이, 전하 발생 영역보다도 일차원 방향의 일방측에 위치한다. 즉, 상기 일방의 방향으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서와, 상기 타방의 방향으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 있어서, 상기 임의의 하나의 거리 센서측에 위치하는 신호 전하 축적 영역은, 제1 신호 전하 축적 영역끼리 또는 제2 신호 전하 축적 영역끼리이며, 같은 종류의 신호 전하 축적 영역끼리이다.
따라서 상기 임의의 하나의 거리 센서의 전하 발생 영역에서 발생한 전하 중 일부 전하가, 상기 일방의 방향으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서와, 상기 타방의 방향으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 누설되어 유입되는 경우, 누설되어 유입되는 전하는, 상기 두 개의 거리 센서의 제1 신호 전하 축적 영역끼리 또는 제2 신호 전하 축적 영역끼리에 유입된다. 상기 두 개의 거리 센서에 누설되어 유입되는 전하는, 당해 두 개의 거리 센서에 있어서, 제1 신호 전하 축적 영역끼리 또는 제2 신호 전하 축적 영역끼리에 축적된다. 이것에 의해, 일차원 방향으로 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 전하의 크로스톡이 생기는 경우에도, 누설되어 유입되는 전하가 축적되는 신호 전하 축적 영역의 종류가, 일차원 방향으로 연속하여 늘어선 어느 세 개의 거리 센서 중 양측에 위치하는 두 개의 거리 센서에 있어서 같기 때문에, 일차원 방향으로 서로 이웃하는 거리 센서 사이에 있어서, 거리 계측에 대한 전하의 크로스톡의 영향이 같게 된다.
본 발명에 의하면, 전하 배분형 거리 화상 센서로서, 일차원 방향으로 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 전하의 크로스톡이 생기는 경우에도, 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 거리 계측에 대한 전하의 크로스톡의 영향이 같게 되는 거리 화상 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 측거 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2는 거리 화상 센서의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 거리 화상 센서의 구성도이다.
도 4는 거리 화상 센서를 나타내는 개략 평면도이다.
도 5는 도 4에 있어서의 V-V선을 따른 단면 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 반도체 기판의 제2 주면 근방에 있어서의 포텐셜 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은 반도체 기판의 제2 주면 근방에 있어서의 포텐셜 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 각종 신호의 타이밍 차트이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 설명에 있어서, 동일 요소 또는 동일 기능을 가지는 요소에는, 동일 부호를 이용하는 것으로 하고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 측거 장치의 구성을 나타내는 설명도이다.
측거 장치(10)는 대상물(OJ)까지의 거리 d를 측정하는 장치이다. 측거 장치(10)는 거리 화상 센서(RS)와, 광원(LS)과, 표시기(DSP)와, 제어 유닛을 구비하고 있다. 제어 유닛은 구동부(DRV)와, 제어부(CONT)와, 연산부(ART)를 구비하고 있다. 광원(LS)은 대상물(OJ)을 향해서 펄스광 Lp을 출사한다. 광원(LS)은 예를 들면, 레이저광 조사 장치 또는 LED 등으로 구성된다. 거리 화상 센서(RS)는 전하 배분형 거리 화상 센서이고, TOF형 거리 화상 센서이기도 하다. 거리 화상 센서(RS)는 배선 기판(WB)상에 배치되어 있다.
제어 유닛(구동부(DRV), 제어부(CONT) 및 연산부(ART))은, CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 회로, RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory) 등의 메모리, 전원 회로, 및 A/D 컨버터를 포함하는 판독 회로 등을 포함하는 하드웨어에 의해서 구성되어 있다. 이 제어 유닛은 일부 혹은 전체가 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 집적회로에 의해서 구성되어 있어도 된다.
구동부(DRV)는 제어부(CONT)의 제어에 따라서 광원(LS)에 구동 신호 SD를 인가하여, 대상물(OJ)을 향해서 펄스광 Lp을 프레임 주기마다 출사하도록 광원(LS)을 구동한다. 제어부(CONT)는 구동부(DRV)를 제어한다. 제어부(CONT)는 제1 및 제2 전송 신호 Sp1, Sp2를 거리 화상 센서(RS)에 출력한다. 제어부(CONT)는 연산부(ART)의 연산 결과를 표시기(DSP)에 표시시킨다. 연산부(ART)는 거리 화상 센서(RS)로부터 신호 전하의 전하량 q1, q2을 각각 판독하고, 판독한 전하량 q1, q2에 기초하여 거리 d를 연산한다. 연산부(ART)는 연산 결과를 제어부(CONT)에 출력한다. 거리 d의 연산 방법의 상세한 것에 대해서는, 도 8을 참조하여 뒤에서 설명한다. 표시기(DSP)는 제어부(CONT)로부터 연산부(ART)의 연산 결과를 입력받아, 당해 연산 결과를 표시한다.
측거(測距) 장치(10)에서는, 구동 신호 SD가 광원(LS)에 인가됨으로써, 펄스광 Lp이 프레임 주기마다 광원(LS)으로부터 출사된다. 광원(LS)으로부터 출사된 펄스광 Lp이 대상물(OJ)에 입사되면, 반사에 의해 펄스광인 반사광 Lr이 대상물(OJ)로부터 출사된다. 대상물(OJ)로부터 출사된 반사광 Lr은, 거리 화상 센서(RS)에 입사된다.
거리 화상 센서(RS)로부터, 화소마다 제1 및 제2 전송 신호 Sp1, Sp2에 동기 하여 수집된 전하량 q1, q2이 출력된다. 거리 화상 센서(RS)로부터 출력된 전하량 q1, q2은, 구동 신호 SD에 동기하여 연산부(ART)에 입력된다. 연산부(ART)에서는, 입력된 전하량 q1, q2에 기초하여, 화소마다 거리 d가 연산된다. 연산 결과는 연산부(ART)로부터 제어부(CONT)에 입력된다. 제어부(CONT)에 입력된 연산 결과는, 표시기(DSP)에 전송되어 표시된다.
도 2는 거리 화상 센서의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.
거리 화상 센서(RS)는 표면 입사형 거리 화상 센서로서, 반도체 기판(1)을 구비하고 있다. 반도체 기판(1)은 서로 대향하는 제1 및 제2 주면(主面)(1a, 1b)을 가지고 있다. 제2 주면(1b)은 광입사면이다. 거리 화상 센서(RS)는 반도체 기판(1)의 제1 주면(1a)측을 배선 기판(WB)에 대향시킨 상태에서, 접착 영역(FL)을 매개로 하여 배선 기판(WB)에 부착되어 있다. 접착 영역(FL)은 절연성의 접착제나 필러를 가지고 있다. 거리 화상 센서(RS)에는, 반도체 기판(1)의 제2 주면(1b)측으로부터 반사광 Lr이 입사된다.
이어서, 도 3 및 도 4를 참조하면서, 거리 화상 센서(RS)에 대해 상세하게 설명한다. 도 3은 거리 화상 센서의 구성도이다. 도 4는 거리 화상 센서를 나타내는 개략 평면도이다. 도 5는 도 4에 있어서의 V-V선을 따른 단면 구성을 나타내는 도면이다.
거리 화상 센서(RS)는 도 3에 도시되는 것처럼, 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)(M, N은 2 이상의 자연수)가 일차원 방향(A)으로 배치된 어레이 구조를 이루는 라인 센서이다. 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN) 각각은, 하나 또는 두 개 이상씩으로 거리 화상 센서(RS)의 한 화소(채널)를 구성하고 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN) 각각은, 하나로 거리 화상 센서(RS)의 한 화소를 구성하고 있다.
거리 화상 센서(RS)는 광입사면인 제2 주면(1b)의 전방(前方)에 차광층(LI)을 구비하고 있다. 차광층(LI)에는 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)에 대응하는 영역 각각에 있어서, 일차원 방향(A)에 개구(LIa)가 형성되어 있다. 개구(LIa)는 사각형 모양을 나타내고 있다. 본 실시 형태에서는, 개구(LIa)는 직사각형 모양을 나타내고 있다. 광은 차광층(LI)의 개구(LIa)를 통과하여, 반도체 기판(1)에 입사된다. 따라서 개구(LIa)에 의해, 반도체 기판(1)에는 수광 영역이 규정된다. 차광층(LI)은, 예를 들어 알루미늄 등의 금속으로 이루어진다. 도 3 및 도 4에서는, 차광층(LI)의 도시를 생략하고 있다.
반도체 기판(1)은, 제1 주면(1a)측에 위치하는 p형의 제1 반도체 영역(3)과, 제1 반도체 영역(3)보다도 불순물 농도가 낮고 또한 제2 주면(1b)측에 위치하는 p－형의 제2 반도체 영역(5)을 가지고 있다. 반도체 기판(1)은, 예를 들면, p형의 반도체 기판상에, 당해 반도체 기판보다도 불순물 농도가 낮은 p－형의 애피택셜층을 성장시킴으로써 얻을 수 있다. 반도체 기판(1)의 제2 주면(1b)(제2 반도체 영역(5))상에는, 절연층(7)이 형성되어 있다. 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)는, 반도체 기판(1)에 있어서, 일차원 방향(A)으로 배치된다. 즉, 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)는 반도체 기판(1)에 있어서, 일차원 방향(A)을 따라서 늘어서도록 위치한다.
복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN) 각각은, 도 4 및 도 5에 도시되는 것처럼, 포토 게이트 전극(PG)과, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)과, 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2)과, p형의 웰 영역(W)을 구비하고 있다. 도 4에서는, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)상에 배치되어 있는 도체(13)(도 5 참조)의 도시를 생략하고 있다. 도 4에서는, 4개의 거리 센서(PAm, PAm ＋1, PBn, PBn ＋1)(m은 M 이하의 자연수, n은 N이하의 자연수)의 구성만이 도시되어 있다. 복수의 거리 센서(PA1~PAM) 각각은, 거리 센서(PAm, PAm ＋1)와 마찬가지의 구성을 가지고 있다. 복수의 거리 센서(PB1~PBN) 각각은, 거리 센서(PBn, PBn ＋1)와 마찬가지의 구성을 가지고 있다.
포토 게이트 전극(PG)은 개구(LIa)에 대응해서 배치되어 있다. 반도체 기판(1)(제2 반도체 영역(5))에 있어서의 포토 게이트 전극(PG)에 대응하는 영역(도 5에 있어서, 포토 게이트 전극(PG)의 하방(下方)에 위치하는 영역)은, 대상물(OJ)에서의 펄스광 Lp의 반사광 Lr의 입사에 따라 전하가 발생하는 전하 발생 영역(광감응 영역)으로서 기능한다. 포토 게이트 전극(PG)은 개구(LIa)의 형상에도 대응하며, 평면에서 볼 때 사각형 모양을 나타내고 있다. 본 실시 형태에서는, 포토 게이트 전극(PG)은 개구(LIa)와 마찬가지로 직사각형 모양을 나타내고 있다. 즉, 포토 게이트 전극(PG)은 일차원 방향(A)과 직교하고 또한 서로 대향하는 제1 및 제2 장변(L1, L2)과, 일차원 방향(A)과 평행하고 또한 서로 대향하는 제1 및 제2 단변(S1, S2)을 가지는 평면 형상을 가지고 있다. 포토 게이트 전극(PG)은 일차원 방향(A) 중 일방의 방향(A1)측에 제1 장변(L1), 일차원 방향(A) 중 타방의 방향(A2)측에 제2 장변(L2)을 가지고 있다.
제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)은 일차원 방향(A)에서 포토 게이트 전극(PG)을 사이에 두고 배치되어 있다. 거리 센서(PAm, PAm ＋1)에서는, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)은 포토 게이트 전극(PG)의 제1 장변(L1)측에 포토 게이트 전극(PG)으로부터 떨어져서 배치되어 있다. 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)은 포토 게이트 전극(PG)의 제2 장변(L2)측에 포토 게이트 전극(PG)으로부터 떨어져서 배치되어 있다. 거리 센서(PBn, PBn ＋1)에서는, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)은 포토 게이트 전극(PG)의 제2 장변(L2)측에 포토 게이트 전극(PG)으로부터 떨어져서 배치되어 있다. 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)은 포토 게이트 전극(PG)의 제1 장변(L1)측에 포토 게이트 전극(PG)으로부터 떨어져서 배치되어 있다. 즉, 어느 거리 센서(PAm, PAm＋1, PBn, PBn ＋1)에 있어서도, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)은 전하 발생 영역(포토 게이트 전극(PG)의 하방에 위치하는 영역)으로부터 떨어져서 배치되어 있다.
제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)은 제2 반도체 영역(5)에 형성된 불순물 농도가 높은 n형의 반도체 영역이며, 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 축적한다. 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)은 평면에서 볼 때 사각형 모양을 나타내고 있다. 본 실시 형태에서는 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)은 평면에서 볼 때 정사각형 모양을 나타내고 있고, 서로 같은 형상을 가지고 있다. 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)은 플로팅·디퓨전 영역이다.
제1 전송 전극(TX1)은 절연층(7)상으로서, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)과 포토 게이트 전극(PG)의 사이에 배치되어 있다. 제1 전송 전극(TX1)은 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)과 포토 게이트 전극(PG)으로부터 각각 떨어져서 배치되어 있다. 제1 전송 전극(TX1)은 제1 전송 신호 Sp1(도 8 참조)에 따라 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)에 유입시킨다.
제2 전송 전극(TX2)은 절연층(7)상으로서, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)과 포토 게이트 전극(PG)의 사이에 배치되어 있다. 제2 전송 전극(TX2)은 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)과 포토 게이트 전극(PG)으로부터 각각 떨어져서 배치되어 있다. 제2 전송 전극(TX2)은 제1 전송 신호 Sp1와 위상이 상이한 제2 전송 신호 Sp2(도 8 참조)에 따라 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)에 유입시킨다.
제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2)은 평면에서 볼 때 사각형 모양을 나타내고 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2)은 일차원 방향(A)에 직교하는 방향을 장변으로 하는 직사각형 모양을 나타내고, 서로 같은 형상을 가지고 있다. 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2)의 장변의 길이는, 포토 게이트 전극(PG)의 제1 및 제2 장변(L1, L2)의 길이보다도 짧다.
서로 이웃하는 두 개의 거리 센서(PAm, PBn)에 있어서, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)끼리가 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다. 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서(PAm ＋1, PBn ＋1)에 있어서, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)끼리가 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다. 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서(PAm, PAm ＋1)에 있어서, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)과 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)이 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다. 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서(PBn －1, PBn)에 있어서도, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)과 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)이 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다.
거리 화상 센서(RS)에서는, 일차원 방향(A)으로 연속하여 늘어선 어느 세 개의 거리 센서(예를 들어, 세 개의 거리 센서(PBn, PAm, PAm ＋1))에 있어서, 세 개의 거리 센서 중 중앙에 위치하는 거리 센서(예를 들어, 거리 센서(PAm))와, 일방의 방향(A1)으로 당해 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서(예를 들어, 거리 센서(PBn))에서는, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)끼리가 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다. 상기 세 개의 거리 센서 중 중앙에 위치하는 거리 센서(예를 들어, 거리 센서(PAm))와, 타방의 방향(A2)으로 당해 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서(예를 들어, 거리 센서(PAm ＋1))에서는, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)과 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)이 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다.
예를 들어, 일차원 방향(A)으로 연속하여 늘어선 세 개의 거리 센서(PAm, PAm ＋1, PBn ＋1)에 있어서, 세 개의 거리 센서(PAm, PAm ＋1, PBn ＋1) 중 중앙에 위치하는 거리 센서(PAm ＋1)와, 타방의 방향(A2)으로 거리 센서(PAm ＋1)의 이웃에 위치하는 거리 센서(PBn ＋1)에서는, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)끼리가 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다. 거리 센서(PAm ＋1)와, 일방의 방향(A1)으로 거리 센서(PAm ＋1)의 이웃에 위치하는 거리 센서(PAm)에서는, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)과 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)이 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다.
거리 화상 센서(RS)는 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)끼리가 일차원 방향(A)으로 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서(PAm, PBn)로 이루어지는 복수의 제1 거리 센서 세트와, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)끼리가 일차원 방향(A)으로 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서(PAm ＋1, PBn ＋1)로 이루어지는 복수의 제2 거리 센서 세트를 포함하고 있다. 복수의 제1 거리 센서 세트와 복수의 제2 거리 센서 세트는, 일차원 방향(A)으로 교호로 늘어서 있다.
서로 이웃하는 두 개의 거리 센서(PAm, PBn)에 있어서, 제1 전송 전극(TX1)끼리가 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다. 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서(PAm ＋1, PBn ＋1)에 있어서, 제2 전송 전극(TX2)끼리가 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다. 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서(PAm, PAm ＋1)에 있어서, 제1 전송 전극(TX1)과 제2 전송 전극(TX2)이 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다. 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서(PBn －1, PBn)에 있어서도, 제1 전송 전극(TX1)과 제2 전송 전극(TX2)이 일차원 방향(A)으로 서로 이웃해 있다.
웰 영역(W)은 제2 주면(1b)에 직교하는 방향에서 볼 때, 포토 게이트 전극(PG), 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2) 및 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)을 둘러싸도록 제2 반도체 영역(5)에 형성되어 있다. 웰 영역(W)은 제2 주면(1b)에 직교하는 방향에서 볼 때, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2) 각각의 일부와 겹쳐 있다. 웰 영역(W)의 바깥 가장자리는, 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)의 바깥 가장자리와 대략 일치하고 있다. 웰 영역(W)은 제2 반도체 영역(5)의 도전형과 동일한 도전형으로서, 제2 반도체 영역(5)의 불순물 농도보다도 높은 불순물 농도를 가지고 있다. 웰 영역(W)은 포토 게이트 전극(PG)으로의 전압의 인가에 의해서 넓어진 공핍층과, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)으로부터 넓어지는 공핍층의 결합을 억제하고 있다. 이것에 의해, 크로스톡이 억제된다.
절연층(7)에는 제2 반도체 영역(5)의 표면을 노출시키기 위한 컨택트홀이 마련되어 있다. 컨택트홀 내에는, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)을 외부에 접속하기 위한 도체(13)가 배치된다.
본 실시 형태에서는, 「불순물 농도가 높다」란, 예를 들어 불순물 농도가 1×1017cm－3 정도 이상이며, 「＋」를 도전형에 부여하여 나타낸다. 「불순물 농도가 낮다」란, 예를 들어 10×1015cm－3 정도 이하이며, 「－」를 도전형에 부여하여 나타낸다.
각 반도체 영역의 두께/불순물 농도는 이하와 같다.
제1 반도체 영역(3)：두께 10~1000㎛/불순물 농도 1×1012~1019cm－3
제2 반도체 영역(5)：두께 1~50㎛/불순물 농도 1×1012~1015cm－3
제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)：두께 0.1~1㎛/불순물 농도 1×1018~1020cm－3
웰 영역(W)：두께 0.5~5㎛/불순물 농도 1×1016~1018cm－3
반도체 기판(1)(제1 및 제2 반도체 영역(3, 5))에는, 백 게이트 또는 관통 전극 등을 통하여, 기준 전위(예를 들어, 그라운드 전위 등)가 주어진다. 반도체 기판(1)은 Si로 이루어지고, 절연층(7)은 SiO2로 이루어지고, 포토 게이트 전극(PG) 및 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2)은 폴리 실리콘으로 이루어지지만, 이것들은 다른 재료를 이용해도 된다.
제1 전송 전극(TX1)에 인가되는 제1 전송 신호 Sp1의 위상과 제2 전송 전극(TX2)에 인가되는 제2 전송 신호 Sp2의 위상은, 180도 시프트되어 있다. 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN) 각각에 입사된 광은, 반도체 기판(1)(제2 반도체 영역(5)) 내에 있어서 전하로 변환된다. 발생한 전하 중 일부는, 신호 전하로서, 포토 게이트 전극(PG) 및 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2)에 인가되는 전압에 의해 형성되는 포텐셜 구배에 따라서, 제1 전송 전극(TX1) 또는 제2 전송 전극(TX2)의 방향으로 주행한다. 즉, 발생한 전하 중 일부는, 신호 전하로서, 포토 게이트 전극(PG)의 제1 및 제2 단변(S1, S2)에 평행한 방향으로 주행한다.
제1 전송 전극(TX1)에 양전위를 주면, 제1 전송 전극(TX1) 아래의 포텐셜은, 음의 전하(전자)에 대해, 반도체 기판(1)(제2 반도체 영역(5))에 있어서의 포토 게이트 전극(PG)의 아래 영역의 포텐셜보다 낮아진다. 따라서 전자는 제1 전송 전극(TX1)의 방향으로 끌려 들어가 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)에 의해서 형성되는 포텐셜 우물 내에 축적된다. 제2 전송 전극(TX2)에 양전위를 주면, 제2 전송 전극(TX2) 아래의 포텐셜은, 음의 전하(전자)에 대해, 반도체 기판(1)(제2 반도체 영역(5))에 있어서의 포토 게이트 전극(PG)의 아래 영역의 포텐셜보다 낮아진다. 따라서 전자는 제2 전송 전극(TX2)의 방향으로 끌려 들어가, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)에 의해서 형성되는 포텐셜 우물 내에 축적된다. n형 반도체는 양으로 이온화된 도너(donor)를 포함하고 있어, 양의 포텐셜을 가져, 전자를 끌어당긴다. 제1 또는 제2 전송 전극(TX1, TX2)에, 상기 양전위보다도 낮은 전위(예를 들어, 그라운드 전위)를 주면, 제1 또는 제2 전송 전극(TX1, TX2)에 의한 포텐셜 장벽이 생긴다. 따라서 반도체 기판(1)에서 발생한 전하는, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)으로는 끌려 들어가지 않는다.
도 6 및 도 7은 도 4의 V－V선을 따른 반도체 기판의 제2 주면 근방에 있어서의 포텐셜 분포를 나타내는 도면이다. 도 6 및 도 7에서는, 하향이 포텐셜의 양방향이다.
광입사시에 있어서, 포토 게이트 전극(PG)에 주어지는 전위(예를 들어, 제1 전송 전극(TX1)에 주어지는 높은 쪽의 전위와 낮은 쪽의 전위의 중간 전위)에 의해, 포토 게이트 전극(PG)의 바로 아래 영역의 포텐셜 φPG은, 기판 전위보다도 약간 높게 설정되어 있다. 도 6 및 도 7에는, 제1 전송 전극(TX1)의 바로 아래 영역의 포텐셜 φTX1, 제2 전송 전극(TX2)의 바로 아래 영역의 포텐셜 φTX2, 포토 게이트 전극(PG)의 바로 아래의 전하 발생 영역의 포텐셜 φPG, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)의 포텐셜 φFD1, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)의 포텐셜 φFD2이 도시되어 있다.
도 6 및 도 7을 참조하여, 신호 전하의 축적 동작을 설명한다. 제1 전송 전극(TX1)에 인가되는 제1 전송 신호 Sp1의 위상이 0도일 때, 제1 전송 전극(TX1)에는 양의 전위가 주어진다. 제2 전송 전극(TX2)에는 역상(逆相)의 전위, 즉 위상이 180도 시프트된 전위(예를 들어, 그라운드 전위)가 주어진다. 포토 게이트 전극(PG)에는, 제1 전송 전극(TX1)에 주어지는 전위와, 제2 전송 전극(TX2)에 주어지는 전위 사이의 전위가 주어진다. 이 경우, 도 6에 도시되는 것처럼, 전하 발생 영역에서 발생한 음의 전하 e는, 제1 전송 전극(TX1) 바로 아래의 반도체 영역의 포텐셜 φTX1이 전하 발생 영역의 포텐셜 φPG보다도 낮아짐으로써, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)의 포텐셜 우물 내로 유입된다.
제2 전송 전극(TX2) 바로 아래의 반도체 영역의 포텐셜 φTX2은 낮아지지 않아, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)의 포텐셜 우물 내에는, 전하는 유입되지 않는다. 이것에 의해, 신호 전하가 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)의 포텐셜 우물에 수집되어, 축적된다. 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)에서는, n형의 불순물이 첨가되어 있기 때문에, 양방향으로 포텐셜이 오목해져 있다.
제2 전송 전극(TX2)에 인가되는 제2 전송 신호 Sp2의 위상이 0도일 때, 제2 전송 전극(TX2)에는 양의 전위가 주어진다. 제1 전송 전극(TX1)에는 역상의 전위, 즉 위상이 180도 시프트된 전위(예를 들어, 그라운드 전위)가 주어진다. 포토 게이트 전극(PG)에는, 제1 전송 전극(TX1)에 주어지는 전위와, 제2 전송 전극(TX2)에 주어지는 전위 사이의 전위가 주어진다. 이 경우, 도 7에 도시되는 것처럼, 전하 발생 영역에서 발생한 음의 전하 e는, 제2 전송 전극(TX2) 바로 아래의 반도체 영역의 포텐셜 φTX2이 전하 발생 영역의 포텐셜 φPG보다도 낮아짐으로써, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)의 포텐셜 우물 내로 유입된다.
제1 전송 전극(TX1) 바로 아래의 반도체 영역의 포텐셜 φTX1은 낮아지지 않아, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)의 포텐셜 우물 내에는, 전하는 유입되지 않는다. 이것에 의해, 신호 전하가 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)의 포텐셜 우물에 수집되어, 축적된다.
이상에 의해, 신호 전하가 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)의 포텐셜 우물에 수집되어, 축적된다. 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)의 포텐셜 우물에 축적된 신호 전하는, 외부에 판독된다.
이어서, 도 8을 참조하여, 거리 d의 연산 방법에 대해 설명한다. 도 8은 각종 신호의 타이밍 차트이다. 도 8에서는, 복수의 프레임 주기 TF 중, 시계열로 연속하는 두 개의 프레임 주기 TF에서의 각종 신호가 도시되어 있다.
도 8에는, 광원(LS)의 구동 신호 SD, 반사광 Lr의 강도 신호 SLr, 제1 전송 전극(TX1)에 인가되는 제1 전송 신호 Sp1, 제2 전송 전극(TX2)에 인가되는 제2 전송 신호 Sp2, 및 리셋 신호 reset가 도시되어 있다. 반사광 Lr의 강도 신호 SLr는, 대상물(OJ)에서의 펄스광 Lp의 반사광 Lr이 거리 화상 센서(RS)(전하 발생 영역)에 입사함으로써 얻어진 강도 신호이다. 두 개의 프레임 주기 TF 각각은, 신호 전하를 축적하는 기간(축적 기간) Tacc와, 신호 전하를 판독하는 기간(판독 기간) Tro로 이루어진다. 구동 신호 SD, 강도 신호 SLr, 제1 전송 신호 Sp1 및 제2 전송 신호 Sp2는, 모두 펄스폭 Tp의 펄스 신호이다.
축적 기간 Tacc에 있어서, 먼저 거리 측정에 앞서, 리셋 신호 reset가 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)에 인가된다. 이것에 의해, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)에 축적되어 있는 전하가 외부로 배출된다. 본 예에서는, 리셋 신호 reset가 순간적으로 ON되고, 이어서 OFF된 후, 구동 신호 SD가 광원(LS)에 인가된다. 구동 신호 SD의 인가에 동기하여, 제1 및 제2 전송 신호 Sp1, Sp2가 서로 역위상으로 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2)에 인가된다. 이것에 의해, 전하 전송이 행해져, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)에 신호 전하가 축적된다. 그 후, 판독 기간 Tro에 있어서, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2) 내에 축적된 신호 전하가 판독된다.
각 프레임 주기 TF에서는, 제1 전송 신호 Sp1가 구동 신호 SD에 위상차 0으로 동기하여 출력됨과 아울러, 제2 전송 신호 Sp2가 구동 신호 SD에 위상차 180도로 동기하여 출력된다. 제1 및 제2 전송 신호 Sp1, Sp2의 출력 제어는, 제어부(CONT)에 의해 행해진다. 즉, 제어부(CONT)는 펄스광 Lp의 출사와 동기하도록, 프레임 주기 TF 마다, 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)에 유입시키도록, 제1 전송 신호 Sp1를 제1 전송 전극(TX1)에 출력하고, 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)에 유입시키도록, 제1 전송 신호 Sp1와 위상이 상이한 제2 전송 신호 Sp2를 제2 전송 전극(TX2)에 출력한다.
강도 신호 SLr와, 구동 신호 SD에 위상차 0으로 동기하여 출력되는 제1 전송 신호 Sp1의 서로 겹친 부분에 상당하는 전하량 q1은, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)에 축적된다. 반사광 Lr의 강도 신호 SLr와, 구동 신호 SD에 위상차 180도로 동기하여 출력되는 제2 전송 신호 Sp2의 서로 겹친 부분에 상당하는 전하량 q2은, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)에 축적된다.
강도 신호 SLr와, 구동 신호 SD에 위상차 0으로 동기하여 출력되는 신호의 위상차 Td가, 광의 비행 시간이며, 이것은 거리 화상 센서(RS)로부터 대상물(OJ)까지의 거리 d를 나타내고 있다. 거리 d는, 연산부(ART)에 의해, 하나의 프레임 주기 TF에 있어서의 전하량 q1 및 전하량 q2의 비율을 이용하여, 하기의 식(1)에 의해 연산된다. c는 광속이다.
거리 d=(c/2)×(TP×q2/(q1＋q2)) … (1)
즉, 연산부(ART)는 프레임 주기 TF 마다, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)에 축적된 신호 전하의 전하량 q1, q2 각각 판독하고, 판독한 전하량 q1, q2에 기초하여 대상물(OJ)까지의 거리 d를 연산한다.
복수의 거리 센서가 일차원 방향으로 배치되어 있는 전하 배분형 거리 화상 센서에서는, 일차원 방향으로 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 전하의 크로스톡(누설되어 유입됨)이 생기는 경우, 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서, 거리 계측에 대한 전하의 크로스톡의 영향이 상이할 우려가 있다. 거리 계측에 대한 전하의 크로스톡의 영향이 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 상이하면, 거리 계측을 적절히 행하는 것이 곤란해진다.
일차원 방향으로 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 생기는 전하의 크로스톡(누설되어 유입되는 것)에 대해 설명한다. 거리 화상 센서가 구비하는 복수의 거리 센서 모든 구성이 같은 경우, 각 거리 센서는, 예를 들어, 포토 게이트 전극보다도 일차원 방향의 일방측에 제1 신호 전하 축적 영역 및 제1 전송 전극을 구비함과 아울러, 포토 게이트 전극보다도 일차원 방향의 타방측에 제2 신호 전하 축적 영역 및 제2 전송 전극을 구비한다. 따라서 서로 이웃하는 두 개의 거리 센서에 있어서, 제1 신호 전하 축적 영역과 제2 신호 전하 축적 영역이 일차원 방향으로 서로 이웃해 있다.
상술한 거리 화상 센서에 있어서, 예를 들어, 세 개의 거리 센서 중 중앙에 위치하는 거리 센서에 반사광이 입사되면, 당해 거리 센서(이하, 입사 거리 센서라고 칭함)에서는 반사광에 따라 전하가 발생한다. 발생한 전하는 제1 및 제2 전송 신호에 따라서, 입사 거리 센서의 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역에 배분된다. 이 때, 전하의 일부는 입사 거리 센서 이외의 두 개의 거리 센서의 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역에 누설되어 유입된다. 누설되어 유입되는 양은, 상기 두 개의 거리 센서에 있어서의 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역의 배치가, 입사 거리 센서측인지 여부에 따라서 크게 상이하다.
일차원 방향 중 일방의 방향으로 입사 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서(이하, 일방측 거리 센서라고 칭함)에 있어서, 제1 신호 전하 축적 영역은 전하 발생 영역보다도 입사 거리 센서측에 배치되어 있고, 제2 신호 전하 축적 영역은 전하 발생 영역보다도 입사 거리 센서와는 반대측에 배치되어 있다. 일차원 방향 중 타방의 방향으로 입사 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서(이하, 타방측 거리 센서라고 칭함)에 있어서는, 제2 신호 전하 축적 영역은 전하 발생 영역보다도 입사 거리 센서측에 배치되어 있고, 제1 신호 전하 축적 영역은 전하 발생 영역보다도 입사 거리 센서와는 반대측에 배치되어 있다.
입사 거리 센서로부터 일방측 거리 센서에 전하가 누설되어 유입되는 경우, 일방측 거리 센서에 있어서, 제1 신호 전하 축적 영역으로의 누설에 의해 유입되는 양은, 제2 신호 전하 축적 영역으로의 누설에 의해 유입되는 양보다도 크다. 입사 거리 센서로부터 타방측 거리 센서에 전하가 누설되어 유입되는 경우, 타방측 거리 센서에 있어서, 제2 신호 전하 축적 영역으로의 누설에 의해 유입되는 양은 제1 신호 전하 축적 영역으로의 누설에 의해 유입되는 양보다도 크다. 따라서 일차원 방향으로 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 전하의 크로스톡이 생겼을 경우, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역 각각에 축적되는 전하량은, 일방측 거리 센서와 타방측 거리 센서에서 상이할 우려가 있다.
본 실시 형태에 있어서, 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN) 중 임의의 하나의 거리 센서에 주목한다. 일방의 방향(A1)으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 있어서, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)이 전하 발생 영역보다도 타방의 방향(A2)측에 위치하는 경우, 타방의 방향(A2)으로 당해 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 있어서는, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)이 전하 발생 영역보다도 일방의 방향(A1)측에 위치한다. 일방의 방향(A1)으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 있어서, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)이, 전하 발생 영역보다도 타방의 방향(A2)측에 위치하는 경우, 타방의 방향(A2)으로 당해 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 있어서는, 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)이 전하 발생 영역보다도 일방의 방향(A1)측에 위치한다. 즉, 일방의 방향(A1)으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서와, 타방의 방향(A2)으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 있어서, 상기 임의의 하나의 거리 센서측에 위치하는 신호 전하 축적 영역은, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)끼리 또는 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)끼리이고, 같은 종류의 신호 전하 축적 영역끼리이다.
따라서 상기 임의의 하나의 거리 센서의 전하 발생 영역에서 발생한 전하 중 일부 전하가, 일방의 방향(A1)으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서와, 타방의 방향(A2)으로 상기 임의의 하나의 거리 센서의 이웃에 위치하는 거리 센서에 누설되어 유입되는 경우, 누설되어 유입되는 전하는 상기 두 개의 거리 센서의 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)끼리 또는 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)끼리로 유입된다. 상기 두 개의 거리 센서에 누설되어 유입되는 전하는, 당해 두 개의 거리 센서에 있어서, 제1 신호 전하 축적 영역(FD1)끼리 또는 제2 신호 전하 축적 영역(FD2)끼리에 축적된다. 이것에 의해, 일차원 방향(A)으로 서로 이웃하는 거리 센서 사이에서 전하의 크로스톡이 생기는 경우에도, 누설되어 유입되는 전하가 축적되는 신호 전하 축적 영역의 종류가, 일차원 방향(A)으로 연속하여 늘어선 어느 세 개의 거리 센서 중 양측에 위치하는 두 개의 거리 센서에 있어서 같기 때문에, 일차원 방향(A)으로 서로 이웃하는 거리 센서 사이에 있어서, 거리 계측에 대한 전하의 크로스톡의 영향이 같게 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명해 왔지만, 본 발명은 반드시 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
각 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)는 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2) 및 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)을 1개씩 구비하고 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 각 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)는 제1 및 제2 전송 전극(TX1, TX2) 및 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)을 2개씩 이상 구비해도 된다.
각 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)는 불요 전하 배출 영역과 제3 전송 전극을 추가로 구비해도 된다. 불요 전하 배출 영역은 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 불요 전하로서, 외부로 배출한다. 제3 전송 전극은 불요 전하 배출 영역과 전하 발생 영역의 사이에 배치되어, 제1 및 제2 전송 신호와 위상이 상이한 제3 전송 신호에 따라 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 불요 전하로서 불요 전하 배출 영역에 유입시킨다. 각 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)가 불요 전하 배출 영역과 제3 전송 전극을 구비하고 있는 경우, 불요 전하를 외부로 배출할 수 있으므로, 거리의 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다. 불요 전하 배출 영역 및 제3 전송 전극은, 각각 복수여도 된다.
각 프레임 주기 TF에 있어서, 복수의 구동 신호 SD가 순차로 인가되고, 이것에 동기하여 제1 전송 신호 Sp1, 및 제2 전송 신호 Sp2가 순차로 출력되어도 된다. 이 경우, 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역(FD1, FD2)에 신호 전하가 적산(積算)되어 축적된다.
거리 화상 센서(RS)는 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)가 일차원으로 배치된 라인 센서지만, 복수의 거리 센서(PA1~PAM, PB1~PBN)는 이차원으로 배치되어 있어도 된다. 이 경우, 이차원 화상을 용이하게 얻을 수 있다. 라인 센서를 회전시키거나 또는 2개의 라인 센서를 주사사킴으로써, 이차원 화상을 얻을 수 있다.
거리 화상 센서(RS)는 표면 입사형의 거리 화상 센서로 한정되지 않는다. 거리 화상 센서(RS)는 이면(裏面) 조사형 거리 화상 센서여도 된다.
입사광에 따라 전하가 발생하는 전하 발생 영역은 포토 다이오드(예를 들어, 매립형 포토 다이오드 등)에 의해 구성되어 있어도 된다.
본 실시 형태에 따른 거리 화상 센서(RS)에 있어서의 p형 및 n형의 각 도전형은, 상술한 것과는 반대가 되도록 바꿔 넣어져 있어도 된다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은 전하 배분형 거리 화상 센서에 이용할 수 있다.
1 … 반도체 기판, 10 … 측거 장치,
A … 일차원 방향, FD1 … 제1 신호 전하 축적 영역,
FD2 … 제2 신호 전하 축적 영역, PA1~PAM, PB1~PBN … 거리 센서,
PG … 포토 게이트 전극, RS … 거리 화상 센서,
Sp1 … 제1 전송 신호, Sp2 … 제2 전송 신호,
TX1 … 제1 전송 전극, TX2 … 제2 전송 전극.

Claims (2)

  1. 복수의 거리 센서가 일차원 방향으로 배치되어 있는 거리 화상 센서로서,
    상기 복수의 거리 센서 각각은,
    입사광에 따라 전하가 발생하는 전하 발생 영역과,
    상기 전하 발생 영역으로부터 떨어지고 또한 상기 일차원 방향으로 상기 전하 발생 영역을 사이에 두고 배치되어, 상기 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 축적하는 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역과,
    상기 제1 신호 전하 축적 영역과 상기 전하 발생 영역의 사이에 배치되어, 제1 전송 신호에 따라 상기 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 상기 제1 신호 전하 축적 영역에 유입시키는 제1 전송 전극과,
    상기 제2 신호 전하 축적 영역과 상기 전하 발생 영역의 사이에 배치되어, 상기 제1 전송 신호와 위상이 상이한 제2 전송 신호에 따라 상기 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 상기 제2 신호 전하 축적 영역에 유입시키는 제2 전송 전극을 구비하고 있고,
    상기 일차원 방향으로 연속하여 늘어선 어느 세 개의 상기 거리 센서에 있어서,
    상기 세 개의 거리 센서 중 중앙에 위치하는 거리 센서와, 당해 거리 센서보다도 상기 일차원 방향의 일방측에 위치하는 거리 센서에서는, 상기 제1 신호 전하 축적 영역끼리 또는 상기 제2 신호 전하 축적 영역끼리가 상기 일차원 방향으로 서로 이웃하고,
    상기 세 개의 거리 센서 중 중앙에 위치하는 상기 거리 센서와, 당해 거리 센서보다도 상기 일차원 방향의 타방측에 위치하는 거리 센서에서는, 상기 제1 신호 전하 축적 영역과 상기 제2 신호 전하 축적 영역이 상기 일차원 방향으로 서로 이웃해 있는 거리 화성 센서.
  2. 복수의 거리 센서가 일차원 방향으로 배치되어 있는 거리 화상 센서로서,
    상기 복수의 거리 센서 각각은,
    입사광에 따라 전하가 발생하는 전하 발생 영역과,
    상기 전하 발생 영역으로부터 떨어지고 또한 상기 일차원 방향으로 상기 전하 발생 영역을 사이에 두고 배치되어, 상기 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 축적하는 제1 및 제2 신호 전하 축적 영역과,
    상기 제1 신호 전하 축적 영역과 상기 전하 발생 영역의 사이에 배치되어, 제1 전송 신호에 따라 상기 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 상기 제1 신호 전하 축적 영역에 유입시키는 제1 전송 전극과,
    상기 제2 신호 전하 축적 영역과 상기 전하 발생 영역의 사이에 배치되어, 상기 제1 전송 신호와 위상이 상이한 제2 전송 신호에 따라 상기 전하 발생 영역에서 발생한 전하를 신호 전하로서 상기 제2 신호 전하 축적 영역에 유입시키는 제2 전송 전극을 구비하고 있고,
    상기 일차원 방향으로 상기 제1 신호 전하 축적 영역끼리가 서로 이웃하는 두 개의 상기 거리 센서로 이루어지는 거리 센서 세트와, 상기 일차원 방향으로 상기 제2 신호 전하 축적 영역끼리가 서로 이웃하는 두 개의 상기 거리 센서로 이루어지는 거리 센서 세트가, 상기 일차원 방향으로 교호(交互)로 늘어서 있는 거리 화상 센서.
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