特許 6302146 ＴＯＦ距離センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6302146

(24)【登録日】2018年3月9日

(45)【発行日】2018年3月28日

(54)【発明の名称】ＴＯＦ距離センサ

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/481 20060101AFI20180319BHJP

   G01S 17/89 20060101ALI20180319BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/481 Z

   G01S17/89

【請求項の数】13

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-541848(P2017-541848)

(86)(22)【出願日】2016年1月22日

(86)【国際出願番号】EP2016051296

(87)【国際公開番号】WO2016128198

(87)【国際公開日】20160818

【審査請求日】2017年10月31日

(31)【優先権主張番号】15154379.0

(32)【優先日】2015年2月9日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】515321108

【氏名又は名称】エスプロス フォトニックス アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ポップ マルティン

【審査官】 中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１１２６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−８３２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１４５２８１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

ＩＰＣ Ｇ０１Ｓ ７／４８− ７／５１

１７／００−１７／９５

Ｈ０１Ｌ ３１／００−３１／０２

３１／０２３２

３１／０２４８

３１／０２６４

３１／０８

３１／１０

３１／１０７−３１／１０８

３１／１１１

３１／１８

５１／４２

ＤＢ名 ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物によって反射された放射波（２３）を受波することによって、対象物（２２）までの距離を捉えるためのＴＯＦ距離センサ（４０）であって、放射源（２０）から出射される前記放射波は、変調周波数によって変調され、
前記ＴＯＦ距離センサ（４０）は、複数の復調ピクセル（５０）のピクセル画像を記録するためのピクセルマトリクス（４１）を備え、
前記複数の復調ピクセル（５０）は、
前記放射波を裏面で受波するように、それぞれ、
受波した放射波から荷電担体（２５）を発生させるための変換領域（６０）と、
変調周波数に従って前記荷電担体を分離するための分離装置（７０）と、
前記荷電担体に関して前記変換領域を前記分離装置から仕切るためのストップ（８０）と、
を備え、更に、
前記荷電担体を前記変換領域から前記分離装置へと通過させるための開口部（８１）
を備え、少なくとも２つの復調ピクセルがそれぞれ、共通の開口部（８２）を形成するＴＯＦ距離センサ（４０）において、
前記分離装置は、前記荷電担体を前記変換領域から前記分離装置へと誘引するための、ドリフトゲートを備え、
共通の開口部を形成する前記複数の復調ピクセルは、
それぞれ、少なくとも１つの共通のドリフトゲート（７２）を形成し、正確には、
それぞれ、少なくとも１つの共通のドリフトゲート（７２）と、個別に割り当てられたドリフトゲート（７１）と、を形成し、前記個別に割り当てられたドリフトゲート７１は、電気的に分離された方式で前記共通のドリフトゲートと交差し、前記個別に割り当てられたドリフトゲート及び前記共通のドリフトゲートは、単一のドリフトゲートであるように機能し、光電子が前記共通のドリフトゲートから前記個別に割り当てられたドリフトゲートに向かうように、前記個別に割り当てられたドリフトゲートには前記共通のドリフトゲートよりも高い電位が印加される
ことを特徴とするＴＯＦ距離センサ（４０）。

【請求項2】

請求項１に記載のＴＯＦ距離センサであって、
前記共通の開口部は、閉じた周囲を形成すること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載のＴＯＦ距離センサであって、
前記複数の復調ピクセルがそれぞれ、電子評価領域（９０）を備え、
少なくとも２つの復調ピクセルがそれぞれ、空間を共有する評価領域（９１）を形成すること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項4】

請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のＴＯＦ距離センサであって、
４つの復調ピクセルがそれぞれ、共通の開口部を形成し、
４つの復調ピクセルがそれぞれ、空間を共有する評価領域を形成し、
それにより、前記開口部および評価領域がチェッカー盤のパターンを形成すること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項5】

請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＴＯＦ距離センサであって、
前記変換領域（６０）は、
ドープされた基板（６１）、および、
前記基板を空乏化するための透明な裏面電極（６２）
から形成されること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項6】

請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のＴＯＦ距離センサであって、
前記変換領域（６０）が、ドープされた基板（６１）を有し、
前記分離装置（７０）が、
前記基板（６１）の上面の、少なくとも１つのドリフトゲート（７１）であって、前記荷電担体（２５）を前記変換領域（６０）から前記分離装置（７０）へと誘引するためのドリフトゲート（７１）、および、
前記基板の上面の、少なくとも２つの変調ゲート（７３）であって、前記ドリフトゲートの対向する位置に、前記変調周波数に従って前記荷電担体を前記ドリフトゲートから前記変調ゲートへと交互に案内するための変調ゲート（７３）、および、
前記基板の上面の、少なくとも２つのストレージゲート（７４）であって、それぞれ、変調ゲートに割り当てられ、当該割り当てられた変調ゲートに向かう前記荷電担体を集めるためのストレージゲート（７４）、および、
前記基板の上面の、少なくとも２つのトランスファゲート（７５）であって、それぞれが、ストレージゲートに割り当てられ、前記ストレージゲートにて集められた前記荷電担体を断続的にフローティングディフュージョンへと搬送するためのトランスファゲート（７５）、および
前記基板の上面内の、少なくとも２つのフローティングディフュージョン（７６）であって、それぞれがトランスファゲートに割り当てられ、前記トランスファゲートによって搬送された前記荷電担体を受け取り、更には、前記評価領域に同一の電圧を供給するための、フローティングディフュージョン（７６）
を備え、前記ドリフトゲート、前記変調ゲート、前記ストレージゲート、及び前記トランスファゲートが非導電層（７７）によって前記基板から分離されていることを特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項7】

請求項６に記載のＴＯＦ距離センサであって、
前記フローティングディフュージョン（７６）は、ｎ＋ドープされたウェルであること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項8】

請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のＴＯＦ距離センサであって、
前記ドープされた基板（６１）は、ｎ−−ドープされた半導体基板から形成されること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項9】

請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載のＴＯＦ距離センサであって、
前記ストップ（８０）が、前記基板内に埋め込まれた層を備えること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項10】

請求項９記載のＴＯＦ距離センサであって、
前記ストップ（８０）が、前記基板内に埋め込まれた層として、ｐ＋によってドープされたｐＳｕｂ層を備えること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項11】

請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のＴＯＦ距離センサであって、
電子評価領域（９０）が前記復調ピクセルに形成され、前記電子評価領域（９０）は、
ソースフォロアと、
リセットスイッチと、
選択トランジスタとを備えること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項12】

請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載のＴＯＦ距離センサであって、
前記分離装置は、伝導チャネルを形成すること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【請求項13】

請求項６又は請求項７に記載のＴＯＦ距離センサであって、
前記分離装置は、前記ストップと、前記変調ゲート及び／又は前記ストレージゲート及び／又は前記トランスファゲートと、の間に伝導チャネルを形成し、
前記ストップが前記基板内に埋め込まれた層によって形成されること
を特徴とするＴＯＦ距離センサ。

【発明の詳細な説明】

【発明の詳細な説明】

【0001】

本発明は、ピクセルフィールドを備えるＴＯＦ距離センサに関する。

【0002】

従来技術は、対象物に向かって出射され、対象物で反射される変調光の位相シフトを検知し、そこから前記対象物までの距離を導出するＴＯＦ（飛行時間）距離センサを開示する。請求項１のプリアンブルに記載のセンサは、ＵＳ ２０１４/１４５２８１ Ａ１より明らかになる。

【0003】

本発明の目的は、改良された距離センサを提供することにある。

【0004】

冒頭に記載されたタイプの距離センサに続き、この目的は、請求項１に記載の距離センサによって達成される。有利な構成は、更なる従属項において明らかにされる。

【0005】

本発明に係る距離センサは、変調周波数によって変調された、放射源からの対象物によって反射された放射波を受波することによって、対象物までの距離を捉えるためのＴＯＦ距離センサである。前記センサは、ピクセル画像を記録するためのピクセルマトリクスを備える。ピクセルマトリクスは、放射波を裏面で受波するように構成される複数の復調ピクセルで構成されている。復調ピクセルは、受波した放射波から荷電担体を発生させるための変換領域と、変調周波数に従って荷電担体を分離させるための分離装置と、荷電担体に関して変換領域を分離装置から仕切るためのストップと、荷電担体を変換領域から分離装置へと通過させるための開口部とを備える。好ましくは、ＴＯＦ距離センサは、少なくとも２つの復調ピクセルが共通の開口部を形成するように実現され得る。

【0006】

共通の開口部は、復調ピクセルの感度を向上させて距離センサをより効果的にするという利点を実現し得る。また、共通の開口部は、ピクセル寸法を小さく設計することが可能になるという利点を有し得る。ピクセルマトリクスは、画像、特には３Ｄ画像を生成するという利点を実現してもよい。

【0007】

放射波を裏面で受波するための復調ピクセルの実施は、変換領域への放射波の入射が分離装置および評価領域から離れた側から行われるということを意味する。
そのため、変換領域は、例えば５０μｍの厚さの薄い半導体層で形成されていることが好ましく、薄い半導体層は、その表側で、例えばＣＣＤ技術を用いて、分離装置を形成しているのが好ましい。

【0008】

共通の開口部は、閉じた周囲を形成していることが好ましい。

【0009】

複数の復調ピクセルはそれぞれ電子評価領域を備え、少なくとも２つの復調ピクセルがそれぞれ空間を共有する評価領域を形成することが好ましい。

【0010】

これは、共有する評価領域の一部が共に使用され、それによって評価領域の一部が縮小され得る、という利点を実現し得る。

【0011】

４つの復調ピクセルは、それぞれ共通の開口部を形成することが好ましい。４つの復調ピクセルは、それぞれ空間を共有する評価領域を形成することが好ましい。開口部および評価領域がチェッカー盤のパターンを形成することが好ましい。ピクセルマトリクスは、共通の開口部に関してそれぞれ実質的に点対称であることが好ましい。ピクセルマトリクスは、共通の評価領域に関してそれぞれ実質的に点対称であることが好ましい。

【0012】

これは、復調ピクセルの下方領域で生成された荷電担体が正確にこの復調ピクセルの分離装置に達する、という利点を実現し得る。これは、個々の復調ピクセルに関して、荷電担体がその空間情報を保持する、という利点を実現していてもよい。このことにより、ピクセルマトリクスの解像度が向上されてもよい。

【0013】

変換領域は、ドープされた基板を備えることが好ましい。変換領域は、透明の裏面電極を備えることが好ましい。基板は、半導体基板であることが好ましい。基板は、軽度にｎ−−ドープされていることが好ましい。

【0014】

これは、放射波によって光電効果が生じるように、変換領域が空乏化され得るという利点を実現し得る。

【0015】

分離装置は、基板の上面に、荷電担体を変換領域から分離装置へと誘引するためのドリフトゲートを備えることが好ましい。また、ドリフトゲートは、複数のドリフトゲートによって形成されていることが好ましく、特には、荷電担体を誘引するために変調ゲートに向かって増え続ける電位を有する、複数のドリフトゲートによって形成されていることが好ましい。好ましくは、ドリフトゲートは、２つの変調ゲートが対向する位置に配置されていてもよい実施の形態を有していてもよい。例えば、ドリフトゲートと同様の、補足的な一定の電位が変調ゲート又は複数の変調ゲートに印加される場合、任意には、ドリフトゲートは、変調ゲートあるいは複数の変調ゲートによって同時に実現されてもよい。

【0016】

分離装置は、基板の上面に、少なくとも１つの、特には２つの変調ゲート備えることが好ましく、特には、ドリフトゲートの対向する位置に、変調周波数に従ってドリフトゲートから変調ゲートへと交互に荷電担体を案内するための、少なくとも１つの、特には２つの変調ゲートを備えることが好ましい。

【0017】

分離装置は、基板の上面に、少なくとも１つの、特には２つのストレージゲートであって、いずれも、１つの変調ゲート又はその変調ゲートに割り当てられ、割り当てられた変調ゲートに導かれる荷電担体を集めるための、少なくとも１つの、特には２つのストレージゲートを備えることが好ましい。

【0018】

分離装置は、基板の上面に、少なくとも１つの、特には２つのトランスファゲートであって、いずれも、１つのストレージゲート又はそのストレージゲートに割り当てられ、ストレージゲートにて集められた荷電担体を断続的にフローティングディフュージョンへと搬送するための、少なくとも１つの、特には２つのトランスファゲートを備えることが好ましい。

【0019】

分離装置は、基板の上側に、特にはｎ＋ドープされたウェルとして、少なくとも１つの、特には２つのフローティングディフュージョンを備えることが好ましく、いずれも、１つのトランスファゲート又はそのトランスファゲートに割り当てられた、トランスファゲートによって搬送された荷電担体を受け取り、それを評価領域に電圧として供給するためのフローティングディフュージョンを備えることが好ましい。

【0020】

前記ゲートは、非導電層によって基板から分離されていることが好ましい。ストップとゲートとの間の復調ピクセル、特には、ストップと変調ゲート、ストレージゲート、トランスファゲートとの間の復調ピクセルは、ゲートによって制御可能な荷電担体の伝導チャネルを形成することが好ましい。ゲートが伝導チャネル内の荷電担体をＣＣＤの方式で制御することが好ましい。伝導チャネルは、復調ピクセルの効率を上げる、有利な裏面の照射を促進してもよい。

【0021】

本発明によれば、分離装置は、荷電担体を変換領域から分離領域へと誘引するためのドリフトゲートを備え、共通の開口部を形成する復調ピクセルはそれぞれ、少なくとも１つの共通ドリフトゲートを形成する。共通のドリフトゲートは、共通の開口部の領域を実質的に同程度覆うことが好ましい。本発明によれば、共通ドリフトゲートは、個々のピクセルに個々に割り当てられたドリフトゲートによって補足されていることが好ましい。変調ゲートは、個々に割り当てられたドリフトゲートに割り当てられていることが好ましい。上記共通ドリフトゲートは、複数の共通ドリフトゲートで構成されていることが好ましい。

【0022】

これは、ＴＯＦ距離センサが更に効率的になるという利点を実現し得る。

【0023】

ストップは、基板に埋め込まれた層を備えていることが好ましい。当該埋め込まれた層は、ｐ＋ドープされたｐＳｕｂ層であることが好ましい。

【0024】

これは、生成された電子がその層によって確実にブロックされるという利点を実現し得る。

【0025】

開口部は、閉じた凹部を形成していることが好ましい。

【0026】

これは、ピクセル寸法が特に小さく設計され得るという利点を実現し得る。

【0027】

接合ＦＥＴ効果によって、基板の厚さに対して任意で開口部を小さくすることが可能でなくなるかもしれない。組み合わせにより共通の開口部を形成することによって、ピクセル寸法は、個々に開口部を設ける場合と比べて、所定の最小の開口部に対してより小さく設計され得る。

【0028】

評価領域は、少なくともソースフォロアと、リセットスイッチと、選択トランジスタとを備えることが好ましい。

【0029】

本発明の更なる特徴は図に明示されている。

【0030】

記載された利点は、いずれも、記載されていない特徴の組み合わせにおいて実現されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0031】

［図面の概要］
本発明の例示的な実施の形態が、図面に示され、以下により詳細に説明されている。ここでは、各図面における同一の符号は、互いに対応する要素を示す。

【0032】

【図1】ＴＯＦ距離センサシステムおよび対象物を示す。

【図2】復調ピクセルの概略的な側断面図である。

【図3】復調ピクセルの上面図である。

【図4】共通の開口部を有する４つの復調ピクセルを示す。

【図5】６×６の復調ピクセルで構成されたピクセルマトリクスを示す。

【発明を実施するための形態】

【0033】

［図面の詳細な説明］
図１は、ＴＯＦ距離センサシステム１０および対象物２２を示す。

【0034】

対象物２２は、ＴＯＦ距離センサシステム１０から離間している。一例によれば、放射源２０は、ＬＥＤあるいは複数のＬＥＤの配列である。当該放射源は、変調周波数を用いた強度変調方式で放射源を動作させる電子デバイス１３によって作動される。一例によれば、放射源は、単色光２１を放射し、単色光２１は対象物で拡散するように反射され、ＴＯＦ距離センサ４０に反射波２３として入射する。当該ＴＯＦ距離センサにおいて、受波された放射波は、誘起された光電子の値プロファイル、したがって受波された放射波の信号曲線を生成する。

【0035】

電子デバイス１３およびＴＯＦ距離センサ１０は、チップ上に一体化され、ＣＭＯＳおよびＣＣＤを合わせた方法で実現されている。当該チップおよび放射源２０は、共通の担体１１に配置され、ハウジング１２によって囲まれている。当該放射源および受光装置はそれぞれ、対象物の距離が決定されるべき空間の方向に焦点を合わせる図示されていない光学装置を有している。

【0036】

放出された放射波２１は、８６０ｎｍの波長を有し、２０ＭＨｚの正弦波信号あるいは矩形信号でパルス化される。ＴＯＦ距離センサ１０で受波された反射波は、２０ＭＨｚの正弦波信号あるいは矩形信号でパルス化されたままであり、放射源２０によって放出された放射波の変調信号に対して、光路の時間分、位相シフトされる。発射された矩形信号と受信された矩形信号との位相シフトは、ＴＯＦ距離センサと対象物との間の距離の２倍に相当する。

【0037】

図２は、復調ピクセル５０の概略的な側断面図である。

【0038】

側断面は、図３の平面図における切断線５２に、比例してはいないが、沿っている。

【0039】

復調ピクセル５０は、約５０マイクロメートルの厚さ、および２０００Ωｃｍ以上の所定の電気シート抵抗を有する、Ｎ−ドープ・フロートゾーン・シリコン半導体基板６１を備える。半導体基板の表面で、当該基板上の非導電性のＳｉＯ分離層７７の上に配置されているのは、ドリフトゲート７１であり、両側に対称的に配列され、互いに離間して配置されているのは、それぞれ変調ゲート７３、ストレージゲート７４、トランスファゲート７５であり、基板内にはフローティングディフュージョン７６が配置されている。層およびコンタクトは便宜上、図示されていない。ストップ８０は、これらのゲートと透明な裏面のコンタクトとの間に設けられ、入射する反射波２３との関係において、各ゲートの下に配置されている半導体基板を含め、ストレージゲート、トランスファゲート、およびフローティングディフュージョンの陰になっている。当該ストップは、開口部８１をドリフトゲートの下の領域に備えている。半導体基板は、少なくともドリフトゲートの下において、とりわけ全体的に空乏となっている。正電位がドリフトゲートに印加され、ドリフトゲートは当該半導体基板内に空乏領域を形成する。

【0040】

分離装置７０は、ドリフトゲートと、変調ゲートと、ストレージゲートと、トランスファゲートと、分離層と、フローティングディフュージョンと、ストップと、開口部と、ストップとこれらのゲートとの間に配置された基板とを備え、基板は変換領域６０における半導体基板６１と同様のタイプである。変換領域６０は半導体基板６１と、裏面電極６２と、ストップ８０とを備える。基板は、約５０マイクロメートルの厚さを有する。

【0041】

透明の裏面電極６２を介してドリフトゲートの下の半導体基板６１に入射する反射した赤外線の放射波２３は、半導体基板内に電子・ホールのペア２４を誘起する。光電子は、ドリフトゲート７１によって形成される空乏領域によってドリフトゲートに向かって誘引される。ドリフトゲートは、約４Ｖの電位を有する。誘引される光電子の数は、受波した放射波の強度に比例する。

【0042】

最大変調電位がドリフトゲート７１の電位とストレージゲート７４における電位との間にあって、最小変調電位がドリフトゲートよりも低い変調電位が、変調ゲート７３に印加されてもよい。変調ゲート７３の電位は、例えば０Ｖと５Ｖとの間の値で変調する。
当該２つの変調ゲートは、相互に反転した電位２０で、すなわち一方の変調ゲート電位が０Ｖであるとき、他方の変調ゲートの電位は正の電位で、その逆も同様に、作動される。そのため、常に０Ｖの電位が一方の変調ゲートに印加され、５Ｖの電位が他方の変調ゲートに印加される。最小電位、すなわちこの場合は０Ｖによってドリフトゲートの下の光電子に対する電位障壁がもたらされ、そのため、いずれの光電子もこの変調ゲートに割り当てられたストレージゲートに達することができない。最大電位、すなわちこの場合は５Ｖ、によってドリフトゲートの下の光電子がこの変調ゲートを通過し、関連するストレージゲートへと排出される。

【0043】

受波された放射波の強度によって生じた光電子の流れは、相互に反転された正弦波信号あるいは矩形信号に相当する電位を、当該２つの変調ゲートにそれぞれ印加することによる切り替えに対応して誘導される。よって、これらの変調ゲートの下に発生するこれらの光電子の流れは、乗算、すなわち対応する正弦波信号あるいは矩形信号と、受波された放射波の信号との相互関係に相当する。正弦波信号あるいは矩形信号は相関する信号の特性を有し、ここでは相関信号と示される。

【0044】

ドリフトゲート７１に印加される電位よりも高い電位がストレージゲート７４に印加され、ストレージゲート７４は、変調ゲート７３の状態に応じて、交互に、その下の光電子２５を集める。ストレージゲート７４は、例えば１０Ｖの電位を有する。光電子によってストレージゲートの下で集められた電荷は、相関値に相当する。よって、当該相関値は電荷領域内に存在する。対応するストレージゲートの下の光電子の集まりは、相関信号と受波された放射波信号との上記相互関係の時間積分に相当する。

【0045】

ストレージゲート７４の下で集められた光電子２５を検出するため、変調ゲート７３の電位はまず０Ｖに設定され、ポテンシャル電子に対する電位障壁をドリフトゲート７１の方向に形成する。次に、トランスファゲートの電位は中間値、例えば６Ｖまで上げられ、フローティングディフュージョン７６の方向への光電子の適切な排出が促進される。

【0046】

両方のストレージゲート７４の約１０Ｖの正電位は、タイムランプ（ｔｉｍｅ ｒａｍｐ）によって同時に下げられる。ストレージゲートに印加される降下正電位、及び、その下に位置する電荷の負電位の、工程中に変化する補足的な電位が、トランスファゲート７５を介して電荷が排出可能であるかを決定する。ここでは、下降工程が３段階に細分化される。タイムランプの第１段階において、上記補足的な電位は、まだ、両方のストレージゲートについて、トランスファゲートの一定かつ均等な正電位２５よりも正であり、電荷の排出はない。続くタイムランプの第２段階において、上記補足的な電位は、トランスファゲートの一定且つ均等な正電位と比較すると、一方のストレージゲートではより正であり、他方のストレージゲートではより負である。その結果、より正の補足的な電位を有するストレージゲートの下の電荷は、関連するトランスファゲートを介して、関連するフローティングディフュージョンへと、補足的な電位が再度、対応するトランスファゲートの電位と等しくなるように排出される。続くタイムランプの第３段階において、両方のストレージゲートの上記補足的な電位は、上記一定かつ均等な電位よりも高い。その結果、電荷は両方のストレージゲートの下から、それぞれ関連するトランスファゲートを介して、それぞれ関連するフローティングディフュージョンへと排出される。タイムランプは、第３段階が始まるとすぐに停止される。すなわちストレージゲートの電位がそれ以上下がることはなく、第２段階からの電荷の排出のみが実質的に関連する。よって、荷電されたフローティングディフュージョンにこの時点で存在する電荷の量は、両方のストレージゲートからの電荷の量の差に相当する。よって、タイムランプによって２つのストレージゲートの下の電荷の量の減算が行われる。

【0047】

上述のタイムランプを実行後、チャージされた一方のフローティングディフュージョンにおける電荷の量は、放出された放射波２１と反射波２３との位相差の値に相当する。

【0048】

上記チャージされた一方のフローティングディフュージョンにおける電荷の量は、ここでソースフォロアによって、対応する電圧に変換され、更に処理される。ソースフォロアは、復調ピクセルの評価領域の一部である。ソースフォロアに加えて、評価領域は、リセットスイッチと選択トランジスタとを備える。

【0049】

対象物への距離は、一つの方法によって、対応する電圧から算出され得る。一例によれば、このような方法は、出願人によってＥＰ ２ ７４３ ７２４ Ａ１に記載される。

【0050】

図３は、復調ピクセル５０の上面図である。開口部８１は、略同様な形状を有する第１ドリフトゲート７２によって覆われている。第２ドリフトゲート７１は、電気的に分離された状態で、第１ドリフトゲートと交差している。第２ドリフトゲートおよび第１ドリフトゲートは、単一のドリフトゲートのように機能し、光電子が第１ドリフトゲートから第２ドリフトゲートへと搬送されるように、高い電位は第１ドリフトゲートよりも、第２ドリフトゲートに印加される。復調ピクセルは、２つの変調ゲート７３を第２ドリフトゲートの一端の対向する位置に備えている。第２ドリフトゲートの反対側には、ストレージゲート７４がそれぞれ変調ゲートの隣に配置されている。トランスファゲート７５はそれぞれストレージゲートの一端に配置されている。ストレージゲートの反対側には、フローティングディフュージョン７６が、それぞれトランスファゲートの隣に配置されている。フローティングディフュージョンは、評価領域とそのソースフォロアとに接続されている。

【0051】

断面線５２は、図２における側断面の非比例的な輪郭を概略的に示している。

【0052】

図４は、共通の開口部８２を有する４つの復調ピクセル５０を示している。共通の開口部８２の周囲に配置された復調ピクセル５０は、図３に示された復調ピクセル５０に正確に対応しており、それぞれ９０°回転されている。共通の開口部８２と同一の形状を有し、重ねられているのは、中央の共通ドリフトゲート７２である。幾何学的に同一な図の構成要素は、図３における対応する装置に対応している。

【0053】

図５は、６×６の復調ピクセル５０で構成されたピクセルマトリクス４１を示している。当該配列は、共通の開口部８２に加えて、共通の評価領域９１も形成する。中央の共通ドリフトゲートは、それぞれ共通の開口部８２に重ねられている。幾何学的に同一な図の構成要素は、図４における対応する装置に対応している。

【0054】

［参考文献］
ＴＯＦ距離センサ評価方法は、同出願人によるＤｉｅｔｅｒ Ｈｕｂｅｒ、Ｍａｒｋｕｓ ＬｅｄｅｒｇｅｒｂｅｒのＥＰ ２ ７４３ ７２４ Ａ１に記載されている。

【0055】

ＴＯＦ距離センサの別の評価方法は、Ｒｏｂｅｒｔ Ｌａｎｇｅ、Ｐｅｔｅｒ Ｓｅｉｔｚ、Ａｌｉｃｅ Ｂｉｂｅｒ、Ｓｔｅｆａｎ Ｌａｕｘｔｅｒｍａｎｎの、飛行時間測距のためのＣＣＤ及びＣＭＯＳ技術における復調ピクセル（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｐｉｘｅｌｓ ｉｎ ＣＣＤ ａｎｄ ＣＭＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ Ｒａｎｇｉｎｇ）、ＩＳＴ/ＳＰＩＥ電子撮像に関する国際シンポジウム（ＩＳＴ/ＳＰＩＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ）、科学／産業用途のセンサ、カメラ、システムに関する会議ＩＩ（Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ、Ｃａｍｅｒａｓ、 ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ／Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＩＩ）、ＳＰＩＥの会報（Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ）、３９６５Ａ巻（Ｖｏｌ．３９６５Ａ）、サンノゼ（Ｓａｎ Ｊｏｓｅ）、米国（ＵＳＡ）、２０００年１月２４日−２５日（２４ｔｈ−２５ｔｈ Ｊａｎｕａｒｙ ２０００）に記載されている。

【0056】

裏面電極は、半導体基板６１を通じてポテンシャルトンネルによって連絡されていてもよい。ポテンシャルトンネルによってＴＯＦ距離センサの裏面電極６２に連絡するための装置は、同出願人によるＭａｒｔｉｎ Ｐｏｐｐ，Ｂｅａｔ Ｄｅ Ｃｏｉ，Ｍａｒｃｏ ＡｎｎｅｓｅのＵＳ ８，９０１，６９０ Ｂ２に記載されている。

【0057】

復調ピクセルは、アナログＣＣＤ技術にて実施されてもよく、評価領域は、デジタルＣＭＯＳ技術にて実施されてもよい。復調ピクセル（ＣＣＤ）および評価領域（ＣＭＯＳ）の共通の製造方法は、同出願人によるＭａｒｔｉｎ Ｐｏｐｐ，Ｂｅａｔ Ｄｅ Ｃｏｉ，Ｍａｒｃｏ ＡｎｎｅｓｅのＵＳ ８，８０２，５６６ Ｂ２に記載されている。

【0058】

システム・オン・チップとしての、チップ上での復調ピクセル（ＣＣＤ、アナログ）および評価領域（ＣＭＯＳ、デジタル）の共通の実施方法は、同出願人によるＤｅ Ｃｏｉ，Ｍａｒｔｉｎ ＰｏｐｐのＥＰ ２ ６１８ １８０ Ｂ１に記載されている。

【符号の説明】

【0059】

１０…ＴＯＦ距離センサシステム、１１…担体、１２…ハウジング、１３…電子デバイス、２０…放射源、２１…放出された放射波、２２…対象物、２３…反射波、２４…電子−ホールペア、２５…光電子、４０…ＴＯＦ距離センサ、４１…ピクセルマトリクス、５０…復調ピクセル、５１…障壁、５２…切断線、６０…変換領域、６１…半導体基板、６２…裏面電極、７０…分離装置、７１…ドリフトゲート、７２…共通ドリフトゲート、７３…変調ゲート、７４…ストレージゲート、７５…トランスファゲート、７６…フローティングディフュージョン、７７…分離層、８０…ストップ、８１…開口部、８２…共通の開口部、９０…評価領域、９１…共通の評価領域。

【要約】

本発明は、対象物によって反射された放射波を受波することによって、対象物までの距離を検出するためのＴＯＦ距離センサであって、放射源から出射される放射波が、変調周波数によって変調され、複数の復調ピクセルのピクセル画像を記録するためのピクセルマトリクスを備えるＴＯＦ距離センサに関する。ピクセルマトリクスは、放射波を裏面で受波するように構成された複数の復調ピクセルで構成される。複数の復調ピクセルは、受波した放射波から荷電担体を発生させるための変換領域と、変調周波数に従って荷電担体を分離するための分離装置と、荷電担体に関して変換領域を分離装置から仕切るためのストップと、を備え、更に、荷電担体を変換領域から分離装置へと通過させるための開口部を備える。ＴＯＦ距離センサは、少なくとも２つの復調ピクセルがそれぞれ、共通の開口部を形成するように構成されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】