WO2014064973A1

WO2014064973A1 - 距離センサ及び距離画像センサ

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Publication number: WO2014064973A1
Application number: PCT/JP2013/068525
Authority: WO
Inventors: 光人間瀬; 純平光; 鈴木　高志
Original assignee: 浜松ホトニクス株式会社
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2014-05-01
Also published as: DE112013005141T5; JP6010425B2; US20150276922A1; JP2014085314A; CH709088B1; KR20150079545A; KR102033812B1; US9664780B2

Abstract

距離センサは、第一長辺と第二長辺とを含む受光領域と、受光領域上に配置されるフォトゲート電極と、第一長辺側の複数の信号電荷収集領域と、第二長辺側の複数の信号電荷収集領域と、異なる位相の電荷転送信号が与えられる第一長辺側の複数の転送電極と、上記の異なる位相の電荷転送信号が与えられる第二長辺側の複数の転送電極と、第一長辺と第二長辺との間に位置し且つ第一及び第二長辺が延びる方向に延びる領域でのポテンシャルを、該領域から第一長辺側及び第二長辺側に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるように、該領域よりも第一長辺側の領域及び第二長辺側の領域におけるポテンシャルよりも高めるポテンシャル調整手段と、を備えている。

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。

　ＴＯＦ（Time-Of-Flight）型の距離画像センサ（距離センサ）が知られている。例えば、特許文献１，２には、距離画像センサにおいて、転送速度を向上させるための技術が開示されている。特許文献１，２に記載されたセンサでは、矩形状の電荷発生領域の所定の一辺に沿って、電荷発生領域で発生した電荷を電荷収集領域に転送するための一対の転送電極が配置されている。電荷発生領域においては、所定の一辺に近づくにつれて不純物の濃度が高くなっており、所定の一辺に向かってポテンシャル分布に傾斜が設けられている。これにより、電荷発生領域で発生した電荷が転送電極に向かって移動しやすくなっている。

　例えば、特許文献３には、距離画像センサにおいて、異なる位相の信号が入力される転送電極の間で、クロストークを抑制するための技術が開示されている。特許文献３に記載されたセンサでは、電荷発生領域を挟んで互いに対向するように、異なる位相の信号が入力される転送電極が配置されている。電荷発生領域には、転送電極同士の間に、絶縁領域である不純物領域が設けられている。これにより、電荷発生領域において不純物領域よりも一方側の部分で発生した電荷のみが一方側の転送電極に向かって移動し、電荷発生領域において不純物領域よりも他方側の部分で発生した電荷のみが他方側の転送電極に向かって移動するようになっている。

特開２０１０－４０５９４号公報米国特許出願公開第２０１１／０１９８４８１号明細書米国特許出願公開第２０１１／０１８８０２６号明細書

　本発明は、転送速度の向上、転送精度の向上、及び開口率の向上を図ることができる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。

　一つの観点では、本発明は、距離センサであって、互いに対向する第一辺と第二辺とを含み、第一及び第二辺の長さが第一辺と第二辺との間隔よりも長い受光領域と、受光領域上において、第一辺及び第二辺に沿って配置されるフォトゲート電極と、受光領域の第一辺側において第一辺に沿って互い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第一辺側信号電荷収集領域と、受光領域の第二辺側において第二辺に沿って互いに離間し且つそれぞれが対応する第一辺側信号電荷収集領域と受光領域を挟んで対向して配置され、信号電荷を収集する複数の第二辺側信号電荷収集領域と、異なる位相の電荷転送信号が与えられ、対応する第一辺側信号電荷収集領域とフォトゲート電極との間に配置された複数の第一辺側転送電極と、異なる位相の電荷転送信号が与えられ、対応する第二辺側信号電荷収集領域とフォトゲート電極との間に配置された複数の第二辺側転送電極と、第一辺と第二辺との間に位置し且つ第一及び第二辺が延びる方向に延びる領域でのポテンシャルを、該領域から第一辺側及び第二辺側に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるように、該領域よりも第一辺側の領域及び第二辺側の領域におけるポテンシャルよりも高めるポテンシャル調整手段と、を備えている。

　本発明の距離センサでは、受光領域の第一辺と第二辺との間に位置する領域に高いポテンシャルが発生し、該領域から第一辺及び第二辺に向けてポテンシャルの傾斜が形成される。このため、入射光に応じて発生した信号電荷のうち、フォトゲート電極の第一辺側の部分の直下の領域で発生した信号電荷は第一辺に向けて加速され、フォトゲート電極の第二辺側の部分の直下の領域で発生した信号電荷は第二辺に向けて加速される。したがって、転送速度の向上を図ることができる。

　第一辺と第二辺との間に高いポテンシャルが発生し、第一辺及び第二辺の双方に向けてポテンシャルの傾斜が形成される。例えば、第一及び第二辺のいずれか一方のみに沿って転送電極が配置され、第一及び第二辺の他方から一方に向けてポテンシャルの傾斜が形成される場合に比して、信号電荷の移動距離が短くなる。したがって、転送速度の向上を図ることができる。

　フォトゲート電極の第一辺側の部分の直下の領域、及び、フォトゲート電極の第二辺側の部分の直下の領域により、ポテンシャル調整手段が共有されているため、面積の使用効率が向上されている。したがって、開口率の向上を図ることができる。

　複数の第一辺側転送電極に、互いに異なる位相の電荷転送信号が入力されると共に、複数の第二辺側転送電極にも、上記の互いに異なる位相の電荷転送信号が入力されるため、いずれの電荷転送信号が与えられても、フォトゲート電極の第一辺側の部分の直下の領域及びフォトゲート電極の第二辺側の部分の直下の領域の双方で発生した信号電荷を取り込むことが可能になっている。したがって、信号電荷の取りこぼしが低減され、転送精度の向上を図ることができる。

　複数の第一辺側転送電極に、互いに異なる位相の電荷転送信号が入力されると共に、複数の第二辺側転送電極にも、上記の互いに異なる位相の電荷転送信号が入力されるため、第一辺側転送電極及び第二辺側転送電極にそれぞれ一つの位相の電荷転送信号のみが入力される場合に比して、第一辺と第二辺とが対向する方向における製造のばらつきの影響を低減することができる。したがって、転送精度の向上を図ることができる。

　複数の第一辺側転送電極と複数の第二辺側転送電極とは、同じ位相の電荷転送信号が与えられる第一辺側転送電極と第二辺側転送電極とが、第一辺と第二辺とが対向する方向において、互いに対向するように配置されていてもよい。

　複数の第一辺側転送電極と複数の第二辺側転送電極とは、異なる位相の電荷転送信号が与えられる第一辺側転送電極と第二辺側転送電極とが、第一辺と第二辺とが対向する方向において、互いに対向するように配置されていてもよい。この場合、同じ位相の電荷転送信号の入力位置が第一辺側と第二辺側とで異なるため、電荷転送信号の入力位置による依存性を相殺することができる。したがって、転送精度の向上を図ることができる。

　複数の第一辺側転送電極と複数の第二辺側転送電極とは、第一及び第二辺が延びる方向で位置が互いにずれるように配置されていてもよい。この場合、同じ位相の電荷転送信号の入力位置が、第一辺側と第二辺側とで異なるため、電荷転送信号の入力位置による依存性を相殺することができる。したがって、転送精度の向上を図ることができる。

　複数の第一辺側転送電極は、異なる位相の電荷転送信号が与えられ、第一及び第二辺が延びる方向において互いに隣り合う対の第一辺側転送電極を有していてもよく、複数の第二辺側転送電極は、異なる位相の電荷転送信号が与えられ、第一及び第二辺が延びる方向において互いに隣り合う対の第二辺側転送電極を有していてもよく、対の各第一辺側転送電極及び対の各第二辺側転送電極は、第一及び第二辺が延びる方向に沿って延びる第一部分と、第一部分において、隣り合う第一部分に対して遠い側の端部から、受光領域と重なるように延びる第二部分と、をそれぞれ有していてもよい。この場合、信号電荷の転送を行うときに、対の転送電極のうち、信号電荷の転送を行っていない転送電極の直下の領域では、ポテンシャルが高められることになる。したがって、受光領域において、信号電荷の転送を行っていない転送電極の第二部分から第一及び第二辺が延びる方向に沿ったポテンシャルの傾斜が発生し、第一及び第二辺が延びる方向に信号電荷が速やかに移動する。したがって、転送速度の向上を図ることができる。

　距離センサは、受光領域の第一辺側において第一辺に沿って互いに離間すると共に第一辺側信号電荷収集領域と離間して配置され、発生した不要電荷を排出する第一辺側不要電荷排出領域と、受光領域の第二辺側において第二辺に沿って互いに離間すると共に前記第二辺側信号電荷収集領域と離間して配置され、発生した不要電荷を排出する第二辺側不要電荷排出領域と、第一辺側不要電荷排出領域とフォトゲート電極との間に配置され、第一辺側不要電荷排出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第一辺側不要電荷排出ゲート電極と、第二辺側不要電荷排出領域とフォトゲート電極との間に配置され、第二辺側不要電荷排出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第二辺側不要電荷排出ゲート電極と、を更に備えていてもよい。この場合、不要電荷を排出できるため、転送精度の向上を図ることができる。

　第一辺側不要電荷排出ゲート電極と第二辺側不要電荷排出ゲート電極とは、第一及び第二辺が延びる方向に沿って延びる第三部分と、受光領域と重なるように第三部分から延びる第四部分と、をそれぞれ有していてもよい。この場合、信号電荷の転送を行うときに、不要電荷排出ゲートの直下の領域では、ポテンシャルが高められることになる。したがって、受光領域において、不要電荷排出ゲートの第四部分から周囲に向けて、第一及び第二辺が延びる方向に沿ったポテンシャルの傾斜が発生し、第一及び第二辺が延びる方向に信号電荷が速やかに移動する。したがって、転送速度の向上を図ることができる。

　受光領域は、第一辺を含み且つ第一辺が延びる方向に延びる第一領域と、第二辺を含み且つ第二辺が延びる方向に延びる第二領域と、を有していてもよく、ポテンシャル調整手段は、第一領域と第二領域との間に位置するように配置されると共に、第一及び第二領域と同じ導電型であり且つ第一及び第二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、高いポテンシャルを簡単な構成により発生させることができる。

　フォトゲート電極は、受光領域における第一辺側の領域上に配置される第一電極部分と、第一辺と第二辺とが対向する方向において第一電極部分と離間し且つ受光領域における第二辺側の領域上に配置される第二電極部分と、を有していてもよく、ポテンシャル調整手段は、第一電極部分と第二電極部分との間に第一及び第二電極部分と電気的に分離して配置されると共に、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ってもよい。この場合、ポテンシャルの傾斜量を好適に調節することができる。

　別の観点では、本発明は、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であって、ユニットそれぞれが、前述のいずれかの距離センサである。

　本発明では、前述したように、転送速度の向上、転送精度の向上、及び開口率の向上を図ることができる。

　本発明によれば、転送速度の向上、転送精度の向上、及び開口率の向上を図ることができる距離センサ及び距離画像センサを提供することが可能となる。

図１は、実施形態に係る測距装置の構成図である。図２は、実施形態に係る距離画像センサの断面図である。図３は、図２の距離画像センサの平面図である。図４は、図３中の距離センサの一部を示す平面図である。図５は、図４中のV－V線に沿った断面図である。図６は、図４中のVI－VI線に沿った断面図である。図７は、図４中のVII－VII線に沿った断面図である。図８は、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、図８に続く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、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、各種信号のタイミングチャートである。図１２は、他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図１３は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図１４は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図１５は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図１６は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図１７は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図１８は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図１９は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図２０は、図１９中のXX－XX線に沿った断面におけるポテンシャル分布を示す図である。図２１は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図２２は、図２１中のXXII－XXII線に沿った断面図である。図２３は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図２４は、図２３中のXXIV－XXIV線に沿った断面図である。

　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、実施形態に係る測距装置の構成図である。

　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、駆動回路４と、制御回路２と、演算回路５と、を備えている。駆動回路４は、光源３にパルス駆動信号Ｓ_Ｐを与える。制御回路２は、距離画像センサ１の各距離センサＰ１（図３参照）に含まれる第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２（図４参照）に、電荷転送信号としてパルス駆動信号Ｓ_Ｐに同期した検出用ゲート信号Ｓ_１を与え、第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２（図４参照）に、電荷転送信号としてパルス駆動信号Ｓ_Ｐ及び検出用ゲート信号Ｓ_１と位相が異なる検出用ゲート信号Ｓ_２を与え、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２（図４参照）に、電荷転送信号として排出用ゲート信号Ｓ_３を与える。演算回路５は、各距離センサＰ１の第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２（図４参照）及び第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２（図４参照）から読み出された距離情報を示す信号ｄ_１及び信号ｄ_２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Ｓ_Ｐを駆動回路４のスイッチ４ｂに入力する。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。スイッチ４ｂにパルス駆動信号Ｓ_Ｐが入力されると、パルス駆動信号Ｓ_Ｐ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出射パルス光Ｌ_Ｐが出力される。出射パルス光Ｌ_Ｐ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。反射されたパルス光は、検出パルス光Ｌ_Ｄとして、距離画像センサ１に入射する。検出パルス光Ｌ_Ｄが距離画像センサ１に入射している間、距離画像センサ１からパルス検出信号Ｓ_Ｄが出力される。

　距離画像センサ１は、配線基板１０上に配置されている。配線基板１０上の配線を介して、距離情報を有する信号ｄ_１及び信号ｄ_２が距離画像センサ１の各距離センサＰ１から出力される。

　図２は、実施形態に係る距離画像センサの断面図である。

　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。半導体基板１Ａは、Ｓｉなどからなる。距離画像センサ１には、半導体基板１Ａの光入射面１ＦＴから検出パルス光Ｌ_Ｄ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、絶縁性の接着剤及びフィラー等を含んでいる。距離画像センサ１は、所定の位置に開口ＬＩａ（図５～７参照）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。遮光層ＬＩは、たとえば、アルミニウムなどの金属からなる。

　図３は、図２の距離画像センサの平面図である。

　距離画像センサ１では、半導体基板１Ａが、Ｘ方向に沿って一次元状に配列した複数（ここでは３つ）の距離センサ（ユニット）Ｐ１からなる撮像領域１Ｂを有している。撮像領域１Ｂは、矩形状（詳細には、正方形状）を呈している。距離センサＰ１は、平面視において、Ｘ方向と直角なＹ方向が長手方向である長方形状を呈している。距離センサＰ１において、長辺の長さに対する短辺の長さの割合は、例えば１／３程度となっている。距離センサＰ１からは、前述の距離情報を有する信号ｄ_１及び信号ｄ_２として電荷量Ｑ１及び電荷量Ｑ２が出力される。隣り合う距離センサＰ１，Ｐ１間においては、電荷量Ｑ１を出力するための配線が共有されていると共に、電荷量Ｑ２を出力するための配線が共有されている。距離センサＰ１は、微小測距センサとして対象物Ｈまでの距離に応じた電荷量Ｑ１及び電荷量Ｑ２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。距離センサＰ１は、一つの画素として機能する。

　図４は、図３中の距離センサの一部を示す平面図である。図５は、図４中のV－V線に沿った断面図である。図６は、図４中のVI－VI線に沿った断面図である。図７は、図４中のVII－VII線に沿った断面図である。図４においては、遮光層ＬＩの図示は省略されている（図１２～１９，２１，２３においても同様）。

　距離画像センサ１は、前述のように、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（図２参照）。半導体基板１Ａは、裏面１ＢＫ側に位置するｐ型の第一基板領域１Ａａと、光入射面１ＦＴ側に位置するｐ^－型の第二基板領域１Ａｂと、を有する。第二基板領域１Ａｂは、第一基板領域１Ａａよりも不純物濃度が低い。半導体基板１Ａは、たとえば、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。

　距離センサＰ１は、フォトゲート電極ＰＧ１と、複数の第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２と、複数の第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２と、複数の第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２と、第四半導体領域ＳＲ１と、第五半導体領域ＳＲ２_１，ＳＲ２_２と、複数の第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２と、複数の第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２と、複数の第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２と、を備えている。

　フォトゲート電極ＰＧ１は、ＳｉＯ_２などからなる絶縁層１Ｅを介して、光入射面１ＦＴ上に設けられている。フォトゲート電極ＰＧ１は、遮光層ＬＩに形成された開口ＬＩａに対応して配置されている。開口ＬＩａの形状は、平面視において、Ｙ方向を長辺方向とする長方形状を呈している。フォトゲート電極ＰＧ１は、開口ＬＩａに対応した形状を呈しており、平面視において、Ｙ方向を長辺方向とする長方形状を呈している。フォトゲート電極ＰＧ１はポリシリコンからなるが、他の材料からなっていてもよい。

　光（対象物Ｈからの反射光）は、開口ＬＩａを通して半導体基板１Ａに入射する。開口ＬＩａにより、半導体基板１Ａには受光領域が規定される。受光領域は、開口ＬＩａの形状に対応しており、Ｙ方向を長辺方向とする長方形状を呈している。受光領域は、Ｘ方向において互いに対向し、それぞれＹ方向に延びる第一及び第二長辺ＬＳ１，ＬＳ２と、Ｙ方向において互いに対向し、それぞれＸ方向に延びる第一及び第二短辺ＳＳ１，ＳＳ２と、を含んでいる（図３参照）。第一及び第二長辺ＬＳ１，ＬＳ２の長さは、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２との間隔よりも長い。

　受光領域において、フォトゲート電極ＰＧ１に対応する領域（フォトゲート電極ＰＧ１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。本実施形態においては、平面視において、受光領域の形状と、フォトゲート電極ＰＧ１の形状と、電荷発生領域の形状とは、一致している。各平面図においては、説明のため、受光領域の各辺とフォトゲート電極ＰＧ１の各辺とは、ずらして記載されている。

　受光領域において、第一長辺ＬＳ１を含み且つ第一長辺ＬＳ１が延びる方向に延びる領域は、第一領域である。受光領域において、第二長辺ＬＳ２を含み且つ第二長辺ＬＳ２が延びる方向に延びる領域は、第二領域である。第一領域と第二領域との間には、第四半導体領域ＳＲ１が配置されている。

　半導体基板１Ａにおける受光領域以外の領域（第一～第三半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ３_２、第五半導体領域ＳＲ２、及び、第一～第三ゲート電極ＴＸ１_１～ＴＸ３_２が配置された領域を含む領域）は、遮光層ＬＩにより覆われており、当該領域に光が入射するのが防止されている。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。

　第一半導体領域ＦＤ１_１は、受光領域からＸ方向に離間した第一長辺ＬＳ１側の領域において、第一長辺ＬＳ１に沿って互いに離間するように複数配置されている。第一半導体領域ＦＤ１_２は、受光領域からＸ方向に離間した第二長辺ＬＳ２側の領域において、第二長辺ＬＳ２に沿って互いに離間し、且つ、それぞれ対応する第一長辺ＬＳ１側の第一半導体領域ＦＤ１_１と受光領域を挟んで対向するように複数配置されている。本実施形態では、第一長辺ＬＳ１側の第一半導体領域ＦＤ１_１と、第二長辺ＬＳ２側の第一半導体領域ＦＤ１_２とは、Ｘ方向において互いに対向している。

　第二半導体領域ＦＤ２_１は、受光領域からＸ方向に離間した第一長辺ＬＳ１側の領域において、第一長辺ＬＳ１に沿って互いに離間するように複数配置されている。第二半導体領域ＦＤ２_２は、受光領域からＸ方向に離間した第二長辺ＬＳ２側の領域において、第二長辺ＬＳ２に沿って互いに離間し、且つ、それぞれ対応する第一長辺ＬＳ１側の第二半導体領域ＦＤ２_１と受光領域を挟んで対向するように複数配置されている。第一半導体領域ＦＤ１_１と第二半導体領域ＦＤ２_１とは、Ｙ方向に沿って交互に配置されており、互いに離間している。第一半導体領域ＦＤ１_２と第二半導体領域ＦＤ２_２とは、Ｙ方向に沿って交互に配置されており、互いに離間している。本実施形態では、第一長辺ＬＳ１側の第二半導体領域ＦＤ２_１と、第二長辺ＬＳ２側の第二半導体領域ＦＤ２_２とは、Ｘ方向において互いに対向している。

　第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１～ＴＸ２_２は、それぞれ光入射面１ＦＴ上において絶縁層１Ｅを介して設けられている。第一ゲート電極ＴＸ１_１は、第一長辺ＬＳ１側において、第一長辺ＬＳ１に沿って互いに離間するように複数配置されており、対応する第一半導体領域ＦＤ１_１とフォトゲート電極ＰＧ１との間に配置されている。第一ゲート電極ＴＸ１_２は、第二長辺ＬＳ２側において、第二長辺ＬＳ２に沿って互いに離間するように複数配置されており、対応する第一半導体領域ＦＤ１_２とフォトゲート電極ＰＧ１との間に配置されている。第一長辺ＬＳ１側の第一ゲート電極ＴＸ１_１と、第二長辺ＬＳ２側の第一ゲート電極ＴＸ１_２とは、Ｘ方向において互いに対向している。

　第二ゲート電極ＴＸ２_１は、第一長辺ＬＳ１側において、第一長辺ＬＳ１に沿って互いに離間するように複数配置されており、対応する第二半導体領域ＦＤ２_１とフォトゲート電極ＰＧ１との間に配置されている。第二ゲート電極ＴＸ２_２は、第二長辺ＬＳ２側において、第二長辺ＬＳ２に沿って互いに離間するように複数配置されており、対応する第二半導体領域ＦＤ２_２とフォトゲート電極ＰＧ１との間に配置されている。第一ゲート電極ＴＸ１_１と第二ゲート電極ＴＸ２_１とは、Ｙ方向に沿って交互に配置されており、互いに離間している。第一ゲート電極ＴＸ１_２と第二ゲート電極ＴＸ２_２とは、Ｙ方向に沿って交互に配置されており、互いに離間している。第一長辺ＬＳ１側の第二ゲート電極ＴＸ２_１と、第二長辺ＬＳ２側の第二ゲート電極ＴＸ２_２とは、Ｘ方向において互いに対向している。

　第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ２_２は、平面視において多角形状を呈している。本実施形態では、第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ２_２は、矩形状（詳細には、正方形状）を呈している。なお、第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ２_２の形状は、多角形状に限定されない。第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ２_２は、それぞれ対応する第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１～ＴＸ２_２の直下の領域に流れ込む電荷を蓄積する。第一長辺ＬＳ１側の第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ２_１は、第一辺側信号電荷収集領域として機能する。第二長辺ＬＳ２側の第一及び第二半導体領域ＦＤ１_２，ＦＤ２_２は、第二辺側信号電荷収集領域として機能する。第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ２_２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。

　第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１～ＴＸ２_２は、それぞれ平面視において多角形状を呈している。本実施形態では、第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１～ＴＸ２_２は、それぞれ略矩形状（詳細には、Ｙ方向を長辺方向とする長方形状）を呈している。なお、第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１～ＴＸ２_２の形状は、多角形状に限定されない。第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２は、与えられた検出用ゲート信号Ｓ_１に基づいて、それぞれ第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２への信号電荷の流れの遮断及び開放を選択的に行う。第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２は、与えられた検出用ゲート信号Ｓ_２に基づいて、それぞれ第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２への信号電荷の流れの遮断及び開放を選択的に行う。第一長辺ＬＳ１側の第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ２_１は、第一辺側転送電極として機能する。第二長辺ＬＳ２側の第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_２，ＴＸ２_２は、第二辺側転送電極として機能する。第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１～ＴＸ２_２は、ポリシリコンからなるが、他の材料からなっていてもよい。

　第三半導体領域ＦＤ３_１は、受光領域からＸ方向に離間した第一長辺ＬＳ１側の領域において、第一長辺ＬＳ１に沿って互いに離間するように複数配置されている。第三半導体領域ＦＤ３_２は、受光領域からＸ方向に離間した第二長辺ＬＳ２側の領域において、第二長辺ＬＳ２に沿って互いに離間し、且つ、それぞれ対応する第一長辺ＬＳ１側の第三半導体領域ＦＤ３_１と受光領域を挟んで対向するように複数配置されている。第三半導体領域ＦＤ３_１は、Ｙ方向において第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ２_１と離間して配置されおり、第三半導体領域ＦＤ３_２は、Ｙ方向において第一及び第二半導体領域ＦＤ１_２，ＦＤ２_２と離間して配置されている。本実施形態では、第三半導体領域ＦＤ３_１は、Ｙ方向において全ての第一半導体領域ＦＤ１_１と第二半導体領域ＦＤ２_１との間に配置されており、第三半導体領域ＦＤ３_２は、Ｙ方向において全ての第一半導体領域ＦＤ１_２と第二半導体領域ＦＤ２_２との間に配置されている。第三半導体領域ＦＤ３_１は、Ｙ方向において全ての第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ２_１を挟むようにＹ方向の両端にも配置されていてもよく、第三半導体領域ＦＤ３_２は、Ｙ方向において全ての第一及び第二半導体領域ＦＤ１_２，ＦＤ２_２を挟むようにＹ方向の両端にも配置されていてもよい。第一長辺ＬＳ１側の第三半導体領域ＦＤ３_１と、第二長辺ＬＳ２側の第三半導体領域ＦＤ３_２とは、Ｘ方向において互いに対向している。

　第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２は、光入射面１ＦＴ上において絶縁層１Ｅを介して設けられている。第三ゲート電極ＴＸ３_１は、第一長辺ＬＳ１側において、第一長辺ＬＳ１に沿って互いに離間するように複数配置されており、対応する第三半導体領域ＦＤ３_１とフォトゲート電極ＰＧ１との間に配置されている。第三ゲート電極ＴＸ３_２は、第二長辺ＬＳ２側において、第二長辺ＬＳ２に沿って互いに離間するように複数配置されており、対応する第三半導体領域ＦＤ３_２とフォトゲート電極ＰＧ１との間に配置されている。第三ゲート電極ＴＸ３_１は、Ｙ方向において第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ２_１と離間して配置されており、第三ゲート電極ＴＸ３_２は、Ｙ方向において第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_２，ＴＸ２_２と離間して配置されている。第一長辺ＬＳ１側の第三ゲート電極ＴＸ３_１と、第二長辺ＬＳ２側の第三ゲート電極ＴＸ３_２とは、Ｘ方向において互いに対向している。

　第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２は、平面視において多角形状を呈している。本実施形態では、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２は、矩形状（詳細には、正方形状）を呈している。なお、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２の形状は、多角形状に限定されない。第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２は、それぞれ対応する第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２の直下の領域に流れ込む電荷を排出する。第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２は、不要電荷排出領域（不要電荷排出ドレイン）として機能し、たとえば固定電位に接続されている。第一長辺ＬＳ１側の第三半導体領域ＦＤ３_１は、第一辺側不要電荷排出領域として機能する。第二長辺ＬＳ２側の第三半導体領域ＦＤ３_２は、第二辺側不要電荷排出領域として機能する。第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２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。

　第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２は、平面視において多角形状を呈している。本実施形態では、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２は、矩形状（詳細には、Ｙ方向を長辺方向とする長方形状）を呈している。なお、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２の形状は、多角形状に限定されない。第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２は、与えられた排出用ゲート信号Ｓ_３に基づいて、それぞれ第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２への不要電荷の流れの遮断及び開放を選択的に行う。第一長辺ＬＳ１側の第三ゲート電極ＴＸ３_１は、第一辺側不要電荷排出ゲート電極として機能する。第二長辺ＬＳ２側の第三ゲート電極ＴＸ３_２は、第二辺側不要電荷排出ゲート電極として機能する。第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２は、ポリシリコンからなるが、他の材料からなっていてもよい。

　第四半導体領域ＳＲ１は、フォトゲート電極ＰＧ１の直下の領域において、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２との間に配置されている。第四半導体領域ＳＲ１は、平面視において、Ｙ方向が長辺方向である長方形状を呈している。第四半導体領域ＳＲ１は、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２との間の中央部分において、第一短辺ＳＳ１と第二短辺ＳＳ２とを結ぶようにＹ方向に沿って延在している。

　第四半導体領域ＳＲ１は、半導体基板１Ａと同じ導電型であり且つ第二基板領域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。第四半導体領域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。

　第五半導体領域ＳＲ２_１は、受光領域からＸ方向に離間した第一長辺ＬＳ１側の領域において、第一長辺ＬＳ１に沿って延在するように配置されている。第五半導体領域ＳＲ２_２は、受光領域からＸ方向に離間した第二長辺ＬＳ２側の領域において、第二長辺ＬＳ２に沿って延在するように配置されている。第五半導体領域ＳＲ２_１，ＳＲ２_２は、平面視において、Ｙ方向が長辺方向である長方形状を呈している。第五半導体領域ＳＲ２_１は、第一長辺ＬＳ１側において距離センサＰ１の長辺に沿って配置されており、平面視において、第一長辺ＬＳ１側の第一～第三半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ３_１と重複する部分を有している。第五半導体領域ＳＲ２_２は、第二長辺ＬＳ２側において距離センサＰ１の長辺に沿って配置されており、平面視において、第二長辺ＬＳ２側の第一～第三半導体領域ＦＤ１_２～ＦＤ３_２と重複する部分を有している。

　第五半導体領域ＳＲ２_１，２_２は、半導体基板１Ａと同じ導電型であり且つ第二基板領域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。第五半導体領域ＳＲ２_１，２_２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。なお、第五半導体領域ＳＲ２_１，２_２は、設けられていなくてもよい。

　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の第一基板領域１Ａａ：厚さ５～７００μｍ／不純物濃度１×１０^１８～１０^２０ｃｍ^－３
半導体基板１Ａの第二基板領域１Ａｂ：厚さ３～５０μｍ／不純物濃度１×１０^１３～１０^１６ｃｍ^－３
第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２：厚さ０．１～０．４μｍ／不純物濃度１×１０^１８～１０^２０ｃｍ^－３
第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２：厚さ０．１～０．４μｍ／不純物濃度１×１０^１８～１０^２０ｃｍ^－３
第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２：厚さ０．１～０．４μｍ／不純物濃度１×１０^１８～１０^２０ｃｍ^－３
第四半導体領域ＳＲ１：厚さ１～５μｍ／不純物濃度１×１０^１６～１０^１８ｃｍ^－３
第五半導体領域ＳＲ２：厚さ１～５μｍ／不純物濃度１×１０^１６～１０^１８ｃｍ^－３

　絶縁層１Ｅには、第一～第三半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ３_２の表面を露出させるためのコンタクトホール（不図示）が設けられている。コンタクトホール内には、第一～第三半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ３_２を外部に接続するための導体（不図示）が配置される。

　第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２に、ハイレベルの信号（正電位）が与えられると、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２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ＰＧ１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、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２の方向に引き込まれ、第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２によって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２は、入力された信号に応じて、信号電荷を第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２に流入させる。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。第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２に、ローレベルの信号（たとえば、グランド電位）が与えられると、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２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、第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２内には引き込まれない。

　第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２に、ハイレベルの信号が与えられると、第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２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ＰＧ１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、負の電荷は、第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２の方向に引き込まれ、第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２によって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２は、入力された信号に応じて、信号電荷を第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２に流入させる。第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２に、ローレベルの信号が与えられると、第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２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、第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２内には引き込まれない。

　第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２に、ハイレベルの信号が与えられると、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２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ＰＧ１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、負の電荷は第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２の方向に引き込まれ、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２によって形成されるポテンシャル井戸を介して排出される。第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２に、ローレベルの信号が与えられると、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２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、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２内には引き込まれない。第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２には、光の入射に応じて電荷発生領域で発生した電荷のうち一部の電荷が、不要電荷として排出される。

　半導体基板１Ａの光入射面１ＦＴから入射した対象物からの検出パルス光Ｌ_Ｄ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。検出パルス光Ｌ_Ｄの入射に伴って半導体基板１Ａ内で発生した電荷は、電荷発生領域から、電荷発生領域に隣接する第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２又は第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２の直下の領域に送られる。すなわち、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２に光源のパルス駆動信号Ｓ_Ｐに同期した検出用ゲート信号Ｓ_１を配線基板１０を介して与えると、電荷発生領域で発生した電荷がそれぞれ第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２の直下の領域に流れ、これらから第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２に流れ込む。第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２に光源のパルス駆動信号Ｓ_Ｐ及び検出用ゲート信号Ｓ_１と位相が異なる検出用ゲート信号Ｓ_２を配線基板１０を介して与えると、電荷発生領域で発生した電荷がそれぞれ第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２の直下の領域に流れ、これらから第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２に流れ込む。

　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、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、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８～図１０の（ａ）は、図４中のV－V線に沿った断面におけるポテンシャル分布であり、図８～図１０の（ｂ）は、図４中のVI－VI線に沿った断面におけるポテンシャル分布であり、図８～図１０の（ｃ）は、図４中のVII－VII線に沿った断面におけるポテンシャル分布である。

　光入射時において、フォトゲート電極ＰＧ１に与えられる電位（たとえば、第一～第三ゲート電極ＴＸ１_１～ＴＸ３_２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、電荷発生領域のポテンシャルφＰＧ１は、基板電位よりも若干高く設定されている。各図には、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２の直下の領域のポテンシャルφＴＸ１_１，φＴＸ１_２、第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２の直下の領域のポテンシャルφＴＸ２_１，φＴＸ２_２、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２の直下の領域のポテンシャルφＴＸ３_１，φＴＸ３_２、第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２のポテンシャルφＦＤ１_１，φＦＤ１_２、第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２のポテンシャルφＦＤ２_１，φＦＤ２_２、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２のポテンシャルφＦＤ３_１，φＦＤ３_２、及び、第四半導体領域ＳＲ１のポテンシャルφＳＲ１が示されている。

　第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２には、電荷転送信号として、検出用ゲート信号Ｓ_１が与えられる。検出用ゲート信号Ｓ_１の高電位が第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２に入力されると、図８の（ａ）に示されるように、電荷発生領域（フォトゲート電極ＰＧ１の直下の領域）で発生した電荷は、ポテンシャル勾配にしたがって、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２の直下の領域を介して、第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２のポテンシャル井戸内に蓄積される。第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２のポテンシャル井戸内には、検出用ゲート信号Ｓ_１のパルスタイミングに応じて、電荷量Ｑ１が蓄積される。蓄積された電荷量Ｑ１に対応した電圧出力Ｖ_ｏｕｔ１が第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２から読み出される。電圧出力Ｖ_ｏｕｔ１は、前述した信号ｄ_１に相当する。

　このとき、フォトゲート電極ＰＧ１の直下の領域において、Ｘ方向の中央部分に位置する第四半導体領域ＳＲ１のポテンシャルφＳＲ１は、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のポテンシャルφＰＧ１よりも高くなっている。したがって、フォトゲート電極ＰＧ１の直下の領域には、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２との間にＹ方向に延びる高ポテンシャル領域が形成され、第四半導体領域ＳＲ１から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向かって低くなるポテンシャルのより一層大きな勾配が形成される。

　電荷発生領域で発生した電荷は、第四半導体領域ＳＲ１により形成される上記ポテンシャルの勾配に応じて、第一長辺ＬＳ１側の第一半導体領域ＦＤ１_１及び第二長辺ＬＳ２側の第一半導体領域ＦＤ１_２に向かって速やかに移動する。

　図８の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２に検出用ゲート信号Ｓ_１が印加されている間、第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２及び第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２には、ローレベルの電位（たとえば、グランド電位）が与えられている。このため、ポテンシャルφＴＸ２_１，ＴＸ２_２及びポテンシャルφＴＸ３_１，ＴＸ３_２は下がらず、第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２及び第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。

　第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２には、電荷転送信号として、検出用ゲート信号Ｓ_２が与えられる。検出用ゲート信号Ｓ_２の高電位が第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２に入力されると、図９の（ｂ）に示されるように、電荷発生領域で発生した電荷は、ポテンシャル勾配にしたがって、第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２の直下の領域を介して、第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２のポテンシャル井戸内に蓄積される。第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２のポテンシャル井戸内には、検出用ゲート信号Ｓ_２のパルスタイミングに応じて、電荷量Ｑ２が蓄積される。蓄積された電荷量Ｑ２に対応した電圧出力Ｖ_ｏｕｔ２が第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２から読み出される。電圧出力Ｖ_ｏｕｔ２は、前述した信号ｄ_２に相当する。

　電荷発生領域で発生した電荷は、第四半導体領域ＳＲ１により形成される上記ポテンシャルの勾配に応じて、第一長辺ＬＳ１側の第二半導体領域ＦＤ２_１及び第二長辺ＬＳ２側の第二半導体領域ＦＤ２_２に向かって速やかに移動する。

　図９の（ａ）及び（ｃ）に示されるように、第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２に検出用ゲート信号Ｓ_２が印加されている間、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２及び第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２には、ローレベルの電位が与えられている。このため、ポテンシャルφＴＸ１_１，ＴＸ１_２及びポテンシャルφＴＸ３_１，ＴＸ３_２は下がらず、第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２及び第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。

　第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２には、排出用ゲート信号Ｓ_３が与えられる。排出用ゲート信号Ｓ_３の高電位が第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２に入力されると、図１０の（ｃ）に示されるように、電荷発生領域で発生した電荷は、ポテンシャル勾配にしたがって、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２の直下の領域を介して、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２のポテンシャル井戸内に不要電荷として流れ込む。第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２のポテンシャル井戸に流入した不要電荷は、外部に排出される。第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２に正の電位が与えられる間、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２及び第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２には、ローレベルの電位が与えられる。このため、図１０の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ポテンシャルφＴＸ１_１，ＴＸ１_２及びポテンシャルφＴＸ２_１，ＴＸ２_２は下がらず、第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２及び第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。

　図１１は、各種信号のタイミングチャートである。

　１フレームの期間は、信号電荷を蓄積する期間（蓄積期間）と、信号電荷を読み出す期間（読み出し期間）と、からなる。一つの距離センサＰ１に着目すると、蓄積期間において、パルス駆動信号Ｓ_Ｐ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Ｓ_１が第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２に印加される。続いて、検出用ゲート信号Ｓ_２が、検出用ゲート信号Ｓ_１に所定の位相差（たとえば、１８０度の位相差）で第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２に印加される。すなわち、第一長辺ＬＳ１側の第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ２_１に異なる位相の電荷転送信号が与えられると共に、第二長辺ＬＳ２側の第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_２，ＴＸ２_２に異なる位相の電荷転送信号が与えられる。距離測定に先立って、リセット信号が第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ２_２に印加され、内部に蓄積された電荷が外部に排出される。リセット信号が一瞬ＯＮし、続いてＯＦＦした後、検出用ゲート信号Ｓ_１，Ｓ_２のパルスが第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１～ＴＸ２_２に逐次印加され、電荷転送が行われる。そして、第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ２_２内に信号電荷が積算して蓄積される。

　その後、読み出し期間において、第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１～ＦＤ２_２内に蓄積された信号電荷が読み出される。このとき、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２に印加される排出用ゲート信号Ｓ_３がハイレベルとなり、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２に正の電位が与えられ、不要電荷が第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２のポテンシャル井戸に収集される。

　フォトゲート電極ＰＧ１に与えられる電位Ｖ_ＰＧは、電位ＶＴＸ１_１，ＴＸ１_２，ＶＴＸ２_１，ＴＸ２_２，ＶＴＸ３_１，ＴＸ３_２より低く設定されている。これにより、検出用ゲート信号Ｓ_１，Ｓ_２がハイレベルとなった際に、ポテンシャルφＴＸ１_１，φＴＸ１_２，φＴＸ２_１，φＴＸ２_２はポテンシャルφＰＧ１よりも低くなる。排出用ゲート信号Ｓ_３がハイレベルとなった際に、ポテンシャルφＴＸ３_１，φＴＸ３_２はポテンシャルφＰＧ１よりも低くなる。

　電位Ｖ_ＰＧは、検出用ゲート信号Ｓ_１，Ｓ_２及び排出用ゲート信号Ｓ_３がローレベルであるときの電位より高く設定されている。検出用ゲート信号Ｓ_１，Ｓ_２がローレベルとなった際に、ポテンシャルφＴＸ１_１，φＴＸ１_２，φＴＸ２_１，φＴＸ２_２はポテンシャルφＰＧ１よりも高くなる。排出用ゲート信号Ｓ３がローレベルとなった際に、ポテンシャルφＴＸ３_１，φＴＸ３_２はポテンシャルφＰＧ１よりも高くなる。

　パルス信号Ｓ_Ｐ，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_Ｄのパルス幅がＴ_Ｐであるとする。パルス駆動信号Ｓ_Ｐに同期した検出用ゲート信号Ｓ_１がハイレベルであって、パルス検出信号Ｓ_Ｄがハイレベルであるときに、距離センサＰ１内で発生する電荷量（第一半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ１_２内に蓄積される電荷量）がＱ１である。パルス駆動信号Ｓ_Ｐに１８０度の位相差を有した検出用ゲート信号Ｓ_２がハイレベルであって、パルス検出信号Ｓ_Ｄがハイレベルであるときに、距離センサＰ１内で発生する電荷量（第二半導体領域ＦＤ２_１，ＦＤ２_２内に蓄積される電荷量）がＱ２である。

　検出用ゲート信号Ｓ_１とパルス検出信号Ｓ_Ｄの位相差（出射パルス光Ｌ_Ｐと検出パルス光Ｌ_Ｄとの位相差）は、前述した電荷量Ｑ２に比例する。１画素内において発生する全電荷量をＱ１＋Ｑ２とすると、Δｔ＝Ｔ_Ｐ×Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）の期間だけ、パルス駆動信号Ｓ_Ｐに対してパルス検出信号Ｓ_Ｄが遅れている。一つのパルス光の飛行時間Δｔは、対象物までの距離をｄとし、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_１，ｄ_２として二つの電荷量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、予め判明しているパルス幅Ｔ_Ｐとに基づいて、対象物Ｈまでの距離ｄ＝（ｃ×Δｔ）／２＝ｃ×Ｔ_Ｐ×Ｑ２／（２×（Ｑ１＋Ｑ２））を演算する。

　前述のように、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。なお、前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、前述の位相差、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。前述のように、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。適当な補正演算がこの演算に加えられてもよい。たとえば、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。

　以上、本実施形態の距離画像センサ１の距離センサＰ１では、受光領域の第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２との間に位置する第四半導体領域ＳＲ１の直下の領域に高いポテンシャルが発生し、第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成される。このため、入射光に応じて発生した信号電荷のうち、フォトゲート電極ＰＧ１の第一長辺ＬＳ１側の部分の直下の領域で発生した信号電荷は、第一長辺ＬＳ１に向けて加速され、フォトゲート電極ＰＧ１の第二長辺ＬＳ２側の部分の直下の領域で発生した信号電荷は、第二長辺ＬＳ２に向けて加速される。したがって、転送速度の向上を図ることができる。

　距離センサＰ１では、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２との間に高いポテンシャルが発生し、第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２の双方に向けてポテンシャルの傾斜が形成される。例えば、第一及び第二長辺ＬＳ１，ＬＳ２のいずれか一方のみに沿って第一及び第二ゲート電極ＴＸ１，ＴＸ２が配置され、第一及び第二長辺ＬＳ１，ＬＳ２の他方から一方に向けてポテンシャルの傾斜が形成される場合に比して、信号電荷の移動距離が短くなる。したがって、転送速度の向上を図ることができる。

　フォトゲート電極ＰＧ１の第一長辺ＬＳ１側の部分の直下の領域、及び、フォトゲート電極ＰＧ１の第二長辺ＬＳ２側の部分の直下の領域により、ポテンシャル調整手段である第四半導体領域ＳＲ１が共有されているため、面積の使用効率が向上されている。したがって、開口率の向上を図ることができる。

　複数の第一辺側転送電極（ＴＸ１_１，ＴＸ２_１）に、互いに異なる位相の電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が入力されると共に、複数の第二辺側転送電極（ＴＸ１_２，ＴＸ２_２）にも、上記の互いに異なる位相の電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が入力されるため、電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２のうちいずれの電荷転送信号が与えられても、フォトゲート電極ＰＧ１の第一長辺ＬＳ１側の部分の直下の領域、及び、フォトゲート電極ＰＧ１の第二長辺ＬＳ２側の部分の直下の領域の双方で発生した信号電荷を取り込むことが可能になっている。したがって、信号電荷の取りこぼしが低減され、転送精度の向上を図ることができる。

　複数の第一辺側転送電極（ＴＸ１_１，ＴＸ２_１）に、互いに異なる位相の電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が入力されると共に、複数の第二辺側転送電極（ＴＸ１_２，ＴＸ２_２）にも、上記の互いに異なる位相の電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が入力されるため、第一辺側転送電極及び第二辺側転送電極にそれぞれ一つの位相の電荷転送信号のみが入力される場合に比して、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２とが対向するＸ方向における製造のばらつきの影響を低減することができる。したがって、転送精度の向上を図ることができる。

　距離センサＰ１は、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のそれぞれに、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２と第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２とを備えているため、不要電荷を排出でき、転送精度の向上を図ることができる。

　受光領域は、第一領域と第二領域とを有しており、ポテンシャル調整手段は、第一領域と第二領域との間に配置された不純物濃度が高い第四半導体領域ＳＲ１であるため、高いポテンシャルを簡単な構成により発生させることができる。

　続いて、他の実施形態の距離センサの構成を説明する。図１２は、他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。

　図１２に示されるように、本実施形態の距離センサＰ２では、前述の距離センサＰ１（図４参照）と比較して、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２及び第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２の数が少ない点で相違する。

　距離センサＰ２では、第三半導体領域ＦＤ３_１は、Ｙ方向において一つ置きの第一半導体領域ＦＤ１_１と第二半導体領域ＦＤ２_１との間に配置されており、第三半導体領域ＦＤ３_２は、Ｙ方向において一つ置きの第一半導体領域ＦＤ１_２と第二半導体領域ＦＤ２_２との間に配置されている。第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２は、Ｙ方向の両端にも配置されていてもよい。第三ゲート電極ＴＸ３_１は、Ｙ方向において一つ置きの第一ゲート電極ＴＸ１_１と第二ゲート電極ＴＸ２_１との間に配置されており、第三ゲート電極ＴＸ３_２は、Ｙ方向において一つ置きの第一ゲート電極ＴＸ１_２と第二ゲート電極ＴＸ２_２との間に配置されている。

　本実施形態の距離センサＰ２では、第四半導体領域ＳＲ１の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるため、転送速度の向上を図ることができる。

　複数の第一辺側転送電極（ＴＸ１_１，ＴＸ２_１）に、互いに異なる位相の電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が入力されると共に、複数の第二辺側転送電極（ＴＸ１_２，ＴＸ２_２）にも、上記の互いに異なる位相の電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が入力されるため、信号電荷の取りこぼしが低減されると共に、Ｘ方向における製造のばらつきの影響が低減される。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　距離センサＰ２は、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のそれぞれに、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２と第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２とを備えており、不要電荷を排出できる。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　続いて、さらに他の実施形態の距離センサの構成を説明する。図１３は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。

　図１３に示されるように、本実施形態の距離センサＰ３は、前述の距離センサＰ１（図４参照）と比較して、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２及び第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２を有していない点で相違する。

　本実施形態の距離センサＰ３では、第四半導体領域ＳＲ１の直観の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるため、転送速度の向上を図ることができる。

　続いて、さらに他の実施形態の距離センサの構成を説明する。図１４は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。

　図１４に示されるように、本実施形態の距離センサＰ４では、前述の距離センサＰ１（図４参照）と比較して、半導体領域及び電極の配置が、第一長辺ＬＳ１側と第二長辺ＬＳ２側とで異なる点で相違する。

　距離センサＰ４では、異なる位相の電荷転送信号が与えられる第一ゲート電極ＴＸ１_１と第二ゲート電極ＴＸ２_２とがＸ方向において互いに対向し、異なる位相の電荷転送信号が与えられる第二ゲート電極ＴＸ２_１と第一ゲート電極ＴＸ１_２とがＸ方向において互いに対向している。これにより、検出用ゲート信号Ｓ_１，Ｓ_２の入力位置が、それぞれ第一長辺ＬＳ１側と第二長辺ＬＳ２側とで異なっている。第一半導体領域ＦＤ１_１と第二半導体領域ＦＤ２_２とはＸ方向において互いに対向し、第二半導体領域ＦＤ２_１と第一半導体領域ＦＤ１_２とはＸ方向において互いに対向している。

　本実施形態の距離センサＰ４では、第四半導体領域ＳＲ１の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるため、転送速度の向上を図ることができる。

　複数の第一辺側転送電極（ＴＸ１_１，ＴＸ２_１）に、互いに異なる位相の電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が入力されると共に、複数の第二辺側転送電極（ＴＸ１_２，ＴＸ２_２）にも、上記の互いに異なる位相の電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が入力されるため、異なる位相の電荷転送信号がそれぞれ入力されるため、信号電荷の取りこぼしが低減されると共に、Ｘ方向における製造のばらつきの影響が低減される。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　異なる位相の電荷転送信号が与えられる第一ゲート電極ＴＸ１_１と第二ゲート電極ＴＸ２_２とがＸ方向において互いに対向し、異なる位相の電荷転送信号が与えられる第二ゲート電極ＴＸ２_１と第一ゲート電極ＴＸ１_２とがＸ方向において互いに対向するように配置されているため、同じ位相の検出用ゲート信号の入力位置が、第一長辺ＬＳ１側と第二長辺ＬＳ２側とで異なっている。このため、検出用ゲート信号の入力位置による依存性を相殺することができる。したがって、転送精度の向上を図ることができる。

　距離センサＰ４は、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のそれぞれに、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２と第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２とを備えており、不要電荷を排出できる。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　続いて、さらに他の実施形態の距離センサの構成を説明する。図１５は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。

　図１５に示されるように、本実施形態の距離センサＰ５では、前述の距離センサＰ２（図１２参照）と比較して、半導体領域及び電極の配置が、第一長辺ＬＳ１側と第二長辺ＬＳ２側とで異なる点で相違する。

　距離センサＰ５では、異なる位相の電荷転送信号が与えられる第一ゲート電極ＴＸ１_１と第二ゲート電極ＴＸ２_２とがＸ方向において互いに対向し、異なる位相の電荷転送信号が与えられる第二ゲート電極ＴＸ２_１と第一ゲート電極ＴＸ１_２とがＸ方向において互いに対向している。これにより、検出用ゲート信号Ｓ_１，Ｓ_２の入力位置が、それぞれ第一長辺ＬＳ１側と第二長辺ＬＳ２側とで異なっている。第一半導体領域ＦＤ１_１と第二半導体領域ＦＤ２_２とはＸ方向において互いに対向し、第二半導体領域ＦＤ２_１と第一半導体領域ＦＤ１_２とはＸ方向において互いに対向している。

　本実施形態の距離センサＰ５では、第四半導体領域ＳＲ１の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるため、転送速度の向上を図ることができる。

　続いて、さらに他の実施形態の距離センサの構成を説明する。図１６は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。

　図１６に示されるように、本実施形態の距離センサＰ６では、前述の距離センサＰ２（図１２参照）と比較して、半導体領域及び電極の位置が、第一長辺ＬＳ１側と第二長辺ＬＳ２側とでずれている点で相違する。

　距離センサＰ６では、第一長辺ＬＳ１側の第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ２_１と、第二長辺ＬＳ２側の第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_２，ＴＸ２_２とは、Ｙ方向で位置が互いにずれるように配置されている。これにより、検出用ゲート信号Ｓ_１，Ｓ_２の入力位置が、それぞれ第一長辺ＬＳ１側と第二長辺ＬＳ２側とで異なっている。第一長辺ＬＳ１側の第一及び第二半導体領域ＦＤ１_１，ＦＤ２_１と、第二長辺ＬＳ２側の第一及び第二半導体領域ＦＤ１_２，ＦＤ２_２とは、Ｙ方向で位置が互いにずれるように配置されている。

　本実施形態の距離センサＰ６では、第四半導体領域ＳＲ１の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるため、転送速度の向上を図ることができる。

　第一長辺ＬＳ１側の第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ２_１と、第二長辺ＬＳ２側の第一及び第二ゲート電極ＴＸ１_２，ＴＸ２_２とは、第一及び第二長辺ＬＳ１，ＬＳ２が延びるＹ方向で位置が互いにずれるように配置されているため、同じ位相の電荷転送信号の入力位置が、第一長辺ＬＳ１側と第二長辺ＬＳ２側とで異なっている。このため、電荷転送信号の入力位置による依存性を相殺することができる。したがって、転送精度の向上を図ることができる。

　距離センサＰ６は、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のそれぞれに、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２と第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２とを備えており、不要電荷を排出できる。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　続いて、さらに他の実施形態の距離センサの構成を説明する。図１７は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。

　図１７に示されるように、本実施形態の距離センサＰ７は、前述の距離センサＰ２（図１２参照）と比較して、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２に代えて、第一ゲート電極ＴＸ１_１，ＴＸ１_２と形状の異なる第四ゲート電極ＴＸ４_１，ＴＸ４_２を備えており、第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２に代えて、第二ゲート電極ＴＸ２_１，ＴＸ２_２と形状の異なる第五ゲート電極ＴＸ５_１，ＴＸ５_２を備えている点で相違する。

　第一長辺ＬＳ１側において、Ｙ方向において互いに隣り合う第四ゲート電極ＴＸ４_１と第五ゲート電極ＴＸ５_１との対がＹ方向に沿って複数形成されており、長辺ＬＳ２側において、Ｙ方向において互いに隣り合う第四ゲート電極ＴＸ４_２と第五ゲート電極ＴＸ５_２との対がＹ方向に沿って複数形成されている。第一長辺ＬＳ１側の対同士の間には第三ゲート電極ＴＸ３_１が配置され、第二長辺ＬＳ２側の対同士の間には第三ゲート電極ＴＸ３_２が配置されている。

　第四及び第五ゲート電極ＴＸ４_１～ＴＸ５_２は、それぞれ、平面視において、Ｌ字状を呈している。第四及び第五ゲート電極ＴＸ４_１～ＴＸ５_２は、それぞれ、第一部分ＴＸ１０と第二部分ＴＸ２０とを有している。第一部分ＴＸ１０は、Ｙ方向に沿って延びており、平面視においてＹ方向が長辺方向である長方形状を呈している。第二部分ＴＸ２０は、第一部分ＴＸ１０において、隣り合う第一部分ＴＸ１０に対して遠い側の端部からＸ方向に沿って延びており、平面視においてＸ方向が長辺方向である長方形状を呈している。第二部分ＴＸ２０は、平面視において、受光領域と重なる部分を有している。

　フォトゲート電極ＰＧ１は、各長辺において、第四及び第五ゲート電極ＴＸ４_１～ＴＸ５_２を避けるように、平面視において、一部が窪んだ形状を呈している。第二部分ＴＸ２０は、平面視において、フォトゲート電極ＰＧ１に囲まれている。具体的には、第二部分ＴＸ２０は、第二部分ＴＸ２０の縁に含まれる三辺にわたって、フォトゲート電極ＰＧ１に囲まれている。

　前述のように、半導体基板１Ａの受光領域において、フォトゲート電極ＰＧ１に対応する領域（フォトゲート電極ＰＧ１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。第四及び第五ゲート電極ＴＸ４_１～ＴＸ５_２はポリシリコンからなるため、光は第四及び第五ゲート電極ＴＸ４_１～ＴＸ５_２の第二部分ＴＸ２０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における第二部分ＴＸ２０の直下の領域も、電荷発生領域として機能する。このため、本実施形態においては、平面視において、受光領域の形状と、電荷発生領域の形状とは、一致している。第二部分ＴＸ２０は、電荷発生領域とも重複して位置する。第四及び第五ゲート電極ＴＸ４_１～ＴＸ５_２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ＰＧ１により規定されることとなり、受光領域の形状と電荷発生領域の形状とは一致しない。

　本実施形態の距離センサＰ７では、第四半導体領域ＳＲ１の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるため、転送速度の向上を図ることができる。

　複数の第一辺側転送電極（ＴＸ４_１，ＴＸ５_１）に、互いに異なる位相の電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が入力されると共に、複数の第二辺側転送電極（ＴＸ４_２，ＴＸ５_２）にも、上記の互いに異なる位相の電荷転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が入力されるため、信号電荷の取りこぼしが低減されると共に、Ｘ方向における製造のばらつきの影響が低減される。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　距離センサＰ７は、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のそれぞれに、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２と第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２とを備えており、不要電荷を排出できる。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　第一長辺ＬＳ１側の複数の転送電極は、異なる位相の信号が与えられ、Ｙ方向において互いに隣り合う第四ゲート電極ＴＸ４_１と第五ゲート電極ＴＸ５_１との対を有し、長辺ＬＳ２側の複数の転送電極は、異なる位相の信号が与えられ、Ｙ方向において互いに隣り合う第四ゲート電極ＴＸ４_２と第五ゲート電極ＴＸ５_２との対を有しており、各第四及び第五ゲート電極ＴＸ４_１～ＴＸ５_２は、Ｙ方向に沿って延びる第一部分ＴＸ１０と、第一部分ＴＸ１０において、隣り合う第一部分ＴＸ１０に対して遠い側の端部から、受光領域と重なるように延びる第二部分ＴＸ２０と、を有している。信号電荷の転送を行うときに、対の転送電極のうち、信号電荷の転送を行っていない転送電極の直下の領域では、ポテンシャルが高められることになる。したがって、受光領域において、信号電荷の転送を行っていない転送電極の第二部分ＴＸ２０の直下の領域からＹ方向に沿ったポテンシャルの傾斜が発生し、Ｙ方向に信号電荷が速やかに移動する。したがって、転送速度の向上を図ることができる。特に、距離センサＰ７のように、Ｙ方向に長尺である構成においては、本実施形態の効果が好適に発揮される。

　続いて、さらに他の実施形態の距離センサの構成を説明する。図１８は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。

　図１８に示されるように、本実施形態の距離センサＰ８は、前述の距離センサＰ２（図１２参照）と比較して、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２に代えて、第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２と形状の異なる第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２を備えている点で相違する。

　第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２は、平面視において、Ｔ字状を呈している。第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２は、第三部分ＴＸ３０と第四部分ＴＸ４０とを有している。第三部分ＴＸ３０は、Ｙ方向に沿って延びており、平面視においてＹ方向が長辺方向である長方形状を呈している。第四部分ＴＸ４０は、第三部分ＴＸ３０において、Ｙ方向における中央部分からＸ方向に沿って延びており、平面視においてＸ方向が長辺方向である長方形状を呈している。第四部分ＴＸ４０は、平面視において、受光領域と重なる部分を有している。

　フォトゲート電極ＰＧ１は、各長辺において、第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２の第四部分ＴＸ４０を避けるように、平面視において一部が窪んだ形状を呈している。第四部分ＴＸ４０は、平面視においてフォトゲート電極ＰＧ１に囲まれている。具体的には、第四部分ＴＸ４０は、第四部分ＴＸ４０の縁に含まれる三辺にわたって、フォトゲート電極ＰＧ１に囲まれている。

　前述のように、半導体基板１Ａの受光領域において、フォトゲート電極ＰＧ１に対応する領域（フォトゲート電極ＰＧ１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。第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２はポリシリコンからなるため、光は第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２の第四部分ＴＸ４０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における第四部分ＴＸ４０の直下の領域も、電荷発生領域として機能する。このため、本実施形態においては、平面視において、受光領域の形状と、電荷発生領域の形状とは、一致している。第四部分ＴＸ４０は、電荷発生領域とも重複して位置する。第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２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ＰＧ１により規定されることとなり、受光領域の形状と電荷発生領域の形状とは一致しない。

　本実施形態の距離センサＰ８では、第四半導体領域ＳＲ１の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるため、転送速度の向上を図ることができる。

　距離センサＰ８は、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のそれぞれに、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２と第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２とを備えており、不要電荷を排出できる。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２は、第一及び第二長辺ＬＳ１，ＬＳ２が延びるＹ方向に沿って延びる第三部分ＴＸ３０と、受光領域と重なるように第三部分ＴＸ３０から延びる第四部分ＴＸ４０と、を有している。信号電荷の転送を行うときに、第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２の直下の領域では、ポテンシャルが高められることになる。したがって、受光領域において、第六ゲート電極ＴＸ６_１，ＴＸ６_２の第四部分ＴＸ４０の直下の領域から周囲に向けて、Ｙ方向に沿ったポテンシャルの傾斜が発生し、Ｙ方向に信号電荷が速やかに移動する。したがって、転送速度の向上を図ることができる。特に、距離センサＰ８のように、Ｙ方向に長尺である構成においては、本実施形態の効果が好適に発揮される。

　続いて、さらに他の実施形態の距離センサの構成を説明する。図１９は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。

　図１９に示されるように、本実施形態の距離センサＰ９は、前述の距離センサＰ２（図１２参照）と比較して、第四半導体領域ＳＲ１に代えて、第四半導体領域ＳＲ１と構成の異なる第六半導体領域ＳＲ３を備えている点で相違する。

　第六半導体領域ＳＲ３は、受光領域における第一長辺ＬＳ１側の第一領域と第二長辺ＬＳ２側の第二領域との間において、Ｙ方向に沿って互いに離間して複数配置されている。第六半導体領域ＳＲ３は、平面視において矩形状（詳細には、Ｘ方向が長辺方向である長方形状）を呈している。Ｙ方向における第六半導体領域ＳＲ３，ＳＲ３同士の間においては、受光領域の第一領域と第二領域とが連結されている。

　図２０は、図１９中のXX－XX線に沿った断面におけるポテンシャル分布を示す図である。フォトゲート電極ＰＧ１の直下の領域において、Ｘ方向の中央部分のポテンシャルは、第六半導体領域ＳＲ３の直下の領域においてポテンシャルφＳＲ３となっており、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のポテンシャルφＰＧ１よりも高くなっている。第六半導体領域ＳＲ３，ＳＲ３同士の間のポテンシャルも、第六半導体領域ＳＲ３の直下の領域のポテンシャルφＳＲ３の影響により、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のポテンシャルφＰＧ１よりも高くなっている。したがって、フォトゲート電極ＰＧ１の直下の領域には、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２との間にＹ方向に延びる高ポテンシャル領域が形成され、第六半導体領域ＳＲ３の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向かって低くなるポテンシャルのより一層大きな勾配が形成される。

　本実施形態の距離センサＰ９では、第六半導体領域ＳＲ３を含む高ポテンシャル領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるため、転送速度の向上を図ることができる。

　フォトゲート電極ＰＧ１の第一長辺ＬＳ１側の部分の直下の領域、及び、フォトゲート電極ＰＧ１の第二長辺ＬＳ２側の部分の直下の領域により、ポテンシャル調整手段である第六半導体領域ＳＲ３が共有されているため、面積の使用効率が向上されている。したがって、開口率の向上を図ることができる。

　距離センサＰ９は、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のそれぞれに、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２と第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２とを備えており、不要電荷を排出できる。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　受光領域は、第一領域と第二領域とを有しており、ポテンシャル調整手段は、第一領域と第二領域との間に配置された不純物濃度が高い第六半導体領域ＳＲ３であるため、高いポテンシャルを簡単な構成により発生させることができる。

　続いて、さらに他の実施形態の距離センサの構成を説明する。図２１は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図２２は、図２１中のXXII－XXII線に沿った断面図である。

　図２１，２２に示されるように、本実施形態の距離センサＰ１０は、前述の距離センサＰ１（図４参照）と比較して、受光領域の構成（遮光層ＬＩの開口ＬＩａの構成）及びフォトゲート電極ＰＧ１の構成が相違する。

　距離センサＰ１０では、遮光層ＬＩの開口ＬＩａは、受光領域に第四半導体領域ＳＲ１が含まれないように、Ｘ方向に互いに離間して二つ設けられている。各開口ＬＩａは、Ｙ方向を長辺方向とする長方形状を呈している。

　二つの開口ＬＩａにより、半導体基板１Ａには受光領域が規定される。受光領域は、二つの開口ＬＩａの形状に対応しており、Ｘ方向において二つに分かれている。分かれた受光領域の各部分は、Ｙ方向を長辺方向とする長方形状を呈している。受光領域の一方側（図２１，２２において左側）の部分は、Ｘ方向において互いに対向し、それぞれＹ方向に延びる第一長辺ＬＳ１及び第三長辺ＬＳ３を有している。受光領域の他方側の部分は、Ｘ方向において互いに対向し、それぞれＹ方向に延びる第二長辺ＬＳ２及び第四長辺ＬＳ４を有している。第一～第四長辺ＬＳ１～ＬＳ４の長さは、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２との間隔よりも長い。

　フォトゲート電極ＰＧ１は、二つの開口ＬＩａに対応して配置されており、Ｘ方向において二つに分かれている。すなわち、フォトゲート電極ＰＧ１は、第四半導体領域ＳＲ１上には配置されていない。分かれたフォトゲート電極ＰＧ１の各部分は、開口ＬＩａの形状に対応しており、Ｙ方向が長辺方向である長方形状を呈している。

　なお、距離センサＰ１０においては、第五半導体領域ＳＲ２は設けられていない。

　距離センサＰ１０においても、前述の距離センサＰ１と同様に、第四半導体領域ＳＲ１の直下の領域のポテンシャルが第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のポテンシャルよりも高くなっている。したがって、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２との間の第四半導体領域ＳＲ１にＹ方向に延びる高ポテンシャル領域が形成され、第四半導体領域ＳＲ１の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向かって低くなるポテンシャルのより一層大きな勾配が形成される。

　本実施形態の距離センサＰ１０では、第四半導体領域ＳＲ１の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるため、転送速度の向上を図ることができる。

　距離センサＰ１０は、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のそれぞれに、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２と第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２とを備えており、不要電荷を排出できる。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　続いて、さらに他の実施形態の距離センサの構成を説明する。図２３は、さらに他の実施形態に係る距離センサの一部を示す平面図である。図２４は、図２３中のXXIV－XXIV線に沿った断面図である。

　図２３，２４に示されるように、本実施形態の距離センサＰ１１は、前述の距離センサＰ１（図４参照）と比較して、ポテンシャル調整手段の構成が異なる点で相違する。具体的には、距離センサＰ１１と距離センサＰ１とは、フォトゲート電極ＰＧ１の構成が異なる点、ポテンシャル調整電極ＰＧ２を更に備えている点、及び、第四半導体領域ＳＲ１が設けられていない点で相違する。

　距離センサＰ１０では、フォトゲート電極ＰＧ１は、Ｘ方向において二つに分かれている。分かれたフォトゲート電極ＰＧ１の各部分は、それぞれＹ方向が長辺方向である長方形状を呈している。分かれたフォトゲート電極ＰＧ１の第一長辺ＬＳ１側の部分は、第一電極部分として機能する。分かれたフォトゲート電極ＰＧ１の第二長辺ＬＳ２側の部分は、第二電極部分として機能する。

　ポテンシャル調整電極ＰＧ２は、絶縁層１Ｅを介して、光入射面１ＦＴ上に設けられている。ポテンシャル調整電極ＰＧ２は、フォトゲート電極ＰＧ１の第一電極部分と第二電極部分との間に、これらと離間して配置されている。すなわち、ポテンシャル調整電極ＰＧ２は、フォトゲート電極ＰＧ１の第一電極部分及び第二電極部分と電気的に分離されている。ポテンシャル調整電極ＰＧ２は、平面視において、Ｙ方向が長辺方向である長方形状を呈している。ポテンシャル調整電極ＰＧ２はポリシリコンからなるが、他の材料からなっていてもよい。

　ポテンシャル調整電極ＰＧ２には、フォトゲート電極ＰＧ１に与えられる電位よりも低い電位が与えられる。これにより、ポテンシャル調整電極ＰＧ２の直下の領域のポテンシャルは、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のポテンシャル（フォトゲート電極ＰＧ１の直下の領域のポテンシャル）よりも高くなる。したがって、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２との間のポテンシャル調整電極ＰＧ２の直下の領域にＹ方向に延びる高ポテンシャル領域が形成され、ポテンシャル調整電極ＰＧ２の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向かって低くなるポテンシャルのより一層大きな勾配が形成される。

　本実施形態の距離センサＰ１１では、ポテンシャル調整電極ＰＧ２の直下の領域から第一長辺ＬＳ１及び第二長辺ＬＳ２に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるため、転送速度の向上を図ることができる。

　フォトゲート電極ＰＧ１の第一長辺ＬＳ１側の部分の直下の領域、及び、フォトゲート電極ＰＧ１の第二長辺ＬＳ２側の部分の直下の領域により、ポテンシャル調整手段であるポテンシャル調整電極ＰＧ２が共有されているため、面積の使用効率が向上されている。したがって、開口率の向上を図ることができる。

　距離センサＰ１１は、第一長辺ＬＳ１側及び第二長辺ＬＳ２側のそれぞれに、第三半導体領域ＦＤ３_１，ＦＤ３_２と第三ゲート電極ＴＸ３_１，ＴＸ３_２とを備えており、不要電荷を排出できる。従って、転送精度の向上を図ることができる。

　フォトゲート電極ＰＧ１は、受光領域における第一長辺ＬＳ１側の領域上に配置される第一電極部分と、第一長辺ＬＳ１と第二長辺ＬＳ２とが対向するＸ方向において第一電極部分と離間し且つ受光領域における第二長辺側の領域上に配置される第二電極部分と、を有している。ポテンシャル調整手段は、第一電極部分と第二電極部分との間に第一及び第二電極部分と電気的に分離して配置されると共に、フォトゲート電極ＰＧ１に与えられる電位よりも低い電位が与えられるポテンシャル調整電極ＰＧ２である。このため、フォトゲート電極ＰＧ１及びポテンシャル調整電極ＰＧ２に与える電位を調節することにより、ポテンシャルの傾斜量を好適に調節することができる。

　以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも前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。

　距離画像センサ１は、表面入射型の距離画像センサに限られない。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。

　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（たとえば、埋め込み型のフォトダイオードなど）により構成してもよい。距離画像センサ１は、距離センサＰ１～１０が一次元状に配置されたものに限られることなく、距離センサＰ１～１０が二次元状に配置されたものであってもよい。

　本実施形態に係る距離画像センサ１におけるｐ型及びｎ型の各導電型は、前述したものとは逆になるよう入れ替えられていてもよい。

　本発明は、例えば、工場の製造ラインにおける製品モニタ、又は、車両などに搭載される距離センサ及び距離画像センサ等に利用できる。

　１…距離画像センサ、ＦＤ１_１～ＦＤ３_２…第一～第三半導体領域、ＬＳ１…受光領域の第一長辺、ＬＳ２…受光領域の第二長辺、Ｐ１～Ｐ１０…距離センサ、ＰＧ１…フォトゲート電極、ＰＧ２…ポテンシャル調整電極、ＳＲ１…第四半導体領域、ＳＲ３…第六半導体領域、ＴＸ１_１～ＴＸ６_２…第一～第六ゲート電極。

Claims

　互いに対向する第一辺と第二辺とを含み、前記第一及び第二辺の長さが前記第一辺と前記第二辺との間隔よりも長い受光領域と、
　前記受光領域上において、前記第一辺及び前記第二辺に沿って配置されるフォトゲート電極と、
　前記受光領域の前記第一辺側において前記第一辺に沿って互い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第一辺側信号電荷収集領域と、
　前記受光領域の前記第二辺側において前記第二辺に沿って互いに離間し且つそれぞれが対応する前記第一辺側信号電荷収集領域と前記受光領域を挟んで対向して配置され、前記信号電荷を収集する複数の第二辺側信号電荷収集領域と、
　異なる位相の電荷転送信号が与えられ、対応する前記第一辺側信号電荷収集領域と前記フォトゲート電極との間に配置された複数の第一辺側転送電極と、
　異なる位相の前記電荷転送信号が与えられ、対応する前記第二辺側信号電荷収集領域と前記フォトゲート電極との間に配置された複数の第二辺側転送電極と、
　前記第一辺と前記第二辺との間に位置し且つ前記第一及び第二辺が延びる方向に延びる領域でのポテンシャルを、該領域から前記第一辺側及び前記第二辺側に向けてポテンシャルの傾斜が形成されるように、該領域よりも前記第一辺側の領域及び前記第二辺側の領域におけるポテンシャルよりも高めるポテンシャル調整手段と、を備えている、距離センサ。
　前記複数の第一辺側転送電極と前記複数の第二辺側転送電極とは、同じ位相の前記電荷転送信号が与えられる前記第一辺側転送電極と前記第二辺側転送電極とが、前記第一辺と前記第二辺とが対向する方向において、互いに対向するように配置されている、請求項１記載の距離センサ。
　前記複数の第一辺側転送電極と前記複数の第二辺側転送電極とは、異なる位相の前記電荷転送信号が与えられる前記第一辺側転送電極と前記第二辺側転送電極とが、前記第一辺と前記第二辺とが対向する方向において、互いに対向するように配置されている、請求項１記載の距離センサ。
　前記複数の第一辺側転送電極と前記複数の第二辺側転送電極とは、前記第一及び第二辺が延びる前記方向で位置が互いにずれるように配置されている、請求項１記載の距離センサ。
　前記複数の第一辺側転送電極は、異なる位相の前記電荷転送信号が与えられ、前記第一及び第二辺が延びる前記方向において互いに隣り合う対の前記第一辺側転送電極を有し、
　前記複数の第二辺側転送電極は、異なる位相の前記電荷転送信号が与えられ、前記第一及び第二辺が延びる前記方向において互いに隣り合う対の前記第二辺側転送電極を有し、
　前記対の各前記第一辺側転送電極及び前記対の各前記第二辺側転送電極は、前記第一及び第二辺が延びる前記方向に沿って延びる第一部分と、前記第一部分において、隣り合う前記第一部分に対して遠い側の端部から、前記受光領域と重なるように延びる第二部分と、をそれぞれ有している、請求項１～４のいずれか一項記載の距離センサ。
　前記受光領域の前記第一辺側において前記第一辺に沿って互いに離間すると共に前記第一辺側信号電荷収集領域と離間して配置され、発生した不要電荷を排出する第一辺側不要電荷排出領域と、
　前記受光領域の前記第二辺側において前記第二辺に沿って互いに離間すると共に前記第二辺側信号電荷収集領域と離間して配置され、発生した不要電荷を排出する第二辺側不要電荷排出領域と、
　前記第一辺側不要電荷排出領域と前記フォトゲート電極との間に配置され、前記第一辺側不要電荷排出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第一辺側不要電荷排出ゲート電極と、
　前記第二辺側不要電荷排出領域と前記フォトゲート電極との間に配置され、前記第二辺側不要電荷排出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第二辺側不要電荷排出ゲート電極と、を更に備えている、請求項１～５のいずれか一項記載の距離センサ。
　前記第一辺側不要電荷排出ゲート電極と前記第二辺側不要電荷排出ゲート電極とは、前記第一及び第二辺が延びる前記方向に沿って延びる第三部分と、前記受光領域と重なるように前記第三部分から延びる第四部分と、をそれぞれ有している、請求項６記載の距離センサ。
　前記受光領域は、前記第一辺を含み且つ前記第一辺が延びる方向に延びる第一領域と、前記第二辺を含み且つ前記第二辺が延びる方向に延びる第二領域と、を有し、
　前記ポテンシャル調整手段は、前記第一領域と前記第二領域との間に位置するように配置されると共に、前記第一及び第二領域と同じ導電型であり且つ前記第一及び第二領域よりも不純物濃度が高い半導体領域である、請求項１～７のいずれか一項記載の距離センサ。
　前記フォトゲート電極は、前記受光領域における前記第一辺側の領域上に配置される第一電極部分と、前記第一辺と前記第二辺とが対向する方向において前記第一電極部分と離間し且つ前記受光領域における前記第二辺側の領域上に配置される第二電極部分と、を有し、
　前記ポテンシャル調整手段は、前記第一電極部分と前記第二電極部分との間に前記第一及び第二電極部分と電気的に分離して配置されると共に、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、請求項１～７のいずれか一項記載の距離センサ。
　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であって、
　前記ユニットそれぞれが、請求項１～９のいずれか一項記載の距離センサである、距離画像センサ。