WO2015170487A1 - 距離画像センサ - Google Patents

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純 平光
明洋 島田
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    • H10F39/8037—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements the integrated elements comprising a transistor

Definitions

  • the present invention relates to a distance image sensor.
  • a charge distribution type distance image sensor is known (for example, see Patent Document 1).
  • the distance image sensor described in Patent Document 1 is a charge distribution type distance image sensor, and includes a plurality of distance sensors.
  • Each of the plurality of distance sensors includes a charge generation region in which charge is generated according to incident light, and two signal charge storage regions that are arranged in a one-dimensional direction with the charge generation region sandwiched therebetween and spaced apart from the charge generation region, And two transfer electrodes disposed between each signal charge storage region and the charge generation region.
  • the charge distribution type distance image sensor is applicable to TOF (Time-Of-Flight) type distance measurement.
  • the present invention is a charge distribution-type distance image sensor, and even when charge crosstalk occurs between adjacent distance sensors in a one-dimensional direction, the influence of charge crosstalk on distance measurement between adjacent distance sensors is different.
  • An object is to provide a similar distance image sensor.
  • One embodiment of the present invention is a distance image sensor in which a plurality of distance sensors are arranged in a one-dimensional direction, and each of the plurality of distance sensors includes a charge generation region in which charge is generated according to incident light, and a charge generation A first signal charge storage region, a first signal charge storage region, and a first signal charge storage region, which are disposed apart from the region and sandwiching the charge generation region in a one-dimensional direction, and store charges generated in the charge generation region as signal charges; A first transfer electrode that is arranged between the charge generation region and that causes the charge generated in the charge generation region in response to the first transfer signal to flow into the first signal charge storage region as a signal charge; and a second signal charge storage region The second transfer is arranged between the charge generation region and the charge generation region, and causes the charge generated in the charge generation region to flow into the second signal charge accumulation region as a signal charge in response to the second transfer signal having a phase different from that of the first transfer signal.
  • Electrodes It is provided.
  • the distance sensor located in the center of the three distance sensors, and the distance sensor located on one side in the one-dimensional direction from the distance sensor
  • the one signal charge accumulation region or the second signal charge accumulation region are adjacent to each other in the one-dimensional direction, and the distance sensor is located at the center of the three distance sensors, and is located on the other side of the distance sensor in the one-dimensional direction.
  • the first signal charge accumulation region and the second signal charge accumulation region are adjacent in a one-dimensional direction.
  • Another aspect of the present invention is a distance image sensor in which a plurality of distance sensors are arranged in a one-dimensional direction, and each of the plurality of distance sensors includes a charge generation region in which charges are generated according to incident light, and a charge First and second signal charge storage regions that are spaced apart from the generation region and sandwiched between the charge generation regions in a one-dimensional direction and store charges generated in the charge generation region as signal charges, and a first signal charge storage region
  • a first transfer electrode that is arranged between the first and second charge generation regions and flows into the first signal charge storage region as signal charges from the charge generation region in response to the first transfer signal, and a second signal charge storage
  • the second signal is arranged between the region and the charge generation region, and causes the charge generated in the charge generation region in response to the second transfer signal having a phase different from that of the first transfer signal to flow into the second signal charge accumulation region as a signal charge.
  • a distance sensor set consisting of two distance sensors adjacent to each other in the one-dimensional direction in the first signal charge storage region; and a distance sensor set consisting of two distance sensors adjacent to each other in the one-dimensional direction in the second signal charge storage region; Are alternately arranged in a one-dimensional direction.
  • the first signal charge accumulation region is located on the other side of the charge generation region in the one-dimensional direction
  • the primary In the distance sensor positioned next to the one arbitrary distance sensor in the other direction in the original direction the first signal charge accumulation region is positioned on one side in the one-dimensional direction from the charge generation region.
  • the second direction In the distance sensor located next to any one of the distance sensors in the one direction, when the second signal charge accumulation region is located on the other side of the one-dimensional direction from the charge generation region, the second direction In the distance sensor located next to the one arbitrary distance sensor, the second signal charge accumulation region is located on one side in the one-dimensional direction from the charge generation region. That is, the distance sensor located next to the one arbitrary distance sensor in the one direction and the distance sensor located next to the one arbitrary distance sensor in the other direction, The signal charge accumulation regions located on the distance sensor side are the first signal charge accumulation regions or the second signal charge accumulation regions, and are the same type of signal charge accumulation regions.
  • a part of the charges generated in the charge generation region of any one of the distance sensors is a distance sensor located next to the one of the distance sensors in the one direction, and the other of the distance sensors.
  • the leaked charge flows into the first signal charge accumulation regions or the second signal charge accumulation regions of the two distance sensors.
  • the charges leaking into the two distance sensors are accumulated in the first signal charge accumulation regions or the second signal charge accumulation regions in the two distance sensors.
  • the type of signal charge accumulation region in which the leaking charge is accumulated is any three distances that are continuously arranged in the one-dimensional direction. Since the same applies to the two distance sensors located on both sides of the sensor, the influence of the charge crosstalk on the distance measurement is the same between the distance sensors adjacent in the one-dimensional direction.
  • charge crosstalk for distance measurement between adjacent distance sensors can be reduced.
  • a distance image sensor having the same influence can be provided.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a distance measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a cross-sectional configuration of the distance image sensor.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the distance image sensor.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the distance image sensor.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line VV in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing a potential distribution in the vicinity of the second main surface of the semiconductor substrate.
  • FIG. 7 is a diagram showing a potential distribution in the vicinity of the second main surface of the semiconductor substrate.
  • FIG. 8 is a timing chart of various signals.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the distance measuring apparatus according to the present embodiment.
  • the distance measuring device 10 is a device that measures the distance d to the object OJ.
  • the distance measuring device 10 includes a distance image sensor RS, a light source LS, a display DSP, and a control unit.
  • the control unit includes a drive unit DRV, a control unit CONT, and a calculation unit ART.
  • the light source LS emits pulsed light Lp toward the object OJ.
  • the light source LS is composed of, for example, a laser light irradiation device or an LED.
  • the distance image sensor RS is a charge distribution type distance image sensor, and is also a TOF type distance image sensor.
  • the distance image sensor RS is disposed on the wiring board WB.
  • the control unit includes a calculation circuit such as a CPU (Central Processing Unit), a memory such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), a power supply circuit, and It is configured by hardware including a read circuit including an A / D converter.
  • This control unit may be partially or entirely configured by an integrated circuit such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the drive unit DRV applies the drive signal SD to the light source LS according to the control of the control unit CONT, and drives the light source LS so as to emit the pulsed light Lp toward the object OJ for each frame period.
  • the control unit CONT controls the drive unit DRV.
  • the control unit CONT outputs the first and second transfer signals S p1 and S p2 to the distance image sensor RS.
  • the control unit CONT displays the calculation result of the calculation unit ART on the display DSP.
  • Calculation unit ART reads the distance from the image sensor RS of the signal charge charge amount q 1, q 2, respectively, and calculates the distance d based on the amount of charge q 1, q 2 read.
  • the calculation unit ART outputs the calculation result to the control unit CONT. Details of the calculation method of the distance d will be described later with reference to FIG.
  • the display DSP inputs the calculation result of the calculation unit ART from the control unit CONT and displays the calculation result.
  • the drive signal SD is applied to the light source LS, whereby the pulsed light Lp is emitted from the light source LS every frame period.
  • the pulsed light Lp emitted from the light source LS enters the object OJ, reflected light Lr, which is pulsed light, is emitted from the object OJ due to reflection.
  • the reflected light Lr emitted from the object OJ is incident on the distance image sensor RS.
  • Charge amounts q 1 and q 2 collected in synchronization with the first and second transfer signals S p1 and S p2 for each pixel are output from the distance image sensor RS.
  • the charge amounts q 1 and q 2 output from the distance image sensor RS are input to the calculation unit ART in synchronization with the drive signal SD .
  • the distance d is calculated for each pixel based on the input charge amounts q 1 and q 2 .
  • the calculation result is input from the calculation unit ART to the control unit CONT.
  • the calculation result input to the control unit CONT is transferred to the display DSP and displayed.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a cross-sectional configuration of the distance image sensor.
  • the distance image sensor RS is a surface incident type distance image sensor and includes a semiconductor substrate 1.
  • the semiconductor substrate 1 has first and second main surfaces 1a and 1b facing each other.
  • the second main surface 1b is a light incident surface.
  • the distance image sensor RS is affixed to the wiring substrate WB via the adhesion region FL in a state where the first main surface 1a side of the semiconductor substrate 1 is opposed to the wiring substrate WB.
  • the adhesion region FL has an insulating adhesive or filler.
  • the reflected light Lr is incident on the distance image sensor RS from the second main surface 1b side of the semiconductor substrate 1.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the distance image sensor.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the distance image sensor.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration along the line VV in FIG.
  • the distance image sensor RS has an array structure in which a plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN (M and N are natural numbers of 2 or more) are arranged in a one-dimensional direction A. Is a line sensor.
  • Each of the plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN constitutes one pixel (channel) of the distance image sensor RS by one or two or more.
  • each of the plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN constitutes one pixel of the distance image sensor RS.
  • the distance image sensor RS includes a light shielding layer LI in front of the second main surface 1b which is a light incident surface.
  • An opening LIa is formed in the one-dimensional direction A in each of the regions corresponding to the plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN in the light shielding layer LI.
  • the opening LIa has a rectangular shape. In the present embodiment, the opening LIa has a rectangular shape.
  • the light enters the semiconductor substrate 1 through the opening LIa of the light shielding layer LI. Therefore, the light receiving region is defined in the semiconductor substrate 1 by the opening LIa.
  • the light shielding layer LI is made of a metal such as aluminum, for example. 3 and 4, the illustration of the light shielding layer LI is omitted.
  • the semiconductor substrate 1 includes a p-type first semiconductor region 3 which is located on the first principal surface 1a side, p impurity concentration than the first semiconductor region 3 located on the lower and side second main surface 1b - type first Two semiconductor regions 5.
  • the semiconductor substrate 1 can be obtained, for example, by growing a p ⁇ type epitaxial layer having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate on the p type semiconductor substrate.
  • an insulating layer 7 is formed on the second main surface 1b (second semiconductor region 5) of the semiconductor substrate 1.
  • the plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN are arranged in the one-dimensional direction A on the semiconductor substrate 1. That is, the plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN are positioned so as to be aligned along the one-dimensional direction A in the semiconductor substrate 1.
  • each of the plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN includes a photogate electrode PG, first and second signal charge storage regions FD1 and FD2, First and second transfer electrodes TX1 and TX2 and a p-type well region W are provided.
  • illustration of the conductor 13 (refer FIG. 5) arrange
  • FIG. 4 only the configuration of four distance sensors P Am , P Am + 1 , P Bn , and P Bn + 1 (m is a natural number less than M and n is a natural number less than N) is shown.
  • Each of the plurality of distance sensors P A1 to P AM has the same configuration as the distance sensors P Am and P Am + 1 .
  • Each of the plurality of distance sensors P B1 to P BN has the same configuration as the distance sensors P Bn and P Bn + 1 .
  • the photogate electrode PG is disposed corresponding to the opening LIa.
  • a region corresponding to the photogate electrode PG in the semiconductor substrate 1 (second semiconductor region 5) (a region located below the photogate electrode PG in FIG. 5) is the reflected light Lr of the pulsed light Lp from the object OJ. It functions as a charge generation region (photosensitive region) where charge is generated in response to incidence.
  • the photogate electrode PG also corresponds to the shape of the opening LIa and has a rectangular shape in plan view. In the present embodiment, the photogate electrode PG has a rectangular shape like the opening LIa.
  • the photogate electrode PG includes first and second long sides L1 and L2 that are orthogonal to the one-dimensional direction A and face each other, and first and second short sides S1 that are parallel to the one-dimensional direction A and face each other. , S2 and a planar shape.
  • the photogate electrode PG has a first long side L1 on one direction A1 side in the one-dimensional direction A, and a second long side L2 on the other direction A2 side in the one-dimensional direction A.
  • the first and second signal charge accumulation regions FD1 and FD2 are arranged in the one-dimensional direction A with the photogate electrode PG interposed therebetween.
  • the first signal charge accumulation region FD1 is disposed on the first long side L1 side of the photogate electrode PG and is separated from the photogate electrode PG.
  • the second signal charge accumulation region FD2 is disposed on the second long side L2 side of the photogate electrode PG and is separated from the photogate electrode PG.
  • the first signal charge accumulation region FD1 is disposed on the second long side L2 side of the photogate electrode PG and separated from the photogate electrode PG.
  • the second signal charge accumulation region FD2 is disposed on the first long side L1 side of the photogate electrode PG and is separated from the photogate electrode PG. That is, in any of the distance sensors P Am , P Am + 1 , P Bn , and P Bn + 1 , the first and second signal charge accumulation regions FD1 and FD2 are from the charge generation region (region located below the photogate electrode PG). They are spaced apart.
  • the first and second signal charge storage regions FD1 and FD2 are n-type semiconductor regions formed in the second semiconductor region 5 and having a high impurity concentration, and store charges generated in the charge generation region as signal charges.
  • the first and second signal charge accumulation regions FD1, FD2 have a rectangular shape in plan view.
  • the first and second signal charge accumulation regions FD1, FD2 have a square shape in plan view, and have the same shape.
  • the first and second signal charge accumulation regions FD1, FD2 are floating diffusion regions.
  • the first transfer electrode TX1 is disposed on the insulating layer 7 and between the first signal charge storage region FD1 and the photogate electrode PG.
  • the first transfer electrode TX1 is disposed separately from the first signal charge storage region FD1 and the photogate electrode PG.
  • the first transfer electrode TX1 causes the charge generated in the charge generation region in accordance with the first transfer signal S p1 (see FIG. 8) to flow into the first signal charge storage region FD1 as a signal charge.
  • the second transfer electrode TX2 is disposed on the insulating layer 7 and between the second signal charge storage region FD2 and the photogate electrode PG.
  • the second transfer electrode TX2 is disposed separately from the second signal charge storage region and the photogate electrode PG.
  • the second transfer electrode TX2 uses the charge generated in the charge generation region in response to the second transfer signal S p2 (see FIG. 8) having a phase different from that of the first transfer signal S p1 as a signal charge. To flow into.
  • the first and second transfer electrodes TX1, TX2 have a rectangular shape in plan view.
  • the first and second transfer electrodes TX1, TX2 have a rectangular shape having a long side in a direction orthogonal to the one-dimensional direction A, and have the same shape.
  • the long sides of the first and second transfer electrodes TX1, TX2 are shorter than the lengths of the first and second long sides L1, L2 of the photogate electrode PG.
  • the first signal charge accumulation regions FD1 are adjacent to each other in the one-dimensional direction A.
  • the second signal charge accumulation regions FD2 are adjacent to each other in the one-dimensional direction A.
  • the first signal charge accumulation region FD1 and the second signal charge accumulation region FD2 are adjacent in the one-dimensional direction A.
  • the first signal charge accumulation region FD1 and the second signal charge accumulation region FD2 are adjacent in the one-dimensional direction A.
  • the distance image sensor RS in any three distance sensors (for example, three distance sensors P Bn , P Am , and P Am + 1 ) that are continuously arranged in the one-dimensional direction A, the distance located at the center among the three distance sensors.
  • the sensor for example, distance sensor P Am
  • the distance sensor for example, distance sensor P Bn
  • the first signal charge accumulation regions FD1 are in the one-dimensional direction A Next to each other.
  • a distance sensor for example, distance sensor P Am
  • a distance sensor for example, distance sensor P Am + 1
  • the one signal charge accumulation region FD1 and the second signal charge accumulation region FD2 are adjacent to each other in the one-dimensional direction A.
  • the distance sensor P Am + 1 located in the center among the three distance sensors P Am , P Am + 1 , and P Bn + 1 , and the other In the direction A2, the second signal charge accumulation regions FD2 are adjacent to each other in the one-dimensional direction A with the distance sensor P Bn + 1 positioned next to the distance sensor P Am + 1 .
  • a distance sensor P Am + 1, and the distance sensor P Am is located next to the distance sensors P Am + 1 in one direction A1, the first signal charge accumulating region FD1 and the second signal charge accumulating region FD2 is next in one-dimensional direction A Matching.
  • the distance image sensor RS includes a plurality of first distance sensor sets including two distance sensors P Am and P Bn adjacent to each other in the one-dimensional direction A, and the second signal charge accumulation regions FD2. Includes a plurality of second distance sensor sets including two distance sensors P Am + 1 and P Bn + 1 that are adjacent in the one-dimensional direction A.
  • the plurality of first distance sensor groups and the plurality of second distance sensor groups are alternately arranged in the one-dimensional direction A.
  • the first transfer electrodes TX1 are adjacent to each other in the one-dimensional direction A.
  • the second transfer electrodes TX2 are adjacent to each other in the one-dimensional direction A.
  • the first transfer electrode TX1 and the second transfer electrode TX2 are adjacent in the one-dimensional direction A.
  • the first transfer electrode TX1 and the second transfer electrode TX2 are adjacent in the one-dimensional direction A.
  • the well region W surrounds the photogate electrode PG, the first and second transfer electrodes TX1 and TX2, and the first and second signal charge storage regions FD1 and FD2 when viewed from the direction orthogonal to the second main surface 1b.
  • the second semiconductor region 5 is formed.
  • the well region W overlaps with a part of each of the first and second signal charge storage regions FD1, FD2 when viewed from the direction orthogonal to the second main surface 1b.
  • the outer edge of the well region W substantially coincides with the outer edges of the plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN .
  • the well region W has the same conductivity type as that of the second semiconductor region 5, and has an impurity concentration higher than that of the second semiconductor region 5.
  • the well region W suppresses the coupling between the depletion layer expanded by applying a voltage to the photogate electrode PG and the depletion layer extending from the first and second signal charge storage regions FD1, FD2. Thereby, crosstalk is suppresse
  • the insulating layer 7 is provided with a contact hole for exposing the surface of the second semiconductor region 5.
  • a conductor 13 for connecting the first and second signal charge storage regions FD1, FD2 to the outside is disposed in the contact hole.
  • the impurity concentration is high means that the impurity concentration is, for example, about 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, and “+” is attached to the conductivity type.
  • the impurity concentration is low means, for example, about 10 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or less, and “ ⁇ ” is attached to the conductivity type.
  • the thickness / impurity concentration of each semiconductor region is as follows.
  • First semiconductor region 3 thickness 10 to 1000 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 12 to 10 19 cm ⁇ 3
  • Second semiconductor region 5 thickness 1 to 50 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 12 to 10 15 cm ⁇ 3
  • First and second signal charge storage regions FD1 and FD2 thickness 0.1 to 1 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 18 to 10 20 cm ⁇ 3
  • Well region W thickness 0.5 to 5 ⁇ m / impurity concentration 1 ⁇ 10 16 to 10 18 cm ⁇ 3
  • a reference potential (for example, a ground potential) is applied to the semiconductor substrate 1 (first and second semiconductor regions 3 and 5) through a back gate or a through electrode.
  • the semiconductor substrate is made of Si
  • the insulating layer 7 is made of SiO 2
  • the photogate electrode PG and the first and second transfer electrodes TX1, TX2 are made of polysilicon, but other materials may be used.
  • Phase and the second transfer signal S p2 to be applied to the phase and the second transfer electrode TX2 of the first transfer signal S p1 applied to the first transfer electrode TX1, are 180 degrees.
  • Light incident on each of the plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN is converted into electric charges in the semiconductor substrate 1 (second semiconductor region 5).
  • Some of the generated charges are signal charges, which are the first transfer electrode TX1 or the second transfer electrode according to the potential gradient formed by the voltage applied to the photogate electrode PG and the first and second transfer electrodes TX1, TX2. Travels in the direction of the transfer electrode TX2. That is, some of the generated charges travel as signal charges in a direction parallel to the first and second short sides S1 and S2 of the photogate electrode PG.
  • the potential below the first transfer electrode TX1 is below the photogate electrode PG in the semiconductor substrate 1 (second semiconductor region 5) with respect to negative charges (electrons). It becomes lower than the potential of the region. Therefore, electrons are drawn in the direction of the first transfer electrode TX1 and accumulated in the potential well formed by the first signal charge accumulation region FD1.
  • the potential below the second transfer electrode TX2 is below the photogate electrode PG in the semiconductor substrate 1 (second semiconductor region 5) with respect to negative charges (electrons). It becomes lower than the potential of the region.
  • An n-type semiconductor includes a positively ionized donor, has a positive potential, and attracts electrons.
  • a potential for example, ground potential
  • a potential barrier is generated by the first or second transfer electrodes TX1 and TX2. Therefore, the charge generated in the semiconductor substrate 1 is not drawn into the first and second signal charge accumulation regions FD1 and FD2.
  • FIG. 6 and 7 are diagrams showing the potential distribution in the vicinity of the second main surface of the semiconductor substrate along the line VV in FIG. 6 and 7, the downward direction is the positive direction of the potential.
  • ⁇ PG is set slightly higher than the substrate potential.
  • FIG 6 and FIG 7 the potential phi TX1 in the region immediately below the first transfer electrode TX1, the second transfer electrode potential region immediately below the TX2 phi TX2, the potential phi PG charge generation region immediately below the photogate electrode PG
  • the potential ⁇ FD1 of the first signal charge storage region FD1 and the potential ⁇ FD2 of the second signal charge storage region FD2 are shown.
  • the signal charge accumulation operation will be described with reference to FIGS.
  • the phase is 0 degrees of the first transfer signal S p1 applied to the first transfer electrode TX1
  • the first transfer electrode TX1 is given positive potential.
  • the second transfer electrode TX2 is supplied with a reverse-phase potential, that is, a potential that is 180 degrees out of phase (for example, a ground potential).
  • a potential between the potential applied to the first transfer electrode TX1 and the potential applied to the second transfer electrode TX2 is applied to the photogate electrode PG.
  • the negative charge e generated in the charge generation region is caused by the potential ⁇ TX1 in the semiconductor region immediately below the first transfer electrode TX1 being lower than the potential ⁇ PG in the charge generation region. It flows into the potential well of the first signal charge storage region FD1.
  • the second transfer electrode TX2 is given positive potential.
  • the first transfer electrode TX1 is supplied with a reverse-phase potential, that is, a potential that is 180 degrees out of phase (for example, a ground potential).
  • a potential between the potential applied to the first transfer electrode TX1 and the potential applied to the second transfer electrode TX2 is applied to the photogate electrode PG.
  • the negative charge e generated in the charge generation region is caused by the potential ⁇ TX2 of the semiconductor region immediately below the second transfer electrode TX2 being lower than the potential ⁇ PG of the charge generation region. It flows into the potential well of the second signal charge storage region FD2.
  • the first transfer electrodes TX1 semiconductor potential phi TX1 immediately below is not lowered, the first signal charge storage region FD1 in the potential well, the charge will not flow. As a result, the signal charge is collected and accumulated in the potential well of the second signal charge accumulation region FD2.
  • signal charges are collected and accumulated in the potential wells of the first and second signal charge accumulation regions FD1, FD2.
  • the signal charges accumulated in the potential wells of the first and second signal charge accumulation regions FD1, FD2 are read out to the outside.
  • FIG. 8 is a timing chart of various signals.
  • FIG. 8 shows various signals in two frame periods TF that are continuous in time series among a plurality of frame periods TF .
  • Signal S p2 and reset signal reset are shown.
  • Intensity signal S Lr of the reflected light Lr is an intensity signal obtained by the reflected light Lr of the pulsed light Lp by the object OJ is incident on the range image sensor RS (charge generation region).
  • Each of the two frame periods TF includes a period for accumulating signal charges (accumulation period) T acc and a period for reading signal charges (readout period) Tro .
  • the drive signal S D , the intensity signal S Lr , the first transfer signal S p1 , and the second transfer signal S p2 are all pulse signals having a pulse width T p .
  • the reset signal reset is applied to the first and second signal charge accumulation regions FD1 and FD2.
  • the drive signal SD is applied to the light source LS.
  • the first and second transfer signals S p1 and S p2 are applied to the first and second transfer electrodes TX1 and TX2 in opposite phases. Thereby, charge transfer is performed and signal charges are accumulated in the first and second signal charge accumulation regions FD1, FD2.
  • the readout period Tro the signal charges accumulated in the first and second signal charge accumulation regions FD1, FD2 are read out.
  • the first transfer signal S p1 is output in synchronization with the drive signal SD with a phase difference of 0, and the second transfer signal S p2 is synchronized with the drive signal SD in a phase difference of 180 degrees. Is output.
  • Output control of the first and second transfer signals S p1 and S p2 is performed by the control unit CONT. That is, the controller CONT is configured to cause the charge generated in the charge generation region to flow into the first signal charge accumulation region FD1 as a signal charge every frame period TF so as to be synchronized with the emission of the pulsed light Lp.
  • the first transfer signal S p1 is output to the first transfer electrode TX1, and the phase of the first transfer signal S p1 is made to flow into the second signal charge storage region FD2 as a signal charge from the charge generation region. It outputs a different second transfer signal S p2 to the second transfer electrode TX2.
  • the charge amount q 1 corresponding to the overlapping portion of the intensity signal S Lr and the first transfer signal S p1 output in synchronization with the drive signal SD with a phase difference of 0 is accumulated in the first signal charge accumulation region FD1. Is done. And intensity signal S Lr of the reflected light Lr, the driving signal S charge quantity q 2 corresponding to overlapping portions of the second transfer signal S p2 to be synchronized and output at a phase difference of 180 to D, the second signal charge accumulation Accumulated in area FD2.
  • the phase difference Td between the intensity signal S Lr and the signal output in synchronization with the drive signal SD with a phase difference of 0 is the time of flight of light, which is the distance d from the distance image sensor RS to the object OJ. Is shown.
  • the distance d is, the calculating section ART, using the ratio of the charge amount q 1 and the charge amount q 2 in one frame period T F, is calculated by the following formula (1).
  • c is the speed of light.
  • each distance sensor includes, for example, a first signal charge accumulation region and a first transfer electrode on one side in the one-dimensional direction from the photogate electrode, A second signal charge storage region and a second transfer electrode are provided on the other side in the one-dimensional direction from the photogate electrode. Therefore, in the two adjacent distance sensors, the first signal charge accumulation region and the second signal charge accumulation region are adjacent in the one-dimensional direction.
  • the distance sensor when reflected light is incident on a distance sensor located in the center of the three distance sensors, the distance sensor (hereinafter referred to as an incident distance sensor) generates an electric charge according to the reflected light. .
  • the generated charges are distributed to the first and second signal charge accumulation regions of the incident distance sensor according to the first and second transfer signals. At this time, part of the charge leaks into the first and second signal charge accumulation regions of the two distance sensors other than the incident distance sensor.
  • the amount of leakage varies greatly depending on whether or not the arrangement of the first and second signal charge storage regions in the two distance sensors is on the incident distance sensor side.
  • the first signal charge accumulation region is disposed closer to the incident distance sensor than the charge generation region.
  • the second signal charge accumulation region is disposed on the opposite side of the incident distance sensor from the charge generation region.
  • the second signal charge accumulation region is closer to the incident distance sensor than the charge generation region.
  • the first signal charge accumulation region is disposed on the side opposite to the incident distance sensor from the charge generation region.
  • the amount of leakage into the first signal charge accumulation region in the one-side distance sensor is larger than the amount of leakage into the second signal charge accumulation region.
  • the amount of leakage into the second signal charge accumulation region in the other side distance sensor is larger than the amount of leakage into the first signal charge accumulation region. Therefore, when charge crosstalk occurs between the distance sensors adjacent in the one-dimensional direction, the amount of charge accumulated in the first and second signal charge accumulation regions is different between the one-side distance sensor and the other-side distance sensor. There is a different drowning.
  • any one of the plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN attention is paid to any one of the plurality of distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN .
  • the first signal charge accumulation region FD1 is located on the other direction A2 side with respect to the charge generation region, in the other direction A2
  • the first signal charge accumulation region FD1 is located on the one direction A1 side with respect to the charge generation region.
  • the second signal charge accumulation region FD2 is located on the other direction A2 side with respect to the charge generation region in the distance sensor located next to the one arbitrary distance sensor in the one direction A1, the other direction A2 In the distance sensor located next to the one arbitrary distance sensor, the second signal charge accumulation region FD2 is located on the one direction A1 side with respect to the charge generation region. That is, the distance sensor located next to the one arbitrary distance sensor in one direction A1 and the distance sensor located next to the one arbitrary distance sensor in the other direction A2
  • the signal charge accumulation regions located on the distance sensor side are the first signal charge accumulation regions FD1 or the second signal charge accumulation regions FD2, and are the same type of signal charge accumulation regions.
  • a part of the charges generated in the charge generation region of the arbitrary one distance sensor is located next to the arbitrary one distance sensor in one direction A1, and the other direction.
  • the leaked charge is between the first signal charge accumulation regions FD1 or the second signal charge accumulation regions FD2 of the two distance sensors.
  • the charges leaking into the two distance sensors are accumulated in the first signal charge accumulation regions FD1 or the second signal charge accumulation regions FD2 in the two distance sensors.
  • the type of the signal charge accumulation region in which the leaking charge is accumulated is any one of the three consecutively arranged in the one-dimensional direction A. Since two distance sensors located on both sides of the two distance sensors are the same, the influence of charge crosstalk on the distance measurement is the same between the distance sensors adjacent in the one-dimensional direction A.
  • Each of the distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN includes the first and second transfer electrodes TX1 and TX2 and the first and second signal charge storage regions FD1 and FD2, respectively. Not limited.
  • Each of the distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN may include two or more first and second transfer electrodes TX1 and TX2 and two first and second signal charge storage regions FD1 and FD2.
  • Each of the distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN may further include an unnecessary charge discharge region and a third transfer electrode.
  • the unnecessary charge discharge region discharges the charge generated in the charge generation region to the outside as an unnecessary charge.
  • the third transfer electrode is disposed between the unnecessary charge discharge area and the charge generation area, and charges generated in the charge generation area in response to a third transfer signal having a phase different from that of the first and second transfer signals As shown in FIG.
  • each of the distance sensors P A1 to P AM and P B1 to P BN includes an unnecessary charge discharging region and a third transfer electrode, unnecessary charges can be discharged to the outside, thereby improving the distance measurement accuracy. It is possible. There may be a plurality of unnecessary charge discharge regions and third transfer electrodes.
  • a plurality of drive signals SD may be sequentially applied, and the first transfer signal S p1 and the second transfer signal S p2 may be sequentially output in synchronization therewith .
  • signal charges are accumulated and accumulated in the first and second signal charge accumulation regions FD1, FD2.
  • Range image sensor RS a plurality of distance sensors P A1 ⁇ P AM, but P B1 ⁇ P BN is a line sensor disposed in a one-dimensional, a plurality of distance sensors P A1 ⁇ P AM, P B1 ⁇ P BN is It may be arranged in two dimensions. In this case, a two-dimensional image can be easily obtained. A two-dimensional image can also be obtained by rotating the line sensor or scanning the two line sensors.
  • the distance image sensor RS is not limited to the surface incident type distance image sensor.
  • the distance image sensor RS may be a back-illuminated distance image sensor.
  • the charge generation region in which charge is generated in response to incident light may be configured by a photodiode (for example, a buried photodiode).
  • the p-type and n-type conductivity types in the distance image sensor RS according to the present embodiment may be switched so as to be opposite to those described above.
  • the present invention can be used for a charge distribution type distance image sensor.

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Abstract

　一次元方向Ａに連続して並ぶいずれの三つの距離センサＰＢｎ，ＰＡｍ，ＰＡｍ＋１において、三つの距離センサのうち中央に位置する距離センサＰＡｍと当該距離センサＰＡｍより一次元方向Ａでの一方に位置する距離センサＰＢｎとでは、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１同士が一次元方向Ａで隣り合い、三つの距離センサのうち中央に位置する距離センサＰＡｍと当該距離センサＰＡｍより一次元方向Ａでの他方に位置する距離センサＰＡｍ＋１とでは、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１と第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２とが一次元方向Ａで隣り合っている。

Description

距離画像センサ
　本発明は、距離画像センサに関する。
　電荷振り分け型の距離画像センサが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された距離画像センサは、電荷振り分け方式の距離画像センサであり、複数の距離センサを備えている。複数の距離センサそれぞれは、入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、一次元方向で電荷発生領域を挟み且つ電荷発生領域から離間して配置されている二つの信号電荷蓄積領域と、各信号電荷蓄積領域と電荷発生領域との間にそれぞれ配置されている二つの転送電極と、を備えている。電荷振り分け型の距離画像センサは、ＴＯＦ（Time-Of-Flight）型の距離計測に適用できる。
国際公開第２００７／０２６７７９号パンフレット
　複数の距離センサが一次元方向に配置されている電荷振り分け型の距離画像センサでは、一次元方向で隣り合う距離センサ間で電荷のクロストーク（漏れ込み）が生じる場合、隣り合う距離センサ間で、距離計測に対する電荷のクロストークの影響が異なる懼れがある。距離計測に対する電荷のクロストークの影響が隣り合う距離センサ間で異なると、距離計測を適切に行うことが困難となる。
　本発明は、電荷振り分け型の距離画像センサであって、一次元方向で隣り合う距離センサ間で電荷のクロストークが生じる場合でも、隣り合う距離センサ同士で距離計測に対する電荷のクロストークの影響が同様となる距離画像センサを提供することを目的とする。
　本発明の一態様は、複数の距離センサが一次元方向に配置されている距離画像センサであって、複数の距離センサそれぞれは、入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、電荷発生領域から離間し且つ一次元方向で電荷発生領域を挟んで配置され、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として蓄積する第一及び第二信号電荷蓄積領域と、第一信号電荷蓄積領域と電荷発生領域との間に配置され、第一転送信号に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第一信号電荷蓄積領域に流入させる第一転送電極と、第二信号電荷蓄積領域と電荷発生領域との間に配置され、第一転送信号と位相が異なる第二転送信号に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第二信号電荷蓄積領域に流入させる第二転送電極と、を備えている。一次元方向に連続して並ぶいずれの三つの距離センサにおいて、三つの距離センサのうち中央に位置する距離センサと、当該距離センサよりも一次元方向の一方側に位置する距離センサとでは、第一信号電荷蓄積領域同士又は第二信号電荷蓄積領域が一次元方向で隣り合い、三つの距離センサのうち中央に位置する上記距離センサと、当該距離センサよりも一次元方向の他方側に位置する距離センサとでは、第一信号電荷蓄積領域と第二信号電荷蓄積領域とが一次元方向で隣り合っている。
　本発明の別の態様は、複数の距離センサが一次元方向に配置されている距離画像センサであって、複数の距離センサそれぞれは、入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、電荷発生領域から離間し且つ一次元方向で電荷発生領域を挟んで配置され、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として蓄積する第一及び第二信号電荷蓄積領域と、第一信号電荷蓄積領域と電荷発生領域との間に配置され、第一転送信号に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第一信号電荷蓄積領域に流入させる第一転送電極と、第二信号電荷蓄積領域と電荷発生領域との間に配置され、第一転送信号と位相が異なる第二転送信号に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第二信号電荷蓄積領域に流入させる第二転送電極と、を備えている。一次元方向で第一信号電荷蓄積領域同士が隣り合う二つの距離センサからなる距離センサ組と、一次元方向で第二信号電荷蓄積領域同士が隣り合う二つの距離センサからなる距離センサ組と、が一次元方向で交互に並んでいる。
　複数の距離センサのうち任意の一つの距離センサに着目する。一次元方向のうち一方の方向で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサにおいて、第一信号電荷蓄積領域が、電荷発生領域よりも一次元方向の他方側に位置する場合、一次元方向のうち他方の方向で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサにおいては、第一信号電荷蓄積領域が、電荷発生領域よりも一次元方向の一方側に位置する。上記一方の方向で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサにおいて、第二信号電荷蓄積領域が、電荷発生領域よりも一次元方向の他方側に位置する場合、上記他方の方向で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサにおいては、第二信号電荷蓄積領域が、電荷発生領域よりも一次元方向の一方側に位置する。すなわち、上記一方の方向で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサと、上記他方の方向で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサとにおいて、上記任意の一つの距離センサ側に位置する信号電荷蓄積領域は、第一信号電荷蓄積領域同士又は第二信号電荷蓄積領域同士であり、同じ種類の信号電荷蓄積領域同士である。
　したがって、上記任意の一つの距離センサの電荷発生領域にて発生した電荷のうち一部の電荷が、上記一方の方向で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサと、上記他方の方向で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサとに漏れ込む場合、漏れ込む電荷は、上記二つの距離センサの第一信号電荷蓄積領域同士又は第二信号電荷蓄積領域同士に流入する。上記二つの距離センサに漏れ込む電荷は、当該二つの距離センサにおいて、第一信号電荷蓄積領域同士又は第二信号電荷蓄積領域同士に蓄積される。これにより、一次元方向で隣り合う距離センサ間で電荷のクロストークが生じる場合でも、漏れ込む電荷が蓄積される信号電荷蓄積領域の種類が、一次元方向に連続して並ぶいずれの三つの距離センサのうち両側に位置する二つの距離センサにおいて同じであるため、一次元方向で隣り合う距離センサ間において、距離計測に対する電荷のクロストークの影響が同様となる。
　本発明によれば、電荷振り分け型の距離画像センサであって、一次元方向で隣り合う距離センサ間で電荷のクロストークが生じる場合でも、隣り合う距離センサ間で距離計測に対する電荷のクロストークの影響が同様となる距離画像センサを提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る測距装置の構成を示す説明図である。 図２は、距離画像センサの断面構成を説明するための図である。 図３は、距離画像センサの構成図である。 図４は、距離画像センサを示す概略平面図である。 図５は、図４におけるV－V線に沿った断面構成を示す図である。 図６は、半導体基板の第二主面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。 図７は、半導体基板の第二主面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。 図８は、各種信号のタイミングチャートである。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　図１は、本実施形態に係る測距装置の構成を示す説明図である。
　測距装置１０は、対象物ＯＪまでの距離ｄを測定する装置である。測距装置１０は、距離画像センサＲＳと、光源ＬＳと、表示器ＤＳＰと、制御ユニットと、を備えている。制御ユニットは、駆動部ＤＲＶと、制御部ＣＯＮＴと、演算部ＡＲＴと、を備えている。光源ＬＳは、対象物ＯＪに向けてパルス光Ｌｐを出射する。光源ＬＳは、例えば、レーザ光照射装置又はＬＥＤなどで構成される。距離画像センサＲＳは、電荷振り分け型の距離画像センサであり、ＴＯＦ型の距離画像センサでもある。距離画像センサＲＳは、配線基板ＷＢ上に配置されている。
　制御ユニット（駆動部ＤＲＶ、制御部ＣＯＮＴ、及び演算部ＡＲＴ）は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）などの演算回路、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）及びＲＯＭ（Read　Only　Memory）などのメモリ、電源回路、及びＡ／Ｄコンバータを含む読出回路などを含むハードウエアによって構成されている。この制御ユニットは、一部もしくは全体がＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）又はＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）などの集積回路によって構成されていてもよい。
　駆動部ＤＲＶは、制御部ＣＯＮＴの制御に従って光源ＬＳに駆動信号ＳＤを印加し、対象物ＯＪに向けてパルス光Ｌｐをフレーム周期毎に出射するように光源ＬＳを駆動する。制御部ＣＯＮＴは、駆動部ＤＲＶを制御する。制御部ＣＯＮＴは、第一及び第二転送信号Ｓｐ１，Ｓｐ２を距離画像センサＲＳに出力する。制御部ＣＯＮＴは、演算部ＡＲＴの演算結果を表示器ＤＳＰに表示させる。演算部ＡＲＴは、距離画像センサＲＳから信号電荷の電荷量ｑ１，ｑ２をそれぞれ読み出し、読み出した電荷量ｑ１，ｑ２に基づいて距離ｄを演算する。演算部ＡＲＴは、演算結果を制御部ＣＯＮＴに出力する。距離ｄの演算方法の詳細については、図８を参照して後で説明する。表示器ＤＳＰは、制御部ＣＯＮＴから演算部ＡＲＴの演算結果を入力し、当該演算結果を表示する。
　測距装置１０では、駆動信号ＳＤが光源ＬＳに印加されることにより、パルス光Ｌｐがフレーム周期毎に光源ＬＳから出射される。光源ＬＳから出射されたパルス光Ｌｐが対象物ＯＪに入射すると、反射によりパルス光である反射光Ｌｒが対象物ＯＪから出射される。対象物ＯＪから出射された反射光Ｌｒは、距離画像センサＲＳに入射する。
　距離画像センサＲＳから、画素毎に第一及び第二転送信号Ｓｐ１，Ｓｐ２に同期して収集された電荷量ｑ１，ｑ２が出力される。距離画像センサＲＳから出力された電荷量ｑ１，ｑ２は、駆動信号ＳＤに同期して演算部ＡＲＴに入力される。演算部ＡＲＴでは、入力された電荷量ｑ１，ｑ２に基づき、画素毎に距離ｄが演算される。演算結果は、演算部ＡＲＴから制御部ＣＯＮＴに入力される。制御部ＣＯＮＴに入力された演算結果は、表示器ＤＳＰに転送されて表示される。
　図２は、距離画像センサの断面構成を説明するための図である。
　距離画像センサＲＳは、表面入射型の距離画像センサであって、半導体基板１を備えている。半導体基板１は、互いに対向する第一及び第二主面１ａ，１ｂを有している。第二主面１ｂは、光入射面である。距離画像センサＲＳは、半導体基板１の第一主面１ａ側を配線基板ＷＢに対向させた状態で、接着領域ＦＬを介して配線基板ＷＢに貼り付けられている。接着領域ＦＬは、絶縁性の接着剤やフィラーを有している。距離画像センサＲＳには、半導体基板１の第二主面１ｂ側から反射光Ｌｒが入射する。
　続いて、図３及び図４を参照しながら、距離画像センサＲＳについて詳細に説明する。図３は、距離画像センサの構成図である。図４は、距離画像センサを示す概略平面図である。図５は、図４におけるV－V線に沿った断面構成を示す図である。
　距離画像センサＲＳは、図３に示されるように、複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮ（Ｍ，Ｎは２以上の自然数）が一次元方向Ａに配置されたアレイ構造を成すラインセンサである。複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮそれぞれは、一つ又は二つ以上ずつで距離画像センサＲＳの一画素（チャンネル）を構成している。本実施形態では、複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮそれぞれは、一つで距離画像センサＲＳの一画素を構成している。
　距離画像センサＲＳは、光入射面である第二主面１ｂの前方に遮光層ＬＩを備えている。遮光層ＬＩには、複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮに対応する領域それぞれにおいて、一次元方向Ａに開口ＬＩａが形成されている。開口ＬＩａは、矩形状を呈している。本実施形態では、開口ＬＩａは、長方形状を呈している。光は、遮光層ＬＩの開口ＬＩａを通って、半導体基板１に入射する。したがって、開口ＬＩａにより、半導体基板１には、受光領域が規定される。遮光層ＬＩは、たとえば、アルミニウムなどの金属からなる。図３及び図４では、遮光層ＬＩの図示を省略している。
　半導体基板１は、第一主面１ａ側に位置するｐ型の第一半導体領域３と、第一半導体領域３よりも不純物濃度が低く且つ第二主面１ｂ側に位置するｐ－型の第二半導体領域５と、を有している。半導体基板１は、例えば、ｐ型の半導体基板上に、当該半導体基板よりも不純物濃度が低いｐ－型のエピタキシャル層を成長させることにより得ることができる。半導体基板１の第二主面１ｂ（第二半導体領域５）上には、絶縁層７が形成されている。複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮは、半導体基板１において、一次元方向Ａに配置される。すなわち、複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮは、半導体基板１において、一次元方向Ａに沿って並ぶように位置する。
　複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮそれぞれは、図４及び図５に示されるように、フォトゲート電極ＰＧと、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２と、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２と、ｐ型のウェル領域Ｗと、を備えている。図４では、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２上に配置されている導体１３（図５参照）の図示を省略している。図４では、４つの距離センサＰＡｍ，ＰＡｍ＋１，ＰＢｎ，ＰＢｎ＋１（ｍはＭ以下の自然数、ｎはＮ以下の自然数）の構成のみが示されている。複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭそれぞれは、距離センサＰＡｍ，ＰＡｍ＋１と同様の構成を有している。複数の距離センサＰＢ１～ＰＢＮそれぞれは、距離センサＰＢｎ，ＰＢｎ＋１と同様の構成を有している。
　フォトゲート電極ＰＧは、開口ＬＩａに対応して配置されている。半導体基板１（第二半導体領域５）におけるフォトゲート電極ＰＧに対応する領域（図５において、フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）は、対象物ＯＪでのパルス光Ｌｐの反射光Ｌｒの入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域（光感応領域）として機能する。フォトゲート電極ＰＧは、開口ＬＩａの形状にも対応し、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、フォトゲート電極ＰＧは、開口ＬＩａと同様に長方形状を呈している。すなわち、フォトゲート電極ＰＧは、一次元方向Ａと直交し且つ互いに対向する第一及び第二長辺Ｌ１，Ｌ２と、一次元方向Ａと平行で且つ互いに対向する第一及び第二短辺Ｓ１，Ｓ２とを有する平面形状を有している。フォトゲート電極ＰＧは、一次元方向Ａのうち一方の方向Ａ１側に第一長辺Ｌ１、一次元方向Ａのうち他方の方向Ａ２側に第二長辺Ｌ２を有している。
　第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、一次元方向Ａでフォトゲート電極ＰＧを挟んで配置されている。距離センサＰＡｍ，ＰＡｍ＋１では、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１は、フォトゲート電極ＰＧの第一長辺Ｌ１側にフォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２は、フォトゲート電極ＰＧの第二長辺Ｌ２側にフォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。距離センサＰＢｎ，ＰＢｎ＋１では、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１は、フォトゲート電極ＰＧの第二長辺Ｌ２側にフォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２は、フォトゲート電極ＰＧの第一長辺Ｌ１側にフォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。すなわち、いずれの距離センサＰＡｍ，ＰＡｍ＋１，ＰＢｎ，ＰＢｎ＋１においても、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、電荷発生領域（フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）から離間して配置されている。
　第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、第二半導体領域５に形成された不純物濃度が高いｎ型の半導体領域であり、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として蓄積する。第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、平面視で正方形状を呈しており、互いに同じ形状を有している。第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、フローティング・ディフュージョン領域である。
　第一転送電極ＴＸ１は、絶縁層７上であって、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１とフォトゲート電極ＰＧとの間に配置されている。第一転送電極ＴＸ１は、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１とフォトゲート電極ＰＧとからそれぞれ離間して配置されている。第一転送電極ＴＸ１は、第一転送信号Ｓｐ１（図８参照）に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１に流入させる。
　第二転送電極ＴＸ２は、絶縁層７上であって、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２とフォトゲート電極ＰＧとの間に配置されている。第二転送電極ＴＸ２は、第二信号電荷蓄積領域とフォトゲート電極ＰＧとからそれぞれ離間して配置されている。第二転送電極ＴＸ２は、第一転送信号Ｓｐ１と位相が異なる第二転送信号Ｓｐ２（図８参照）に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２に流入させる。
　第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２は、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２は、一次元方向Ａに直交する方向を長辺とする長方形状を呈し、互いに同じ形状を有している。第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２の長辺の長さは、フォトゲート電極ＰＧの第一及び第二長辺Ｌ１，Ｌ２の長さよりも短い。
　隣り合う二つの距離センサＰＡｍ，ＰＢｎにおいて、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１同士が一次元方向Ａで隣り合っている。隣り合う二つの距離センサＰＡｍ＋１，ＰＢｎ＋１において、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２同士が一次元方向Ａで隣り合っている。隣り合う二つの距離センサＰＡｍ，ＰＡｍ＋１において、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１と第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２とが一次元方向Ａで隣り合っている。隣り合う二つの距離センサＰＢｎ－１，ＰＢｎにおいても、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１と第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２とが一次元方向Ａで隣り合っている。
　距離画像センサＲＳでは、一次元方向Ａに連続して並ぶいずれの三つの距離センサ（たとえば、三つの距離センサＰＢｎ，ＰＡｍ，ＰＡｍ＋１）において、三つの距離センサのうち中央に位置する距離センサ（たとえば、距離センサＰＡｍ）と、一方の方向Ａ１で当該距離センサの隣に位置する距離センサ（たとえば、距離センサＰＢｎ）とでは、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１同士が一次元方向Ａで隣り合っている。上記三つの距離センサのうち中央に位置する距離センサ（たとえば、距離センサＰＡｍ）と、他方の方向Ａ２で当該距離センサの隣に位置する距離センサ（たとえば、距離センサＰＡｍ＋１）とでは、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１と第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２とが一次元方向Ａで隣り合っている。
　たとえば、一次元方向Ａに連続して並ぶ三つの距離センサＰＡｍ，ＰＡｍ＋１，ＰＢｎ＋１において、三つの距離センサＰＡｍ，ＰＡｍ＋１，ＰＢｎ＋１のうち中央に位置する距離センサＰＡｍ＋１と、他方の方向Ａ２で距離センサＰＡｍ＋１の隣に位置する距離センサＰＢｎ＋１とでは、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２同士が一次元方向Ａで隣り合っている。距離センサＰＡｍ＋１と、一方の方向Ａ１で距離センサＰＡｍ＋１の隣に位置する距離センサＰＡｍとでは、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１と第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２とが一次元方向Ａで隣り合っている。
　距離画像センサＲＳは、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１同士が一次元方向Ａで隣り合う二つの距離センサＰＡｍ，ＰＢｎからなる複数の第一距離センサ組と、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２同士が一次元方向Ａで隣り合う二つの距離センサＰＡｍ＋１，ＰＢｎ＋１からなる複数の第二距離センサ組と、を含んでいる。複数の第一距離センサ組と、複数の第二距離センサ組とは、一次元方向Ａで交互に並んでいる。
　隣り合う二つの距離センサＰＡｍ，ＰＢｎにおいて、第一転送電極ＴＸ１同士が一次元方向Ａで隣り合っている。隣り合う二つの距離センサＰＡｍ＋１，ＰＢｎ＋１において、第二転送電極ＴＸ２同士が一次元方向Ａで隣り合っている。隣り合う二つの距離センサＰＡｍ，ＰＡｍ＋１において、第一転送電極ＴＸ１と第二転送電極ＴＸ２とが一次元方向Ａで隣り合っている。隣り合う二つの距離センサＰＢｎ－１，ＰＢｎにおいても、第一転送電極ＴＸ１と第二転送電極ＴＸ２とが一次元方向Ａで隣り合っている。
　ウェル領域Ｗは、第二主面１ｂに直交する方向から見て、フォトゲート電極ＰＧ、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２、並びに第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２を囲むように第二半導体領域５に形成されている。ウェル領域Ｗは、第二主面１ｂに直交する方向から見て、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２それぞれの一部と重なっている。ウェル領域Ｗの外縁は、複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮの外縁と略一致している。ウェル領域Ｗは、第二半導体領域５の導電型と同一の導電型であって、第二半導体領域５の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有している。ウェル領域Ｗは、フォトゲート電極ＰＧへの電圧の印加によって広がった空乏層と、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２から広がる空乏層との結合を抑制している。これにより、クロストークが抑制される。
　絶縁層７には、第二半導体領域５の表面を露出させるためのコンタクトホールが設けられている。コンタクトホール内には、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２を外部に接続するための導体１３が配置される。
　本実施形態では、「不純物濃度が高い」とは、たとえば不純物濃度が１×１０１７ｃｍ－３程度以上のことであって、「＋」を導電型に付けて示す。「不純物濃度が低い」とは、たとえば１０×１０１５ｃｍ－３程度以下のことであって、「－」を導電型に付けて示す。
　各半導体領域の厚さ／不純物濃度は以下の通りである。
第一半導体領域３：厚さ１０～１０００μｍ／不純物濃度１×１０１２～１０１９ｃｍ－３
第二半導体領域５：厚さ１～５０μｍ／不純物濃度１×１０１２～１０１５ｃｍ－３
第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２：厚さ０．１～１μｍ／不純物濃度１×１０１８～１０２０ｃｍ－３
ウェル領域Ｗ：厚さ０．５～５μｍ／不純物濃度１×１０１６～１０１８ｃｍ－３
　半導体基板１（第一及び第二半導体領域３，５）には、バックゲート又は貫通電極などを通して、基準電位（たとえば、グラウンド電位など）が与えられる。半導体基板はＳｉからなり、絶縁層７はＳｉＯ２からなり、フォトゲート電極ＰＧ及び第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２はポリシリコンからなるが、これらは他の材料を用いてもよい。
　第一転送電極ＴＸ１に印加される第一転送信号Ｓｐ１の位相と第二転送電極ＴＸ２に印加される第二転送信号Ｓｐ２の位相とは、１８０度ずれている。複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮそれぞれに入射した光は、半導体基板１（第二半導体領域５）内において電荷に変換される。発生した電荷のうち一部は、信号電荷として、フォトゲート電極ＰＧ並びに第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に印加される電圧により形成されるポテンシャル勾配にしたがって、第一転送電極ＴＸ１又は第二転送電極ＴＸ２の方向に走行する。すなわち、発生した電荷のうち一部は、信号電荷として、フォトゲート電極ＰＧの第一及び第二短辺Ｓ１，Ｓ２に平行な方向に走行する。
　第一転送電極ＴＸ１に正電位を与えると、第一転送電極ＴＸ１，の下のポテンシャルは、負の電荷（電子）に対し、半導体基板１（第二半導体領域５）におけるフォトゲート電極ＰＧの下の領域のポテンシャルより低くなる。したがって、電子は、第一転送電極ＴＸ１の方向に引き込まれ、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１によって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。第二転送電極ＴＸ２に正電位を与えると、第二転送電極ＴＸ２の下のポテンシャルは、負の電荷（電子）に対し、半導体基板１（第二半導体領域５）におけるフォトゲート電極ＰＧの下の領域のポテンシャルより低くなる。したがって、電子は、第二転送電極ＴＸ２の方向に引き込まれ、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２によって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。ｎ型の半導体は、正にイオン化したドナーを含んでおり、正のポテンシャルを有し、電子を引き付ける。第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に、上記正電位よりも低い電位（たとえば、グラウンド電位）を与えると、第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２によるポテンシャル障壁が生じる。したがって、半導体基板１で発生した電荷は、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２には引き込まれない。
　図６及び図７は、図４のV－V線に沿った半導体基板の第二主面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。図６及び図７では、下向きがポテンシャルの正方向である。
　光入射時において、フォトゲート電極ＰＧに与えられる電位（たとえば、第一転送電極ＴＸ１に与えられる高い方の電位と低い方の電位の中間の電位）により、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域のポテンシャルφＰＧは、基板電位よりも若干高く設定されている。図６及び図７には、第一転送電極ＴＸ１の直下の領域のポテンシャルφＴＸ１、第二転送電極ＴＸ２の直下の領域のポテンシャルφＴＸ２、フォトゲート電極ＰＧの直下の電荷発生領域のポテンシャルφＰＧ、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャルφＦＤ１、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャルφＦＤ２が示されている。
　図６及び図７を参照して、信号電荷の蓄積動作を説明する。第一転送電極ＴＸ１に印加される第一転送信号Ｓｐ１の位相が０度のとき、第一転送電極ＴＸ１には正の電位が与えられる。第二転送電極ＴＸ２には、逆相の電位、すなわち位相が１８０度ずれた電位（たとえば、グラウンド電位）が与えられる。フォトゲート電極ＰＧには、第一転送電極ＴＸ１に与えられる電位と、第二転送電極ＴＸ２に与えられる電位との間の電位が与えられる。この場合、図６に示されるように、電荷発生領域で発生した負の電荷ｅは、第一転送電極ＴＸ１直下の半導体領域のポテンシャルφＴＸ１が電荷発生領域のポテンシャルφＰＧよりも下がることにより、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内に流れ込む。
　第二転送電極ＴＸ２直下の半導体のポテンシャルφＴＸ２は下がらず、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。これにより、信号電荷が第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２では、ｎ型の不純物が添加されているため、正方向にポテンシャルが凹んでいる。
　第二転送電極ＴＸ２に印加される第二転送信号Ｓｐ２の位相が０度のとき、第二転送電極ＴＸ２には正の電位が与えられる。第一転送電極ＴＸ１には、逆相の電位、すなわち位相が１８０度ずれた電位（たとえば、グラウンド電位）が与えられる。フォトゲート電極ＰＧには、第一転送電極ＴＸ１に与えられる電位と、第二転送電極ＴＸ２に与えられる電位との間の電位が与えられる。この場合、図７に示されるように、電荷発生領域で発生した負の電荷ｅは、第二転送電極ＴＸ２直下の半導体領域のポテンシャルφＴＸ２が電荷発生領域のポテンシャルφＰＧよりも下がることにより、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャル井戸内に流れ込む。
　第一転送電極ＴＸ１直下の半導体のポテンシャルφＴＸ１は下がらず、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。これにより、信号電荷が第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。
　以上により、信号電荷が第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２のポテンシャル井戸に蓄積された信号電荷は、外部に読み出される。
　続いて、図８を参照して、距離ｄの演算方法について説明する。図８は、各種信号のタイミングチャートである。図８では、複数のフレーム周期ＴＦのうち、時系列で連続する二つのフレーム周期ＴＦでの各種信号が示されている。
　図８には、光源ＬＳの駆動信号ＳＤ、反射光Ｌｒの強度信号ＳＬｒ、第一転送電極ＴＸ１に印加される第一転送信号Ｓｐ１、第二転送電極ＴＸ２に印加される第二転送信号Ｓｐ２、及びリセット信号ｒｅｓｅｔが示されている。反射光Ｌｒの強度信号ＳＬｒは、対象物ＯＪでのパルス光Ｌｐの反射光Ｌｒが距離画像センサＲＳ（電荷発生領域）に入射することにより得られた強度信号である。二つのフレーム周期ＴＦそれぞれは、信号電荷を蓄積する期間（蓄積期間）Ｔａｃｃと、信号電荷を読み出す期間（読み出し期間）Ｔｒｏと、からなる。駆動信号ＳＤ、強度信号ＳＬｒ、第一転送信号Ｓｐ１、及び第二転送信号Ｓｐ２は、いずれもパルス幅Ｔｐのパルス信号である。
　蓄積期間Ｔａｃｃにおいて、まず距離測定に先立って、リセット信号ｒｅｓｅｔが第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に印加され。これにより、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に蓄積されている電荷が外部に排出される。本例では、リセット信号ｒｅｓｅｔが一瞬ＯＮし、続いてＯＦＦした後、駆動信号ＳＤが光源ＬＳに印加される。駆動信号ＳＤの印加に同期して、第一及び第二転送信号Ｓｐ１，Ｓｐ２が互いに逆位相で第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に印加される。これにより、電荷転送が行われ、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に信号電荷が蓄積される。その後、読み出し期間Ｔｒｏにおいて、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２内に蓄積された信号電荷が読み出される。
　各フレーム周期ＴＦでは、第一転送信号Ｓｐ１が駆動信号ＳＤに位相差０で同期して出力されると共に、第二転送信号Ｓｐ２が駆動信号ＳＤに位相差１８０度で同期して出力される。第一及び第二転送信号Ｓｐ１，Ｓｐ２の出力制御は、制御部ＣＯＮＴにより行われる。すなわち、制御部ＣＯＮＴは、パルス光Ｌｐの出射と同期するように、フレーム周期ＴＦ毎に、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１に流入させるように、第一転送信号Ｓｐ１を第一転送電極ＴＸ１に出力し、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２に流入させるように、第一転送信号Ｓｐ１と位相が異なる第二転送信号Ｓｐ２を第二転送電極ＴＸ２に出力する。
　強度信号ＳＬｒと、駆動信号ＳＤに位相差０で同期して出力される第一転送信号Ｓｐ１との重なり合った部分に相当する電荷量ｑ１は、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積される。反射光Ｌｒの強度信号ＳＬｒと、駆動信号ＳＤに位相差１８０で同期して出力される第二転送信号Ｓｐ２との重なり合った部分に相当する電荷量ｑ２は、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積される。
　強度信号ＳＬｒと、駆動信号ＳＤに位相差０で同期して出力される信号との位相差Ｔｄが、光の飛行時間であり、これは距離画像センサＲＳから対象物ＯＪまでの距離ｄを示している。距離ｄは、演算部ＡＲＴにより、一つのフレーム周期ＴＦにおける電荷量ｑ１及び電荷量ｑ２の比率を用いて、下記の式（１）により演算される。ｃは、光速である。
　　距離ｄ＝（ｃ／２）×（ＴＰ×ｑ２／（ｑ１＋ｑ２））　・・・　（１）
すなわち、演算部ＡＲＴは、フレーム周期ＴＦ毎に、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に蓄積された信号電荷の電荷量ｑ１，ｑ２それぞれ読み出し、読み出した電荷量ｑ１，ｑ２に基づいて対象物ＯＪまでの距離ｄを演算する。
　複数の距離センサが一次元方向に配置されている電荷振り分け型の距離画像センサでは、一次元方向で隣り合う距離センサ間で電荷のクロストーク（漏れ込み）が生じる場合、隣り合う距離センサ間で、距離計測に対する電荷のクロストークの影響が異なる懼れがある。距離計測に対する電荷のクロストークの影響が隣り合う距離センサ間で異なると、距離計測を適切に行うことが困難となる。
　一次元方向で隣り合う距離センサ間で生じる電荷のクロストーク（漏れ込み）について説明する。距離画像センサが備える複数の距離センサすべての構成が同じ場合、各距離センサは、たとえば、フォトゲート電極よりも一次元方向の一方側に第一信号電荷蓄積領域及び第一転送電極を備えると共に、フォトゲート電極よりも一次元方向の他方側に第二信号電荷蓄積領域及び第二転送電極を備える。したがって、隣り合う二つの距離センサにおいて、第一信号電荷蓄積領域と第二信号電荷蓄積領域とが一次元方向で隣り合っている。
　上述した距離画像センサにおいて、たとえば、三つの距離センサのうち中央に位置する距離センサに反射光が入射すると、当該距離センサ（以下、入射距離センサと称する）では反射光に応じて電荷が発生する。発生した電荷は、第一及び第二転送信号にしたがって、入射距離センサの第一及び第二信号電荷蓄積領域に振り分けられる。このとき、電荷の一部は、入射距離センサ以外の二つの距離センサの第一及び第二信号電荷蓄積領域に漏れ込む。漏れ込み量は、上記二つの距離センサにおける第一及び第二信号電荷蓄積領域の配置が、入射距離センサ側であるか否かによって大きく異なる。
　一次元方向のうち一方の方向で入射距離センサの隣に位置する距離センサ（以下、一方側距離センサと称する）において、第一信号電荷蓄積領域は、電荷発生領域よりも入射距離センサ側に配置されており、第二信号電荷蓄積領域は、電荷発生領域よりも入射距離センサとは逆側に配置されている。一次元方向のうち他方の方向で入射距離センサの隣に位置する距離センサ（以下、他方側距離センサと称する）においては、第二信号電荷蓄積領域は、電荷発生領域よりも入射距離センサ側に配置されており、第一信号電荷蓄積領域は、電荷発生領域よりも入射距離センサとは逆側に配置されている。
　入射距離センサから一方側距離センサに電荷が漏れ込む場合、一方側距離センサにおいて、第一信号電荷蓄積領域への漏れ込み量は、第二信号電荷蓄積領域への漏れ込み量よりも大きい。入射距離センサから他方側距離センサに電荷が漏れ込む場合、他方側距離センサにおいて、第二信号電荷蓄積領域への漏れ込み量は、第一信号電荷蓄積領域への漏れ込み量よりも大きい。したがって、一次元方向で隣り合う距離センサ間で電荷のクロストークが生じた場合、第一及び第二信号電荷蓄積領域それぞれに蓄積される電荷量は、一方側距離センサと他方側距離センサとで異なる懼れがある。
　本実施形態において、複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮのうち任意の一つの距離センサに着目する。一方の方向Ａ１で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサにおいて、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１が、電荷発生領域よりも他方の方向Ａ２側に位置する場合、他方の方向Ａ２で当該任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサにおいては、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１が、電荷発生領域よりも一方の方向Ａ１側に位置する。一方の方向Ａ１で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサにおいて、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２が、電荷発生領域よりも他方の方向Ａ２側に位置する場合、他方の方向Ａ２で当該任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサにおいては、第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２が、電荷発生領域よりも一方の方向Ａ１側に位置する。すなわち、一方の方向Ａ１で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサと、他方の方向Ａ２で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサとにおいて、上記任意の一つの距離センサ側に位置する信号電荷蓄積領域は、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１同士又は第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２同士であり、同じ種類の信号電荷蓄積領域同士である。
　したがって、上記任意の一つの距離センサの電荷発生領域にて発生した電荷のうち一部の電荷が、一方の方向Ａ１で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサと、他方の方向Ａ２で上記任意の一つの距離センサの隣に位置する距離センサとに漏れ込む場合、漏れ込む電荷は、上記二つの距離センサの第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１同士又は第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２同士に流入する。上記二つの距離センサに漏れ込む電荷は、当該二つの距離センサにおいて、第一信号電荷蓄積領域ＦＤ１同士又は第二信号電荷蓄積領域ＦＤ２同士に蓄積される。これにより、一次元方向Ａで隣り合う距離センサ間で電荷のクロストークが生じる場合でも、漏れ込む電荷が蓄積される信号電荷蓄積領域の種類が、一次元方向Ａに連続して並ぶいずれの三つの距離センサのうち両側に位置する二つの距離センサにおいて同じであるため、一次元方向Ａで隣り合う距離センサ間において、距離計測に対する電荷のクロストークの影響が同様となる。
　以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　各距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮは、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２及び第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２を１つずつ備えているが、これに限られない。各距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮは、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２及び第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２を２つずつ以上備えてもよい。
　各距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮは、不要電荷排出領域と第三転送電極とを更に備えてもよい。不要電荷排出領域は、電荷発生領域にて発生した電荷を不要電荷として、外部に排出する。第三転送電極は、不要電荷排出領域と電荷発生領域との間に配置され、第一及び第二転送信号と位相が異なる第三転送信号に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を不要電荷として不要電荷排出領域に流入させる。各距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮが不要電荷排出領域と第三転送電極とを備えている場合、不要電荷を外部に排出することができるので、距離の測定精度を向上させることが可能である。不要電荷排出領域及び第三転送電極は、それぞれ複数であってもよい。
　各フレーム周期ＴＦにおいて、複数の駆動信号ＳＤが逐次印加され、これに同期して第一転送信号Ｓｐ１、及び第二転送信号Ｓｐ２が逐次出力されてもよい。この場合、第一及び第二信号電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に信号電荷が積算して蓄積される。
　距離画像センサＲＳは、複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮが一次元に配置されたラインセンサであるが、複数の距離センサＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮは二次元に配置されていてもよい。この場合、二次元画像を容易に得ることができる。ラインセンサを回転させる、又は、２つのラインセンサを走査させることによっても、二次元画像を得ることができる。
　距離画像センサＲＳは、表面入射型の距離画像センサに限られない。距離画像センサＲＳは、裏面照射型の距離画像センサであってもよい。
　入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域は、フォトダイオード（たとえば、埋め込み型のフォトダイオードなど）により構成されていてもよい。
　本実施形態に係る距離画像センサＲＳにおけるｐ型及びｎ型の各導電型は、上述したものとは逆になるように入れ替えられていてもよい。
　本発明は、電荷振り分け型の距離画像センサに利用できる。
　１…半導体基板、１０…測距装置、Ａ…一次元方向、ＦＤ１…第一信号電荷蓄積領域、ＦＤ２…第二信号電荷蓄積領域、ＰＡ１～ＰＡＭ，ＰＢ１～ＰＢＮ…距離センサ、ＰＧ…フォトゲート電極、ＲＳ…距離画像センサ、Ｓｐ１…第一転送信号、Ｓｐ２…第二転送信号、ＴＸ１…第一転送電極、ＴＸ２…第二転送電極。

Claims (2)

  1. 　複数の距離センサが一次元方向に配置されている距離画像センサであって、
    　前記複数の距離センサそれぞれは、
    　入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、
    　前記電荷発生領域から離間し且つ前記一次元方向で前記電荷発生領域を挟んで配置され、前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として蓄積する第一及び第二信号電荷蓄積領域と、
    　前記第一信号電荷蓄積領域と前記電荷発生領域との間に配置され、第一転送信号に応じて前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として前記第一信号電荷蓄積領域に流入させる第一転送電極と、
    　前記第二信号電荷蓄積領域と前記電荷発生領域との間に配置され、前記第一転送信号と位相が異なる第二転送信号に応じて前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として前記第二信号電荷蓄積領域に流入させる第二転送電極と、を備えており、
    　前記一次元方向に連続して並ぶいずれの三つの前記距離センサにおいて、
    　　前記三つの距離センサのうち中央に位置する距離センサと、当該距離センサよりも前記一次元方向の一方側に位置する距離センサとでは、前記第一信号電荷蓄積領域同士又は前記第二信号電荷蓄積領域が前記一次元方向で隣り合い、
    　　前記三つの距離センサのうち中央に位置する前記距離センサと、当該距離センサよりも前記一次元方向の他方側に位置する距離センサとでは、前記第一信号電荷蓄積領域と前記第二信号電荷蓄積領域とが前記一次元方向で隣り合っている。
  2. 　複数の距離センサが一次元方向に配置されている距離画像センサであって、
    　前記複数の距離センサそれぞれは、
    　入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、
    　前記電荷発生領域から離間し且つ前記一次元方向で前記電荷発生領域を挟んで配置され、前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として蓄積する第一及び第二信号電荷蓄積領域と、
    　前記第一信号電荷蓄積領域と前記電荷発生領域との間に配置され、第一転送信号に応じて前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として前記第一信号電荷蓄積領域に流入させる第一転送電極と、
    　前記第二信号電荷蓄積領域と前記電荷発生領域との間に配置され、前記第一転送信号と位相が異なる第二転送信号に応じて前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として前記第二信号電荷蓄積領域に流入させる第二転送電極と、を備えており、
    　前記一次元方向で前記第一信号電荷蓄積領域同士が隣り合う二つの前記距離センサからなる距離センサ組と、前記一次元方向で前記第二信号電荷蓄積領域同士が隣り合う二つの前記距離センサからなる距離センサ組と、が前記一次元方向で交互に並んでいる。
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