WO2017191758A1 - 距離センサおよび距離センサの駆動方法 - Google Patents

距離センサおよび距離センサの駆動方法 Download PDF

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明洋 島田
光人 間瀬
純 平光
鈴木　高志
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Definitions

  • the present invention relates to a distance sensor and a driving method of the distance sensor.
  • Patent Document 1 A time-of-flight (TOF) method that measures the distance to an object based on the time difference between the timing at which light is emitted from the light source and the timing at which reflected light from the object arrives is known.
  • TOF time-of-flight
  • Patent Document 1 describes a distance sensor based on the TOF method.
  • the distance sensor described in Patent Document 1 has a charge distribution type configuration, and a charge generated in a first period after irradiation with pulsed light and a second after a first period. Charges generated in the period are accumulated in accumulation nodes coupled to different charge collection regions. Then, the distance to the object is calculated based on the ratio of the amount of charge stored in these storage nodes.
  • Non-Patent Document 1 describes a method of irradiating triangular wave light and measuring the distance to the object based on the phase difference between the irradiated light and the reflected light.
  • the inventors have found the following problems as a result of examining the above-described conventional technology. That is, in the distance sensor, not only the charge due to reflected light but also the charge due to disturbance light is generally accumulated in the accumulation node. In the distance sensor described in Patent Literature 1, when calculating the distance, the amount of charge corresponding to disturbance light is subtracted from the amount of charge obtained at each storage node. Therefore, there is a problem that both the charge due to reflected light and the charge due to disturbance light are accumulated in each accumulation node, and the accumulation node is likely to be saturated. Note that the method described in Patent Document 1 has an advantage that the intensity of irradiation light (that is, the S / N ratio) with respect to the intensity of disturbance light can be increased because pulsed light is output.
  • the intensity of irradiation light that is, the S / N ratio
  • Non-Patent Document 1 since the object is irradiated with triangular wave light, in order to capture all the charges generated during one cycle, it is always any one during one cycle. These transfer electrodes must be set to an ON potential (potential that enables charge transfer). In this case, a large amount of charge due to disturbance light is taken in, and each storage node is likely to be saturated. In addition, since the light emission state of the light source is continuous as compared with the case where pulsed light is output, the intensity of the irradiation light is kept low, and the intensity of the irradiation light with respect to the intensity of the disturbance light (ie, the S / N ratio). ) was low.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, such as storage nodes electrically coupled to charge collection regions in which charges in the photosensitive region are distributed by driving a plurality of transfer electrodes.
  • the distance sensor is a distance sensor that measures the distance to an object by irradiating the object with light and detecting reflected light from the object.
  • An irradiation unit, a semiconductor substrate, a first transfer electrode, a second transfer electrode, and a drive unit are provided.
  • the light irradiation unit repeatedly irradiates the object with pulsed light.
  • the semiconductor substrate has a photosensitive region and first and second charge collection regions.
  • the light sensitive region is a region that generates electric charge according to the amount of reflected light.
  • Each of the first and second charge collection regions is a region that is arranged at a predetermined distance from the photosensitive region and collects charges from the photosensitive region.
  • the first transfer electrode is an electrode that is disposed on a region between the photosensitive region and the first charge collection region and can be set to an on potential or an off potential.
  • the on potential is a potential that enables charge transfer from the photosensitive region to the first charge collection region
  • the off potential is a potential that stops the charge transfer.
  • the second transfer electrode is disposed on a region between the photosensitive region and the second charge collection region, and is a potential that enables charge transfer from the photosensitive region to the second charge collection region, The off potential is a potential for stopping the charge transfer.
  • Each of the drive units constitutes an electrode drive pattern for driving the first and second transfer electrodes, and a plurality of frames defined at equally spaced times t 0 , t 1 ,..., T 9.
  • the light irradiating unit irradiates light in each of the plurality of frames from time t 1 to time t 3 .
  • the driving unit sets the first transfer electrode to the on-potential between times t 0 to t 2 and t 4 to t 6 in the first frame of the plurality of frames, while setting the second transfer electrode to The on potential is set between time t 2 to t 4 and t 6 to t 8 .
  • the drive unit sets the first transfer electrode to the on-potential between times t 1 to t 3 and t 5 to t 7 in the second frame different from the first frame, while the second transfer electrode Is set to the ON potential during times t 3 to t 5 and t 7 to t 9 .
  • the distance sensor according to the present embodiment is a distance sensor that irradiates an object with pulsed light, and is electrically coupled to a charge collection region to which charges in the photosensitive region are distributed by driving a plurality of transfer electrodes.
  • the storage node has a structure for injecting an equal amount of current while obtaining the distance to the object based on the difference information of the charge amount of each storage node. Therefore, saturation caused by disturbance light at each storage node is avoided by injecting an equal amount of current into each storage node, regardless of the distance sensor and the driving method for driving the distance sensor.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • the graph which shows the example of the time change of the intensity
  • FIG. 9 is a diagram further showing a chart of a received light pulse waveform of reflected light in the timing chart shown in FIG. 8.
  • FIG. 9 is a diagram further showing a chart of a received light pulse waveform of reflected light in the timing chart shown in FIG. 8.
  • FIG. 17 is a sectional view taken along line XVII-XVII in FIG.
  • a distance sensor is a distance sensor that measures the distance to an object by irradiating the object with light and detecting reflected light from the object.
  • a light irradiation part a semiconductor substrate, a 1st transfer electrode, a 2nd transfer electrode, and a drive part are provided.
  • the light irradiation unit repeatedly irradiates the object with pulsed light.
  • the semiconductor substrate has a photosensitive region and first and second charge collection regions.
  • the light sensitive region is a region that generates electric charge according to the amount of reflected light.
  • Each of the first and second charge collection regions is a region that is arranged at a predetermined distance from the photosensitive region and collects charges from the photosensitive region.
  • the first transfer electrode is an electrode that is disposed on a region between the photosensitive region and the first charge collection region and can be set to an on potential or an off potential.
  • the on potential is a potential that enables charge transfer from the photosensitive region to the first charge collection region
  • the off potential is a potential that stops the charge transfer.
  • the second transfer electrode is disposed on a region between the photosensitive region and the second charge collection region, and is a potential that enables charge transfer from the photosensitive region to the second charge collection region, The off potential is a potential for stopping the charge transfer.
  • Each of the drive units constitutes an electrode drive pattern for driving the first and second transfer electrodes, and a plurality of frames defined at equally spaced times t 0 , t 1 ,..., T 9.
  • the light irradiating unit irradiates light in each of the plurality of frames from time t 1 to time t 3 .
  • the driving unit sets the first transfer electrode to the on-potential between times t 0 to t 2 and t 4 to t 6 in the first frame of the plurality of frames, while setting the second transfer electrode to The on potential is set between time t 2 to t 4 and t 6 to t 8 .
  • the drive unit sets the first transfer electrode to the on-potential between times t 1 to t 3 and t 5 to t 7 in the second frame different from the first frame, while the second transfer electrode Is set to the ON potential during times t 3 to t 5 and t 7 to t 9 .
  • each of the drive units in the distance sensor constitutes an electrode drive pattern for driving the first and second transfer electrodes, and is equally spaced at time t 0 .
  • the first and second transfer electrodes may be driven by sequentially executing a plurality of frames defined by t 1 ,..., t 8 .
  • the light irradiator irradiates light in each of the plurality of frames from time t 1 to t 3 .
  • the driving unit sets the first transfer electrode to the on potential between time t 0 to t 1 and t 4 to t 5 , while setting the second transfer electrode to time t 2 set between oN potential of ⁇ t 3 and t 6 ⁇ t 7. Further, the driving unit sets the first transfer electrode to the on-potential between times t 1 to t 2 and t 5 to t 6 in the second frame different from the first frame, while the second transfer electrode Is set to the on potential during times t 3 to t 4 and t 7 to t 8 .
  • the distance sensor may include a light irradiation unit, a semiconductor substrate, first to fourth transfer electrodes, and a driving unit.
  • the light irradiation unit repeatedly irradiates the object with pulsed light.
  • the semiconductor substrate has a photosensitive region and first to fourth charge collection regions.
  • the light sensitive region generates a charge corresponding to the amount of reflected light.
  • Each of the first to fourth charge collection regions is arranged in a state of being separated from the photosensitive region by a predetermined distance, and collects charges from the photosensitive region.
  • the first transfer electrode is disposed on a region between the light sensitive region and the first charge collection region
  • the second transfer electrode is disposed on a region between the light sensitive region and the second charge collection region.
  • the third transfer electrode is disposed on a region between the photosensitive region and the third charge collection region
  • the fourth transfer electrode is disposed between the photosensitive region and the fourth charge collection region. It is arranged on the area between.
  • Each of the first to fourth transfer electrodes is an electrode that can be set to an on potential that enables charge transfer from the photosensitive region to the corresponding charge collection region or an off potential that stops this charge transfer.
  • Each of the drive units constitutes an electrode drive pattern for driving the first to fourth transfer electrodes, and a plurality of frames defined at equally spaced times t 0 , t 1 ,..., T 8. Are sequentially executed to drive the first to fourth transfer electrodes.
  • the light irradiating unit irradiates light in each of the plurality of frames from time t 1 to time t 3 .
  • the driving unit sets the first transfer electrode to an on potential between times t 0 to t 1 and t 4 to t 5 , and sets the second transfer electrode to times t 1 to t 2 and t
  • the on potential is set between 5 and t 6
  • the third transfer electrode is set at the on potential between times t 2 and t 3 and t 6 and t 7
  • the fourth transfer electrode is set between times t 3 and t 4.
  • the distance sensor driving method drives a distance sensor that measures the distance to the object by irradiating the object with light and detecting reflected light from the object.
  • the distance sensor to be driven includes a light irradiation unit, a semiconductor substrate, a first transfer electrode, and a second transfer electrode.
  • the light irradiation unit repeatedly irradiates the object with pulsed light.
  • the semiconductor substrate has a photosensitive region and first and second charge collection regions.
  • the light sensitive region is a region that generates electric charge according to the amount of reflected light.
  • Each of the first and second charge collection regions is a region that is arranged at a predetermined distance from the photosensitive region and collects charges from the photosensitive region.
  • the first transfer electrode is an electrode that is disposed on a region between the photosensitive region and the first charge collection region and can be set to an on potential or an off potential.
  • the on potential is a potential that enables charge transfer from the photosensitive region to the first charge collection region
  • the off potential is a potential that stops the charge transfer.
  • the second transfer electrode is disposed on a region between the photosensitive region and the second charge collection region, and is a potential that enables charge transfer from the photosensitive region to the second charge collection region,
  • the off potential is a potential for stopping the charge transfer.
  • each of them constitutes an electrode driving pattern for driving the first and second transfer electrodes, and at equally spaced times t 0 , t 1 ,..., T 9 .
  • a plurality of defined frames are executed in order. Specifically, in the driving method, light is emitted from the light irradiation unit between times t 1 and t 3 in each of a plurality of frames.
  • the first transfer electrode is set to the on-potential between times t 0 to t 2 and t 4 to t 6 , while the second transfer is performed.
  • the electrodes are set to the on potential during times t 2 to t 4 and t 6 to t 8 .
  • the first transfer electrode is set to the on potential during the times t 1 to t 3 and t 5 to t 7 , while the second frame The transfer electrode is set to the on potential during times t 3 to t 5 and t 7 to t 9 .
  • the driving method uses a distance sensor having the above-described structure as a driving target, and each has an electrode driving pattern for driving the first and second transfer electrodes.
  • a plurality of frames defined at equidistant times t 0 , t 1 ,..., T 8 may be sequentially executed.
  • light is irradiated from the light irradiation unit in each of the plurality of frames during times t 1 to t 3 of each frame.
  • the first transfer electrode is set to the on potential during the times t 0 to t 1 and t 4 to t 5 , while the second transfer is performed.
  • the electrodes are set to the on potential during times t 2 to t 3 and t 6 to t 7 . Further, in the driving method, in the second frame different from the first frame, the first transfer electrode is set to the on potential during the times t 1 to t 2 and t 5 to t 6 , while the second frame The transfer electrode is set to the on potential during times t 3 to t 4 and t 7 to t 8 .
  • a distance sensor to be driven by the driving method may include a light irradiation unit, a semiconductor substrate, and first to fourth transfer electrodes.
  • the light irradiation unit repeatedly irradiates the object with pulsed light.
  • the semiconductor substrate has a photosensitive region and first to fourth charge collection regions.
  • the light sensitive region generates a charge corresponding to the amount of reflected light.
  • Each of the first to fourth charge collection regions is arranged in a state of being separated from the photosensitive region by a predetermined distance, and collects charges from the photosensitive region.
  • the first transfer electrode is disposed on a region between the light sensitive region and the first charge collection region, and the second transfer electrode is disposed on a region between the light sensitive region and the second charge collection region.
  • the third transfer electrode is disposed on a region between the photosensitive region and the third charge collection region, and the fourth transfer electrode is disposed between the photosensitive region and the fourth charge collection region. It is arranged on the area between.
  • Each of the first to fourth transfer electrodes is an electrode that can be set to an on potential that enables charge transfer from the photosensitive region to the corresponding charge collection region or an off potential that stops this charge transfer.
  • Each of the driving methods for driving the distance sensor having the structure as described above constitutes an electrode driving pattern for driving the first to fourth transfer electrodes, and at equal time t 0 , t 1 ,..., T 8 are sequentially executed.
  • the driving method in each of a plurality of frames, light is emitted from the light irradiating unit from time t 1 to t 3 , and the first transfer electrode is time t 0 to t 1 and t 4 to t 5.
  • the second transfer electrode is set to the on potential during times t 1 to t 2 and t 5 to t 6
  • the third transfer electrode is set to the times t 2 to t 3 and t 6 to t 6 .
  • the on potential is set during t 7
  • the fourth transfer electrode is set to the on potential between times t 3 to t 4 and t 7 to t 8 .
  • the distance can be obtained from the difference in the amount of charge accumulated in each accumulation node, as described in the embodiments described later. Therefore, saturation of each storage node can be avoided by injecting an equal amount of current into each storage node.
  • the semiconductor substrate collects electric charges from the photosensitive region arranged in a state of being separated from the photosensitive region by a predetermined distance.
  • a fifth charge collection region may be further included.
  • the distance sensor includes a fifth transfer electrode disposed on a region between the photosensitive region and the fifth charge collection region. May be further provided.
  • the driving unit sets the fifth transfer electrode to the on potential except for a period from when the other transfer electrode is first set to the on potential until the last is set to the off potential. Set.
  • the fifth transfer electrode is set to the on potential except for a period from when the other transfer electrode is first set to the on potential until it is finally set to the off potential.
  • the fifth and the fifth transfer electrodes are not driven except for the period during which the first and second transfer electrodes are driven. Charges due to disturbance light can be discharged using the transfer electrode. Accordingly, it is possible to further suppress saturation due to disturbance light and to reduce shot noise due to disturbance light, so that resistance to disturbance light and distance measurement accuracy can be further improved.
  • each aspect listed in this [Description of Embodiments of the Invention] is applicable to each of all the remaining aspects or to all combinations of these remaining aspects. .
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a distance sensor 1A according to an embodiment of the present invention.
  • the distance sensor 1A measures the distance to the object by irradiating the object with light and detecting the reflected light from the object.
  • the distance sensor 1 ⁇ / b> A includes an imaging region 5 formed on the semiconductor substrate 3, a sensor drive circuit 7 (drive unit), and a processing circuit 8.
  • the sensor drive circuit 7 drives the imaging area 5.
  • the processing circuit 8 processes the output of the imaging area 5.
  • the imaging region 5 includes a plurality of pixels P arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner on the semiconductor substrate 3.
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a distance sensor 1A according to an embodiment of the present invention.
  • the distance sensor 1A measures the distance to the object by irradiating the object with light and detecting the reflected light from the object.
  • the distance sensor 1 ⁇ / b> A includes an imaging region 5 formed on the semiconductor substrate 3, a sensor drive circuit 7
  • Each pixel P (m, n) includes a light receiving unit 9 and a current injection circuit 20.
  • the imaging region 5 detects reflected light from the object for each pixel P. And the distance for every pixel P of the image of a target object is calculated
  • the distance sensor 1A is a charge distribution type distance sensor, and the time from when the light is irradiated until the reflected light arrives depends on the ratio of the amount of charge distributed to two locations in each pixel P. Ask.
  • FIG. 2 is a plan view of the light receiving unit 9 of each pixel P (m, n) of the distance sensor 1A shown in FIG. 3 and 4 are sectional views taken along lines III-III and IV-IV, respectively, of FIG. In FIG. 3, the light source unit 30 is also shown.
  • the light receiving unit 9 of the present embodiment includes a transfer electrode 11 (first transfer electrode), a transfer electrode 12 (second transfer electrode), and a transfer electrode 13 (fifth transfer). Electrode), photogate electrode 14, signal extraction electrodes 15 and 16, and charge discharging electrode 17.
  • a transfer electrode 11 first transfer electrode
  • a transfer electrode 12 second transfer electrode
  • a transfer electrode 13 second transfer electrode
  • Electrode photogate electrode 14
  • signal extraction electrodes 15 and 16 charge discharging electrode 17.
  • two transfer electrodes 11 and 12 and two signal extraction electrodes 15 and 16 are provided, respectively, but one of each may be provided.
  • two transfer electrodes 13 and two charge discharging electrodes 17 are provided. However, these may be provided one by one.
  • the light receiving unit 9 further includes a photosensitive region 9a, a charge collection region 9b (first charge collection region), and a charge collection region 9c (second charge collection region). .
  • the photosensitive region 9a receives the reflected light L2 and generates electric charges according to the amount of light.
  • the charge collection regions 9b and 9c are arranged adjacent to the photosensitive region 9a with the photosensitive region 9a interposed therebetween. Each of the charge collection regions 9b and 9c collects the charge from the photosensitive region 9a, so that the charge is accumulated in the storage node coupled to each of the charge collection regions 9b and 9c.
  • the photosensitive region 9a is disposed between the charge collection regions 9b and 9c. However, the charge collection regions 9b and 9c may be adjacent to one side of the photosensitive region 9a, and There is no restriction on the positional relationship.
  • the semiconductor substrate 3 is made of a high-concentration p-type (second conductivity type) semiconductor, and the light receiving portion 9 of each pixel P (m, n) is a low-side provided on the surface 3a side of the semiconductor substrate 3. It has a p-type (second conductivity type) surface region 3c having a concentration.
  • An insulating layer 41 is formed on the surface 3a of the semiconductor substrate 3, and a photogate electrode 14 is formed on the surface region 3c between the charge collection regions 9b and 9c via the insulating layer 41.
  • a region in the surface region 3c located immediately below the photogate electrode 14 becomes a photosensitive region 9a.
  • the potential of the photosensitive region 9 a is controlled by the voltage applied to the photogate electrode 14.
  • a slight positive DC voltage is applied to the photogate electrode 14 as necessary. Thereby, a hole electron pair is generated in response to the incidence of light on the photosensitive region 9a.
  • the charge collection regions 9 b and 9 c are high-concentration n-type (first conductivity type) regions formed on the surface region 3 c side of the semiconductor substrate 3.
  • the charge collection regions 9b and 9c are also called floating diffusion regions or charge storage regions.
  • An n-type semiconductor has electrons as carriers in an electrically neutral state, and is positively ionized when the carriers are removed. That is, the band structure of the high-concentration n-type charge collection regions 9b and 9c is greatly depressed downward to constitute a potential well.
  • the signal extraction electrode 15 is formed on the charge collection region 9b, and the signal extraction electrode 16 is formed on the charge collection region 9c.
  • the signal extraction electrodes 15 and 16 are in contact with the charge collection regions 9b and 9c through openings formed in the insulating layer 41.
  • the transfer electrode 11 is disposed on a region between the photosensitive region 9a and the charge collection region 9b.
  • the transfer electrode 12 is disposed on a region between the photosensitive region 9a and the charge collection region 9c.
  • a positive potential (on potential) is applied to the transfer electrode 11
  • the potential in the region immediately below the transfer electrode 11 becomes an intermediate magnitude between the potential of the photosensitive region 9a and the potential of the charge collection region 9b.
  • a potential step from the photosensitive region 9a to the charge collection region 9b is formed, and electrons fall into the potential well of the charge collection region 9b (charge is accumulated in the well).
  • the signal extraction electrodes 15 and 16 are provided on the charge collection regions 9b and 9c to extract signals.
  • a high concentration for signal extraction is adjacent to the charge collection regions 9b and 9c. It is also possible to separately provide a region, arrange another transfer electrode on the region between the high concentration region and the charge collection regions 9b and 9c, and extract a signal by providing a signal extraction electrode on the high concentration region. .
  • the light source unit 30 is a light irradiation unit for irradiating the object B with the light L1, and includes a light source 31, a light source drive circuit 32, and a control circuit 33.
  • the light source 31 includes a semiconductor light emitting element such as a laser element or a light emitting diode.
  • the light source drive circuit 32 drives the light source 31 at a high frequency.
  • the control circuit 33 outputs a driving clock for the light source driving circuit 32. Further, the light source 31 periodically and repeatedly irradiates the object B with pulsed light that has undergone square wave intensity modulation.
  • Irradiation light L1 from the light source 31 is reflected on the surface of the object B, and is incident on the pixels P (m, n) in the imaging region 5 of the distance sensor 1A from the back surface 3b side of the semiconductor substrate 3 as reflected light L2.
  • a plurality of imaging lenses corresponding to the respective pixels P (m, n) may be arranged facing the back surface 3b of the semiconductor substrate 3.
  • the light receiving unit 9 further includes two charge collection regions 9d (fifth charge collection regions).
  • the charge collection region 9d is formed in the surface region 3c of the semiconductor substrate 3, and is disposed adjacent to the photosensitive region 9a with the photosensitive region 9a interposed therebetween.
  • the charge discharging electrode 17 is formed on the charge collecting region 9d.
  • the charge discharging electrode 17 is in contact with the charge collecting region 9 d through the opening formed in the insulating layer 41.
  • the transfer electrode 13 is disposed on a region between the photosensitive region 9a and the charge collection region 9d.
  • FIG. 5A is a graph showing an example of a change over time of the intensity of reflected light incident on a certain pixel P (m, n).
  • FIG. 5B is a graph showing a change with time of the voltage applied to the transfer electrode 11.
  • FIG. 5C is a graph showing the change over time of the voltage applied to the transfer electrode 12.
  • the reflected light L2 is delayed from the light irradiation timing T 1 for a time t corresponding to the distance to the object B is incident on the pixel P (m, n).
  • the transfer electrode 11 is set to the on potential in the first period H 1 after the light irradiation, and is set to the off potential in the second period H 2 thereafter. Further, as shown in FIG. 5C, the transfer electrode 12 is set to the off potential in the first period H 1 and is set to the on potential in the second period H 2 . Then, it is assumed that a part of the reflected light L2 (region A 1 in the graph in the drawing) is incident on the pixel P (m, n) within the first period H 1 . At this time, since the transfer electrode 11 is set to the on potential while the transfer electrode 12 is set to the off potential, the charges generated in the photosensitive region 9a move to the charge collection region 9b and are accumulated.
  • the remainder of the reflected light L2 enters the pixel P (m, n) within the second period H 2 .
  • the transfer electrode 12 is set to the on potential while the transfer electrode 11 is set to the off potential, the charge generated in the photosensitive region 9a moves to the charge collection region 9c and is accumulated. Therefore, the amount of charge accumulated in the charge collection region 9b (the amount of charge of the storage node electrically coupled to the charge collection region 9b) and the amount of charge accumulated in the charge collection region 9c (electrical to the charge collection region 9c)
  • the delay time t that is, the distance to the object B can be known.
  • the processing circuit 8 of the present embodiment outputs a difference between these charge amounts by canceling out the charges in the charge collection region 9b and the charges accumulated in the charge collection region 9c. Also good. Even in such a case, if it is possible to know the total amount of charges accumulated in the charge collection regions 9b and 9c (total amount of charge of storage nodes respectively coupled to the charge collection regions 9b and 9c), It is possible to know the ratio between the amount of charge accumulated in the charge collection region 9b and the amount of charge accumulated in the charge collection region 9c.
  • a driving method of the imaging region 5 (a driving method of the distance sensor according to the present embodiment) for knowing the total amount of charges accumulated in the charge collecting regions 9b and 9c will be described.
  • the sensor drive circuit 7 drives the transfer electrodes 11 and 12 by sequentially executing a plurality of time-divided frames (each indicating a transfer electrode drive pattern).
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a driving method of the imaging region 5 by the sensor driving circuit 7. As shown in FIG. 6, in the driving method of the present embodiment, the processing in each frame F1, F2 is performed while the first frame F1 and the second frame F2 are alternately repeated. FIG. 6 also shows the processing contents in the frames F1 and F2.
  • an accumulation frame F3 that performs charge accumulation in the charge collection regions 9b and 9c (charge accumulation in a storage node coupled to each of the charge collection regions 9b and 9c) and a charge collection region 9b and 9c
  • the reading frames F4 for reading out the charges from are alternately repeated.
  • FIGS. 7A and 7B are timing charts showing the operation of the transfer electrodes 11 to 13 in the storage frame F3.
  • FIG. 7A shows a timing chart in the first frame F1
  • FIG. 7B shows a timing chart in the second frame F2.
  • the driving clock CL of the light source driving circuit 32 output from the control circuit 33 that is, the temporal change in the intensity of the pulsed light output from the light source 31
  • the transfer electrode is shown.
  • 11 shows a drive voltage Vtx 1 applied to the transfer electrode 11
  • a drive voltage Vtx 2 applied to the transfer electrode 12 and a drive voltage Vtxr applied to the transfer electrode 13.
  • the driving clock CL is at every rise once, the driving voltage Vtx 1 and Vtx 2 with a certain period T repeats the ON potential and OFF potential duplicate.
  • the on-time of the drive voltages Vtx 1 and Vtx 2 in each cycle is equal to the on-time t L of the drive clock CL.
  • the time t 0 , t 1 ,. ⁇ , t 9 is defined in the accumulated frames F3 of the first frame F1 and the second frame F2. These intervals are half of one irradiation time t L of the irradiation light L1. At this time, the light source unit 30 irradiates the irradiation light L1 between times t 1 and t 3 . Then, as shown in FIG. 7A, the sensor drive circuit 7 sets the drive voltage Vtx 1 to the on potential between time t 0 to t 2 and t 4 to t 6 in the first frame F1.
  • the drive voltage Vtx 2 is set to the on potential during times t 2 to t 4 and t 6 to t 8 . Further, as shown in FIG. 7B, the sensor drive circuit 7 sets the drive voltage Vtx 1 to the on-potential between the times t 1 to t 3 and t 5 to t 7 in the second frame F2. Then, the drive voltage Vtx 2 is set to the on potential during times t 3 to t 5 and t 7 to t 9 .
  • the drive voltage Vtxr applied to the transfer electrode 13 is set to the on-potential except during the period from when the other drive voltages Vtx 1 and Vtx 2 are first set to the on-potential to the last set to the off-potential. Is set. That is, the drive voltage Vtxr is set to the off potential during the time t 0 to t 8 in the first frame F1, is set to the off potential during the time t 1 to t 9 in the second frame F2, and the other period. At ON potential.
  • the above operation is as follows.
  • the drive voltage Vtx 1 rises at a timing earlier by (t L / 2) than the rise timing of the drive clock CL.
  • the phase of the drive voltage Vtx 1 in the first frame F1 is set to 0 °.
  • the drive voltage Vtx 2 rises at a timing later by t L than the rise timing of the drive voltage Vtx 1 .
  • the phase of the drive voltage Vtx 2 in the first frame F1 is 180 °.
  • the drive voltage Vtx 1 is rises at the same timing as the rising timing of the drive clock CL.
  • the phase of the drive voltage Vtx 1 in the second frame F2 is 90 °.
  • the drive voltage Vtx 2 rises at a timing later by t L than the rise timing of the drive voltage Vtx 1 .
  • the phase of the drive voltage Vtx 2 in the second frame F2 is 270 °.
  • FIG. 8 shows a timing chart with respect to one driving clock CL of the first frame F1 and the second frame F2 shown in FIGS. 7A and 7B in an overlapping manner.
  • the drive voltage Vtx 1 (1) and the drive voltage Vtx 2 (1) respectively indicate the drive voltages Vtx 1 and Vtx 2 in the first frame F1, and the drive voltage Vtx 1 (2) and the drive voltage Vtx 2 (2) are respectively The drive voltages Vtx 1 and Vtx 2 in the second frame F2 are shown.
  • FIG. 9 and 10 further show a chart of the received light pulse waveform of the reflected light L2 in the timing chart shown in FIG.
  • the reflected light L2 is incident on the pixel P (m, n) after a time (t L / 3) from the irradiation of the light L1 onto the object B.
  • the first frame F1 charges corresponding to the area of the region A 3 in FIG. 9 are stored in the charge collecting region 9b, and charges corresponding to the area of the region A 4 are stored in the charge collecting region 9c.
  • the charge amount stored in the charge collection region 9b is Q / 6, and the charge amount stored in the charge collection region 9c is (5 ⁇ Q / 6).
  • the charge amount stored in the charge collection region 9b is (2 ⁇ Q / 3), and the charge amount stored in the charge collection region 9c is Q / 3.
  • the reflected light L2 is incident on the pixel P (m, n) after a time (3 ⁇ t L / 4) after the light L1 is irradiated on the object.
  • the first frame F1 charges corresponding to the area of the region A 7 in the figure are stored in the charge collecting region 9b, and charges corresponding to the area of the region A 8 are stored in the charge collecting region 9c.
  • the charge amount stored in the charge collection region 9b is Q / 4
  • the charge amount stored in the charge collection region 9c is (3 ⁇ Q / 4).
  • the charge amount stored in the charge collection region 9b is Q / 4
  • the charge amount stored in the charge collection region 9c is (3 ⁇ Q / 4).
  • phase 0 ° that is, times t 0 to t 2
  • times t 4 to t 6 From the absolute value of the value obtained by subtracting the collected charge amount and the charge amount collected at phase 270 °, that is, times t 3 to t 5 , t 7 to t 9 , phase 90 °, that is, times t 1 to t 3 , t by adding the absolute value of the collected value obtained by subtracting the amount of charge in the 5 ⁇ t 7, it is possible to obtain a total charge Q generated by the reflected light L2.
  • the ratio of the amount of charge accumulated in each of 9b and 9c (the ratio of the amount of charge accumulated in the storage nodes respectively coupled to the charge collection regions 9b and 9c) is obtained to know the delay time t, that is, the distance to the object B. be able to.
  • FIG. 11A shows a value obtained by subtracting the charge amount of the storage node coupled to the charge collection region 9b from the charge amount of the storage node coupled to the charge collection region 9c (that is, from each pixel P (m, n). It is a graph which shows the relationship between output t) and time t (namely, distance to the target object B) after irradiating the light L1 until the reflected light L2 injects.
  • the graph G11 shows the output value in the first frame F1
  • the graph G12 shows the output value in the second frame F2.
  • the output value is standardized so that the maximum value is 1 and the minimum value is -1.
  • the output value increases from 0 to 1 in the section D 1 where 0 ⁇ t ⁇ t L / 2, and t L / 2 ⁇ t.
  • the output value falls from 1 to 0, and in section D 3 where t L ⁇ t ⁇ (3 ⁇ t L / 2), the output value further falls from 0 to ⁇ 1 (3 Xt L / 2) ⁇ t ⁇ 2t
  • the output value increases from ⁇ 1 to 0.
  • the output value rises from ⁇ 1 to 0 in the section D 1 , the output value further rises from 0 to 1 in the section D 2 , and the section D 3 the output value is lowered from 1 to 0 in the output value in the section D 4 is further lowered from 0 to -1.
  • the signs of the output values in the first frame F1 and the second frame F2 are ( ⁇ ) and (+) in the section D 1 , respectively, and in the section D 2 They are (+) and (+), respectively, (+) and ( ⁇ ) in the section D 3 , and ( ⁇ ) and ( ⁇ ) in the section D 4 , respectively. Therefore, based on the combination of the signs of the output values in the first frame F1 and the second frame F2, the time t from the irradiation of the light L1 to the incidence of the reflected light L2 is any of the sections D 1 to D 4 It can be determined whether it exists in the section.
  • the absolute value of each output value of the first frame F1 and the second frame F2 is taken. Specifically, in the interval D 1 is inverted the sign of the output value of the second frame F2 (graph G12), the sign of the output value of the first frame F1 (graph G11) is inverted in the interval D 3, section in D 3 code of each output value is inverted in the first frame F1 and the second frame F2 (the graph of FIG G13, G14). Thereafter, by adding the absolute values of the output values of the first frame F1 and the second frame F2, a graph G21 having a constant value is obtained regardless of the time t. This graph G21 represents the total charge amount (the charge amount Q described above) generated by the reflected light L2.
  • an appropriate offset value is added to the output value of the second frame F2 in the sections D 1 and D 2 and the output value of the second frame F2 in the sections D 3 and D 4 , respectively.
  • a linear graph G22 in which the output value increases from 0 to 1 in the range of 0 ⁇ t ⁇ 2t L is obtained.
  • the time t that is, the distance to the object B can be known based on the graph G21 and the graph G22.
  • the order of the operations shown in FIGS. 12A to 12C is not limited to the above, and may be performed in a different order. Alternatively, the operations shown in FIGS. 12A to 12C may be performed simultaneously.
  • the output value of the second frame F2 is used.
  • the graph G22 of FIG. 12C is calculated using the output value of the first frame F1. Also good.
  • the time t that is, the target object, based on the difference between the charge amounts accumulated in the accumulation nodes respectively coupled to the charge collection regions 9b and 9c.
  • the distance to B can be obtained. Therefore, a usage method of injecting an equal amount of current into each storage node is possible, thereby avoiding saturation of each storage node.
  • a circuit configuration example for injecting an equal amount of current into each storage node will be described in detail.
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the current injection circuit 20 shown in FIG.
  • the current injection circuit 20 of this embodiment includes a voltage generation circuit 21 and transistors 22a, 22b, 23a, and 23b.
  • the transistors 22a, 22b, 23a, and 23b are field effect transistors such as p-channel MOSFETs.
  • the voltage generation circuit 21 is connected between the power supply potential line 34 and a reference potential line GND having a lower potential than the power supply potential line 34.
  • the voltage generation circuit 21 generates control voltages VC 1 and VC 2 corresponding to the larger charge amount among the charge amounts accumulated in the charge collection regions 9b and 9c.
  • the voltage generation circuit 21 includes a transistor pair 24 and a current source 25 connected in series between the power supply potential line 34 and the reference potential line GND. Further, the voltage generation circuit 21 includes buffer circuits 27 and 28.
  • the transistor pair 24 includes transistors 24a and 24b.
  • the transistors 24a and 24b are field effect transistors such as p-channel MOSFETs.
  • One current terminal (first current terminal) of each of the transistors 24 a and 24 b is short-circuited to each other and is electrically connected to the power supply potential line 34 via the current source 25.
  • the other current terminals (second current terminals) of the transistors 24a and 24b are short-circuited to each other and are electrically connected to the reference potential line GND.
  • the control terminal of the transistor 24a is electrically connected to the signal extraction electrode 15 on the charge collection region 9b via the storage node 26a.
  • the control terminal of the transistor 24b is electrically connected to the signal extraction electrode 16 on the charge collection region 9c via the storage node 26b.
  • the accumulation node 26a accumulates the collected charge in the charge collection region 9b, and the accumulation node 26b accumulates the collected charge in the charge collection region 9c.
  • Current source 25 includes a transistor 25a.
  • the transistor 25a is a field effect transistor such as a p-channel MOSFET.
  • One current terminal (first current terminal) of the transistor 25 a is electrically connected to the power supply potential line 34.
  • the other current terminal (second current terminal) of the transistor 25a is electrically connected to the first current terminal of each of the transistors 24a and 24b.
  • a predetermined bias voltage V 1 is applied to the control terminal of the transistor 25a.
  • the current source may further include another transistor connected in parallel with the transistor 25a.
  • the transistor 22a supplies a current for removing the disturbance light component and avoiding the saturation of the storage node 26a to the storage node 26a.
  • One current terminal (first current terminal) of the transistor 22a is connected to the power supply potential line 34, and the other current terminal (second current terminal) is connected to the storage node 26a via the transistor 23a.
  • the control terminal of the transistor 22 a is electrically connected to a node N 1 between the transistor pair 24 and the current source 25 via the buffer circuit 27.
  • the transistor 22b supplies a charge for removing the disturbance light component to the storage node 26b.
  • One current terminal (first current terminal) of the transistor 22b is connected to the power supply potential line 34, and the other current terminal (second current terminal) is connected to the storage node 26b via the transistor 23b.
  • the control terminal of the transistor 22 b is connected to the node N 1 through the buffer circuit 28.
  • the transistor 23a is cascode-connected to the transistor 22a and suppresses fluctuations in the potential of the storage node 26a from affecting the operation of the transistor 22a. Specifically, one current terminal (first current terminal) of the transistor 23a is connected to the second current terminal of the transistor 22a, and the other current terminal (second current terminal) of the transistor 23a is stored. It is connected to the node 26a. A predetermined bias voltage V 3 is applied to the control terminal of the transistor 23a.
  • the transistor 23b is cascode-connected to the transistor 22b and suppresses fluctuations in the potential of the storage node 26b from affecting the operation of the transistor 22b. Specifically, one current terminal (first current terminal) of the transistor 23b is connected to the second current terminal of the transistor 22b, and the other current terminal (second current terminal) of the transistor 23b is stored. It is connected to the node 26b. A predetermined bias voltage V 4 is applied to the control terminal of the transistor 23b. In one embodiment, the bias voltage V 3 and the bias voltage V 4 are equal to each other.
  • the buffer circuit 27 generates a control voltage VC 1 by shifting the potential of the node N 1 and provides it to the control terminal of the transistor 22a.
  • the buffer circuit 27 includes, for example, a source follower circuit. Specifically, the buffer circuit 27 includes transistors 27a and 27b connected in series with each other. One current terminal (first current terminal) of the transistor 27a is connected to the power supply potential line 34, and the other current terminal (second current terminal) is connected to one current terminal (first current terminal) of the transistor 27b. It is connected. The other current terminal (second current terminal) of the transistor 27b is connected to the reference potential line GND. A predetermined bias voltage V 5 is applied to the control terminal of the transistor 27a. The potential of the node N 1 is input to the control terminal of the transistor 27b.
  • the buffer circuit 27 outputs a control voltage VC 1 having a magnitude corresponding to the potential of the node N 1 from a node between the transistors 27a and 27b.
  • the buffer circuit 28 shifts the potential of the node N 1 to generate the control voltage VC 2 and provides it to the control terminal of the transistor 22b.
  • the buffer circuit 28 includes, for example, a source follower circuit.
  • the buffer circuit 28 includes transistors 28a and 28b connected in series with each other.
  • One current terminal (first current terminal) of the transistor 28a is connected to the power supply potential line 34, and the other current terminal (second current terminal) is connected to one current terminal (first current terminal) of the transistor 28b. It is connected.
  • the other current terminal (second current terminal) of the transistor 28b is connected to the reference potential line GND.
  • a predetermined bias voltage V 6 is applied to the control terminal of the transistor 28a.
  • the control terminal of the transistor 28b is the potential of the node N 1 is input.
  • the buffer circuit 28 outputs a control voltage VC 2 having a magnitude corresponding to the potential of the node N 1 from a node between the transistors 28a and 28b.
  • the magnitudes of the bias voltages V 5 and V 6 are set such that the amount of current supplied from the transistor 22a to the storage node 26a is equal to the amount of current supplied from the transistor 22b to the storage node 26b.
  • V 5 V 6 may be sufficient.
  • the buffer circuits 27 and 28 may be omitted.
  • transistors 22a, 22b are each controlled terminal being connected directly to the node N 1, the potential of the node N 1 is provided to these control terminals as the control voltage VC 1, VC 2.
  • the current injection circuit 20 further includes reset circuits 35 and 36.
  • the reset circuit 35 has a transistor 35a
  • the reset circuit 36 has a transistor 36a.
  • the reset potential Vr is input to one current terminal (first current terminal) of the transistors 35a and 36a.
  • the other current terminal (second current terminal) of the transistor 35a is connected to the storage node 26a, and the other current terminal (second current terminal) of the transistor 36a is connected to the storage node 26b.
  • the reset signal Sr is input to the control terminals of the transistors 35a and 36a, and the transistors 35a and 36a are turned on, whereby the charges of the storage nodes 26a and 26b are discharged.
  • the potentials of the storage nodes 26a and 26b become magnitudes corresponding to the amounts of charge flowing into the charge collection regions 9b and 9c, respectively.
  • the accumulation frame F3 see FIG. 6
  • the inflow of charges into the charge collection regions 9b and 9c continues, and when one of the accumulation nodes 26a and 26b exceeds the turn-on voltage, the transistors 24a and 24b One of them starts to flow a current corresponding to the potential of the one storage node. Therefore, the potential of the node N 1 has a magnitude corresponding to the larger one of the charge amounts stored in the charge collection regions 9b and 9c (storage nodes 26a and 26b).
  • Control voltages VC 1 and VC 2 having a magnitude corresponding to the potential of the node N 1 are output to the control terminals of the transistors 22a and 22b.
  • the transistors 22a and 22b receive the above-described control voltages VC 1 and VC 2 at their control terminals, and flow currents corresponding to the magnitudes of the control voltages VC 1 and VC 2 .
  • predetermined bias voltages V 3 and V 4 are always applied to the control terminals of the transistors 23a and 23b, currents from the transistors 23a and 23b are injected into the storage nodes 26a and 26b, respectively.
  • the same amount of charge is canceled in the storage nodes 26a and 26b, and saturation of the storage nodes 26a and 26b (charge collection regions 9b and 9c) due to disturbance light is avoided.
  • the distance to the object B can be obtained based on the difference in the amount of charge accumulated in the accumulation nodes respectively coupled to the charge collection regions 9b and 9c. Therefore, a usage method in which an equal amount of current is injected into each storage node by the current injection circuit 20 becomes possible, thereby avoiding saturation of each storage node.
  • the light emission state of the light source is intermittent in this embodiment, so that the intensity of irradiation light can be increased. That is, the intensity (ie, S / N ratio) of irradiation light with respect to the intensity of disturbance light can be increased. Further, when outputting intermittent light such as pulsed light as compared with continuous light such as triangular wave light, there is an advantage that the selectivity of the light source such as duty ratio and light quantity is high (selection is easy). .
  • the distance sensor described in Patent Document 1 can measure only a distance corresponding to a delay time equal to the irradiation time of the irradiation light L1.
  • the sensor drive circuit 7 may drive the transfer electrode 13 as described above in each of the frames F1 and F2.
  • the transfer electrode 13 charges due to disturbance light can be discharged using the transfer electrode 13 except during a period in which the transfer electrodes 11 and 12 are driven. Therefore, further suppression of saturation due to disturbance light and reduction of shot noise due to disturbance light can be achieved, so that resistance to disturbance light and distance measurement accuracy can be improved.
  • cascode devices such as transistors 23a and 23b are connected between the transistors 22a and 22b and the storage nodes 26a and 26b.
  • the potentials of transistors 22a and 22b and storage nodes 26a and 26b are separated. Therefore, even if there is a potential difference between the storage node 26a and the storage node 26b, the influence on the drain-source voltages of the transistors 22a and 22b is suppressed, and the drain-source voltages of these transistors 22a and 22b are mutually reduced. Can be equal.
  • the difference in the amount of current injected from the transistors 22a and 22b to the storage nodes 26a and 26b (charge collection regions 9b and 9c) is reduced, and these injected current amounts can be accurately controlled to be substantially equal. . Therefore, the error in outputting the difference between the charge amounts accumulated in the charge collection regions 9b and 9c in the processing circuit 8 can be reduced, and the accuracy of the measurement distance can be increased.
  • FIG. 14A and FIG. 14B are diagrams showing a timing chart of the driving method according to the first modification of the embodiment.
  • the sensor drive circuit 7 of the above embodiment is based on the timing charts shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b) instead of the timing charts shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
  • the transfer electrodes 11 and 12 may be driven.
  • the difference between the timing chart of the first modified example and the timing chart of the above embodiment is the length of the on time of the drive voltages Vtx 1 and Vtx 2 .
  • the on-time of the drive voltages Vtx 1 and Vtx 2 is equal to the on-time of the drive clock CL (that is, the irradiation time of the irradiation light L1) t L , but in this first modified example, the drive voltages Vtx 1 and Vtx The on-time of 2 is half the time t L (t L / 2).
  • time t 0 , t 1 ,. ⁇ , t 8 is defined in the accumulated frame F3 of each of the first frame F1 and the second frame F2. These intervals are half of one irradiation time t L of the irradiation light L1. At this time, the light source unit 30 irradiates the irradiation light L1 between times t 1 and t 3 . Then, as shown in FIG. 14A, the sensor drive circuit 7 sets the drive voltage Vtx 1 to the on potential between time t 0 to t 1 and t 4 to t 5 in the first frame F1.
  • the drive voltage Vtx 2 is set to the on potential during times t 2 to t 3 and t 6 to t 7 .
  • the sensor drive circuit 7 sets the drive voltage Vtx 1 to the on-potential between the times t 1 to t 2 and t 5 to t 6 in the second frame F2. Then, the drive voltage Vtx 2 is set to the on potential during times t 3 to t 4 and t 7 to t 8 .
  • the drive voltage Vtxr applied to the transfer electrode 13 is set to the on-potential except during the period from when the other drive voltages Vtx 1 and Vtx 2 are first set to the on-potential to the last set to the off-potential. Is set. That is, the drive voltage Vtxr is set to the off potential during the time t 0 to t 7 in the first frame F1, is set to the off potential during the time t 1 to t 8 in the second frame F2, and the other period. At ON potential.
  • FIGS. 15A to 15C are diagrams for explaining a distance calculation method in the first modification.
  • FIG. 15A illustrates a value obtained by subtracting the charge amount of the storage node coupled to the charge collection region 9b from the charge amount of the storage node coupled to the charge collection region 9c (ie, from each pixel P (m, n). It is a graph which shows the relationship between output t) and time t (namely, distance to the target object B) after irradiating the light L1 until the reflected light L2 injects.
  • a graph G41 shows an output value in the first frame F1
  • a graph G42 shows an output value in the second frame F2.
  • the output value is standardized so that the maximum value is 1 and the minimum value is -1.
  • the output value is constant at 1 in the section D 1 where 0 ⁇ t ⁇ t L / 2, and t L / 2 ⁇ t ⁇ t L.
  • the output value decreases from 1 to ⁇ 1 in the interval D 2 of the current period, and the output value becomes constant at ⁇ 1 in the interval D 3 of t L ⁇ t ⁇ (3 ⁇ t L / 2), and (3 ⁇ t L / 2) )
  • the output value rises from ⁇ 1 to 1 in the interval D 4 where ⁇ t ⁇ 2t L.
  • the output value rises from ⁇ 1 to 1 in the section D 1 , the output value becomes constant at 1 in the section D 2 , and the output value in the section D 3 down from 1 to -1, the output value in the section D 4 becomes constant at -1.
  • the first frame F1 and the second frame F2 are sections in which the output value (graph G41) of the first frame F1 is smaller than the output value (graph G42) of the second frame F2.
  • the sign having the smaller absolute value among the output values is inverted.
  • the output value of the first frame F1, and the sign of the output value of the second frame F2 in the interval D 3 is inverted in the interval D 2.
  • the output value of the second frame F2 in the sections D 1 and D 3 and the output value of the first frame F1 in the sections D 2 and D 4 both have a positive slope with respect to the time t.
  • the distance to the object B is obtained based on the difference between the charge amounts accumulated in the accumulation nodes respectively coupled to the charge collection regions 9b and 9c, as in the above embodiment. Can do. Therefore, a usage method of injecting an equal amount of current into each storage node is possible, thereby avoiding saturation of each storage node. In addition, other effects of the above-described embodiment can be suitably achieved.
  • the sensor driving circuit 7 may drive the transfer electrode 13 as described above in each of the frames F1 and F2. As a result, it is possible to further suppress saturation due to disturbance light and to reduce shot noise due to disturbance light, so that it is possible to improve resistance to disturbance light and distance measurement accuracy.
  • FIG. 16 is a plan view showing a light receiving unit 9A according to a second modification of the embodiment.
  • the light receiving unit 9A of the second modified example includes a transfer electrode 11 (first transfer electrode), a transfer electrode 12 (second transfer electrode), and a transfer electrode 51 (third transfer electrode). ) And one transfer electrode 52 (fourth transfer electrode).
  • These transfer electrodes 11, 12, 51, 52 are arranged around the photogate electrode 14 along with the photogate electrode 14.
  • the photogate electrode 14 is located between the transfer electrode 11 and the transfer electrode 12, and the photogate electrode 14 is located between the transfer electrode 51 and the transfer electrode 52.
  • 11, 12, 51, 52 are aligned with the photogate electrode 14, there is no restriction on the positional relationship between them.
  • the light receiving unit 9A has one signal extraction electrode 15, 16, 55, 56, respectively.
  • the transfer electrode 11 is arranged between the signal extraction electrode 15 and the photogate electrode 14, the transfer electrode 12 is arranged between the signal extraction electrode 16 and the photogate electrode 14, and the transfer electrode 51 is arranged between the signal extraction electrode 55 and the photogate electrode 14.
  • the transfer electrode 52 is disposed between the signal extraction electrode 56 and the photogate electrode 14.
  • the light receiving unit 9 ⁇ / b> A includes a transfer electrode 13 and a charge discharging electrode 17.
  • the configuration immediately below the transfer electrodes 11 and 12 and the signal extraction electrodes 15 and 16 is the same as in FIG. 3, and the configuration immediately below the transfer electrode 13 and the charge discharging electrode 17 is the same as in FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line XVII-XVII in FIG. 16, including the configuration immediately below the transfer electrodes 51 and 52 and the signal extraction electrodes 55 and 56.
  • FIG. 17 the light receiving unit 9A further includes a charge collection region 9e (third charge collection region) and a charge collection region 9f (fourth charge collection region).
  • the charge collection regions 9e and 9f are arranged so as to be adjacent to the photosensitive region 9a with the photosensitive region 9a interposed therebetween, collect charges from the photosensitive region 9a, and store them in the respective storage nodes.
  • the configuration of the charge collection regions 9e and 9f is the same as the configuration of the charge collection regions 9b and 9c shown in FIG.
  • the signal extraction electrode 55 is formed on the charge collection region 9e, and the signal extraction electrode 56 is formed on the charge collection region 9f.
  • the signal extraction electrodes 55 and 56 are in contact with the charge collection regions 9e and 9f through the openings formed in the insulating layer 41.
  • the transfer electrode 51 is disposed on a region between the photosensitive region 9a and the charge collection region 9e.
  • the transfer electrode 52 is disposed on a region between the photosensitive region 9a and the charge collection region 9f.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a driving method of the sensor driving circuit in the second modification.
  • the process in the frame F5 is performed while the same frame F5 is repeated.
  • FIG. 18 also shows the processing contents in the frame F5.
  • the accumulation frame F6 for accumulating charges in the accumulation nodes respectively coupled to the charge collection regions 9b, 9c, 9e, and 9f, and reading out the charges from the charge collection regions 9b, 9c, 9e, and 9f.
  • the readout frame F4 to be performed is repeated alternately.
  • FIG. 19 is a timing chart showing the operation of the transfer electrodes 11, 12, 13, 51, 52 in the storage frame F6.
  • the drive clock CL the drive voltage Vtx 1 applied to the transfer electrode 11, the drive voltage Vtx 2 applied to the transfer electrode 12, the drive voltage Vtx 3 applied to the transfer electrode 51, and the transfer A drive voltage Vtx 4 applied to the electrode 52 and a drive voltage Vtxr applied to the transfer electrode 13 are shown.
  • the drive voltages Vtx 1 to Vtx 4 are repeatedly turned on and off twice with a certain period T.
  • the on-time of the drive voltages Vtx 1 to Vtx 2 in each cycle is half of the on-time t L of the drive clock CL (t L / 2).
  • equidistant times t 0 , t 1 ,..., T 8 are defined in the accumulation frame F 6 of each frame F 5. These intervals are half of one irradiation time t L of the irradiation light L1. At this time, the light source unit 30 irradiates the irradiation light L1 between times t 1 and t 3 . Then, as shown in FIG. 19, equidistant times t 0 , t 1 ,..., T 8 are defined in the accumulation frame F 6 of each frame F 5. These intervals are half of one irradiation time t L of the irradiation light L1. At this time, the light source unit 30 irradiates the irradiation light L1 between times t 1 and t 3 . Then, as shown in FIG.
  • the sensor drive circuit 7 sets the drive voltage Vtx 1 to the on potential during the times t 0 to t 1 and t 4 to t 5 , and the drive voltage Vtx 2 Is set to the on potential between times t 1 to t 2 and t 5 to t 6 , the drive voltage Vtx 3 is set to the on potential between times t 2 to t 3 and t 6 to t 7 , and the drive voltage Vtx 4 is set. Is set to the on potential during times t 3 to t 4 and t 7 to t 8 .
  • the drive voltage Vtxr applied to the transfer electrode 13 is set to the on-potential except during a period from when the other drive voltages Vtx 1 to Vtx 4 are first set to the on-potential to the last set to the off-potential. Is set. That is, the drive voltage Vtxr is set to the off potential during the times t 0 to t 8 in each frame F5, and is set to the on potential during the other periods.
  • the second modification is an example in which the first frame F1 and the second frame F2 of the first modification are collectively executed in one frame F5. Therefore, the distance calculation method in the second modification is the same as the distance calculation method in the first modification (see FIGS. 15A to 15C). That is, the output value of the first frame F1 in the first modification example is changed from the charge amount of the storage node connected to the charge collection area 9c to the charge quantity of the storage node connected to the charge collection area 9b in this second modification example.
  • the output value of the second frame F2 in the first modification is used as the subtracted value, and in this second modification, the charge amount of the storage node coupled to the charge collection region 9f is changed to the value of the storage node coupled to the charge collection region 9e.
  • a value obtained by subtracting the amount of charge is preferable.
  • the difference between the charge amounts accumulated in the storage nodes respectively coupled to the charge collection regions 9b and 9c and the charge collection regions 9e and 9f are coupled to each other. Based on the difference in the amount of charge accumulated in the accumulation node, the distance to the object B can be obtained. Therefore, a usage method of injecting an equal amount of current into each storage node is possible, thereby avoiding saturation of each storage node. In addition, other effects of the above-described embodiment can be suitably achieved.
  • the sensor drive circuit 7 may drive the transfer electrode 13 in each frame F5 as described above. As a result, it is possible to further suppress saturation due to disturbance light and to reduce shot noise due to disturbance light, so that it is possible to improve resistance to disturbance light and distance measurement accuracy.
  • each transistor of the sensor driving circuit is a MOSFET is illustrated, but each transistor may be another FET or a bipolar transistor.
  • SYMBOLS 1A ... Distance sensor, 3 ... Semiconductor substrate, 5 ... Imaging area, 7 ... Sensor drive circuit, 8 ... Processing circuit, 9, 9A ... Light receiving part, 9a ... Photosensitive area, 9b-9f ... Charge collection area, 11, 12 , 13, 51, 52... Transfer electrode, 14... Photogate electrode, 15, 16, 55, 56... Signal extraction electrode, 17... Charge discharging electrode, 20.

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Abstract

本発明は、光感応領域の電荷が第１および第２の転送電極(１１，１２)の駆動により振り分けられる電荷収集領域（９ｂ，９ｃ）にそれぞれ結合された蓄積ノードに等量の電流を注入する一方、蓄積ノードそれぞれの電荷量の差分情報に基づいて対象物までの距離を求める距離センサに関する。蓄積ノードそれぞれに等量の電流を注入することにより各蓄積ノードの外乱光に起因した飽和が回避される一方、電極駆動パターンをそれぞれ示す複数フレームに従って第１および第２の転送電極(１１，１２)を駆動させることにより、電流注入の影響を受けにくい、蓄積ノードそれぞれの電荷量の差分情報が得 られる。

Description

距離センサおよび距離センサの駆動方法
　本発明は、距離センサおよび距離センサの駆動方法に関するものである。
　光源から光を放出したタイミングと、対象物からの反射光が到達したタイミングとの時間差に基づいて、対象物までの距離を測定する飛行時間（ＴＯＦ：Time-of-Flight）法が知られている。例えば、下記の特許文献１には、ＴＯＦ法に基づく距離センサが記載されている。この特許文献１に記載された距離センサは、電荷振分け型の構成を備えており、パルス状の光を照射した後の第１の期間に発生する電荷と、第１の期間後の第２の期間に発生する電荷とが、それぞれ異なる電荷収集領域に結合された蓄積ノードに蓄積される。そして、これらの蓄積ノードに蓄積された電荷量の比に基づいて、対象物までの距離を算出する。
　また、非特許文献１には、三角波状の光を照射し、照射光とその反射光との位相差に基づいて、対象物までの距離を測定する方法が記載されている。
特開２０１１－１３３４６４号公報
David Stoppa et al., Introduction to 3D Time-of -Flight Image Sensors, European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC), European Solid-State Device Conference (ESSDERC), 2015
　発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、距離センサにおいては、一般に、反射光による電荷のみでなく、外乱光による電荷も蓄積ノードに蓄積される。特許文献１に記載された距離センサでは、距離の算出を行う際に、蓄積ノードそれぞれにおいて得られた電荷量から外乱光に相当する電荷量が差し引かれる。したがって、反射光による電荷と外乱光による電荷とが共に蓄積ノードそれぞれに蓄積され、蓄積ノードが飽和し易くなるという課題があった。なお、特許文献１に記載された方法では、パルス状の光が出力されるので、外乱光の強さに対する照射光の強度（すなわちＳ／Ｎ比）を高くすることができるという利点がある。
　また、非特許文献１に記載された方法では、三角波状の光が対象物に照射されるので、その１周期の間に発生する電荷をすべて取り込むためには、１周期の間、常にいずれかの転送電極がオン電位（電荷転送を可能にする電位）に設定される必要がある。この場合、外乱光による電荷を多く取り込むこととなり、蓄積ノードそれぞれが飽和し易くなる。また、パルス状の光が出力される場合と比較して、光源の発光状態が連続するので、照射光の強度が低く抑えられ、外乱光の強さに対する照射光の強度（すなわちＳ／Ｎ比）が低いという課題があった。
　ここで、蓄積ノードの飽和を回避するために、各蓄積ノードに電流を注入して電荷を打ち消すことが考えられる。そのような方式では、外乱光の強度が不明な状態で電流注入を行う必要があるため、各蓄積ノードに等量の電流を注入するとともに、蓄積ノードそれぞれに蓄積された電荷量の差分により対象物までの距離を求め得ることが望まれる。電荷量の差分であれば、注入された電流の影響を受けないからである。しかしながら、上記特許文献１および非特許文献１に記載された距離センサでは、そのような方法での使用が困難である。
　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、光感応領域の電荷が複数の転送電極の駆動により振り分けられる電荷収集領域にそれぞれ電気的に結合された蓄積ノードに等量の電流を注入する一方、蓄積ノードそれぞれの電荷量の差分情報に基づいて対象物までの距離を求めることを可能にするための構造を備えた距離センサおよび距離センサの駆動方法を提供することを目的としている。
　本実施形態に係る距離センサは、対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を検出することにより該対象物までの距離を計測する距離センサであって、その一態様として、光照射部と、半導体基板と、第１の転送電極と、第２の転送電極と、駆動部と、を備える。光照射部は、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する。半導体基板は、光感応領域と、第１および第２の電荷収集領域と、を有する。光感応領域は、反射光の光量に応じた電荷を発生する領域である。第１および第２の電荷収集領域それぞれは、光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、該光感応領域からの電荷を収集する領域である。第１の転送電極は、光感応領域と第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、オン電位またはオフ電位に設定可能な電極である。ここで、オン電位は、光感応領域から第１の電荷収集領域への電荷転送を可能にする電位であり、オフ電位は、この電荷転送を停止させる電位である。第２の転送電極は、光感応領域と前記第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、光感応領域から第２の電荷収集領域への電荷転送を可能にする電位であり、オフ電位は、この電荷転送を停止させる電位である。駆動部は、それぞれが、第１および第２の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ9で定義された複数のフレームを順に実行することにより、これら第１および第２の転送電極を駆動させる。上述のような構成において、光照射部は、複数のフレームそれぞれにおいて光を時刻ｔ1～ｔ3の間照射する。また、駆動部は、複数のフレームのうちの第１フレームにおいて、第１の転送電極を時刻ｔ0～ｔ2およびｔ4～ｔ6の間オン電位に設定する一方、第２の転送電極を時刻ｔ2～ｔ4およびｔ6～ｔ8の間オン電位に設定する。更に、駆動部は、第１フレームとは別の第２フレームにおいて、第１の転送電極を時刻ｔ1～ｔ3およびｔ5～ｔ7の間オン電位に設定する一方、第２の転送電極を時刻ｔ3～ｔ5およびｔ7～ｔ9の間オン電位に設定する。
　本実施形態に係る距離センサは、パルス状の光を対象物に照射する距離センサであって、光感応領域の電荷が複数の転送電極の駆動により振り分けられる電荷収集領域にそれぞれ電気的に結合された蓄積ノードに等量の電流を注入する一方、蓄積ノードそれぞれの電荷量の差分情報に基づいて対象物までの距離を求めるための構造を有する。そのため、当該距離センサおよび当該距離センサを駆動対象とする駆動方法によれな、蓄積ノードそれぞれに等量の電流を注入することにより各蓄積ノードの外乱光に起因した飽和が回避される一方、電極駆動パターンをそれぞれ示す複数フレームに従って第１および第２の転送電極を駆動させることにより、電流注入の影響を受けにくい、蓄積ノードそれぞれの電荷量の差分情報が得られる。
は、本発明の一実施形態に係る距離センサの構成を示す平面図である。 は、図１に示された距離センサの各画素の受光部の平面図である。 は、図２のIII－III線に沿った断面図である。 は、図２のIV－IV線に沿った断面図である。 は、或る画素に入射する反射光の強度の時間変化の例を示すグラフ、および２つの転送電極にそれぞれ印加される電圧の時間変化を示すグラフである。 は、センサ駆動回路による撮像領域の駆動方式を示す図である。 は、第１フレームの蓄積フレームにおける転送電極の動作を示すタイミングチャート、および第２フレームの蓄積フレームにおける転送電極の動作を示すタイミングチャートである。 は、第１フレームおよび第２フレームの１回の駆動クロックに対するタイミングチャートを重ねて示す図である。 は、図８に示されたタイミングチャートにおいて、反射光の受光パルス波形のチャートを更に示す図である。 図８に示されたタイミングチャートにおいて、反射光の受光パルス波形のチャートを更に示す図である。 は、各画素からの出力値と、光を照射してから反射光が入射するまでの時間との関係を示すグラフ、第１フレームおよび第２フレームにおける出力値の符号を示す図表、および総電荷量の算出方法を示す図である。 は、第１フレームおよび第２フレームにおける出力値から距離を算出する方法を示す図である。 は、電流注入回路の詳細な構成を示す回路図である。 は、第１変形例に係る駆動方法のタイミングチャートを示す図である。 は、第１変形例における距離算出方法を説明するための図である。 は、第２変形例に係る受光部を示す平面図である。 は、図１６のXVII－XVII線に沿った断面図である。 は、第２変形例におけるセンサ駆動回路の駆動方式を示す図である。 は、蓄積フレームにおける転送電極の動作を示すタイミングチャートである。
　[本願発明の実施形態の説明]
  最初に本願発明の実施形態の対応それぞれを個別に列挙して説明する。
　（１）本実施形態に係る距離センサは、対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を検出することにより該対象物までの距離を計測する距離センサであって、その一態様として、光照射部と、半導体基板と、第１の転送電極と、第２の転送電極と、駆動部と、を備える。光照射部は、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する。半導体基板は、光感応領域と、第１および第２の電荷収集領域と、を有する。光感応領域は、反射光の光量に応じた電荷を発生する領域である。第１および第２の電荷収集領域それぞれは、光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、該光感応領域からの電荷を収集する領域である。第１の転送電極は、光感応領域と第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、オン電位またはオフ電位に設定可能な電極である。ここで、オン電位は、光感応領域から第１の電荷収集領域への電荷転送を可能にする電位であり、オフ電位は、この電荷転送を停止させる電位である。第２の転送電極は、光感応領域と前記第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、光感応領域から第２の電荷収集領域への電荷転送を可能にする電位であり、オフ電位は、この電荷転送を停止させる電位である。駆動部は、それぞれが、第１および第２の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ9で定義された複数のフレームを順に実行することにより、これら第１および第２の転送電極を駆動させる。上述のような構成において、光照射部は、複数のフレームそれぞれにおいて光を時刻ｔ1～ｔ3の間照射する。また、駆動部は、複数のフレームのうちの第１フレームにおいて、第１の転送電極を時刻ｔ0～ｔ2およびｔ4～ｔ6の間オン電位に設定する一方、第２の転送電極を時刻ｔ2～ｔ4およびｔ6～ｔ8の間オン電位に設定する。更に、駆動部は、第１フレームとは別の第２フレームにおいて、第１の転送電極を時刻ｔ1～ｔ3およびｔ5～ｔ7の間オン電位に設定する一方、第２の転送電極を時刻ｔ3～ｔ5およびｔ7～ｔ9の間オン電位に設定する。
　（２）本実施形態の一態様として、当該距離センサにおける上記駆動部は、それぞれが、第１および第２の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8で定義された複数のフレームを順に実行することにより、これら第１および第２の転送電極を駆動させてもよい。この場合、光照射部は、複数のフレームそれぞれにおいて光を時刻ｔ1～ｔ3の間照射する。駆動部は、複数のフレームのうちの第１フレームにおいて、第１の転送電極を時刻ｔ0～ｔ1およびｔ4～ｔ5の間オン電位に設定する一方、第２の転送電極を時刻ｔ2～ｔ3およびｔ6～ｔ7の間オン電位に設定する。更に、駆動部は、第１フレームとは別の第２フレームにおいて、第１の転送電極を時刻ｔ1～ｔ2およびｔ5～ｔ6の間オン電位に設定する一方、第２の転送電極を時刻ｔ3～ｔ4およびｔ7～ｔ8の間オン電位に設定する。
　（３）本実施形態の一態様として、当該距離センサは、光照射部と、半導体基板と、第１～第４の転送電極と、駆動部と、を備えてもよい。光照射部は、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する。半導体基板は、光感応領域と、第１～第４の電荷収集領域と、を有する。ここで、光感応領域は、反射光の光量に応じた電荷を発生する。第１～第４の電荷収集領域は、それぞれが光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、該光感応領域からの電荷を収集する。第１の転送電極は、光感応領域と第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、第２の転送電極は、光感応領域と第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、第３の転送電極は、光感応領域と第３の電荷収集領域との間の領域上に配置され、第４の転送電極は、光感応領域と第４の電荷収集領域との間の領域上に配置される。第１～第４の転送電極のそれぞれは、光感応領域から対応する電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、この電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な電極である。駆動部は、それぞれが、第１～第４の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8で定義された複数のフレームを順に実行することにより、これら第１～第４の転送電極を駆動させる。上述のような構成において、光照射部は、複数のフレームそれぞれにおいて光を時刻ｔ1～ｔ3の間照射する。駆動部は、複数のフレームそれぞれにおいて、第１の転送電極を時刻ｔ0～ｔ1およびｔ4～ｔ5の間オン電位に設定し、第２の転送電極を時刻ｔ1～ｔ2およびｔ5～ｔ6の間オン電位に設定し、第３の転送電極を時刻ｔ2～ｔ3およびｔ6～ｔ7の間オン電位に設定し、第４の転送電極を時刻ｔ3～ｔ4およびｔ7～ｔ8の間オン電位に設定する。
　（４）本実施形態に係る距離センサの駆動方法は、対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を検出することにより該対象物までの距離を計測する距離センサを駆動する。駆動対象となる距離センサは、光照射部と、半導体基板と、第１の転送電極と、第２の転送電極と、を備える。光照射部は、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する。半導体基板は、光感応領域と、第１および第２の電荷収集領域と、を有する。光感応領域は、反射光の光量に応じた電荷を発生する領域である。第１および第２の電荷収集領域それぞれは、光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、該光感応領域からの電荷を収集する領域である。第１の転送電極は、光感応領域と第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、オン電位またはオフ電位に設定可能な電極である。ここで、オン電位は、光感応領域から第１の電荷収集領域への電荷転送を可能にする電位であり、オフ電位は、この電荷転送を停止させる電位である。第２の転送電極は、光感応領域と前記第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、光感応領域から第２の電荷収集領域への電荷転送を可能にする電位であり、オフ電位は、この電荷転送を停止させる電位である。当該駆動方法は、その一態様として、それぞれが、第１および第２の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ9で定義された複数のフレームを順に実行する。具体的に、当該駆動方法では、複数のフレームそれぞれにおいて光照射部から光が時刻ｔ1～ｔ3の間照射される。また、当該駆動方法では、複数のフレームのうちの第１フレームにおいて、第１の転送電極が時刻ｔ0～ｔ2およびｔ4～ｔ6の間オン電位に設定される一方、第２の転送電極が時刻ｔ2～ｔ4およびｔ6～ｔ8の間オン電位に設定される。更に、当該駆動方法では、第１フレームとは別の第２フレームにおいて、第１の転送電極が時刻ｔ1～ｔ3およびｔ5～ｔ7の間オン電位に設定される一方、第２の転送電極が時刻ｔ3～ｔ5およびｔ7～ｔ9の間オン電位に設定される。
　（５）本実施形態の一態様として、当該駆動方法は、上述のような構造を有する距離センサを駆動対象とし、それぞれが、第１および第２の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8で定義された複数のフレームを順に実行してもよい。この場合、当該駆動方法では、複数のフレームそれぞれにおいて光照射部から光が各フレームの時刻ｔ1～ｔ3の間照射される。また、当該駆動方法では、複数のフレームのうちの第１フレームにおいて、第１の転送電極が時刻ｔ0～ｔ1およびｔ4～ｔ5の間オン電位に設定される一方、第２の転送電極が時刻ｔ2～ｔ3およびｔ6～ｔ7の間オン電位に設定される。更に、当該駆動方法では、第１フレームとは別の第２フレームにおいて、第１の転送電極が時刻ｔ1～ｔ2およびｔ5～ｔ6の間オン電位に設定される一方、第２の転送電極が時刻ｔ3～ｔ4およびｔ7～ｔ8の間オン電位に設定される。
　（６）本実施形態の一態様として、当該駆動方法の駆動対象となる距離センサは、光照射部と、半導体基板と、第１～第４の転送電極と、を備えてもよい。光照射部は、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する。半導体基板は、光感応領域と、第１～第４の電荷収集領域と、を有する。ここで、光感応領域は、反射光の光量に応じた電荷を発生する。第１～第４の電荷収集領域は、それぞれが光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、該光感応領域からの電荷を収集する。第１の転送電極は、光感応領域と第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、第２の転送電極は、光感応領域と第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、第３の転送電極は、光感応領域と第３の電荷収集領域との間の領域上に配置され、第４の転送電極は、光感応領域と第４の電荷収集領域との間の領域上に配置される。第１～第４の転送電極のそれぞれは、光感応領域から対応する電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、この電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な電極である。上述のような構造を有する距離センサを駆動対象とする当該駆動方法は、それぞれが、第１～第４の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8で定義された複数のフレームを順に実行する。具体的に、当該駆動方法では、複数のフレームそれぞれにおいて、光照射部から光が時刻ｔ1～ｔ3の間照射され、第１の転送電極が時刻ｔ0～ｔ1およびｔ4～ｔ5の間オン電位に設定され、第２の転送電極が時刻ｔ1～ｔ2およびｔ5～ｔ6の間オン電位に設定され、第３の転送電極が時刻ｔ2～ｔ3およびｔ6～ｔ7の間オン電位に設定され、第４の転送電極が時刻ｔ3～ｔ4およびｔ7～ｔ8の間オン電位に設定される。
　（７）上記の種々の態様それぞれに係る距離センサおよび駆動方法によれば、後述する実施形態において述べるとおり、各蓄積ノードに蓄積された電荷量の差分により距離を求めることができる。従って、各蓄積ノードに等量の電流を注入することによって各蓄積ノードの飽和を回避することが可能になる。
　（８）本実施形態に係る距離センサおよびその九度追う方法それぞれの一態様として、半導体基板は、光感応領域から所定距離離間した状態で配置された、該光感応領域からの電荷を収集する第５の電荷収集領域を更に有してもよく、この構成に対応して、距離センサは、光感応領域と第５の電荷収集領域との間の領域上に配置された第５の転送電極を更に備えてもよい。この場合、距離センサでは、駆動部が、第５の転送電極を、他の転送電極が最初にオン電位に設定されてから最後にオフ電位に設定されるまでの期間を除いて、オン電位に設定する。一方、駆動方法では、第５の転送電極が、他の転送電極が最初にオン電位に設定されてから最後にオフ電位に設定されるまでの期間を除いてオン電位に設定される。
　（９）上記の種々の態様それぞれに係る距離センサおよび駆動方法によれば、第１および第２の転送電極（若しくは第１～第４の転送電極）が駆動している期間以外では第５の転送電極を用いて外乱光による電荷を排出することができる。従って、外乱光による飽和の更なる抑制、および外乱光によるショットノイズの低減が可能となるので、外乱光に対する耐性および測距精度をより向上させることができる。
　以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
　［本願発明の実施形態の詳細］
  以下、本実施形態に係る距離センサおよび距離センサの駆動方法の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る距離センサ１Ａの構成を示す平面図である。距離センサ１Ａは、対象物に光を照射し、該対象物からの反射光を検出することにより対象物までの距離を計測する。図１に示されたように、距離センサ１Ａは、半導体基板３上に形成された撮像領域５と、センサ駆動回路７（駆動部）と、処理回路８と、を備える。センサ駆動回路７は、撮像領域５を駆動する。処理回路８は、撮像領域５の出力を処理する。撮像領域５は、半導体基板３上に一次元または二次元状に配列された複数の画素Ｐを備える。図１では、第ｍ行第ｎ列の画素Ｐ（ｍ，ｎ）が示されている（ｍ，ｎは自然数）。各画素Ｐ（ｍ，ｎ）は、受光部９と、電流注入回路２０とを含む。撮像領域５は、対象物からの反射光を画素Ｐごとに検出する。そして、光が照射されてから反射光が到達するまでの時間を画素Ｐごとに求めることにより、対象物の画像の画素Ｐごとの距離が求められる。当該距離センサ１Ａは、電荷振分け型の距離センサであって、光が照射されてから反射光が到達するまでの時間を、各画素Ｐ内で２カ所に振り分けられた電荷量の比率に応じて求める。
　図２は、図１に示された距離センサ１Ａの各画素Ｐ（ｍ，ｎ）の受光部９の平面図である。図３および図４は、それぞれ図２のIII－III線およびIV－IV線に沿った断面図であって、受光部９の断面構成を示す。なお、図３には、光源ユニット３０が併せて示されている。
　図２に示されたように、本実施形態の受光部９は、転送電極１１（第１の転送電極）と、転送電極１２（第２の転送電極）と、転送電極１３（第５の転送電極）と、フォトゲート電極１４と、信号取出電極１５，１６と、電荷排出用電極１７と、を有する。なお、図２では転送電極１１，１２および信号取出電極１５，１６がそれぞれ２個ずつ設けられているが、これらはそれぞれ１個ずつ設けられてもよい。また、図２では転送電極１３および電荷排出用電極１７が２個ずつ設けられているが、これらは１個ずつ設けられてもよい。
　図３に示されたように、受光部９は、光感応領域９ａと、電荷収集領域９ｂ（第１の電荷収集領域）と、電荷収集領域９ｃ（第２の電荷収集領域）とを更に有する。光感応領域９ａは、反射光Ｌ２を受けてその光量に応じた電荷を発生する。電荷収集領域９ｂ，９ｃは、光感応領域９ａを挟んだ状態で該光感応領域９ａに隣接するようそれぞれ配置されている。電荷収集領域９ｂ，９ｃそれぞれが光感応領域９ａからの電荷を収集することで、それぞれに結合された蓄積ノードに電荷が蓄積する。なお、図３では、電荷収集領域９ｂ，９ｃの間に光感応領域９ａが配置されているが、電荷収集領域９ｂ，９ｃは、光感応領域９ａの一方の側に隣接してもよく、互いの位置関係に制約は無い。
　具体的には、半導体基板３は高濃度のｐ型（第２導電型）半導体からなり、各画素Ｐ（ｍ，ｎ）の受光部９は、半導体基板３の表面３ａ側に設けられた低濃度のｐ型（第２導電型）の表面領域３ｃを有する。また、半導体基板３の表面３ａ上には絶縁層４１が形成されており、電荷収集領域９ｂ，９ｃ間の表面領域３ｃ上にはフォトゲート電極１４が絶縁層４１を介して形成されている。フォトゲート電極１４の直下に位置する表面領域３ｃ内の領域が、光感応領域９ａとなる。光感応領域９ａのポテンシャルは、フォトゲート電極１４への印加電圧によって制御される。フォトゲート電極１４には、必要に応じてわずかな正の直流電圧が印加される。これにより、光感応領域９ａへの光の入射に応じて正孔電子対が発生する。
　電荷収集領域９ｂ，９ｃは、半導体基板３の表面領域３ｃ側に形成された高濃度のｎ型（第１導電型）領域である。電荷収集領域９ｂ，９ｃは、フローティングディフュージョン領域あるいは電荷蓄積領域とも呼ばれる。ｎ型半導体は、電気的に中性の状態で電子をキャリアとして有しており、キャリアが抜けた場合には、正にイオン化する。すなわち、高濃度のｎ型の電荷収集領域９ｂ，９ｃのバンド構造は、大きく下向きに凹む形となり、ポテンシャル井戸を構成する。信号取出電極１５は電荷収集領域９ｂ上に形成されており、信号取出電極１６は電荷収集領域９ｃ上に形成されている。信号取出電極１５，１６は、絶縁層４１に形成された開口を介して、各電荷収集領域９ｂ，９ｃに接触している。
　転送電極１１は、光感応領域９ａと電荷収集領域９ｂとの間の領域上に配置される。転送電極１２は、光感応領域９ａと電荷収集領域９ｃとの間の領域上に配置される。転送電極１１に正電位（オン電位）が与えられると、転送電極１１の直下の領域のポテンシャルが、光感応領域９ａのポテンシャルと電荷収集領域９ｂのポテンシャルとの中間の大きさとなる。これにより、光感応領域９ａから電荷収集領域９ｂへのポテンシャルの階段が形成され、電荷収集領域９ｂのポテンシャル井戸内に電子が落ち込むことになる（井戸内に電荷が蓄積される）。同様に、転送電極１２に正電位（オン電位）が与えられると、転送電極１２の直下の領域のポテンシャルが、光感応領域９ａのポテンシャルと電荷収集領域９ｃのポテンシャルとの中間の大きさとなる。従って、光感応領域９ａから電荷収集領域９ｃへのポテンシャルの階段が形成され、電荷収集領域９ｃのポテンシャル井戸内に電子が落ち込む。
　なお、本実施形態では、電荷収集領域９ｂ，９ｃ上に信号取出電極１５，１６を設けて信号を取り出す構造を採用しているが、電荷収集領域９ｂ，９ｃの隣に信号取り出し用の高濃度領域を別途設け、この高濃度領域と電荷収集領域９ｂ，９ｃとの間の領域上に別の転送電極を配置し、高濃度領域上に信号取出電極を設けて信号を取り出すことも可能である。
　光源ユニット３０は、対象物Ｂに光Ｌ１を照射するための光照射部であって、光源３１と、光源駆動回路３２と、制御回路３３と、を備える。光源３１は、レーザ素子または発光ダイオードといった半導体発光素子を含む。光源駆動回路３２は、光源３１を高周波駆動する。制御回路３３は、光源駆動回路３２の駆動クロックを出力する。また、光源３１からは、方形波の強度変調が行われたパルス光が対象物Ｂに対して周期的に繰り返し照射される。
　光源３１からの照射光Ｌ１は、対象物Ｂの表面にて反射し、反射光Ｌ２として距離センサ１Ａの撮像領域５内の画素Ｐ（ｍ，ｎ）それぞれに半導体基板３の裏面３ｂ側から入射する。なお、半導体基板３の裏面３ｂと対向して、画素Ｐ（ｍ，ｎ）それぞれに対応する複数の結像レンズが配置されてもよい。
　図４に示されたように、受光部９は、２つの電荷収集領域９ｄ（第５の電荷収集領域）を更に有する。電荷収集領域９ｄは、半導体基板３の表面領域３ｃに形成されており、光感応領域９ａを挟んだ状態で該光感応領域９ａに隣接するよう配置されている。そして、電荷排出用電極１７はこの電荷収集領域９ｄ上に形成されている。電荷排出用電極１７は、絶縁層４１に形成された開口を介して、電荷収集領域９ｄに接触している。転送電極１３は、光感応領域９ａと電荷収集領域９ｄとの間の領域上に配置される。転送電極１３に正電位（オン電位）が与えられると、光感応領域９ａから電荷収集領域９ｄへ電荷が移動し、電荷収集領域９ｄのポテンシャル井戸内に電荷が蓄積される。なお、電荷収集領域９ｄの具体的な構成は、電荷収集領域９ｂ，９ｃと同様である。
　図５（ａ）は、或る画素Ｐ（ｍ，ｎ）に入射する反射光の強度の時間変化の例を示すグラフである。図５（ｂ）は、転送電極１１に印加される電圧の時間変化を示すグラフである。図５（ｃ）は、転送電極１２に印加される電圧の時間変化を示すグラフである。図５（ａ）に示されるように、反射光Ｌ２は、光照射タイミングＴ1から対象物Ｂまでの距離に応じた時間ｔだけ遅延して画素Ｐ（ｍ，ｎ）に入射する。
　図５（ｂ）に示されたように、転送電極１１は、光照射後の第１の期間Ｈ1にオン電位に設定され、その後の第２の期間Ｈ2にオフ電位に設定される。また、図５（ｃ）に示されたように、転送電極１２は、第１の期間Ｈ1にオフ電位に設定され、第２の期間Ｈ2にオン電位に設定される。そして、反射光Ｌ２の一部（図中のグラフの領域Ａ1）が、第１の期間Ｈ1内に画素Ｐ（ｍ，ｎ）に入射したとする。このとき、転送電極１１がオン電位に設定される一方、転送電極１２がオフ電位に設定されているので、光感応領域９ａにおいて発生した電荷は、電荷収集領域９ｂに移動し、蓄積される。反射光Ｌ２の残部（図中のグラフの領域Ａ2）は、第２の期間Ｈ2内に画素Ｐ（ｍ，ｎ）に入射する。このとき、転送電極１２がオン電位に設定される一方、転送電極１１がオフ電位に設定されているので、光感応領域９ａにおいて発生した電荷は、電荷収集領域９ｃに移動し、蓄積される。したがって、電荷収集領域９ｂに蓄積された電荷量（電荷収集領域９ｂに電気的に結合された蓄積ノードの電荷量）と、電荷収集領域９ｃに蓄積された電荷量（電荷収集領域９ｃに電気的に結合された蓄積ノードの電荷量）との比率を求めることによって、遅延時間ｔすなわち対象物Ｂまでの距離を知ることができる。
　ここで、本実施形態の処理回路８は、電荷収集領域９ｂに電荷と、電荷収集領域９ｃに蓄積された電荷とを互いに相殺することによって、これらの電荷量の差分を出力するものであってもよい。そのような場合であっても、電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ蓄積された電荷量の合計（電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ結合された蓄積ノードの電荷量の合計）を知ることができれば、電荷収集領域９ｂに蓄積された電荷量と、電荷収集領域９ｃに蓄積された電荷量との比率を知ることができる。以下、電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ蓄積された電荷量の合計を知るための撮像領域５の駆動方式（本実施形態による距離センサの駆動方法）について説明する。
　本実施形態のセンサ駆動回路７は、時分割された複数のフレーム（それぞれが転送電極の駆動パターンを示す）を順に実行することにより転送電極１１，１２を駆動する。図６は、センサ駆動回路７による撮像領域５の駆動方式を示す図である。図６に示されたように、本実施形態の駆動方式では、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２が交互に繰り返されながら、各フレームＦ１，Ｆ２内の処理が行われる。図６には、各フレームＦ１，Ｆ２内の処理内容が併せて示されている。各フレームＦ１，Ｆ２内では、電荷収集領域９ｂ，９ｃへの電荷蓄積（電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ結合された蓄積ノードへの電荷蓄積）を行う蓄積フレームＦ３と、電荷収集領域９ｂ，９ｃからの電荷の読出しを行う読出フレームＦ４とが交互に繰り返される。
　図７（ａ）および図７（ｂ）は、蓄積フレームＦ３における転送電極１１～１３の動作を示すタイミングチャートである。図７（ａ）は、第１フレームＦ１におけるタイミングチャートを示し、図７（ｂ）は、第２フレームＦ２におけるタイミングチャートを示す。これら図７（ａ）および図７（ｂ）には、制御回路３３から出力される光源駆動回路３２の駆動クロックＣＬ（すなわち光源３１から出力されるパルス光の強度の時間変化）と、転送電極１１に印加される駆動電圧Ｖｔｘ1と、転送電極１２に印加される駆動電圧Ｖｔｘ2と、転送電極１３に印加される駆動電圧Ｖｔｘｒとが示されている。
　蓄積フレームＦ３では、駆動クロックＣＬが一回立ち上がる毎に、或る周期Ｔでもって駆動電圧Ｖｔｘ1およびＶｔｘ2がオン電位とオフ電位とを２回ずつ繰り返される。周期Ｔは、駆動クロックＣＬのオン時間ｔLの２倍（すなわちＴ＝２ｔL）に設定される。また、各周期における駆動電圧Ｖｔｘ1およびＶｔｘ2のオン時間（オン電位に設定されている期間）は駆動クロックＣＬのオン時間ｔLと等しい。
　具体的には、図７（ａ）および図７（ｂ）に示されたように、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２それぞれの蓄積フレームＦ３において、等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ9が定義される。これらの間隔は、照射光Ｌ１の一回の照射時間ｔLの半分である。このとき、光源ユニット３０は、照射光Ｌ１を時刻ｔ1～ｔ3の間照射する。そして、図７（ａ）に示されたように、センサ駆動回路７は、第１フレームＦ１において、駆動電圧Ｖｔｘ1を時刻ｔ0～ｔ2およびｔ4～ｔ6の間オン電位に設定し、駆動電圧Ｖｔｘ2を時刻ｔ2～ｔ4およびｔ6～ｔ8の間オン電位に設定する。また、図７（ｂ）に示されたように、センサ駆動回路７は、第２フレームＦ２において、駆動電圧Ｖｔｘ1を時刻ｔ1～ｔ3およびｔ5～ｔ7の間オン電位に設定し、駆動電圧Ｖｔｘ2を時刻ｔ3～ｔ5およびｔ7～ｔ9の間オン電位に設定する。
　なお、転送電極１３に印加される駆動電圧Ｖｔｘｒは、他の駆動電圧Ｖｔｘ1，Ｖｔｘ2が最初にオン電位に設定されてから最後にオフ電位に設定されるまでの期間を除いてオン電位に設定される。すなわち、駆動電圧Ｖｔｘｒは、第１フレームＦ１においては時刻ｔ0～ｔ8の間オフ電位に設定され、第２フレームＦ２においては時刻ｔ1～ｔ9の間オフ電位に設定され、その他の期間においてオン電位に設定される。
　上記の動作を言い換えると、次のようになる。第１フレームＦ１では、駆動電圧Ｖｔｘ1が、駆動クロックＣＬの立ち上がりタイミングに対して（ｔL／２）だけ早いタイミングで立ち上がる。以下、この第１フレームＦ１での駆動電圧Ｖｔｘ1の位相を０°とする。駆動電圧Ｖｔｘ2は、駆動電圧Ｖｔｘ1の立ち上がりタイミングに対してｔLだけ遅いタイミングで立ち上がる。言い換えれば、第１フレームＦ１での駆動電圧Ｖｔｘ2の位相は１８０°である。第２フレームＦ２では、駆動電圧Ｖｔｘ1が、駆動クロックＣＬの立ち上がりタイミングと同じタイミングで立ち上がる。言い換えれば、第２フレームＦ２での駆動電圧Ｖｔｘ1の位相は９０°である。また、駆動電圧Ｖｔｘ2は、駆動電圧Ｖｔｘ1の立ち上がりタイミングに対してｔLだけ遅いタイミングで立ち上がる。言い換えれば、第２フレームＦ２での駆動電圧Ｖｔｘ2の位相は２７０°である。
　ここで図８は、理解の容易のため、図７（ａ）、図７（ｂ）に示された第１フレームＦ１および第２フレームＦ２の１回の駆動クロックＣＬに対するタイミングチャートを重ねて示す図である。駆動電圧Ｖｔｘ1（１）、駆動電圧Ｖｔｘ2（１）はそれぞれ第１フレームＦ１での駆動電圧Ｖｔｘ1，Ｖｔｘ2を示し、駆動電圧Ｖｔｘ1（２）、駆動電圧Ｖｔｘ2（２）はそれぞれ第２フレームＦ２での駆動電圧Ｖｔｘ1，Ｖｔｘ2を示す。
　図９および図１０は、図８に示されたタイミングチャートにおいて、反射光Ｌ２の受光パルス波形のチャートを更に示す。いま、図９に示されたように、対象物Ｂに光Ｌ１を照射してから時間（ｔL／３）後に反射光Ｌ２が当該画素Ｐ（ｍ，ｎ）に入射したとする。このとき、第１フレームＦ１では、図９中の領域Ａ3の面積に相当する電荷が電荷収集領域９ｂに蓄えられ、領域Ａ4の面積に相当する電荷が電荷収集領域９ｃに蓄えられる。反射光Ｌ２により生じる総電荷量をＱとすると、電荷収集領域９ｂに蓄えられる電荷量はＱ／６であり、電荷収集領域９ｃに蓄えられる電荷量は（５×Ｑ／６）である。また、第２フレームＦ２では、図中の領域Ａ5の面積に相当する電荷が電荷収集領域９ｂに蓄えられ、領域Ａ6の面積に相当する電荷が電荷収集領域９ｃに蓄えられる。このとき電荷収集領域９ｂに蓄えられる電荷量は（２×Ｑ／３）であり、電荷収集領域９ｃに蓄えられる電荷量はＱ／３である。そして、第１フレームＦ１での電荷収集領域９ｃの電荷量（５×Ｑ／６）から第１フレームＦ１での電荷収集領域９ｂの電荷量Ｑ／６を差し引くと、（２×Ｑ／３）という値が得られる。同様に、第２フレームＦ２での電荷収集領域９ｃの電荷量Ｑ／３から第２フレームＦ２での電荷収集領域９ｂの電荷量（２×Ｑ／３）を差し引くと、－Ｑ／３という値が得られる。そして、これらの絶対値を加算すると、反射光Ｌ２により生じる総電荷量Ｑが得られる。
　次に、図１０に示されたように、対象物に光Ｌ１を照射してから時間（３×ｔL／４）後に反射光Ｌ２が当該画素Ｐ（ｍ，ｎ）に入射したとする。このとき、第１フレームＦ１では、図中の領域Ａ7の面積に相当する電荷が電荷収集領域９ｂに蓄えられ、領域Ａ8の面積に相当する電荷が電荷収集領域９ｃに蓄えられる。このとき電荷収集領域９ｂに蓄えられる電荷量はＱ／４であり、電荷収集領域９ｃに蓄えられる電荷量は（３×Ｑ／４）である。また、第２フレームＦ２では、図中の領域Ａ9の面積に相当する電荷が電荷収集領域９ｂに蓄えられ、領域Ａ10の面積に相当する電荷が電荷収集領域９ｃに蓄えられる。このとき電荷収集領域９ｂに蓄えられる電荷量はＱ／４であり、電荷収集領域９ｃに蓄えられる電荷量は（３×Ｑ／４）である。そして、第１フレームＦ１での電荷収集領域９ｃの電荷量（３×Ｑ／４）から第１フレームＦ１での電荷収集領域９ｂの電荷量Ｑ／４を差し引くと、Ｑ／２という値が得られる。同様に、第２フレームＦ２での電荷収集領域９ｃの電荷量（３×Ｑ／４）から第２フレームＦ２での電荷収集領域９ｂの電荷量Ｑ／４を差し引くと、Ｑ／２という値が得られる。そして、これらの絶対値を加算すると、反射光Ｌ２により生じる総電荷量Ｑが得られる。
　上記の例から明らかなように、位相１８０°すなわち時刻ｔ2～ｔ4、ｔ6～ｔ8において収集された電荷量から、位相０°すなわち時刻ｔ0～ｔ2、ｔ4～ｔ6において収集された電荷量を差し引いた値の絶対値と、位相２７０°すなわち時刻ｔ3～ｔ5、ｔ7～ｔ9において収集された電荷量から、位相９０°すなわち時刻ｔ1～ｔ3、ｔ5～ｔ7において収集された電荷量を差し引いた値の絶対値とを加算することにより、反射光Ｌ２により生じる総電荷量Ｑを得ることができる。したがって、このようにして得られる総電荷量Ｑと、処理回路８から得られる、電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ結合された蓄積ノードに蓄積された電荷量の差とに基づいて、電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ蓄積された電荷量の比率（電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ結合された蓄積ノードに蓄積された電荷量の比率）を求め、遅延時間ｔすなわち対象物Ｂまでの距離を知ることができる。
　上述した距離算出方法について、さらに一般化して説明する。図１１（ａ）は、電荷収集領域９ｃに結合された蓄積ノードの電荷量から電荷収集領域９ｂに結合された蓄積ノードの電荷量を差し引いた値（すなわち各画素Ｐ（ｍ，ｎ）からの出力値）と、光Ｌ１を照射してから反射光Ｌ２が入射するまでの時間ｔ（すなわち対象物Ｂまでの距離）との関係を示すグラフである。図１１（ａ）において、グラフＧ１１は第１フレームＦ１における出力値を示し、グラフＧ１２は第２フレームＦ２における出力値を示す。なお、便宜上、出力値はその最大値が１、最小値が－１となるように規格化されている。
　図１１（ａ）のグラフＧ１１に示されたように、第１フレームＦ１では、０＜ｔ＜ｔL／２の区間Ｄ1において出力値が０から１まで上昇し、ｔL／２＜ｔ＜ｔLの区間Ｄ2において出力値が１から０まで下降し、ｔL＜ｔ＜（３×ｔL／２）の区間Ｄ3において出力値が０から－１まで更に下降し、（３×ｔL／２）＜ｔ＜２ｔLの区間Ｄ4において出力値が－１から０まで上昇する。また、グラフＧ１２に示されたように、第２フレームＦ２では、区間Ｄ1において出力値が－１から０まで上昇し、区間Ｄ2において出力値が０から１まで更に上昇し、区間Ｄ3において出力値が１から０まで下降し、区間Ｄ4において出力値が０から－１まで更に下降する。
　すなわち、図１１（ｂ）の図表に示されたように、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２における出力値の符号が、区間Ｄ1ではそれぞれ（－）、（＋）となり、区間Ｄ2ではそれぞれ（＋）、（＋）となり、区間Ｄ3ではそれぞれ（＋）、（－）となり、区間Ｄ4ではそれぞれ（－）、（－）となる。したがって、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２における出力値の符号の組み合わせに基づいて、光Ｌ１を照射してから反射光Ｌ２が入射するまでの時間ｔが、区間Ｄ1～Ｄ4のうち何れの区間に存在するかを判別することができる。
　次に、図１１（ｃ）に示されたように、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２の各出力値の絶対値がとられる。具体的には、区間Ｄ1においては第２フレームＦ２の出力値（グラフＧ１２）の符号が反転され、区間Ｄ3においては第１フレームＦ１の出力値（グラフＧ１１）の符号が反転され、区間Ｄ3においては第１フレームＦ１および第２フレームＦ２の各出力値の符号が反転される（図のグラフＧ１３，Ｇ１４）。その後、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２の各出力値の絶対値を加算することにより、時間ｔによらず一定値のグラフＧ２１が得られる。このグラフＧ２１が、反射光Ｌ２により生じる総電荷量（前述した電荷量Ｑ）を表す。
　続いて、図１２（ａ）に示されたように、区間Ｄ3、Ｄ4における第２フレームＦ２の出力値（図１１（ａ）のグラフＧ１２）の符号が反転される。これにより、区間Ｄ1、Ｄ2における第２フレームＦ２の出力値と、区間Ｄ3、Ｄ4における第２フレームＦ２の出力値とが共に時間ｔに対して正の傾きを持つこととなる。そして、図１２（ｂ）に示されたように、区間Ｄ1、Ｄ2における第２フレームＦ２の出力値と、区間Ｄ3、Ｄ4における第２フレームＦ２の出力値との双方に対し、１／４が乗算される。最後に、区間Ｄ1、Ｄ2における第２フレームＦ２の出力値と、区間Ｄ3、Ｄ4における第２フレームＦ２の出力値とのそれぞれに適切なオフセット値が加算されることによって、図１２（ｃ）に示されるように、０≦ｔ≦２ｔLの範囲において出力値が０から１まで増加する線形なグラフＧ２２が得られる。その結果、グラフＧ２１とグラフＧ２２とに基づいて、時間ｔすなわち対象物Ｂまでの距離を知ることができる。なお、図１２（ａ）～図１２（ｃ）に示された各演算の順序は上記に限られず、異なる順序で行われてもよい。或いは、図１２（ａ）～図１２（ｃ）に示された各演算は同時に行われてもよい。また、図１２（ａ）～図１２（ｃ）の説明では第２フレームＦ２の出力値を用いたが、第１フレームＦ１の出力値を用いて図１２（ｃ）のグラフＧ２２を算出してもよい。
　本実施形態に係る距離センサ１Ａおよび駆動方法によれば、上述のように、電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ結合された蓄積ノードに蓄積された電荷量の差分に基づいて、時間ｔすなわち対象物Ｂまでの距離を求めることができる。したがって、各蓄積ノードに等量の電流を注入するといった使用方法が可能となり、それによって各蓄積ノードの飽和を回避することができる。以下、各蓄積ノードに等量の電流を注入するための回路構成例について詳細に説明する。
　図１３は、図１に示された電流注入回路２０の詳細な構成を示す回路図である。図１３に示されたように、本実施形態の電流注入回路２０は、電圧生成回路２１と、トランジスタ２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂとを備える。トランジスタ２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂは、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴといった電界効果トランジスタである。
　電圧生成回路２１は、電源電位線３４と、電源電位線３４よりも低電位の基準電位線ＧＮＤとの間に接続されている。電圧生成回路２１は、電荷収集領域９ｂ，９ｃに蓄積された電荷量のうち大きい方の電荷量に応じた制御電圧ＶＣ1，ＶＣ2を生成する。具体的には、電圧生成回路２１は、電源電位線３４と基準電位線ＧＮＤとの間に直列に接続されたトランジスタ対２４および電流源２５を有する。更に、電圧生成回路２１は、バッファ回路２７，２８を有する。
　トランジスタ対２４は、トランジスタ２４ａ，２４ｂを含む。トランジスタ２４ａ，２４ｂは、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴといった電界効果トランジスタである。トランジスタ２４ａ，２４ｂそれぞれの一方の電流端子（第１の電流端子）は、互いに短絡されており、電流源２５を介して電源電位線３４に電気的に接続されている。トランジスタ２４ａ，２４ｂそれぞれの他方の電流端子（第２の電流端子）は、互いに短絡されており、基準電位線ＧＮＤに電気的に接続されている。トランジスタ２４ａの制御端子は、蓄積ノード２６ａを介して、電荷収集領域９ｂ上の信号取出電極１５と電気的に接続されている。トランジスタ２４ｂの制御端子は、蓄積ノード２６ｂを介して、電荷収集領域９ｃ上の信号取出電極１６と電気的に接続されている。蓄積ノード２６ａは電荷収集領域９ｂに収集された電荷を蓄積し、蓄積ノード２６ｂは電荷収集領域９ｃに収集された電荷を蓄積する。
　電流源２５は、トランジスタ２５ａを含む。トランジスタ２５ａは、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴといった電界効果トランジスタである。トランジスタ２５ａの一方の電流端子（第１の電流端子）は、電源電位線３４と電気的に接続されている。トランジスタ２５ａの他方の電流端子（第２の電流端子）は、トランジスタ２４ａ，２４ｂそれぞれの第１の電流端子と電気的に接続されている。トランジスタ２５ａの制御端子には、所定のバイアス電圧Ｖ1が印加される。なお、電流源は、トランジスタ２５ａと並列に接続された別のトランジスタを更に有してもよい。
　トランジスタ２２ａは、外乱光成分を除去して蓄積ノード２６ａの飽和を回避するための電流を、蓄積ノード２６ａに供給する。トランジスタ２２ａの一方の電流端子（第１の電流端子）は電源電位線３４に接続されており、他方の電流端子（第２の電流端子）はトランジスタ２３ａを介して蓄積ノード２６ａに接続されている。トランジスタ２２ａの制御端子は、バッファ回路２７を介して、トランジスタ対２４と電流源２５との間のノードＮ1に電気的に接続されている。
　トランジスタ２２ｂは、外乱光成分を除去するための電荷を蓄積ノード２６ｂに供給する。トランジスタ２２ｂの一方の電流端子（第１の電流端子）は電源電位線３４に接続されており、他方の電流端子（第２の電流端子）はトランジスタ２３ｂを介して蓄積ノード２６ｂに接続されている。トランジスタ２２ｂの制御端子は、バッファ回路２８を介してノードＮ1に接続されている。
　トランジスタ２３ａは、トランジスタ２２ａに対してカスコード接続され、蓄積ノード２６ａの電位の変動がトランジスタ２２ａの動作に影響を及ぼすことを抑制する。具体的には、トランジスタ２３ａの一方の電流端子（第１の電流端子）はトランジスタ２２ａの第２の電流端子に接続されており、トランジスタ２３ａの他方の電流端子（第２の電流端子）は蓄積ノード２６ａに接続されている。トランジスタ２３ａの制御端子には、所定のバイアス電圧Ｖ3が印加される。
　トランジスタ２３ｂは、トランジスタ２２ｂに対してカスコード接続され、蓄積ノード２６ｂの電位の変動がトランジスタ２２ｂの動作に影響を及ぼすことを抑制する。具体的には、トランジスタ２３ｂの一方の電流端子（第１の電流端子）はトランジスタ２２ｂの第２の電流端子に接続されており、トランジスタ２３ｂの他方の電流端子（第２の電流端子）は蓄積ノード２６ｂに接続されている。トランジスタ２３ｂの制御端子には、所定のバイアス電圧Ｖ4が印加される。なお一実施例では、バイアス電圧Ｖ3とバイアス電圧Ｖ4とは互いに等しい。
　バッファ回路２７は、ノードＮ1の電位をシフトして制御電圧ＶＣ1を生成し、トランジスタ２２ａの制御端子に提供する。バッファ回路２７は、例えばソースフォロワ回路を含んで構成される。具体的には、バッファ回路２７は、互いに直列に接続されたトランジスタ２７ａ，２７ｂを有する。トランジスタ２７ａの一方の電流端子（第１の電流端子）は電源電位線３４に接続され、他方の電流端子は（第２の電流端子）トランジスタ２７ｂの一方の電流端子（第１の電流端子）に接続されている。トランジスタ２７ｂの他方の電流端子（第２の電流端子）は基準電位線ＧＮＤに接続されている。トランジスタ２７ａの制御端子には所定のバイアス電圧Ｖ5が印加される。トランジスタ２７ｂの制御端子にはノードＮ1の電位が入力される。バッファ回路２７は、トランジスタ２７ａ，２７ｂの間のノードから、ノードＮ1の電位に応じた大きさの制御電圧ＶＣ1を出力する。
　バッファ回路２８は、ノードＮ1の電位をシフトして制御電圧ＶＣ2を生成し、トランジスタ２２ｂの制御端子に提供する。バッファ回路２８は、例えばソースフォロワ回路を含んで構成される。具体的には、バッファ回路２８は、互いに直列に接続されたトランジスタ２８ａ，２８ｂを有する。トランジスタ２８ａの一方の電流端子（第１の電流端子）は電源電位線３４に接続され、他方の電流端子（第２の電流端子）はトランジスタ２８ｂの一方の電流端子（第１の電流端子）に接続されている。トランジスタ２８ｂの他方の電流端子（第２の電流端子）は基準電位線ＧＮＤに接続されている。トランジスタ２８ａの制御端子には所定のバイアス電圧Ｖ6が印加される。トランジスタ２８ｂの制御端子にはノードＮ1の電位が入力される。バッファ回路２８は、トランジスタ２８ａ，２８ｂの間のノードから、ノードＮ1の電位に応じた大きさの制御電圧ＶＣ2を出力する。バイアス電圧Ｖ5，Ｖ6の大きさは、トランジスタ２２ａから蓄積ノード２６ａへ供給される電流量と、トランジスタ２２ｂから蓄積ノード２６ｂへ供給される電流量とが互いに等しくなるように設定され、一例としてＶ5＝Ｖ6であってもよい。
　なお、バッファ回路２７，２８は省かれてもよい。その場合、トランジスタ２２ａ，２２ｂそれぞれの制御端子がノードＮ1に直接接続され、ノードＮ1の電位が制御電圧ＶＣ1，ＶＣ2としてこれらの制御端子に提供される。
　電流注入回路２０は、リセット回路３５，３６を更に有する。リセット回路３５はトランジスタ３５ａを有し、リセット回路３６はトランジスタ３６ａを有する。トランジスタ３５ａ，３６ａの一方の電流端子（第１の電流端子）にはリセット電位Ｖｒが入力される。トランジスタ３５ａの他方の電流端子（第２の電流端子）は蓄積ノード２６ａに接続され、トランジスタ３６ａの他方の電流端子（第２の電流端子）は蓄積ノード２６ｂに接続されている。トランジスタ３５ａ，３６ａの制御端子にはリセット信号Ｓｒが入力され、トランジスタ３５ａ，３６ａがオン状態となることにより、蓄積ノード２６ａ，２６ｂの電荷が排出される。
　以上の構成を備える電流注入回路２０の動作について説明する。反射光Ｌ２が当該画素Ｐ（ｍ，ｎ）に入射すると、対象物Ｂまでの距離に応じた比率で電荷収集領域９ｂ，９ｃに電荷が流れ込む（図５を参照）。また、電荷収集領域９ｂ，９ｃには、当該画素Ｐ（ｍ，ｎ）に入射した外乱光の大きさに相当する電荷も流れ込む。但し、転送電極１１に印加される駆動電圧のオン時間と、転送電極１２に印加される駆動電圧のオン時間とが互いに等しい場合、外乱光によって電荷収集領域９ｂ，９ｃに流れ込む電荷量は互いに等しい。
　これにより、蓄積ノード２６ａ，２６ｂの電位は、それぞれ電荷収集領域９ｂ，９ｃに流入した電荷量に応じた大きさとなる。そして、蓄積フレームＦ３（図６参照）において電荷収集領域９ｂ，９ｃへの電荷の流入が続き、蓄積ノード２６ａ，２６ｂの電位のうち一方の蓄積ノードがターンオン電圧を超えると、トランジスタ２４ａ，２４ｂのうち一方が、該一方の蓄積ノードの電位に応じた電流を流し始める。したがって、ノードＮ1の電位は、電荷収集領域９ｂ，９ｃ（蓄積ノード２６ａ，２６ｂ）に蓄積された電荷量のうち大きい方の量に応じた大きさとなる。このノードＮ1の電位に対応する大きさの制御電圧ＶＣ1，ＶＣ2が、トランジスタ２２ａ，２２ｂの各制御端子に出力される。
　トランジスタ２２ａ，２２ｂは、上述の制御電圧ＶＣ1，ＶＣ2を制御端子に受け、制御電圧ＶＣ1，ＶＣ2の大きさに対応する電流を流す。ここで、トランジスタ２３ａ，２３ｂの制御端子には所定のバイアス電圧Ｖ3，Ｖ4が常に印加されているので、トランジスタ２３ａ，２３ｂからの電流は、蓄積ノード２６ａ，２６ｂにそれぞれ注入される。これにより、蓄積ノード２６ａ，２６ｂにおいて同じ量の電荷が打ち消され、外乱光による蓄積ノード２６ａ，２６ｂ（電荷収集領域９ｂ，９ｃ）の飽和が回避される。
　以上のような本実施形態に係る距離センサ１Ａおよび距離センサ１Ａの駆動方法によって得られる効果について説明する。本実施形態では、上述のように、電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ結合された蓄積ノードに蓄積された電荷量の差分に基づいて、対象物Ｂまでの距離を求めることができる。したがって、電流注入回路２０によって各蓄積ノードに等量の電流を注入するといった使用方法が可能となり、それによって各蓄積ノードの飽和を回避することができる。
　また、本実施形態では、照射光Ｌ１としてパルス状の光が適用されるので、三角波状の光を用いる非特許文献１に記載された方法と比較して、電荷を排出する期間を設けることが容易である。そのため、本実施形態では、ショットノイズを低減することができる。更に、三角波状の光を出力する場合と比較して、本実施形態では光源の発光状態が断続的となるので、照射光の強度を高めることができる。すなわち、外乱光の強さに対する照射光の強度（すなわちＳ／Ｎ比）を高めることができる。また、三角波状の光といった連続光の場合と比較して、パルス状といった断続光の光を出力する場合、デューティ比や光量といった光源の選択性が高い（選択が容易である）といった利点もある。
　また、特許文献１に記載された距離センサでは照射光Ｌ１の照射時間と等しい遅延時間に相当する距離までしか計測することができない。これに対し、本実施形態によれば、照射光Ｌ１の照射時間（図７（ａ）、図７（ｂ）の時間ｔL）の２倍の遅延時間に相当する距離まで計測が可能となる。
　また、本実施形態のように、センサ駆動回路７は、各フレームＦ１，Ｆ２において転送電極１３を上記のように駆動してもよい。これにより、転送電極１１，１２を駆動している期間以外では転送電極１３を用いて外乱光による電荷を排出することができる。したがって、外乱光による飽和の更なる抑制、および外乱光によるショットノイズの低減が可能となるので、外乱光に対する耐性および測距精度を向上させることができる。
　また、本実施形態の電流注入回路２０では、トランジスタ２２ａ，２２ｂと蓄積ノード２６ａ，２６ｂとの間に、トランジスタ２３ａ，２３ｂといったカスコードデバイスが接続されている。これにより、トランジスタ２２ａ，２２ｂおよび蓄積ノード２６ａ，２６ｂの各電位が分離される。そのため、蓄積ノード２６ａと蓄積ノード２６ｂとの間に電位差があったとしても、トランジスタ２２ａ，２２ｂのドレイン－ソース間電圧への影響が抑制され、これらトランジスタ２２ａ，２２ｂのドレイン－ソース間電圧を互いに等しくすることができる。更に、トランジスタ２２ａ，２２ｂから蓄積ノード２６ａ，２６ｂ（電荷収集領域９ｂ，９ｃ）へ注入される電流量の差が低減され、これら注入電流量を略均等な大きさに精度良く制御することができる。故に、処理回路８において電荷収集領域９ｂ，９ｃに蓄積された電荷量の差分を出力する際の誤差を低減し、計測距離の精度を高めることができる。
　（第１変形例）
  図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、上記実施形態の第１変形例に係る駆動方法のタイミングチャートを示す図である。上記実施形態のセンサ駆動回路７は、図７（ａ）および図７（ｂ）に示されたタイミングチャートに代えて、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示されたタイミングチャートに基づいて転送電極１１，１２を駆動してもよい。
　第１変形例のタイミングチャートと上記実施形態のタイミングチャートとの相違点は、駆動電圧Ｖｔｘ1およびＶｔｘ2のオン時間の長さである。上記実施形態では、駆動電圧Ｖｔｘ1およびＶｔｘ2のオン時間は駆動クロックＣＬのオン時間（すなわち照射光Ｌ１の照射時間）ｔLと等しいが、この第１変形例では、駆動電圧Ｖｔｘ1およびＶｔｘ2のオン時間は時間ｔLの半分（ｔL／２）となっている。
　具体的には、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示されたように、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２それぞれの蓄積フレームＦ３において、等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8が定義される。これらの間隔は、照射光Ｌ１の一回の照射時間ｔLの半分である。このとき、光源ユニット３０は、照射光Ｌ１を時刻ｔ1～ｔ3の間照射する。そして、図１４（ａ）に示されたように、センサ駆動回路７は、第１フレームＦ１において、駆動電圧Ｖｔｘ1を時刻ｔ0～ｔ1およびｔ4～ｔ5の間オン電位に設定し、駆動電圧Ｖｔｘ2を時刻ｔ2～ｔ3およびｔ6～ｔ7の間オン電位に設定する。また、図１４（ｂ）に示されたように、センサ駆動回路７は、第２フレームＦ２において、駆動電圧Ｖｔｘ1を時刻ｔ1～ｔ2およびｔ5～ｔ6の間オン電位に設定し、駆動電圧Ｖｔｘ2を時刻ｔ3～ｔ4およびｔ7～ｔ8の間オン電位に設定する。
　なお、転送電極１３に印加される駆動電圧Ｖｔｘｒは、他の駆動電圧Ｖｔｘ1，Ｖｔｘ2が最初にオン電位に設定されてから最後にオフ電位に設定されるまでの期間を除いてオン電位に設定される。すなわち、駆動電圧Ｖｔｘｒは、第１フレームＦ１においては時刻ｔ0～ｔ7の間オフ電位に設定され、第２フレームＦ２においては時刻ｔ1～ｔ8の間オフ電位に設定され、その他の期間においてオン電位に設定される。
　図１５（ａ）～図１５（ｃ）は、第１変形例における距離算出方法を説明するための図である。図１５（ａ）は、電荷収集領域９ｃに結合された蓄積ノードの電荷量から電荷収集領域９ｂに結合された蓄積ノードの電荷量を差し引いた値（すなわち各画素Ｐ（ｍ，ｎ）からの出力値）と、光Ｌ１を照射してから反射光Ｌ２が入射するまでの時間ｔ（すなわち対象物Ｂまでの距離）との関係を示すグラフである。図１５（ａ）において、グラフＧ４１は第１フレームＦ１における出力値を示し、グラフＧ４２は第２フレームＦ２における出力値を示す。なお、便宜上、出力値はその最大値が１、最小値が－１となるように規格化されている。
　図１５（ａ）のグラフＧ４１に示されるように、第１フレームＦ１では、０＜ｔ＜ｔL／２の区間Ｄ1において出力値が１で一定となり、ｔL／２＜ｔ＜ｔLの区間Ｄ２において出力値が１から－１まで下降し、ｔL＜ｔ＜（３×ｔL／２）の区間Ｄ3において出力値が－１で一定となり、（３×ｔL／２）＜ｔ＜２ｔLの区間Ｄ4において出力値が－１から１まで上昇する。また、グラフＧ４２に示されるように、第２フレームＦ２では、区間Ｄ1において出力値が－１から１まで上昇し、区間Ｄ２において出力値が１で一定となり、区間Ｄ3において出力値が１から－１まで下降し、区間Ｄ4において出力値が－１で一定となる。
　ここで、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２の各出力値の絶対値がとられ、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２それぞれの出力値のうち大きい方の出力値が選択される。すると、図１５（ｂ）に示されたように、時間ｔによらず一定値のグラフＧ５１が得られる。このグラフＧ５１が、反射光Ｌ２により生じる総電荷量の１／２を表す。
　一方、各区間Ｄ1～Ｄ4のうち、第１フレームＦ１の出力値（グラフＧ４１）が第２フレームＦ２の出力値（グラフＧ４２）よりも小さい区間では、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２の出力値のうち絶対値が小さい方の符号が反転される。図１５（ａ）の例では、区間Ｄ2における第１フレームＦ１の出力値、および区間Ｄ3における第２フレームＦ２の出力値の符号が反転される。これにより、区間Ｄ1、Ｄ3における第２フレームＦ２の出力値と、区間Ｄ2、Ｄ4における第１フレームＦ１の出力値とが共に時間ｔに対して正の傾きを持つこととなる。そして、図１５（ｂ）に示されたように、区間Ｄ1、Ｄ3における第２フレームＦ２の出力値と、区間Ｄ2、Ｄ4における第１フレームＦ１の出力値との双方に対し、１／４が乗算される。最後に、区間Ｄ1、Ｄ3における第２フレームＦ２の出力値と、区間Ｄ2、Ｄ4における第１フレームＦ１の出力値とのそれぞれに適切なオフセット値が加算されることによって、図１５（ｃ）に示されたように、０≦ｔ≦２ｔLの範囲において出力値が０から１まで増加する線形なグラフＧ５２が得られる。その結果、グラフＧ５１とグラフＧ５２とに基づいて、時間ｔすなわち対象物Ｂまでの距離を知ることができる。なお、図１５（ａ）～図１５（ｃ）に示された各演算の順序は上記に限られず、異なる順序で行われてもよい。或いは、図１５（ａ）～図１５（ｃ）に示された各演算は同時に行われてもよい。
　この第１変形例によれば、上記実施形態と同様に、電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ結合された蓄積ノードに蓄積された電荷量の差分に基づいて、対象物Ｂまでの距離を求めることができる。したがって、各蓄積ノードに等量の電流を注入するといった使用方法が可能となり、それによって各蓄積ノードの飽和を回避することができる。また、上記実施形態の他の効果についても好適に奏することができる。
　また、第１変形例において、センサ駆動回路７は、各フレームＦ１，Ｆ２において転送電極１３を上記のように駆動してもよい。これにより、外乱光による飽和の更なる抑制、および外乱光によるショットノイズの低減が可能となるので、外乱光に対する耐性および測距精度を向上させることができる。
　（第２変形例）
  図１６は、上記実施形態の第２変形例に係る受光部９Ａを示す平面図である。図１６に示されたように、第２変形例の受光部９Ａは、転送電極１１（第１の転送電極）、転送電極１２（第２の転送電極）、転送電極５１（第３の転送電極）、および転送電極５２（第４の転送電極）を、それぞれ１個ずつ有する。これらの転送電極１１，１２，５１，５２は、フォトゲート電極１４と並んで、フォトゲート電極１４の周囲に配置されている。なお、本実施形態では、転送電極１１と転送電極１２との間にフォトゲート電極１４が位置し、転送電極５１と転送電極５２との間にフォトゲート電極１４が位置しているが、転送電極１１，１２，５１，５２は、フォトゲート電極１４と並んでさえいれば互いの位置関係に制約はない。
　また、受光部９Ａは、信号取出電極１５，１６，５５，５６を、それぞれ１個ずつ有する。転送電極１１は信号取出電極１５とフォトゲート電極１４との間に配置され、転送電極１２は信号取出電極１６とフォトゲート電極１４との間に配置され、転送電極５１は信号取出電極５５とフォトゲート電極１４との間に配置され、転送電極５２は信号取出電極５６とフォトゲート電極１４との間に配置される。また、受光部９Ａは、転送電極１３および電荷排出用電極１７を有する。
　受光部９Ａにおいて、転送電極１１，１２および信号取出電極１５，１６の直下の構成は図３と同様であり、転送電極１３および電荷排出用電極１７の直下の構成は図４と同様である。図１７は、転送電極５１，５２および信号取出電極５５，５６の直下の構成を含む、図１６のXVII－XVII線に沿った断面図である。図１７に示されたように、受光部９Ａは、電荷収集領域９ｅ（第３の電荷収集領域）と、電荷収集領域９ｆ（第４の電荷収集領域）とを更に有する。電荷収集領域９ｅ，９ｆは、光感応領域９ａを挟んだ状態で該光感応領域９ａに隣接するよう配置され、光感応領域９ａからの電荷を収集し、それぞれの蓄積ノードに蓄積する。なお、電荷収集領域９ｅ，９ｆの構成は、図３に示された電荷収集領域９ｂ，９ｃの構成と同様である。
　信号取出電極５５は電荷収集領域９ｅ上に形成されており、信号取出電極５６は電荷収集領域９ｆ上に形成されている。信号取出電極５５，５６は、絶縁層４１に形成された開口を介して、各電荷収集領域９ｅ，９ｆに接触している。
　転送電極５１は、光感応領域９ａと電荷収集領域９ｅとの間の領域上に配置される。転送電極５２は、光感応領域９ａと電荷収集領域９ｆとの間の領域上に配置される。転送電極５１に正電位（オン電位）が与えられると、光感応領域９ａから電荷収集領域９ｅのポテンシャル井戸内に電子が落ち込んでいく（井戸内に電荷が蓄積する）。同様に、転送電極５２に正電位（オン電位）が与えられると、光感応領域９ａから電荷収集領域９ｆのポテンシャル井戸内に電子が落ち込む。
　第２変形例のセンサ駆動回路は、時分割された複数のフレームを順に実行することにより転送電極１１，１２，５１，５２を駆動する。図１８は、第２変形例におけるセンサ駆動回路の駆動方式を示す図である。図１８に示されたように、第２変形例の駆動方式では、同一のフレームＦ５が繰り返されながら、フレームＦ５内の処理を行う。図１８には、フレームＦ５内の処理内容が併せて示されている。フレームＦ５内では、電荷収集領域９ｂ，９ｃ，９ｅ，９ｆにそれぞれ結合された蓄積ノードへの電荷の蓄積を行う蓄積フレームＦ６と、電荷収集領域９ｂ，９ｃ，９ｅ，９ｆからの電荷の読出しを行う読出フレームＦ４とが交互に繰り返される。
　図１９は、蓄積フレームＦ６における転送電極１１，１２，１３，５１，５２の動作を示すタイミングチャートである。図１９には、駆動クロックＣＬと、転送電極１１に印加される駆動電圧Ｖｔｘ1と、転送電極１２に印加される駆動電圧Ｖｔｘ2と、転送電極５１に印加される駆動電圧Ｖｔｘ3と、転送電極５２に印加される駆動電圧Ｖｔｘ4と、転送電極１３に印加される駆動電圧Ｖｔｘｒとが示されている。
　蓄積フレームＦ６では、駆動クロックＣＬが一回立ち上がる毎に、或る周期Ｔでもって駆動電圧Ｖｔｘ1～Ｖｔｘ4がオン電位とオフ電位とが２回ずつ繰り返される。周期Ｔは、駆動クロックＣＬのオン時間ｔLの２倍（すなわちＴ＝２ｔL）に設定される。また、各周期における駆動電圧Ｖｔｘ1～Ｖｔｘ2のオン時間は駆動クロックＣＬのオン時間ｔLの半分（ｔL／２）である。
　具体的には、図１９に示されたように、各フレームＦ５の蓄積フレームＦ６において、等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8を定義する。これらの間隔は、照射光Ｌ１の一回の照射時間ｔLの半分である。このとき、光源ユニット３０は、照射光Ｌ１を時刻ｔ1～ｔ3の間照射する。そして、図１９に示されるように、センサ駆動回路７は、各フレームＦ５において、駆動電圧Ｖｔｘ1を時刻ｔ0～ｔ1およびｔ4～ｔ5の間オン電位に設定し、駆動電圧Ｖｔｘ2を時刻ｔ1～ｔ2およびｔ5～ｔ6の間オン電位に設定し、駆動電圧Ｖｔｘ3を時刻ｔ2～ｔ3およびｔ6～ｔ7の間オン電位に設定し、駆動電圧Ｖｔｘ4を時刻ｔ3～ｔ4およびｔ7～ｔ8の間オン電位に設定する。
　なお、転送電極１３に印加される駆動電圧Ｖｔｘｒは、他の駆動電圧Ｖｔｘ1～Ｖｔｘ4が最初にオン電位に設定されてから最後にオフ電位に設定されるまでの期間を除いてオン電位に設定される。すなわち、駆動電圧Ｖｔｘｒは、各フレームＦ５において、時刻ｔ0～ｔ8の間オフ電位に設定され、その他の期間においてオン電位に設定される。
　第２変形例は、第１変形例の第１フレームＦ１および第２フレームＦ２を一つのフレームＦ５において一括して実行される例である。したがって、この第２変形例における距離算出方法は、第１変形例の距離算出方法（図１５（ａ）～図１５（ｃ）を参照）と同様となる。すなわち、第１変形例における第１フレームＦ１の出力値を、この第２変形例では電荷収集領域９ｃに結合された蓄積ノードの電荷量から電荷収集領域９ｂに結合された蓄積ノードの電荷量を差し引いた値とし、第１変形例における第２フレームＦ２の出力値を、この第２変形例では電荷収集領域９ｆに結合された蓄積ノードの電荷量から電荷収集領域９ｅに結合された蓄積ノードの電荷量を差し引いた値とするとよい。
　この第２変形例によれば、上記実施形態と同様に、電荷収集領域９ｂ，９ｃにそれぞれ結合された蓄積ノードに蓄積された電荷量の差分、および電荷収集領域９ｅ，９ｆにそれぞれ結合された蓄積ノードに蓄積された電荷量の差分に基づいて、対象物Ｂまでの距離を求めることができる。したがって、各蓄積ノードに等量の電流を注入するといった使用方法が可能となり、それによって各蓄積ノードの飽和を回避することができる。また、上記実施形態の他の効果についても好適に奏することができる。
　また、第２変形例において、センサ駆動回路７は、各フレームＦ５において転送電極１３を上記のように駆動してもよい。これにより、外乱光による飽和の更なる抑制、および外乱光によるショットノイズの低減が可能となるので、外乱光に対する耐性および測距精度を向上させることができる。
　本発明による距離センサおよび距離センサの駆動方法は、上述の実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではセンサ駆動回路の各トランジスタがＭＯＳＦＥＴである場合を例示したが、各トランジスタは他のＦＥＴであってもよく、或いはバイポーラトランジスタであってもよい。
　１Ａ…距離センサ、３…半導体基板、５…撮像領域、７…センサ駆動回路、８…処理回路、９，９Ａ…受光部、９ａ…光感応領域、９ｂ～９ｆ…電荷収集領域、１１，１２，１３，５１，５２…転送電極、１４…フォトゲート電極、１５，１６，５５，５６…信号取出電極、１７…電荷排出用電極、２０…電流注入回路、２１…電圧生成回路、２５…電流源、２６ａ，２６ｂ…蓄積ノード、２７，２８…バッファ回路、３０…光源ユニット、３１…光源、３２…光源駆動回路、３３…制御回路、３４…電源電位線、３５，３６…リセット回路、４１…絶縁層、Ｂ…対象物、ＣＬ…駆動クロック、Ｆ１…第１フレーム、Ｆ２…第２フレーム、Ｆ３，Ｆ６…蓄積フレーム、Ｆ４…読出フレーム、Ｆ５…フレーム、ＧＮＤ…基準電位線、Ｌ１…照射光、Ｌ２…反射光、Ｎ1…ノード、Ｐ…画素、Ｖｔｘ1～Ｖｔｘ4…駆動電圧。

Claims (8)

  1. 対象物に光を照射し、前記対象物からの反射光を検出することにより前記対象物までの距離を計測する距離センサであって、
    　パルス状の前記光を前記対象物に繰り返し照射する光照射部と、
    　前記反射光の光量に応じた電荷を発生する光感応領域と、それぞれが前記光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、前記光感応領域からの電荷を収集する第１および第２の電荷収集領域と、を有する半導体基板と、
    　前記光感応領域と前記第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第１の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第１の転送電極と、
    　前記光感応領域と前記第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第２の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第２の転送電極と、
    　それぞれが、前記第１および第２の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ9で定義された複数のフレームを順に実行することにより、前記第１および第２の転送電極を駆動させる駆動部と、を備え、
    　前記光照射部は、前記複数のフレームそれぞれにおいて前記光を時刻ｔ1～ｔ3の間照射するとともに、
    　前記駆動部は、
    　前記複数のフレームのうちの第１フレームにおいて、前記第１の転送電極を時刻ｔ0～ｔ2およびｔ4～ｔ6の間オン電位に設定する一方、前記第２の転送電極を時刻ｔ2～ｔ4およびｔ6～ｔ8の間オン電位に設定し、
    　前記第１フレームとは別の第２フレームにおいて、前記第１の転送電極を時刻ｔ1～ｔ3およびｔ5～ｔ7の間オン電位に設定する一方、前記第２の転送電極を時刻ｔ3～ｔ5およびｔ7～ｔ9の間オン電位に設定する、距離センサ。
  2. 対象物に光を照射し、前記対象物からの反射光を検出することにより前記対象物までの距離を計測する距離センサであって、
    　パルス状の前記光を前記対象物に繰り返し照射する光照射部と、
    　前記反射光の光量に応じた電荷を発生する光感応領域と、それぞれが前記光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、前記光感応領域からの電荷を収集する第１および第２の電荷収集領域と、を有する半導体基板と、
    　前記光感応領域と前記第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第１の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第１の転送電極と、
    　前記光感応領域と前記第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第２の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第２の転送電極と、
    　それぞれが、前記第１および第２の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8で定義された複数のフレームを順に実行することにより、前記第１および第２の転送電極を駆動させる駆動部と、を備え、
    　前記光照射部は、前記複数のフレームそれぞれにおいて前記光を時刻ｔ1～ｔ3の間照射し、
    　前記駆動部は、
    　前記複数のフレームのうちの第１フレームにおいて、前記第１の転送電極を時刻ｔ0～ｔ1およびｔ4～ｔ5の間オン電位に設定する一方、前記第２の転送電極を時刻ｔ2～ｔ3およびｔ6～ｔ7の間オン電位に設定し、
    　前記第１フレームとは別の第２フレームにおいて、前記第１の転送電極を時刻ｔ1～ｔ2およびｔ5～ｔ6の間オン電位に設定する一方、前記第２の転送電極を時刻ｔ3～ｔ4およびｔ7～ｔ8の間オン電位に設定する、距離センサ。
  3. 対象物に光を照射し、前記対象物からの反射光を検出することにより前記対象物までの距離を計測する距離センサであって、
    　パルス状の前記光を前記対象物に繰り返し照射する光照射部と、
    　前記反射光の光量に応じた電荷を発生する光感応領域と、それぞれが前記光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、前記光感応領域からの電荷を収集する第１～第４の電荷収集領域と、を有する半導体基板と、
    　前記光感応領域と前記第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第１の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第１の転送電極と、
    　前記光感応領域と前記第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第２の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第２の転送電極と、
    　前記光感応領域と前記第３の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第３の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第３の転送電極と、
    　前記光感応領域と前記第４の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第４の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第４の転送電極と、
    　それぞれが、前記第１～第４の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8で定義された複数のフレームを順に実行することにより、前記第１～第４の転送電極を駆動させる駆動部と、を備え、
    　前記光照射部は、前記複数のフレームそれぞれにおいて前記光を時刻ｔ1～ｔ3の間照射し、
    　前記駆動部は、前記複数のフレームそれぞれにおいて、
    　前記第１の転送電極を時刻ｔ0～ｔ1およびｔ4～ｔ5の間オン電位に設定し、
    　前記第２の転送電極を時刻ｔ1～ｔ2およびｔ5～ｔ6の間オン電位に設定し、
    　前記第３の転送電極を時刻ｔ2～ｔ3およびｔ6～ｔ7の間オン電位に設定し、
    　前記第４の転送電極を時刻ｔ3～ｔ4およびｔ7～ｔ8の間オン電位に設定する、距離センサ。
  4. 前記半導体基板が、前記光感応領域から所定距離離間した状態で配置された、前記光感応領域からの電荷を収集する第５の電荷収集領域を更に有し、
    　当該距離センサが、前記光感応領域と前記第５の電荷収集領域との間の領域上に配置された第５の転送電極を更に備え、
    　前記駆動部は、前記第５の転送電極を、他の転送電極が最初にオン電位に設定されてから最後にオフ電位に設定されるまでの期間を除いて、オン電位に設定する、請求項１～３の何れか一項に記載の距離センサ。
  5. 対象物に光を照射し、前記対象物からの反射光を検出することにより前記対象物までの距離を計測する距離センサの駆動方法であって、
    　前記距離センサは、
    　パルス状の前記光を前記対象物に繰り返し照射する光照射部と、
    　前記反射光の光量に応じた電荷を発生する光感応領域と、それぞれが前記光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、前記光感応領域からの電荷を収集する第１および第２の電荷収集領域と、を有する半導体基板と、
    　前記光感応領域と前記第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第１の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第１の転送電極と、
    　前記光感応領域と前記第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第２の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第２の転送電極と、を備え、
    　それぞれが、前記第１および第２の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ9で定義された複数のフレームを順に実行する当該駆動方法は、
    　前記複数のフレームそれぞれにおいて前記光照射部から前記光を時刻ｔ1～ｔ3の間照射し、
    　前記複数のフレームのうちの第１フレームにおいて、前記第１の転送電極を時刻ｔ0～ｔ2およびｔ4～ｔ6の間オン電位に設定する一方、前記第２の転送電極を時刻ｔ2～ｔ4およびｔ6～ｔ8の間オン電位に設定し、
    　前記第１フレームとは別の第２フレームにおいて、前記第１の転送電極を時刻ｔ1～ｔ3およびｔ5～ｔ7の間オン電位に設定する一方、前記第２の転送電極を時刻ｔ3～ｔ5およびｔ7～ｔ9の間オン電位に設定する、距離センサの駆動方法。
  6. 対象物に光を照射し、前記対象物からの反射光を検出することにより前記対象物までの距離を計測する距離センサの駆動方法であって、
    　前記距離センサは、
    　パルス状の前記光を前記対象物に繰り返し照射する光照射部と、
    　前記反射光の光量に応じた電荷を発生する光感応領域と、それぞれが前記光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、前記光感応領域からの電荷を収集する第１および第２の電荷収集領域と、を有する半導体基板と、
    　前記光感応領域と前記第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第１の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第１の転送電極と、
    　前記光感応領域と前記第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第２の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第２の転送電極と、を備え、
    　それぞれが、前記第１および第２の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8で定義された複数のフレームを順に実行する当該駆動方法は、
    　前記複数のフレームそれぞれにおいて前記光照射部から前記光を各フレームの時刻ｔ1～ｔ3の間照射し、
    　前記複数のフレームのうちの第１フレームにおいて、前記第１の転送電極を時刻ｔ0～ｔ1およびｔ4～ｔ5の間オン電位に設定する一方、前記第２の転送電極を時刻ｔ2～ｔ3およびｔ6～ｔ7の間オン電位に設定し、
    　前記第１フレームとは別の第２フレームにおいて、前記第１の転送電極を時刻ｔ1～ｔ2およびｔ5～ｔ6の間オン電位に設定する一方、前記第２の転送電極を時刻ｔ3～ｔ4およびｔ7～ｔ8の間オン電位に設定する、距離センサの駆動方法。
  7. 対象物に光を照射し、前記対象物からの反射光を検出することにより前記対象物までの距離を計測する距離センサの駆動方法であって、
    　前記距離センサは、
    　パルス状の前記光を前記対象物に繰り返し照射する光照射部と、
    　前記反射光の光量に応じた電荷を発生する光感応領域と、それぞれが前記光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、前記光感応領域からの電荷を収集する第１～第４の電荷収集領域と、を有する半導体基板と、
    　前記光感応領域と前記第１の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第１の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第１の転送電極と、
    　前記光感応領域と前記第２の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第２の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第２の転送電極と、
    　前記光感応領域と前記第３の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第３の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第３の転送電極と、
    　前記光感応領域と前記第４の電荷収集領域との間の領域上に配置され、前記光感応領域から前記第４の電荷収集領域への電荷転送を可能にするオン電位、または、該電荷転送を停止させるオフ電位に設定可能な第４の転送電極と、を備え、
    　それぞれが、前記第１～第４の転送電極を駆動させるための電極駆動パターンを構成するとともに等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8で定義された複数のフレームを順に実行する当該駆動方法は、前記複数のフレームそれぞれにおいて、
    　前記光照射部から前記光を時刻ｔ1～ｔ3の間照射し、
    　前記第１の転送電極を時刻ｔ0～ｔ1およびｔ4～ｔ5の間オン電位に設定し、
    　前記第２の転送電極を時刻ｔ1～ｔ2およびｔ5～ｔ6の間オン電位に設定し、
    　前記第３の転送電極を時刻ｔ2～ｔ3およびｔ6～ｔ7の間オン電位に設定し、
    　前記第４の転送電極を時刻ｔ3～ｔ4およびｔ7～ｔ8の間オン電位に設定する、距離センサの駆動方法。
  8. 前記半導体基板が、前記光感応領域から所定距離離間した状態で配置され、前記光感応領域からの電荷を収集する第５の電荷収集領域を更に有し、
    　前記距離センサが、前記光感応領域と前記第５の電荷収集領域との間の領域上に配置された第５の転送電極を更に備え、
    　前記第５の転送電極が、他の転送電極が最初にオン電位に設定されてから最後にオフ電位に設定されるまでの期間を除いてオン電位に設定される、請求項５～７の何れか一項に記載の距離センサの駆動方法。
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