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CN113711585A - 固态摄像装置和测距装置 - Google Patents

固态摄像装置和测距装置 Download PDF

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CN113711585A
CN113711585A CN202080028811.6A CN202080028811A CN113711585A CN 113711585 A CN113711585 A CN 113711585A CN 202080028811 A CN202080028811 A CN 202080028811A CN 113711585 A CN113711585 A CN 113711585A
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CN
China
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unit
pixel
light
circuits
solid
Prior art date
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Application number
CN202080028811.6A
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横川创造
森山祐介
河合信宏
寄门雄飞
古闲史彦
蛯子芳树
远藤表德
若林准人
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Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
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Publication date
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Abstract

根据本发明，提高了测距精度。根据实施方案的固态摄像装置包括像素阵列部(101)，多个像素(20‑1)以矩阵状布置在该像素阵列部(101)中，其中，各个所述像素包括：多个光电转换单元(211,212)，其对入射光进行光电转换以产生电荷；浮动扩散区域(27)，其中累积电荷；多个传输电路(23,24,25)，其将所述多个光电转换单元中的各者中产生的电荷传输到所述浮动扩散区域；和第一晶体管(28)，其使具有与累积在所述浮动扩散区域中的所述电荷的电荷量相对应的电压值的像素信号出现在信号线上。

Description

固态摄像装置和测距装置
技术领域
本公开涉及固态摄像装置和测距装置。
背景技术
在现有技术中，使用间接ToF(time of flight：飞行时间)方法的测距传感器(以下称为间接ToF传感器)是已知的。在间接ToF传感器中，基于通过以特定相位从光源发射光并接收反射光而获得的信号电荷，来测量到物体的距离。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP 2019-4149 A
发明内容
技术问题
作为间接ToF传感器的像素架构，常见的是一个像素具有两个存储器的2抽头型像素架构(2-tap type pixel architecture)。在2抽头型像素架构中，基于在各像素的两个存储器中的各者中累积的电荷的比率，来生成表示到物体的距离的距离图像。
这里，包含在各像素中的两个存储器的特性通常存在差异。该特性差异导致累积在各像素的存储器中的电荷量的个体差异，从而导致间接ToF传感器的测距精度降低的问题。
因此，本公开提出了一种能够提高测距精度的固态摄像装置和测距。
附图说明
图1是示出根据第一实施方案的作为测距装置的ToF传感器的示意性构成例的框图。
图2是示出根据第一实施方案的用作光接收单元的固态摄像装置的示意性构成例的框图。
图3是示出根据第一实施方案的作为单位像素的基础的单位像素的电路构成例的电路图。
图4是示出图3中举例说明的单位像素的布局示例的平面图。
图5是用于说明基于间接ToF方法的测距方法的概要的图(第1部分)。
图6是用于说明基于间接ToF方法的测距方法的概要的图(第2部分)。
图7是示出根据第一实施方案的第一构成例的单位像素的电路构成例的电路图。
图8是示出根据第一实施方案的第一构成例的单位像素的平面布局示例的平面图。
图9是示出根据第一实施方案的第二构成例的单位像素的电路构成例的电路图。
图10是示出根据第一实施方案的第二构成例的单位像素的平面布局示例的平面图。
图11是示出根据第一实施方案的第三构成例的单位像素的平面布局示例的平面图。
图12是示出根据第一实施方案的第四构成例的单位像素的电路构成例的电路图。
图13是示出根据第一实施方案的第四构成例的单位像素的平面布局示例的平面图。
图14是示出根据第一实施方案的第五构成例的单位像素的电路构成例的电路图。
图15是示出根据第一实施方案的第六构成例的单位像素的电路构成例的电路图。
图16是示出根据第一实施方案的第七构成例的单位像素的电路构成例的电路图。
图17是示出根据第一实施方案的第一布局示例的像素分离部的平面布局示例的平面图。
图18是示出根据第一实施方案的第二布局示例的像素分离部的平面布局示例的平面图。
图19是示出根据第一实施方案的第三布局示例的像素分离部的平面布局示例的平面图。
图20是示出根据第一实施方案的第一断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线I-I截取的断面图。
图21是示出根据第一实施方案的第一断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线II-II截取的断面图。
图22是示出根据第一实施方案的第二断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线I-I截取的断面图。
图23是示出根据第一实施方案的第二断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线II-II截取的断面图。
图24是示出根据第一实施方案的第三断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线I-I截取的断面图。
图25是示出根据第一实施方案的第三断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线II-II截取的断面图。
图26是示出根据第一实施方案的第四断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线I-I截取的断面图。
图27是示出根据第一实施方案的第四断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线II-II截取的断面图。
图28是示出根据第一实施方案的第一变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图29是示出根据第一实施方案的第二变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图30是示出根据第一实施方案的第三变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图31是示出根据第一实施方案的第四变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图32是示出根据第一实施方案的第五变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图33是示出根据第一实施方案的第六变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图34是示出根据第一实施方案的第七变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图35是示出根据第一实施方案的第八变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图36是示出根据第一实施方案的第九变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图37是示出根据第一实施方案的第十变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图38是示出根据第一实施方案的第十一变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图39是示出根据第一实施方案的第十二变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图40是示出根据第一实施方案的第十三变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图41是示出根据第一实施方案的第十四变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图42是示出根据第一实施方案的第十五变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图43是示出根据第一实施方案的第十六变体的存储器的平面布局示例的示意图。
图44是用于说明在比较例中产生的存储器之间的累积电荷量的差异的图。
图45是用于说明根据第一实施方案的消除各存储器的特性差异的效果的图。
图46是示出根据第一实施方案的在使用不具有FD共享结构的单位像素的情况下的深度帧的读出操作的时序图。
图47是示出根据第一实施方案的在使用具有FD共享结构的单位像素(例如，根据上述第一至第三构成例的单位像素)的情况下的深度帧的读出操作的时序图。
图48是示出根据第一实施方案的在使用具有FD共享结构的单位像素(例如，根据上述第四构成例的单位像素)的情况下的深度帧的读出操作的时序图。
图49是用于说明第一实施方案的第一驱动脉冲示例的波形图。
图50是示出根据第一实施方案的变形例的连接关系的示例的示意图。
图51是示出根据第一实施方案的变形例的连接关系的另一示例的示意图。
图52是示出根据第一实施方案的变形例的连接关系的又一示例的示意图。
图53是示出根据第一实施方案的变形例的连接关系的又一示例的示意图。
图54是示出根据第一实施方案的变形例的连接关系的又一示例的示意图。
图55是示出根据第一实施方案的变形例的连接关系的又一示例的示意图。
图56是用于说明第一实施方案的第二驱动脉冲示例的波形图。
图57是用于说明由作为干涉光的背景光产生的噪声的图。
图58是用于说明在非累积时段中来自另一ToF传感器的反射光(干涉光)入射的情况的图。
图59是用于说明在累积时段中来自另一ToF传感器的反射光(干涉光)入射的情况的图。
图60是用于说明在来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率与其自身照射光的调制频率不同的情况下的根据第一实施方案的噪声消除的图。
图61是用于说明在来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率与其自身照射光的调制频率相同的情况下的根据第一实施方案的噪声消除的图。
图62是用于说明在来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率和相位与其自身照射光的调制频率和相位相同的情况下的根据第一实施方案的噪声消除的图。
图63是示出ToF传感器和物体彼此接触的情况的波形图。
图64是示出ToF传感器和物体彼此分离的情况的波形图。
图65是用于说明根据第一实施方案的在相位切换时的噪声消除操作的示例的波形图(2抽头型)。
图66是用于说明根据第一实施方案的变形例的在相位切换时的噪声消除操作的示例的波形图。
图67是用于说明根据第一实施方案的在相位切换时的噪声消除操作的示例的波形图(多抽头型)。
图68是示出根据第二实施方案的第一构成例的单位像素的电路构成例的电路图。
图69是示出根据第二实施方案的第二构成例的单位像素的电路构成例的电路图。
图70是示出根据第二实施方案的第三构成例的单位像素的电路构成例的电路图。
图71是示出能够应用根据本公开的技术的非层叠式固态摄像装置的构成例的概要的图。
图72是示出能够应用根据本公开的技术的层叠式固态摄像装置的构成例的概要的图(第1部分)。
图73是示出能够应用根据本公开的技术的层叠式固态摄像装置的构成例的概要的图(第2部分)。
图74是示出能够应用根据本公开的技术的电子设备的示例的示意图(前面)。
图75是示出能够应用根据本公开的技术的电子设备的示例的示意图(后面)。
图76是示出能够应用根据本公开的技术的情况的示意图。
图77是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
图78是示出车外信息检测单元和摄像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地说明本公开的实施方案。注意，在下面的实施方案中，相同的部分由相同的附图标记表示，因此将省略重复的说明。
另外，将按以下项目顺序说明本公开。
1.第一实施方案
1.1测距装置(ToF传感器)
1.2固态摄像装置的构成例
1.3单位像素的基本构成例
1.4单位像素的基本布局示例
1.5间接ToF方法的概述
1.6单位像素的构成例
1.6.1第一构成例
1.6.2第二构成例
1.6.3第三构成例
1.6.4第四构成例
1.6.5第五构成例
1.6.6第六构成例
1.6.7第七构成例
1.7像素分离结构
1.7.1第一布局示例
1.7.2第二布局示例
1.7.3第三布局示例
1.8单位像素的断面结构例
1.8.1第一断面结构例
1.8.2第二断面结构例
1.8.3第三断面结构例
1.8.4第四断面结构例
1.9 FD共享的布局
1.9.1第一变体
1.9.2第二变体
1.9.3第三变体
1.9.4第四变体
1.9.5第五变体
1.9.6第六变体
1.9.7第七变体
1.9.8第八变体
1.9.9第九变体
1.9.10第十变体
1.9.11第十一变体
1.9.12第十二变体
1.9.13第十三变体
1.9.14第十四变体
1.9.15第十五变体
1.9.16第十六变体
1.10特性差异的消除
1.11测距图像(深度帧)的读出操作的示例
1.12驱动脉冲示例
1.12.1第一驱动脉冲示例
1.12.1.1变形例
1.12.2第二驱动脉冲示例
1.13累积时段的编码
1.13.1干涉引起的噪声
1.13.1.1背景光引起的干涉
1.13.1.2来自另一ToF传感器的干涉
1.13.1.2.1在非累积时段中，当来自另一ToF传感器的反射光入射时
1.13.1.2.2在累积时段中，当来自另一ToF传感器的反射光入射时
1.13.2消除干涉引起的噪声
1.13.2.1通过对累积时段进行编码来消除噪声的示例
1.13.2.1.1来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率与其自身照射光的调制频率不同的情况
1.13.2.1.2来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率与其自身照射光的调制频率相同的情况
1.13.2.1.3来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率和相位与其自身照射光的调制频率和相位相同的情况
1.13.3相位切换时产生的噪声
1.13.3.1相位切换时的噪声消除操作的示例(在2抽头型的情况下)
1.13.3.2相位切换时的噪声消除操作的变形例
1.13.3.3相位切换时的噪声消除操作的变形例(在3个或更多个抽头的多抽头型的情况下)
1.14作用和效果
2.第二实施方案
2.1第一构成例
2.2第二构成例
2.3第三构成例
3.能够应用根据本公开的技术的层叠式固态摄像装置的构成例
4.能够应用根据本公开的技术的电子设备的示例
5.各种应用例
6.移动体的应用例
1.第一实施方案
首先，下面将参考附图详细地说明第一实施方案。注意，在第一实施方案中，例如，将举例说明采用间接ToF方法测量到物体的距离的固态摄像装置和测距装置。
根据本实施方案及以下示例性实施方案的固态摄像装置和测距装置例如能够应用于如下设备：安装在车辆上并测量到车辆外部的物体的距离的车载系统；测量到物体(例如，用户的手等)的距离并基于测量结果来识别用户的手势的手势识别系统等。在这种情况下，手势识别的结果例如还能够用于汽车导航系统的操作。
1.1测距装置(ToF传感器)
图1是示出根据第一实施方案的作为测距装置的ToF传感器的示意性构成例的框图。如图1所示，ToF传感器1包括控制单元11、发光单元13、光接收单元14、计算单元15和外部接口(I/F)19。
控制单元11例如包括诸如中央处理单元(CPU：central processing unit)等信息处理装置，并控制ToF传感器1的各单元。
外部I/F 19例如可以是通信适配器，用于经由遵循任意标准的通信网络与外部主机80建立通信，除了无线LAN(local area network：局域网)或有线LAN之外，该通信网络例如还可以为CAN(controller area network：控制器区域网络)、LIN(local interconnectnetwork：局域互连网络)、FlexRay(注册商标)、MIPI(mobile industry processorinterface：移动工业处理器接口)或LVDS(low voltage differential signaling：低压差分信号)等。
这里，例如，当把ToF传感器1安装在汽车等上时，主机80可以是安装在汽车等上的发动机控制单元(ECU)。此外，在把ToF传感器1安装在自主移动机器人(例如，家养宠物机器人)或自主移动体(例如，扫地机器人、无人机或跟随搬运机器人)上的情况下，主机80可以是控制自主移动体的控制装置等。此外，在把ToF传感器1安装在移动电话、智能手机或平板终端等电子设备上的情况下，主机80可以是包含在电子设备中的CPU或经由网络连接到电子设备的服务器(包括云服务器等)等。
发光单元13例如包括一个或多个半导体激光二极管作为光源，并且该发光单元13以预定周期(也称为发光周期)发射具有预定时间宽度的脉冲激光(以下称为照射光)L1。发光单元13至少朝向等于或大于光接收单元14的视角的角度范围发射照射光L1。另外，发光单元13例如以100MHz(兆赫)的周期发射具有几ns(纳秒)至5ns的时间宽度的照射光L1。例如，在物体90存在于测距范围内的情况下，从发光单元13发射的照射光L1被物体90反射，并作为反射光L2入射到光接收单元14上。
尽管稍后将说明细节，但是光接收单元14例如包括以二维格子图案布置的多个像素，并且该光接收单元14输出在发光单元13发光之后在各像素中检测到的信号强度(以下也称为像素信号)。
计算单元15基于从光接收单元14输出的像素信号生成光接收单元14的视角内的深度图像。此时，计算单元15可以对所生成的深度图像执行诸如噪声去除等预定处理。例如，由计算单元15生成的深度图像能够经由外部I/F 19被输出到主机80等。
1.2固态摄像装置的构成例
图2是示出根据第一实施方案的作为光接收单元的固态摄像装置的示意性构成例的框图。
图2所示的固态摄像装置100是背面照射型间接ToF传感器，并且设置在具有测距功能的测距装置中。
固态摄像装置100包括像素阵列部101和周边电路。周边电路例如可以包括垂直驱动电路103、列处理电路104、水平驱动电路105和系统控制单元102。
固态摄像装置100还包括信号处理单元106和数据存储单元107。注意，信号处理单元106和数据存储单元107可以与固态摄像装置100安装在同一基板上，或者可以布置在测距装置中与固态摄像装置100不同的基板上。
像素阵列部101具有如下构造：其中，像素(以下也称为单位像素)20布置在行方向和列方向上，即呈矩阵(也称为二维格子状)，所述像素20生成与所接收的光量相对应的电荷并输出与电荷相对应的信号。
这里，行方向是指像素行中的单位像素20的布置方向(图中的横向方向)，列方向是指像素列中的单位像素20的布置方向(图中的纵向方向)。
在像素阵列部101中，对于矩阵形式的像素阵列，针对各像素行沿行方向布设像素驱动线LD，针对各像素列沿列方向布设两条垂直信号线VSL。像素驱动线LD传送用于在从单位像素20读出信号时进行驱动的驱动信号。注意，在图2中，虽然像素驱动线LD被示出为一条布线，但不限于一条。像素驱动线LD的一端连接到垂直驱动电路103的与各行相对应的输出端。
垂直驱动电路103包括移位寄存器和地址解码器等，并且对于所有像素同时驱动像素阵列部101的各单位像素20或以行为单位驱动像素阵列部101的各单位像素20。即，垂直驱动电路103与控制该垂直驱动电路103的系统控制单元102一起构成驱动单元，该驱动单元控制像素阵列部101的各单位像素20的操作。
注意，在采用间接ToF方法的测距中，连接到一条像素驱动线LD的要被高速驱动的元件的数量会影响高速驱动的可控性和驱动精度。这里，在大多数情况下，用于通过间接ToF方法进行测距的固态摄像装置的像素阵列部是在行方向上较长的矩形区域。因此，在这种情况下，作为要被高速驱动的元件的像素驱动线LD，可以使用垂直信号线VSL或在列方向上延伸的其他控制线。在这样的构造的情况下，例如，在列方向上布置的多个单位像素20连接到垂直信号线VSL和在列方向上延伸的其他控制线，并且通过垂直信号线VSL或其他控制线，由与垂直驱动电路103分开设置的驱动单元和水平驱动电路105等执行单位像素20的驱动，即固态摄像装置100的驱动。
根据垂直驱动电路103的驱动控制从像素行的各单位像素20输出的信号通过垂直信号线VSL输入到列处理电路104。列处理电路104对通过垂直信号线VSL从各单位像素20输出的信号进行预定的信号处理，并且临时保持信号处理之后的像素信号。
具体地，列处理电路104执行噪声去除处理和模数(AD)转换处理等作为信号处理。
水平驱动电路105包括移位寄存器和地址解码器等，并且顺序地选择列处理电路104的与像素列相对应的单位电路。通过水平驱动电路105的选择性扫描，顺序地输出在列处理电路104中针对各单位电路的经过信号处理的像素信号。
系统控制单元102包括用于产生各种时序信号等的时序生成器，并且基于时序生成器产生的各种时序信号执行垂直驱动电路103、列处理电路104和水平驱动电路105等的驱动控制。
信号处理单元106至少具有算术处理功能，基于从列处理电路104输出的像素信号执行诸如算术处理等各种类型的信号处理，并将由此计算出的各像素的距离信息输出到外部。数据存储单元107临时存储信号处理单元106中的信号处理所需的数据。
1.3单位像素的基本构成例
这里，将使用作为基础的单位像素920的电路构成来说明根据本实施方案的单位像素20的基本构成例。图3是示出根据第一实施方案的作为单位像素的基础的单位像素的电路构成例的电路图。
如图3所示，单位像素920具有所谓的2抽头型电路构成，该2抽头型电路构成包括光电二极管21、OFG(over flow gate：溢流门)晶体管22以及两个读出电路920A和920B。注意，2抽头型可以是针对一个光电二极管21设置有两个传输门晶体管(也称为抽头)23A和23B的构造。
光电二极管21可以是光电转换元件，该光电转换元件对入射光进行光电转换以产生电荷。OFG晶体管22的源极连接到光电二极管21的阴极。OFG晶体管22的漏极例如连接到电源线VDD。此外，OFG晶体管22的栅极经由像素驱动线LD(未示出)连接到垂直驱动电路103。
读出电路920A例如包括传输门晶体管23A、存储器(也称为抽头)24A、传输晶体管25A、复位晶体管26A、放大晶体管28A和选择晶体管29A。
在本说明书中，各读出电路中的传输门晶体管、存储器和传输晶体管例如也被称为将光电二极管21中产生的电荷传输至浮动扩散区域27的传输电路。
传输门晶体管23A的源极连接到光电二极管21的阴极，漏极连接到存储器24A。
存储器24A例如是包括晶体管和电容器的MOS(metal-oxide-semiconductor：金属氧化物半导体)型存储器，并且在垂直驱动电路103的控制下，将经由传输门晶体管23A从光电二极管21流入的电荷临时保持在电容器中。
传输晶体管25A的源极连接到存储器24A，漏极连接到放大晶体管28A的栅极，栅极经由像素驱动线LD(未示出)连接到垂直驱动电路103。
连接传输晶体管25A的漏极和放大晶体管28A的栅极的节点形成了浮动扩散区域(FD)27A，该浮动扩散区域(FD)27A将电荷转换为具有与电荷量相对应的电压值的电压。
放大晶体管28A的源极连接到电源线VDD，漏极经由选择晶体管29A连接到垂直信号线VSLA。放大晶体管28A使施加到栅极的电压的电压值，即与累积在浮动扩散区域27A中的电荷量相对应的电压值作为像素信号出现在垂直信号线VSLA中。
选择晶体管29A的源极连接到放大晶体管28A的漏极，漏极连接到垂直信号线VSLA，栅极经由像素驱动线LD(未示出)连接到垂直驱动电路103。在垂直驱动电路103的控制下，选择晶体管29A使具有与累积在浮动扩散区域27A中的电荷量相对应的电压值的像素信号出现在垂直信号线VSLA中。
复位晶体管26A的源极连接到连接传输晶体管25A的漏极和放大晶体管28A的栅极的节点，即连接到浮动扩散区域27A。复位晶体管26A的漏极连接到电源线VDD，栅极经由像素驱动线LD(未示出)连接到垂直驱动电路103。复位晶体管26A在垂直驱动电路103的控制下释放累积在浮动扩散区域27A中的电荷。即，复位晶体管26A根据垂直驱动电路103的控制初始化(复位)浮动扩散区域27A。
另一方面，读出电路920B类似地包括传输门晶体管23B、存储器24B、传输晶体管25B、复位晶体管26B、放大晶体管28B和选择晶体管29B。各电路元件的连接关系和功能可以与读出电路920A的连接关系和功能相同。
1.4单位像素的基本布局示例
图4是示出图3所示的单位像素的布局示例的平面图。注意，图4示出了其上形成有单位像素920的光电二极管21的半导体基板的元件形成面的平面布局示例。
如图4所示，各单位像素920具有如下布局：其中，当从垂直方向看半导体基板的元件形成面时，光电二极管21、OFG晶体管22以及两个读出电路920A和920B都布置在矩形区域中。
半导体基板的元件形成面上的矩形区域(以下也称为像素区域)被分配给各单位像素920。例如，光电二极管21布置在像素区域的中心处。OFG晶体管22布置在光电二极管21的四个边中的相对的两个边上，两个读出电路920A和920B的传输门晶体管23A和23B布置在其余两个边上。
读出电路920A和920B中的各者的其余电路元件布置在光电二极管21周围以包围光电二极管21。在这种情况下，通过将读出电路920A的存储器24A和读出电路920B的存储器24B布置成以光电二极管21为中心呈点对称或线对称(以下，称为“确保对称性”)，可以减小两个存储器24A和24B之间的特性差异。类似地，通过将读出电路920A的其余电路元件和读出电路920B的其余电路元件布置成以光电二极管21为中心呈点对称或线对称，可以减小读出电路920A和920B之间的特性差异。
1.5间接ToF方法的概要
这里，将说明采用间接ToF方法的测距方法的概要。图5和图6分别是用于说明采用间接ToF方法的测距方法的概要的图。
如图5所示，在间接ToF方法中，由光接收单元14检测相对于从发光单元13发射的照射光L1具有0°的相位角(也称为相位差)的反射光L2的光量Q0、具有90°的相位角的反射光L2的光量Q90、具有180°的相位角的反射光L2的光量Q180以及具有270°的相位角的反射光L2的光量Q270。这里的相位是照射光L1的脉冲和反射光L2的脉冲之间的相位角。
反射光L2的脉冲相对于照射光L1的相位角α能够使用例如如图6所示的圆来表示。在图6中，横轴表示具有0°的相位角的反射光L2的光量Q0和具有180°的相位角的反射光L2的光量Q180之间的差，纵轴表示具有90°的相位角的反射光L2的光量Q90和具有270°的相位角的反射光L2的光量Q270之间的差。
然后，相位角α能够通过例如将如上所述检测到的光量Q0、Q90、Q180和Q270代入下式(1)来获得。
Figure BDA0003303471990000161
这里，反射光L2的脉冲相对于照射光L1的相位角α对应于从ToF传感器1到物体90的距离D的往返行程。因此，从ToF传感器1到物体90的距离D能够通过将由式(1)计算出的相位角α代入下式(2)来计算。在式(2)中，Δt是从发出照射光L1到接收反射光L2的时间差，ω是调制频率fmod的角频率，c是光速。
Figure BDA0003303471990000162
然而，在以上的方法中，由于360°的相位角的不确定性退化，因此不能精确地测量到相位角α超过360°的物体90的距离D。例如，在照射光L1的调制频率fmod为100MHz(兆赫)的情况下，考虑到往返于物体90的距离，对于存在于超过约1.5m(米)的位置处的物体90，不能获得距离D。
因此，在这种情况下，使用不同的调制频率fmod来测量到物体90的距离。因此，由于能够基于该结果解决所述退化，因此可以指定到存在于一定距离或更长距离处的物体90的距离D。
如上所述，在ToF传感器1中，通过获取0°、90°、180°和270°的四种相位信息来创建一个距离图像。
然后，作为像素架构，通常是如上参考图3和图4所述的一个单位像素包括两个存储器的2抽头型像素架构，在这种情况下，获取一个测距图像(以下称为深度图或深度帧)需要四个子帧。
具体地，需要0°/180°、90°/270°、180°/0°和270°/90°的四个子帧。注意，0°/180°的子帧是通过从相位角α为0°的光量Q0中减去180°的光量Q180得到的子帧。类似地，90°/270°的子帧是通过从相位角α为90°的光量Q90中减去270°的光量Q270得到的子帧，180°/0°的子帧是通过从相位角α为180°的光量Q180中减去0°的光量Q0得到的子帧，270°/90°的子帧是通过从相位角α为270°的光量Q270中减去90°的光量Q90得到的子帧。
这里，例如，需要0°/180°的子帧和作为该子帧的反相数据的180°/0°的子帧的原因是，各单位像素的两个存储器中累积的电荷由于读出电路的布置(包括布线距离等)以及入射光的入射角(即，图像高度)等而存在差异(以下称为特性差异)。即，为了获得精确的深度帧，必须通过获取反相数据并对反相数据进行相加或相减来抵消两个存储器中出现的特性差异。
如上所述，在2抽头型像素架构中，由于两个存储器中出现特性差异，因此存在获取一个深度帧所需的子帧数量增加的问题。
因此，在下面的说明中，将通过一些示例来说明能够更有效率地获取子帧的构造。
1.6单位像素的构成例
在下文中，将通过一些示例来说明根据第一实施方案的单位像素20的构成例。
1.6.1第一构成例
图7是示出根据第一实施方案的第一构成例的单位像素的电路构成例的电路图。图8是示出根据第一实施方案的第一构成例的单位像素的平面布局示例的平面图。注意，图8示出了其上形成有单位像素20-1的光电二极管211和212的半导体基板的元件形成面的平面布局示例。在下面的说明中，当不用区分光电二极管211和212时，它们的附图标记为21。
如图7所示，根据第一构成例的单位像素20-1包括两组2抽头型电路构成，并且具有其中构成电路的四个读出电路20A1、20A2、20B1和20B2共享一个浮动扩散区域27的电路构成。在下面的说明中，当不用区分读出电路20A1和20A2时，它们被称为读出电路A，当不用区分读出电路20B1和20B2时，它们被称为读出电路B。
读出电路20A1包括传输门晶体管23A1、存储器24A1、传输晶体管25A1、复位晶体管26、浮动扩散区域27、放大晶体管28和选择晶体管29。类似地，读出电路20A2包括传输门晶体管23A2、存储器24A2、传输晶体管25A2、复位晶体管26、浮动扩散区域27、放大晶体管28和选择晶体管29，读出电路20B1包括传输门晶体管23B1、存储器24B1、传输晶体管25B1、复位晶体管26、浮动扩散区域27、放大晶体管28和选择晶体管29，读出电路20B2包括传输门晶体管23B2、存储器24B2、传输晶体管25B2、复位晶体管26、浮动扩散区域27、放大晶体管28和选择晶体管29。
光电二极管211的阴极连接到读出电路20A1和20B1，光电二极管212的阴极连接到读出电路20A2和20B2。
此外，OFG晶体管221连接到光电二极管211的阴极，OFG晶体管222连接到光电二极管212的阴极。
在四个读出电路20A1、20A2、20B1和20B2之中，读出电路A被构造成检测反射光L2中相对于照射光L1具有0°或90°的相位角α的分量的光量Q0或Q90，读出电路B被构造成检测反射光L2中相对于照射光L1具有180°或270°的相位角α的分量的光量Q180或Q270。注意，具有90°的相位角α的分量的光量Q90和具有270°的相位角α的分量的光量Q270与具有0°的相位角α的分量的光量Q0和具有180°的相位角α的分量的光量Q180例如通过从同一单位像素20-1交替切换读出可以以时分方式(time division)读出。
此外，两个读出电路A连接到光电二极管211的阴极，并且其余的两个读出电路B连接到光电二极管212的阴极。
此外，四个读出电路20A1、20A2、20B1和20B2共享浮动扩散区域27、复位晶体管26、放大晶体管28和选择晶体管29。读出电路20A1、20A2、20B1和20B2中的各者中的电路元件的连接关系可以与以上参考图3所述的单位像素920的读出电路20A和20B中的电路元件的连接关系类似。
如图8所示，在单位像素20-1的平面布局中，用于检测具有相同相位角α的分量的读出电路A和B布置在分配给一个单位像素20-1的像素区域中，以相对于像素区域的中心或以穿过该中心的直线为轴呈点对称或线对称。例如，读出电路20A1和20A2在分配给一个单位像素20-1的像素区域中对角地布置，读出电路20B1和20B2也在分配给一个单位像素20-1的像素区域中对角地布置。
具体地，在图8所示的示例中，读出电路20A1布置在像素区域中的左上方，读出电路20A2布置在像素区域中的右下方。另一方面，在读出电路20B1和20B2之中，读出电路20B1布置在像素区域中的右上方，读出电路20B2布置在像素区域中的左下方。
如上所述，在第一构成例中，四个读出电路20A1、20A2、20B1和20B2被布置成使得用于检测相同相位角α的光量Q的读出电路以交叉的方式布置。
注意，光电二极管211和212可以布置在用于产生相同子帧的读出电路之间。例如，光电二极管211可以布置在读出电路20A1和20B1之间，光电二极管212可以布置在读出电路20A2和20B2之间。
在这种构造中，当检测到相位角α为0°或90°的光量Q0或Q90时，存储在读出电路20A1的存储器24A1中的电荷和存储在读出电路20A2的存储器24A2中的电荷都被传输到浮动扩散区域27。类似地，当检测到相位角α为180°或270°的光量Q180或Q270时，存储在读出电路20B1的存储器24B1中的电荷和存储在读出电路20B2的存储器24B2中的电荷都被传输到浮动扩散区域27。
如上所述，在一个单位像素20-1中，用于检测相同相位角α的分量的读出电路被对角地定位，并且在读出时存储在存储器中的电荷被同时传输到公共的浮动扩散区域27，因此，可以减小由于读出电路的位置(图像高度)等引起的特性差异而导致的累积电荷量的差异。结果，可以在不获取反相数据的情况下生成高质量的深度帧，从而可以以高帧速率生成高质量的深度帧。
另外，通过在读出电路20A1、20A2、20B1和20B2中的各者之间共享浮动扩散区域27下游的构造(复位晶体管26、放大晶体管28、选择晶体管29、垂直信号线VSL、列处理电路104中的AD转换器等)，可以消除由下游构造引起的特性差异，从而可以生成更高质量的深度帧。注意，下游是指信号和数据流中的下游。
1.6.2第二构成例
图9是示出根据第一实施方案的第二构成例的单位像素的电路构成例的电路图。图10是示出根据第一实施方案的第二构成例的单位像素的平面布局示例的平面图。注意，图10示出了其上形成有单位像素20-2的光电二极管211至214的半导体基板的元件形成面的平面布局示例。
如图9所示，根据第二构成例的单位像素20-2包括四组2抽头型电路构成，并且包括其中构成电路的8个读出电路20A1至20A4和20B1至20B4共享一个浮动扩散区域27的电路构成。在下面的说明中，当不用区分读出电路20A1至20A4时，它们被称为读出电路A，当不用区分读出电路20B1至20B4时，它们被称为读出电路B。
读出电路20A1、20A2、20B1和20B2的电路可以与第一构成例中参考图7所说明的电路构成类似。此外，读出电路20A3包括传输门晶体管23A3、存储器24A3、传输晶体管25A3、复位晶体管26、浮动扩散区域27、放大晶体管28和选择晶体管29，读出电路20A4包括传输门晶体管23A4、存储器24A4、传输晶体管25A4、复位晶体管26、浮动扩散区域27、放大晶体管28和选择晶体管29，读出电路20B3包括传输门晶体管23B3、存储器24B3、传输晶体管25B3、复位晶体管26、浮动扩散区域27、放大晶体管28和选择晶体管29，读出电路20B4包括传输门晶体管23B4、存储器24B4、传输晶体管25B4、复位晶体管26、浮动扩散区域27、放大晶体管28和选择晶体管29。
光电二极管211的阴极连接到读出电路20A1和20B1，光电二极管212的阴极连接到读出电路20A2和20B2，光电二极管213的阴极连接到读出电路20A3和20B3，光电二极管214的阴极连接到读出电路20A4和20B4。
此外，OFG晶体管221连接到光电二极管211的阴极，OFG晶体管222连接到光电二极管212的阴极，OFG晶体管223连接到光电二极管213的阴极，OFG晶体管224连接到光电二极管214的阴极。
在8个读出电路20A1至20A4和20B1至20B4中，读出电路A被构造成检测反射光L2中相对于照射光L1具有0°或90°的相位角α的分量的光量Q0或Q90，读出电路B被构造成检测反射光L2中相对于照射光L1具有180°或270°的相位角α的分量的光量Q180或Q270。
另外，8个读出电路20A1至20A4和20B1至20B4共享浮动扩散区域27、复位晶体管26、放大晶体管28和选择晶体管29。读出电路20A1至20A4和20B1至20B4中的各者中的电路元件的连接关系可以与上面参考图3所说明的单位像素920的读出电路20A和20B中的电路元件的连接关系类似。
如图10所示，在单位像素20-2的平面布局中，用于检测具有相同相位角α的分量的读出电路A或B布置在分配给一个单位像素20-2的像素区域中，以相对于像素区域的中心或以穿过该中心的直线为轴呈点对称或线对称。
此时，在8个读出电路20A1至20A4和20B1至20B4中，用于生成相同子帧的读出电路被布置成跨越与它们连接的光电二极管彼此相邻。例如，读出电路20A1和20B1隔着光电二极管211彼此相邻，读出电路20A2和20B2隔着光电二极管212彼此相邻，读出电路20A3和20B3隔着光电二极管213彼此相邻，读出电路20A4和20B4隔着光电二极管214彼此相邻。
在图10所示的示例中，在用于检测具有0°或90°的相位角α的分量的光量Q0的读出电路20A1至20A4中，读出电路20A1布置在像素区域中的左上方，读出电路20A3布置在像素区域中的右上方，读出电路20A2和20A4布置在靠近像素区域中心的下侧。另一方面，在用于检测具有180°或270°的相位角α的分量的光量Q180的读出电路20B1至20B4中，读出电路20B1布置在像素区域中的左下方，读出电路20B3布置在像素区域中的右下方，读出电路20B2和20B4布置在靠近像素区域中心的上侧。
即，在图10所示的示例中，布局是这样的：布置了图8所示的交叉悬挂布置(crosshanging arrangement)和通过将该交叉悬挂布置翻转获得的布置这两个布置。
在这种构造中，当检测相位角α为0°或90°的光量Q0时，存储在读出电路20A1至20A4的存储器24A1至24A4中的电荷被同时传输到浮动扩散区域27。类似地，当检测相位角α为180°或270°的光量Q180时，存储在读出电路20B1至20B4的存储器24B1至24B4中的电荷被同时传输到浮动扩散区域27。
通过这样的操作，与第一构成例相比，除了第一构成例中获得的效果之外，还可以进一步减小由于读出电路的位置(图像高度)等引起的特性差异导致的累积电荷量的差异。因此，可以在不获取反相数据的情况下，生成更高质量的深度帧。
1.6.3第三构成例
例如，根据第三构成例的单位像素20-3的电路构成例可以与第二构成例中参考图9所说明的电路构成例类似。图11是示出根据第一实施方案的第三构成例的单位像素的平面布局示例的平面图。注意，图11示出了其上形成有单位像素20-3的光电二极管211至214的半导体基板的元件形成面的平面布局示例。
通过比较图10和图11可以看出，在第二构成例中，复位晶体管26、放大晶体管28和选择晶体管29分别设置在分开的扩散区域26a、28a和29a中，而在第三构成例中，复位晶体管26、放大晶体管28和选择晶体管29设置在公共扩散区域26b中。
根据这种构造，能够减小各单位像素20-3中的电路面积。结果，可以增加光电二极管211至214的光接收面积，增加存储器24A1至24A4和存储器24B1至24B4的存储容量等，因此，除了第二构成例中获得的效果之外，还可以生成更高质量的深度帧。
1.6.4第四构成例
在上述第一至第三构成例中，通过交替切换和使用一个单位像素20，以时分方式(time division)读出具有90°的相位角α的分量的光量Q90和具有270°的相位角α的分量的光量Q270以及具有0°的相位角α的分量的光量Q0和具有180°的相位角α的分量的光量Q180。
另一方面，在第四构成例中，将通过示例说明能够从一个单位像素20同时读出具有90°的相位角α的分量的光量Q90和具有270°相位角α的分量的光量Q270以及具有0°的相位角α的分量的光量Q0和具有180°的相位角α的分量的光量Q180的情况。
图12是示出根据第一实施方案的第四构成例的单位像素的电路构成例的电路图。图13是示出根据第一实施方案的第四构成例的单位像素的平面布局示例的平面图。注意，图13示出了其上形成有单位像素20-4的光电二极管211至214的半导体基板的元件形成面的平面布局示例。
如图12所示，根据第四构成例的单位像素20-4例如具有与第二构成例中参考图9所说明的单位像素20-2的电路构成类似的电路构成。然而，在第四构成例中，在第二构成例中的8个读出电路20A1至20A4和20B1至20B4之中，把两个读出电路20A1和20A4用作用于读出具有0°的相位角α的分量的光量Q0的读出电路A，把两个读出电路20B1和20B4用作用于读出具有180°的相位角α的分量的光量Q180的读出电路B。然后，在第二构成例中的其余读出电路20A2、20A3、20B2和20B3之中，把读出电路20A2和20B3用作用于读出具有90°的相位角α的分量的光量Q90的读出电路20C1和20C2，把读出电路20A3和20B2用作用于具有270°的读出相位角α的分量的光量Q270的读出电路20D1和20D2。在下面的说明中，当不用区分读出电路20C1和20C2时，它们被称为读出电路C，当不用区分读出电路20D1和20D2时，它们被称为读出电路D。
以这种方式，通过分配8个读出电路20A1、20A4、20B1、20B4、20C2、20C3、20D2和20D3中的两个读出电路来分别读出相位角α为0°、90°、180°和270°的分量的光量Q0、Q90、Q180和Q270，可以一次获取0°/180°、90°/270°、180°/0°和270°/90°的四个子帧。换句话说，通过将八个读出电路20A1、20A4、20B1、20B4、20C2、20C3、20D2和20D3相对于相位角α为0°、90°、180°和270°的分量进行空间划分，可以一次获取0°/180°、90°/270°、180°/0°和270°/90°的四个子帧。
结果，可以显著缩短生成一张距离图像时的读出操作，从而可以以高帧速率生成高质量的深度帧。
注意，如图13所示，在第四构成例中同样，在单位像素20-4的平面布局中，通过在分配给一个单位像素20-4的像素区域内布置用于检测具有相同相位角α的分量的读出电路，以使该读出电路相对于像素区域的中心或以穿过该中心的直线为轴呈点对称或线对称，可以减小由于读出电路的位置(图像高度)等引起的特性差异而导致的累积电荷量的差异，从而可以以高帧速率生成高质量的深度帧。
1.6.5第五构成例
在第五构成例中，将举例说明共享一个浮动扩散区域27的2抽头型单位像素20的基本构造。
图14是示出根据第一实施方案的第五构成例的单位像素的电路构成例的电路图。如图14所示，根据第五构成例的单位像素20-5具有如下电路构成：其中，两个读出电路20A和20B连接到一个光电二极管21，并且两个读出电路20A和20B共享一个浮动扩散区域27。
根据这种电路构成，如上所述，通过将读出时存储在存储器中的电荷同时传送到公共浮动扩散区域27，可以减小由于读出电路的位置(图像高度)等引起的特性差异而导致的存储电荷量的差异。结果，可以在不获取反相数据的情况下生成高质量的深度帧，从而可以以高帧速率生成高质量的深度帧。
另外，通过在读出电路20A和20B中的各者之间共享浮动扩散区域27下游的构造(复位晶体管26、放大晶体管28、选择晶体管29、垂直信号线VSL、列处理电路104中的AD转换器等)，可以消除由下游构造引起的特性差异，从而可以生成更高质量的深度帧。
1.6.6第六构成例
在上述第一至第五构成例中，举例说明了两个读出电路共享一个光电二极管21的所谓的2抽头型电路构成，但是本发明不限于这种构成。例如，也可以采用其中三个读出电路共享一个光电二极管21的所谓的三抽头型电路构成。
图15是示出根据第一实施方案的第六构成例的单位像素的电路构成例的电路图。如图15所示，根据第六构成例的单位像素20-6具有如下电路构成：其中，三个读出电路20A、20B和20C连接到一个光电二极管21，并且三个读出电路20A、20B和20C共享一个浮动扩散区域27。
即使在这种三抽头型单位像素20-6中，与上述构成例类似，也可以在不获取反相数据的情况下生成高质量的深度帧，因此也可以以高帧速率生成高质量的深度帧。
另外，通过在读出电路20A、20B和20C中的各者之间共享浮动扩散区域27下游的构造(复位晶体管26、放大晶体管28、选择晶体管29、垂直信号线VSL和列处理电路104中的AD转换器等)，可以消除由下游构造引起的特性差异，从而可以生成更高质量的深度帧。
1.6.7第七构成例
此外，也可以采用其中四个读出电路共享一个光电二极管21的所谓的四抽头型电路构成。
图16是示出根据第一实施方案的第七构成例的单位像素的电路构成例的电路图。如图16所示，根据第七构成例的单位像素20-7具有如下电路构成：其中，四个读出电路20A、20B、20C和20D连接到一个光电二极管21，并且四个读出电路20A、20B、20C和20D共享一个浮动扩散区域27。
即使在这种四抽头型单位像素20-7中，与上述构成例类似，也可以在不获取反相数据的情况下生成高质量的深度帧，因此也可以以高帧速率生成高质量的深度帧。
另外，通过在读出电路20A、20B、20C和20D中的各者之间共享浮动扩散区域27下游的构造(复位晶体管26、放大晶体管28、选择晶体管29、垂直信号线VSL和列处理电路104中的AD转换器等)，可以消除由下游构造引起的特性差异，从而可以生成更高质量的深度帧。
1.7像素分离结构
接下来，将说明用于将像素阵列部101中彼此相邻布置的多个单位像素20光学分离的结构。
通过将相邻的单位像素20光学分离，可以减少由于入射到某个单位像素20上的光入射到相邻的另一单位像素20上而引起的串扰，因此，可以生成具有更高精度的深度帧。
对于相邻单位像素20的光学分离，例如，能够使用通过在其上形成有光电二极管21的半导体基板中形成沟槽并将预定材料嵌入沟槽中而形成的像素分离部。
因此，将通过一些示例说明像素分离部的平面布局示例。注意，假设以下说明中的平面布局示例是其上形成有光电二极管21的半导体基板的元件形成面上的平面布局示例。
1.7.1第一布局示例
图17是示出根据第一实施方案的第一布局示例的像素分离部的平面布局示例的平面图。注意，在第一布局示例中，将说明使用像素分离部来光学地分离参考图7和图8所说明的根据第一构成例的单位像素20-1的情况。
如图17所示，对于在像素阵列部101中以矩阵形式布置的单位像素20-1，沿着相邻单位像素20-1之间的边界部30设置有像素分离部31。因此，各单位像素20-1被像素分离部31从所有方向包围。
1.7.2第二布局示例
图18是示出根据第一实施方案的第二布局示例的像素分离部的平面布局示例的平面图。注意，在第二布局示例中，将说明使用像素分离部来光学地分离参考图9和图10所说明的根据第二构成例的单位像素20-2的情况。
如图18所示，对于在像素阵列部101中以矩阵形式布置的单位像素20-2，与图17所示的第一布局示例类似，沿着相邻单位像素20-2之间的边界部30设置有像素分离部31。因此，各单位像素20-2从所有方向被像素分离部31包围。
此外，在第二布局示例中，在由像素分离部31包围的像素区域中，成对的读出电路20A1和20B1、20B2和20A2、20B3和20A3以及20A4和20B4的边界部30被元件分离部32光学地分离。
具体地，元件分离部32被分别设置在读出电路20A1和20B1与读出电路20B2和20A2之间、读出电路20A1和20B1与读出电路20B3和20A3之间、读出电路20B2和20A2与读出电路20A4和20B4之间以及读出电路20B3和20A3与读出电路20A4和20B4之间。
通过光学地分离成对的读出电路，可以减少单位像素20中包括的多个光电二极管211至214之间的光的串扰，因此可以生成具有更高精度的深度帧。
注意，元件分离部32的结构例如可以与像素分离部31的结构类似。
1.7.3第三布局示例
图19是示出根据第一实施方案的第三布局示例的像素分离部的平面布局示例的平面图。注意，在第三布局示例中，将说明使用像素分离部来光学地分离参考图9和图11所说明的根据第三构成例的单位像素20-3的情况，但是类似的结构也能够应用于参考图12和图13所说明的根据第四构成例的单位像素20-4。
如图19所示，根据第三布局示例的像素分离部31和元件分离部32具有与第二布局示例中举例说明的像素分离部31和元件分离部32类似的结构。然而，在第二布局示例中，元件分离部32在由像素分离部31划分的像素区域的中心部分处被分割。
由多个读出电路20A1至20A4和20B1至20B4共享的复位晶体管26、浮动扩散区域27、放大晶体管28和选择晶体管29布置在由像素分离部31划分的像素区域的中心部分中。这是因为通过将这些电路元件布置在像素区域的中心部分中，能够将从各光电二极管211至214到电路元件的布线距离的变化最小化。
即使采用这种结构，由于成对的读出电路被光学分离，因此可以减少串扰并生成具有更高精度的深度帧。
1.8单位像素的断面结构例
接下来，将通过一些示例说明单位像素20的断面结构例。在下面的说明中，举例说明沿着图17中的线I-I截取的断面的断面结构和沿着图17中的线II-II截取的断面的断面结构。然而，在沿着线II-II截取的断面的断面结构中，为了简化说明，省略了两个光电二极管211和212中的一个光电二极管212周围的构造以及放大晶体管28和复位晶体管26之间的扩散区域。
1.8.1第一断面结构例
图20是示出根据第一实施方案的第一断面结构例的单位像素的断面结构的示例的沿线I-I截取的断面图，图21是示出根据第一实施方案的第一断面结构例的单位像素的断面结构的示例的沿线II-II截取的断面图。
如图20和图21所示，单位像素20例如具有其中光电二极管211(和光电二极管212)形成在半导体基板40中由像素分离部31划分的区域中的构造。
光电二极管211(和光电二极管212)例如包括其中施主以低浓度扩散的n-型半导体区域42；其中施主浓度高于n-型半导体区域42的n型半导体区域43；以及其中施主以高浓度扩散的n+型半导体区域44。通过n型半导体区域42和43中的光电转换产生的电荷沿着电位梯度被带入具有深电位的n+型半导体区域44中，并且在具有挖出部分的传输栅极23A或23B打开时的时刻被传输到存储器24A或24A。
参考图7和图8所说明的电路元件，即，OFG晶体管221(和222)、传输门晶体管23A1、23A2、23B1和23B2、存储器24A1、24A2、24B1和24B2、传输晶体管25A1、25A2、25B1和25B2、复位晶体管26、浮动扩散区域27、放大晶体管28以及选择晶体管29形成在半导体基板40的元件形成面(在图中，为下表面)上。在它们之中，图20示出了传输门晶体管23A1和23B1、存储器24A1和24B1、传输晶体管25A1和25B1以及浮动扩散区域27，图21示出了OFG晶体管221(和222)。注意，尽管在图20中分别示出了浮动扩散区域27，但是浮动扩散区域可以通过稍后说明的布线层50中的布线52连接。
如图20所示，传输门晶体管23A1和23B1(以及23A2和23B2)可以是在半导体基板40的基板厚度方向上形成的具有垂直结构的垂直晶体管。此外，如图21所示，OFG晶体管221(和222)可以是在半导体基板40的基板厚度方向上形成的双垂直晶体管。此外，传输门晶体管23A1和23B1(以及23A2和23B2)以及OFG晶体管221(和222)可以是包括上述两个垂直结构的具有双结构的垂直晶体管。然而，这些仅仅是示例，并且可以进行各种变形。注意，图20和图21中的绝缘膜51是形成在半导体基板40上的各电路元件的栅极绝缘膜。
在半导体基板40的元件形成面上，形成有包括连接到形成在半导体基板40上的各电路元件的布线52的布线层50。
例如，在半导体基板40的背面(图中的上表面)上，即光入射面上形成有凹凸结构45。以这种方式，通过在光入射面上设置凹凸结构45，该入射面能够具有折射率逐渐变化的结构。结果，入射光被有效地衍射以延长半导体基板40中的入射光的光路长度，并且入射光的反射率降低，因此能够使更多的光入射到光电二极管211(和212)上。结果，由于提高了光电二极管211(和212)的量子效率，因此能够生成具有更高精度的深度帧。注意，周期性的凹凸结构45的周期能够是例如300nm以上。
在半导体基板40的背面上，设置有绝缘膜61、绝缘膜61上的平坦化膜63以及平坦化膜63上的芯片上透镜64。
此外，在平坦化膜63上的相邻单位像素20之间的边界部30处，设置有用于防止相邻像素之间的混色的遮光膜62。对于遮光膜62，例如，可以使用钨(W)等具有遮光性的材料。
作为半导体基板40，例如，能够使用p型硅基板等，并且将其基板厚度减小至例如20μm(微米)以下的厚度。注意，半导体基板40的厚度可以是20μm以上，并且该厚度可以根据光接收单元14的目标特性等来适当地确定。
除了钉扎半导体基板40的入射面的功能之外，绝缘膜61还具有针对入射光的抗反射膜的功能。绝缘膜61例如由氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化铪(HfO2)或氧化钽(Ta2O5)等构成。绝缘膜61的厚度是相对于近红外线的约1/4波片的光学厚度，并且例如能够为50nm以上且150nm以下。平坦化膜63例如可以是使用诸如氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)等绝缘材料形成的膜。
对于芯片上透镜64，例如，能够使用氧化硅(SiO2)或透明树脂等，并且芯片上透镜64的曲率被设置为使得入射光会聚在光电二极管211(或212)的中心附近。
根据第一断面结构例的像素分离部31例如具有通过把诸如氧化硅(SiO2)等绝缘材料嵌入从半导体基板40的元件形成面贯穿到背面的沟槽中而形成的所谓的FFTI(fullfront trench isolation：全前沟槽隔离)型结构。
1.8.2第二断面结构例
图22是示出根据第一实施方案的第二断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线I-I截取的断面图，图23是示出根据第一实施方案的第二断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线II-II截取的断面图。
通过将图20和图21与图22和图23进行比较可以看出，根据第二断面结构例的单位像素20具有与根据第一断面结构例的单位像素20相似的断面结构，在该断面结构中，FFTI型像素分离部31被所谓的RDTI(reverse deep trench isolation：反向深沟槽隔离)型像素分离部33替换。
RDTI型像素分离部33能够例如通过将诸如氧化硅(SiO2)等绝缘材料嵌入从半导体基板40的元件形成面以不贯穿半导体基板40的程度雕刻的沟槽中来形成。
注意，像素分离部33的构造也能够应用于元件分离部32。
1.8.3第三断面结构例
图24是示出根据第一实施方案的第三断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线I-I截取的断面图，图25是示出根据第一实施方案的第三断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线II-II截取的断面图。
通过将图20和图21与图24和图25进行比较可以看出，根据第三断面结构例的单位像素20具有与根据第一断面结构例的单位像素20相似的断面结构，在该断面结构中，FFTI型像素分离部31被FFTI型像素分离部34替换。
像素分离部34例如包括：绝缘膜341，该绝缘膜341覆盖贯穿半导体基板40的前面和背面的沟槽的内表面；以及遮光部342，该遮光部342嵌入由绝缘膜341形成的沟槽中。
例如，绝缘膜341能够使用诸如氧化硅(SiO2)等绝缘材料。另一方面，例如，遮光部342能够使用钨(W)或铝(Al)等。
以这种方式，通过在像素分离部34的内部设置遮光部342，可以将相邻的单位像素20更好地进行光学分离，从而可以生成具有更高精度的深度帧。
注意，像素分离部34的构造也能够应用于元件分离部32。
1.8.4第四断面结构例
图26是示出根据第一实施方案的第四断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线I-I截取的断面图，图27是示出根据第一实施方案的第四断面结构例的单位像素的断面结构例的沿线II-II截取的断面图。
通过将图24和图25与图26和图27进行比较可以看出，根据第四断面结构例的单位像素20具有与根据第三断面结构例的单位像素20相似的断面结构，在该断面结构中，FFTI型像素分离部34被RDTI型像素分离部35替换。
RDTI型像素分离部35例如包括：绝缘膜351，该绝缘膜351覆盖从半导体基板40的元件形成面以不贯穿半导体基板40的程度雕刻的沟槽的内表面；以及遮光部352，该遮光部352嵌入由绝缘膜351形成的沟槽中。
例如，绝缘膜351能够使用诸如氧化硅(SiO2)等绝缘材料。另一方面，例如，遮光部352能够使用钨(W)或铝(Al)等。
注意，像素分离部35的构造也能够应用于元件分离部32。
1.9FD共享的布局
接下来，将说明对于读出电路的布置的各变体是否能够共享FD(共享浮动扩散区域27)。注意，在下面的说明中，H方向表示单位像素20的矩阵阵列中的行方向，V方向表示列方向。另外，在以下说明中提及的附图中，形成一对的用于获取一个子帧的读出电路A和B或读出电路C和D由实线和/或虚线包围。由实线隔开的区域表示不能实现FD共享的情况，由虚线隔开的区域表示可以实现FD共享的情况。
此外，在以下示例的第一至第十六变体中，各单位像素20的像素区域70被划分为2×2的4个区域(以下，称为划分区域)71至74。在划分区域71至74的各者中，除了成对的两个读出电路A和B或C和D之外，还布置有一个光电二极管21(未示出)和一个OFG晶体管22(未示出)。
1.9.1第一变体
图28是示出根据第一实施方案的第一变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图28所示，在第一变体中，在每个划分区域71至74中，用于检测具有0°(或90°)的相位角α的分量的光量Q0(或Q90)的读出电路A布置在左侧，用于检测具有180°(或270°)的相位角α的分量的光量Q180(或Q270)的读出电路B布置在右侧。即，在第一变体中，上面参考图3说明的基本构造的单位像素920以矩阵形式布置。
在这种布局中，由于在H方向上，即，在划分区域71和73中布置的总共四个读出电路A和B以及在划分区域72和74中布置的总共四个读出电路A和B的各者中均不能确保存储器24A和24B的对称性，因此不能共享一个浮动扩散区域27。
另外，类似地在V方向上，由于在划分区域71和72中布置的总共四个读出电路A和B以及在划分区域73和74中布置的总共四个读出电路A和B的各者中均不能确保存储器24A和24B的对称性，因此不能共享一个浮动扩散区域27。
1.9.2第二变体
图29是示出根据第一实施方案的第二变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图29所示，在第二变体中，在划分区域71和73中，读出电路A布置在左侧，读出电路B布置在右侧。另一方面，在划分区域72和74中，读出电路A布置在右侧，读出电路B布置在左侧。
在这种布局中，由于不能确保存储器在H方向上的对称性，因此，布置在划分区域71和73中的总共四个读出电路A和B以及布置在划分区域72和74中的总共四个读出电路A和B不能共享一个浮动扩散区域27。
另一方面，在V方向上，由于确保了存储器的对称性，因此，布置在划分区域71和72中的总共四个读出电路A和B以及布置在划分区域73和74中的总共四个读出电路A和B分别能够共享一个浮动扩散区域27。
1.9.3第三变体
图30是示出根据第一实施方案的第三变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图30所示，在第三变体中，在划分区域71和72中，读出电路20A布置在左侧，读出电路B布置在右侧。另一方面，在划分区域73和74中，读出电路A布置在右侧，读出电路B布置在左侧。
在这种布局中，由于确保了存储器在H方向上的对称性，因此，布置在划分区域71和73中的总共四个读出电路A和B以及布置在划分区域72和74中的总共四个读出电路A和B分别能够共享一个浮动扩散区域27。
另一方面，由于不能确保存储器在V方向上的对称性，因此，布置在划分区域71和72中的总共四个读出电路A和B以及布置在划分区域73和74中的总共四个读出电路A和B不能共享一个浮动扩散区域27。
1.9.4第四变体
图31是示出根据第一实施方案的第四变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图31所示，在第四变体中，在划分区域71和74中，读出电路A布置在左侧，读出电路B布置在右侧。另一方面，在划分区域72和73中，读出电路A布置在右侧，读出电路B布置在左侧。
在这种布局中，由于确保了存储器在H方向上的对称性，因此，布置在划分区域71和73中的总共四个读出电路A和B以及布置在划分区域72和74中的总共四个读出电路A和B分别能够共享一个浮动扩散区域27。
此外，类似地在V方向上，由于确保了存储器的对称性，因此，布置在划分区域71和72中的总共四个读出电路A和B以及布置在划分区域73和74中的总共四个读出电路A和B分别能够共享一个浮动扩散区域27。
1.9.5第五变体
图32是示出根据第一实施方案的第五变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图32所示，在第五变体中，在划分区域71至74的每一者中，读出电路A布置在上侧，读出电路B布置在下侧。
在这种布局中，与第一变体类似，由于在H方向和V方向上均不能确保存储器的对称性，因此不能共享浮动扩散区域27。
1.9.6第六变体
图33是示出根据第一实施方案的第六变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图33所示，在第六变体中，在划分区域71和73中，读出电路A布置在上侧，读出电路B布置在下侧。另一方面，在划分区域72和74中，读出电路A布置在下侧，读出电路B布置在上侧。
在这种布局中，与第二变体类似，由于在H方向上确保了存储器的对称性，因此能够共享浮动扩散区域27。然而，由于在V方向上不能确保存储器的对称性，因此不能共享浮动扩散区域27。
1.9.7第七变体
图34是示出根据第一实施方案的第七变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图34所示，在第七变体中，在划分区域71和72中，读出电路A布置在上侧，读出电路B布置在下侧。另一方面，在划分区域73和74中，读出电路A布置在下侧，读出电路B布置在上侧。
在这种布局中，与第三变体类似，由于在H方向上确保了存储器的对称性，因此能够共享一个浮动扩散区域27，但是由于在V方向上不能确保存储器的对称性，因此不能共享浮动扩散区域27。
1.9.8第八变体
图35是示出根据第一实施方案的第八变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图35所示，在第八变体中，在划分区域71和74中，读出电路20A1和20A4布置在上侧，读出电路20B1和20B4布置在下侧。另一方面，在划分区域72和73中，读出电路20A2和20A3布置在下侧，读出电路20B2和20B3布置在上侧。
在这种布局中，与第四变体类似，由于在H方向和V方向上均确保了存储器的对称性，因此在每个方向上均能够共享浮动扩散区域27。
1.9.9第九变体
图36是示出根据第一实施方案的第九变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图36所示，在第九变体中，在划分区域71至74的每一者中，用于检测具有0°或90°的相位角α的分量的光量Q0或Q90的读出电路A和C布置在左侧，用于检测具有180°或270°的相位角α的分量的光量Q180或Q270的读出电路B和D布置在右侧。
在这种布局中，不仅不能确保存储器在H方向和V方向上的对称性，而且也不能确保存储器相对于像素区域70的中心或以穿过该中心的直线为轴的对称性。因此，不能消除存储器的特性差异或其效果差。
1.9.10第十变体
图37是示出根据第一实施方案的第十变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图37所示，在第十变体中，在划分区域71和73中，读出电路A和C布置在左侧，读出电路B和D布置在右侧。另一方面，在划分区域72和74中，读出电路A和C布置在右侧，读出电路B和D布置在左侧。
在这种布局中，由于不能确保存储器在H方向和V方向上的对称性，因此在H方向和V方向上均不能共享浮动扩散区域27，但是由于可以保证存储器相对于像素区域70的中心或以穿过该中心的直线为轴的对称性，因此可以消除存储器的特性差异。
1.9.11第十一变体
图38是示出根据第一实施方案的第十一变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图38所示，在第十一变体中，在划分区域71和72中，读出电路A和C布置在左侧，读出电路B和D布置在右侧。另一方面，在划分区域73和74中，读出电路A和C布置在右侧，读出电路B和D布置在左侧。
在这种布局中，由于确保了存储器在H方向上的对称性，因此能够共享浮动扩散区域27，但是由于不能确保存储器在V方向上的对称性，因此不能共享浮动扩散区域27。
注意，由于确保了存储器以穿过像素区域70的中心的直线为轴的对称性，因此可以消除存储器的特性差异。
1.9.12第十二变体
图39是示出根据第一实施方案的第十二变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图39所示，在第十二变体中，在划分区域71和74中，读出电路A布置在左侧，读出电路B布置在右侧。另一方面，在划分区域72和73中，读出电路C布置在右侧，读出电路D布置在左侧。
在这种布局中，由于不仅不能确保存储器在H方向和V方向上的对称性，而且也不能确保存储器相对于像素区域70的中心或以穿过该中心的直线为轴的对称性。因此，不能消除存储器的特性差异或其效果差。
1.9.13第十三变体
图40是示出根据第一实施方案的第十三变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图40所示，在第十三变体中，在每个划分区域71至74中，读出电路A和C布置在上侧，读出电路B和D布置在下侧。
在这种布局中，与第九变体类似，由于不仅不能确保存储器在H方向和V方向上的对称性，而且也不能确保存储器相对于像素区域70的中心或以穿过该中心的直线为轴的对称性。因此，不能消除存储器的特性差异或其效果差。
1.9.14第十四变体
图41是示出根据第一实施方案的第十四变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图41所示，在第十四变体中，在划分区域71和73中，读出电路A和C布置在上侧，读出电路B和D布置在下侧。另一方面，在划分区域72和74中，读出电路A和C布置在下侧，读出电路B和D布置在上侧。
在这种布局中，与第十变体类似，由于不能确保存储器在H方向和V方向上的对称性，因此，在H方向和V方向上均不能共享浮动扩散区域27，但是由于确保了存储器相对于像素区域70的中心或以穿过该中心的直线为轴的对称性，因此可以消除存储器的特性差异。
1.9.15第十五变体
图42是示出根据第一实施方案的第十五变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图42所示，在第十五变体中，在划分区域71和73中，读出电路A和C布置在上侧，读出电路B和D布置在下侧。另一方面，在划分区域72和74中，读出电路A和C布置在下侧，读出电路B和D布置在上侧。
在这种布局中，与第十一变体相反，由于不能确保存储器在H方向上的对称性，因此不能共享浮动扩散区域27，但是由于在V方向上可以确保存储器的对称性，因此能够共享浮动扩散区域27。
注意，由于可以确保存储器以穿过像素区域70的中心的直线为轴的对称性，因此可以消除存储器的特性差异。
1.9.16第十六变体
图43是示出根据第一实施方案的第十六变体的存储器的平面布局示例的示意图。如图43所示，在第十六变体中，在划分区域71和74中，读出电路A布置在上侧，读出电路B布置在下侧。另一方面，在划分区域72和73中，读出电路C布置在下侧，读出电路D布置在上侧。
在这种布局中，与第十二变体类似，由于不仅不能确保存储器在H方向和V方向上的对称性，而且也不能确保存储器相对于像素区域70的中心或以穿过该中心的直线为轴的对称性。因此，不能消除存储器的特性差异或其效果差。
1.10特性差异的消除
接下来，将通过示例说明根据本实施方案的特性差异的消除。
注意，在本说明书中，作为比较例，引用图28所示的第一变体或图32所示的第五变体(不能实现H方向和V方向上的FD共享)，作为用于说明根据本实施方案的特性差异消除的效果的示例，引用图31所示的第四变体或图35所示的第八变体(能够实现H方向和V方向上的FD共享)。
此外，在本说明书中，将通过应用参考图3和图4说明的单位像素920来说明比较例，并且将通过应用参考图7和图8说明的根据第一构成例的单位像素20-1来说明本实施方案。
图44是用于说明在比较例中产生的各存储器的累积电荷量的差异的图。图45是用于说明消除根据第一实施方案的各存储器的特性差异的效果的图。
如图44所示，在比较例中，在H方向和V方向上均不能共享浮动扩散区域27(参见图28或图32)。因此，累积在各浮动扩散区域27A中的电荷81A和累积在浮动扩散区域27B中的电荷81B分别变成从一个存储器24A或24B传输的电荷，并且无法获得通过将从确保对称性的多个存储器读出的电荷累积在公共浮动扩散区域27中来消除特性差异的效果。
由于两个存储器24A和24B相对于芯片上透镜64的光学中心对称地布置在属于具有低图像高度的区域(即，像素阵列部101的中心附近的区域)的单位像素920M中，因此不会表现为大的特性差异。
另一方面，在入射光的光轴大幅倾斜并且图像高度高的区域中，即，在属于像素阵列部101的外围区域的单位像素920UL、920UR、920LL和920LR中，由于光瞳校正，两个存储器24A和24B被布置成相对于芯片上透镜64的光学中心大幅偏心，因此出现大的特性差异。
因此，如图45所示，通过采用其中电荷从确保对称性的两个存储器(对应于存储器24A1和24A2或存储器24B1和24B2)传输到共享的浮动扩散区域27的构造，可以减小由浮动扩散区域27中累积的特性差异引起的累积电荷量的差异。
例如，在像素阵列部101的左上区域中共享一个浮动扩散区域27的单位像素20UL(由虚线包围的两个区块)中，当检测到具有0°(或90°)的相位角α的分量的光量Q0(或Q90)时，在确保对称性的两个存储器24A1和24A2中累积的电荷A81和A82被传送到共享的浮动扩散区域27，当检测到具有180°(或270°)的相位角α的分量的光量Q180(或Q270)时，在确保对称性的两个存储器24B1和24B2中累积的电荷B81和B82被传送到共享的浮动扩散区域27。
类似地，在像素阵列部101的左下区域中共享一个浮动扩散区域27的单位像素20LL、在像素阵列部101的右上区域中共享一个浮动扩散区域27的单位像素20UR、在像素阵列部101的右下区域中共享一个浮动扩散区域27的单位像素20LR以及在像素阵列部101的中央区域中共享一个浮动扩散区域27的单位像素20M中，在确保对称性的两个存储器24A1和24A2或24B1和24B2中累积的电荷A81和A82或电荷B81和B82被传送到共享的浮动扩散区域27。
结果，由于在浮动扩散区域27中消除了由存储器的特性差异引起的电荷累积量的差异，因此，可以生成具有更高精度的子帧。结果，可以获得具有更高精度的深度帧。
1.11测距图像(深度帧)的读出操作的示例
接下来，将通过示例说明根据本实施方案的测距图像(深度帧)的读出操作。
图46是示出根据第一实施方案的在使用不包括FD共享结构的单位像素的情况下的深度帧的读出操作的时序图。注意，根据第一实施方案的不包括FD共享结构的单位像素例如可以是上面参考图3所说明的单位像素920。
另一方面，图47是示出根据第一实施方案的在使用具有FD共享结构的单位像素(例如，上述根据第一至第三构成例的单位像素)的情况下的深度帧的读出操作的时序图。此外，图48是示出根据第一实施方案的在使用具有FD共享结构的单位像素(例如，上述根据第四构成例的单位像素)的情况下的深度帧的读出操作的时序图。
如图46至图48所示，用于读出一个子帧的读出操作包括各单位像素20的复位、将通过各单位像素20中的光电转换产生的电荷累积在存储器24A和24B中、累积在存储器24A和24B中的电荷的读出以及切换相位时的死区时段(死区时间)。注意，相位可以是基于照射光L1的脉冲周期将光电二极管21中产生的电荷分配到存储器24A和存储器24B的脉冲周期的相位，并且相位切换可以是切换相位(对应于相位角α)的操作。
此外，如图46所示，在单位像素20不具有FD共享结构的情况下，如上所述，为了消除特性差异，必须获取四个子帧：0°/180°的子帧#1、90°/270°的子帧#2、180°/0°的子帧#3和270°/90°的子帧#4。因此，获取一个深度帧所需的时间大约是获取四个子帧所需时间的四倍。
另一方面，如图47所示，在单位像素20具有FD共享结构的第一至第三结构示例中，由于在浮动扩散区域27中基于特性差异的累积电荷量的差异减小，因此，如图47所示，不需要获取反相子帧#3和#4。因此，获取一个深度帧所需的时间是获取两个子帧所需时间的两倍，即，图46所示的时间的一半。
此外，如图48所示，在第四结构示例中，单位像素20具有FD共享结构，并且可以在一个读出操作中读出具有0°的相位角α的分量的光量Q0、具有90°的相位角α的分量的光量Q90、具有180°的相位角α的分量的光量Q180以及具有270°的相位角α的分量的光量Q270。因此，获取一个深度帧所需的时间等于获取一个子帧所需的时间，即，图46所例示的时间的1/4。
如上所述，根据本实施方案，可以在短时间内获得一个高质量的测距图像(深度帧)。
1.12驱动脉冲示例
接下来，将通过一些示例说明当在光电二极管21中产生的电荷被分配到各存储器时的驱动脉冲。在下面的说明中，假设从发光单元13和光接收单元14到物体90的距离为1m(米)，并且从发光单元13经由物体90到光接收单元14的距离(2m)对应于从发光单元13发射的照射光L1的一个脉冲周期。此外，在以下说明中使用的附图中，叠加在驱动脉冲VGA至VGD上的阴影区域表示累积在施加驱动脉冲的存储器中的电荷量的示例。
1.12.1第一驱动脉冲示例
首先，将把作为第二变体至第四变体以及第六变体至第八变体例示的单位像素20的驱动脉冲示例作为第一驱动脉冲示例进行说明。图49是用于说明第一实施方案的第一驱动脉冲示例的波形图。
在图29至图31以及图33至图32所示的第二变体至第四变体以及第六变体至第八变体中，读出电路20A1至20A4中的存储器24A1至24A4连接到施加了驱动脉冲VGA的公共驱动线(该驱动线的附图标记也为VGA)，并且读出电路20B1至20B4中的存储器24B1至24B4连接到施加了驱动脉冲VGB的公共驱动线(该驱动线的附图标记也为VGB)。
如图49所示，用于获取相对于照射光L1具有0°的相位角α的分量的光量Q0的驱动脉冲VGA可以是具有与从发光单元13发射的照射光L1(即用于驱动发光单元13的驱动脉冲)相同频率和相同相位的脉冲。
另一方面，用于获取相对于照射光L1具有180°的相位角α的分量的光量Q180的驱动脉冲VGB可以是具有与从发光单元13发射的照射光L1(即，用于驱动发光单元13的驱动脉冲)相同频率并且相位偏移180°的脉冲。
如图49所示，在本实施方案中，当获取一个子帧时，多次(图49中为2次)执行将光电二极管21中产生的电荷多次(图49中为4次)分配到存储器24A1至24A4和存储器24B1至24B4的操作(例如，时刻T10至T11和时刻T20至T20)。在本说明书中，将光电二极管21中产生的电荷多次(图49中为4次)分配到存储器24A1至24A4和存储器24B1至24B4的时段(例如，时刻T10至T11和时刻T20至T20)被称为电荷传输时段。
在图49所示的示例中，首先，在将光电二极管21中产生的电荷分配到存储器24A1至24A4以及存储器24B1至24B4的电荷传输时段(T10至T11)之后，经过照射光L1的未发光时段(时刻T11至T20)。然后，接下来，在照射光L1与驱动脉冲VGA和VGB的相位反转的状态下，在将光电二极管21中产生的电荷分配到存储器24A1至24A4以及存储器24B1至24B4的电荷传输时段(时刻T20至T21)之后，经过照射光L1的未发光时段(时刻T21至T30)。
通过以这样的流程执行到各存储器的电荷传输，能够在各存储器中累积相对于照射光L1具有相位角α(＝0°和180°，或90°和270°)的各分量的电荷。注意，将在稍后说明的“累积时段的编码”中说明在不同的电荷传输时段中使照射光L1与驱动脉冲VGA和VGB的相位反转的点。
此外，如上所述，在本实施方案中，在获取子帧的时段(例如，时刻T10至T11与时刻T20至T21之间的时段)之间提供不获取子帧的未分发时段(时刻T11至T20以及时刻T21至T30)。
在未分发时段(时刻T11至T20以及时刻T21至T30)中，施加到OFG晶体管22(221至222或221至224)的栅极的驱动脉冲OFG被设为高电平。结果，在未分发时段内在光电二极管21中产生的电荷经由OFG晶体管22被排出。
1.12.1.1变形例
注意，图49所示的根据第一驱动脉冲示例的驱动脉冲不限于作为第二变体至第四变体以及第六变体至第八变体的图29至图31以及图33至图32所示的连接关系，并且所述驱动脉冲也能够应用于如图50至图55所示的其他连接关系。
在图50至图55所示的示例中，作为施加了驱动脉冲VGA的驱动线，设置有两条驱动线VGA1和VGA2，并且作为施加了驱动脉冲VGB的驱动线，设置有两条驱动线VGB1和VGB2。
存储器24A1至24A4以及存储器24B1至24B4中的每一者均连接到驱动线VGA1、VGA2、VGB1和VGB2中的一条，使得共享浮动扩散区域27的存储器连接到不同的驱动线。然而，在八个存储器24A1至24A4以及存储器24B1至24B4都共享一个浮动扩散区域27的第四变体和第八变体(参见图49和图55)中，各驱动线连接两个存储器，而不受该条件的限制。
即使在这样的连接关系中，也可以通过施加如参考图49所说明的第一驱动脉冲示例来获取子帧。
1.12.2第二驱动脉冲示例
接下来，将把作为第十变体至第十二变体以及第十四变体至第十六变体例示的单位像素20的驱动脉冲示例作为第二驱动脉冲示例进行说明。图56是用于说明第一实施方案的第二驱动脉冲示例的波形图。
在图37至图39以及图41至图40所示的第十变体至第十二变体以及第十四变体至第十六变体中，存储器24A1和24A2连接到施加了驱动脉冲VGA的公共驱动线VGA，存储器24B1和24B2连接到施加了驱动脉冲VGB的公共驱动线VGB，存储器24C1和24C2连接到施加了驱动脉冲VGC的公共驱动线VGC，存储器24D1和24D2连接到施加了驱动脉冲VGD的公共驱动线VGD。
如图56所示，驱动脉冲VGA和VGB可以与第一驱动脉冲示例中的驱动脉冲VGA和VGB类似。
用于获取相对于照射光L1具有90°的相位角α的分量的光量Q90的驱动脉冲VGC可以是具有与从发光单元13发射的照射光L1(即，用于驱动发光单元13的驱动脉冲)相同的频率并且相位偏移90°的脉冲。
此外，用于获取相对于照射光L1具有270°的相位角α的分量的光量Q270的驱动脉冲VGD可以是具有与从发光单元13发射的照射光L1(即，用于驱动发光单元13的驱动脉冲)相同的频率并且相位偏移270°的脉冲。
如图56所示，与第一驱动脉冲示例中参考图49所说明的电荷传输类似，使用驱动脉冲VGA至VGD中的各者向各个存储器的电荷传输可以是交替地重复分成多次的电荷分配(时刻T10至T11以及时刻T20至T21)与电荷排出(时刻T11至T20以及时刻T21至T30)的操作。
通过以这样的流程执行到各存储器的电荷传输，能够在各存储器中累积相对于照射光L1具有相位角α(＝0°、90°、180°和270°)的各分量的电荷。
1.13累积时段的编码
接下来，将参考附图详细地说明累积时段的编码。
ToF方法是通过接收从ToF方法中包括的发光单元发射的照射光的反射光来测量到物体的距离的方法。因此，当反射光以外的光(以下称为干涉光)入射到光接收单元上时，光作为噪声出现，从而妨碍精确的测距。
1.13.1干涉引起的噪声
在此，将举例说明由干涉光产生的噪声。在下面的说明中，与“驱动脉冲示例”的说明类似，假设从发光单元13和光接收单元14到物体90的距离为1m(米)，并且从发光单元13经由物体90到光接收单元14的距离(2m)对应于从发光单元13发射的照射光L1的一个脉冲周期。此外，在以下说明中使用的附图中，叠加在驱动脉冲VGA和VGB上的阴影区域表示累积在施加了驱动脉冲的存储器中的电荷量的示例。此外，在本说明书中，将以作为第二变体至第四变体以及第六变体至第八变体例示的单位像素20为例说明由干涉产生的噪声。
1.13.1.1背景光引起的干涉
作为ToF传感器1受到的干涉之一，存在由太阳光或照明光等背景光(也称为干扰光)入射到光接收单元14上而引起的干涉。图57是用于说明由作为干涉光的背景光产生的噪声的图。
如图57的(a)所示，当考虑到获取一个深度帧的跨度时，背景光通常可以被视为具有恒定强度的光(即，DC分量的光)。在这种情况下，如图57的(b)所示，累积在存储器24A1至24A4中的电荷除了包括通过对反射光L2进行光电转换产生的电荷(以下称为反射光L2的电荷)91A之外，还包括通过对背景光进行光电转换产生的电荷(以下称为背景光的电荷)92A。另一方面，仅背景光的电荷92B累积在其中未累积反射光L2的分量的存储器24B1至24B4中。
这里，如上所述，由于背景光是DC分量的光，因此，存储器24A1至24A4中的电荷92A以及存储器24B1至24B4中的电荷92B具有相同的电荷量。因此，如图57的(b)所示，通过从存储器24A1至24A4中的总电荷量(电荷91A和电荷92A的总量)中减去存储器24B1至24B4中的电荷92B的电荷量，可以获得仅反射光L2的电荷91A的电荷量，即，可以消除由干涉光(背景光)引起的噪声。
1.13.1.2来自另一ToF传感器的干涉
ToF传感器1受到的另一种干涉的示例是从与ToF传感器1不同的另一ToF传感器的发光单元发射的照射光的反射光入射到ToF传感器1的光接收单元14上而引起的干涉(这被称为“来自另一Tof传感器的干涉”)。
在受到来自另一ToF传感器的干涉的情况下，该干涉是否作为噪声出现取决于来自另一ToF传感器的反射光(干涉光)是否在向存储器24A1至24A4或者存储器24B1至24B4进行电荷传输的时段(以下称为累积时段)内入射到光接收单元14。注意，在下面的说明中，没有向存储器24A1至24A4或者存储器24B1至24B4进行电荷传输的时段被称为非累积时段。
1.13.1.2.1在非累积时段内当来自另一ToF传感器的反射光入射时
图58是用于说明在非累积时段内来自另一ToF传感器的反射光(干涉光)入射的情况的图。
如图58的(a)所示，在非累积时段内，在干涉光入射到光接收单元14上的情况下，通过对干涉光进行光电转换而在光电二极管21中产生的电荷不会向存储器24A1至24A4以及存储器24B1至24B4传输，并且该电荷经由OFG晶体管221和222或OFG晶体管221至224被排出。
因此，如图58的(b)所示，仅反射光L2的电荷91A被累积在存储器24A1至24A4中，并且没有电荷累积在没有累积反射光L2的分量的存储器24B1至24B4中。
因此，如图58的(b)所示，在从存储器24A1至24A4中的电荷(电荷91A和92A)的电荷量中减去存储器24B1至24B4中的电荷的电荷量的情况下，电荷量为反射光L2的电荷91A的电荷量。这意味着干涉光没有产生噪声。
1.13.1.2.2在累积时段内当来自另一ToF传感器的反射光入射时
图59是用于说明在累积时段内来自另一ToF传感器的反射光(干涉光)入射的情况的图。图59举例说明了照射光L1的脉冲周期与干涉光的脉冲周期一致并且照射光L1的相位与干涉光的相位一致的情况。
如图59的(a)所示，在累积时段内，在干涉光入射到光接收单元14上的情况下，通过对反射光L2和干涉光两者进行光电转换而在光电二极管21中产生的电荷传输至存储器24A1至24A4以及存储器24B1至24B4。
在这种情况下，如图59的(b)所示，累积在存储器24A1至24A4中的电荷除了包括通过对反射光L2进行光电转换产生的电荷(以下称为反射光L2的电荷)91A之外，还包括通过对干涉光进行光电转换产生的电荷(以下称为干涉光的电荷)93A。另一方面，没有电荷累积在没有累积反射光L2的分量的存储器24B1至24B4中。
因此，如图59的(b)所示，在从存储器24A1至24A4中的电荷(电荷91A和93A)的电荷量中减去存储器24B1至24B4中的电荷的电荷量的情况下，电荷量为反射光L2的电荷91A和干涉光的电荷93A的总电荷量。这意味着，在累积时段内，当来自另一ToF传感器的反射光入射时，除非在存储器24A1至24A4中累积的干涉光的电荷量与在存储器24B1至24B4中累积的干涉光的电荷量匹配，否则不能消除干涉光引起的噪声。
1.13.2关于干涉噪声的消除
如上所述，在间接ToF方法的测距传感器中，由于干涉光的入射而可能产生噪声，从而有可能降低测距精度。
因此，在本实施方案中，在获取一个子帧的时段内，在另一累积时段内的照射光L1(以及驱动脉冲VGA和VGB)的相位与某个累积时段内的照射光L1(以及驱动脉冲VGA和VGB)的相位相反。在本说明书中，这被称为累积时段的编码。
例如，能够通过将一个累积时段与一个位相关联来管理累积时段的编码。在这种情况下，例如，照射光L1(以及驱动脉冲VGA和VGB)的相位可以在与位'0'(以下称为代码0)相关联的累积时段中不反转，而照射光L1(以及驱动脉冲VGA和VGB)的相位可以在与位'1'(以下称为代码1)相关联的累积时段中反转。
具体地，在执行八个累积时段以获取一个子帧的情况下，作为用于对累积时段进行编码的代码，能够使用诸如'01010101'和'00101011'等8位代码。对累积时段进行编码的代码优选是代码0与代码1之间的占空比为50:50的代码。
注意，作为用于对累积时段进行编码的代码串，例如，能够使用利用伪随机数生成器等生成的伪随机数或预先准备的代码串等。
1.13.2.1通过对累积时段进行编码来消除噪声的示例
这里，将举例说明通过对累积时段进行编码来消除噪声。在下面的说明中，与“驱动脉冲示例”的说明类似，假设从发光单元13和光接收单元14到物体90的距离为1m(米)，并且从发光单元13经由物体90到光接收单元14的距离(2m)对应于从发光单元13发射的照射光L1的一个脉冲周期。此外，在以下说明中使用的附图中，叠加在驱动脉冲VGA和VGB上的阴影区域表示累积在施加了驱动脉冲的存储器中的电荷量的示例。此外，在本说明书中，将以作为第二变体至第四变体以及第六变体至第八变体例示的单位像素20为例说明由干涉产生的噪声。然而，在此，假设不设置非累积时段。
1.13.2.1.1来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率与其自身照射光的调制频率不同的情况
图60是用于说明在来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率与其自身照射光的调制频率不同的情况下的根据第一实施方案的噪声消除的图。注意，图60示出了在获取一个子帧时重复四个累积时段的情况。此外，在图60中，用于对四个累积时段进行编码的代码被设为'0101'。
如图60的(a)所示，在来自另一ToF传感器的反射光的调制频率与其自身照射光L1的调制频率不同的情况下，通过使用具有相同占空比的代码对四个累积时段进行编码，通过对来自另一ToF传感器的干涉光(反射光)进行光电转换而产生的电荷能够基本均匀地分配到存储器24A1至24A4以及存储器24A1至24A4。
结果，如图60的(b)所示，在存储器24A1至24A4中累积的电荷中所包括的干涉光的电荷94A的电荷量和在存储器24B1至24B4中累积的电荷中所包括的干涉光的电荷94B的电荷量变得基本相等。
因此，如图60的(b)所示，在从存储器24A1至24A4中的电荷(电荷91A和94A)的电荷量中减去存储器24B1至24B4中的电荷94B的电荷量的情况下，电荷量基本上等于反射光L2的电荷91A的电荷量。这意味着，由干涉光产生的噪声已经被消除到可忽略不计的程度。
1.13.2.1.2来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率与其自身照射光的调制频率相同的情况
图61是用于说明在来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率与其自身照射光的调制频率相同的情况下的根据第一实施方案的噪声消除的图。注意，与图60类似，图61示出了在获取一个子帧时重复四个累积时段的情况，并且用于对四个累积时段进行编码的代码(code)为'0101'。
如图61的(a)所示，在来自另一ToF传感器的反射光的调制频率与其自身照射光L1的调制频率相同的情况下，通过使用具有相同占空比的代码对四个累积时段进行编码，在对来自另一ToF传感器的干涉光(反射光)进行光电转换而产生的电荷之中，在代码0的累积时段中传输到存储器24A1至24A4的电荷94A0和在代码1的累积时段中传输到存储器24A1至24A4的电荷94A1的总电荷量等于在代码0的累积时段中传输到存储器24B1至24B4的电荷94B0和在代码1的累积时段中传输到存储器24B1至24B4的电荷94A1的总电荷量。
因此，如图61的(b)所示，在从存储器24A1至24A4中的电荷(电荷91A、94A0和94A1)的电荷量中减去存储器24B1至24B4中的电荷(电荷94B0和94B1)的电荷量的情况下，电荷量为反射光L2的电荷91A的电荷量。这意味着，消除了由干涉光产生的噪声。
1.13.2.1.3来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率和相位与其自身照射光的调制频率和相位相同的情况
图62是用于说明在来自另一ToF传感器的干涉光的调制频率和相位与其自身照射光的调制频率和相位相同的情况下的根据第一实施方案的噪声消除的图。注意，如图60或图61中那样，图62示出了在获取一个子帧时重复四个累积时段的情况，并且用于对四个累积时段进行编码的代码(code)为'0101'。
如图62的(a)所示，在来自另一ToF传感器的反射光的调制频率和相位与其自身照射光L1的调制频率和相位相同的情况下，在代码0的累积时段中，通过对来自另一ToF传感器的干涉光(反射光)进行光电转换而产生的电荷被传送到存储器24A1至24A4，并且在代码1的累积时段中，通过对来自另一ToF传感器的干涉光(反射光)进行光电转换而产生的电荷被传输到存储器24B1至24B4。
因此，通过使用具有相同占空比的代码对四个累积时段进行编码，能够将通过对来自另一ToF传感器的干涉光(反射光)进行光电转换而产生的电荷均等地分配到存储器24A1至24A4以及存储器24A1至24A4。
结果，如图62的(b)所示，在存储器24A1至24A4中累积的电荷中所包括的干涉光的电荷94A的电荷量和在存储器24B1至24B4中累积的电荷中所包括的干涉光的电荷94B的电荷量变得基本相等。
因此，如图62的(b)所示，在从存储器24A1至24A4中的电荷(电荷91A和94A)的电荷量中减去存储器24B1至24B4中的电荷94B的电荷量的情况下，电荷量为反射光L2的电荷91A的电荷量。这意味着，消除了由干涉光产生的噪声。
1.13.3相位切换时产生的噪声
然而，在如上所述的累积时段的编码中，当在累积时段之间没有提供非累积时段时，会出现如下现象：在通过累积时段的编码进行相位切换之后，在相位切换之前发射的照射光L1的反射光L2的一部分入射到光接收单元14上。结果，原本应该传输到存储器24A1至24A4或存储器24B1至24B4的一部分电荷被传输到存储器24B1至24B4或存储器24A1至24A1，从而可能降低测距精度。
图63是示出ToF传感器与物体彼此接触，即从ToF传感器到物体的距离为0的情况的波形图，图64是示出ToF传感器与物体彼此分离的情况(作为示例，从ToF传感器到物体的距离是与照射光的一个脉冲周期相对应的距离)的波形图。注意，图63和图64都示出了在累积时段之间没有设置非累积时段的情况。
如图63的(a)所示，在ToF传感器1与物体90接触的情况下，在切换光接收单元14的相位之前，即，在根据累积时段的编码切换驱动脉冲VGA和VGB的相位之前，在相位切换之前发射的照射光L1的全部反射光L2入射到光接收单元14上。因此，原本应该传输到存储器24A1至24A4或存储器24B1至24B4的电荷的一部分不会被传输到存储器24B1至24B4或存储器24A1至24A1。如图63的(b)所示，通过从存储器24A1至24A4中累积的电荷95A中减去存储器24B1至24B4中累积的电荷而获得的电荷96的电荷量是对应于反射光L2的量的真实电荷量。
另一方面，如图64的(a)所示，在ToF传感器1与物体90彼此分离的情况下，例如，在从ToF传感器1到物体90的距离是对应于照射光L1的一个脉冲周期的距离(例如，2m)的情况下，在基于累积时段的编码切换驱动脉冲VGA和VGB的相位之后，反射光L2的最后一个脉冲入射到光接收单元14上。因此，原本应该传输到存储器24A1至24A4或存储器24B1至24B4的电荷的一部分被传输到存储器24B1至24B4或存储器24A1至24A1，并且如图64的(b)所示，通过从存储器24A1至24A4中累积的电荷95A中减去存储器24B1至24B4中累积的电荷95B而获得的电荷96的电荷量是相对于与反射光L2的量相对应的真实电荷量包括误差的电荷量。
1.13.3.1相位切换时的噪声消除操作的示例(2抽头型的情况)
因此，在本实施方案中，如图65的(a)所示，在累积时段之间设置有非累积时段。在该非累积时段中，高电平的驱动脉冲OFG被施加给OFG晶体管221至224的栅极。结果，在相位切换之前发射的照射光L1的反射光L2的一部分通过累积时段的编码入射到相位切换之后的光接收单元14上而产生的电荷经由OFG晶体管221至224被排出，因此，可以避免原本应该传输到存储器24A1至24A4或存储器24B1至24B4的电荷的一部分被传输到存储器24B1至24B4或存储器24A1至24A1的现象。结果，如图65的(b)所示，通过从存储器24A1至24A4中累积的电荷95A中减去存储器24B1至24B4中累积的电荷而获得的电荷96的电荷量变成与反射光L2的光量相对应的真实电荷量。
1.13.3.2相位切换时的噪声消除操作的变形例
图65示出了在非累积时段中两个OFG晶体管221和222始终导通的情况，但是本公开不限于这种操作。例如，如图66的(a)所示，在非累积时段中提供给OFG晶体管221的栅极的驱动脉冲OFG1和提供给OFG晶体管222的栅极的驱动脉冲OFG2可以是具有与驱动脉冲VGA和VGB相同周期的脉冲。
结果，提供驱动脉冲VGA、VGB、OFG1和OFG2的垂直驱动电路103能够在累积时段和非累积时段中继续相同的操作，因此，能够使读出电路A和读出电路B各者中的电压降(IR降)的状态保持均匀。结果，减少了在相位切换时产生的噪声，因此能够获得具有更高精度的深度帧。
1.13.3.3相位切换时的噪声消除操作的变形例(3抽头或更多抽头的多抽头型的情况)
此外，在连接到一个光电二极管21的读出电路是具有3个或更多个读出电路的3抽头或更多抽头的多抽头型的情况下，3抽头或更多抽头的除了2个读出电路之外的读出电路可以用于光电二极管21的复位(排出电荷)。例如，图15中的读出电路20C或图16中的读出电路20C和20D可以用于光电二极管21的复位(排出电荷)。
在这种情况下，例如，如图67的(a)所示，在非累积时段中，高电平的驱动脉冲VGC(或VGC和VGD)被施加给读出电路20C(或20C和20D)的传输门晶体管23C(或23C和23D)的栅极。
结果，能够有效地排出在非累积时段中在光电二极管21中产生的电荷，因此能够获取更精确的深度帧。
1.14作用和效果
如上所述，根据本实施方案，由于在读出时存储在存储器中的电荷被传输到公共浮动扩散区域27，因此，可以减小由于各读出电路的特性差异引起的累积电荷量的差异。结果，可以在不获取反相数据的情况下生成高质量的深度帧，从而可以以高的帧速率生成高质量的深度帧。
此外，根据本实施方案，由于多个读出电路共享浮动扩散区域27下游的构造(复位晶体管26、放大晶体管28、选择晶体管29、垂直信号线VSL以及列处理电路104中的AD转换器等)，因此，可以消除由下游构造引起的特性差异，从而可以生成更高质量的深度帧。
此外，根据本实施方案，由于对在获取一个子帧时的多个累积时段进行编码，因此可以降低由于与其他ToF传感器的干扰而产生的噪声，从而获得具有更高精度的深度帧。
此外，根据本实施方案，在累积时段和累积时段之间设置非累积时段，并且在非累积时段中在光电二极管21中生成的电荷经由OFG晶体管221和222或221至224被排出。因此，能够降低在相位切换时产生的噪声，并且能够获取更高精度的深度帧。
2.第二实施方案
接下来，将参考附图详细地说明第二实施方案。在下面的说明中，与上述实施方案相同的构造和操作由相同的附图标记表示，并且将省略其重复说明。
在第一实施方案中，举例说明了具有如下构造的单位像素20：在该构造中，在光电二极管21中产生的电荷被临时累积在存储器中，然后存储器中的电荷被传输至共享的浮动扩散区域27。另一方面，在第二实施方案中，将举例说明被构造为将在光电二极管21中产生的电荷直接传输至浮动扩散区域的单位像素。
2.1第一构成例
图68是示出根据第二实施方案的第一构成例的单位像素的电路构成例的电路图。如图68所示，根据第一构成例的单位像素120-1具有与在第一实施方案中参考图14说明的根据第五构成例的单位像素20-5类似的构造，在该构造中，省略了读出电路20A和20B中的传输门晶体管23A和23B以及存储器24A和24B。此外，在单位像素120-1中，针对读出电路20A和20B分别设置单独的复位晶体管26A或26B、浮动扩散区域27A或27B、放大晶体管28A或28B以及选择晶体管29A或29B。
例如，提供给具有这种电路构成的单位像素120-1的驱动脉冲可以与第一实施方案中参考图65或图66说明的驱动脉冲类似。
结果，在对累积时段的编码中，在非累积时段中在光电二极管21中产生的电荷经由OFG晶体管221和222或221至224被排出，因此，也可以降低在相位切换时产生的噪声，并且获得具有更高精度的深度帧。
2.2第二构成例
图69是示出根据第二实施方案的第二构成例的单位像素的电路构成例的电路图。如图69所示，根据第二构成例的单位像素120-2具有与在第一实施方案中参考图15说明的根据第六构成例的单位像素20-6类似的构造，在该构造中，省略了读出电路20A、20B和20C中的传输门晶体管23A、23B和23C以及存储器24A、24B和24C。此外，在单位像素120-2中，针对读出电路20A、20B和20C分别设置单独的复位晶体管26A、26B或26C、浮动扩散区域27A、27B或27C、放大晶体管28A、28B或28C以及选择晶体管29A、29B或29C。
例如，提供给具有这种电路构成的单位像素120-2的驱动脉冲可以与第一实施方案中参考图67说明的驱动脉冲类似。
结果，能够通过OFG晶体管22和读出电路20C有效地排出在非累积时段中在光电二极管21中产生的电荷，从而能够获得更精确的深度帧。
2.3第三构成例
图70是示出根据第二实施方案的第三构成例的单位像素的电路构成例的电路图。如图70所示，根据第三构成例的单位像素120-3具有与在第一实施方案中参考图16说明的根据第七构成例的单位像素20-7类似的构造，在该构造中，省略了读出电路20A、20B、20C和20D中的传输门晶体管23A、23B、23C和23D以及存储器24A、24B、24C和24D。此外，在单位像素120-3中，针对读出电路20A、20B、20C和20D分别设置单独的复位晶体管26A、26B、26C或26D、浮动扩散区域27A、27B、27C或27D、放大晶体管28A、28B、28C或28D以及选择晶体管29A、29B、29C或29D。
例如，提供给具有这种电路构成的单位像素120-3的驱动脉冲可以与第一实施方案中参考图67说明的驱动脉冲类似。
结果，能够通过OFG晶体管22以及读出电路20C和20D有效地排出在非累积时段中在光电二极管21中产生的电荷，从而能够获得更精确的深度帧。
其他构造、操作和效果可以与上述实施方案的其他构造、操作和效果类似，因此这里省略详细的说明。
3.根据本公开的技术能够适用的层叠式固态摄像装置的构成例
图71是示出根据本公开的技术能够适用的非层叠式固态摄像装置的构成例的概要的图。图72和图73是示出根据本公开的技术能够适用的层叠式固态摄像装置的构成例的概要的图。
图71示出了非层叠式固态摄像装置的示意性构成例。如图71所示，固态摄像装置23010包括一个裸片(半导体基板)23011。裸片23011上安装有：其中像素以阵列状布置的像素区域23012；执行诸如像素的驱动等各种控制的控制电路23013；和用于信号处理的逻辑电路23014。
图72和图73示出了层叠式固态摄像装置的示意性构成例。如图72和图73所示，固态摄像装置23020被构造为一个半导体芯片，其中，传感器裸片23021和逻辑裸片23024的两个裸片层叠并且电连接。
在图72中，在传感器裸片23021上安装有像素区域23012和控制电路23013，并且在逻辑裸片23024上安装有包括进行信号处理的信号处理电路的逻辑电路23014。
在图73中，在传感器裸片23021上安装有像素区域23012，并且在逻辑裸片23024上安装有控制电路23013和逻辑电路23014。
4.根据本公开的技术能够适用的电子设备的示例
图74和图75是示出根据本公开的技术能够适用的电子设备的示例的示意图。注意，在本说明书中，把智能手机作为根据本公开的技术能够适用的电子设备的示例。
图74示出了智能手机的前面的构成例。如图74所示，智能手机1000在设置有显示器1001的前面包括作为发光单元13的有源红外线(IR)光源1131以及作为光接收单元14的前置相机1141和1142。
此外，如图75所示，智能手机1000在与设置有显示器1001的前面相反的后面包括作为发光单元13的有源IR光源1133以及作为光接收单元14的前置相机1143和1144。
5.各种应用例
接下来，将说明本技术的应用例。
例如，如图76所示，本技术能够应用于感测诸如可见光、红外光、紫外光和X射线等光的各种情况。
·用于拍摄欣赏用的图像的装置，例如数码相机或具有相机功能的便携式设备等
·用于交通的装置，例如，为了自动停止等安全驾驶以及识别驾驶员的状态等而拍摄汽车的前方、后方、周围和内部等的图像的车载传感器；用于监视行驶车辆和道路的监视相机；以及用于测量车辆之间的距离的测距传感器等
·用于诸如电视机、冰箱和空凋等家用电器的装置，用于拍摄用户手势的图像并且根据手势进行设备操作
·用于医疗保健的装置，例如内窥镜或通过接收红外光进行血管造影的装置等
·用于安保的装置，例如用于预防犯罪的监控相机或用于个人认证的相机等
·用于美容的装置，例如用于拍摄皮肤的皮肤测量仪器或用于拍摄头皮的显微镜等
·用于运动的装置，例如用于运动等的动作相机或可穿戴相机等
·用于农业的装置，例如用于监测田地和农作物的状况的相机等
6.移动体的应用例
根据本公开的技术可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船和机器人等任何一种类型的移动体上的装置。
图77是示出了作为可以应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构成示例的框图。
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图77示出的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能配置，示出了微型计算机12051、声音图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下装置的控制装置：如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构；调整车辆的转向角的转向机构；产生车辆的制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020充当以下装置的控制装置：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置以及如前照灯、后照灯、刹车灯、转向信号灯和雾灯等各种灯。在这种情况下，可以将从替代钥匙的便携式设备发送的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测安装了车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，摄像单元12031连接到车外信息检测单元12030上。车外信息检测单元12030使得摄像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收拍摄到的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像对人、车辆、障碍物、标志或路面上的字符等执行物体检测处理或距离检测处理。
摄像单元12031是接收光并且输出与接收光的光量相对应的电信号的光学传感器。摄像单元12031可以输出电信号作为图像，或者可以输出电信号作为距离测量信息。此外，由摄像单元12031接收到的光可以是可见光或可以是如红外线等的不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车内信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测单元12041包括拍摄驾驶员的相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息计算驾驶员的疲劳程度或集中程度，或可以判定驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部和外部的信息计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行协同控制以实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能，该功能包括车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟车行驶、车速保持行驶、车辆的碰撞警告和车辆的车道偏离警告等。
此外，微型计算机12051基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆周围的信息控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等，从而执行旨在实现车辆不依赖驾驶员的操作的自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
此外，微型计算机12051可以基于车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息向车身系统控制单元12020输出控制指令。例如，微型计算机12051可以根据车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置通过控制前照灯例如将远光灯切换为近光灯等来执行防止眩光的协同控制。
声音图像输出单元12052将声音和图像中的至少一种的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够在视觉上和听觉上向车辆的乘客或车辆的外部通知信息。在图77的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表面板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
图78是示出了摄像单元12031的安装位置的示例的图。
在图78中，作为摄像单元12031，包括摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠或后门以及车内挡风玻璃的上部等位置。设置在前鼻上的摄像单元12101和设置在车内挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要获取车辆12100的前方图像。设置在侧视镜上的摄像单元12102和12103主要获取车辆12100的侧面的图像。设置在后保险杠或后门上的摄像单元12104主要获取车辆12100的后面的图像。设置在车内挡风玻璃的上部的摄像单元12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。
注意，图78示出了摄像单元12101到12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻上的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜上的摄像单元12102和12103的摄像范围，以及摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门上的摄像单元12104的摄像范围。例如，通过叠加摄像单元12101到12104拍摄的图像数据可以获得从上方观察到的车辆12100的俯瞰图像。
摄像单元12101到12104中至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像单元12101到12104中的至少一个可以是包括多个摄像元件的立体相机，或可以是具有用于相位差检测的像素的摄像元件。
例如，微型计算机12051基于从摄像单元12101到12104中获得的距离信息，获得到摄像范围12111到12114中的每个三维物体的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而将在车辆12100的行驶路径上以预定的速度(例如，等于或大于0km/h)在与车辆12100大致相同的方向上行驶的三维物体(特别地，最接近的三维物体)提取为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设定与前方车辆之间要确保的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)和自动加速控制(包括跟车启动控制)等。如上所述，可以执行旨在实现车辆不依赖驾驶员的操作的自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，微型计算机12051基于从摄像单元12101到12104获得的距离信息可以将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人和如电线杆等其他三维物体，提取三维物体数据，并且可以将这些三维物体数据用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为由车辆12100的驾驶员视觉上可以识别的障碍物和由驾驶员视觉上无法识别的障碍物。然后，微型计算机12051判定表示与每一个障碍物碰撞的风险的碰撞风险，并且在碰撞风险为设定值或高于设定值并且存在碰撞可能的情况下，微型计算机12051可以通过经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告或者通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向来执行碰撞避免的驾驶辅助。
摄像单元12101到12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判定在摄像单元12101到12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过提取在作为红外相机的摄像单元12101到12104的拍摄图像中的特征点的过程和通过对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理并且判断是否是行人的过程进行这种行人的识别。例如，当微型计算机12051判定在摄像单元12101到12104的拍摄图像中存在行人并且识别出行人时，声音图像输出单元12052控制显示单元12062叠加并且显示用于强调所识别出的行人的方形轮廓线。此外，声音图像输出单元12052可以使显示单元12062在期望的位置显示表示行人灯的图标。
上面，已经说明了能够应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术能够应用于上述构造中的摄像单元12031和驾驶员状态检测单元12041等。具体地，根据本公开的ToF传感器1能够应用于摄像单元12101、12102、12103、12104和12105等。结果，能够更准确地检测车辆12100周围的情况，因此，能够实现自动驾驶等中的更准确的控制以及更准确地掌握驾驶员的状态等。
尽管上面已经对本公开的实施方案进行了说明，但是本公开的技术范围不限于上述实施方案，而且能够在不脱离本公开的要点的范围内进行各种改变。另外，也可以适当地组合不同实施方案及变形例的构成。
此外，本说明书中描述的各实施方案的效果仅是示例并且不受限制，而且可以提供其他效果。
此外，可以单独使用上述实施方案中的每一个，或者也可以与其他实施方案组合使用。
注意，本技术也能够具有以下构造。
(1)一种固态摄像装置，其包括：
像素阵列部，在所述像素阵列部中，多个像素以矩阵状布置，其中，
各个所述像素包括：
多个光电转换单元，每个所述光电转换单元对入射光进行光电转换以产生电荷；
浮动扩散区域，其累积电荷；
多个传输电路，其将所述多个光电转换单元中的各者中产生的电荷传输到所述浮动扩散区域；和
第一晶体管，其使具有与累积在所述浮动扩散区域中的所述电荷的电荷量相对应的电压值的像素信号出现在信号线上。
(2)根据(1)所述的固态摄像装置，其中，
所述多个像素中的各者布置在单独分配在半导体基板的第一表面上的像素区域中，
所述多个传输电路包括：
多个第一传输电路，所述多个第一传输电路相对于所述像素区域的中心或以穿过所述中心的直线为轴呈点对称或线对称地布置；和
多个第二传输电路，所述多个第二传输电路相对于所述中心或以所述直线为轴呈点对称或线对称地布置；并且
各个所述光电转换单元相对于在所述矩阵状布置中在预定方向上布置的第一传输电路和第二传输电路的组合一对一地设置。
(3)根据(2)所述的固态摄像装置，其中，各个所述传输电路包括第二晶体管，所述第二晶体管具有从所述半导体基板的所述第一表面到达布置在所述半导体基板中的所述光电转换单元的垂直结构。
(4)根据(3)所述的固态摄像装置，其中，所述第二晶体管具有两个所述垂直结构。
(5)根据(2)至(4)中任一项所述的固态摄像装置，还包括：
驱动单元，其被构造成驱动所述多个传输电路的所述电荷的传输，其中，
所述驱动单元驱动所述第一传输电路和所述第二传输电路，使得经由所述第一传输电路的所述电荷的传输时刻与经由所述第二传输电路的所述电荷的传输时刻不同。
(6)根据(5)所述的固态摄像装置，其中，
所述驱动单元
将相对于预定周期的脉冲具有第一相位角并且具有所述预定周期的第一驱动脉冲输入到所述第一传输电路，并且，
将相位相对于所述第一驱动脉冲偏移180°的第二驱动脉冲输入到所述第二传输电路。
(7)根据(6)所述的固态摄像装置，其中，
所述驱动单元
以相同的相位驱动所述多个第一传输电路，并且
以相同的相位驱动所述多个第二传输电路。
(8)根据(7)所述的固态摄像装置，其中，所述多个第一传输电路和所述多个第二传输电路相对于所述中心或以所述直线为轴呈点对称或线对称地布置。
(9)根据(7)或(8)所述的固态摄像装置，其中，
所述多个传输电路还包括多个第三传输电路和多个第四传输电路，并且
所述驱动单元
将相位相对于所述第一驱动脉冲偏移90°的第三驱动脉冲输入到所述多个第三传输电路中的各者，并且以相同的相位驱动所述第三驱动脉冲，并且，
将相位相对于所述第三驱动脉冲偏移180°的第四驱动脉冲输入到所述多个第四传输电路中的各者，并且以相同的相位驱动所述第四驱动脉冲。
(10)根据(9)所述的固态摄像装置，其中，
所述第一驱动脉冲相对于所述预定周期的脉冲具有0°的所述第一相位角，
所述第二驱动脉冲相对于所述预定周期的脉冲具有180°的第二相位角，
所述第三驱动脉冲相对于所述预定周期的脉冲具有90°的第三相位角，并且
所述第四驱动脉冲相对于所述预定周期的脉冲具有270°的第四相位角。
(11)根据(9)或(10)所述的固态摄像装置，其中，所述多个第一传输电路、所述多个第二传输电路、所述多个第三传输电路和所述多个第四传输电路相对于所述中心或以所述直线为轴呈点对称或线对称地布置。
(12)根据(9)至(11)中任一项所述的固态摄像装置，其中，
各个所述传输电路包括保持在所述光电转换单元中产生的所述电荷的存储器，并且
所述驱动单元
将相对于所述预定周期的脉冲具有0°的相位角并且具有所述预定周期的第一驱动脉冲输入到所述多个第一传输电路，以将所述电荷累积在所述多个第一传输电路中的各者的所述存储器中，
将相对于所述预定周期的脉冲具有180°的相位角并且具有所述预定周期的第二驱动脉冲输入到所述多个第二传输电路，以将所述电荷累积在所述多个第二传输电路中的各者的所述存储器中，
将相对于所述预定周期的脉冲具有90°的相位角并且具有所述预定周期的第三驱动脉冲输入到所述多个第三传输电路，以将所述电荷累积在所述多个第三传输电路中的各者的所述存储器中，并且
将相对于所述预定周期的脉冲具有270°的相位角并且具有所述预定周期的第四驱动脉冲输入到所述多个第四传输电路，以将所述电荷累积在所述多个第四传输电路中的各者的所述存储器中。
(13)根据(12)所述的固态摄像装置，其中，所述存储器是MOS(metal-oxide-semiconductor：金属氧化物半导体)型存储器。
(14)根据(9)至(13)中任一项所述的固态摄像装置，还包括信号处理单元，所述信号处理单元基于经由所述第一传输电路传输的所述电荷和经由所述第二传输电路传输的所述电荷之间的差值与经由所述第三传输电路传输的所述电荷和经由所述第四传输电路传输的所述电荷之间的差值的比率生成距离信息。
(15)根据(2)所述的固态摄像装置，其中，各个所述像素还包括第三晶体管，所述第三晶体管排出在所述光电转换单元中产生的电荷。
(16)根据(15)所述的固态摄像装置，其中，所述第三晶体管具有从所述半导体基板的所述第一表面到达布置在所述半导体基板中的所述光电转换单元的垂直结构。
(17)根据(16)所述的固态摄像装置，其中，所述第三晶体管具有两个所述垂直结构。
(18)根据(6)所述的固态摄像装置，其中，
所述驱动单元将在各个所述光电转换单元中产生的所述电荷划分为多个累积时段，并且将划分的电荷传输到所述浮动扩散区域，并且
所述驱动单元针对每个所述累积时段将所述第一驱动脉冲和所述第二驱动脉冲中的各者的相位反转。
(19)根据(18)所述的固态摄像装置，其中，
各个所述像素还包括第三晶体管，所述第三晶体管排出在所述光电转换单元中产生的电荷，
所述驱动单元设置非累积时段，在所述非累积时段中，在各个所述光电转换单元中产生的所述电荷不会在所述累积时段被传输到所述浮动扩散区域，并且
所述驱动单元在所述非累积时段中经由所述第三晶体管排出在所述光电转换单元中产生的电荷。
(20)根据(2)至(19)中任一项所述的固态摄像装置，还包括像素分离部，所述像素分离部沿着所述像素区域的边界部设置，并将相邻的所述像素彼此光学分离。
(21)根据(20)所述的固态摄像装置，其中，所述像素分离部设置在沟槽中，所述沟槽从所述第一表面向与所述第一表面相反的第二表面贯穿所述半导体基板或者从所述第一表面到达所述半导体基板的中部。
(22)根据(20)或(21)所述的固态摄像装置，其中，所述像素分离部包括以氧化硅为主要成分的电介质和具有反射近红外线的光学特性的金属中的至少一种。
(23)根据(20)至(22)中任一项所述的固态摄像装置，还包括元件分离部，所述元件分离部设置在所述像素区域中的所述多个光电转换元件之间的至少一部分中，并且将相邻的所述光电转换元件彼此光学分离。
(24)根据(23)所述的固态摄像装置，其中，所述元件分离部设置在沟槽中，所述沟槽从所述第一表面向与所述第一表面相反的第二表面贯穿所述半导体基板或者从所述第一表面到达所述半导体基板的中部。
(25)根据(23)或(24)所述的固态摄像装置，其中，所述元件分离部包括以氧化硅为主要成分的电介质和具有反射近红外线的光学特性的金属中的至少一种。
(26)根据(1)至(25)中任一项所述的固态摄像装置，其中，在各个所述光电转换单元的光接收面上设置有周期性的凹凸结构。
(27)根据(26)所述的固态摄像装置，其中，所述周期性的凹凸结构的周期为300nm(纳米)以上。
(28)一种测距装置，其包括：
光接收单元，所述光接收单元包括像素阵列部，在所述像素阵列部中，多个像素以矩阵状布置；和
发光单元，所述发光单元发射预定周期的脉冲状照射光，其中，
各个所述像素包括：
多个光电转换单元，每个所述光电转换单元对入射光进行光电转换以产生电荷；
浮动扩散区域，其累积电荷；
多个传输电路，其将所述多个光电转换单元中的各者中产生的电荷传输到所述浮动扩散区域；和
第一晶体管，其使具有与累积在所述浮动扩散区域中的所述电荷的电荷量相对应的电压值的像素信号出现在信号线上。
附图标记列表
1 ToF传感器
11 控制单元
13 发光单元
14 光接收单元
15 计算单元
19 外部I/F
20,20-1至20-7,120-1,120-2,120-3,920 单位像素
20A,20A1至20A4,20B,20B1至20B4,20C,20C1,20C2,20D1,20D2,120A,120B,120C,120D,920A,920B 读出电路
21,211至214 光电二极管
22,221至224 OFG晶体管
23A,23A1至23A4,23B,23B1至23B4,23C1,23C2,23D1,23D2 传输门晶体管
24A,24A1至24A4,24B,24B1至24B4,24C,24C1,24C2,24D,24D1,24D2 存储器
25A,25A1至25A4,25B,25B1至25B4,25C,25C1,25C2,25D,25D1,25D2 传输晶体管
26,26A,26B 复位晶体管
27,27A,27B 浮动扩散区域
28,28A,28B 放大晶体管
29,29A,29B 选择晶体管
30 边界部
31,33,34,35 像素分离部
32 元件分离部
40 半导体基板
42 n-型半导体区域
43 n型半导体区域
44 n+型半导体区域
45 凹凸结构
50 布线层
51 绝缘膜
52 布线
61 绝缘膜
62 遮光膜
63 平坦化膜
64 芯片上透镜
70 像素区域
71至74 划分区域
80 主机
90 物体
100 固态摄像装置
101 像素阵列部
102 系统控制单元
103 垂直驱动电路
104 列处理电路
105 水平驱动电路
106 信号处理单元
107 数据存储单元
341,351 绝缘膜
342,352 遮光部
LD 像素驱动线
VGA,VGB,VGC,VGD 驱动线(驱动脉冲)
VSL,VSLA,VSLB 垂直信号线

Claims (20)

1.一种固态摄像装置，其包括：
像素阵列部，在所述像素阵列部中，多个像素以矩阵状布置，其中，
各个所述像素包括：
多个光电转换单元，每个所述光电转换单元对入射光进行光电转换以产生电荷；
浮动扩散区域，其累积电荷；
多个传输电路，其将所述多个光电转换单元中的各者中产生的电荷传输到所述浮动扩散区域；和
第一晶体管，其使具有与累积在所述浮动扩散区域中的所述电荷的电荷量相对应的电压值的像素信号出现在信号线上。
2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，
所述多个像素中的各者布置在单独分配在半导体基板的第一表面上的像素区域中，
所述多个传输电路包括：
多个第一传输电路，所述多个第一传输电路相对于所述像素区域的中心或以穿过所述中心的直线为轴呈点对称或线对称地布置；和
多个第二传输电路，所述多个第二传输电路相对于所述中心或以所述直线为轴呈点对称或线对称地布置；并且
各个所述光电转换单元相对于在所述矩阵状布置中在预定方向上布置的第一传输电路和第二传输电路的组合一对一地设置。
3.根据权利要求2所述的固态摄像装置，其中，各个所述传输电路包括第二晶体管，所述第二晶体管具有从所述半导体基板的所述第一表面到达布置在所述半导体基板中的所述光电转换单元的垂直结构。
4.根据权利要求2所述的固态摄像装置，还包括：
驱动单元，其被构造成驱动所述多个传输电路的所述电荷的传输，其中，
所述驱动单元驱动所述第一传输电路和所述第二传输电路，使得经由所述第一传输电路的所述电荷的传输时刻与经由所述第二传输电路的所述电荷的传输时刻不同。
5.根据权利要求4所述的固态摄像装置，其中，
所述驱动单元
将相对于预定周期的脉冲具有第一相位角并且具有所述预定周期的第一驱动脉冲输入到所述第一传输电路，并且，
将相位相对于所述第一驱动脉冲偏移180°的第二驱动脉冲输入到所述第二传输电路。
6.根据权利要求5所述的固态摄像装置，其中，
所述驱动单元
以相同的相位驱动所述多个第一传输电路，并且
以相同的相位驱动所述多个第二传输电路。
7.根据权利要求6所述的固态摄像装置，其中，所述多个第一传输电路和所述多个第二传输电路相对于所述中心或以所述直线为轴呈点对称或线对称地布置。
8.根据权利要求6所述的固态摄像装置，其中，
所述多个传输电路还包括多个第三传输电路和多个第四传输电路，并且
所述驱动单元
将相位相对于所述第一驱动脉冲偏移90°的第三驱动脉冲输入到所述多个第三传输电路中的各者，并且以相同的相位驱动所述第三驱动脉冲，并且，
将相位相对于所述第三驱动脉冲偏移180°的第四驱动脉冲输入到所述多个第四传输电路中的各者，并且以相同的相位驱动所述第四驱动脉冲。
9.根据权利要求8所述的固态摄像装置，其中，
所述第一驱动脉冲相对于所述预定周期的脉冲具有0°的所述第一相位角，
所述第二驱动脉冲相对于所述预定周期的脉冲具有180°的第二相位角，
所述第三驱动脉冲相对于所述预定周期的脉冲具有90°的第三相位角，并且
所述第四驱动脉冲相对于所述预定周期的脉冲具有270°的第四相位角。
10.根据权利要求8所述的固态摄像装置，其中，所述多个第一传输电路、所述多个第二传输电路、所述多个第三传输电路和所述多个第四传输电路相对于所述中心或以所述直线为轴呈点对称或线对称地布置。
11.根据权利要求8所述的固态摄像装置，其中，
各个所述传输电路包括保持在所述光电转换单元中产生的所述电荷的存储器，并且
所述驱动单元
将相对于所述预定周期的脉冲具有0°的相位角并且具有所述预定周期的第一驱动脉冲输入到所述多个第一传输电路，以将所述电荷累积在所述多个第一传输电路中的各者的所述存储器中，
将相对于所述预定周期的脉冲具有180°的相位角并且具有所述预定周期的第二驱动脉冲输入到所述多个第二传输电路，以将所述电荷累积在所述多个第二传输电路中的各者的所述存储器中，
将相对于所述预定周期的脉冲具有90°的相位角并且具有所述预定周期的第三驱动脉冲输入到所述多个第三传输电路，以将所述电荷累积在所述多个第三传输电路中的各者的所述存储器中，并且
将相对于所述预定周期的脉冲具有270°的相位角并且具有所述预定周期的第四驱动脉冲输入到所述多个第四传输电路，以将所述电荷累积在所述多个第四传输电路中的各者的所述存储器中。
12.根据权利要求8所述的固态摄像装置，还包括信号处理单元，所述信号处理单元基于经由所述第一传输电路传输的所述电荷和经由所述第二传输电路传输的所述电荷之间的差值与经由所述第三传输电路传输的所述电荷和经由所述第四传输电路传输的所述电荷之间的差值的比率生成距离信息。
13.根据权利要求2所述的固态摄像装置，其中，各个所述像素还包括第三晶体管，所述第三晶体管排出在所述光电转换单元中产生的电荷。
14.根据权利要求13所述的固态摄像装置，其中，所述第三晶体管具有从所述半导体基板的所述第一表面到达布置在所述半导体基板中的所述光电转换单元的垂直结构。
15.根据权利要求5所述的固态摄像装置，其中，
所述驱动单元将在各个所述光电转换单元中产生的所述电荷划分为多个累积时段，并且将划分的电荷传输到所述浮动扩散区域，并且
所述驱动单元针对每个所述累积时段将所述第一驱动脉冲和所述第二驱动脉冲中的各者的相位反转。
16.根据权利要求15所述的固态摄像装置，其中，
各个所述像素还包括第三晶体管，所述第三晶体管排出在所述光电转换单元中产生的电荷，
所述驱动单元设置非累积时段，在所述非累积时段中，在各个所述光电转换单元中产生的所述电荷不会在所述累积时段被传输到所述浮动扩散区域，并且
所述驱动单元在所述非累积时段中经由所述第三晶体管排出在所述光电转换单元中产生的电荷。
17.根据权利要求2所述的固态摄像装置，还包括像素分离部，所述像素分离部沿着所述像素区域的边界部设置，并将相邻的所述像素彼此光学分离。
18.根据权利要求17所述的固态摄像装置，还包括元件分离部，所述元件分离部设置在所述像素区域中的所述多个光电转换元件之间的至少一部分中，并且将相邻的所述光电转换元件彼此光学分离。
19.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其中，在各个所述光电转换单元的光接收面上设置有周期性的凹凸结构。
20.一种测距装置，其包括：
光接收单元，所述光接收单元包括像素阵列部，在所述像素阵列部中，多个像素以矩阵状布置；和
发光单元，所述发光单元发射预定周期的脉冲状照射光，其中，
各个所述像素包括：
多个光电转换单元，每个所述光电转换单元对入射光进行光电转换以产生电荷；
浮动扩散区域，其累积电荷；
多个传输电路，其将所述多个光电转换单元中的各者中产生的电荷传输到所述浮动扩散区域；和
第一晶体管，其使具有与累积在所述浮动扩散区域中的所述电荷的电荷量相对应的电压值的像素信号出现在信号线上。
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