(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成され、それぞれが、１つのセンサーユニットを構成し、第１フォトゲート（ｐｈｏｔｏ  ｇａｔｅ）と前記第１フォトゲートと隣接している第２フォトゲートとを含む複数のフォトゲート対と、
前記半導体基板内の前記第１フォトゲートの側方に形成され、前記複数のフォトゲート対のそれぞれに含まれた第１フォトゲートの間で共有される第１共有フローティングディフュージョン（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）領域と、
前記半導体基板上の前記第１フォトゲートと前記第１共有フローティングディフュージョン領域との間に形成された複数の第１伝送トランジスタと、
前記半導体基板内の前記第２フォトゲートの側方に形成され、前記複数のフォトゲート対のそれぞれに含まれた第１フォトゲートの間で共有される第２共有フローティングディフュージョン領域と、
前記半導体基板上の前記第２フォトゲートと前記第２共有フローティングディフュージョン領域との間に形成された複数の第２伝送トランジスタと、
前記第１共有フローティングディフュージョン領域と前記第２共有フローティングディフュージョン領域は、互いに電気的に接続されておらず、
前記複数の第１伝送トランジスタのそれぞれは、第１伝送制御信号に応答して、前記複数のフォトゲート対のそれぞれの前記第１フォトゲート下に位置する前記半導体基板内に生成された複数の電荷を前記第１共有フローティングディフュージョン領域に伝送し、
前記複数の第２伝送トランジスタのそれぞれは、第２伝送制御信号に応答して、前記複数のフォトゲート対のそれぞれの前記第２フォトゲート下に位置する前記半導体基板内に生成された複数の電荷を前記第２共有フローティングディフュージョン領域に伝送することを特徴とするセンサー系。
【請求項２】
前記センサー系は、それぞれが、前記複数のフォトゲート対のそれぞれの上に形成された複数のマイクロレンズをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサー系。
【請求項３】
前記センサー系は、リセット（ｒｅｓｅｔ）信号に応答して、前記第１共有フローティングディフュージョン領域をリセットする第１リセットトランジスタと、
前記リセット信号に応答して、前記第２共有フローティングディフュージョン領域をリセットする第２リセットトランジスタと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサー系。
【請求項４】
前記センサー系は、前記第１共有フローティングディフュージョン領域に伝送された複数の電荷を用いて生成された第１電気信号を第１カラムライン（ｃｏｌｕｍｎ  ｌｉｎｅ）に選択的に出力する第１出力回路と、
前記第２共有フローティングディフュージョン領域に伝送された複数の電荷を用いて生成された第２電気信号を第２カラムラインに選択的に出力する第２出力回路と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサー系。
【請求項５】
前記第１出力回路は、電圧源と前記第１共有フローティングディフュージョン領域との間に接続された第１リセットトランジスタと、
前記第１共有フローティングディフュージョン領域に接続されたゲートを含む第１駆動トランジスタと、
前記第１駆動トランジスタと前記第１カラムラインとの間に接続された第１選択トランジスタと、を含み、
前記第２出力回路は、前記電圧源と前記第２共有フローティングディフュージョン領域との間に接続された第２リセットトランジスタと、
前記第２共有フローティングディフュージョン領域に接続されたゲートを含む第２駆動トランジスタと、
前記第２駆動トランジスタと前記第２カラムラインとの間に接続された第２選択トランジスタと、を含むことを特徴とする請求項４に記載のセンサー系。
【請求項６】
前記第１フォトゲート（Ａとする）と前記第２フォトゲート（Ｂとする）とを含む前記複数のフォトゲート対が、ｎ行＊ｍ列（ｎ、ｍは２以上の自然数）のアレイをなして配列され、
前記アレイにおいて、各行に配列された前記フォトゲート対は、（Ａ、Ｂ）、（Ａ、Ｂ）、・・・の順に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のセンサー系。
【請求項７】
前記第１フォトゲート（Ａとする）と前記第２フォトゲート（Ｂとする）とを含む前記複数のフォトゲート対が、ｎ行＊ｍ列（ｎ、ｍは２以上の自然数）のアレイをなして配列され、
前記アレイにおいて各行に配列された奇数番目のフォトゲート対は、（Ａ、Ｂ）の順に配置され、偶数番目のフォトゲート対は、（Ｂ、Ａ）の順に配置されることを特徴とする請求項１に記載のセンサー系。
【請求項８】
前記センサー系は、ＴＯＦ（ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）方法を利用した距離測定センサーであることを特徴とする請求項１に記載のセンサー系。
【請求項９】
前記センサー系は、光源と、
前記光源を駆動するための変調されたクロック（ｃｌｏｃｋ）信号を生成するためのドライバー（ｄｒｉｖｅｒ）と、
前記変調されたクロック信号または前記光源から出力された光信号の位相と同じ位相を有する第１フォトゲートコントロール（ｐｈｏｔｏ  ｇａｔｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ）信号を前記第１フォトゲートに供給し、前記第１フォトゲートコントロール信号の位相と１８０゜の位相差を有する第２フォトゲートコントロール信号を前記第２フォトゲートに供給するためのフォトゲートコントローラと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサー系。
【請求項１０】
前記センサー系は、光源と、
前記光源を駆動するための変調されたクロック信号を生成するためのドライバーと、
前記変調されたクロック信号または前記光源から出力された光信号の位相と９０゜の位相差を有する第１フォトゲートコントロール信号を前記第１フォトゲートに供給し、前記第１フォトゲートコントロール信号の位相と１８０゜の位相差を有する第２フォトゲートコントロール信号を前記第２フォトゲートに供給するためのフォトゲートコントローラと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサー系。
【請求項１１】
前記センサー系は、前記変調されたクロック信号または前記光源から出力された前記光信号の位相と９０゜の位相差を有する第３フォトゲートコントロール信号を前記第１フォトゲートに供給し、前記第３フォトゲートコントロール信号の位相と１８０゜の位相差を有する第４フォトゲートコントロール信号を前記第２フォトゲートに供給するためのフォトゲートコントローラと、をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のセンサー系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、距離センサー（ｓｅｎｓｏｒ）に係り、特に、受光面積を増加させた距離センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサーは、対象物の状態または対象物の位置を検出し、該検出結果を電気信号に変換する装置である。前記センサーの種類としては、光センサー、温度センサー、圧力センサー、磁気センサー、及び距離センサー（ｄｅｐｔｈ（ｏｒ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）ｓｅｎｓｏｒ）などがある。
【０００３】
前記距離センサーは、ソース（ｓｏｕｒｃｅ）から放射したパルス（ｐｕｌｓｅ）形態の信号がターゲット（ｔａｒｇｅｔ）物体（または、測定対象物）によって反射されて戻ってくるまでの遅延時間を測定して、前記距離センサーと前記ターゲット物体までの距離を計算する。
【０００４】
前記ソースから出力される信号は、主にマイクロ波（ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）、光波（ｌｉｇｈｔ  ｗａｖｅ）または超音波（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  ｗａｖｅ）であり、前記距離センサーは、ＴＯＦ（ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）測定方式を用いて距離を測定するか、計算する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする技術的な課題は、受光面積、受光量、感度、光電荷の伝送効率、正確度を向上し、チップ上の占有面積を低減できるセンサー系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明によるセンサー系は、半導体基板上に形成され、それぞれが、１つのセンサーユニットを構成し、第１フォトゲート（ｐｈｏｔｏ  ｇａｔｅ）と前記第１フォトゲートと隣接している第２フォトゲートとを含む複数のフォトゲート対と、前記半導体基板内の前記第１フォトゲートの側方に形成され、前記複数のフォトゲート対のそれぞれに含まれた第１フォトゲートの間で共有される第１共有フローティングディフュージョン（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）領域と、前記半導体基板上の前記第１フォトゲートと前記第１共有フローティングディフュージョン領域との間に形成された複数の第１伝送トランジスタと、前記半導体基板内の前記第２フォトゲートの側方に形成され、前記複数のフォトゲート対のそれぞれに含まれた第１フォトゲートの間で共有される第２共有フローティングディフュージョン領域と、前記半導体基板上の前記第２フォトゲートと前記第２共有フローティングディフュージョン領域との間に形成された複数の第２伝送トランジスタと、前記第１共有フローティングディフュージョン領域と前記第２共有フローティングディフュージョン領域は、互いに電気的に接続されておらず、前記複数の第１伝送トランジスタのそれぞれは、第１伝送制御信号に応答して、前記複数のフォトゲート対のそれぞれの前記第１フォトゲート下に位置する前記半導体基板内に生成された複数の電荷を前記第１共有フローティングディフュージョン領域に伝送し、前記複数の第２伝送トランジスタのそれぞれは、第２伝送制御信号に応答して、前記複数のフォトゲート対のそれぞれの前記第２フォトゲート下に位置する前記半導体基板内に生成された複数の電荷を前記第２共有フローティングディフュージョン領域に伝送することを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、前記センサー系は、それぞれが、前記複数のフォトゲート対のそれぞれの上に形成された複数のマイクロレンズ（ｍｉｃｒｏ  ｌｅｎｓ）をさらに含む。
好ましくは、前記センサー系は、リセット信号に応答して、前記第１共有フローティングディフュージョン領域をリセット（ｒｅｓｅｔ）する第１リセットトランジスタと、前記リセット信号に応答して、前記第２共有フローティングディフュージョン領域をリセットする第２リセットトランジスタと、をさらに含む。
好ましくは、前記センサー系は、前記第１共有フローティングディフュージョン領域に伝送された複数の電荷を用いて生成された第１電気信号を第１カラムラインに出力する第１出力回路と、前記第２共有フローティングディフュージョン領域に伝送された複数の電荷を用いて生成された第２電気信号を第２カラムラインに出力する第２出力回路と、をさらに含む。
好ましくは、前記第１出力回路は、電圧源と前記第１共有フローティングディフュージョン領域との間に接続された前記第１リセットトランジスタと、前記第１共有フローティングディフュージョン領域に接続されたゲートを含む第１駆動トランジスタと、前記第１駆動トランジスタと前記第１カラムラインとの間に接続された第１選択トランジスタと、を含み、前記第２出力回路は、前記電圧源と前記第２共有フローティングディフュージョン領域との間に接続された前記第２リセットトランジスタと、前記第２共有フローティングディフュージョン領域に接続されたゲートを含む第２駆動トランジスタと、前記第２駆動トランジスタと前記第２カラムラインとの間に接続された第２選択トランジスタと、を含む。
好ましくは、前記第１フォトゲート（Ａとする）と前記第２フォトゲート（Ｂとする）とを含む前記複数のフォトゲート対が、ｎ行＊ｍ列（ｎ、ｍは２以上の自然数）のアレイをなして配列され、前記アレイにおいて、各行に配列された前記フォトゲート対は、（Ａ、Ｂ）、（Ａ、Ｂ）、・・・の順に配置される。
【０００８】
好ましくは、前記第１フォトゲート（Ａとする）と前記第２フォトゲート（Ｂとする）とを含む前記複数のフォトゲート対が、ｎ行＊ｍ列（ｎ、ｍは２以上の自然数）のアレイをなして配列され、前記アレイにおいて各行に配列された奇数番目のフォトゲート対は、（Ａ、Ｂ）の順に配置され、前記各行に配列された偶数番目のフォトゲート対は、（Ｂ、Ａ）の順に配置される。
好ましくは、前記センサー系は、ＴＯＦ方法を利用した距離測定センサーである。
好ましくは、前記センサー系は、光源と、前記光源を駆動するための変調されたクロック信号を生成するためのドライバーと、前記変調されたクロック信号または前記光源から出力された光信号の位相と同じ位相を有する第１フォトゲートコントロール信号を前記第１フォトゲートに供給し、前記第１フォトゲートコントロール信号の位相と１８０゜の位相差を有する第２フォトゲートコントロール信号を前記第２フォトゲートに供給するためのフォトゲートコントローラと、をさらに含む。
好ましくは、前記センサー系は、光源と、前記光源を駆動するための変調されたクロック信号を生成するためのドライバーと、前記変調されたクロック信号または前記光源から出力された光信号の位相と９０゜の位相差を有する第１フォトゲートコントロール信号を前記第１フォトゲートに供給し、前記第１フォトゲートコントロール信号の位相と１８０゜の位相差を有する第２フォトゲートコントロール信号を前記第２フォトゲートに供給するためのフォトゲートコントローラと、をさらに含む。
好ましくは、前記センサー系は、前記変調されたクロック信号または前記光源から出力された前記光信号の位相と９０゜の位相差を有する第３フォトゲートコントロール信号を前記第１フォトゲートに供給し、前記第３フォトゲートコントロール信号の位相と１８０゜の位相差を有する第４フォトゲートコントロール信号を前記第２フォトゲートに供給するためのフォトゲートコントローラと、をさらに含む。
【０００９】
本発明の実施形態によるセンサー系の動作方法は、半導体基板上に形成された複数の第１伝送トランジスタに第１伝送制御信号を供給し、前記半導体基板上に形成された複数のフォトゲート対のそれぞれの第１フォトゲートに第１フォトゲートコントロール信号を供給する段階と、前記複数のフォトゲート対のそれぞれの前記第１フォトゲート下に位置する前記半導体基板内に生成された複数の電荷を第１共有フローティングディフュージョン領域に同時に伝送する段階と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によるセンサー系は、アレイの受光面積を増加するので、前記センサー系の感度を増加できる。
また、本発明の実施形態によるセンサー系は、マイクロレンズを含むので、受光量を増加できる。
また、本発明の実施形態によるセンサー系は、フォトゲートの長手方向を減少するので、光電荷をフローティングディフュージョン領域に迅速に伝送し、光電荷の伝送効率を増加し、したがって、前記センサー系の正確度を増加できる。
また、本発明の実施形態によるセンサー系は、複数のフォトゲートが一つのフローティングディフュージョン領域を共有するので、前記センサー系のチップ上の占有面積及びキャパシタンスを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明の詳細な説明で引用される図面をより十分に理解するために、各図面の詳細な説明が提供される。
【図１】本発明の実施形態による距離測定装置を示すブロック図である。
【図２】図１のアレイに示された一対のセンサーを示す平面図である。
【図３】図２に示された一対のセンサーをＩ−Ｉ’で切断した断面図である。
【図４】図１に示された一対のセンサーに含まれた一対のフォトゲートを制御するための複数のフォトゲートコントロール（ｐｈｏｔｏ  ｇａｔｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ）信号を示すタイミング（ｔｉｍｉｎｇ）図である。
【図５】本発明の実施形態による４対のセンサーのセットの配置を示す平面図である。
【図６】図５に示した４対のセンサーのセットを含む回路図である。
【図７】本発明の他の実施形態による複数のマイクロレンズを含む４対のセンサーのセットの配置を示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施形態による４対のセンサーのセットの配置を示す平面図である。
【図９】図８に示した４対のセンサーのセットを含むアレイを示す模式斜視図である。
【図１０】図８に示した４対のセンサーのセットを含む回路図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による複数のマイクロレンズを含む４対のセンサーのセットの配置を示す平面図である。
【図１２】図８に示した４対のセンサーのセットの動作を説明するための、８対のセンサーのセットの略図である。
【図１３】図１２に示した８対のセンサーのセットの詳細図である。
【図１４】図１に示された距離測定装置を含む距離測定システム（ｓｙｓｔｅｍ）を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の実施形態による距離測定装置のブロック図を示し、図２は、図１のアレイ（ａｒｒａｙ）に示した一対のセンサー２３−１の平面図を示し、図３は、図２に示された一対のセンサーをＩ−Ｉ’で切断した断面図を示し、図４は、図１に示された一対のセンサーに含まれた一対のフォトゲートを制御するための複数のフォトゲートコントロール信号のタイミング図を示す。
【００１４】
図１乃至図４を参照すると、ＴＯＦ原理を用いて距離を測定する距離測定装置１０は、複数対のセンサー（検出器またはピクセル）２３−１が複数（以下、ｎ個とする）の行（ロー）と複数（以下、ｍ個とする）の列（カラム）に２次元配列されたアレイ２２を含む半導体チップ２０、光源３２、及びレンズモジュール（ｌｅｎｓ  ｍｏｄｕｌｅ）３６を含む。ここで、ｎとｍは、２以上の自然数であり、ｎ＝ｍであるか、またはｎ≠ｍであり得る。
【００１５】
アレイ２２に２次元配列された複数対のセンサー２３−１のそれぞれは、一対のフォトゲート１１０、１２０を含む。また、複数対のセンサー２３−１のそれぞれは、信号処理のための複数のトランジスタを含む。
【００１６】
ローデコーダ（ｒｏｗ  ｄｅｃｏｄｅｒ）２４は、タイミングコントローラ（ｔｉｍｉｎｇ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２６から出力されたローアドレス（ｒｏｗ  ａｄｄｒｅｓｓ）に応答して、複数の行（ロー）のうちの何れか一つの行を選択する。ここで、行とは、アレイ２２からＸ方向（図１で水平方向）に配された複数対のセンサー２３−１の集合を意味する。
【００１７】
フォトゲートコントローラ２８は、タイミングコントローラ２６の制御下で第１セット（ｓｅｔ）のフォトゲートコントロール（ｐｈｏｔｏ  ｇａｔｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ）信号として、第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳと第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳとを生成して、アレイ２２に供給する。
【００１８】
他の実施形態では、距離測定の信頼度を高めるために、第１セットのフォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳ、ＰＧ＿ＢＳがアレイ２２に供給された後、フォトゲートコントローラ２８は、タイミングコントローラ２６の制御下で第２セットのフォトゲートコントロール信号として、第３フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳ’と第４フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳ’とを生成して、アレイ２２にさらに供給する。
【００１９】
図４に示したように、第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳの位相と第３フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳ’の位相との差は、９０゜であり、第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳの位相と第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳの位相との差は、１８０゜であり、第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳの位相と第４フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳ’の位相との差は、２７０゜である。
【００２０】
光源ドライバー３０は、タイミングコントローラ２６の制御下で、光源３２を駆動するクロック（ｃｌｏｃｋ）信号ＭＬＳを生成する。
【００２１】
光源３２は、クロック信号ＭＬＳに応答して変調された光信号をターゲット物体４０に放射する。光源３２として、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、またはレーザダイオードが使われる。説明の便宜上、変調された光信号は、クロック信号ＭＬＳと同一であると仮定する。実際の変調された光信号は、正弦波、例えばクロック信号（矩形波）で振幅変調された正弦波であり得る。
【００２２】
光源ドライバー３０は、クロック信号ＭＬＳまたはクロック信号ＭＬＳについての情報をフォトゲートコントローラ２８に供給する。したがって、フォトゲートコントローラ２８は、クロック信号ＭＬＳの位相と同じ位相を有する第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳと、クロック信号ＭＬＳの位相と１８０゜の位相差を有する第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳとを生成する。例えば、フォトゲートコントローラ２８と光源ドライバー３０は、互いに同期されうる。
【００２３】
第１積分区間の間に、第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳは、第１フォトゲート１１０に供給され、第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳは、第２フォトゲート１２０に供給される。また、第２積分区間の間に、第３フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳ’は、第１フォトゲート１１０に供給され、第４フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳ’は、第２フォトゲート１２０に供給される。
【００２４】
各フォトゲート１１０、１２０は、透明ポリシリコン（ｐｏｌｙ  ｓｉｌｉｃｏｎ）からなる。別の実施形態では、各フォトゲート１１０、１２０は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ、またはｔｉｎ−ｄｏｐｅｄ  ｉｎｄｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、及びＺｎＯ（Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）のいずれかからなる。
【００２５】
各フォトゲート１１０、１２０は、ターゲット物体４０により反射され、レンズモジュール３６を通過して入力された、変調された光信号のうち、例えば近赤外線（ｎｅａｒ  ｉｎｆｒａｒｅｄ）を通過させる。
【００２６】
ロジック（ｌｏｇｉｃ）回路３４は、タイミングコントローラ２６の制御下で、アレイ２２に具現された複数対のセンサー２３−１によって感知された複数の信号を処理し、該処理された複数の信号をマイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）に出力する。前記マイクロプロセッサは、前記処理された複数の信号に基づいて距離を計算する。
【００２７】
他の実施形態では、ロジック回路３４は、アレイ２２から出力された複数の感知信号を複数のデジタル信号に変換するアナログ−デジタル（ａｎａｌｏｇ−ｄｉｇｉｔａｌ）変換ブロックを含む。
他の実施形態では、ロジック回路３４は、前記アナログ−デジタル変換ブロックから出力される前記複数のデジタル信号にＣＤＳ（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｉｎｇ）を行うためのＣＤＳブロックをさらに含む。
【００２８】
さらに他の実施形態では、ロジック回路３４は、アレイ２２から出力された複数の感知信号にＣＤＳを行うためのＣＤＳブロック、及び前記ＣＤＳブロックによってＣＤＳされた複数の信号を複数のデジタル信号に変換するためのアナログ−デジタル変換ブロックを含む。
【００２９】
また他の実施形態では、ロジック回路３４は、タイミングコントローラ２６の制御下で、前記アナログ−デジタル変換ブロックまたは前記ＣＤＳブロックから出力された複数の出力信号をマイクロプロセッサに出力するためのカラムデコーダ（ｃｏｌｕｍｎ  ｄｅｃｏｄｅｒ）をさらに含みうる。
【００３０】
光源３２から出力された変調された光信号は、ターゲット物体４０で反射され、ターゲット物体４０が相異なる距離Ｚ１、Ｚ２、及びＺ３を有する時、距離Ｚは、次のように計算される。
【００３１】
例えば、変調された光信号Ｓ１が、ｃｏｓωｔであり、一対のセンサー２３−１に入射された光信号、即ち、一対のセンサー２３−１によって検出された光信号、Ｓ２が、ｃｏｓ（ωｔ＋φ）である時、ＴＯＦによる位相シフト（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ、  φ）は、次の通りである。
φ＝２＊ω＊Ｚ／Ｃ＝２＊（２πｆ）＊Ｚ／Ｃ
ここで、Ｃは、光速を表わす。
【００３２】
したがって、光源３２またはアレイ２２からターゲット物体４０までの距離Ｚは、次のように計算される。
Ｚ＝φ＊Ｃ／（２＊ω）＝φ＊Ｃ／（２＊（２πｆ））
【００３３】
反射された光信号をレンズモジュール３６を通じてアレイ２２に入射される。ここで、レンズモジュール３６は、レンズ（ｌｅｎｓ）と赤外線通過フィルター（ｆｉｌｔｅｒ）とを含む意味として使われる。
【００３４】
距離測定装置１０は、レンズモジュール３６の周りに円状に配列される複数の光源を含むが、説明の便宜上、一つの光源３２のみを図示する。
【００３５】
レンズモジュール３６を通じてアレイ２２に入射された光信号は、複数対のセンサー２３−１によって復調されうる。すなわち、レンズモジュール３６を通じてアレイ２２に入射された複数の光信号は、イメージを形成することができる。
【００３６】
図２乃至図４を参照すると、Ｐ型基板１００の内部には、第１フローティングディフュージョン領域１１４と第２フローティングディフュージョン領域１２４とが形成される。
【００３７】
後述するように（図６）、第１フローティングディフュージョン領域１１４は、第１駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ａのゲート（ｇａｔｅ）に接続され、第２フローティングディフュージョン領域１２４は、第２駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ｂのゲートに接続され、各駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ａ、Ｓ／Ｆ＿Ｂは、ソースフォロワ（ｓｏｕｒｃｅ  ｆｏｌｌｏｗｅｒ）の機能を行う。
各フローティングディフュージョン領域１１４、１２４は、Ｎ型不純物でドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）して形成される。
【００３８】
Ｐ型基板１００上に、シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ）酸化膜が形成され、前記シリコン酸化膜上に各フォトゲート１１０、１２０が形成され、各伝送トランジスタ１１２、１２２が形成される。各フォトゲート１１０、１２０によってＰ型基板１００内で生成された複数の光電荷の干渉を遮断するための分離領域１３０がＰ型基板１００内に形成される。
【００３９】
Ｐ型基板１００は、Ｐ−型不純物でドーピングされたエピタキシャル（ｅｐｉｔａｘｉａｌ）基板であり、分離領域１３０は、Ｐ＋型不純物でドーピングされた領域である。
他の実施形態では、分離領域１３０は、ＳＴＩ（ｓｈａｌｌｏｗ  ｔｒｅｎｃｈ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）方法またはＬＯＣＯＳ（ｌｏｃａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｌｉｃｏｎ）方法により具現される。
【００４０】
第１積分区間の間に、第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳは、第１フォトゲート１１０に供給され、第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳは、第２フォトゲート１２０に供給される。
【００４１】
また、第１フォトゲート１１０の下部に位置するＰ型基板１００内で生成された複数の光電荷を第１フローティングディフュージョン領域１１４に伝送するために、第１伝送制御信号ＴＸ＿Ａが第１伝送トランジスタ１１２のゲートに供給される。また、第２フォトゲート１２０の下部に位置するＰ型基板１００内で生成された複数の光電荷を第２フローティングディフュージョン領域１２４に伝送するために、第２伝送制御信号ＴＸ＿Ｂが第２伝送トランジスタ１２２のゲートに供給される。
【００４２】
他の実施形態では、第１フォトゲート１１０の下部と第１伝送トランジスタ１１２の下部との間に位置するＰ型基板１００の内部に、第１ブリッジングディフュージョン領域（ｂｒｉｄｇｉｎｇ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）１１６がさらに形成される。また、第２フォトゲート１２０の下部と第２伝送トランジスタ１２２の下部との間に位置するＰ型基板１００の内部に、第２ブリッジングディフュージョン領域１２６がさらに形成される。各ブリッジングディフュージョン領域１１６、１２６は、Ｎ型不純物でドーピングして形成される。
【００４３】
各フォトゲート１１０、１２０を通過してＰ型基板１００の内部に入射された光信号によって複数の光電荷が生成される。
【００４４】
第１レベル（ｌｅｖｅｌ）、例えば、１．０Ｖを有する第１伝送制御信号ＴＸ＿Ａが、第１伝送トランジスタ１１２のゲートに供給され、ハイレベル（ｈｉｇｈ  ｌｅｖｅｌ）、例えば、３．３Ｖを有する第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳが、第１フォトゲート１１０に供給されると、Ｐ型基板１００の内部のうち、第１フォトゲート１１０の下方に位置する部分で生成された複数の光電荷は、第１フォトゲート１１０の下方に集まり、該集まった複数の電荷は、第１フローティングディフュージョン領域１１４に伝送される（第１ブリッジングディフュージョン領域１１６が形成されていない実施形態の場合）か、または第１ブリッジングディフュージョン領域１１６を通じて第１フローティングディフュージョン領域１１４に伝送される（第１ブリッジングディフュージョン領域１１６が形成されている実施形態の場合）。
【００４５】
それと同時に、第１レベル（例えば、１．０Ｖ）を有する第２伝送制御信号ＴＸ＿Ｂが、第２伝送トランジスタ１２２のゲートに供給され、ローレベル（ｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ）、例えば、０Ｖを有する第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳが、第２フォトゲート１２０に供給されると、Ｐ型基板１００の内部のうち、第２フォトゲート１２０の下方に位置する部分では、複数の光電荷が生成されるが、該生成された複数の光電荷は、第２フローティングディフュージョン領域１２４に伝送されない。
【００４６】
ここで図３において、ＶＨＡは、ハイレベルを有する第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳが、第１フォトゲート１１０に供給される時のポテンシャル（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）または複数の光電荷が蓄積された領域を表わし、ＶＬＢは、ローレベルを有する第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳが、第２フォトゲート１２０に供給される時のポテンシャルまたは複数の電荷が蓄積された領域を表わす。
【００４７】
そして、第１レベル（例えば、１．０Ｖ）を有する第１伝送制御信号ＴＸ＿Ａが、第１伝送トランジスタ１１２のゲートに供給され、ローレベル（例えば、０Ｖ）を有する第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳが、第１フォトゲート１１０に供給されると、Ｐ型基板１００の内部のうち、第１フォトゲート１１０の下方に位置する部分では、複数の光電荷が生成されるが、該生成された複数の光電荷は、第１フローティングディフュージョン領域１１４に伝送されない。
【００４８】
それと同時に、第１レベル（例えば、１．０Ｖ）を有する第２伝送制御信号ＴＸ＿Ｂが、第２伝送トランジスタ１２２のゲートに供給され、ハイレベル（例えば、３．３Ｖ）を有する第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳが、第２フォトゲート１２０に供給されると、Ｐ型基板１００の内部のうち、第２フォトゲート１２０の下方に位置する部分で生成された複数の光電荷は、第２フォトゲート１２０の下方に集まり、該集まった複数の光電荷は、第２フローティングディフュージョン領域１２４に伝送される（第２ブリッジングディフュージョン領域１２６が形成されていない実施形態の場合）か、または第２ブリッジングディフュージョン領域１２６を通じて第２フローティングディフュージョン領域１２４に伝送される（第２ブリッジングディフュージョン領域１２６が形成されている実施形態の場合）。
【００４９】
ここで図３において、ＶＨＢは、ハイレベルを有する第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳが、第２フォトゲート１２０に供給される時のポテンシャルまたは複数の光電荷が蓄積された領域を表わし、ＶＬＡは、ローレベルを有する第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳが、第１フォトゲート１１０に供給される時のポテンシャルまたは複数の光電荷が蓄積された領域を表わす。
【００５０】
第３フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳ’が、第１フォトゲート１１０に供給される時の電荷収集の動作と電荷伝送の動作は、第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳが、第１フォトゲート１１０に供給される時の電荷収集の動作と電荷伝送の動作と類似している。
【００５１】
また、第４フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳ’が、第２フォトゲート１２０に供給される時の電荷収集の動作と電荷伝送の動作は、第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳが、第２フォトゲート１２０に供給される時の電荷収集の動作と電荷伝送の動作と類似している。
【００５２】
図３に示された一対のセンサー２３−１は、各フォトゲート１１０、１２０上に形成されたマイクロレンズ１５０を含むが、他の実施形態では、一対のセンサー２３−１は、マイクロレンズ１５０を含まない。
【００５３】
図５は、本発明の実施形態による、４対のセンサーのセット、２３−２の配置を表わす平面図を示し、図６は、図５に示した４対のセンサーのセット、２３−２を含む回路図の一実施形態を示す。
本実施形態では、アレイ２２にｎ＊ｍ個の、センサー対、従って、フォトゲート対が具現され、ｎ＊ｍ個のフォトゲート対のそれぞれが含む第１フォトゲートと第２フォトゲートを、アレイ２２上において各々Ａ、Ｂとする時、アレイ２２のそれぞれの行に配列されたフォトゲート対は、（Ａ、Ｂ）、（Ａ、Ｂ）、・・・の順に反復的に配置される。
【００５４】
図１、図４、図５、及び図６を参照すると、４対のセンサーのセット、２３−２のそれぞれは、第１フォトゲート１１０−１、１１０−２、１１０−３、及び１１０−４と、第２フォトゲート１２０−１、１２０−２、１２０−３、及び１２０−４とを含む。
【００５５】
第１フォトゲート側について説明すると、それぞれの第１フォトゲート１１０−１、１１０−２、１１０−３、及び１１０−４は、互いに電気的に接続され、第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａを共有する。したがって、第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳまたは第３フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳ’は、それぞれの第１フォトゲート１１０−１、１１０−２、１１０−３、及び１１０−４に供給される。
【００５６】
それぞれの第１伝送トランジスタ１１２−１、１１２−２、１１２−３、及び１１２−４のゲートは、互いに電気的に接続されており、第１伝送制御信号ＴＧ＿Ａに応答して動作する。
【００５７】
第１駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ａのゲートは、第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａに接続される。
【００５８】
第１リセットトランジスタ（ｒｅｓｅｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ＲＴ＿Ａは、第１リセット信号ＲＳ＿Ａに応答して第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａをリセットする。
第１リセットトランジスタＲＴ＿Ａは、電圧源Ｖｄｄと第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａとの間に接続される。
【００５９】
第１駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ａと第１選択トランジスタは、電圧源Ｖｄｄと第１カラムライン（ｃｏｌｕｍｎ  ｌｉｎｅ）ＣＯＬ＿Ａとの間に直列に接続される。前記第１選択トランジスタは、ローデコーダ２４から出力された第１選択信号ＳＥＬＡに応答して第１駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ａによって駆動された信号を第１カラムラインＣＯＬ＿Ａに伝送する。
【００６０】
また第２フォトゲート側も同様に、それぞれの第２フォトゲート１２０−１、１２０−２、１２０−３、及び１２０−４は、互いに電気的に接続され、第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂを共有する。したがって、第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳまたは第４フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳ’は、それぞれの第２フォトゲート１２０−１、１２０−２、１２０−３、及び１２０−４に供給される。
【００６１】
それぞれの第２伝送トランジスタ１２２−１、１２２−２、１２２−３、及び１２２−４のゲートは、互いに電気的に接続されており、第２伝送制御信号ＴＧ＿Ｂに応答して動作する。
【００６２】
第２駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ｂのゲートは、第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂに接続される。
【００６３】
第２リセットトランジスタＲＴ＿Ｂは、第２リセット信号ＲＳ＿Ｂに応答して第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂをリセットする。第２リセットトランジスタＲＴ＿Ｂは、電圧源Ｖｄｄと第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂとの間に接続される。
【００６４】
第２駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ｂと第２選択トランジスタは、電圧源Ｖｄｄと第２カラムラインＣＯＬ＿Ｂとの間に直列に接続される。前記第２選択トランジスタは、ローデコーダ２４から出力された第２選択信号ＳＥＬＢに応答して第２駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ｂによって駆動された信号を第２カラムラインＣＯＬ＿Ｂに伝送する。
【００６５】
他の実施形態では、それぞれの第１フォトゲート１１０−１、１１０−２、１１０−３、及び１１０−４と、それぞれの第１伝送トランジスタ１１２−１、１１２−２、１１２−３、及び１１２−４との間には、それぞれの第１ブリッジングディフュージョン領域１１６−１、１１６−２、１１６−３、及び１１６−４がさらに形成される。また、それぞれの第２フォトゲート１２０−１、１２０−２、１２０−３、及び１２０−４と、それぞれの第２伝送トランジスタ１２２−１、１２２−２、１２２−３、及び１２２−４との間には、それぞれの第２ブリッジングディフュージョン領域１２６−１、１２６−２、１２６−３、及び１２６−４がさらに形成される。
【００６６】
図５、６に示したように、それぞれの第１フォトゲート１１０−１、１１０−２、１１０−３、及び１１０−４は、第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａを共有し、それぞれの第１フォトゲート１１０−１、１１０−２、１１０−３、及び１１０−４によって第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａに伝送された電荷は、第１出力回路によって第１カラムラインＣＯＬ＿Ａに伝送されるので、本発明の実施形態による４対のセンサーのセット、２３−２の配列を含むアレイ２０は、オーバーヘッド（ｏｖｅｒｈｅａｄ）面積を減らす効果がある。
【００６７】
ここで、第１出力回路は、第１リセットトランジスタＲＴ＿Ａ、第１駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ａ、及び第１選択信号ＳＥＬＡに応答して動作する第１選択トランジスタを含む。
【００６８】
また、それぞれの第２フォトゲート１２０−１、１２０−２、１２０−３、及び１２０−４は、第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂを共有し、それぞれの第２フォトゲート１２０−１、１２０−２、１２０−３、及び１２０−４によって第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂに伝送された電荷は、第２出力回路によって第２カラムラインＣＯＬ＿Ｂに伝送されるので、本発明の実施形態による４対のセンサーのセット、２３−２の配列を含むアレイ２０は、オーバーヘッド面積を減らす効果がある。
【００６９】
ここで、第２出力回路は、第２リセットトランジスタＲＴ＿Ｂ、第２駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ｂ、及び第２選択信号ＳＥＬＢに応答して動作する第２選択トランジスタを含む。
【００７０】
したがって、本発明の実施形態によるアレイ２２の配列は、レンズモジュール３６を通じて入射された光信号を感知する面積を増加できる。
【００７１】
図７は、本発明の他の実施形態によるマイクロレンズと４対のセンサーのセット、２３−２との配置を表わす平面図を示す。
【００７２】
図６と異なって、図７では、それぞれの一対のセンサー上にそれぞれのマイクロレンズ１５０−１、１５０−２、１５０−３、及び１５０−４が具現される。したがって、図７に示すように、複数のマイクロレンズ１５０−１、１５０−２、１５０−３、及び１５０−４を含むアレイ２０の受光量または受光面積は相当増加する。
【００７３】
また、図５と図７とに示すように、それぞれの第１フォトゲート１１０−１、１１０−２、１１０−３、及び１１０−４は複数（図では３本）の指（ｆｉｎｇｅｒ）を有するフォーク形状であり、それぞれの第２フォトゲート１２０−１、１２０−２、１２０−３、及び１２０−４は対応する第１フォトゲートと噛み合う、同様のフォーク形状であるので、図で横方向の長さを低減でき、光信号によって生成された複数の光電荷をそれぞれのフローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａ、ＦＤ＿Ｂに伝送する伝送時間が相当減少する。
【００７４】
図８は、本発明の他の実施形態による４対のセンサーのセット、２３−２’の配置を表わす平面図を示し、図９は、図８に示した４対のセンサーのセット、２３−２’を含むアレイの模式斜視図を示し、図１０は、図８に示された４対のセンサーのセット、２３−２’を含む回路図の実施形態を示す。
【００７５】
本実施形態では、アレイ２２にｎ＊ｍ個のセンサー対、従ってフォトゲート対が具現され、ｎ＊ｍ個のフォトゲート対のそれぞれが含む第１フォトゲートと第２フォトゲートを、アレイ２２上において各々Ａ、Ｂとする時、アレイ２２のそれぞれの行の奇数番目のフォトゲート対は、（Ａ、Ｂ）の順に配置され、偶数番目のフォトゲート対は、（Ｂ、Ａ）の順に配置される。
【００７６】
図１、図３、図８、図９、及び図１０を参照すると、４対のセンサーのセット、２３−２’のそれぞれは、第１フォトゲート１１０−１’、１１０−２’、１１０−３’、及び１１０−４’と、第２フォトゲート１２０−１’、１２０−２’、１２０−３’、及び１２０−４’とを含む。
【００７７】
第１フォトゲート側について説明すると、それぞれの第１フォトゲート１１０−１’、１１０−２’は、互いに電気的に接続され、第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａを共有し、それぞれの第１フォトゲート１１０−３’、１１０−４’は、互いに電気的に接続され、第３フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｃを共有する。そして、第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳまたは第３フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳ’は、それぞれの第１フォトゲート１１０−１’、１１０−２’、１１０−３’、及び１１０−４’に供給される。
【００７８】
それぞれの第１伝送トランジスタ１１２−１’、１１２−２’のゲートは、互いに電気的に接続されており、第１伝送制御信号ＴＧ＿Ａに応答して動作する。
【００７９】
第１駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ａのゲートは、第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａに接続される。
第１リセットトランジスタＲＸ＿Ａは、第１リセット信号ＲＳ＿Ａに応答して第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａをリセットする。
第１リセットトランジスタＲＸ＿Ａは、電圧源Ｖｄｄと第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａとの間に接続される。
【００８０】
第１駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ａと第１選択トランジスタは、電圧源Ｖｄｄと第１カラムラインＣＯＬ＿Ａとの間に直列に接続される。第１選択トランジスタは、ローデコーダ２４から出力された第１選択信号ＳＥＬＡに応答して第１駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ａによって駆動された信号を第１カラムラインＣＯＬ＿Ａに伝送する。
【００８１】
また第２フォトゲート側も同様に、それぞれの第２フォトゲート１２０−１’、１２０−２’、１２０−３’、及び１２０−４’は、互いに電気的に接続され、第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂを共有する。したがって、第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳまたは第４フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳ’は、それぞれの第２フォトゲート１２０−１’、１２０−２’、１２０−３’、及び１２０−４’に供給される。
【００８２】
それぞれの第２伝送トランジスタ１２２−１’、１２２−２’、１２２−３’、及び１２２−４’のゲートは、互いに電気的に接続されており、第２伝送制御信号ＴＧ＿Ｂに応答して動作する。
【００８３】
第２駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ｂのゲートは、第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂに接続される。
第２リセットトランジスタＲＸ＿Ｂは、第２リセット信号ＲＳ＿Ｂに応答して第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂをリセットする。第２リセットトランジスタＲＸ＿Ｂは、リセット電圧源Ｖｄｄと第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂとの間に接続される。
【００８４】
第２駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ｂと第２選択トランジスタは、電圧源Ｖｄｄと第２カラムラインＣＯＬ＿Ｂとの間に直列に接続される。第２選択トランジスタは、ローデコーダ２４から出力された第２選択信号ＳＥＬＢに応答して第２駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ｂによって駆動された信号を第２カラムラインＣＯＬ＿Ｂに伝送する。
【００８５】
他の実施形態では、それぞれの第１フォトゲート１１０−１’、１１０−２’、１１０−３’、及び１１０−４’と、それぞれの第１伝送トランジスタ１１２−１’、１１２−２’、１１２−３’、及び１１２−４’との間には、それぞれの第１ブリッジングディフュージョン領域１１６−１’、１１６−２’、１１６−３’、及び１１６−４’がさらに形成される。また、それぞれの第２フォトゲート１２０−１’、１２０−２’、１２０−３’、及び１２０−４’と、それぞれの第２伝送トランジスタ１２２−１’、１２２−２’、１２２−３’、及び１２２−４’との間には、それぞれの第２ブリッジングディフュージョン領域１２６−１’、１２６−２’、１２６−３’、及び１２６−４’がさらに形成される。
【００８６】
図８、１０に示したように、それぞれの第１フォトゲートは、第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａを共有し、それぞれの第１フォトゲートによって第１フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａに伝送された電荷は、第１出力回路によって第１カラムラインＣＯＬ＿Ａに伝送されるので、本発明の実施形態による４対のセンサーのセット、２３−２’の配列を含むアレイ２０は、オーバーヘッド面積を減らす効果がある。
【００８７】
ここで、第１出力回路は、第１リセットトランジスタＲＸ＿Ａ、第１駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ａ、及び第１選択信号ＳＥＬＡに応答して動作する第１選択トランジスタを含む。
また、それぞれの第２フォトゲート１２０−１’、１２０−２’、１２０−３’、及び１２０−４’は、第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂを共有し、それぞれの第２フォトゲート１２０−１’、１２０−２’、１２０−３’、及び１２０−４’によって第２フローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ｂに伝送された電荷は、第２出力回路によって第２カラムラインＣＯＬ＿Ｂに伝送されることができるので、本発明の実施形態による４対のセンサーのセット、２３−２’の配列を含むアレイ２０は、オーバーヘッド面積を減らす効果がある。
【００８８】
ここで、第２出力回路は、第２リセットトランジスタＲＸ＿Ｂ、第２駆動トランジスタＳ／Ｆ＿Ｂ、及び第２選択信号ＳＥＬＢに応答して動作する第２選択トランジスタを含む。
したがって、本発明の実施形態によるアレイ２２の配列は、レンズモジュール３６を通じて入射された光信号を感知する面積を増加できる。
【００８９】
図１１は、本発明の他の実施形態によるマイクロレンズと４対のセンサーのセット、２３−２’との配置を表わす平面図を示す。
【００９０】
図８と異なって、図１１では、それぞれの一対のセンサー上にそれぞれのマイクロレンズ１５０−１、１５０−２、１５０−３、及び１５０−４が具現される。したがって、図１１に示すように、複数のマイクロレンズ１５０−１、１５０−２、１５０−３、及び１５０−４を含むアレイ２０の受光量または受光面積は相当増加する。
【００９１】
また、図８と図１１とに示すように、それぞれの第１フォトゲート１１０−１’、１１０−２’、１１０−３’、及び１１０−４’は複数（図では３本）の指を有するフォーク形状であり、それぞれの第２フォトゲート１２０−１’、１２０−２’、１２０−３’、及び１２０−４’は対応する第１フォトゲートと噛み合う、同様のフォーク形状であるので、図で横方向の長さを低減でき、光信号によって生成された複数の光電荷をそれぞれのフローティングディフュージョン領域ＦＤ＿Ａ、ＦＤ＿Ｂに伝送することができる伝送時間が相当減少する。
【００９２】
図１２は、図８に示した４対のセンサーのセット、２３−２’の動作を説明するための、隣接する４対のセンサーの２組のセット、即ち、８対のセンサーのセットの略図であって、信号のフローを付記し、図１３は、図１２に示した８対のセンサーのセットの詳細図を示す。
【００９３】
図１、図８、図１１、図１２、及び図１３に示すように、アレイ２２は、複数のセンサー対２００−１〜２００−８を含み、複数のセンサー対２００−１〜２００−８のそれぞれは、第１フォトゲートＡと第２フォトゲートＢとを含む。他の実施形態では、それぞれのセンサー対２００−１〜２００−８の上にそれぞれのマイクロレンズが具現可能である。
【００９４】
第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳが、複数のセンサー対２００−１〜２００−８のそれぞれの第１フォトゲートＡに供給され、それと同時に、第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳが、複数のセンサー対２００−１〜２００−８のそれぞれの第２フォトゲートＢに供給される。
【００９５】
例えば、センサー対２００−２、２００−３のそれぞれの第１フォトゲートＡに、ハイレベルを有する第１フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳが供給されると、センサー対２００−２、２００−３のそれぞれによって生成された第１信号は、第１データラインＢ１１を通じて出力される。
【００９６】
次いで、センサー対２００−１、２００−２、２００−３、及び２００−４のそれぞれの第２フォトゲートＢに、ハイレベルを有する第２フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳが供給されると、センサー対２００−１、２００−２のそれぞれによって生成された第２信号は、第２データラインＡ１１を通じて出力され、センサー対２００−３、２００−４のそれぞれによって生成された第３信号は、第３データラインＡ１２を通じて出力される。
【００９７】
ロジック回路３４は、複数の第１信号、複数の第２信号、及び複数の第３信号を、複数の第１デジタル信号、複数の第２デジタル信号、及び複数の第３デジタル信号に変換してマイクロプロセッサ（例えば、図１４の３００）に伝送する。
【００９８】
前記マイクロプロセッサは、複数の第１デジタル信号と複数の第２デジタル信号とを処理して、センサー対２００−２によって検出された距離を計算する。また、マイクロプロセッサは、複数の第１デジタル信号と複数の第３デジタル信号とを処理して、センサー対２００−３によって検出された距離を計算する。
【００９９】
選択的に、第３フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳ’が、複数のセンサー対２００−１〜２００−８のそれぞれの第１フォトゲートＡに供給され、それと同時に、第４フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳ’が、複数のセンサー対２００−１〜２００−８のそれぞれの第２フォトゲートＢに供給される。
【０１００】
例えば、センサー対２００−２、２００−３のそれぞれの第１フォトゲートＡにハイレベルを有する第３フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＡＳ１が供給されると、センサー対２００−２、２００−３のそれぞれによって生成された第４信号は、第１データラインＢ１１を通じて出力される。
【０１０１】
次いで、センサー対２００−１、２００−２、２００−３、及び２００−４のそれぞれの第２フォトゲートＢにハイレベルを有する第４フォトゲートコントロール信号ＰＧ＿ＢＳ’が供給されると、センサー対２００−１、２００−２のそれぞれによって生成された第５信号は、第２データラインＡ１１を通じて出力され、センサー対２００−３、２００−４のそれぞれによって生成された第６信号は、第３データラインＡ１２を通じて出力される。
【０１０２】
ロジック回路３４は、複数の第４信号、複数の第５信号、及び複数の第６信号を、複数の第４デジタル信号、複数の第５デジタル信号、及び複数の第６デジタル信号に変換してマイクロプロセッサに伝送する。
【０１０３】
前記マイクロプロセッサは、複数の第１デジタル信号、複数の第２デジタル信号、複数の第４デジタル信号、及び複数の第５デジタル信号を処理して、センサー対２００−２によって検出された距離を計算する。また、マイクロプロセッサは、複数の第１デジタル信号、複数の第２デジタル信号、複数の第３デジタル信号、及び複数の第６デジタル信号を処理して、センサー対２００−３によって検出された距離を計算する。
【０１０４】
図１４は、図１に示された距離測定装置を含む距離測定システムを示すブロック図である。
【０１０５】
距離測定システム１０’は、感知装置である半導体チップ２０とマイクロプロセッサ３００とを含む。半導体チップ２０とマイクロプロセッサ３００は、別個のチップ（ｃｈｉｐ）として具現されることもあり、一つのチップとして具現することも可能である。
【０１０６】
マイクロプロセッサ３００は、半導体チップ２０から出力された複数のデジタル信号に基づいて、ターゲット物体の距離またはイメージを計算する。
距離測定システム１０’は、３次元距離センサー、ゲームコントローラ（ｇａｍｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、カメラ、及びジェスチャセンシング装置（ｇｅｓｔｕｒｅ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）に使われる。
【０１０７】
本発明は、図面に示された一実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明によるセンサー系は、上記のような、３次元距離センサー、ゲームコントローラ、カメラ、及びジェスチャセンシング装置などの各種距離測定システムのセンサー系として利用できる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０、１０’    距離測定装置（距離測定システム）、センサー系
２０    半導体チップ
２２    アレイ
２３−１、２００−１〜２００−８    一対のセンサー（センサー対）
２３−２、２３−２’    ４対のセンサーのセット
２４    ローデコーダ
２６    タイミングコントローラ
２８    フォトゲートコントローラ
３０    光源ドライバー
３２    光源
３４    ロジック回路
３６    レンズモジュール
４０    ターゲット物体
１１０、１１０−１、１１０−２、１１０−３、１１０−４、１１０−１’、１１０−２’、１１０−３’、１１０−４’    第１フォトゲート
１１２、１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４、１１２−１’、１１２−２’、１１２−３’、１１２−４’    第１伝送トランジスタ
１１４    第１フローティングディフュージョン領域
１１６、１１６−１、１１６−２、１１６−３、１１６−４、１１６−１’、１１６−２’、１１６−３’、１１６−４’    第１ブリッジングディフュージョン領域
１２０、１２０−１、１２０−２、１２０−３、１２０−４、１２０−１’、１２０−２’、１２０−３’、１２０−４’    第２フォトゲート
１２２、１２２−１、１２２−２、１２２−３、１２２−４、１２２−１’、１２２−２’、１２２−３’、１２２−４’    第２伝送トランジスタ
１２４    第２フローティングディフュージョン領域
１２６、１２６−１、１２６−２、１２６−３、１２６−４、１２６−１’、１２６−２’、１２６−３’、１２６−４’    第２ブリッジングディフュージョン領域
１５０、１５０−１、１５０−２、１５０−３、１５０−４    マイクロレンズ
３００    マイクロプロセッサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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