(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波の位相及び振幅を検出するための装置であって：
当該電磁波を感知できる少なくとも２つの変調フォト・ゲート（１，２）と、それらの変調フォト・ゲートに対して関連付けられるものであり、感光性ではない、累算ゲート（４，５）と、それらの変調フォト・ゲート（１，２）及びそれらの累算ゲート（４，５）のための電気接続部であり、当該後者は、読出し装置に対して接続され得るように成し、当該前者は、それらの変調フォト・ゲート（１，２）の電位（電圧）を互いに増減させ、且つ所望の変調関数に対応してそれらの累算ゲート（４，５）の電位をも増減させる変調装置に対して接続され得るように成した、当該電気接続部とを含んで成るように成した、当該電磁波の位相及び振幅を検出するための装置であって：ＰＭＤピクセルを形成するグループの長くて狭い平行ストリップの形態を採って複数の変調フォト・ゲート（１，２）及び累算ゲート（４，５）が設けられるように成し、前記累算ゲートは、読出しダイオードに配置されていることを特徴とする当該電磁波の位相及び振幅を検出するための装置。
【請求項２】
前記累算ゲートは、一定電位に接続されるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ストリップ形状の変調フォト・ゲートのストリップ幅は、前記ストリップ形状の累算ゲートのストリップ幅よりも大きいように成したことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記変調フォト・ゲート（１，２）及び前記累算ゲート（４，５）のストリップ長さは、前記変調フォト・ゲートが感知できる電磁波の波長の１０倍以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
対を為して平行に相互に併置される関係で複数の変調フォト・ゲートが設けられるように成し、そのような対のそれらの変調フォト・ゲート（１，２）の各々は、変調装置の２つの変調接続部の一方に接続され、それらの変調フォト・ゲート（１，２）は、プッシュ・プル関係で変調されるように成し、それぞれの累算ゲート（５，４）は、１対の変調フォト・ゲート（１，２）と次の更なる隣接する対の変調フォト・ゲート（２，１）との間に配列されるように成し、それぞれの累算ゲート（４，５）に対して直に隣接するそれらの２対の当該変調フォト・ゲート（１，２）は、それらの変調がプッシュ・プル・モードで行われるようにして、それらの変調接続部に対して接続され即ち電気的に接合されるように成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
複数の変調接続部（ｍ１，ｍ２，ｍ３）は、前記ストリップ形状の変調フォト・ゲート（１，２）の長さに沿って実質的に等しい間隔で配列され、それらの変調フォト・ゲート（１，２）に対して接続されるように成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
当該装置は、１つ又はそれ以上のピクセル・エレメントを有するように成し、１つのピクセル・エレメントは、複数対の変調フォト・ゲート（１，２）及び累算ゲート（４，５）を含んで成るように成し、異なった変調電圧における隣接ピクセル・エレメントのそれらのストリップ方向は、互いに対して直角であるように成し、当該ストリップ方向に直交する方向において、それらのピクセルの各端部は、内側に配設される次の累算ゲート（４，５）に対して隣接する少なくとも１つのそれぞれの変調フォト・ゲート（１，２）によって画成されるように成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
２つのピクセル・エレメント（１０，１０’）は、それらのストリップ形状の変調フォト・ゲートが平行であり且つ相互に直に併置される関係で配列されるように成し、それらの２つのピクセル・エレメント（１０，１０’）の相互に併置されるそれらの端部又は側面を画成するものである当該相互に直に隣接する変調フォト・ゲートは、プッシュ・プル・モード又は位相遷移関係で選択的に調整可能である１対の変調フォト・ゲート（１，２）を形成するように成し、それによって、２倍のサイズの単一のピクセル・エレメントが形成されるか、或いは同相信号及び矩象信号の２つの独立した計測手順が、それらの２つのピクセル・エレメントによって実行可能であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
４個のピクセル・エレメントは、１つの長方形の中に配列されるように成し、当該長方形の中においてそれぞれに対角的に対向する関係で配設されるそれらのピクセルの当該ストリップは、互いに対して平行に延在するが、直に隣接するそれらのピクセル・エレメントの当該ストリップは、互いに対して垂直に延在するように成し、それらの変調接続部は、隣接するピクセル・エレメント（１０）の変調がいずれの場合でも９０度に渡る位相ずれ関係をもたらすように接続されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
それらの変調フォト・ゲート及びそれらの累算ゲート及びそれに付随する信号評価周辺機器及び変調周辺機器は、ＣＭＯＳ技術又はＢＩＣＭＯＳ技術を使用して、部分的にはオン・チップとして且つ部分的にはマルチ・チップ・モジュールとして製造されるように成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
それらの変調フォト・ゲート（１，２）の全体に渡って配列されるものは、専らそれらの変調フォト・ゲート（１，２）の上においてピクセル・エレメントの表面に入射する光線の焦点を結ぶストリップ・レンズであるように成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
複数のピクセルが、線形配列又はマトリクス配列において配列されるように成したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
当該配列に入射する当該光線をそれらの個々のピクセルの感光表面に対して集束させるマイクロレンズが、各々のＰＭＤピクセルに付随して存在するように成したことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
当該装置は、カメラの中における感光性の画像記録エレメントとして使用されるように成したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の装置の使用。
【請求項１５】
当該装置は、信号捕捉、処理及びノイズ抑制のための周波数及び位相感知性ミキシング・エレメント即ち相関エレメントとして、光学的な信号処理において使用されるように成したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の装置の使用。
【請求項１６】
画像が形成されることになるシーンが変調機能に従って変調された光線を照射されるように成し、それらの変調フォト・ゲート（１，２）は、同じであるがここではバイポーラ式即ちプッシュ・プル式である変調機能に従って変調されるように成し、選択的に、それらのピクセルの２象限又は４象限ピクセルの半分に関して、正弦変調の場合には９０度の位相ずれ変調が実施され、直交変調の場合にはビット幅の変調が実施され、それらのフォト・ゲート電圧のＰＮ変調の場合にはチップ幅の変調が実施されるように成したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の装置を操作する方法。
【請求項１７】
当該装置は、集積された光学的ＰＬＬ回路又はＤＬＬ回路において使用されるように成し、光線バリア装置において、時間経過カメラ、光学的なリモート・コントロール装置、及びデータ光線バリア装置におけるＰＬＬ配列として使用され、更には様々な変調モードを備えた光学的通信におけるデータ信号の再生のためのものとしても使用されるように成したことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電磁波の位相及び振幅を検出するための装置に関するものであり、より詳細に好ましくは光学領域における電磁波及びその近赤外線領域及び紫外線領域における電磁波の位相及び振幅を検出するための装置に関するものであって：  当該電磁波に対して敏感（即ち感光性）である少なくとも２つの変調フォト・ゲートと、それらの変調フォト・ゲートに対して関連付けられるものであり、感光性ではなくシェーディングされるものでもないように成した、累算ゲートと、それらの変調フォト・ゲート及びそれらの累算ゲートのための電気接続部であり、当該後者は、読出し装置に対して接続され得るように成し、当該前者は、変調装置に対して接続され得るように成した、当該電気接続部とを含んで成るように成し、当該変調装置は、それらの変調フォト・ゲートの当該電位を互いに増減させ、且つ所望の変調関数に対応してそれらの累算ゲートの好ましくは一定である当該電位をも増減させるように成した、当該電磁波の位相及び振幅を検出するための装置に関するのである。
【０００２】
そのような装置は、「光混合デテクタ」（ＰＭＤと省略される）という用語によって、ドイツ特許出願１９６  ３５  ９３２．５号及び１９７  ０４  ４９６．４号及び上述の２件の出願に基づく国際特許出願ＰＣＴ／ＤＥ９７／０１９５６号から公知である。
【０００３】
上述のそれらの出願は、同じ発明人に関するものであり、本件出願の出願人のものとして書類提出されており、その中で説明されるものが光混合デテクタの操作の基本モード、性能及び実行可能な使用である限り、先行するそれらの出願の全開示内容が参照される。従って、本発明は、光混合デテクタに関するそれらの基本的な機能について論議するものではなく、主として、既に公知であるそれらのピクセルがそれによって最適化されるように成した光混合デテクタの特殊な構成及び使用に関するものなのである。
【０００４】
対象によって変調され、反射され或いは放出される当該光線を受ける際に、その同じ変調機能によって変調されるそれらの変調フォト・ゲートによって実行されるその固有の混合手順の故に、当該公知のＰＭＤｓは、当該対象によって反射された当該電磁波の当該遷移時間を検出するだけでなく、従来的なカメラにおける場合のように適当な光学システムによって保証される横方向位置の解像度をも直接に検出する適所に位置するものであり、それと同時に、記録されたそれらのピクセルについての間隔情報の各項目を直接に獲得する適所に位置するものでもある。したがって、それらのＰＭＤｓは、費用の掛かる評価手順及び記録手順を様々な角度において必要とすることなく、表面に関する直接の３次元的な測量及び計測を許容するのである。
【０００５】
当該公知のＰＭＤｓの事例において十分な感度及び深部解像度を達成するために、それらのピクセル表面は、十分に大きくなければならないものであり、その結果、個々の画像の当該記録持続時間の間に、十分な電磁放射が当該対象の様々な表面領域から受け取られることになるのであり、当該間隔情報が、それらの変調フォト・ゲートにおいて異なった瞬間に生じて、直に隣接するそれらの累算ゲートによって累算されるように成した、異なった個数の電荷キャリアによって最終的に獲得されるとき、適当な個数の電荷キャリアが当該感光体材料の中において形成されることになるのである
【０００６】
それは、それらの個々のピクセルの当該面積に関して所定の最小限の寸法を必要とするものである。当該対象の非常に鋭い明暗境界線が当該画像の中において形成されるという事実の故に、それらの従来的なＰＭＤｓに関連して、問題が生じる可能性もある。そのような明暗境界線が隣接する変調フォト・ゲートの間の当該境界線領域の上に偶然に位置するならば、隣接するそれらの累算ゲートにおける異なった個数の電荷キャリアが、それに従って、深部情報に関する不適当な解釈を導き出すという相関的な結果を生じるのである。
【０００７】
更に、比較的大きな面積のものである当該種類の感光体ピクセル・エレメントにおける当該遷移時間は、比較的長いものであり、当該変調周波数の当該バンド幅即ち限界数値は、通常、数メガヘルツから最大でも１００メガヘルツという領域内にのみ位置するものである。特に、例えばオプト・エレクトロニクスの分野及び光学的な信号通信におけるものである対応する光感知デテクタの使用の場合には、少なくとも１ＧＨｚというバンド幅が所望されることになる。
【０００８】
更に、例えば特には経済的な理由のためにそれらの同じピクセルによって種種の操作モードを実行するというような種種の用途の場合には、それらのＰＭＤピクセル及びＰＭＤ配列に関する高レベルの機能性及び柔軟な使用もまた好適であるということになる。
【０００９】
以上のことに留意すれば、本発明の目的は、本件明細書の冒頭の部分で規定されたような特徴を有して、著しく改善されたバンド幅を有するように成し、画像形成表面における明暗境界線の更なる解釈ミスが、少ししか起こりそうにないか又は排除さえされてしまうように成し、実際的な使用における高レベルの機能性及び経済性が達成されるように成した、電磁波の位相及び振幅を検出するための装置を提供するということである。
【００１０】
当該目的は、それらの累算ゲートと同様にそれらの変調フォト・ゲートもまた、長くて狭い平行ストリップの形態を採って相互に併置される関係で設けられるように成し、当該ストリップが、ＰＭＤピクセルをグループ形式で形成するように成し、それらの累算ゲートが、読出しダイオードの形態を採るように成して、達成される。
【００１１】
それらの変調フォト・ゲート及びそれらの累算ゲートが長くて狭い平行ストリップの形態を採るという事実と、平行して直接に相互に併置される関係におけるそれらの配列は、それらのゲートのための非常に短いチャネル長さ（当該変調ゲート・ストリップ幅は、ＭＯＳトランジスタ技術から、当該ゲート長さと呼ばれる）を生じることになる。それらの変調フォト・ゲートの中又は下において形成されるそれらの自由電荷キャリアは、隣接する当該累算ゲートに対する当該ゲート長さの当該短い間隔だけ、当該ストリップ方向に対して横方向にのみドリフトするものであり、それに関連して、当該ドリフトは、それらの変調フォト・ゲートにおける当該変調電圧の当該部分において適当な電場によって支持される。結果として、当該ドリフト時間は、例えば、１ナノ秒以下になり、それに従って、１ＧＨｚという使用可能な変調バンド幅を達成することが可能になるのである。それらの変調フォト・ゲートのそれらの個々のストリップが、更にはそれらの累算ゲートもまた、比較的狭いものであるとしても、それらの対応する長さの故に、それにも関わらず、それらは、十分に大きな感光領域を提供することが可能であるが、更にその一方で、交互に配列される複数のストリップ形状の変調フォト・ゲート及び累算ゲートは、互いに接続されて、その光学的充填ファクタをほぼ２倍にするユニットを形成することが可能になるということが認識されるであろう。そのようにすれば、実質的に如何なるピクセル形状及びピクセル寸法も、変調バンド幅に関する限定なしで、当該種類のストリップ構造によって実現されることが可能なのである。
【００１２】
本発明の当該好適な実施例は、以下のように規定する。それらの個々の変調フォト・ゲートは、隣接するそれぞれの累算ゲートのものよりも大きい幅のものであるが、更に、それらの変調フォト・ゲートの当該幅は、可能であれば、それらのエレメントによって検出される当該変調された光線のための当該画像形成光学システムの当該回折限界よりも小さいものであるべきであり、好ましくは、当該光線即ち当該電磁波の当該波長又は少数の波長の大きさのオーダーのものであるべきであるというのである。これは、回折効果の故に、鋭い明暗境界線が、もはや、偶然にも、プッシュ・プル関係で変調される２つの隣接する変調フォト・ゲートの間の当該領域に入ることはないということを意味する。その一方で、当該横方向におけるそれらの変調フォト・ゲートの当該小さな寸法は、シャドー即ち明暗境界線が、それらのゲートの当該全幅に渡って分散されなければならず、両者の隣接するゲートが、未だに光線によって等しく影響されるということを規定する。更に、非常に長く、それに対応して狭いものである変調フォト・ゲートを使用すれば、いずれにせよ、明暗境界線が、それらのストリップの当該方向に対して正確に平行に延在するということは、殆ど起こり得ないことである。しかしながら、それらのストリップに対する当該僅かな傾きがあれば、いずれにせよ、プッシュ・プル関係で変調される２つの隣接する変調フォト・ゲートは、その画像が形成されるそれぞれの対象の当該明部及び当該暗部からの光線によって実質的に等しく影響されることになる。
【００１３】
それらの変調フォト・ゲートの当該ストリップ長さ及びそれらの累算ゲートの当該ストリップ長さもまた、可能であれば、少なくともその幅の１０倍から１００倍のものであるべきである。複数の変調フォト・ゲート及び累算ゲートによって形成されるそれらのピクセルの当該幅は、全体として、当該長さとほぼ同じ大きさのオーダーのものであるべきであり、それは、約１０個から１００個のストリップが、相互に併置される関係で配列されることになり、その約３分の１が累算ゲートであり、約３分の２が変調フォト・ゲートであるということを意味する。しかしながら、本発明のもう１つの実施例では、各々の２つの累算ゲートの間における当該潜在的な構成を改善すべく、対応するストリップの形態を採って３つ又はそれ以上の変調フォト・ゲートを配列することもまた実行可能であり、その場合には、当該中央の変調フォト・ゲートは、変調されないものであるべきである。更に、本発明のもう１つの好適な実施例は、それらのストリップに対する当該横方向において観察すると、ピクセルの中には、１つの累算ゲート・ストリップを交互に備えた２つの変調フォト・ゲート・ストリップが常に存在するように成したものであり、直に相互に併置されるそれらの２つの変調フォト・ゲートは、それらの電位が互いに対してプッシュ・プル関係で変調され得るようにして接続されるように成し、それらの累算ゲートの各々は、好ましくは一定であるより低いエネルギー・ポテンシャル、即ち例えば当該光電子に関する正電位を有するように成し、当該正電位は、それらの２つの変調フォト・ゲートの下において形成される当該電荷キャリアが主として当該変調フォト・ゲートの当該側面に対してドリフトするということを規定するように成し、それは、当該低いエネルギー・ポテンシャル値を受け入れて、そこからそれらの２つのストリップの当該側面に配列された当該累算ゲートへと進むように成したものなのである。その場合、１つの累算ゲートのそれぞれの側面に配列されるそれらの２つの変調フォト・ゲート・ストリップは、プッシュ・プル関係で変調されるものであり、即ち、所定の瞬間において、１つの累算ゲートが、それに隣接する両方の変調フォト・ゲート・ストリップから同時に電荷キャリアを受け入れるのであるが、隣接するそれぞれの累算ゲートは、当該瞬間には正確により高い電位にあって、非常に少数の電荷キャリアだけが当該累算ゲートへと進むように成した、２つの変調フォト・ゲート・ストリップに隣接しているのである。従って、それぞれの各々の第２の累算ゲートもまた、それと同じ１つの読出しラインに対して接続され、その残りの累算ゲートは、もう１つの読出しラインに対して接続されるのであり、それらの２本のラインの当該総和信号は、当該受信した光線の当該振幅を複製するものであるが、当該差信号は、当該受信した光線の当該変調と、プッシュ・プル関係において直接に隣接するそれらの変調フォト・ゲートのその同じ変調機能による同時変調とから生じる当該相関信号の当該値を直接に示すものである。それは、上述のそれらの２つの変調フォト・ゲートの間において補足的に配列されることになり、例えば一定の中間電位に配設されることが可能であるように成した、第３の変調フォト・ゲートを使用するときにも全く同様な様式で行われるものであるが、それらの隣接する２つの変調フォト・ゲートは、当該中央ゲートに対するプッシュ・プル関係で当該変調電圧を増減され得ることになる。そのようにすれば、当該電位構成が、幾分か平滑化されることも可能であり、それらの電荷キャリアの単方向性転移に関する効率性のレベルもまた、当該変調電圧のそれぞれの現在値に従って増大され得るのである。
【００１４】
本発明に拠れば、それらの累算ゲートは、読出しダイオードという形態を採るものである。
【００１５】
当該実行可能な電圧読出しモードでは、それらのプッシュ・プル変調電圧に従って配分されるそれらの光電荷は、それらの累算ゲートのキャパシタンスにおいて記憶されるものであり、この事例では、当該ブロッキング方向において接続されるそれらの読出しダイオード（例えば、ｐｎ−ダイオード又はショットキー・ダイオード）の当該バリア層キャパシタンスにおいて記憶されるように成し、高抵抗読出し装置によって確かめられるのである。
【００１６】
本文において選択されている当該現在読出しモードでは、到着する当該光電荷は、当該読出し電極の実質的に変化しない電位によって当該読出し回路に対して直接に伝達される。
【００１７】
本発明の使用に関する現時点において流通している半導体材料の場合と同様に、電子移動性は、正孔即ち欠陥電子のものより大きいものであり、好ましくは、光電子が、それらの変調フォト・ゲートによって方向的に変調され、当該変調電圧に従ってそれらの累算ゲート又は読出しダイオードに対して配分されるのである。この場合には、読出しダイオードの各陽極が、好ましくは、共通のアース電位にあるが、それらの陰極は、正電位にあって、当該読出し回路に対してそれぞれに読出し電極Ｋ＋及びＫ−として接続されることになる。
【００１８】
上述の２種類の累算ゲートＫ＋及びＫ−は、本発明に従って並列に機能するように成し、且つ、例えば、正の変調フォト・ゲート電圧が、それらのＫ＋累算ゲートにおける光電荷の濃縮或いはそれらのＫ−累算ゲートにおける光電荷の減損を生じるようにして、本発明に従って、最高のバンド幅の新規なＰＭＤピクセルを形成するように成した、累算ゲート及び変調ゲートのグループの中において互い違いに位置するものであり、それらの累算ゲートは、その両面電荷累算の故に２倍に使用され、それらのピクセルの内部に対する光学的な充填の度合いをもほぼ２倍にして、寄生静電容量を著しく削減するのである。
【００１９】
本発明の１つの好適な実施例では、変調フォト・ゲート及び累算ゲートの複数の平行ストリップをそれぞれに含んで成る２つのピクセルは、直接に相互に併置される関係で配列されるものであり、ここでは２象限ピクセルと呼ばれる。これに関しては、当該横方向において、それらのピクセルは、それらの累算ゲートの間における場合のように、１対のものによってではなく、当該方向におけるその最後の累算ゲート・ストリップに隣接する個々の変調フォト・ゲートによって、それぞれに終端されるということが指摘されるべきである。２つのそのようなピクセルが直接に相互に併置される関係で配列される場合には、それらの２つのピクセルのそれぞれの１つのそれぞれの変調フォト・ゲートをそれぞれに形成するように成したそれらの２つの末端ストリップもまた、相互に併置される関係になるものであり、それら自体が分離されるそれらの２つのピクセルは、ここで、相互に併置されるそれらの２つの変調フォト・ゲートが互いに対してプッシュ・プル関係で変調されるようにして、変調されることが可能になり、それは、一体的な大きいピクセルがそれらの２つの個々のピクセルから形成されるように成して、同じ変調の電圧及び位相において当該ピクセルの表面積を効果的に２倍にするということになるのである。しかしながら、この構成では、当該大きなピクセルのそれらの２つの２分割部分は、原則として、互いに独立して変調されるので、その変調関数は、当該他方のピクセルに対して、９０度又は適当な遅延ＴＤだけ、当該一方のピクセルに関する位相即ち遷移時間において等しく有効に転移されることも可能である。これは、同相信号及び矩象信号が同時に計測されるということを意味するものであり、そのような様式において、当該相関関数の当該位相位置についての完全な情報が、並列に且つ同時の関係で獲得されるのである。
【００２０】
当該事例において、それらの累算ゲート接続部即ち端子は、好適には、それらのピクセルの１つの当該端部においてそれぞれに設けられる。それらの変調フォト・ゲート接続部即ち端子は、好ましくは、それらのピクセル表面の両端即ちストリップ端部からのプッシュ・プル・ストリップ・ラインの形態を採って設けられるものであり、より詳細には、とりわけ特に長いストリップの場合、それに加えて、それぞれの事例における横方向に延在するプッシュ・プル・ストリップ長さの故に、複数のものとして等距離の間隔を置いて設けられるのである。それは、当該変調信号が、当該変調フォト・ゲートの当該電気的表面抵抗の故に当該ゲートの当該長さの全体に渡って減衰されて変形されるものであり、確認される当該相関関数もまた、それに対応して変形されるということを防止することになる。
【００２１】
本発明の特に好適な１つの実施例は、４個のピクセルが長方形又は正方形の中に配列されて、１つのユニットを形成するように成し、より詳細には、互いに対してそれぞれに対角的な関係で当該正方形又は長方形の中に配列されるそれらのピクセルのストリップは、互いに対して平行に延在するが、直接に隣接して配設されるそれらのピクセルの当該ストリップは、互いに対して垂直に延在するようになし、それによって、特に厄介な相互の過剰連結の影響を実質的に回避するように成して配列されるものである。この実施例は、本文では、４象限（４Ｑ）−ＰＭＤピクセルと呼ばれる。それらのピクセルそれ自体が正方形である場合には、それらの４個の象限によって構成される当該ピクセル・エレメントもまた、正方形であり、対角的に相互に対向するピクセルの間におけるものとしての変調の位相シフトによって、それらの同相信号及び矩象信号のプッシュ・プル相関数値を検出することも同時に可能であるということになる。
【００２２】
更には、それらの変調フォト・ゲート及びそれらの累算ゲートの上において、詳細には結果として円柱レンズであるそれに対応するストリップ形状のレンズが、配列されるように成し、それらのレンズは、それらのレンズに衝突する当該光線をそれらの変調フォト・ゲートに対して集束させるものであり、感光性でないそれらの累算ゲートによって占拠されるそれらの表面コンポーネントもまた、当該光線の収率に対して更に有効に貢献するように成した、本発明の更なるもう１つの実施例もまた好適である。連結して変調される当該光線が、本質的に比較的狭いバンドである場合、当該ストリップ構造は、波動説に従った当該連結ファクタが、著しく大きいものであるか、或いは当該反射ファクタが、幾何光学に従ったそれらの当該反射ファクタに対応するものよりも著しく小さいように成して、そのような光線の平均波長に合わせて寸法形成されることも可能である。当該事例では、それらの変調フォト・ゲートにおける改良を包含して、そのような計測を助長させることも実行可能である。
【００２３】
複数のピクセルが線形配列又はマトリクス配列の何れかを形成すべく互いに結合されることも可能であり、それに関連する１つの好適な実施例は、それらの個々のピクセルの上において、マイクロ・レンズが配列されるように成し、それらのマイクロ・レンズは、それらのピクセルの間に位置していて、それらのマイクロ・レンズを介する評価に貢献するものではない各領域に対しても部分的に導かれる当該入射光を、それらの感光性ピクセル表面に対して導くように成したものである。
【００２４】
同じものが４回であるか又は異なった変調を備えるように成した、４Ｑ−ＰＭＤピクセルは、すべての４個の相関数値の平均化によって、それらの４個の正方形のサブ・ピクセルのそれらの集結のポイントを計測することが可能であり、それと同時に、当該４Ｑ−ＰＭＤピクセルの当該全体の位相即ち遷移時間を確認することも可能である。それらの４個の個々の集結ポイントの遷移時間は、当該事例では、当該画像形成表面エレメントの当該勾配即ち垂直方向ベクトルを供給するものであり、当該３Ｄ表面の改良した補間が１つの配列の隣接するそれらのピクセルの間において計測されるということを許容するものでもある。
【００２５】
最後に、本発明の特に好適な１つの実施例は、それらのピクセル、即ちそれらの個々の変調フォト・ゲート及びそれらの累算ゲートがＣＭＯＳ技術を使用して実装されるように成したものである。それは、対応する各エレメントの大量生産を許容するように成し、それと同時に、当該評価電子機器及び当該変調電子機器のような当該周辺機器のオン・チップ式及びマルチ・チップ式のモジュール統合をも許容するように成した、非常に安価且つ有効に確立した技術である。
【００２６】
ＣＭＯＳ技術では、２Ｄ機能性を備えた従来的なＣＭＯＳピクセル（いわゆる２Ｄピクセル）及び３Ｄ機能性を備えたＰＭＤピクセル（いわゆる３Ｄピクセル）の両方が、混合的な構成における線形配列又はマトリクス配列の中に組み込まれることが可能である。この事例では、特にはピクセルの隣接項目に関するものである様々なピクセル情報が、それらの２Ｄピクセルについてのカラー情報及びそれらの３Ｄ−ＰＭＤピクセルについての当該３Ｄ深部及び２Ｄグレー値の情報に関する各項目による当該完全な３Ｄカラー／深部画像の迅速な再構成に関連して、下流に配置されるデータ融合及び補間の装置において評価され得るものであり、それは、光学的計測手順に関する全く新しい選択肢を、オートメーション、対象確認、セキュリティ技術及びマルチメディア技術において提供するのである。
【００２７】
本発明の更なる利点、特徴、及び実行可能な用途は、好適な実施例及び添付図面に関するこれ以降の説明から明白になるであろう。
【００２８】
図１の中央部分において示されるものは、垂直方向の平行ストリップの列であり、それらの明色のストリップは、感光性で半透明の変調フォト・ゲートを再現しているが、参照番号４及び５で表示されるそれらの暗色のストリップは、淡色で不透明に覆われる累算ゲート即ち読出しゲートに対応する。それらの狭い黒色の垂直方向ストリップは、隣接する変調フォト・ゲート１及び２の間における絶縁分離面を表わしている。
【００２９】
それらの変調フォト・ゲートは、ここでは、参照番号１及び２で識別されている。何故なら、同じ参照番号１で示されるそれらの変調フォト・ゲートもまた互いに対してプッシュ・プル関係で変調されるものであるが、続いて参照番号２で示され、それに関しては全く同じであるように成したそれらの変調フォト・ゲートの当該電位は、それらの変調フォト・ゲート１に対してプッシュ・プル関係で変調されるものだからである。その下側部分におけるＭは、詳細には当該変調電子機器及び当該変調電圧供給源の接続部又は端子８である当該変調回路を概略的に示している。図１の当該上側部分におけるＡは、当該読出し電子機器及び接続部又は端子及びそれらの累算ゲート４及び５に対してそれぞれに接続される信号処理装置である当該読出し回路を概略的に示している。この事例では、すべての累算ゲート４、即ち１つおきの累算ゲートは、第１の共通読出しラインに対して接続され、それらの間に配設されるそれらの累算ゲート５は、もう１つの共通読出しラインに対して接続される。当該読出し回路は、当該総和信号ＵΣを確認するものであり、それらの累算ゲート４及び５のそれらの光電荷からの当該差Ｕをも確認する。ＵΣは、時間に関して平均化されるそれらの全光電荷の総和に関する計測値であるが、Ｕは、それらの累算ゲート４及び５即ちＫ＋及びＫ−のそれぞれにおけるそれらの光電荷の当該差に関する計測値である。それらの変調フォト・ゲート１は、それらの変調フォト・ゲート２が当該電圧端子−Ｕｍ（ｔ）に対して接続されるとき、例えば当該電圧端子＋Ｕｍ（ｔ）に対して接続される。当該変調電圧は、好ましくは、擬似ノイズ電圧であり、或いは擬似ランダム電圧でもあるが、適当な限定された相関関数及び十分なワード長さを備えた任意のその他の符号化した変調信号を使用することもまた実行可能であろう。
【００３０】
それらの変調フォト・ゲート２が高い電圧レベルにある間に、それらの変調フォト・ゲート１が低い電圧レベルにある場合、図３及び図４の当該実施例では光電子であるそれらの電荷キャリアは、主として即ちほぼ排他的にそれらの累算ゲート４に対してのみ通されることになり、その間、それらの累算ゲート５は、電荷を全く或いはほぼ全く捕集しないのである。それらの電圧条件が逆転され、結果として、それらの変調フォト・ゲート２が低い電位にある間に、それらの変調フォト・ゲート１が高い電位にある場合には、それらの電荷キャリアは、ほぼ排他的にそれらの累算ゲート５を経由してのみ流出することになる。形成されたそれらの電荷キャリアが、その画像が当該ピクセルによって記録される対象のものと同じ関数に従って変化するように成して、照射によって形成される時間に関する実質的な変動を包含する場合、それは、それらの電荷キャリアがそれらの感光面において形成された瞬間についての情報を供給するものでもある。当該対象の照射もまたそれによって変調されるものである同じ変調関数によるそれらの変調フォト・ゲートの変調は、その後、当該Ｕ信号として、当該画像形成ピクセルの当該間隔に関する情報の各項目を包含する当該相関関数を供給することになる。
【００３１】
理解されるであろうように、それらのストリップは、それらの長さと比べて非常に狭いものであり、その点に関して、それに対応する状態は、それらの図面において縮尺通りには示されていない。その反対に、実際には、それらの個々のストリップは、それらの幅に比べて実質的にはより長いものでさえあるということになるのである。それらの狭いストリップは、非常に短いゲート長さ、即ち電荷キャリアに対する非常に短いドリフト間隔に対応するものであり、それらの電荷キャリアは、変調フォト・ゲート１又は２の下においてそれらの読出しゲート４又は５の一方に対して形成される。それに対応する短いドリフト時間は、それに対応する迅速な変調信号を許容するものであり、結果として高いバンド幅を生じるのである。
【００３２】
しかしながら、それらの長手方向におけるそれらの変調フォト・ゲートの当該抵抗に起因して測定精度に悪影響を及ぼさないために、複数の変調接続部即ち端子ｍ１、ｍ２及びｍ３は、好ましくは当該ピクセルの当該頂部側面からそれぞれの変調フォト・ゲート１及び２まで、互いに対して等しい間隔を置いてそれぞれに平行に接続されるものであり、変調は、それらの接続ラインｍ１、ｍ２及びｍ３のそれらの各接続ポイントにおいて同時に実施され得ることになるのであり、その点に関して、前記接続部の個数は、それらの要求事項に従って更にはそれらの個々のストリップの当該長さにも従って変更され適応され得るということが認識されるであろう。
【００３３】
代替的に或いはそれに加えて、この問題は、それらの累算ゲート４，５に対してそれらの累算ゲートに向かう当該ストリップの側面において直接に隣接するそれらの変調フォト・ゲートが、好ましくは当該変調フォト・ゲートに対して添付される金属フィルムという形態を採るようにして、高い導電性を有するものであり且つそれらの電磁波に関しては全く或いは非常に僅かしか透過性を有するものでないように成した接触ストリップを使用して、例えば当該変調フォト・ゲート幅の４分の１から３分の１の間のものであるストリップ形状のカバーリングを部分的に包含するように成し、当該計測が本発明に従ってそれらの円柱レンズによって当該ピクセル領域内に当該光線を集束させるように適応されるならば、解決されることが可能である。
【００３４】
更に、それらの変調フォト・ゲート１及び２は、当該底部におけるＭによって示される当該ブロックからの端部接続部を直接に包含することもまた可能である。
【００３５】
図２は、図１において示された当該ピクセル・エレメント１０と比べてその幅がそれぞれに半分だけのものである２つの同じピクセル・エレメント１０、１０’によって構成されるように成した、ピクセルを概略的に示している。明快にするために、それらの補足的な変調接続部ｍ１、ｍ２及びｍ３は、ここでは示されていないが、これらもまた明白に存在し得るものである。
【００３６】
これらのピクセル１０、１０’のそれらの２つのストリップ・フィールドは、直接に相互に併置される関係で配列されるものであり、２つの個々のフォト・ゲート２及び１は、それぞれに、それらの２つのピクセル１０、１０’の間の当該境界面におけるその中心において相互に併置される関係で配設される。それらのピクセル１０、１０’の各々は、それ自身の変調電圧供給源を有するものであり、それ自身の読出し回路及びそれ自身の読出しラインをも有する。当該ピクセル１０’のそれらの変調電圧は、当該ピクセル１０の当該ストリップ２が当該ピクセル１０’の当該ストリップ１に対するプッシュ・プル関係で変調されるようにして、当該ピクセル１０のものに関連して印加されるものであり、それらの２つのピクセル・エレメントは、上述の図１の当該大型のピクセル１０とちょうど同じようにして協働する。しかしながら、当該ピクセル１０’の当該変調電圧を、当該ピクセル１０の当該変調電圧に対して９０度だけ位相ずれされるものとして選択することもまた実行可能であり、それは、同相信号及び矩象信号に対応する。従って、ここでは、それらの個々の電圧、及び当該変調及び当該評価回路は、「同相」に関する当該インデックスＩを付け足して表示され、それに対応する各回路及び当該ピクセル１０’の各電圧シンボルは、「矩象」に関する当該補足的なインデックスＱによって表示されるのである。
【００３７】
図３は、図２において示された当該ダブル・ピクセルの特殊な物理的構造を概略的に示している。このダブル・ピクセルは、共通の基板の上に配設されるものであり、それらの個々の変調フォト・ゲート層、絶縁層、及び累算ゲート層の当該配列及びシーケンスは、図１において示された当該大型ピクセルの当該事例においてもまた包含されたであろう当該配列と異なるものではないということが理解されるであろう。ただ、それらの電気接続部は、それらの右側及び左側のピクセル２分割部分のためのものとして互いに完全に分離されているのであり、当該右側２分割部分の中に配列されたそれらの変調フォト・ゲートの変調は、当該左側２分割部分の中に配列されたそれらの変調フォト・ゲートの変調から独立して選択されるということが実行可能であり、それは、前述のように、それらの信号を同相信号及び矩象信号に分離することを許容して、当該ＰＭＤピクセルの融通性を向上させることになるのである。
【００３８】
図４は、これもまた本質的には図２における当該平面図に対応するものであるが、それらの個々のストリップ・エレメントが当該配列の全体を拡大して表示し得るようにしてそれらの長さに関して途切れるものとして示されるように成し、その一方で、当該変調回路に対するそれらの変調フォト・ゲートの個々の接続部、及びそれらの累算ゲート４及び５に対するそれらの読出し回路の個々の接続部が補足的に詳細に示されるように成した、単純な平面図である。
【００３９】
図５から図７は、更なる変調フォト・ゲート３が、図１から図４に関連して既に説明されたように、それらの変調フォト・ゲート１及び２の間において補足的に設けられるように成した、本発明の更なる１つの代替的な実施例を示している。この事例において、図５から図７の各々の右側におけるそれらの回路シンボルは、この中央変調フォト・ゲートが一定の電位に保たれ、それに対して、それらの変調フォト・ゲート１及び２が当該変調関数に従ってそれらの電位を増減されるということを示している。それは、結果として、概ね平滑化された電位構成及び更に有効なチャネル分離効果、より高いドリフト速度及び変調出力のより低いレベルを生じることになる。
【００４０】
この点に関して、図５は、図３に類似しているが、当該ピクセルがこの場合には複数の部分に分割されないように成した、断面図である。図５は、埋設ｎ層を備えて、当該絶縁材料の中に埋め込まれる変調ゲート電極をも備えるように成した、有益な構成を示しているものであり、それは、部分的に重複するゲート構造と比べて非常に小さい構造であるという理由で好都合なのである。図６は、図４に類似した上からの図面を示すものであり、図７は、この光混合デテクタＰＭＤの斜視図を示している。
【００４１】
図８は、ストリップ形状の変調フォト・ゲート及び累算ゲートによって構成され、各々が実質的に正方形の形状のものであり、これもまた全体として正方形であるピクセルを形成するものとして組み立てられるように成した、４個のピクセル・エレメントを示しているものであり、互いに対してそれぞれに対角的な関係で配列されるそれらの象限の中におけるそれらのストリップは、互いに対して平行に延在するが、それらは、隣接する象限の間では互いに対して垂直に延在する。それは、異なった隣接する変調信号に関する相互の過剰結合及び変造を実質的に抑制する。当該配列において、それらの評価回路は、当該正方形のピクセル面の外側に配列されることが可能である当該正方形のそれらの側面に向かって移動される。この事例においても、それらの変調フォト・ゲートの変調は、好ましくは、ここでもまた変調電圧信号によって行われるものであり、当該変調電圧信号は、相互に対角的な関係における２つの象限に関しては、その他の２つの対角的に配列される象限に対して、９０度だけ位相ずれされるか、或いはＰＭ変調の場合にチップ幅Ｔチップだけ遅延されるように成し、それは、結果として、同相信号及び矩象信号の同時計測を生じることになる。当該中心において部分的に重複するそれらの変調電圧ラインは、１象限操作の場合には、閉ざされることが可能であり、２象限操作の場合、それらは、水平方向及び即ち直方向においてのみ接続されることが可能であり、４象限操作の場合、それらは、開いていることが可能である。しかしながら、４個の同じ変調信号を包含し、従って好適に接続されるラインをも包含する当該状況では、別個に４回の読出しを設けるということもまた有益である。遷移時間計測のために必要とされる当該ＩＱ数値の対もまた、当該１象限の操作モードにおいて時間多重様式で確認されることが可能である。その代替的なヘテロダイン・プロセスでは、それらの４個の相関関数は、当該ビート周波数と一緒に通されることが可能であり、そのようにすれば、間隔情報についての各項目が、確認され得ることになる。
【００４２】
図９は、図８において示されたような種類の２×８個のピクセルから成るパネル即ちフィールドを示している。ここでは参照番号１００で概略的に示されているそれらのピクセルの各々の上に配列されるものは、当該ピクセル・フィールドの全体によってカバーされる当該表面に衝突する当該光線を実質的にそれらのピクセルの実際の感光面に対して集束させるようにして機能するマイクロ・レンズ６である。当該図面は、それらの個々のピクセルの上におけるそれらのストリップに対して平行に延在するようにして配列されるように成し、それらのストリップ・レンズに衝突する当該光線がそれらの累算ゲートの間の各領域に対してのみ、即ちそれらの変調フォト・ゲートに対してのみ集束されるようにして当該ピクセル面の全体をカバーするように成した、ストリップ・レンズを示してはいない。
【００４３】
図１０は、本発明に従ったそれらのピクセル１００を装備される３Ｄカメラの原理を示している。この具体例ではＰＮ（擬似ノイズ）ジェネレータであるジェネレータ１１は、ここではレーザ・ダイオード１２である光学送信器を制御するものであり、当該ダイオードの光線は、光学装置１３によって対象７の当該表面に対して投影される。この事例では、その光度は、当該ジェネレータ１１の当該変調信号によって変調される。それに従って反射され同様にして変調される当該光線は、カメラ光学機器１４によって画像ピクセルの配列１００に対して投影されるものであり、当該配列は、特には図８において示されたようなそれらのピクセル即ち光混合エレメントという形態を採ることが可能なものである。
【００４４】
それらは、当該Ｉ出力に関する調節可能な時間遅延ＴＤ及び当該Ｑ出力に関する補足的な一定の時間遅延Ｔチップを備えて、当該ダイオード１２と同じ当該ＰＮジェネレータ１１からの変調信号ではあるが、プッシュ・プル関係であるように成して、遅延部材１５によって変調される。従って、変調して受信された当該光線信号は、その同じ変調関数を使用してそれらの変調フォト・ゲートによってピクセル毎に２回ずつ相関されるのであり、それは、遷移時間情報を必要とするものであり、従って、当該対象７の当該表面についての個々のエレメントの間隔情報をも必要とすることになる。
【００４５】
長くて狭い各ストリップという形態を採る本発明に従った当該構成の場合には、深部情報に関するそれらの情報は、当該対象７の当該表面における明暗境界線の故に、もはや誤って解釈されることがないのである。
【００４６】
図１１及び図１２は、位相調整回路ＰＬＬ及びＤＬＬによる光学信号についての高感度な受信における対応するＰＭＤエレメントの使用を示している。
【００４７】
図１１は、当該ＰＭＤピクセルは、光線バリア装置において有益に使用され得る非常に高いレベルの感度を有する電子光学的な混合エレメントとして、及び時間経過カメラ、光学的なリモート・コントロール装置及びデータ光線バリア・アセンブリにおけるＰＬＬ配列としてだけでなく、光学通信におけるデータ信号の当該再生のためのものとしても、ＰＭＤピクセルを備えるように成した、光学的なＰＬＬ回路又はＤＬＬ回路を示している。光学的なＰＭＤ−ＰＬＬは、当該フォトダイオードの下流に接続される通常の受信ＨＦ増幅器として高度に集積され得るものであり、その電子的なミキサーは、完全に排除されることになる。何故なら、当該出力３４において当該読出し回路３１を備えた当該光混合デテクタＰＭＤは、低域フィルタ処理された差信号ＵΔ−定数・（ｉａ−ｉｂ）という形態を採って当該低周波領域における当該混合した成果を既に提供しているからである。当該位相調整回路は、ループ・フィルタ又はデジタル・レギュレータを介して接続される。
【００４８】
それは、例えば正弦、直交、周波数、位相の変調のためのものとして、更には、例えばＰＮ符号化であるコード・マルチプレックス処理のためのものとして、多くの変調モードに関連して使用されることが可能である。その場合、当該電圧制御式ジェネレータ３３は、受信されることになる当該クロック速度及び変調に対して設定される。当該位相調整回路がラッチされるとき、本発明に従った広帯域ＰＭＤの当該事例では当該読出し回路３１の広帯域総和出力３５において、或いはそれと同じ光学データ信号によって並列に操作される増幅器を備えた広帯域フォトダイオードを経由して生じるように成した、データ信号は、当該種類のクロック復元の故に入出力判定エレメント３２によって再生されることが可能である。その理由のために、当該光学的な入出力データ信号は、好ましくは、ゼロ復帰（ＲＺ）信号として符号化される。
【００４９】
図１２は、より高度なレベルの感度さえも、特にはＰＮ変調に拠るものであるＩＱ−ＰＭＤ受信器をベースとして達成され得るように成した、２Ｑ−ＰＭＤ−ＤＬＬを示している。
【００５０】
本件特許出願の基礎を形成するように成した、同じ出願人に関するものである上述の当該特許出願における場合と同様に、周期的なＰＮ変調は、ＰＭＤ受信に関連して大きな利点を提供するものであり、特にはマルチ・チャネル選択性の可能性、マルチ・ターゲット検出、及び位相遷移時間解像度に関する最高の感度を提供するのである。本発明に拠れば、ＰＮ符号化されたデータ信号を、間隔計測を包含するデータ光線バリア装置のためのものとして、更には例えば図１２において示されるような光学的なＣＤＭＡデータ送信のためのものとして使用することもまた実行可能である。それに関連して、例えば論理「１」は、通常のＰＮワードに対応するものであるが、論理「０」は、逆転したＰＮワード＝ＰＮに対応するものであり、即ち、それらの明暗チップが交換されるのである。図１１に対比して、図１２において、それらの光電流の量的な差違に関する差として形成されるものは：  ＵΔ＝定数・（｜ｉａ−ｉｂ｜−｜ｉｃ−ｉｄ｜）である。当該復元されたワード・クロックに拠れば、当該ＰＮ符号化された入出力データ・シーケンスの当該データ信号を所定の手順によって再生することが実行可能であり、その結果、当該総和器の中において、それらの光電流の量的な差違の総和：  ＵΣ＝定数・（｜ｉａ−ｉｂ｜−｜ｉｃ−ｉｄ｜）が、当該総和器の中に包含された短期インテグレータによって、ＰＮワード長さのためのものとしてそれぞれに形成され、当該入出力判定エレメントの中では、当該入出力判定が、後続の評価又は再生のためのものとしてクロック同期的な様式で選択されるのである。
【００５１】
当該変調電圧のための正弦変調を備えて、当該正弦周期のＴチップ＝Ｔ／４をも備えるように成したＶＣＯを使用すれば、ベクトル変調を検出して再生することもまた実行可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例のピクセルに関する平面図である。
【図２】  ２つの隣接するピクセルの相互接続を示している。
【図３】  図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って採られた断面において、図２で示されたそれらのピクセル・エレメントを介する断面図の一部を示している。
【図４】  図２で示されたダブル・ピクセル即ち２象限ピクセルの一部を拡大して示す平面図である。
【図５】  それぞれの事例において、２つのそれぞれの累算ゲートと埋設ｎ層との間における３つの変調フォト・ゲートを備えるように成し、当該絶縁材料の中に変調フォト・ゲート電極が埋設されるように成した、本発明のもう１つの実施例のピクセルを介して当該ストリップ方向に直行する断面の図面である。
【図６】  図４に対応して図５で示されたマルチ・ストリップ技術における当該ＰＭＤピクセルの３ゲート構造に関する平面図である。
【図７】  図５および図６で示された当該ピクセルの一部の斜視図である。
【図８】  異なったストリップ方向付けによって互いに接続され、様々な操作モードのためのピクセル・ユニットを形成するように成した、４個のピクセル・エレメントを示している。
【図９】  図８で示されたような２×４個のピクセルから構成されるフィールドを示している。
【図１０】  図９に類似した比較的大きなフィールドから構築される３Ｄカメラの操作モードを概略的に示している。
【図１１】  光線バリア、時間経過カメラ即ち遅延カメラ、及び光学データ信号再生を備えたデータ光線バリアのためのものである光学的ＰＬＬ回路又はＰＭＤベースのＤＬＬ回路を示している。
【図１２】  特には、高感度データ光線バリア、位相遷移時間計測、好ましくは光学ＣＤＭＡ（コード分割多重アクセス）システムにおける光学データ転送のためのものであり、更には光学データ信号再生をも備えるように成した、バンド・スプレッド技術によって同相信号及び矩象信号を計測するためのログイン増幅回路を示している。
【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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