WO2012049885A1 - 距離センサ及び距離画像センサ - Google Patents

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WO2012049885A1
WO2012049885A1 PCT/JP2011/063845 JP2011063845W WO2012049885A1 WO 2012049885 A1 WO2012049885 A1 WO 2012049885A1 JP 2011063845 W JP2011063845 W JP 2011063845W WO 2012049885 A1 WO2012049885 A1 WO 2012049885A1
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region
potential
electrode
charge
light receiving
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PCT/JP2011/063845
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English (en)
French (fr)
Inventor
光人 間瀬
鈴木　高志
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates

Definitions

  • the present invention relates to a distance sensor and a distance image sensor.
  • a conventional active optical distance measuring sensor irradiates light from a light source for light projection such as an LED (Light Emitting Diode), and detects reflected light from the object with a light detection element. It is known to output a signal corresponding to the distance up to.
  • a PSD Position Sensitive Detector
  • a PSD is known as an optical triangulation type optical ranging sensor that can easily measure the distance to an object.
  • an optical TOF Time-Of-Flight
  • Image sensors that can acquire distance information and image information at the same time on the same chip are required for in-vehicle use and factory automatic manufacturing systems. If an image sensor is installed in front of the vehicle, it is expected to be used for detection / recognition of the vehicle ahead and detection / recognition of pedestrians. Apart from image information, an image sensor that acquires a distance image composed of a single distance information or a plurality of distance information is also expected. It is preferable to use the TOF method for such a distance measuring sensor.
  • the TOF method emits pulsed light from a light source for projection toward an object, and detects the pulsed light reflected by the object with a light detection element, thereby making the time difference between the emission timing of the pulsed light and the detection timing. Is measuring.
  • the time difference ( ⁇ t) can be rephrased as the phase difference between the emission pulse from the light source and the detection pulse. If this phase difference is detected, the distance d to the object can be obtained.
  • the charge distribution type image sensor has attracted attention as a light detection element for performing distance measurement by the TOF method. That is, in the charge distribution type image sensor, for example, the charge generated in the image sensor in response to the incident detection pulse is distributed in one potential well during the ON period of the emission pulse, and OFF. Distribute to the other potential well during the period. In this case, the ratio of the amount of charge distributed to the left and right is proportional to the phase difference between the detection pulse and the emission pulse, that is, the time required for the pulsed light to fly at the speed of light over twice the distance to the object. .
  • Various methods can be considered as the charge distribution method.
  • Patent Document 1 a light receiving region, a pair of signal charge collecting regions that are arranged spatially separated and collect signal charges generated according to incident light, and a signal charge collecting region are different from each other.
  • a TOF type distance sensor distance image sensor including a transfer electrode to which a phase charge transfer signal is applied is disclosed.
  • a rectangular shape having a pair of long sides opposed in the first direction and a pair of short sides opposed in the second direction may be employed.
  • the signal charge collection regions are arranged to face each other across the light receiving region in the first direction.
  • the reason why the rectangular shape is adopted is to increase the area of the light receiving region to increase the sensitivity, and to increase the charge transfer rate in the direction opposite to the signal charge collecting region.
  • the planar shape of the light receiving region is the above rectangular shape and the signal charge collecting regions are arranged so as to face each other across the light receiving region in the first direction, the following problems may occur. It was newly discovered.
  • the electric field generated by the transfer electrode and the signal charge collection region acts, so that the charge generated according to the incident light can be transferred as signal charge at high speed.
  • the electric field due to the transfer electrode and the signal charge collection region is unlikely to act sufficiently. In particular, it is difficult to transfer charges generated near the short side of the light receiving region at high speed.
  • the area of the signal charge collection region must be reduced, and the length of the signal charge collection region in the second direction is the long side of the light receiving region. It is required to set it shorter than the length of. For this reason, even if the transfer electrode is extended in the second direction, it is difficult to transfer the charge in the second direction in the region immediately below the transfer electrode, and the problem that the charge transfer rate is still low cannot be solved.
  • the distance sensor includes a light receiving region having a rectangular shape having a pair of long sides facing in the first direction and a pair of short sides facing in the second direction, and a light receiving region in the first direction.
  • a plurality of signal charge collection regions that are opposed to each other and spaced apart from each other along the second direction and collect signal charges generated in response to incident light, and a signal charge collection region and a light reception region
  • a transfer electrode disposed between them, to which a charge transfer signal having a different phase is applied, an unnecessary charge collection region for collecting the generated unnecessary charge, and a transfer electrode disposed along the long side on each long side.
  • an unnecessary charge collecting gate electrode that is arranged in a spatially separated manner and selectively blocks and releases the flow of unnecessary charge to the unnecessary charge collecting region. Collection area and light receiving area
  • a first electrode portion located between the width in the overlapping and the second direction and the light-receiving region has a narrow second electrode portion than the first electrode portion.
  • the charge generated near the region immediately below the unnecessary charge collection gate electrode (second electrode portion) is a region located between the signal charge collection regions facing each other in the first direction in the light receiving region due to the difference in potential. Easy to move toward. The charges that have moved toward the region located between the signal charge collection regions are transferred at high speed by the electric field generated by the transfer electrode and the signal charge collection region.
  • the area is increased by setting the length in the direction (second direction) orthogonal to the facing direction to be longer than the length in the facing direction (first direction) of the signal charge collection region. Even if the area shape of the region is the above rectangular shape and the area of the signal charge collection region is set to be small, the charge generated according to the incident light is used as the signal charge. It can be transferred at high speed.
  • the width of the second electrode portion in the second direction is narrower than that of the first electrode portion.
  • the area of the region immediately below the second electrode portion becomes relatively small, and the amount of charge that remains in the region immediately below the second electrode portion and is difficult to move is extremely small.
  • the amount of unwanted charge that remains in the region immediately below the second electrode portion and becomes difficult to move is very small. Therefore, unnecessary charges are appropriately discharged, and improvement in distance detection accuracy is not hindered.
  • the width of the second electrode portion in the second direction may become narrower as the distance from the first electrode portion increases. In this case, the area of the region immediately below the second electrode portion is further reduced, and the amount of charge that remains in the region immediately below the second electrode portion and is difficult to move is further reduced. As a result, it is possible to further suppress the second electrode portion of the unnecessary charge collection gate electrode from inhibiting the increase in sensitivity and the improvement in distance detection accuracy.
  • the second electrode portions may be continuous with each other facing in the first direction.
  • the charge generated in the central portion in the first direction in the light receiving region near the region immediately below the unnecessary charge collecting gate electrode (second electrode portion) moves to the region located between the signal charge collecting regions. Easy to do. For this reason, it is possible to further increase the sensitivity.
  • the width in the second direction of the continuous portion of each second electrode portion is narrowed as the distance from the corresponding first electrode portion decreases, the amount of charge remaining in the region immediately below the continuous portion is small. As a result, it is possible to suppress inhibition of high sensitivity and improvement in distance detection accuracy.
  • the potential on each short side of the light receiving region is opposed to the light receiving region across the light receiving region in the second direction than the potential in the region located between the signal charge collecting regions facing each other in the first direction in the light receiving region. You may further provide the potential adjustment means to raise.
  • the potential adjustment means makes the potential on each short side of the light receiving region higher than the potential in the region located between the signal charge collecting regions facing each other in the first direction in the light receiving region. For this reason, the charges generated near each short side of the light receiving region are likely to move in the second direction toward the region located between the signal charge collecting regions due to the difference in potential. The charges that have moved in the second direction toward the region located between the signal charge collection regions are transferred at high speed by the electric field generated by the transfer electrode and the signal charge collection region. Therefore, even when the sensitivity is increased as described above, the charges generated according to the incident light can be transferred as signal charges at a higher speed.
  • the potential adjusting means may be a semiconductor region having the same conductivity type as the light receiving region and having a higher impurity concentration than the light receiving region. In this case, since the impurity concentration of the semiconductor region disposed opposite to the light receiving region in the second direction is higher than that of the light receiving region, the potential difference is large. Since the semiconductor region can be formed by adjusting the impurity concentration, the potential adjusting means can be easily realized.
  • a photogate electrode disposed on the light receiving region may be further provided, and the potential adjusting means may be an electrode to which a potential lower than a potential applied to the photogate electrode is applied.
  • the potential applied to the electrodes arranged opposite to each other across the light receiving region in the second direction is lower than the potential applied to the photogate electrode, the potential difference is large. With a simple configuration such as an electrode, the potential adjusting means can be easily realized.
  • the potential in the region immediately below the second electrode portion is located between the signal charge collecting regions opposed in the first direction.
  • the potential may be applied so as to be higher than the potential in the region to be processed. In this case, the potential in the region immediately below the second electrode portion can be stably formed.
  • the distance image sensor includes an imaging region composed of a plurality of units arranged in a one-dimensional shape or a two-dimensional shape on a semiconductor substrate, and obtains a distance image based on a charge amount output from the unit.
  • one unit is the distance sensor.
  • the present invention it is possible to provide a distance sensor and a distance image sensor capable of realizing high-speed transfer of charges while achieving high sensitivity.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the distance measuring apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a cross-sectional configuration of the distance image sensor.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the distance image sensor.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the configuration of the pixels of the distance image sensor.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line VV in FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line VI-VI in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line VII-VII in FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing a potential distribution for explaining a signal charge accumulation operation.
  • FIG. 9 is a diagram showing a potential distribution for explaining the signal charge accumulation operation.
  • FIG. 10 is a diagram showing a potential distribution for explaining an unnecessary charge discharging operation.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a configuration of a pixel.
  • FIG. 12 is a timing chart of various signals.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a pixel configuration in a modified example of the distance image sensor.
  • FIG. 14 is a schematic diagram for explaining a configuration of a pixel in a modified example of the distance image sensor.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a configuration of a pixel in a modified example of the distance image sensor.
  • FIG. 16 is a schematic diagram for explaining a pixel configuration in a modified example of the distance image sensor.
  • 17 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line XVII-XVII in FIG. FIG.
  • FIG. 18 is a diagram showing a potential distribution for explaining the signal charge accumulation operation.
  • FIG. 19 is a schematic diagram for explaining a configuration of a pixel in a modified example of the distance image sensor.
  • 20 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line XX-XX in FIG.
  • FIG. 21 is a schematic diagram for explaining a configuration of a pixel.
  • FIG. 22 is a timing chart of various signals.
  • FIG. 23 is a diagram showing a potential distribution for explaining the signal charge accumulation operation.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the distance measuring apparatus.
  • the distance measuring device a distance image sensor 1, a light source 3 for emitting near-infrared light, a driving circuit 4 for giving a pulse drive signal S P to the light source 3, and a control circuit 2, the arithmetic circuit 5, the ing.
  • the control circuit 2 includes first and second gate electrode included in each pixel of the range image sensor 1 (TX1, TX2: see FIG. 4), the pulsed driving signal S gate signal detection is synchronous with the P S 1, S 2 give.
  • the arithmetic circuit 5 uses a signal d ′ (m, n) indicating distance information read from the first to second semiconductor regions (FD1 to FD2: see FIG. 4) of the distance image sensor 1 as an object such as a pedestrian.
  • the distance to the object H is calculated.
  • the distance in the horizontal direction D from the distance image sensor 1 to the object H is defined as d.
  • the control circuit 2 is input to the pulse drive signal S P to the switch 4b of the driving circuit 4.
  • a light projecting light source 3 comprising an LED or a laser diode is connected to a power source 4a via a switch 4b. Therefore, when the pulse drive signal S P is input to the switch 4b, a drive current having the same waveform as the pulse drive signal S P is supplied to the light source 3, the pulse light L P as a probe light for distance measurement from the light source 3 Is output.
  • the pulse detection signal S D is outputted.
  • the distance image sensor 1 is fixed on the wiring board 10. In the distance image sensor 1, a signal d ′ (m, n) having distance information is output from each pixel via a wiring on the wiring substrate 10.
  • Pulse drive signal S P a square wave of period T, the high level "1", when the low level is "0", the voltage V (t) is given by the following equation.
  • V (t) 0 (provided that (T / 2) ⁇ t ⁇ T)
  • V (t + T) V (t)
  • the waveforms of the detection gate signals S 1 and S 2 are square waves with a period T, and the voltage V (t) is given by the following equation.
  • V (t) 0 (provided that (T / 2) ⁇ t ⁇ T)
  • V (t + T) V (t)
  • V (t) 0 (provided that 0 ⁇ t ⁇ (T / 2))
  • V (t) 1 (provided that (T / 2) ⁇ t ⁇ T)
  • V (t + T) V (t)
  • the pulse signal S P, S 1, S 2 , S D has all pulse period 2 ⁇ T P.
  • the amount of charge generated in the distance image sensor 1 when the detection gate signal S 1 and the pulse detection signal SD are both “1” is defined as Q1.
  • Detection gate signal S 2 and the pulse detection signal S D are both a Q2 the amount of charge generated by the distance image sensor within 1 when "1".
  • the phase difference between one detection gate signal S 1 and the pulse detection signal SD in the distance image sensor 1 is the distance in the overlap period when the other detection gate signal S 2 and the pulse detection signal SD are “1”. It is proportional to the amount of charge Q2 generated in the image sensor 1. That is, the charge amount Q2 is the charge amount for the period logical product of the detection gate signal S 2 and the pulse detection signal S D is "1".
  • the pulse detection signal SD is delayed.
  • the arithmetic circuit 5 can calculate the distance d.
  • the above-described pulse is repeatedly emitted, and the integrated value can be output as the respective charge amounts Q1 and Q2.
  • the ratio of the charge amounts Q1 and Q2 to the total charge amount corresponds to the above-described phase difference, that is, the distance to the object H.
  • the arithmetic circuit 5 calculates the distance to the object H according to this phase difference.
  • a coefficient ⁇ for correcting the latter is obtained in advance, and the product after shipping is obtained by multiplying the calculated distance d by the coefficient ⁇ .
  • the calculation distance d may be used.
  • the distance calculation can be performed after performing the calculation for correcting the light speed c.
  • the relationship between the signal input to the arithmetic circuit and the actual distance may be stored in advance in the memory, and the distance may be calculated by a lookup table method.
  • the calculation method can also be changed depending on the sensor structure, and a conventionally known calculation method can be used for this.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a cross-sectional configuration of the distance image sensor.
  • the distance image sensor 1 is a surface incident type distance image sensor and includes a semiconductor substrate 1A.
  • the range image sensor 1 a pulse light L D from the light incident surface 1FT of the semiconductor substrate 1A is incident.
  • the back surface 1BK opposite to the light incident surface 1FT of the distance image sensor 1 is connected to the wiring substrate 10 via the adhesion region AD.
  • the adhesion region AD has an insulating adhesive or filler.
  • the distance image sensor 1 includes a light shielding layer LI having an opening formed at a predetermined position.
  • the light shielding layer LI is disposed in front of the light incident surface 1FT.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of the distance image sensor.
  • the semiconductor substrate 1 ⁇ / b> A has an imaging region 1 ⁇ / b> B composed of a plurality of pixels P (m, n) arranged two-dimensionally. From each pixel P (m, n), two charge amounts (Q1, Q2) are output as the signal d '(m, n) having the above-described distance information. Each pixel P (m, n) outputs a signal d '(m, n) corresponding to the distance to the object H as a minute distance measuring sensor. Therefore, if the reflected light from the object H is imaged on the imaging region 1B, a distance image of the object as a collection of distance information to each point on the object H can be obtained.
  • One pixel P (m, n) functions as one distance sensor.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the configuration of the pixels of the distance image sensor.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line VV in FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line VI-VI in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line VII-VII in FIG. In FIG. 4, the conductor 11 is not shown.
  • the distance image sensor 1 includes a semiconductor substrate 1A having a light incident surface 1FT and a back surface 1BK facing each other.
  • the semiconductor substrate 1A includes a p-type first substrate region 1Aa located on the back surface 1BK side and a p ⁇ -type second substrate region 1Ab located on the light incident surface 1FT side and having an impurity concentration lower than that of the first substrate region 1Aa.
  • the semiconductor substrate 1A can be obtained, for example, by growing a p ⁇ type epitaxial layer having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate on the p type semiconductor substrate.
  • the distance image sensor 1 includes a photogate electrode PG, a plurality (two in this embodiment) of first and second gate electrodes TX1 and TX2, and a plurality of (this embodiment) in each pixel P (m, n).
  • a photogate electrode PG a plurality (two in this embodiment) of first and second gate electrodes TX1 and TX2, and a plurality of (this embodiment) in each pixel P (m, n).
  • there are six third gate electrodes TX3 1 , TX3 2 a plurality ( two in this embodiment) of first and second semiconductor regions FD1, FD2, and a plurality (in this embodiment, 6).
  • the photogate electrode PG is provided on the light incident surface 1FT via the insulating layer 1E.
  • the first to third gate electrodes TX1, TX2, TX3 1 , TX3 2 are provided adjacent to the photogate electrode PG via the insulating layer 1E on the light incident surface 1FT.
  • Each of the first to third semiconductor regions FD1, FD2, and FD3 accumulates charge flowing into a region immediately below the corresponding gate electrode TX1, TX2, and TX3.
  • the semiconductor substrate 1A of the present embodiment is made of Si
  • the insulating layer 1E is made of SiO 2.
  • a rectangular opening LIa is formed in the light shielding layer LI.
  • Light reflected light from the object H enters the semiconductor substrate 1A through the opening LIa of the light shielding layer LI. Therefore, the opening LIa defines a light receiving region having a rectangular shape having a pair of long sides opposed to each other and a pair of short sides opposed to each other in the semiconductor substrate 1A.
  • the light shielding layer LI is made of, for example, a metal (metal) such as aluminum.
  • the photogate electrode PG is disposed corresponding to the opening LIa.
  • the photogate electrode PG has a substantially rectangular shape having first and second long sides LS1, LS2 facing each other in plan view and first and second short sides SS1, SS2 facing each other.
  • the value of the ratio between the lengths of the first and second long sides LS1, LS2 and the lengths of the first and second short sides SS1, SS2 is set to, for example, about 1: 2 to 1:15.
  • the photogate electrode PG is made of polysilicon, but other materials may be used.
  • the first and second long sides LS1, LS2 of the photogate electrode PG are parallel to the long sides of the light receiving region. Therefore, the facing direction of the first and second long sides LS1 and LS2 and the facing direction of each long side of the light receiving region coincide.
  • the first and second short sides SS1, SS2 of the photogate electrode PG and the short sides of the light receiving region are parallel to each other. Therefore, the facing direction of the first and second short sides SS1 and SS2 and the facing direction of each short side of the light receiving region coincide with each other.
  • the first semiconductor regions FD1 are arranged spatially separated from each other along the first long side LS1 on the first long side LS1 side of the photogate electrode PG.
  • the first semiconductor region FD1 is also spatially spaced from the region immediately below the photogate electrode PG. That is, the first semiconductor region FD1 is disposed on the one long side of the light receiving region so as to be spatially separated from the light receiving region.
  • the second semiconductor regions FD2 are arranged spatially separated from each other along the second long side LS2 on the second long side LS2 side of the photogate electrode PG.
  • the second semiconductor region FD2 is also spatially spaced from the region directly below the photogate electrode PG. That is, the second semiconductor region FD2 is disposed on the other long side of the light receiving region so as to be spatially separated from the light receiving region.
  • the first semiconductor region FD1 and the second semiconductor region FD2 are opposed to each other across the photogate electrode PG (light receiving region) in the facing direction of the first and second long sides LS1, LS2.
  • the first and second semiconductor regions FD1, FD2 have a rectangular shape in plan view.
  • the ratio of the length in the facing direction of the first and second long sides LS1, LS2 and the length in the facing direction of the first and second short sides SS1, SS2 of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 The value is set to about 1: 0.5 to 1: 2, for example.
  • the first and second semiconductor regions FD1, FD2 have a square shape.
  • the first and second semiconductor regions FD1, FD2 function as signal charge collection regions.
  • the first and second semiconductor regions FD1, FD2 are regions made of an n-type semiconductor having a high impurity concentration, and are floating diffusion regions.
  • the first gate electrode TX1 is provided between the photogate electrode PG (light receiving region) and the first semiconductor region FD1.
  • the second gate electrode TX2 is provided between the photogate electrode PG (light receiving region) and the second semiconductor region FD2.
  • the first and second gate electrodes TX1, TX2 have a rectangular shape in plan view. In the present embodiment, the first and second gate electrodes TX1, TX2 have a rectangular shape in which the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2 is the long side direction.
  • the ratio of the length in the long side direction to the length in the short side direction of the first and second gate electrodes TX1, TX2 is set to, for example, about 1: 2 to 1:15.
  • the first and second gate electrodes TX1 and TX2 are made of polysilicon, but other materials may be used.
  • the first and second gate electrodes TX1, TX2 function as transfer electrodes.
  • Each of the third semiconductor regions FD3 has a first semiconductor region FD1 sandwiching the first semiconductor region FD1 in the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2 on the first long side LS1 side of the photogate electrode PG. And are spaced apart from each other.
  • the third semiconductor region FD3 includes the first semiconductor region FD2 on the second long side LS2 side of the photogate electrode PG so as to sandwich the second semiconductor region FD2 in the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2.
  • the semiconductor region FD2 is arranged spatially separated.
  • the third semiconductor regions FD3 face each other across the photogate electrode PG (light receiving region) in the facing direction of the first and second long sides LS1, LS2.
  • the third semiconductor region FD3 has a rectangular shape in plan view. In the present embodiment, the third semiconductor region FD3 has a rectangular shape.
  • the third semiconductor region FD3 functions as an unnecessary charge collection region.
  • the third semiconductor region FD3 is a region made of a high impurity concentration n-type semiconductor, and is a floating diffusion region.
  • the third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 are provided between the corresponding third semiconductor region FD3 and the photogate electrode PG (light receiving region), respectively.
  • Third gate electrode TX3 1 at each long side LS1, LS2 side of the photo gate electrode PG, so as to be sandwiched between the first and second gate electrodes TX1, TX2 to the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2
  • the first gate electrode TX1 and the second gate electrode TX2 are spaced apart from each other.
  • Third gate electrode TX3 2 are arranged along the corner portion of the photo gate electrode PG (light receiving region).
  • the third gate electrodes TX3 1 , TX3 2 are arranged on the long side LS1, LS2 side of the photogate electrode PG with the first or second gate electrodes TX1, TX2 in the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2, respectively.
  • the first gate electrode TX1 is spaced apart from the first gate electrode TX1.
  • Each of the third gate electrodes TX3 1 , TX3 2 has a first electrode portion TX3a extending in the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2, and a first extending in the opposing direction of the first and second long sides LS1, LS2. And a two-electrode portion TX3b.
  • the third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 are made of polysilicon, but other materials may be used.
  • the third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 function as unnecessary charge collection gate electrodes that selectively block and release the flow of unnecessary charges to the unnecessary charge collection region.
  • a first electrode portion TX3a and the second electrode portion TX3b has and continuously a rectangular shape respectively, the third gate electrode TX3 1 is exhibits a T-shape.
  • the width in the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2 of the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b, first and second short of the third gate electrode TX3 1 of the first electrode portion TX3a The width is set to be narrower than the width in the opposing direction of the sides SS1 and SS2.
  • the third second electrode portion TX3b gate electrode TX3 1 is positioned to overlap the light receiving region. That is, the third second electrode portion TX3b gate electrode TX3 1 is exposed from the opening LIa light-shielding layer LI.
  • the ratio of the width of the third first electrode portion TX3a gate electrodes TX3 1, first and second widths and the first and second long sides LS1, LS2 opposing direction of the in the opposing direction of the short side SS1, SS2 Is set to, for example, about 1: 2 to 1:15.
  • the ratio of the width of the third second electrode portion TX3b gate electrodes TX3 1, width and opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2 in the first and second long sides LS1, LS2 opposing direction of Is set to, for example, about 1: 2 to 1:15.
  • a first electrode portion TX3a and the second electrode portion TX3b has and continuously a rectangular shape respectively, the third gate electrode TX3 2 is and has a L-shape.
  • Third gate electrode TX3 2 is covered with a light-shielding layer LI, not exposed to the open LIa.
  • Photo gate electrode PG at each long side LS1, LS2 side, so as to avoid the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b, in plan view, and has a partially recessed.
  • the third second electrode portion TX3b gate electrode TX3 1 is a plan view, surrounded by the photo gate electrode PG. More specifically, the third second electrode portion TX3b gate electrode TX3 1 is over three sides included in the edge of the second electrode portion TX3b, surrounded by the photo gate electrode PG.
  • the thickness / impurity concentration of each region is as follows.
  • First substrate region 1Aa of semiconductor substrate 1A thickness 5 to 700 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 18 to 10 20 cm ⁇ 3
  • Second substrate region 1Ab of semiconductor substrate 1A thickness 3 to 30 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 13 to 10 16 cm ⁇ 3
  • First and second semiconductor regions FD1, FD2 thickness 0.1 to 0.4 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 18 to 10 20 cm ⁇ 3
  • Third semiconductor region FD3 thickness 0.1 to 0.4 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 18 to 10 20 cm ⁇ 3
  • the insulating layer 1E is provided with contact holes for exposing the surfaces of the first to third semiconductor regions FD1, FD2, and FD3.
  • a conductor 11 for connecting the first to third semiconductor regions FD1, FD2, and FD3 to the outside is disposed in the contact hole.
  • Shielding layer LI covers the area where FD2 and FD3 are arranged, and prevents light from entering the area. Thereby, generation
  • a region corresponding to the photogate electrode PG in the semiconductor substrate 1A functions as a charge generation region in which charges are generated according to incident light. Since the third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 are made of polysilicon, light passes through the second electrode portion TX3b of the third gate electrode TX3 1 and enters the semiconductor substrate 1A. Therefore, also functions as a charge generation region region immediately below the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b in the semiconductor substrate 1A. Therefore, the charge generation region has a rectangular shape having a pair of long sides facing each other and a pair of short sides facing each other. The shape of the light receiving region matches the shape of the charge generation region.
  • the second electrode portion TX3b is also overlapped with the charge generation region.
  • the charge generation region is defined by the photogate electrode PG. In this case, the shape of the light receiving region and the shape of the charge generation region do not match.
  • n-type semiconductor includes a positively ionized donor, has a positive potential, and attracts electrons.
  • the third semiconductor region FD3 collects unnecessary charges generated in the charge generation region in response to the incidence of light.
  • Light incident on one pixel is formed by a voltage applied to the photogate electrode PG and the third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 as a part of the charges generated in the charge generation region as unnecessary charges. Travels in the direction of the third gate electrodes TX3 1 , TX3 2 according to the potential gradient.
  • negative charges are drawn in the direction of the third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 and accumulated in the potential well formed by the third semiconductor region FD3.
  • the electric charge generated in the deep part of the semiconductor in response to the incidence of the light for projection is drawn into the potential well provided on the light incident surface 1FT side. Therefore, high-speed and accurate distance measurement is possible.
  • Pulse light L D from the object incident from the light incident surface 1FT of the semiconductor substrate 1A leads to the light receiving region provided on the surface side of the semiconductor substrate 1A (charge-generation region).
  • the charge generated in the semiconductor substrate 1A with the incidence of the pulsed light is from the charge generation region (region immediately below the photogate electrode PG) to the region immediately below the first and second gate electrodes TX1 and TX2 adjacent thereto. It is distributed to.
  • the detection gate signal S 1, S 2 in synchronization with the drive signal S P output light source to the first and second gate electrodes TX1, TX2, via the wiring board 10, given alternately generated in the charge generation region
  • the charged charges flow into regions immediately below the first and second gate electrodes TX1 and TX2, respectively, and flow into the first and second semiconductor regions FD1 and FD2.
  • the ratio of the charge amounts Q1 and Q2 accumulated in the first semiconductor region FD1 or the second semiconductor region FD2 to the total charge amount (Q1 + Q2) is the emission pulse light emitted by applying the drive signal SP to the light source, and This corresponds to the phase difference between the detection pulse light and the detection pulse light returned by the reflection of the emission pulse light by the object H.
  • the distance image sensor 1 includes a back gate semiconductor region for fixing the potential of the semiconductor substrate 1A to a reference potential.
  • FIG. 8 and 9 are diagrams showing a potential distribution in the vicinity of the light incident surface 1FT of the semiconductor substrate 1A for explaining the signal charge accumulation operation. 8 and 9, the downward direction is the positive direction of the potential.
  • FIG. 8 shows a potential distribution along the line VV in FIG. 9A shows the potential distribution along the line VI-VI in FIG. 4, and
  • FIG. 9B shows the potential distribution along the line VII-VII in FIG.
  • the potential ⁇ PG of the region is set slightly higher than the substrate potential.
  • the potential ⁇ TX1 in the region immediately below the first gate electrode TX1, the potential ⁇ TX2 in the region immediately below the second gate electrode TX2, the potential ⁇ TX3 in the region immediately below the third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 , the first semiconductor region FD1 of the potential phi FD1, potential phi FD2 of the second semiconductor region FD2, and the potential phi FD3 of the third semiconductor region FD3 is shown.
  • High potential of the detection gate signals S 1 is inputted to the first gate electrode TX1, as shown in (a) of FIG. 8, charges generated immediately under the photo gate electrode PG, according to potential gradient Then, it is accumulated in the potential well of the first semiconductor region FD1 via the region immediately below the first gate electrode TX1. A charge amount Q1 is accumulated in the potential well of the first semiconductor region FD1.
  • the high potential of the detection gate signal S 2 is inputted to the second gate electrode TX2, as shown in (b) of FIG. 8, immediately below the photogate electrode PG
  • the charges generated in (1) are accumulated in the potential well of the second semiconductor region FD2 via the region immediately below the second gate electrode TX2 according to the potential gradient.
  • a charge amount Q2 is accumulated in the potential well of the second semiconductor region FD2.
  • the ground potential is applied to the third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 .
  • the potential ⁇ TX3 in the region immediately below the third gate electrodes TX3 1 , TX3 2 does not decrease, and is within the potential well of the third semiconductor region FD3. The charge does not flow in.
  • Third charges generated in the second electrode portion TX3b near the gate electrode TX3 1 in the area immediately below the photogate electrode PG is accelerated according to the gradient of the potential formed by the second electrode portion TX3b, first and It moves quickly toward the region located between the second semiconductor regions FD1, FD2. Then, as described above, the transferred charges follow the potential gradient formed by the electric field of the first gate electrode TX1 and the first semiconductor region FD1 or the electric field of the second gate electrode TX2 and the second semiconductor region FD2. It accumulates in the potential well of the first or second semiconductor region FD1 via the region immediately below the first or second gate electrode TX1, TX2. Accordingly, charges generated in the charge generation region are accumulated as signal charges in the potential wells of the first and second semiconductor regions FD1, FD2.
  • FIG. 10 is a diagram showing a potential distribution in the vicinity of the light incident surface 1FT of the semiconductor substrate 1A for explaining the discharge operation of unnecessary charges.
  • the downward direction is the positive direction of the potential.
  • (a) shows the potential distribution along the VI-VI line in FIG. 4
  • (b) shows the potential distribution along the VII-VII line in FIG.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a configuration of a pixel.
  • the second gate electrode TX2, the detection gate signal S 2 is applied. That is, charge transfer signals having different phases are applied to the first gate electrode TX1 and the second gate electrode TX2.
  • the third gate electrode TX3 1, TX3 2, is given a charge transfer signal S 3.
  • the charge transfer signal S 3 is given from the control circuit 2.
  • FIG. 12 is a timing chart of various actual signals.
  • the one-frame period TF includes a signal charge accumulation period (accumulation period) T acc and a signal charge read period (readout period) Tro . Focusing on one pixel, the accumulation period T acc, the signal based on the pulse drive signal S P with a plurality of pulses are applied to the light source, in synchronization with this, the detection gate signal S 1, S 2 mutually
  • the first and second gate electrodes TX1 and TX2 are applied in reverse phase. Prior to the distance measurement, the reset signal reset is applied to the first and second semiconductor regions FD1 and FD2, and the charges accumulated inside are discharged to the outside. In this example, after the reset signal reset is turned on for a moment and then turned off, a plurality of drive vibration pulses are sequentially applied.
  • charge transfer is sequentially performed in synchronization with this, and signal charges are accumulated and accumulated in the first and second semiconductor regions FD1, FD2. Then, in the readout period T ro, the signal charge accumulated in the first and second semiconductor regions FD1, the FD2 is read. At this time, the third gate electrode TX3 1, TX3 2 charge transfer signal S 3 applied to becomes high level, the positive potential is applied to the third gate electrode TX3 1, TX3 2, unnecessary charges the third semiconductor region Collected in the potential well of FD3.
  • a positive high-level detection signal is normally applied to one of the first gate electrode TX1 and the second gate electrode TX2 (for example, the first gate electrode TX1).
  • the other gate electrode for example, the second gate electrode TX2
  • the other gate electrode is supplied with detection signals having a phase difference of 180 degrees.
  • a detection signal applied to the other gate electrode for example, the second gate electrode TX2
  • a lower level for example, the ground potential
  • the planar shape of the charge generation region (light receiving region) is set to a rectangular shape.
  • the charge transfer speed in the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 can be increased while increasing the sensitivity of the distance image sensor 1 by increasing the area of the charge generation region.
  • the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 have a length in the opposing direction of the first and second short sides SS1 and SS2, and the first and second short sides SS1 of the photogate electrode PG.
  • SS2 is set to be extremely smaller than the length in the opposing direction
  • the areas of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 are also set to be smaller than the area of the photogate electrode PG. Therefore, the area of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 with respect to the area of the region where charge can be transferred to the first and second semiconductor regions FD1, FD2 in the region (charge generation region) immediately below the photogate electrode PG. The area is greatly reduced.
  • the charges (charge amounts Q1, Q2) transferred to and accumulated in the first and second semiconductor regions FD1, FD2 are expressed by the following relational expression according to the capacitances (Cfd) of the first and second semiconductor regions FD1, FD2.
  • third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 when charges generated in the charge generation region are sent as signal charges to the first and second semiconductor regions FD1 and FD2, the charges are unnecessary charges. As a result, the potential is increased so as not to be sent to the third semiconductor region FD3. Therefore, third charges generated near region directly under the second electrode portion TX3b gate electrode TX3 1 is a height difference of potential, the first and second semiconductor regions in the light-receiving region (charge generation region) FD1, FD2 It is easy to move toward the area located between the two.
  • the charges that have moved toward the region located between the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 are the electric field generated by the first gate electrode TX1 and the first semiconductor region FD1, or the second gate electrode TX2 and the second gate electrode. Transfer is performed at high speed by the electric field generated by the semiconductor region FD2. Therefore, when the area of the light receiving region (charge generation region) is increased by setting the rectangular shape to a rectangular shape, and by setting the areas of the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 to be extremely small, the area is increased. Even when sensitivity is increased, charges generated in the charge generation region can be transferred as signal charges at high speed.
  • Width at the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2 of the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b is narrower than the first electrode portion TX3a. Therefore, the third relatively narrow area of the region immediately below the second electrode portion TX3b gate electrodes TX3 1, the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion region remains moving hardly becomes charge immediately below the TX3b The amount is extremely small. As a result, it is possible to third gate electrodes TX3 1 can be inhibited from inhibiting high sensitivity by having a second electrode portion TX3b. Unnecessary charges also amount to not easily move remain in the region immediately below the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b is extremely small. Therefore, unnecessary charges are appropriately discharged, and improvement in distance detection accuracy is not hindered.
  • the third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 are provided in regions immediately below the third gate electrodes TX3 1 and TX3 2 (second electrode portion TX3b) when blocking the flow of unnecessary charges to the third semiconductor region FD3.
  • the potential is applied to be higher than the potential in the region located between the first and second semiconductor regions FD1, FD2 in the light receiving region.
  • the potential of the region immediately below the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b can be stably formed.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a pixel configuration in a modified example of the distance image sensor. This modification differs from the above embodiment in that it does not include the third gate electrodes TX3 2. In FIG. 13, the conductor 11 is not shown.
  • the distance image sensor 1 includes a photogate electrode PG, a plurality (two in this embodiment) of first and second gate electrodes TX1 and TX2, and a plurality of (this embodiment) in each pixel P (m, n). in the form, the third gate electrode TX3 1 of two), the plurality (in this embodiment, the first and second semiconductor regions FD1, FD2 of two), a plurality of (in this embodiment, two) A third semiconductor region FD3.
  • FIGS. FIG. 14 and FIG. 15 are schematic diagrams for explaining the configuration of pixels in a modified example of the distance image sensor.
  • the shape of the second electrode portion TX3b is different from the above-described embodiment and the modification shown in FIG. 14 and 15, the conductor 11 is not shown.
  • the second electrode portions TX3b of the third gate electrodes TX3 1 , TX3 2 facing each other in the facing direction of the first and second long sides LS1, LS2 are continuously integrated.
  • the photo gate electrode PG are multiple (in this modification, two) is divided into.
  • the third second electrode portion TX3b gate electrode TX3 1 is smaller in accordance with the width in the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2 is away from the first electrode portion TX3a.
  • the integrated second electrode portion TX3b is a central portion in the facing direction of the first and second long sides LS1, LS2, and has the smallest width in the facing direction of the first and second short sides SS1, SS2. It gradually expands from the central part.
  • the second electrode portion TX3b between the third gate electrode TX3 1 is continuous with the facing direction of the first and second long sides LS1, LS2. Therefore, charges generated in the central portion of the first and second long sides LS1, LS2 opposing direction of the and the light-receiving region close to the region immediately below the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b, first And it is easy to move to a region located between the second semiconductor regions FD1 and FD2. As a result, the sensitivity can be further increased.
  • Width at the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2 in the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b is narrower with increasing distance from the first electrode portion TX3a. Therefore, the area of the region immediately below the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b becomes more narrow, the amount of movement hardly become charge remains in a region directly under the second electrode portion TX3b is further reduced. As a result, it is possible to third gate electrodes TX3 1 of the second electrode portion TX3b is further suppressed to inhibit the increase and sensitivity of the distance detection accuracy.
  • FIG. 16 is a schematic diagram for explaining a pixel configuration in a modified example of the distance image sensor.
  • 17 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line XVII-XVII in FIG. This modification is different from the above embodiment in that it further includes a fourth semiconductor region SR1. Also in FIG. 16, illustration of the conductor 11 is omitted.
  • the fourth semiconductor region SR1 is arranged along the first and second short sides SS1, SS2 on the first and second short sides SS1, SS2 side of the photogate electrode PG, respectively. That is, the fourth semiconductor region SR1 is disposed so as to face each other with the photogate electrode PG (light receiving region and charge generation region) interposed therebetween in the facing direction of the first and second short sides SS1, SS2.
  • the fourth semiconductor region SR1 has a rectangular shape in plan view. In the present modification, the fourth semiconductor region SR1 has a rectangular shape in which the opposing direction of the first and second long sides LS1, LS2 is the long side direction.
  • the fourth semiconductor region SR1 is a region having the same conductivity type as the semiconductor substrate 1A and having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate 1Ab, that is, a high impurity concentration p-type semiconductor.
  • the fourth semiconductor region SR1 may be a p-type well region or a p-type diffusion region.
  • the thickness / impurity concentration of the fourth semiconductor region SR1 is as follows. Fourth semiconductor region SR1: thickness 1 to 5 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 16 to 10 18 cm ⁇ 3
  • FIG. 18 is a diagram showing a potential distribution in the vicinity of the light incident surface 1FT of the semiconductor substrate 1A for explaining the accumulation operation of signal charges. In FIG. 18, the downward direction is the positive direction of the potential.
  • FIG. 18 shows a potential distribution along the line XVII-XVII in FIG.
  • the charges generated near the first and second short sides SS1 and SS2 in the region immediately below the photogate electrode PG are accelerated according to the potential gradient formed by the fourth semiconductor region SR1, and the first and second semiconductors are accelerated. It moves quickly toward the region located between the regions FD1 and FD2.
  • the transferred charges are caused by the potential gradient formed by the electric field of the first gate electrode TX1 and the first semiconductor region FD1, or by the electric field of the second gate electrode TX2 and the second semiconductor region FD2.
  • the potential is accumulated in the potential well of the first semiconductor region FD1 or in the potential well of the second semiconductor region FD2.
  • the fourth semiconductor region SR1 causes the potential on the first and second short sides SS1 and SS2 sides of the regions (light receiving region and charge generation region) immediately below the photogate electrode PG to be the first and second potentials.
  • a potential gradient that is higher than the potential in the region located between the semiconductor regions FD1 and FD2 and lowered toward the region located between the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 is formed.
  • the charges generated near the first and second short sides SS1 and SS2 in the region immediately below the photogate electrode PG are located between the first and second semiconductor regions FD1 and FD2 due to the potential gradient. It is easy to move in the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2 toward the region.
  • the charges that have moved in the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2 from the first and second short sides SS1, SS2 toward the region located between the first and second semiconductor regions FD1, FD2 are
  • the high-speed transfer is performed by the electric field generated by the first gate electrode TX1 and the first semiconductor region FD1, or the electric field generated by the second gate electrode TX2 and the second semiconductor region FD2. Therefore, according to the present modification, charges generated in the charge generation region can be transferred at a higher speed.
  • the fourth semiconductor region SR1 is formed by adjusting the impurity concentration of the semiconductor substrate 1A. Therefore, in order to increase the potential on the first and second short sides SS1, SS2 side in the region immediately below the photogate electrode PG than the potential in the region located between the first and second semiconductor regions FD1, FD2. This configuration can be realized easily.
  • FIG. 19 is a schematic diagram for explaining a configuration of a pixel in a modified example of the distance image sensor.
  • 20 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line XX-XX in FIG. This modification is different from the modification shown in FIG. 16 in that a potential adjustment electrode EL is provided instead of the third semiconductor region SR1. Also in FIG. 19, illustration of the conductor 11 is abbreviate
  • the potential adjustment electrode EL is disposed along the first and second short sides SS1 and SS2 on the first and second short sides SS1 and SS2 sides of the photogate electrode PG, respectively. That is, the potential adjustment electrode EL is disposed so as to face each other with the photogate electrode PG (light receiving region and charge generation region) interposed therebetween in the facing direction of the first and second short sides SS1, SS2.
  • the potential adjustment electrode EL has a rectangular shape in plan view.
  • the potential adjustment electrode EL has a rectangular shape in which the opposing direction of the first and second long sides LS1, LS2 is the long side direction.
  • the length of the potential adjustment electrode EL in the opposing direction of the first and second long sides LS1, LS2 is set to, for example, the length of the first and second short sides SS1, SS2 of the photogate electrode PG.
  • the potential adjustment electrode EL is made of polysilicon, but other materials may be used.
  • FIG. 21 is a schematic diagram for explaining a configuration of a pixel.
  • Figure 22 is a timing chart of the actual various signals, other signals except the potential adjustment signal S 4 is the same as the signal shown in FIG. 12.
  • the potential adjustment signal S 4 is given from the control circuit 2.
  • FIG. 23 is a diagram showing a potential distribution in the vicinity of the light incident surface 1FT of the semiconductor substrate 1A for explaining the signal charge accumulation operation. In FIG. 23, the downward direction is the positive direction of the potential.
  • FIG. 23 shows a potential distribution along the line XX-XX in FIG.
  • the charges generated near the first and second short sides SS1 and SS2 in the region immediately below the photogate electrode PG are accelerated according to the potential gradient formed by the potential adjustment electrode EL, so that the first and second semiconductor regions are formed. It moves quickly toward the region located between FD1 and FD2.
  • the transferred electric charge has a potential gradient formed by the electric field of the first gate electrode TX1 and the first semiconductor region FD1, or the potential formed by the electric field of the second gate electrode TX2 and the second semiconductor region FD2. According to the gradient, accumulation is performed in the potential well of the first semiconductor region FD1 or in the potential well of the second semiconductor region FD2.
  • charges generated in the charge generation region can be transferred at a higher speed.
  • the potential on the first and second short sides SS1, SS2 side in the region immediately below the photogate electrode PG is located between the first and second semiconductor regions FD1, FD2 by the potential adjustment electrode EL. It is higher than the potential in the area. Therefore, in order to increase the potential on the first and second short sides SS1, SS2 side in the region immediately below the photogate electrode PG than the potential in the region located between the first and second semiconductor regions FD1, FD2. This configuration can be realized easily.
  • the charge generation region in which charge is generated in response to incident light may be configured by a photodiode (for example, an embedded photodiode).
  • the distance image sensor 1 may be a back-illuminated distance image sensor.
  • the distance image sensor 1 is not limited to the pixel P (m, n) arranged two-dimensionally, and the pixel P (m, n) may be arranged one-dimensionally.
  • the number of the first and second semiconductor regions FD1, FD2 is not limited to two, but may be three or more.
  • the lengths of the fourth semiconductor region SR1 and the potential adjustment electrode EL in the facing direction of the first and second long sides LS1, LS2 are not limited to the values described above. If the potential on each short side in the light receiving region (charge generation region) can be made higher than the potential in the region located between the first and second semiconductor regions FD1, FD2, for example, the short side It may be set shorter than the length of.
  • Shape of the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b is not limited to the rectangular shape described above.
  • the shape of the third gate electrode TX3 1 of the second electrode portion TX3b is semicircular, triangular, may be an trapezoidal shape, the width in the opposing direction of the first and second short sides SS1, SS2 The shape may change stepwise.
  • the semiconductor regions FD1 and FD2 are juxtaposed in the opposing direction of the first and second short sides SS1 and SS2 on the same long side LS1 and LS2 side, but the present invention is not limited thereto.
  • the first semiconductor region FD1 and the second semiconductor region FD2 may be juxtaposed in the facing direction of the first and second short sides SS1, SS2 on the same long side LS1, LS2 side.
  • the first and second short sides of the first gate electrode TX1 and the second gate electrode TX2 are on the same long side LS1, LS2 side. It is juxtaposed in the opposite direction of SS1 and SS2.
  • the present invention can be used for a distance sensor and a distance image sensor mounted on a product monitor, a vehicle or the like in a factory production line.
  • SYMBOLS 1 Distance image sensor, 1A ... Semiconductor substrate, EL ... Potential adjustment electrode, FD1 ... 1st semiconductor region, FD2 ... 2nd semiconductor region, FD3 ... 3rd semiconductor region, LS1 ... 1st long side, LS2 ... 2nd length Side, P ... pixel, PG ... photogate electrode, SR1 ... fourth semiconductor region, SS1 ... first short side, SS2 ... second short side, TX1 ... first gate electrode, TX2 ... second gate electrode, TX3 1 , TX3 2 ... third gate electrode, TX3a ... first electrode part, TX3b ... second electrode part.

Landscapes

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Abstract

　受光領域は、平面形状が第１方向で対向する一対の長辺と第２方向で対向する一対の短辺とを有する長方形状である。第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２は、各長辺に沿って互いに空間的に離間して配置される。第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２は、対応する半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２と受光領域との間に配置される。第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２は、長辺に沿って配置された第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２の間に空間的に離間してそれぞれ配置される。第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２は、第３半導体領域ＦＤ３と受光領域との間に位置する第１電極部分ＴＸ３ａと、受光領域と重複し且つ第２方向での幅が第１電極部分よりも狭い第２電極部分ＴＸ３ｂと、を有する。

Description

距離センサ及び距離画像センサ
　本発明は、距離センサ及び距離画像センサに関する。
　従来のアクティブ型の光測距センサは、ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）などの投光用の光源から対象物に光を照射し、対象物における反射光を光検出素子で検出することで、対象物までの距離に応じた信号を出力するものとして知られている。ＰＳＤ（Position　Sensitive　Detector）などは、対象物までの距離を簡易に測定することができる光三角測量型の光測距センサとして知られている。近年、より精密な距離測定を行うため、光ＴＯＦ（Time-Of-Flight）型の光測距センサの開発が期待されている。
　距離情報と画像情報を同時に、同一チップで取得できるイメージセンサが車載用、工場の自動製造システム用などにおいて求められている。車両前方にイメージセンサを設置すれば、先方車両の検知・認識、歩行者などの検知・認識に使用することが期待される。画像情報とは別に、単一の距離情報又は複数の距離情報からなる距離画像を取得するイメージセンサも期待されている。このような測距センサにはＴＯＦ法を用いることが好ましい。
　ＴＯＦ法は、投光用の光源から、対象物に向けてパルス光を出射し、対象物で反射されたパルス光を光検出素子で検出することで、パルス光の出射タイミングと検出タイミングの時間差を測定している。この時間差（Δｔ）は、対象物までの距離ｄの２倍の距離（２×ｄ）をパルス光が光速（＝ｃ）で飛行するのに要する時間であるため、ｄ＝（ｃ×Δｔ）／２が成立する。時間差（Δｔ）は、光源からの出射パルスと検出パルスの位相差と言い換えることもできる。この位相差を検出すれば、対象物までの距離ｄを求めることができる。
　電荷振り分け方式のイメージセンサは、ＴＯＦ法によって測距を行うための光検出素子として着目されている。すなわち、電荷振り分け方式のイメージセンサでは、例えば、検出パルスの入射に応じてイメージセンサ内において発生するパルス的に発生する電荷を、出射パルスのＯＮ期間の間に一方のポテンシャル井戸内に振り分け、ＯＦＦ期間の間に他方のポテンシャル井戸に振り分ける。この場合、左右に振り分けられた電荷量の比率が、検出パルスと出射パルスの位相差、すなわち、対象物までの距離の２倍の距離をパルス光が光速で飛行するのに要する時間に比例する。電荷の振り分け方法としては種々のものが考えられる。
　特許文献１には、受光領域と、空間的に離間して配置され、入射光に応じて発生した信号電荷を収集する一対の信号電荷収集領域と、信号電荷収集領域のそれぞれに設けられ、異なる位相の電荷転送信号が与えられる転送電極と、を備えているＴＯＦ型の距離センサ（距離画像センサ）が開示されている。
国際公開第２００７／１１９６２６号パンフレット
　ところで、受光領域の平面形状として、第１方向で対向する一対の長辺と第２方向で対向する一対の短辺とを有する長方形状が採用されることがある。この場合、信号電荷収集領域は、第１方向で受光領域を挟んで対向するように配置される。上記長方形状が採用される理由は、受光領域の面積を増加させて高感度化を図る、及び、信号電荷収集領域の対向方向での電荷の転送速度を高める、などである。
　しかしながら、受光領域の平面形状が上記長方形状とされ、信号電荷収集領域が、第１方向で受光領域を挟んで対向するように配置された場合、以下のような問題点が生じる懼れがあることが新たに判明した。
　第１方向では、転送電極及び信号電荷収集領域による電界が作用することから、入射光に応じて発生した電荷を信号電荷として高速に転送することが可能である。しかしながら、第２方向では、転送電極及び信号電荷収集領域による電界が十分に作用し難い。特に、受光領域の短辺近くで発生した電荷を高速で転送することは困難である。
　信号電荷収集領域及び転送電極を、それぞれ第２方向に伸ばすことにより、受光領域の短辺近くで発生した電荷を高速で転送することは可能となる。しかしながら、信号電荷収集領域を第２方向に伸ばすことにより、信号電荷収集領域の面積が大きくなると、下記の理由により、距離センサの感度が低下してしまう。信号電荷収集領域に転送された電荷（Ｑ）は、信号電荷収集領域の静電容量（Ｃｆｄ）により、下記関係式で示される電圧変化（ΔＶ）を発生させる。
　　　ΔＶ＝Ｑ／Ｃｆｄ
信号電荷収集領域の面積が増加すると、信号電荷収集領域の静電容量も増加し、発生する電圧変化が小さくなる。すなわち、電荷電圧変換ゲインが低くなる。このため、距離センサの感度が低下する。
　上述したように、距離センサの高感度化を図るためには、信号電荷収集領域の面積は小さくせざるを得ず、信号電荷収集領域の第２方向での長さは、受光領域の長辺の長さよりも短く設定することが求められる。このため、転送電極を第２方向で伸ばしたとしても、転送電極直下の領域において第２方向に電荷を転送することは困難であり、依然として、電荷の転送速度が低いという問題点は解決できない。
　本発明は、高感度化を図りつつ、電荷の高速転送を実現することが可能な距離センサ及び距離画像センサを提供することを目的とする。
　本発明に係る距離センサは、平面形状が第１方向で対向する一対の長辺と第２方向で対向する一対の短辺とを有する長方形状である受光領域と、第１方向で受光領域を挟んで対向し且つ第２方向に沿って互いに空間的に離間して配置され、入射光に応じて発生した信号電荷を収集する複数の信号電荷収集領域と、信号電荷収集領域と受光領域との間にそれぞれ配置され、異なる位相の電荷転送信号が与えられる転送電極と、発生した不要電荷を収集する不要電荷収集領域と、各長辺側において、該長辺に沿って配置された転送電極の間に空間的に離間してそれぞれ配置され、不要電荷収集領域への不要電荷の流れの遮断及び開放を選択的に行う不要電荷収集ゲート電極と、を備え、不要電荷収集ゲート電極は、不要電荷収集領域と受光領域との間に位置する第１電極部分と、受光領域と重複し且つ第２方向での幅が第１電極部分よりも狭い第２電極部分と、を有している。
　本発明に係る距離センサでは、不要電荷収集ゲート電極（第２電極部分）の直下の領域では、入射光に応じて発生した電荷が信号電荷収集領域に送られる際には、当該電荷が不要電荷として不要電荷収集領域に送られないようにポテンシャルが高められる。このため、不要電荷収集ゲート電極（第２電極部分）の直下の領域近くで発生した電荷は、ポテンシャルの高低差により、受光領域における第１方向で対向する信号電荷収集領域の間に位置する領域に向かって移動し易い。信号電荷収集領域の間に位置する上記領域に向かって移動してきた電荷は、転送電極及び信号電荷収集領域による電界により、高速に転送される。したがって、信号電荷収集領域の対向方向（第１方向）での長さよりも当該対向方向に直交する方向（第２方向）での長さを長く設定することにより大面積化を図る、すなわち、受光領域の平面形状を上記長方形状とする場合、及び、信号電荷収集領域の面積を小さく設定することにより、高感度化を図る場合であっても、入射光に応じて発生した電荷を信号電荷として高速に転送することができる。
　本発明では、第２電極部分の第２方向での幅が第１電極部分よりも狭くされている。この場合、第２電極部分の直下の領域の面積が比較的狭くなり、第２電極部分の直下の領域に留まり移動し難くなる電荷の量が極めて少ない。この結果、不要電荷収集ゲート電極の第２電極部分が高感度化を阻害するのを抑制することができる。不要電荷も、第２電極部分の直下の領域に留まり移動し難くなる量が極めて少ない。したがって、不要電荷が適切に排出され、距離検出精度の向上が阻害されることはない。
　第２電極部分は、第２方向での幅が第１電極部分から離れるにしたがい狭くなっていてもよい。この場合、第２電極部分の直下の領域の面積がより一層狭くなり、第２電極部分の直下の領域に留まり移動し難くなる電荷の量が更に少なくなる。この結果、不要電荷収集ゲート電極の第２電極部分が高感度化及び距離検出精度の向上を阻害するのをより一層抑制することができる。
　第２電極部分は、第１方向で対向する同士が連続していてもよい。この場合、不要電荷収集ゲート電極（第２電極部分）の直下の領域近くで且つ受光領域における第１方向での中央部分に発生した電荷が、信号電荷収集領域の間に位置する上記領域に移動し易い。このため、高感度化をより一層図ることができる。特に、各第２電極部分の連続部分の第２方向での幅が、対応する第１電極部分から離れるにしたがい狭くされていると、連続部分の直下の領域に留まる電荷の量が少ない。この結果、高感度化及び距離検出精度の向上が阻害されるのを抑制することができる。
　第２方向で受光領域を挟んで対向して配置され、受光領域の各短辺側でのポテンシャルを受光領域における第１方向で対向する信号電荷収集領域の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高めるポテンシャル調整手段を更に備えていてもよい。
　この場合、ポテンシャル調整手段により、受光領域の各短辺側でのポテンシャルが、受光領域における第１方向で対向する信号電荷収集領域の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高められる。このため、受光領域の各短辺近くで発生した電荷は、ポテンシャルの高低差により、信号電荷収集領域の間に位置する上記領域に向かって第２方向に移動し易い。信号電荷収集領域の間に位置する上記領域に向かって第２方向に移動してきた電荷は、転送電極及び信号電荷収集領域による電界により、高速に転送される。したがって、上述したように高感度化を図った場合であっても、入射光に応じて発生した電荷を信号電荷としてより一層高速に転送することができる。
　ポテンシャル調整手段は、受光領域と同じ導電型であり、受光領域よりも不純物濃度が高い半導体領域であってもよい。この場合、第２方向で受光領域を挟んで対向して配置される半導体領域の不純物濃度が受光領域よりも高いので、ポテンシャルの高低差が大きい。不純物濃度を調整することにより上記半導体領域を形成することができるため、ポテンシャル調整手段を簡易に実現することができる。
　受光領域上に配置されるフォトゲート電極を更に備えており、ポテンシャル調整手段は、フォトゲート電極に与えられる電位よりも低い電位が与えられる電極であってもよい。この場合、第２方向で受光領域を挟んで対向して配置される電極に与えられる電位がフォトゲート電極に与えられる電位よりも低いので、ポテンシャルの高低差が大きい。電極といった簡易な構成により、ポテンシャル調整手段を容易に実現することができる。
　不要電荷収集ゲート電極には、不要電荷収集領域への不要電荷の流れを遮断する際に、第２電極部分の直下の領域でのポテンシャルが第１方向で対向する信号電荷収集領域の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高くされるよう電位が与えられていてもよい。この場合、第２電極部分の直下の領域でのポテンシャルを安定して形成することができる。
　本発明に係る距離画像センサは、一次元状又は二次元状に配置された複数のユニットからなる撮像領域を半導体基板上に備え、ユニットから出力される電荷量に基づいて、距離画像を得る距離画像センサにおいて、１つのユニットは、上記距離センサである。本発明では、上述したように、受光領域の平面形状を上記長方形状とする場合、及び、信号電荷収集領域の面積を小さく設定することにより、高感度化を図る場合であっても、入射光に応じて発生した電荷を信号電荷として高速に転送することができる。
　本発明によれば、高感度化を図りつつ、電荷の高速転送を実現することが可能な距離センサ及び距離画像センサを提供することができる。
図１は、本実施形態に係る測距装置の構成を示す説明図である。 図２は、距離画像センサの断面構成を説明するための図である。 図３は、距離画像センサの概略平面図である。 図４は、距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。 図５は、図４におけるV－V線に沿った断面構成を示す図である。 図６は、図４におけるVI－VI線に沿った断面構成を示す図である。 図７は、図４におけるVII－VII線に沿った断面構成を示す図である。 図８は、信号電荷の蓄積動作を説明するための、ポテンシャル分布を示す図である。 図９は、信号電荷の蓄積動作を説明するための、ポテンシャル分布を示す図である。 図１０は、不要電荷の排出動作を説明するための、ポテンシャル分布を示す図である。 図１１は、画素の構成を説明するための模式図である。 図１２は、各種信号のタイミングチャートである。 図１３は、距離画像センサの変形例における画素の構成を説明するための模式図である。 図１４は、距離画像センサの変形例における画素の構成を説明するための模式図である。 図１５は、距離画像センサの変形例における画素の構成を説明するための模式図である。 図１６は、距離画像センサの変形例における画素の構成を説明するための模式図である。 図１７は、図１６におけるXVII－XVII線に沿った断面構成を示す図である。 図１８は、信号電荷の蓄積動作を説明するための、ポテンシャル分布を示す図である。 図１９は、距離画像センサの変形例における画素の構成を説明するための模式図である。 図２０は、図２１におけるXX－XX線に沿った断面構成を示す図である。 図２１は、画素の構成を説明するための模式図である。 図２２は、各種信号のタイミングチャートである。 図２３は、信号電荷の蓄積動作を説明するための、ポテンシャル分布を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　図１は、測距装置の構成を示す説明図である。
　この測距装置は、距離画像センサ１と、近赤外光を出射する光源３と、光源３にパルス駆動信号ＳＰを与える駆動回路４と、制御回路２と、演算回路５と、を備えている。制御回路２は、距離画像センサ１の各画素に含まれる第１及び第２ゲート電極（ＴＸ１，ＴＸ２：図４参照）に、パルス駆動信号ＳＰに同期した検出用ゲート信号Ｓ１、Ｓ２を与える。演算回路５は、距離画像センサ１の第１～第２半導体領域（ＦＤ１～ＦＤ２：図４参照）から読み出された距離情報を示す信号ｄ’（ｍ，ｎ）から、歩行者などの対象物Ｈまでの距離を演算する。距離画像センサ１から対象物Ｈまでの水平方向Ｄの距離をｄとする。
　制御回路２は、パルス駆動信号ＳＰを駆動回路４のスイッチ４ｂに入力している。ＬＥＤ又はレーザダイオードからなる投光用の光源３は、スイッチ４ｂを介して電源４ａに接続されている。したがって、スイッチ４ｂにパルス駆動信号ＳＰが入力されると、パルス駆動信号ＳＰと同じ波形の駆動電流が光源３に供給され、光源３からは測距用のプローブ光としてのパルス光ＬＰが出力される。
　パルス光ＬＰが対象物Ｈに照射されると、対象物Ｈによってパルス光が反射される。そして、パルス光ＬＤとして、距離画像センサ１に入射して、パルス検出信号ＳＤが出力される。
　距離画像センサ１は、配線基板１０上に固定されている。距離画像センサ１では、配線基板１０上の配線を介して、距離情報を有する信号ｄ’（ｍ，ｎ）が各画素から出力される。
　パルス駆動信号ＳＰの波形は、周期Ｔの方形波であり、ハイレベルを「１」、ローレベルを「０」とすると、その電圧Ｖ（ｔ）は以下の式で与えられる。
パルス駆動信号ＳＰ：
　Ｖ（ｔ）＝１（但し、０＜ｔ＜（Ｔ／２）の場合）
　Ｖ（ｔ）＝０（但し、（Ｔ／２）＜ｔ＜Ｔの場合）
　Ｖ（ｔ＋Ｔ）＝Ｖ（ｔ）
　検出用ゲート信号Ｓ１，Ｓ２の波形は、周期Ｔの方形波であり、その電圧Ｖ（ｔ）は以下の式で与えられる。
検出用ゲート信号Ｓ１：
　Ｖ（ｔ）＝１（但し、０＜ｔ＜（Ｔ／２）の場合）
　Ｖ（ｔ）＝０（但し、（Ｔ／２）＜ｔ＜Ｔの場合）
　Ｖ（ｔ＋Ｔ）＝Ｖ（ｔ）
検出用ゲート信号Ｓ２（＝Ｓ１の反転）：
　Ｖ（ｔ）＝０（但し、０＜ｔ＜（Ｔ／２）の場合）
　Ｖ（ｔ）＝１（但し、（Ｔ／２）＜ｔ＜Ｔの場合）
　Ｖ（ｔ＋Ｔ）＝Ｖ（ｔ）
　上記パルス信号ＳＰ，Ｓ１，Ｓ２，ＳＤは、全てパルス周期２×ＴＰを有している。検出用ゲート信号Ｓ１及びパルス検出信号ＳＤが共に「１」のときに距離画像センサ１内で発生する電荷量をＱ１とする。検出用ゲート信号Ｓ２及びパルス検出信号ＳＤが共に「１」のときに距離画像センサ１内で発生する電荷量をＱ２とする。
　距離画像センサ１における一方の検出用ゲート信号Ｓ１とパルス検出信号ＳＤの位相差は、他方の検出用ゲート信号Ｓ２とパルス検出信号ＳＤが「１」の時の重複期間において、距離画像センサ１において発生した電荷量Ｑ２に比例する。すなわち、電荷量Ｑ２は、検出用ゲート信号Ｓ２とパルス検出信号ＳＤの論理積が「１」である期間において発生した電荷量である。１画素内において発生する全電荷量をＱ１＋Ｑ２とし、駆動信号ＳＰの半周期のパルス幅をＴＰとすると、Δｔ＝ＴＰ×Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）の期間だけ、駆動信号ＳＰに対してパルス検出信号ＳＤが遅れている。１つのパルス光の飛行時間Δｔは、対象物までの距離をｄ、光速をｃとすると、Δｔ＝２ｄ／ｃで与えられる。このため、特定の画素からの距離情報を有する信号ｄ’（ｍ，ｎ）として２つの電荷量（Ｑ１，Ｑ２）が出力されると、演算回路５は、入力された電荷量Ｑ１，Ｑ２と、予め判明している半周期パルス幅ＴＰに基づいて、対象物Ｈまでの距離ｄ＝（ｃ×Δｔ）／２＝ｃ×ＴＰ×Ｑ２／（２×（Ｑ１＋Ｑ２））を演算する。
　上述のように、電荷量Ｑ１、Ｑ２を分離して読み出せば、演算回路５は、距離ｄを演算することができる。上述のパルスは繰り返して出射され、その積分値を各電荷量Ｑ１，Ｑ２として出力することができる。
　電荷量Ｑ１，Ｑ２の全体電荷量に対する比率は、上述の位相差、すなわち、対象物Ｈまでの距離に対応している。演算回路５は、この位相差に応じて対象物Ｈまでの距離を演算している。上述のように、位相差に対応する時間差をΔｔとすると、距離ｄは、好適にはｄ＝（ｃ×Δｔ）／２で与えられるが、適当な補正演算をこれに加えて行ってもよい。例えば、実際の距離と、演算された距離ｄとが異なる場合、後者を補正する係数βを予め求めておき、出荷後の製品では演算された距離ｄに係数βを乗じたものを最終的な演算距離ｄとしてもよい。外気温度を測定しておき、外気温度に応じて光速ｃが異なる場合には、光速ｃを補正する演算を行ってから、距離演算を行うこともできる。演算回路に入力された信号と、実際の距離との関係を予めメモリに記憶しておき、ルックアップテーブル方式によって、距離を演算してもよい。センサ構造によっても演算方法は変更することができ、これには従来から知られている演算方法を用いることができる。
　図２は、距離画像センサの断面構成を説明するための図である。
　距離画像センサ１は、表面入射型の距離画像センサであって、半導体基板１Ａを備えている。距離画像センサ１には、半導体基板１Ａの光入射面１ＦＴからパルス光ＬＤが入射する。距離画像センサ１の光入射面１ＦＴとは逆側の裏面１ＢＫは、接着領域ＡＤを介して配線基板１０に接続されている。接着領域ＡＤは、絶縁性の接着剤やフィラーを有している。距離画像センサ１は、所定の位置に開口が形成された遮光層ＬＩを備えている。遮光層ＬＩは、光入射面１ＦＴの前方に配置されている。
　図３は、距離画像センサの概略平面図である。
　距離画像センサ１では、半導体基板１Ａが、二次元状に配列した複数の画素Ｐ（ｍ，ｎ）からなる撮像領域１Ｂを有している。各画素Ｐ（ｍ，ｎ）からは、上述の距離情報を有する信号ｄ’（ｍ，ｎ）として２つの電荷量（Ｑ１，Ｑ２）が出力される。各画素Ｐ（ｍ，ｎ）は微小測距センサとして対象物Ｈまでの距離に応じた信号ｄ’（ｍ，ｎ）を出力する。したがって、対象物Ｈからの反射光を、撮像領域１Ｂに結像すれば、対象物Ｈ上の各点までの距離情報の集合体としての対象物の距離画像を得ることができる。一つの画素Ｐ（ｍ，ｎ）は、一つの距離センサとして機能する。
　図４は、距離画像センサの画素の構成を説明するための模式図である。図５は、図４におけるV－V線に沿った断面構成を示す図である。図６は、図４におけるVI－VI線に沿った断面構成を示す図である。図７は、図４におけるVII－VII線に沿った断面構成を示す図である。図４では、導体１１の図示を省略している。
　距離画像センサ１は、互いに対向する光入射面１ＦＴと裏面１ＢＫとを有する半導体基板１Ａを備えている。半導体基板１Ａは、裏面１ＢＫ側に位置するｐ型の第１基板領域１Ａａと、第１基板領域１Ａａよりも不純物濃度が低く且つ光入射面１ＦＴ側に位置するｐ－型の第２基板領域１Ａｂと、からなる。半導体基板１Ａは、例えば、ｐ型の半導体基板上に、当該半導体基板よりも不純物濃度が低いｐ－型のエピタキシャル層を成長させることにより得ることができる。
　距離画像センサ１は、各画素Ｐ（ｍ，ｎ）において、フォトゲート電極ＰＧと、それぞれ複数（本実施形態では、２つ）の第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２と、複数（本実施形態では、６つ）の第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２と、それぞれ複数（本実施形態では、２つ）の第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２と、複数（本実施形態では、６つ）の第３半導体領域ＦＤ３と、を備えている。フォトゲート電極ＰＧは、光入射面１ＦＴ上に絶縁層１Ｅを介して設けられている。第１～第３ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３１，ＴＸ３２は、光入射面１ＦＴ上において絶縁層１Ｅを介してフォトゲート電極ＰＧに隣接して設けられている。各第１～第３半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３は、対応するゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３の直下の領域に流れ込む電荷を蓄積する。本例の半導体基板１ＡはＳｉからなり、絶縁層１ＥはＳｉＯ２からなる。
　遮光層ＬＩには、長方形状の開口ＬＩａが形成されている。光（対象物Ｈからの反射光）は、遮光層ＬＩの開口ＬＩａを通して、半導体基板１Ａに入射する。したがって、開口ＬＩａにより、半導体基板１Ａには、平面形状が互いに対向する一対の長辺と互いに対向する一対の短辺とを有する長方形状である受光領域が規定される。遮光層ＬＩは、例えば、アルミニウムなどのメタル（金属）等からなる。
　フォトゲート電極ＰＧは、開口ＬＩａに対応して配置されている。フォトゲート電極ＰＧは、平面形状が互いに対向する第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２と、互いに対向する第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２と、を有する略長方形状を呈している。本実施形態では、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の長さと、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の長さとの比の値は、例えば１：２～１：１５程度に設定される。フォトゲート電極ＰＧはポリシリコンからなるが、他の材料を用いてもよい。
　フォトゲート電極ＰＧの第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２と、上記受光領域の各長辺とは平行である。したがって、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向と、受光領域の各長辺の対向方向とは、一致する。フォトゲート電極ＰＧの第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２と、上記受光領域の各短辺とは平行である。したがって、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向と、受光領域の各短辺の対向方向とは、一致する。
　各第１半導体領域ＦＤ１は、フォトゲート電極ＰＧの第１長辺ＬＳ１側において、当該第１長辺ＬＳ１に沿って互いに空間的に離間して配置されている。第１半導体領域ＦＤ１は、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域からも空間的に離間して配置されている。すなわち、第１半導体領域ＦＤ１は、受光領域の一方の長辺側に、受光領域から空間的に離間して配置されている。
　各第２半導体領域ＦＤ２は、フォトゲート電極ＰＧの第２長辺ＬＳ２側において、当該第２長辺ＬＳ２に沿って互いに空間的に離間して配置されている。第２半導体領域ＦＤ２は、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域からも空間的に離間して配置されている。すなわち、第２半導体領域ＦＤ２は、受光領域の他方の長辺側に、受光領域から空間的に離間して配置されている。
　第１半導体領域ＦＤ１と第２半導体領域ＦＤ２とは、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向で、フォトゲート電極ＰＧ（受光領域）を挟んで対向している。第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２は、平面視で矩形状を呈している。第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向での長さと、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での長さとの比の値は、例えば１：０．５～１：２程度に設定される。本実施形態では、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２は、正方形状を呈している。第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２は、信号電荷収集領域として機能する。第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２は高不純物濃度のｎ型半導体からなる領域であり、フローティング・ディフュージョン領域である。
　第１ゲート電極ＴＸ１は、フォトゲート電極ＰＧ（受光領域）と第１半導体領域ＦＤ１との間にそれぞれ設けられている。第２ゲート電極ＴＸ２は、フォトゲート電極ＰＧ（受光領域）と第２半導体領域ＦＤ２との間にそれぞれ設けられている。第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２は、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２は、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向をその長辺方向とする長方形状を呈している。第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２の、長辺方向の長さと短辺方向での長さとの比の値は、例えば１：２～１：１５程度に設定される。第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２はポリシリコンからなるが、これらは他の材料を用いてもよい。第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２は、転送電極として機能する。
　各第３半導体領域ＦＤ３は、フォトゲート電極ＰＧの第１長辺ＬＳ１側において、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向に第１半導体領域ＦＤ１を挟むように、第１半導体領域ＦＤ１と空間的に離間して配置されている。同様に、第３半導体領域ＦＤ３は、フォトゲート電極ＰＧの第２長辺ＬＳ２側においても、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向に第２半導体領域ＦＤ２を挟むように、第１半導体領域ＦＤ２と空間的に離間して配置されている。第３半導体領域ＦＤ３同士は、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向で、フォトゲート電極ＰＧ（受光領域）を挟んで対向している。
　第３半導体領域ＦＤ３は、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、第３半導体領域ＦＤ３は、長方形状を呈している。第３半導体領域ＦＤ３は、不要電荷収集領域として機能する。第３半導体領域ＦＤ３は高不純物濃度のｎ型半導体からなる領域であり、フローティング・ディフュージョン領域である。
　第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２は、対応する第３半導体領域ＦＤ３とフォトゲート電極ＰＧ（受光領域）との間にそれぞれ設けられている。第３ゲート電極ＴＸ３１は、フォトゲート電極ＰＧの各長辺ＬＳ１，ＬＳ２側において、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向に第１又は第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２に挟まれるように、第１又は第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２と離間して配置されている。第３ゲート電極ＴＸ３２は、フォトゲート電極ＰＧ（受光領域）の角部に沿うように配置されている。第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２は、フォトゲート電極ＰＧの各長辺ＬＳ１，ＬＳ２側において、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向に第１又は第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２を挟むように、第１ゲート電極ＴＸ１と離間して配置されている。
　各第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２は、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向に伸びる第１電極部分ＴＸ３ａと、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向に伸びる第２電極部分ＴＸ３ｂと、を有している。第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２はポリシリコンからなるが、これらは他の材料を用いてもよい。第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２は、不要電荷収集領域への不要電荷の流れの遮断及び開放を選択的に行う不要電荷収集ゲート電極として機能する。
　第３ゲート電極ＴＸ３１では、第１電極部分ＴＸ３ａと第２電極部分ＴＸ３ｂとはそれぞれ矩形状を呈し且つ連続しており、第３ゲート電極ＴＸ３１はＴ字形状を呈している。第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での幅は、第３ゲート電極ＴＸ３１の第１電極部分ＴＸ３ａの第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での幅よりも狭く設定されている。第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂは、受光領域と重複するように位置している。すなわち、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂは、遮光層ＬＩの開口ＬＩａから露出している。
　第３ゲート電極ＴＸ３１の第１電極部分ＴＸ３ａの、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での幅と第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向での幅との比の値は、例えば１：２～１：１５程度に設定される。第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向での幅と第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での幅との比の値は、例えば１：２～１：１５程度に設定される。
　第３ゲート電極ＴＸ３２では、第１電極部分ＴＸ３ａと第２電極部分ＴＸ３ｂとはそれぞれ矩形状を呈し且つ連続しており、第３ゲート電極ＴＸ３２はＬ字形状を呈している。第３ゲート電極ＴＸ３２は、遮光層ＬＩで覆われており、開口ＬＩａから露出していない。
　フォトゲート電極ＰＧは、各長辺ＬＳ１，ＬＳ２側において、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂを避けるように、平面視で、一部が窪んだ形状を呈している。第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂは、平面視で、フォトゲート電極ＰＧに囲まれている。具体的には、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂは、当該第２電極部分ＴＸ３ｂの縁に含まれる３辺にわたって、フォトゲート電極ＰＧに囲まれている。
　各領域の厚さ／不純物濃度は以下の通りである。
半導体基板１Ａの第１基板領域１Ａａ：厚さ５～７００μｍ／不純物濃度１×１０１８～１０２０ｃｍ－３
半導体基板１Ａの第２基板領域１Ａｂ：厚さ３～３０μｍ／不純物濃度１×１０１３～１０１６ｃｍ－３
第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２：厚さ０．１～０．４μｍ／不純物濃度１×１０１８～１０２０ｃｍ－３
第３半導体領域ＦＤ３：厚さ０．１～０．４μｍ／不純物濃度１×１０１８～１０２０ｃｍ－３
　絶縁層１Ｅには、第１～第３半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３の表面を露出させるためのコンタクトホールが設けられている。コンタクトホール内には、第１～第３半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３を外部に接続するための導体１１が配置される。
　遮光層ＬＩは、半導体基板１Ａにおける第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２、第３ゲート電極ＴＸ３２、第３ゲート電極ＴＸ３１の第１電極部分ＴＸ３ａ、並びに第１～第３半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３が配置された領域を覆っており、当該領域に光が入射するのを防止している。これにより、上記領域に入射した光による不要電荷の発生を防止することができる。
　半導体基板１Ａにおけるフォトゲート電極ＰＧに対応する領域（フォトゲート電極ＰＧの直下の領域）は、入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域として機能する。第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２はポリシリコンからなるため、光は第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂを透過して半導体基板１Ａに入射する。したがって、半導体基板１Ａにおける第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの直下の領域も電荷発生領域として機能する。このため、電荷発生領域は、互いに対向する一対の長辺と互いに対向する一対の短辺とを有する長方形状を呈する。受光領域の形状と電荷発生領域の形状とが一致する。上記第２電極部分ＴＸ３ｂは、電荷発生領域とも重複して位置する。第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２が光を透過しない材料からなる場合は、電荷発生領域は、フォトゲート電極ＰＧにて規定される。この場合、受光領域の形状と電荷発生領域の形状は一致しない。
　第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２に、ハイレベルの信号（正電位）を与えると、第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２の下のポテンシャルが半導体基板１Ａにおけるフォトゲート電極ＰＧの直下の領域のポテンシャルに対して低くなる。これにより、負の電荷（電子）は、第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２の方向に引き込まれ、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２によって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。ｎ型の半導体は、正にイオン化したドナーを含んでおり、正のポテンシャルを有し、電子を引き付ける。第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２に、ローレベルの信号（グランド電位）を与えると、第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２によるポテンシャル障壁が生じる。したがって、半導体基板１Ａで発生した電荷は、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２内には引き込まれない。
　第３半導体領域ＦＤ３は、光の入射に応じて電荷発生領域で発生した不要電荷を収集する。１つの画素に入射した光は、電荷発生領域で発生した電荷のうち一部の電荷が、不要電荷として、フォトゲート電極ＰＧ及び第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２に印加される電圧により形成されるポテンシャル勾配にしたがって、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２の方向に走行する。
　第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２に、ハイレベルの信号（正電位）を与えると、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２の直下の領域のポテンシャルが半導体基板１Ａにおけるフォトゲート電極ＰＧの直下の領域のポテンシャルに対して低くなる。これにより、負の電荷（電子）は第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２の方向に引き込まれ、第３半導体領域ＦＤ３によって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２に、ローレベルの信号（グランド電位）を与えると、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２によるポテンシャル障壁が生じる。したがって、半導体基板１Ａで発生した電荷は、第３半導体領域ＦＤ３内には引き込まれない。
　距離画像センサ１では、投光用の光の入射に応答して半導体深部で発生した電荷を、光入射面１ＦＴ側に設けられたポテンシャル井戸に引き込む。これにより、高速で正確な測距が可能となる。
　半導体基板１Ａの光入射面１ＦＴから入射した対象物からのパルス光ＬＤは、半導体基板１Ａの表面側に設けられた受光領域（電荷発生領域）に至る。パルス光の入射に伴って半導体基板１Ａ内で発生した電荷は、電荷発生領域（フォトゲート電極ＰＧの直下の領域）から、これに隣接する第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２の直下の領域に振り分けられる。すなわち、第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２に光源の駆動信号ＳＰに同期した検出用ゲート信号Ｓ１，Ｓ２を、配線基板１０を介して、交互に与えると、電荷発生領域で発生した電荷が、それぞれ第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２の直下の領域に流れ、これらから第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２に流れ込む。
　第１半導体領域ＦＤ１又は第２半導体領域ＦＤ２内に蓄積された電荷量Ｑ１，Ｑ２の全体電荷量（Ｑ１＋Ｑ２）に対する比率は、駆動信号ＳＰを光源に与えることによって出射された出射パルス光と、対象物Ｈによって出射パルス光が反射されることによって戻ってきた検出パルス光と、の位相差に対応する。
　距離画像センサ１は、図示は省略するが、半導体基板１Ａの電位を基準電位に固定するためのバックゲート半導体領域を備えている。
　図８及び図９は、信号電荷の蓄積動作を説明するための、半導体基板１Ａの光入射面１ＦＴ近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。図８及び図９では、下向きがポテンシャルの正方向である。図８は、図４のV－V線に沿ったポテンシャル分布を示す。図９において、（ａ）は図４のVI－VI線に沿ったポテンシャル分布を示し、（ｂ）は図４のVII－VII線に沿ったポテンシャル分布を示す。
　光入射時において、フォトゲート電極ＰＧに与えられる電位（第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２に与えられる高い方の電位と低い方の電位の中間の電位）により、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域のポテンシャルφＰＧは、基板電位よりも若干高く設定されている。図には、第１ゲート電極ＴＸ１の直下の領域のポテンシャルφＴＸ１、第２ゲート電極ＴＸ２の直下の領域のポテンシャルφＴＸ２、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２の直下の領域のポテンシャルφＴＸ３、第１半導体領域ＦＤ１のポテンシャルφＦＤ１、第２半導体領域ＦＤ２のポテンシャルφＦＤ２、及び、第３半導体領域ＦＤ３のポテンシャルφＦＤ３が示されている。
　検出用ゲート信号Ｓ１の高電位が、第１ゲート電極ＴＸ１に入力されると、図８の（ａ）に示されるように、フォトゲート電極ＰＧの直下で発生した電荷は、ポテンシャル勾配にしたがって、第１ゲート電極ＴＸ１の直下の領域を介して、第１半導体領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内に蓄積される。第１半導体領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内には電荷量Ｑ１が蓄積される。
　検出用ゲート信号Ｓ１に続いて、検出用ゲート信号Ｓ２の高電位が、第２ゲート電極ＴＸ２に入力されると、図８の（ｂ）に示されるように、フォトゲート電極ＰＧの直下で発生した電荷は、ポテンシャル勾配にしたがって、第２ゲート電極ＴＸ２の直下の領域を介して、第２半導体領域ＦＤ２のポテンシャル井戸内に蓄積される。第２半導体領域ＦＤ２のポテンシャル井戸内には電荷量Ｑ２が蓄積される。
　ところで、第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２に検出用ゲート信号Ｓ１，Ｓ２が印加されている間、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２にはグランド電位が与えられている。このため、図９の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２の直下の領域のポテンシャルφＴＸ３は下がらず、第３半導体領域ＦＤ３のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。
　このとき、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向では、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂが受光領域（電荷発生領域）と重複して位置していることにより、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域のポテンシャルφＰＧは、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂ側で高められている。したがって、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域には、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向において、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂ側から第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に向かって低くなるポテンシャルの勾配が形成されている。
　フォトゲート電極ＰＧの直下の領域における第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂ近くで発生した電荷は、当該第２電極部分ＴＸ３ｂにより形成される上記ポテンシャルの勾配にしたがって加速され、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に向かって速やかに移動する。そして、移動してきた電荷は、上述したように、第１ゲート電極ＴＸ１及び第１半導体領域ＦＤ１の電界又は第２ゲート電極ＴＸ２及び第２半導体領域ＦＤ２の電界により形成されるポテンシャルの勾配にしたがって、第１又は第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２の直下の領域を介して、第１又は第２半導体領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内に蓄積される。したがって、電荷発生領域にて発生した電荷が信号電荷として第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２のポテンシャル井戸に蓄積される。
　図１０は、不要電荷の排出動作を説明するための、半導体基板１Ａの光入射面１ＦＴ近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。図１０では、下向きがポテンシャルの正方向である。図１０において、（ａ）は図４のVI－VI線に沿ったポテンシャル分布を示し、（ｂ）は図４のVII－VII線に沿ったポテンシャル分布を示す。
　第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２にローレベルの電位、例えばグランド電位が与えられていると、上述したように、第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２の直下の領域のポテンシャルは下がらない。このため、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。一方、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２に正の電位が与えられると、図１０の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、電荷発生領域で発生した電荷は、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２の直下の領域のポテンシャルφＴＸ３が下がることにより、第３半導体領域ＦＤ３のポテンシャル井戸内に流れ込む。以上により、電荷発生領域にて発生した電荷が不要電荷として第３半導体領域ＦＤ３のポテンシャル井戸に蓄積される。第３半導体領域ＦＤ３のポテンシャル井戸に蓄積された不要電荷は、外部に排出される。
　図１１は、画素の構成を説明するための模式図である。
　第１ゲート電極ＴＸ１には、検出用ゲート信号Ｓ１が与えられる。第２ゲート電極ＴＸ２には、検出用ゲート信号Ｓ２が与えられる。すなわち、第１ゲート電極ＴＸ１と、第２ゲート電極ＴＸ２とには、異なる位相の電荷転送信号が与えられる。第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２には、電荷転送信号Ｓ３が与えられる。電荷転送信号Ｓ３は、制御回路２から与えられる。
　電荷発生領域において発生した電荷は、第１ゲート電極ＴＸ１にハイレベルの検出用ゲート信号Ｓ１が与えられている場合には、第１半導体領域ＦＤ１によって構成されるポテンシャル井戸に信号電荷として流れ込む。第１半導体領域ＦＤ１に蓄積された信号電荷は、蓄積された電荷量Ｑ１に対応した出力（Ｖｏｕｔ１）として第１半導体領域ＦＤ１から読み出される。電荷発生領域において発生した電荷は、第２ゲート電極ＴＸ２にハイレベルの検出用ゲート信号Ｓ２が与えられている場合には、第２半導体領域ＦＤ２によって構成されるポテンシャル井戸に信号電荷として流れ込む。第２半導体領域ＦＤ２に蓄積された信号電荷は、蓄積された電荷量Ｑ２に対応した出力（Ｖｏｕｔ２）として第２半導体領域ＦＤ２から読み出される。これらの出力（Ｖｏｕｔ１，Ｖｏｕｔ２）は、上述した信号ｄ’（ｍ，ｎ）に相当する。
　図１２は、実際の各種信号のタイミングチャートである。
　１フレームの期間ＴＦは、信号電荷を蓄積する期間（蓄積期間）Ｔａｃｃと、信号電荷を読み出す期間（読み出し期間）Ｔｒｏと、からなる。１つの画素に着目すると、蓄積期間Ｔａｃｃにおいて、複数のパルスを有するパルス駆動信号ＳＰに基づいた信号が光源に印加され、これに同期して、検出用ゲート信号Ｓ１，Ｓ２が互いに逆位相で第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２に印加される。距離測定に先立って、リセット信号ｒｅｓｅｔが第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２に印加され、内部に蓄積された電荷が外部に排出される。本例では、リセット信号ｒｅｓｅｔが一瞬ＯＮし、続いてＯＦＦした後、複数の駆動振動パルスが逐次印加される。更に、これに同期して電荷転送が逐次的に行われ、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２内に信号電荷が積算して蓄積される。その後、読み出し期間Ｔｒｏにおいて、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２内に蓄積された信号電荷が読み出される。このとき、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２に印加される電荷転送信号Ｓ３がハイレベルとなり、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２に正の電位が与えられ、不要電荷が第３半導体領域ＦＤ３のポテンシャル井戸に収集される。
　電荷を振分ける際には、第１ゲート電極ＴＸ１と第２ゲート電極ＴＸ２のうち、通常は、一方のゲート電極（例えば、第１ゲート電極ＴＸ１）に正のハイレベルの検出用信号が与えられると共に、他方のゲート電極（例えば、第２ゲート電極ＴＸ２）には１８０度位相が異なった検出用信号が与えられる。このとき、他方のゲート電極（例えば、第２ゲート電極ＴＸ２）に印加する検出用信号をよりローレベル（例えば、グランド電位）を印加すると、第２ゲート電極ＴＸ２の直下のポテンシャルが上がり、ポテンシャルの山が形成される。これにより、電荷がフォトゲート電極ＰＧ側から第２半導体領域ＦＤ２へ流れ難くなり、不要なノイズ成分の発生を抑制することができる。
　以上のように、本実施形態では、電荷発生領域（受光領域）の平面形状が長方形状に設定されている。これにより、電荷発生領域の面積を増加させて距離画像センサ１の高感度化を図りつつ、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２での電荷の転送速度を高めることができる。
　そして、本実施形態では、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２は、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での長さがフォトゲート電極ＰＧの第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での長さよりも極めて小さく設定され、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の面積もフォトゲート電極ＰＧの面積に比して小さく設定されている。このため、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域（電荷発生領域）における第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２に電荷を転送可能な領域の面積に対し、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の面積が相対的に大きく低減される。第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２に転送されて、蓄積された電荷（電荷量Ｑ１，Ｑ２）は、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の静電容量（Ｃｆｄ）により、下記関係式で示される電圧変化（ΔＶ）
をそれぞれ発生させる。
　　　ΔＶ＝Ｑ１／Ｃｆｄ
　　　ΔＶ＝Ｑ２／Ｃｆｄ
したがって、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の面積が低減されると、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の静電容量（Ｃｆｄ）も低減され、発生する電圧変化（ΔＶ）が大きい。すなわち、電荷電圧変換ゲインが高くなる。このことからも、距離画像センサ１の高感度化を図ることができる。
　ところで、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２の直下の領域では、電荷発生領域で発生した電荷が信号電荷として第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２に送られる際には、当該電荷が不要電荷として第３半導体領域ＦＤ３に送られないようにポテンシャルが高められている。このため、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの直下の領域近くで発生した電荷は、ポテンシャルの高低差により、受光領域（電荷発生領域）における第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に向かって移動し易い。第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する上記領域に向かって移動してきた電荷は、第１ゲート電極ＴＸ１及び第１半導体領域ＦＤ１による電界、又は、第２ゲート電極ＴＸ２及び第２半導体領域ＦＤ２による電界により、高速に転送される。したがって、受光領域（電荷発生領域）の平面形状が長方形状に設定することにより大面積化を図った場合、及び、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の面積を極めて小さく設定することにより高感度化を図った場合であっても、電荷発生領域にて生じた電荷を信号電荷として高速に転送することができる。
　第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での幅が第１電極部分ＴＸ３ａよりも狭くされている。このため、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの直下の領域の面積が比較的狭く、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの直下の領域に留まり移動し難くなる電荷の量が極めて少ない。この結果、第３ゲート電極ＴＸ３１が第２電極部分ＴＸ３ｂを有することにより高感度化を阻害するのを抑制することができる。不要電荷も、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの直下の領域に留まり移動し難くなる量が極めて少ない。したがって、不要電荷が適切に排出され、距離検出精度の向上が阻害されることはない。
　第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２には、第３半導体領域ＦＤ３への不要電荷の流れを遮断する際に、第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２（第２電極部分ＴＸ３ｂ）の直下の領域でのポテンシャルが受光領域における第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高くされるよう電位が与えられていている。これにより、特に、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの直下の領域でのポテンシャルを安定して形成することができる。
　次に、図１３を参照して、距離画像センサ１の変形例について説明する。図１３は、距離画像センサの変形例における画素の構成を説明するための模式図である。本変形例は、第３ゲート電極ＴＸ３２を備えていない点で上記実施形態と相違する。図１３では、導体１１の図示を省略している。
　距離画像センサ１は、各画素Ｐ（ｍ，ｎ）において、フォトゲート電極ＰＧと、それぞれ複数（本実施形態では、２つ）の第１及び第２ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２と、複数（本実施形態では、２つ）の第３ゲート電極ＴＸ３１と、それぞれ複数（本実施形態では、２つ）の第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２と、複数（本実施形態では、２つ）の第３半導体領域ＦＤ３と、を備えている。
　本変形例においても、上記実施形態と同様に、受光領域（電荷発生領域）の平面形状を長方形状に設定することにより大面積化を図った場合、及び、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の面積を極めて小さく設定することにより高感度化を図った場合であっても、電荷発生領域にて生じた電荷を信号電荷として高速に転送することができる。
　次に、図１４及び図１５を参照して、距離画像センサ１の変形例について説明する。図１４及び図１５は、距離画像センサの変形例における画素の構成を説明するための模式図である。本変形例は、第２電極部分ＴＸ３ｂの形状が、上記実施形態及び図１３に示された変形例と相違する。図１４及び図１５でも、導体１１の図示を省略している。
　本変形例では、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向で対向する第３ゲート電極ＴＸ３１，ＴＸ３２の第２電極部分ＴＸ３ｂ同士が連続して一体化している。特に、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂ同士が連続していることから、本変形例では、フォトゲート電極ＰＧが複数（本変形例では、２つ）に分割されている。
　第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂは、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での幅が第１電極部分ＴＸ３ａから離れるにしたがい狭い。一体化した第２電極部分ＴＸ３ｂは、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向での中央部分で、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での幅が最も狭く、当該中央部分から徐々に拡がっている。
　本変形例では、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂ同士が、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向に連続している。このため、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの直下の領域近くで且つ受光領域における第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向での中央部分に発生した電荷が、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に移動し易い。この結果、高感度化をより一層図ることができる。
　第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂにおける第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での幅が、第１電極部分ＴＸ３ａから離れるにしたがい狭い。このため、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの直下の領域の面積がより一層狭くなり、第２電極部分ＴＸ３ｂの直下の領域に留まり移動し難くなる電荷の量が更に少なくなる。この結果、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂが距離検出精度の向上及び高感度化を阻害するのをより一層抑制することができる。
　次に、図１６及び図１７を参照して、距離画像センサ１の変形例について説明する。図１６は、距離画像センサの変形例における画素の構成を説明するための模式図である。図１７は、図１６におけるXVII－XVII線に沿った断面構成を示す図である。本変形例は、第４半導体領域ＳＲ１を更に備える点で上記実施形態と相違する。図１６でも、導体１１の図示を省略している。
　第４半導体領域ＳＲ１は、フォトゲート電極ＰＧの第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側において、当該第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２にそれぞれ沿って配置されている。すなわち、第４半導体領域ＳＲ１は、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向でフォトゲート電極ＰＧ（受光領域及び電荷発生領域）を挟んで対向して配置されている。第４半導体領域ＳＲ１は、平面視で矩形状を呈している。本変形例では、第４半導体領域ＳＲ１は、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向をその長辺方向とする長方形状を呈している。
　第４半導体領域ＳＲ１は、半導体基板１Ａと同じ導電型であり且つ半導体基板１Ａｂよりも不純物濃度が高い、すなわち高不純物濃度のｐ型半導体からなる領域である。第４半導体領域ＳＲ１は、ｐ型ウエル領域であってもよく、また、ｐ型拡散領域であってもよい。第４半導体領域ＳＲ１の厚さ／不純物濃度は以下の通りである。
第４半導体領域ＳＲ１：厚さ１～５μｍ／不純物濃度１×１０１６～１０１８ｃｍ－３
　本変形例では、第４半導体領域ＳＲ１が配置されていることにより、図１８に示されるように、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域のポテンシャルφＰＧは、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側で高い。したがって、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域には、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側から第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に向かって低くなるポテンシャルの勾配が形成される。図１８は、信号電荷の蓄積動作を説明するための、半導体基板１Ａの光入射面１ＦＴ近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。図１８では、下向きがポテンシャルの正方向である。図１８は、図１６のXVII－XVII線に沿ったポテンシャル分布を示す。
　フォトゲート電極ＰＧの直下の領域における第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２近くで発生した電荷は、第４半導体領域ＳＲ１により形成される上記ポテンシャルの勾配にしたがって加速され、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に向かって速やかに移動する。そして、移動してきた電荷は、上述したように、第１ゲート電極ＴＸ１及び第１半導体領域ＦＤ１の電界により形成されるポテンシャルの勾配、又は、第２ゲート電極ＴＸ２及び第２半導体領域ＦＤ２の電界により形成されるポテンシャルの勾配にしたがって、第１半導体領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内又は第２半導体領域ＦＤ２のポテンシャル井戸内に蓄積される。
　本変形例では、第４半導体領域ＳＲ１により、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域（受光領域及び電荷発生領域）の第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側でのポテンシャルが、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高く、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に向かって低くされたポテンシャルの勾配が形成されている。このため、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域における第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２近くで発生した電荷は、上記ポテンシャルの勾配により、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に向かって第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向に移動し易い。第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側から第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に向かって第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向に移動してきた電荷は、第１ゲート電極ＴＸ１及び第１半導体領域ＦＤ１による電界、又は、第２ゲート電極ＴＸ２及び第２半導体領域ＦＤ２による電界により、高速に転送される。したがって、本変形例によれば、電荷発生領域にて生じた電荷をより一層高速に転送することができる。
　本変形例では、半導体基板１Ａの不純物濃度を調整することにより第４半導体領域ＳＲ１を形成している。このため、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域における第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側でのポテンシャルを第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高めるための構成を簡易に実現することができる。
　次に、図１９及び図２０を参照して、距離画像センサ１の変形例について説明する。図１９は、距離画像センサの変形例における画素の構成を説明するための模式図である。図２０は、図１９におけるXX－XX線に沿った断面構成を示す図である。本変形例は、第３半導体領域ＳＲ１の代わりに、ポテンシャル調整電極ＥＬを備える点で図１６に示された変形例と相違する。図１９でも、導体１１の図示を省略している。
　ポテンシャル調整電極ＥＬは、フォトゲート電極ＰＧの第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側において、当該第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２にそれぞれ沿って配置されている。すなわち、ポテンシャル調整電極ＥＬは、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向でフォトゲート電極ＰＧ（受光領域及び電荷発生領域）を挟んで対向して配置されている。
　ポテンシャル調整電極ＥＬは、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、ポテンシャル調整電極ＥＬは、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向をその長辺方向とする長方形状を呈している。ポテンシャル調整電極ＥＬの第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向での長さは、例えばフォトゲート電極ＰＧの第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の長さ程度に設定される。ポテンシャル調整電極ＥＬはポリシリコンからなるが、これらは他の材料を用いてもよい。
　ポテンシャル調整電極ＥＬには、図２１及び図２２に示されるように、ポテンシャル調整信号Ｓ４により、フォトゲート電極ＰＧに与えられる電位（ＰＰＧ）よりも低い電位が与えられている。図２１は、画素の構成を説明するための模式図である。図２２は、実際の各種信号のタイミングチャートであり、ポテンシャル調整信号Ｓ４を除く他の信号は図１２に示された信号と同じである。ポテンシャル調整信号Ｓ４は、制御回路２から与えられる。
　本変形例では、ポテンシャル調整電極ＥＬに、フォトゲート電極ＰＧに与えられる電位よりも低い電位が与えられているので、図２３に示されるように、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域のポテンシャルφＰＧは、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側で高い。したがって、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域には、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側から第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に向かって低くなるポテンシャルの勾配が形成されている。図２３は、信号電荷の蓄積動作を説明するための、半導体基板１Ａの光入射面１ＦＴ近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。図２３では、下向きがポテンシャルの正方向である。図２３は、図１９のXX－XX線に沿ったポテンシャル分布を示す。
　フォトゲート電極ＰＧの直下の領域における第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２近くで発生した電荷は、ポテンシャル調整電極ＥＬにより形成される上記ポテンシャルの勾配にしたがって加速され、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域に向かって速やかに移動する。そして、移動してきた電荷は、第１ゲート電極ＴＸ１及び第１半導体領域ＦＤ１の電界により形成されるポテンシャルの勾配、又は、第２ゲート電極ＴＸ２及び第２半導体領域ＦＤ２の電界により形成されるポテンシャルの勾配にしたがって、第１半導体領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内又は第２半導体領域ＦＤ２のポテンシャル井戸内に蓄積される。
　本変形例においても、図１６に示された変形例と同様に、電荷発生領域にて生じた電荷をより一層高速に転送することができる。
　本変形例では、ポテンシャル調整電極ＥＬにより、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域における第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側でのポテンシャルを第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高めている。このため、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域における第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２側でのポテンシャルを第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高めるための構成を簡易に実現することができる。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域をフォトダイオード（例えば、埋め込み型のフォトダイオード等）により構成してもよい。距離画像センサ１は、裏面照射型の距離画像センサであってもよい。距離画像センサ１は、画素Ｐ（ｍ，ｎ）が２次元に配列されたものに限られることなく、画素Ｐ（ｍ，ｎ）が１次元に配列されたものであってもよい。
　第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の数は、それぞれ２つに限られることなく、３つ以上であってもよい。
　第４半導体領域ＳＲ１及びポテンシャル調整電極ＥＬの、第１及び第２長辺ＬＳ１，ＬＳ２の対向方向での長さは、上述した値に限られない。受光領域（電荷発生領域）における各短辺側でのポテンシャルを第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高めることができるのであれば、例えば、上記短辺の長さよりも短く設定されていてもよい。
　第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの形状は、上述した矩形形状に限られない。たとえば、第３ゲート電極ＴＸ３１の第２電極部分ＴＸ３ｂの形状は、半円形状、三角形状、台形形状などであってもよく、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向での幅が段階的に変化する形状であってもよい。
　半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２は、同じ長辺ＬＳ１，ＬＳ２側において、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向にそれぞれ併置されているが、これに限られない。第１半導体領域ＦＤ１と第２半導体領域ＦＤ２とが、同じ長辺ＬＳ１，ＬＳ２側において、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向に併置されていてもよい。この場合、第１及び第２半導体領域ＦＤ１，ＦＤ２の配置に対応して、第１ゲート電極ＴＸ１と第２ゲート電極ＴＸ２とが、同じ長辺ＬＳ１，ＬＳ２側において、第１及び第２短辺ＳＳ１，ＳＳ２の対向方向に併置される。
　本発明は、工場の製造ラインにおける製品モニタや車両等に搭載される距離センサ及び距離画像センサに利用できる。
１…距離画像センサ、１Ａ…半導体基板、ＥＬ…ポテンシャル調整電極、ＦＤ１…第１半導体領域、ＦＤ２…第２半導体領域、ＦＤ３…第３半導体領域、ＬＳ１…第１長辺、ＬＳ２…第２長辺、Ｐ…画素、ＰＧ…フォトゲート電極、ＳＲ１…第４半導体領域、ＳＳ１…第１短辺、ＳＳ２…第２短辺、ＴＸ１…第１ゲート電極、ＴＸ２…第２ゲート電極、ＴＸ３１，ＴＸ３２…第３ゲート電極、ＴＸ３ａ…第１電極部分、ＴＸ３ｂ…第２電極部分。

Claims (8)

  1. 　距離センサであって、
    　平面形状が第１方向で対向する一対の長辺と第２方向で対向する一対の短辺とを有する長方形状である受光領域と、
    　前記第１方向で前記受光領域を挟んで対向し且つ前記第２方向に沿って互いに空間的に離間して配置され、入射光に応じて発生した信号電荷を収集する複数の信号電荷収集領域と、
    　前記信号電荷収集領域と前記受光領域との間にそれぞれ配置され、異なる位相の電荷転送信号が与えられる転送電極と、
    　発生した不要電荷を収集する不要電荷収集領域と、
    　各前記長辺側において、該長辺に沿って配置された前記転送電極の間に空間的に離間してそれぞれ配置され、前記不要電荷収集領域への不要電荷の流れの遮断及び開放を選択的に行う不要電荷収集ゲート電極と、を備え、
    　前記不要電荷収集ゲート電極は、前記不要電荷収集領域と前記受光領域との間に位置する第１電極部分と、前記受光領域と重複し且つ前記第２方向での幅が前記第１電極部分よりも狭い第２電極部分と、を有している。
  2. 　請求項１に記載の距離センサであって、
    　前記第２電極部分は、前記第２方向での幅が前記第１電極部分から離れるにしたがい狭い。
  3. 　請求項１又は２に記載の距離センサであって、
    　前記第２電極部分は、前記第１方向で対向する同士が連続している。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の距離センサであって、
    　前記第２方向で前記受光領域を挟んで対向して配置され、前記受光領域の各前記短辺側でのポテンシャルを前記受光領域における前記第１方向で対向する前記信号電荷収集領域の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高めるポテンシャル調整手段を更に備えている。
  5. 　請求項４に記載の距離センサであって、
    　前記ポテンシャル調整手段は、前記受光領域と同じ導電型であり、前記受光領域よりも不純物濃度が高い半導体領域である。
  6. 　請求項４に記載の距離センサであって、
    　前記受光領域上に配置されるフォトゲート電極を更に備えており、
    　前記ポテンシャル調整手段は、前記フォトゲート電極に与えられる電位よりも低い電位が与えられる電極である。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の距離センサであって、
    　前記不要電荷収集ゲート電極には、前記不要電荷収集領域への不要電荷の流れを遮断する際に、前記第２電極部分の直下の領域でのポテンシャルが前記第１方向で対向する前記信号電荷収集領域の間に位置する領域でのポテンシャルよりも高くされるよう電位が与えられる。
  8. 　一次元状又は二次元状に配置された複数のユニットからなる撮像領域を半導体基板上に備え、前記ユニットから出力される電荷量に基づいて、距離画像を得る距離画像センサにおいて、
    　１つの前記ユニットは、請求項１～７のいずれか一項に記載の距離センサである。
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