(57)【要約】      （修正有）【課題】感度を向上させ、かつトランスファーゲートの駆動タイミング制御が容易な距離測定画像センサの提供。【解決手段】距離測定画像センサは、受光部２５、第１の浮遊拡散層２６、第１のトランスファーゲート２８、第２の浮遊拡散層２７、第２のトランスファーゲート２９、リセットドレイン３０、リセットゲート３１、および出力回路１９、を具備する。第１、第２の浮遊拡散層２６、２７、およびリセットドレインン３０は、受光部２５に対して直列的に配置される。第１のトランスファーゲート２８は、受光部２５と第１の浮遊拡散層２６との間に配置される。第２のトランスファーゲート２９は、第１の浮遊拡散層２６と第２の浮遊拡散層２７との間に配置される。リセットゲート３１は、第２の浮遊拡散層２７とリセットドレイン３０との間に配置される。出力回路１９は、反射光を受光することにより発生する信号電荷の電荷量に基づいた出力電圧を出力する。【選択図】図２
2013195344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物によって反射された反射光を受光し、光電変換を行う受光部と、
前記受光部において光電変換により発生した前記信号電荷が蓄積される第１の浮遊拡散層と、
前記受光部と前記第１の浮遊拡散層との間に配置され、前記受光部において発生した前記信号電荷を前記第１の浮遊拡散層に転送する第１のトランスファーゲートと、
前記第１の浮遊拡散層と実質的に等しい面積を有し、前記受光部において光電変換により発生した前記信号電荷が蓄積される第２の浮遊拡散層と、
前記第１の浮遊拡散層と前記第２の浮遊拡散層との間に配置され、前記第１の浮遊拡散層が有する前記信号電荷を前記第２の浮遊拡散層に転送する第２のトランスファーゲートと、
前記第１の浮遊拡散層および前記第２の浮遊拡散層に蓄積された不要電荷が排出されるリセットドレインと、
前記第２の浮遊拡散層と前記リセットドレインとの間に配置され、前記不要電荷を前記リセットドレインに転送するリセットゲートと、
少なくとも前記第１の浮遊拡散層に接続され、前記反射光を受光することにより発生する信号電荷の電荷量に基づいた出力電圧を出力する出力回路と、
を具備し、
前記出力回路は、少なくとも前記反射光の前半部分を受光することによって発生し、前記第２の浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷の電荷量に基づく出力電圧、および
前記反射光の前半部を受光することにより発生し、前記第１の浮遊拡散層に蓄積される信号電荷の電荷量、および前記反射光の後半部を受光することによって発生し、前記第１の浮遊拡散層に蓄積される信号電荷の電荷量、に基づく出力電圧、
を出力することを特徴とする飛行時間型距離センサ。
【請求項２】
被測定物によって反射された反射光を受光し、光電変換を行う受光部と、
前記受光部において光電変換により発生した前記信号電荷が蓄積される第１の浮遊拡散層と、
前記受光部と前記第１の浮遊拡散層との間に配置され、前記受光部において発生した前記信号電荷を前記第１の浮遊拡散層に転送する第１のトランスファーゲートと、
前記受光部において光電変換により発生した前記信号電荷が蓄積される第２の浮遊拡散層と、
前記第１の浮遊拡散層と前記第２の浮遊拡散層との間に配置され、前記第１の浮遊拡散層が有する前記信号電荷を前記第２の浮遊拡散層に転送する第２のトランスファーゲートと、
前記第１の浮遊拡散層および前記第２の浮遊拡散層に蓄積された不要電荷が排出されるリセットドレインと、
前記第２の浮遊拡散層と前記リセットドレインとの間に配置され、前記不要電荷を前記リセットドレインに転送するリセットゲートと、
前記第１の浮遊拡散層に接続され、前記反射光を受光することにより発生する信号電荷の電荷量に基づいた出力電圧を出力する出力回路と、
を具備することを特徴とする飛行時間型距離センサ。
【請求項３】
前記出力回路は、前記反射光の前半部分を受光することによって発生し、前記第１の浮遊拡散層および前記第２の浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷の電荷量、および前記反射光の後半部を受光することによって発生し、前記第１の浮遊拡散層に蓄積される信号電荷の電荷量、に基づく第１の出力電圧、および
前記反射光の前半部を受光することにより発生し、前記第１の浮遊拡散層に蓄積される信号電荷の電荷量、および前記反射光の後半部を受光することによって発生し、前記第１の浮遊拡散層に蓄積される信号電荷の電荷量、に基づく第２の出力電圧、
を出力することを特徴とする請求項２に記載の飛行時間型距離センサ。
【請求項４】
前記出力回路は、さらに前記第２の浮遊拡散層にも接続されていることを特徴とする請求項２に記載の飛行時間型距離センサ。
【請求項５】
前記出力回路は、前記反射光の前半部分を受光することによって発生し、前記第２の浮遊拡散層に蓄積された前記信号電荷の電荷量に基づく第１の出力電圧、および
前記反射光の前半部を受光することにより発生し、前記第１の浮遊拡散層に蓄積される信号電荷の電荷量、および前記反射光の後半部を受光することによって発生し、前記第１の浮遊拡散層に蓄積される信号電荷の電荷量、に基づく第２の出力電圧、
を出力することを特徴とする請求項４に記載の飛行時間型距離センサ。
【請求項６】
前記第１の浮遊拡散層の面積と、第２の浮遊拡散層の面積とは、実質的に等しいことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の飛行時間型距離センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、飛行時間型距離センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間（ＴｏＦ：Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）型距離センサは、光を出射したときから、測定対象物（以下、被測定物と称する）において反射された反射光がセンサに到達するまでの時間に基づいて、センサから被測定物までの距離を測定する。
【０００３】
このＴｏＦセンサにおいて、反射光を受光する受光領域には、複数の画素部が配列されている。各画素部は、反射光を受光するフォトダイオード層、フォトダイオード層において光電変換により発生した信号電荷を蓄積する浮遊拡散層、およびフォトダイオード層から信号電荷を読み出し、浮遊拡散層に転送するトランスファーゲート、を有する。また、各画素部は、浮遊拡散層に蓄積された不要電荷が排出されるリセットドレイン、および浮遊拡散層から不要電荷を読み出し、リセットドレインに転送するリセットゲートを有する。
【０００４】
従来のＴｏＦセンサの各画素部において、トランスファーゲートは、フォトファイオード層上に２個設けられており、浮遊拡散層は、フォトダイオード層の両側部にそれぞれ設けられている。また、リセットドレインは、それぞれの浮遊拡散層に近接する位置にそれぞれ設けられている。
【０００５】
この従来のＴｏＦセンサは、被測定物に照射する照射光として、例えばパルス光が出射されると、その反射光であるパルス光を、連続する２つの時間に分割して受光する。すなわち、ＴｏＦセンサの画素部がパルス光を受光すると、そのパルス光を２つの連続する時間に分割して受光するために、２個のトランスファーゲートには、パルス光を受光中に各トランスファーゲートに印加される電圧が反転するように互いに逆相の電圧を印加する。これにより、パルス光の前半部分がフォトダイオード層において光電変換されると、これにより発生した信号電荷は一方の浮遊拡散層に転送され、蓄積される。また、パルス光の後半部分がフォトダイオード層において光電変換されると、これにより発生した信号電荷は他方の浮遊拡散層に転送され、蓄積される。従来のＴｏＦセンサは、これらの２つの浮遊拡散層にそれぞれ蓄積される信号電荷の電荷量に基づいて、被測定物までの距離を算出している。
【０００６】
しかし、この従来のＴｏＦセンサは、画素部毎に、２個のトランスファーゲート、および２個のリセットゲート、が少なくとも必要であり、計４個のゲートが画素部に占める面積は大きい。従って、フォトダイオード層の面積を拡大することは制限される。これが、ＴｏＦ感度を向上させることを阻害している。
【０００７】
また、従来のＴｏＦセンサにおいて、互いに逆相の電圧を完全に同期させて、２個のトランスファーゲートにそれぞれ印加する必要がある。従って、各トランスファーゲートの駆動タイミングのタイミングマージンは極めて狭く、２個のトランスファーゲートの駆動タイミングを制御することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２３５８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
実施形態は、感度を向上させることができ、かつトランスファーゲートの駆動タイミングを容易に制御することができる距離測定画像センサ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】
実施形態に係る距離測定画像センサは、受光部、第１の浮遊拡散層、第１のトランスファーゲート、第２の浮遊拡散層、第２のトランスファーゲート、リセットドレイン、リセットゲート、および出力回路、を具備する。前記受光部は、被測定物によって反射された反射光を受光し、光電変換を行うことによって信号電荷を発生させる。前記第１の浮遊拡散層は、前記信号電荷を蓄積する。前記第１のトランスファーゲートは、前記受光部と前記第１の浮遊拡散層との間に配置され、前記受光部において発生した前記信号電荷を前記第１の浮遊拡散層に転送する。前記第２の浮遊拡散層は、前記信号電荷を蓄積する。前記第２のトランスファーゲートは、前記第１の浮遊拡散層と前記第２の浮遊拡散層との間に配置され、前記第１の浮遊拡散層が有する前記信号電荷を前記第２の浮遊拡散層に転送する。前記リセットドレインは、前記第１の浮遊拡散層および前記第２の浮遊拡散層に蓄積された不要電荷が排出される。前記リセットゲートは、前記第２の浮遊拡散層と前記リセットドレインとの間に配置され、前記不要電荷を前記リセットドレインに転送する。前記出力回路は、前記第１の浮遊拡散層に接続され、前記反射光を受光することにより発生する信号電荷の電荷量に基づいた出力電圧を出力する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る距離測定画像センサ（ＴｏＦセンサ）を示す全体図である。
【図２】第１の実施形態に係るＴｏＦセンサの受光領域を構成する複数個の画素部のうちの一つを拡大して示す図である。
【図３】図２の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿って示す画素部の断面図と、画素部が形成するポテンシャルと、の関係を示す図であり、同図（ａ）は図２の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿って示す画素部の断面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の断面が形成するポテンシャルを示す。
【図４】図２および図３に示す画素部、および出力回路の等価回路図である。
【図５】第１の実施形態に係るＴｏＦセンサにおいて、照射光、反射光、第１のトラスファーゲート、第２のトランスファーゲート、第１、第２のトランジスタ、およびリセットゲートの動作タイミングを示す動作タイミング図である。
【図６】第１の実施形態に係るＴｏＦセンサにおいて、第１、第２の浮遊拡散層に蓄積される信号電荷の電荷量の推移を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係るＴｏＦセンサの受光領域を構成する複数個の画素部のうちの一つを拡大して示す図である。
【図８】第２の実施形態に係るＴｏＦセンサの画素部、および出力回路の等価回路図である。
【図９】第２の実施形態に係るＴｏＦセンサにおいて、照射光、反射光、第１のトラスファーゲート、第２のトランスファーゲート、第１、第２のトランジスタ、およびリセットゲートの動作タイミングを示す動作タイミング図である。
【図１０】第２の実施形態に係るＴｏＦセンサにおいて、第１、第２の浮遊拡散層に蓄積される信号電荷の電荷量の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、実施形態に係る距離測定画像センサについて説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る距離測定画像センサを示す全体図である。図１に示す距離測定画像センサ１０は、光源１１から出射される照射光１２を測定対象物１３（以下、被測定物１３と称する）に照射し、その反射光１４を受光することによって、距離測定画像センサ１０から被測定物１３までの距離を測定するＴｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔセンサ（以下、ＴｏＦセンサ１０と称する）である。
【００１４】
このＴｏＦセンサ１０は、照射光１２を出射する光源１１、反射光１４を集光するレンズ１５、および反射光１４を受光して光電変換し、反射光１４に応じた出力電圧を出力する距離測定画像センサ本体１６（以下、ＴｏＦセンサ本体１６と称する）、を有する。
【００１５】
光源１１には、繰り返しパルス信号源１７が接続されている。光源１１は、繰り返しパルス信号源１７から供給される電気信号に基づいて強度変調（ＡＭ変調）された照射光１２を被測定物１３に照射する。
【００１６】
レンズ１５は、被測定物１３によって反射された反射光１４を、ＴｏＦセンサ１０の受光領域１８に集光する。
【００１７】
ＴｏＦセンサ本体１６は、反射光１４を受光する受光領域１８、および受光領域１８において受光した反射光１４の光量に応じた電圧の出力電圧を出力する出力回路１９を有する。
【００１８】
受光領域１８は、反射光１４を受光して光電変換を行い、光電変換により発生した信号電荷を蓄積する画素部が格子状に複数個配列された領域である。
【００１９】
出力回路１９は、光電変換により発生する信号電荷の電荷量に応じて発生する電圧（以下、信号電圧と称する）に基づいて、出力電圧を出力する回路である。
【００２０】
また、ＴｏＦセンサ本体１６は、受光領域１８の周辺に、タイミング制御回路２０、垂直アドレス回路２１、水平アドレス回路２２を有する。
【００２１】
タイミング制御回路２０は、受光領域１８中の各画素部に、所望のタイミングでタイミング制御信号、およびリセット信号を供給する。各画素部がタイミング制御信号を受け取ると、各画素部は、タイミング制御信号に応じた駆動タイミングで駆動する。
【００２２】
垂直アドレス回路２１および水平アドレス回路２２は、複数の画素部の中から任意の画素部を指定するアドレス指定信号を出力回路１９に供給する。出力回路１９がアドレス指定信号を受け取ると、出力回路１９は、指定された画素部に発生する信号電圧に基づく出力電圧を出力する。
【００２３】
このＴｏＦセンサ１０において、受光領域１８が反射光１４を受光すると、タイミング制御回路２０によって駆動タイミングが制御された各画素部は、受光した反射光１４の光量に応じた信号電圧を発生させる。各画素部において発生した信号電圧に基づく出力電圧は、垂直アドレス回路２１および水平アドレス回路２２によって指定された画素部の順に、出力回路１９から出力される。ＴｏＦセンサ１０は、出力回路１９から出力される出力電圧に基づいて、測定物１３までの距離を算出する。
【００２４】
なお、出力回路１９の出力端には、出力電圧に基づいて被測定物１３までの距離を算出する距離算出回路２３が接続される。この距離算出回路２３において、被測定物１３までの距離は算出される。この回路２３は、出力回路１９の出力端に接続されていればよく、ＴｏＦセンサ１０の内部に設け、距離算出回路２３内蔵型のＴｏＦセンサとしてもよいし、ＴｏＦセンサ１０の外部に設け、ＴｏＦセンサ１０および距離算出回路２３によって、ＴｏＦセンサユニットを構成してもよい。
【００２５】
図２は、第１の実施形態に係るＴｏＦセンサ１０の受光領域１８を構成する複数個の画素部のうちの一つを拡大して示す図である。図２は、画素部を示す上面図である。
【００２６】
図２に示すように、画素部２４は、反射光を受光し、その受光した反射光を光電変換する受光部２５を有する。受光部２５は四角形状のフォトダイオード層を有する。このフォトダイオード層において反射光は光電変換され、反射光の光量に応じた電荷量の信号電荷を発生する。
【００２７】
受光部２５の一辺の近傍には、この辺に対して平行に、長方形状の第１の浮遊拡散層２６が設けられている。また、第１の浮遊拡散層２６のうち、受光部２５に近接する一辺に対向する他の一辺の近傍には、この辺に対して平行に、長方形状の第２の浮遊拡散層２７が設けられている。すなわち、第１の浮遊拡散層２６および第２の浮遊拡散層２７は、受光部２５に対して直列的に設けられている。これらの第１、第２の浮遊拡散層２６、２７は、受光部２５において光電変換によって発生した信号電荷を蓄積する。
【００２８】
なお、第１の浮遊拡散層２６には、出力回路１９が接続されている。出力回路１９は、第１の浮遊拡散層２６および第２の浮遊拡散層２７に蓄積される信号電荷の電荷量に基づいて発生する信号電圧を検出し、この電圧に応じた出力電圧を出力する。
【００２９】
第１の浮遊拡散層２６と受光部２５と間には、帯状の第１のトランスファーゲート２８が設けられている。また、第１の浮遊拡散層２６と第２の浮遊拡散層２７との間には、帯状の第２のトランスファーゲート２９が設けられている。これらの第１、第２のトランスファーゲート２８、２９は、受光部２５において光電変換によって発生した信号電荷を第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に読み出す。
【００３０】
第２の浮遊拡散層２７の一端の近傍には、リセットドレイン３０が形成されており、第２の浮遊拡散層２７の一端とリセットドレイン３０との間には、リセットゲート３１が設けられている。リセットゲート３１は、第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に蓄積された不要電荷を読み出し、リセットドレイン３０に転送する。
【００３１】
図３は、図２の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿って示す画素部２４の断面図と、画素部２４が形成するポテンシャルと、の関係を示す図であり、同図（ａ）は図２の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿って示す画素部２４の断面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）の断面が形成するポテンシャルを示す。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、画素部２４の受光部２５を構成するフォトダイオード層３２は、例えばｐ型のシリコン基板３３の表面に形成されたｎ型の不純物層である。なお、フォトダイオード層３２の表面を含むシリコン基板３３の表面には、ｐ型の不純物層であるバリア層３４が形成されている。
【００３３】
信号電荷を蓄積する第１、第２の浮遊拡散層２６、２７は、例えばｐ型のシリコン基板３３の表面に形成されたｎ型の不純物層である。第１の浮遊拡散層２６と第２の浮遊拡散層２７とは同一の面積であることが好ましいが、これらの面積比が１：ｍとなるように、両者を形成してもよい。
【００３４】
なお、面積比が１：ｍとなるように両者を形成した場合、後述する式１５に示すように、ＴｏＦセンサ１０が被測定物１３までの距離Ｌを算出するために、出力電圧Ｖ１に係数ｍをかける必要がある。しかし、面積比が１：１となるように両者を形成した場合、ＴｏＦセンサ１０が被測定物１３までの距離Ｌを算出するために、出力電圧Ｖ１に係数ｍをかける必要がなくなる。従って、距離算出の精度の安定性を考慮すると、第１の浮遊拡散層２６と第２の浮遊拡散層２７とは同一の面積であることが好ましい。後述する第２の実施形態においても同様の理由により、第１の浮遊拡散層２６と第２の浮遊拡散層２７とは同一の面積であることが好ましい。
【００３５】
フォトダイオード層３２において発生した信号電荷を第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に転送する第１、第２のトランスファーゲート２８、２９は、例えばｐ型のシリコン基板３３の表面に、ゲート酸化膜３５を介して設けられている。
【００３６】
第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に蓄積された不要電荷が転送されるリセットドレイン３０は、例えばｐ型のシリコン基板３３の表面に形成されたｎ型の不純物層である。
【００３７】
第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に蓄積された不要電荷をリセットドレイン３０に転送するリセットゲート３１は、例えばｐ型のシリコン基板３３の表面に、ゲート酸化膜３５を介して設けられている。
【００３８】
なお、以上に説明した画素部２４は、特殊な技術を用いることなく、一般的なＣＭＯＳセンサ加工技術で形成することができる。
【００３９】
図３（ｂ）に示すように、第１のトランスファーゲート２８にタイミング制御信号として電圧ＴＧ１を印加すると、このトランスファーゲート２８直下のシリコン基板３３のポテンシャルは図中Ｐ１Ｌｏｗの位置からＰ１Ｈｉの位置まで移動する。すなわち、第１のトランスファーゲート２８直下のシリコン基板３３のポテンシャルは深くなる。従って、フォトダイオード層３２において発生した信号電荷は、第１の浮遊拡散層２６に転送される。
【００４０】
同様に、第２のトランスファーゲート２９にタイミング制御信号として電圧ＴＧ２を印加すると、このトランスファーゲート２９直下のシリコン基板３３のポテンシャルは図中Ｐ２Ｌｏｗの位置からＰ２Ｈｉの位置まで移動する。すなわち、第２のトランスファーゲート３９直下のシリコン基板３３のポテンシャルは深くなる。従って、第１の浮遊拡散層２６に蓄積された信号電荷は、第２の浮遊拡散層２７に転送される。
【００４１】
さらに同様に、リセットゲート３１にタイミング制御回路２０から供給されるリセット信号として電圧ＲＳを印加すると、このリセットゲート３１直下のシリコン基板３３のポテンシャルは図中ＰＲＬｏｗの位置からＰＲＨｉの位置まで移動する。すなわち、リセットゲート３１直下のシリコン基板３３のポテンシャルは深くなる。従って、第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に蓄積された不要電荷は、リセットドレイン３０に転送される。
【００４２】
図４は、図２および図３に示す画素部２４、および出力回路１９の等価回路図である。反射光１４を受光する受光部２５、第１のトランスファーゲート２８、および第２のトランスファーゲート２９は、この順に直列に接続されており、第１の浮遊拡散層２６は第１のトランスファーゲート２８と第２のトランスファーゲート２９との間に、第２の浮遊拡散層２７は第２のトランスファーゲート２９の出力側にそれぞれ配置されている。
【００４３】
リセットゲート３１は、定電圧源ＶＤＤと第２の浮遊拡散層２７との間に接続されている。
【００４４】
第１の浮遊拡散層２６には、出力回路１９が接続されている。出力回路１９は、アドレス指定用の第１、第２のトランジスタ３６、３７、および電荷検出用の出力トランジスタ３８を有する。
【００４５】
アドレス指定用の第１のトランジスタ３６は、第１の浮遊拡散層２６に接続されており、出力トランジスタ３８、およびアドレス指定用の第２のトランジスタは３７、この順に定電圧源ＶＤＤに直列に接続されている。さらに、アドレス指定用の第１のトランジスタ３６は、出力トランジスタ３８の制御端子に接続されている。
【００４６】
この等価回路において、第１のトランジスタ３６の制御端子に水平アドレス回路２２（図１）からアドレス指定信号Ｘｉを送り、第２のトランジスタ３７の制御端子に垂直アドレス回路２１（図１）からアドレス指定信号Ｙｉを送ると、両トランジスタ３６、３７は導通する。すると、第１の浮遊拡散層２６および第２の浮遊拡散層２７に蓄積された信号電荷の電荷量に基づく信号電圧が出力トランジスタ３８の制御端子に印加される。すると出力トランジスタ３８は、制御端子に印加された信号電圧に応じた抵抗値を有する抵抗として作用する。従って、定電圧源の電圧ＶＤＤから出力トランジスタ３８の抵抗値分だけ降下した電圧が、出力Ｖｏｕｔから出力電圧として出力される。
【００４７】
ここで、ＴｏＦセンサによって被測定物までの距離Ｌを検出するための原理について説明する。被測定物によって反射された反射光はＴｏＦセンサの受光部に入射されるが、以下の説明において、反射光が受光部に入射される時間をＴ０とする。また、この時間Ｔ０を二つの連続した時間Ｔ１、Ｔ２に分割し、時間Ｔ１の間に受光部に入射される反射光を反射光の前半部、時間Ｔ２の間に受光部に入射される反射光を反射光の後半部、と称する。受光部２５に反射光の前半部が入射されることによって浮遊拡散層に蓄えられる電荷量をＱ１、受光部２５に反射光の後半部が入射されることによって浮遊拡散層に蓄えられる電荷量をＱ２とする。このとき、電荷量Ｑ１、Ｑ２は、式１、式２で表わされる。
【００４８】
Ｑ１＝Ａ×ＩＰ×（Ｔ０−Ｔｄ）・・・（式１）
Ｑ２＝Ａ×ＩＰ×Ｔｄ・・・（式２）
なお、式１、式２において、ＩＰは、受信光により発生する光電流の大きさを示し、Ａは、比例定数である。Ｔｄについては後述する。  
式１、式２からＩＰを消去すると、式３が得られる。
【００４９】
Ｔｄ＝｛Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）｝Ｔ０・・・（式３）
また、ＴｏＦセンサから被測定物までの距離Ｌと、照射光の出射タイミングと反射光の受光タイミングとの差Ｔｄと、の間には、式４の関係がある。
【００５０】
２Ｌ＝ｃ×Ｔｄ  （式４）
この式４に、式３を代入すると、式５を得ることができる。  
Ｌ＝（ｃ／２）×｛Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）｝×Ｔ０（式５）
式５から、電荷量Ｑ１と電荷量Ｑ２とを検出することにより、距離Ｌを算出することができる、と分かる。
【００５１】
従来のＴｏＦセンサにおいて、電荷量Ｑ１が蓄積される浮遊拡散層と、電荷量Ｑ２が蓄積される浮遊拡散層と、をそれぞれ設け、各浮遊拡散層に蓄えられた電荷量に基づく電圧を測定することによって、式５を用いて距離Ｌを算出していた。しかしこの場合、各浮遊拡散層の不要電荷を排出するために、それぞれの浮遊拡散層に隣接する２つのリセットゲートおよびリセットドレインが必要であった。
【００５２】
他方、式５から、時間Ｔ１＋Ｔ２（＝Ｔ０）の間に反射光の全てを受光し、両方の浮遊拡散層に蓄えたれる総電荷量Ｑ１＋Ｑ２と、時間Ｔ２の間に反射光の後半部を受光し、いずれかの浮遊拡散層に新たに蓄えられる電荷量Ｑ２と、を求めることによっても、距離Ｌを算出することができる、と分かる。本実施形態に係るＴｏＦセンサ１０は、反射光の全てを受光することにより蓄積される総電荷量Ｑ１＋Ｑ２に基づく電圧Ｖ１、および反射光の後半部を受光することにより蓄積される電荷量Ｑ２を含む電荷量に基づく電圧Ｖ２を測定することによって距離Ｌを算出することができるように動作する。以下に、図５および図６を参照して、図２乃至図４に示す画素部の動作について具体的に説明する。
【００５３】
図５は、画素部２４の動作として、照射光１２、反射光１４、第１のトラスファーゲート２８、第２のトランスファーゲート２９、第１、第２のトランジスタ３６、３７、およびリセットゲート３１の動作タイミングを示す動作タイミング図である。また、図６は、第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に蓄積される信号電荷の電荷量の推移を示す図である。
【００５４】
図５に示すように、ＴｏＦセンサ１０の光源１１（図１）からパルス状の照射光１２が出射されると、この出射される照射光１２の出射タイミングＴＡに同期して第１、第２のトランスファーゲート２８、２９をＨｉの状態にする。これは、タイミングＴＡに同期して第１、第２のトランスファーゲート２８、２９に電圧ＴＧ１、ＴＧ２が印加されるように、タイミング制御回路２０（図１）からタイミング制御信号を出力すればよい。
【００５５】
なお、第１、第２のトランスファーゲート２８、２９をＨｉの状態にするタイミングは、必ずしも照射光１２の出射タイミングＴＡに同期する必要はない。第１、第２のトランスファーゲート２８、２９は、少なくとも反射光１４が受光部２５（図２）において受光される前のタイミングでＨｉの状態になればよい。
【００５６】
出射された照射光１２が被測定物１３（図１）によって反射されると、その反射光１４は、タイミングＴＡから時間Ｔｄが経過したタイミングＴＢ（反射光１４の受光タイミングＴＢ）に、画素部２４の受光部２５において受光される。反射光１４が受光されると受光部２５において光電変換が開始されて信号電荷が発生する。発生した信号電荷は、第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に転送され、蓄積される（図６（ａ））。
【００５７】
次に、光源１１から出射される照射光１２の出射終了タイミングＴＣに同期して、第２のトランスファーゲート２９をＬｏｗの状態にする。これは、タイミングＴＣに同期して第２のトランスファーゲート２９に供給されていた電圧ＴＧ２を降下させる、または電圧ＴＧ２を実質的にゼロにするように、タイミング制御回路２０からタイミング制御信号を出力すればよい。
【００５８】
反射光１４の受光タイミングＴＢから、第２のトランスファーゲート２９をＬｏｗの状態にするタイミングＴＣまでの時間をＴ１とする。第２のトランスファーゲート２９をＬｏｗの状態にすると、時間Ｔ１の間に反射光１４の前半部が受光され、第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に電荷量Ｑ１の信号電荷が蓄積される。このとき、第１の浮遊拡散層２６には電荷量Ｑ１１の信号電荷、第２の浮遊拡散層２７には電荷量Ｑ１２の信号電荷がそれぞれ蓄積される（図６（ｂ））。なお、電荷量Ｑ１１およびＱ１２は、電荷量Ｑ１を用いてそれぞれ以下の式６、式７で表現される。
【００５９】
Ｑ１１＝｛１／１＋ｍ｝×Ｑ１  （式６）
Ｑ１２＝｛ｍ／１＋ｍ｝×Ｑ１  （式７）
式６および式７において、第１の浮遊拡散層２６の容量と第２の浮遊拡散層２７の容量との比、すなわち、第１の浮遊拡散層２６の体積（面積）と第２の浮遊拡散層２７の体積（面積）との比を１：ｍとし、また、簡単の為に第１、第２のトランスファーゲート２８、２９の面積は、第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に比べて十分に小さい、とした。実際には、第１、第２のトランスファーゲート２８、２９の面積を、第１、第２の浮遊拡散層２６、２７の容量に考慮すればよい。
【００６０】
なお、第２のトランスファーゲート２９をＬｏｗの状態にするタイミングは、必ずしも照射光１２の出射終了タイミングＴＣに同期する必要はない。第２のトランスファーゲート２９は、少なくとも反射光１４が受光部２５において受光されている間のタイミング（図５に示されるタイミングＴＢからタイミングＴＤの間のタイミング）でＬｏｗの状態になればよい。
【００６１】
第２のトランスファーゲート２９をＬｏｗの状態にしたタイミングＴＣの後であっても、第１のトランスファーゲート２８Ｈｉの状態であり、さらに反射光１４は受光部２５において受光され続け、光電変換される。反射光１４は、タイミングＴＤまで受光され続けたとする。
【００６２】
第２のトランスファーゲートをＬｏｗの状態にしたタイミングＴＣから、反射光をすべて受光し終える受光終了タイミングＴＤまでの時間Ｔ２に、受光部２５において光電変換によって発生する信号電荷は、第１の浮遊拡散層２６に新たに蓄積される（図６（ｃ））。第１の浮遊拡散層２６に新たに蓄積される信号電荷の電荷量をＱ２とする。
【００６３】
時間Ｔ２の間に反射光１４の後半部が受光され、電荷量Ｑ２の信号電荷が第１の浮遊拡散層２６に新たに蓄積される。従って、このときに、第１の浮遊拡散層２６に蓄積される信号電荷の総電荷量Ｑ１１´は、式８で表現される。
【００６４】
Ｑ１１´＝｛１／１＋ｍ｝×Ｑ１＋Ｑ２  （式８）
この後、第１のトランスファーゲート２８をＬｏｗの状態にした後に、タイミングＴＥで第１、第２のトランジスタ３６、３７をＨｉの状態にして、画素部２４を指定する。すると、第１の浮遊拡散層２６に蓄積された信号電荷の電荷量Ｑ１１´に基づく信号電圧が出力トランジスタ３８に印加され、信号電圧に応じた出力電圧Ｖ２が出力される（図６（ｄ））。出力トランジスタ３８は、この電荷量Ｑ２を含む総電荷量Ｑ１１´に基づく出力電圧Ｖ２を第２の出力電圧として出力し、距離算出回路２３（図１）に供給する。
【００６５】
第１の浮遊拡散層２６の容量をＣ１として、電圧Ｖ２と総電荷量Ｑ１１´との関係は、式９で表現される。
【００６６】
Ｑ１１´＝Ｃ１×Ｖ２  （式９）
式９と式８から、電圧Ｖ２は式２０のように表現される。  
Ｖ２＝｛１／（１＋ｍ）×Ｑ１＋Ｑ２｝／Ｃ１  （式１０）
なお、第１のトランスファーゲートを２８をＬｏｗの状態にするタイミングは、反射光１４の受光終了タイミングＴＤから、第１、第２のトランジスタをＨｉの状態にするタイミングＴＥまでの間であればよい。
【００６７】
出力電圧Ｖ２を距離算出回路２３に供給した後、タイミングＴＦで再び第２のトランスファーゲート２９をＨｉの状態にする。すると、第１の浮遊拡散層２６に蓄積されていた信号電荷の一部は第２の浮遊拡散層２７に移動する（図６（ｅ））。
【００６８】
所定の時間が経過した後、タイミングＴＧで第１、第２のトランジスタ３６、３７をＨｉの状態にして、画素部２４を再び指定する。すると、第１の浮遊拡散層２６および第２の浮遊拡散層２７に蓄積された信号電荷の総電荷量Ｑ１＋Ｑ２に基づく信号電圧が出力トランジスタに印加され、信号電圧に応じた出力電圧Ｖ１が出力される（図６（ｅ））。出力トランジスタ３８は、この総電荷量Ｑ１＋Ｑ２に基づく出力電圧Ｖ１を第１の出力電圧として出力し、距離算出回路２３（図１）に供給する。
【００６９】
第２の浮遊拡散層２７の容量をＣ２として、出力電圧Ｖ１と、第１の浮遊拡散層２６に蓄積されていた電荷量Ｑ１１´と第２の浮遊拡散層２７に蓄積されていた電荷量Ｑ１２との和と、の関係は、式１１で表現される。
【００７０】
Ｑ１１´＋Ｑ１２＝（Ｃ１＋Ｃ２）×Ｖ１  （式１１）
式１１、式７、式８から、電圧Ｖ１は式１２のように表現される。  
Ｖ１＝（Ｑ１＋Ｑ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）  （式１２）
第１、第２の浮遊拡散層２６、２７が同一の不純物プロファイルを持つとすれば、Ｃ１：Ｃ２＝１：ｍであるから、式１０と式１２とから、Ｑ１は式１３、Ｑ２は式１４でそれぞれ表現される。
【００７１】
Ｑ１＝（１＋ｍ）Ｃ／ｍ×｛（１＋ｍ）Ｖ１−Ｖ２｝  （式１３）
Ｑ２＝（１＋ｍ）Ｃ／ｍ×（Ｖ２−Ｖ１）  （式１４）
ここで、被測定物までの距離Ｌは式５のように表わされる。式５に、式１３および式１４を代入すると、式１５が求められる。
【００７２】
Ｌ＝（ｃ／２）×｛（Ｖ２−Ｖ１）／ｍＶ１｝×Ｔ０・・・（式１５）
第１の浮遊拡散層２６と第２の浮遊拡散層２７との面積を等しくすればｍ＝１となるため、式１５は式１６のように表わされる。  
Ｌ＝（ｃ／２）×｛（Ｖ２−Ｖ１）／Ｖ１｝×Ｔ０・・・（式１６）
以上に説明したように、距離算出回路２３に出力電圧Ｖ１およびＶ２を供給すると、距離算出回路２３は、これらの出力電圧値Ｖ１、Ｖ２を用いて式１６から、被測定物までの距離Ｌを算出する。
【００７３】
以上に説明したように、本実施形態に係るＴｏＦセンサ１０は、総電荷量Ｑ１＋Ｑ２に基づく出力電圧Ｖ１、および電荷量Ｑ２を含む電荷量に基づく出力電圧Ｖ２を距離算出回路２３に供給することによって、式１６から距離Ｌを算出することができるように動作する。
【００７４】
なお、出力電圧Ｖ１および出力電圧Ｖ２を検出した後、第２のトランスファーゲート２９をＨｉの状態にし、その後のタイミングＴＨでリセットゲート３１をＨｉの状態にすることにより、第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に蓄積された信号電荷を不要電荷として、リセットドレイン３０に排出する（図６（ｆ））。リセットゲート３１をＨｉの状態にするには、タイミングＴＨでリセットゲート３１に電圧ＲＳが印加されるように、タイミング制御回路２０からリセット信号を出力すればよい。
【００７５】
以上に、本実施形態に係るＴｏＦセンサ１０の動作を説明した。上記説明においては、照射光１２としてパルス光を想定した。しかし、光源１１から照射光として、パルス光以外の変調信号が出射される場合、出力電圧Ｖ１、Ｖ２を時間に対する関数として導入すればよい。
【００７６】
以上に説明したように、本実施形態に係るＴｏＦセンサ１０は、第１の浮遊拡散層２６、第２の浮遊拡散層２７、およびリセットドレイン３０を直列的に設ける。この構成において、反射光１４が受光される時間Ｔ０をＴ１、Ｔ２の連続した２つの時間に分割し、時間Ｔ０に反射光の全てを受光し、第１の浮遊拡散層２６および第２の浮遊拡散層２７に蓄えられる信号電荷の総電荷量Ｑ１＋Ｑ２に基づく、第１の出力電圧である出力電圧Ｖ１を出力するとともに、時間Ｔ２に反射光の後半部を受光し、第１の浮遊拡散層２６に新たに蓄えられる信号電荷の電荷量Ｑ２に基づく、第２の出力電圧である出力電圧Ｖ２を出力する。距離算出回路２３は、これらの出力電圧Ｖ１、Ｖ２に基づいて、被測定物１３までの距離Ｌを算出することができる。従って、従来のＴｏＦセンサより、リセットゲートおよびリセットドレインを一つずつ減らすことができる。従って、本実施形態に係るＴｏＦセンサ１０によれば、一画素あたりの面積を変えずに、受光部２５の面積を拡大することができ、感度を向上させることができる。
【００７７】
また、従来のＴｏＦセンサは、２個のトランスファーゲートの駆動タイミングを完全に同期させなければならなかった。これに対して本実施形態に係るＴｏＦセンサ１０によれば、第１、第２のトランスファーゲート２８、２９をＨｉの状態にするタイミング、およびＬｏｗの状態にするタイミングの全てに、所定の時間だけマージンを持たせることができる。従って、本実施形態に係るＴｏＦセンサ１０によれば、第１、第２のトランスファーゲート２８、２９の駆動タイミングを容易に制御することができる。
【００７８】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係るＴｏＦセンサ４０の画素部４１を示す上面図である。図７に示す画素部４１は、第１の実施形態に係るＴｏＦセンサ１０の画素部２４と比較して、第２の浮遊拡散層２７にも出力回路４２が接続されている点が異なる。他の構成については、第１の実施形態に係るＴｏＦセンサ１０の画素部２４と同様であるため、説明を省略する。
【００７９】
図８は、図７に示す画素部４１、および出力回路４２の等価回路図である。この等価回路は、図４に示す等価回路に、さらにアドレス指定用の第３、第４のトランジスタ４３、４４、および第２の出力トランジスタ４５が追加されたものである。
【００８０】
なお、説明の都合上、図４に示す等価回路に記載された出力トランジスタ３８を、以下の説明において、第１の出力トランジスタ３８と称する。
【００８１】
アドレス指定用の第３のトランジスタ４３は、第２の浮遊拡散層２７に接続されており、第２の出力トランジスタ４５、およびアドレス指定用の第４のトランジスタ４４は、この順に定電圧源ＶＤＤに対して直列に、かつ第１の出力トランジスタ３８および第２のトランジスタ３７に対して並列に接続されている。さらに、アドレス指定用の第３のトランジスタ４３は、第２の出力トランジスタ４５の制御端子に接続されている。そして、第２のトランジスタ３７の制御端子と第４のトランジスタ４４の制御端子とは、接続されている。他の構成については、図４に示す等価回路と同様であるため、説明を省略する。
【００８２】
この等価回路において、第１のトランジスタ３６の制御端子に水平アドレス回路２２（図１）からアドレス指定信号Ｘｉを送り、第２のトランジスタ３７の制御端子に垂直アドレス回路２１（図１）からアドレス指定信号Ｙｉを送ると、両トランジスタ３６、３７は導通する。すると、第１の浮遊拡散層２６に蓄積された信号電荷の電荷量に基づく信号電圧が第１の出力トランジスタ３８の制御端子に印加される。すると第１の出力トランジスタ３８は、制御端子に印加された信号電圧に応じた抵抗値を有する抵抗として作用する。従って、出力Ｖｏｕｔから、定電圧源の電圧ＶＤＤから第１の出力トランジスタ３８の抵抗値分だけ降下した電圧が、出力電圧として出力される。
【００８３】
同様に、第３のトランジスタ４３の制御端子に水平アドレス回路２２（図１）からアドレス指定信号Ｘｊを送り、第４のトランジスタ４４の制御端子に垂直アドレス回路２１（図１）からアドレス指定信号Ｙｉを送ると、両トランジスタ４３、４４は導通する。すると、第２の浮遊拡散層２７に蓄積された信号電荷の電荷量に基づく信号電圧が第２の出力トランジスタ４５の制御端子に印加される。すると第２の出力トランジスタ４５は、制御端子に印加された信号電圧に応じた抵抗値を有する抵抗として作用する。従って、出力Ｖｏｕｔから、定電圧源の電圧ＶＤＤから第２の出力トランジスタ４５の抵抗値分だけ降下した電圧が、出力電圧として出力される。
【００８４】
第２の実施形態に係るＴｏＦセンサ４０は、反射光の前半部を受光することにより蓄積される電荷量Ｑ１の一部に基づく電圧Ｖ３、および反射光の後半部を受光することにより蓄積される電荷量Ｑ２を含む電荷量に基づく電圧Ｖ２を測定することによって距離Ｌを算出することができるように動作する。以下に、図９および図１０を参照して、図７および図８に示す画素部４１の動作について具体的に説明する。図９は、画素部４１の動作として、照射光１２、反射光１４、第１のトラスファーゲート２８、第２のトランスファーゲート２９、第１乃至第４のトランジスタ３６、３７、４３、４４、およびリセットゲート３１の動作タイミングを示す動作タイミング図である。また、図１０は、第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に蓄積される信号電荷の電荷量の推移を示す図である。
【００８５】
なお、タイミングＴＤまでの各動作、および第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に蓄積される信号電荷の電荷量の推移は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。すなわち、反射光の受光終了タイミングＴＤで反射光１４を全て受光し終わった後、第１の浮遊拡散層２６には、図６（ｃ）に示すように、電荷量Ｑ１１´の信号電荷が蓄積されており、第２の浮遊拡散層２７には、電荷量Ｑ１２の信号電荷が蓄積されている。
【００８６】
この後、第１のトランスファーゲート２８をＬｏｗの状態にした後に、タイミングＴＥで第１乃至第４のトランジスタ３６、３７、４３、４４を全てＨｉの状態にして、この画素部４１を指定する。すると、第１の浮遊拡散層２６に蓄積された信号電荷の電荷量Ｑ１１´に基づく信号電圧が第１の出力トランジスタに印加され、信号電圧に応じた出力電圧Ｖ２が距離算出回路２３（図１）に供給される（図１０（ａ））。
【００８７】
他方、これと同時に、第２の浮遊拡散層２７に蓄積された信号電荷の電荷量Ｑ１２に基づく信号電圧が第２の出力トランジスタに印加され、信号電圧に応じた出力電圧Ｖ３が距離算出回路２３（図１）に供給される（図１０（ａ））。
【００８８】
第２のトランジスタ３７と第４のトランジスタ４４とに、アドレス指定信号Ｙｉが同時に供給され、これらのトランジスタ３７、４４が同時にＨｉの状態になるため、出力電圧Ｖ２、Ｖ３は、同時に距離算出回路２３に供給される。
【００８９】
なお、出力電圧Ｖ３は、第２の浮遊拡散層２７に蓄積された信号電荷の電荷量Ｑ１２、すなわち時間Ｔ１の間に発生した信号電荷の電荷量Ｑ１の一部に基づいており、Ｖ３とＱ１２との関係は、以下の式１７のように表わされる。
【００９０】
Ｖ３＝Ｑ１２／Ｃ２  （式１７）
第１、第２の浮遊拡散層２６、２７が同一の不純物プロファイルを持つとすれば、Ｃ１：Ｃ２＝１：ｍであるから、式１０と式１７とから、Ｑ１は式１８、Ｑ２は式１９でそれぞれ表現される。
【００９１】
Ｑ１＝（１＋ｍ）Ｃ×Ｖ３  （式１８）
Ｑ２＝Ｃ（Ｖ２−Ｖ３）  （式１９）
ここで、式５に、式１８および式１９を代入すると、式２０が求められる。  
Ｌ＝（ｃ／２）×｛（Ｖ２−Ｖ３）／（Ｖ２＋ｍＶ３）｝×Ｔ０・・・（式２０）
ｍ＝１を式２０に代入すると、
Ｌ＝（ｃ／２）×｛（Ｖ２−Ｖ１）／（Ｖ２＋Ｖ３）｝×Ｔ０・・・（式２１）
以上に説明したように、距離算出回路２３に出力電圧Ｖ２およびＶ３が供給されると、距離算出回路２３は、これらの値Ｖ２、Ｖ３を用いて式２１から、被測定物１３までの距離Ｌを算出する。
【００９２】
本実施形態に係るＴｏＦセンサ４０は、以上に説明したように、第１の出力電圧として、電荷量Ｑ１の一部に基づく出力電圧Ｖ３、および第２の出力電圧として、電荷量Ｑ２に基づく出力電圧Ｖ２を距離算出回路２３に供給することによって、式２１から距離Ｌを算出することができるように動作する。
【００９３】
出力電圧Ｖ２および出力電圧Ｖ３を検出した後、第２のトランスファーゲート２９をＨｉの状態にし、その後のタイミングＴＨでリセットゲート３１をＨｉの状態にすることにより、第１、第２の浮遊拡散層２６、２７に蓄積された信号電荷を不要電荷として、リセットドレイン３０に排出する（図１０（ｂ））。
【００９４】
なお、第１の実施形態においては、総電荷量Ｑ１＋Ｑ２に基づく出力電圧Ｖ１を出力するために、タイミングＴＦで第２のトランスファーゲート２９をＨｉの状態にし、タイミングＴＧで第１、第２のトランジスタ２８、２９をＨｉの状態にする必要があったが、第２の実施形態において、これらは不要である。
【００９５】
以上に説明したように、本実施形態に係るＴｏＦセンサ４０においても、第１の浮遊拡散層２６、第２の浮遊拡散層２７、およびリセットドレイン３０を直列的に設ける。この構成において、反射光１４が受光される時間Ｔ０をＴ１、Ｔ２の連続した２つの時間に分割し、時間Ｔ０に反射光の全てを受光し、第１の浮遊拡散層２６および第２の浮遊拡散層２７に蓄えられる信号電荷のうち、第２の浮遊拡散層２７に蓄えられる信号電荷Ｑ１２に基づく、第１の出力電圧である出力電圧Ｖ３を出力するとともに、時間Ｔ２に反射光の後半部を受光し、第１の浮遊拡散層２６に新たに蓄えられる信号電荷の電荷量Ｑ２に基づく、第２の出力電或るである出力電圧Ｖ２を出力する。距離算出回路２３は、これらの出力電圧Ｖ２、Ｖ３に基づいて、被測定物１３までの距離Ｌを算出することができる。従って、従来のＴｏＦセンサより、リセットゲートおよびリセットドレインを一つずつ減らすことができる。従って、本実施形態に係るＴｏＦセンサ４０においても、一画素あたりの面積を変えずに、受光部２５の面積を拡大することができ、感度を向上させることができる。
【００９６】
また、本実施形態に係るＴｏＦセンサ４０においても、第１、第２のトランスファーゲート２８、２９をＨｉの状態にするタイミング、およびＬｏｗの状態にするタイミングの全てに、所定の時間だけマージンを持たせることができる。従って、本実施形態に係るＴｏＦセンサ４０においても、第１、第２のトランスファーゲート２８、２９の駆動タイミングを容易に制御することができる。
【００９７】
さらに、本実施形態に係るＴｏＦセンサ４０によれば、出力電圧Ｖ２、Ｖ３を同時に出力することができる。従って、距離算出回路２３をより簡単な構成にし、かつ距離算出回路２３を容易に制御することができる。
【００９８】
すなわち、第１の実施形態に係るＴｏＦセンサ１０によれば、出力電圧Ｖ２を距離算出回路２３に供給した後に、出力電圧Ｖ１を距離算出回路２３に供給する。従って、距離算出回路２３には、少なくとも出力電圧Ｖ１が距離算出回路２３に供給されるまでの間、出力電圧Ｖ２を保持するメモリが必要であった。さらに、出力電圧Ｖ１が距離算出回路２３に供給されると、メモリから出力電圧Ｖ２を読み出す制御が必要であった。しかし、本実施形態に係るＴｏＦセンサ４０によれば、出力電圧Ｖ２、Ｖ３を同時に出力することができるため、距離算出回路２３からメモリを廃することができ、さらに、メモリから出力電圧を読み出す制御も不要となる。従って、距離算出回路２３をより簡単な構成にし、かつ距離算出回路２３を容易に制御することができる。
【００９９】
また、本実施形態に係るＴｏＦセンサ４０によれば、出力電圧Ｖ２、Ｖ３を同時に距離算出回路２３に供給するように画素部４１を制御するため、第１の実施形態に係るＴｏＦセンサ１０のように、タイミングＴＦで第２のトランスファーゲート２９をＨｉの状態にし、タイミングＴＧで第１、第２のトランジスタ２８、２９をＨｉの状態にする制御は不要となる。従って、より第１、第２のトランスファーゲート２８、２９の駆動タイミングを容易に制御することができる。
【０１００】
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１０１】
例えば、画素部２４、４１の受光部２５の形状、各種ゲート２８、２９、３１および第１、第２の浮遊拡散層２６、２７の位置、大きさ、形状は、上述の各実施形態に限定されない。特に、第１の浮遊拡散層２６および第２の浮遊拡散層２７は、必ずしも深さが一定である必要はない。例えば、第１の浮遊拡散層２７および第２の浮遊拡散層２８はそれぞれ、第１のトランスファーゲート２８に向かって深くなるように形成されてもよい。これにより、信号電荷の転送をより速やかにすることができる。
【０１０２】
また、ＴｏＦセンサ１０、４０から出射される照射光１２は、必ずしもパルス波によってＡＭ変調されたパルス光である必要はなく、サイン波など他の周期特徴を持つ電気信号によってＡＭ変調された変調光であってもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０、４０・・・距離測定画像センサ（ＴｏＦセンサ）
１１・・・光源
１２・・・照射光
１３・・・測定対象物（被測定物）
１４・・・反射光
１５・・・レンズ
１６・・・距離測定画像センサ本体（ＴｏＦセンサ本体）
１７・・・繰り返しパルス信号源
１８・・・受光領域
１９、４２・・・出力回路
２０・・・タイミング制御回路
２１・・・垂直アドレス回路
２２・・・水平アドレス回路
２３・・・距離算出回路
２４、４１・・・画素部
２５・・・受光部
２６・・・第１の浮遊拡散層
２７・・・第２の浮遊拡散層
２８・・・第１のトランスファーゲート
２９・・・第２のトランスファーゲート
３０・・・リセットドレイン
３１・・・リセットゲート
３２・・・フォトダイオード層
３３・・・シリコン基板
３４・・・バリア層
３５・・・ゲート酸化膜
３６・・・第１のトランジスタ
３７・・・第２のトランジスタ
３８・・・（第１の）出力トランジスタ
４３・・・第３のトランジスタ
４４・・・第４のトランジスタ
４５・・・第２の出力トランジスタ
【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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