(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に光を照射し、そ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、
前記反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに前記光感応領域と並んで配置され前記光感応領域からの電荷を収集する第１及び第２の電荷収集領域を有する半導体基板と、
前記光感応領域と前記第１及び第２の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１及び第２の転送電極と、
複数のフレームを順に実施することにより前記第１及び第２の転送電極を駆動する駆動部と、を備え、
各フレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ9を定義するとき、前記光照射部は、前記光を各フレームの時刻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〜ｔ2及びｔ4〜ｔ6の間オン電位とし、前記第２の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ4及びｔ6〜ｔ8の間オン電位とし、
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及びｔ5〜ｔ7の間オン電位とし、前記第２の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ5及びｔ7〜ｔ9の間オン電位とする、距離センサ。
【請求項２】
対象物に光を照射し、そ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、
前記反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに前記光感応領域と並んで配置され前記光感応領域からの電荷を収集する第１及び第２の電荷収集領域を有する半導体基板と、
前記光感応領域と前記第１及び第２の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１及び第２の転送電極と、
複数のフレームを順に実施することにより前記第１及び第２の転送電極を駆動する駆動部と、を備え、
各フレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8を定義するとき、前記光照射部は、前記光を各フレームの時刻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及びｔ4〜ｔ5の間オン電位とし、前記第２の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ3及びｔ6〜ｔ7の間オン電位とし、
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及びｔ5〜ｔ6の間オン電位とし、前記第２の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ4及びｔ7〜ｔ8の間オン電位とする、距離センサ。
【請求項３】
対象物に光を照射し、そ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、
前記反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに前記光感応領域と並ん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の電荷収集領域を有する半導体基板と、
前記光感応領域と前記第１〜第４の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１〜第４の転送電極と、
複数のフレームを順に実施することにより前記第１〜第４の転送電極を駆動する駆動部と、を備え、
各フレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8を定義するとき、前記光照射部は、前記光を各フレームの時刻ｔ1〜ｔ3の間照射し、
前記駆動部は、各フレームにおいて、前記第１の転送電極を時刻ｔ0〜ｔ1及びｔ4〜ｔ5の間オン電位とし、前記第２の転送電極を時刻ｔ1〜ｔ2及びｔ5〜ｔ6の間オン電位とし、前記第３の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ3及びｔ6〜ｔ7の間オン電位とし、前記第４の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ4及びｔ7〜ｔ8の間オン電位とする、距離センサ。
【請求項４】
前記半導体基板が、前記光感応領域と並ん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とされてから最後にオフ電位とされるまでの期間を除いてオン電位とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の距離センサ。
【請求項５】
対象物に光を照射し、そ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、
前記反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに前記光感応領域と並んで配置され前記光感応領域からの電荷を収集する第１及び第２の電荷収集領域を有する半導体基板と、
前記光感応領域と前記第１及び第２の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１及び第２の転送電極と、を備え、
順に実施される複数のフレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ9を定義するとき、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〜ｔ2及びｔ4〜ｔ6の間オン電位とし、前記第２の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ4及びｔ6〜ｔ8の間オン電位とし、
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及びｔ5〜ｔ7の間オン電位とし、前記第２の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ5及びｔ7〜ｔ9の間オン電位とする、距離センサの駆動方法。
【請求項６】
対象物に光を照射し、そ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、
前記反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに前記光感応領域と並んで配置され前記光感応領域からの電荷を収集する第１及び第２の電荷収集領域を有する半導体基板と、
前記光感応領域と前記第１及び第２の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１及び第２の転送電極と、を備え、
順に実施される複数のフレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8を定義するとき、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及びｔ4〜ｔ5の間オン電位とし、前記第２の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ3及びｔ6〜ｔ7の間オン電位とし、
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及びｔ5〜ｔ6の間オン電位とし、前記第２の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ4及びｔ7〜ｔ8の間オン電位とする、距離センサの駆動方法。
【請求項７】
対象物に光を照射し、そ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、
前記反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに前記光感応領域と並ん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の電荷収集領域を有する半導体基板と、
前記光感応領域と前記第１〜第４の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１〜第４の転送電極と、を備え、
順に実施される複数のフレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8を定義するとき、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、前記第１の転送電極を時刻ｔ0〜ｔ1及びｔ4〜ｔ5の間オン電位とし、前記第２の転送電極を時刻ｔ1〜ｔ2及びｔ5〜ｔ6の間オン電位とし、前記第３の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ3及びｔ6〜ｔ7の間オン電位とし、前記第４の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ4及びｔ7〜ｔ8の間オン電位とする、距離センサの駆動方法。
【請求項８】
前記半導体基板が、前記光感応領域と並ん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の転送電極を、他の転送電極が最初にオン電位とされてから最後にオフ電位とされるまでの期間を除いてオン電位とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の距離センサの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離センサ及び距離センサの駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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を、それぞれ異なる電荷収集領域の蓄積ノードに蓄積する。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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３３４６４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】David Stoppa et al., Introduction to 3D Time-of -Flight ImageSensors, European Solid-State Circuits Conference (ESSCIRC), European Solid-StateDevice Conference (ESSDERC), 2015
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般に距離センサにおいては、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するが、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、各蓄積ノードにおいて得られた電荷量から外乱光に相当する電荷量を差し引く。従って、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に蓄積され、蓄積ノードが飽和し易くなるという問題がある。なお、特許文献１に記載された方法ではパルス状の光を出力するので、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。
【０００７】
また、非特許文献１に記載された方法では、三角波状の光を照射するので、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とされる必要がある。従って、外乱光による電荷を多く取り込むこととなり、蓄積ノードが飽和し易くなる。また、パルス状の光を出力する場合と比較して、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）が低いという問題がある。
【０００８】
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を注入するため、各蓄積ノードに等量の電流を注入するとともに、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、特許文献１及び非特許文献１に記載の距離センサでは、そのような方法での使用が困難である。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、パルス状の光を対象物に照射する距離センサであって、各蓄積ノードに等量の電流を注入し、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といった使用方法を可能にできる距離センサ及び距離センサの駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明による第１の距離センサは、対象物に光を照射し、そ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距離センサであって、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する光照射部と、反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに光感応領域と並んで配置され光感応領域からの電荷を収集する第１及び第２の電荷収集領域を有する半導体基板と、光感応領域と第１及び第２の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１及び第２の転送電極と、複数のフレームを順に実施することにより第１及び第２の転送電極を駆動する駆動部と、を備え、各フレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ9を定義するとき、光照射部は、光を各フレームの時刻ｔ1〜ｔ3の間照射し、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及びｔ4〜ｔ6の間オン電位とし、第２の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ4及びｔ6〜ｔ8の間オン電位とし、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及びｔ5〜ｔ7の間オン電位とし、第２の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ5及びｔ7〜ｔ9の間オン電位とする。
【００１１】
また、本発明による第２の距離センサは、対象物に光を照射し、そ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距離センサであって、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する光照射部と、反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに光感応領域と並んで配置され光感応領域からの電荷を収集する第１及び第２の電荷収集領域を有する半導体基板と、光感応領域と第１及び第２の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１及び第２の転送電極と、複数のフレームを順に実施することにより第１及び第２の転送電極を駆動する駆動部と、を備え、各フレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8を定義するとき、光照射部は、光を各フレームの時刻ｔ1〜ｔ3の間照射し、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及びｔ4〜ｔ5の間オン電位とし、第２の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ3及びｔ6〜ｔ7の間オン電位とし、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及びｔ5〜ｔ6の間オン電位とし、第２の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ4及びｔ7〜ｔ8の間オン電位とする。
【００１２】
また、本発明による第３の距離センサは、対象物に光を照射し、そ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距離センサであって、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する光照射部と、反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに光感応領域と並んで配置され光感応領域からの電荷を収集する第１〜第４の電荷収集領域を有する半導体基板と、光感応領域と第１〜第４の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１〜第４の転送電極と、複数のフレームを順に実施することにより第１〜第４の転送電極を駆動する駆動部と、を備え、各フレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8を定義するとき、光照射部は、光を各フレームの時刻ｔ1〜ｔ3の間照射し、駆動部は、各フレームにおいて、第１の転送電極を時刻ｔ0〜ｔ1及びｔ4〜ｔ5の間オン電位とし、第２の転送電極を時刻ｔ1〜ｔ2及びｔ5〜ｔ6の間オン電位とし、第３の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ3及びｔ6〜ｔ7の間オン電位とし、第４の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ4及びｔ7〜ｔ8の間オン電位とする。
【００１３】
また、本発明による第１の駆動方法は、対象物に光を照射し、そ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距離センサの駆動方法であって、距離センサは、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する光照射部と、反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに光感応領域と並んで配置され光感応領域からの電荷を収集する第１及び第２の電荷収集領域を有する半導体基板と、光感応領域と第１及び第２の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１及び第２の転送電極と、を備え、順に実施される複数のフレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ9を定義するとき、光照射部から光を各フレームの時刻ｔ1〜ｔ3の間照射し、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及びｔ4〜ｔ6の間オン電位とし、第２の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ4及びｔ6〜ｔ8の間オン電位とし、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及びｔ5〜ｔ7の間オン電位とし、第２の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ5及びｔ7〜ｔ9の間オン電位とする。
【００１４】
また、本発明による第２の駆動方法は、対象物に光を照射し、そ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距離センサの駆動方法であって、距離センサは、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する光照射部と、反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに光感応領域と並んで配置され光感応領域からの電荷を収集する第１及び第２の電荷収集領域を有する半導体基板と、光感応領域と第１及び第２の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１及び第２の転送電極と、を備え、順に実施される複数のフレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8を定義するとき、光照射部から光を各フレームの時刻ｔ1〜ｔ3の間照射し、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及びｔ4〜ｔ5の間オン電位とし、第２の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ3及びｔ6〜ｔ7の間オン電位とし、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及びｔ5〜ｔ6の間オン電位とし、第２の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ4及びｔ7〜ｔ8の間オン電位とする。
【００１５】
また、本発明による第３の駆動方法は、対象物に光を照射し、そ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距離センサの駆動方法であって、距離センサは、パルス状の光を対象物に繰り返し照射する光照射部と、反射光を受けて光量に応じた電荷を発生する光感応領域、並びに光感応領域と並んで配置され光感応領域からの電荷を収集する第１〜第４の電荷収集領域を有する半導体基板と、光感応領域と第１〜第４の電荷収集領域それぞれとの間の領域上に配置された第１〜第４の転送電極と、を備え、順に実施される複数のフレームにおいて等間隔の時刻ｔ0、ｔ1、・・・、ｔ8を定義するとき、光照射部から光を各フレームの時刻ｔ1〜ｔ3の間照射し、第１の転送電極を時刻ｔ0〜ｔ1及びｔ4〜ｔ5の間オン電位とし、第２の転送電極を時刻ｔ1〜ｔ2及びｔ5〜ｔ6の間オン電位とし、第３の転送電極を時刻ｔ2〜ｔ3及びｔ6〜ｔ7の間オン電位とし、第４の転送電極を時刻ｔ3〜ｔ4及びｔ7〜ｔ8の間オン電位とする。
【００１６】
上記の各距離センサ及び各駆動方法によれば、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となる。
【００１７】
また、上記の各距離センサにおいて、半導体基板は、光感応領域と並んで配置され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、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、駆動部は、第５の転送電極を、他の転送電極が最初にオン電位とされてから最後にオフ電位とされるまでの期間を除いてオン電位としてもよい。
【００１８】
また、上記の各駆動方法において、半導体基板は、光感応領域と並んで配置され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、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、第５の転送電極を、他の転送電極が最初にオン電位とされてから最後にオフ電位とされるまでの期間を除いてオン電位としてもよい。
【００１９】
上記の各距離センサ及び各駆動方法によれば、第１及び第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、及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及び測距精度をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による距離センサ及び距離センサの駆動方法によれば、パルス状の光を対象物に照射する距離センサであって、各蓄積ノードに等量の電流を注入し、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といった使用方法を可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】（ａ）或る画素に入射する反射光強度の時間変化の例を示すグラフである。（ｂ）、（ｃ）転送電極に印加される電圧の時間変化を示すグラフである。
【図６】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。
【図７】（ａ）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である。（ｂ）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。
【図８】第１フレーム及び第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。
【図９】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１０】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１１】（ａ）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である。（ｂ）第１フレーム及び第２フレームにおける出力値の符号を示す図表である。（ｃ）総電荷量の算出方法を示す図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）第１フレーム及び第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。
【図１３】電流注入回路の詳細な構成を示す回路図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）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。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）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１６】第２変形例に係る受光部を示す平面図である。
【図１７】図１６のXVII−XVII線に沿った断面図である。
【図１８】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１９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明による距離センサ及び距離センサの駆動方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、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。
【００２３】
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。この距離センサ１Ａは、対象物に光を照射し、そ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ものである。図１に示されるように、この距離センサ１Ａは、半導体基板３上に形成された撮像領域５と、撮像領域５を駆動するセンサ駆動回路７（駆動部）と、撮像領域５の出力を処理する処理回路８とを備えている。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を備えている。同図では、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。この距離センサ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。
【００２４】
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及び図４は、それぞれ図２のIII−III線及び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。
【００２５】
図２に示されるように、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、図では転送電極１１，１２及び信号取出電極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、図では転送電極１３及び電荷排出用電極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。
【００２６】
図３に示されるように、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と並んで配置され、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、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と隣り合ってさえいれば互いの位置関係に制約は無い。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。従って、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荷が落ちて蓄積される。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荷が落ちて蓄積される。
【００３０】
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。
【００３１】
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、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３１と、光源３１を高周波駆動する光源駆動回路３２と、光源駆動回路３２の駆動クロックを出力する制御回路３３とを備えている。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。
【００３２】
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内の各画素Ｐ（ｍ，ｎ）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、各画素Ｐ（ｍ，ｎ）に対応する複数の結像レンズが配置されてもよい。
【００３３】
図４に示されるように、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と並んで配置されている。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。
【００３４】
図５（ａ）は、或る画素Ｐ（ｍ，ｎ）に入射する反射光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。
【００３５】
図５（ｂ）に示されるように、転送電極１１は、光照射後の第１の期間Ｈ1にオン電位とされ、その後の第２の期間Ｈ2にオフ電位とされる。また、図５（ｃ）に示されるように、転送電極１２は、第１の期間Ｈ1にオフ電位とされ、第２の期間Ｈ2にオン電位とされる。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がオン電位であり、転送電極１２がオフ電位なので、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、蓄積ノードに蓄積される。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がオン電位であり、転送電極１１がオフ電位なので、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、蓄積ノードに蓄積される。従って、電荷収集領域９ｂの蓄積ノードに蓄積された電荷量と、電荷収集領域９ｃの蓄積ノードに蓄積された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。
【００３６】
ここで、本実施形態の処理回路８は、電荷収集領域９ｂの蓄積ノードに蓄積された電荷と、電荷収集領域９ｃの蓄積ノード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の各蓄積ノードに蓄積された電荷量の合計を知ることができれば、電荷収集領域９ｂの蓄積ノードに蓄積された電荷量と、電荷収集領域９ｃの蓄積ノード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の各蓄積ノードに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。
【００３７】
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を順に実施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に示されるように、本実施形態の駆動方式では、第１フレームＦ１及び第２フレームＦ２を交互に繰り返しながら、各フレームＦ１，Ｆ２内の処理を行う。図には、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の各蓄積ノードへの電荷の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とを交互に繰り返す。
【００３８】
図７（ａ）及び図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。これらの図には、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。
【００３９】
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及びＶｔｘ2がオン電位とオフ電位とを２回ずつ繰り返す。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及びＶｔｘ2のオン時間は駆動クロックＣＬのオン時間ｔLと等しい。
【００４０】
具体的には、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるように、第１フレームＦ１及び第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７（ａ）に示されるように、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及びｔ4〜ｔ6の間オン電位とし、駆動電圧Ｖｔｘ2を時刻ｔ2〜ｔ4及びｔ6〜ｔ8の間オン電位とする。また、図７（ｂ）に示されるように、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及びｔ5〜ｔ7の間オン電位とし、駆動電圧Ｖｔｘ2を時刻ｔ3〜ｔ5及びｔ7〜ｔ9の間オン電位とする。
【００４１】
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が最初にオン電位とされてから最後にオフ電位とされるまでの期間を除いてオン電位とされる。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の間オフ電位とされ、第２フレームＦ２においては時刻ｔ1〜ｔ9の間オフ電位とされ、その他の期間においてオン電位とされる。
【００４２】
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。この第１フレームＦ１での駆動電圧Ｖｔｘ1の位相を０°とする。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。
【００４３】
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及び第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。
【００４４】
図９及び図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に示されるように、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。
【００４５】
次に、図１０に示されるように、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。
【００４６】
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。従って、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の各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の各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。
【００４７】
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の蓄積ノードの電荷量から電荷収集領域９ｂの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。同図において、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。
【００４８】
図１１（ａ）のグラフＧ１１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。
【００４９】
すなわち、図１１（ｂ）の図表に示されるように、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。従って、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。
【００５０】
次に、図１１（ｃ）に示されるように、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をとる。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）の符号を反転し、区間Ｄ3においては第１フレームＦ１の出力値（グラフＧ１１）の符号を反転し、区間Ｄ3においては第１フレームＦ１及び第２フレームＦ２の各出力値の符号を反転する（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。
【００５１】
続いて、図１２（ａ）に示されるように、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）の符号を反転する。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）に示されるように、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を乗算する。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を加算することによって、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、異なる順序で演算してもよい。或いは、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示された各演算を同時に行ってもよい。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。
【００５２】
以上に説明した本実施形態の距離センサ１Ａ及び駆動方法によれば、上述したように、電荷収集領域９ｂ，９ｃの各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。従って、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。
【００５３】
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に示されるように、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とを備えている。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。
【００５４】
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及び電流源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。
【００５５】
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の各一方の電流端子は、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。これらのトランジスタ２４ａ，２４ｂの各他方の電流端子は、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。一方のトランジスタ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。他方のトランジスタ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。
【００５６】
電流源２５は、トランジスタ２５ａを含んで構成されている。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の他方の電流端子は、トランジスタ２４ａ，２４ｂの各一方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。
【００５７】
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の一方の電流端子は電源電位線３４に接続されており、他方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。
【００５８】
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の一方の電流端子は電源電位線３４に接続されており、他方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。
【００５９】
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の一方の電流端子はトランジスタ２２ａの他方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。
【００６０】
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の一方の電流端子はトランジスタ２２ｂの他方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。
【００６１】
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の一方の電流端子は電源電位線３４に接続され、他方の電流端子はトランジスタ２７ｂの一方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。
【００６２】
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の一方の電流端子は電源電位線３４に接続され、他方の電流端子はトランジスタ２８ｂの一方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、一例ではＶ5＝Ｖ6である。
【００６３】
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の各制御端子がノード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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。従って、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。
【００６７】
トランジスタ２２ａ，２２ｂは、上述した制御電圧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、これらの電流は、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。
【００６８】
以上に説明した本実施形態の距離センサ１Ａ及び距離センサ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、先に述べたとおり、電荷収集領域９ｂ，９ｃの各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。従って、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。
【００６９】
また、本実施形態では、照射光Ｌ１としてパルス状の光を用いるので、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ため、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、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、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。
【００７０】
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が、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。
【００７１】
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。従って、外乱光による飽和の更なる抑制、及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及び測距精度を向上させることができる。
【００７２】
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及び蓄積ノード２６ａ，２６ｂの各電位が分離されるので、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を抑え、これらを互いに等しくすることができる。従って、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を低減し、これら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。
【００７３】
（第１変形例）
図１４（ａ）及び図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）及び図７（ｂ）に示されたタイミングチャートに代えて、図１４（ａ）及び図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。
【００７４】
本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及び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及び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、本変形例では、駆動電圧Ｖｔｘ1及びＶｔｘ2のオン時間は時間ｔLの半分（ｔL／２）となっている。
【００７５】
具体的には、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示されるように、第１フレームＦ１及び第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１４（ａ）に示されるように、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及びｔ4〜ｔ5の間オン電位とし、駆動電圧Ｖｔｘ2を時刻ｔ2〜ｔ3及びｔ6〜ｔ7の間オン電位とする。また、図１４（ｂ）に示されるように、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及びｔ5〜ｔ6の間オン電位とし、駆動電圧Ｖｔｘ2を時刻ｔ3〜ｔ4及びｔ7〜ｔ8の間オン電位とする。
【００７６】
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が最初にオン電位とされてから最後にオフ電位とされるまでの期間を除いてオン電位とされる。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の間オフ電位とされ、第２フレームＦ２においては時刻ｔ1〜ｔ8の間オフ電位とされ、その他の期間においてオン電位とされる。
【００７７】
図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、本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の蓄積ノードの電荷量から電荷収集領域９ｂの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。同図において、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。
【００７８】
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。
【００７９】
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をとり、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２の各出力値のうち大きい方を選択する。すると、図１５（ｂ）に示されるように、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。
【００８０】
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及び第２フレームＦ２の出力値のうち絶対値が小さい方の符号を反転する。図１５（ａ）に示される例では、区間Ｄ2における第１フレームＦ１の出力値、及び区間Ｄ3における第２フレームＦ２の出力値の符号を反転する。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）に示されるように、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を乗算する。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を加算することによって、図１５（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、異なる順序で演算してもよい。或いは、図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に示された各演算を同時に行ってもよい。
【００８１】
本変形例によれば、上記実施形態と同様に、電荷収集領域９ｂ，９ｃの各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。従って、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。
【００８２】
また、本変形例において、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、及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及び測距精度を向上させることができる。
【００８３】
（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に示されるように、本変形例の受光部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）、及び転送電極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。
【００８４】
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及び電荷排出用電極１７を有する。
【００８５】
受光部９Ａにおいて、転送電極１１，１２及び信号取出電極１５，１６の直下の構成は図３と同様であり、転送電極１３及び電荷排出用電極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及び信号取出電極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に示されるように、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と並んで配置され、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。
【００８６】
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。
【００８７】
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荷が落ちて蓄積される。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荷が落ちて蓄積される。
【００８８】
本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施することにより転送電極１１，１２，５１，５２を駆動する。図１８は、本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に示されるように、本変形例の駆動方式では、同一のフレームＦ５を繰り返しながら、フレームＦ５内の処理を行う。図には、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の各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とを交互に繰り返す。
【００８９】
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。この図には、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。
【００９０】
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を２回ずつ繰り返す。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。
【００９１】
具体的には、図１９に示されるように、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及びｔ4〜ｔ5の間オン電位とし、駆動電圧Ｖｔｘ2を時刻ｔ1〜ｔ2及びｔ5〜ｔ6の間オン電位とし、駆動電圧Ｖｔｘ3を時刻ｔ2〜ｔ3及びｔ6〜ｔ7の間オン電位とし、駆動電圧Ｖｔｘ4を時刻ｔ3〜ｔ4及びｔ7〜ｔ8の間オン電位とする。
【００９２】
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が最初にオン電位とされてから最後にオフ電位とされるまでの期間を除いてオン電位とされる。すなわち、駆動電圧Ｖｔｘｒは、各フレームＦ５において、時刻ｔ0〜ｔ8の間オフ電位とされ、その他の期間においてオン電位とされる。
【００９３】
本変形例は、第１変形例の第１フレームＦ１及び第２フレームＦ２を一つのフレームＦ５において一括して実施したものである。従って、本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、本変形例では電荷収集領域９ｃの蓄積ノードの電荷量から電荷収集領域９ｂの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、本変形例では電荷収集領域９ｆの蓄積ノードの電荷量から電荷収集領域９ｅの蓄積ノードの電荷量を差し引いた値とするとよい。
【００９４】
本変形例によれば、上記実施形態と同様に、電荷収集領域９ｂ，９ｃの各蓄積ノードに蓄積された電荷量の差分、及び電荷収集領域９ｅ，９ｆの各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。従って、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。
【００９５】
また、本変形例において、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、及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及び測距精度を向上させることができる。
【００９６】
本発明による距離センサ及び距離センサの駆動方法は、上述した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。
【符号の説明】
【００９７】
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。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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