距离测量装置及固体摄像装置制造方法及图纸

距离测量装置包括：发光部、多个像素(100)以矩阵状排列而成的像素阵列(11)、以及计算到测量对象为止的距离的控制部。多个像素(100)分别包括：雪崩光电二极管(101)、用于暂时保持信号电荷的一次积累区域(102)、以及并联地设置于一次积累区域的多个存储元件(120)。控制部在发光部的射出光的光脉冲的一个周期的时间内，在与互不相同的距离区间相对应的时刻进行多次曝光，使在各次曝光后生成的信号电荷积累在互不相同的存储元件中，读出信号电荷来计算到测量对象为止的距离。算到测量对象为止的距离。算到测量对象为止的距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】距离测量装置及固体摄像装置


[0001]本公开涉及一种构成为能够获取距离信息的距离测量装置及固体摄像装置。

技术介绍

[0002]以往，固体摄像装置一直致力于高灵敏度、高清晰地进行摄像。近年来，出现了兼具还能够获取距离信息的功能的固体摄像装置。通过对图像附加距离信息，能够获取拍摄对象的三维信息。
[0003]例如，在拍摄对象是人物的情况下，能够三维地检测姿势(gesture)，从而能够作为各种设备的输入装置使用。此外，通过搭载在汽车上，能够识别与存在于本车周围的物体、人物之间的距离，从而能够应用于碰撞防止、自动驾驶等。
[0004]作为距离测量方法，例如，已知有TOF(Time Of Flight：飞行时间)法，该方法向拍摄对象物照射光，根据来自拍摄对象物的反射波的返回时间来测量距离。
[0005]在专利文献1中，示出了使用光电二极管的相位差的TOF方式的半导体测距元件。在专利文献1中，对一个光电二极管设置两个传输栅极电极，各个传输栅极电极与存储元件连接。在专利文献1中，个别地读出在光电二极管中产生的信号电荷，根据所积累的电荷的分配比来测量到对象物为止的距离。
[0006]专利文献1：国际公开公报第2007
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026779号

技术实现思路

[0007]‑
专利技术要解决的技术问题
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[0008]但是，在TOF法中，测量对象物越远，返回光子数越少，因此存在对信号作出贡献的光相对于射出光的比例、即光利用效率降低的问题。如专利文献1那样，如果是在光电二极管中设置了多个传输晶体管的构造，则能够以一次射出光对多个距离区间进行曝光，能够提高光利用效率，但由于是使用了光电二极管的构造，因此需要进行电荷的完全转移。于是，产生布置制约，存在不能布置所希望数量的晶体管的问题。此外，存在随着传输晶体管的数量增加，电位设计变得更加复杂的问题。即，存在扩展性低、不能充分提高距离测量装置的光利用效率的问题。
[0009]因此，本公开的目的在于：提高距离测量装置的光利用效率。
[0010]‑
用以解决技术问题的技术方案
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[0011]为了解决上述技术问题，本公开的一实施方式所涉及的距离测量装置包括：发光部，所述发光部朝向测量对象发出射出光；像素阵列，在所述像素阵列中，多个像素以矩阵状排列，所述像素阵列将所述射出光被所述测量对象反射后的反射光作为入射光接收；以及控制部，所述控制部控制所述发光部和所述像素阵列，并计算到所述测量对象为止的距离，所述多个像素分别包括：雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管对所述入射光进行光电转换而产生信号电荷；一次积累区域，所述一次积累区域暂时保持所述信号电荷；以及多个存储元件，所述多个存储元件并联地设置于所述一次积累区域，并用于积累所述信号电荷，
所述控制部使所述发光部发出规定周期的脉冲状的所述射出光，在所述射出光的光脉冲的一个周期的时间内，在与互不相同的距离区间相对应的时刻进行多次曝光，使在各次曝光后生成的信号电荷积累在互不相同的所述存储元件中，读出所述信号电荷来计算到所述测量对象为止的距离。
[0012]‑
专利技术的效果
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[0013]根据本公开，能够提高距离测量装置的光利用效率。
附图说明
[0014]图1是示出距离测量装置的构成例的简图；
[0015]图2是第一实施方式所涉及的像素的电路图；
[0016]图3是示出第一实施方式所涉及的像素的动作顺序的图；
[0017]图4是第一实施方式的变形例1所涉及的像素的电路图；
[0018]图5是第一实施方式的变形例2所涉及的像素的电路图；
[0019]图6是示出第一实施方式的变形例2所涉及的第一晶体管及第四晶体管的动作顺序的图；
[0020]图7是第二实施方式所涉及的固体摄像装置的电路图；
[0021]图8是示出图7的第一晶体管的动作顺序的一部分的图；
[0022]图9是第二实施方式所涉及的固体摄像装置的电路图；
[0023]图10是第二实施方式所涉及的固体摄像装置的电路图；
[0024]图11是第三实施方式所涉及的像素的电路图；
[0025]图12是示出第三实施方式所涉及的像素的动作顺序的图；
[0026]图13是第三实施方式的变形例1所涉及的像素的电路图；
[0027]图14是示出第三实施方式的变形例1所涉及的像素的动作顺序的图；
[0028]图15是第四实施方式所涉及的像素的电路图；
[0029]图16是示出第四实施方式所涉及的像素的动作顺序的图；
[0030]图17是第四实施方式的变形例1所涉及的像素的电路图；
[0031]图18是示出第四实施方式的变形例1所涉及的像素的动作顺序的图；
[0032]图19是第四实施方式的变形例2所涉及的像素的电路图；
[0033]图20是存储元件在矩阵方向上扩展后的像素的电路图；
[0034]图21是其他的固体摄像装置的电路图；
[0035]图22是第二实施方式所涉及的固体摄像装置的电路图；
[0036]图23是示出图11的固体摄像装置的其他例子的电路图。
具体实施方式
[0037]以下，根据附图对本公开的实施方式进行详细的说明。以下的实施方式的说明本质上只不过是示例而已，没有对本申请的专利技术、其应用对象或其用途加以限制的意图。
[0038]<第一实施方式>
[0039]‑
距离测量装置的构成
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[0040]图1是示出第一实施方式所涉及的距离测量装置的构成例的简图。如图1所示，本
实施方式所涉及的距离测量装置包括固体摄像装置1、信号处理装置2、计算机3以及光源4。
[0041]光源4朝向测量对象发出射出光。从光源4输出规定周期的脉冲状的光(以下简称为“脉冲光”)。脉冲光的周期、脉冲宽度由后述的逻辑
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存储器22控制。光源4是发光部的一个例子。需要说明的是，光源4既可以构成为对特定的测量对象物发出射出光，也可以构成为对想要得到三维信息的整个区域(测量对象)照射光。即，也可以在光源4中内置通过使光扩散而对想要得到三维信息的整个区域照射光的装置。
[0042]固体摄像装置1包括像素阵列11、垂直移位寄存器12、多路复用器13、驱动电路14、列电路15、水平移位寄存器16以及输出放大器17。
[0043]在像素阵列11中，多个像素100以矩阵状排列，该像素阵列11将来自测量对象的反射光作为入射光接收，该测量对象存在于光源4的射出光所发射的测量区域中。各像素100根据从多路复用器13或者驱动电路14输入的电压，进行曝光。此外，各像素100根据从多路复用器13输入的选择信号，输出示出曝光结果的电压信号。关于像素阵列11及各像素100的构成例，将在后面进行说明。
[0044]垂直移位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种距离测量装置，其特征在于：包括：发光部，所述发光部朝向测量对象发出射出光；像素阵列，在所述像素阵列中，多个像素以矩阵状排列，所述像素阵列将所述射出光被所述测量对象反射后的反射光作为入射光接收；以及控制部，所述控制部控制所述发光部和所述像素阵列，并计算到所述测量对象为止的距离，所述多个像素分别包括：雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管对所述入射光进行光电转换而产生信号电荷；一次积累区域，所述一次积累区域暂时保持所述信号电荷；以及多个存储元件，所述多个存储元件并联地设置于所述一次积累区域，并用于积累所述信号电荷，所述控制部使所述发光部发出规定周期的脉冲状的所述射出光，在所述射出光的光脉冲的一个周期的时间内，在与互不相同的距离区间相对应的时刻进行多次曝光，使在各次曝光后生成的信号电荷积累在互不相同的所述存储元件中，读出所述信号电荷来计算到所述测量对象为止的距离。2.根据权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于：所述距离测量装置包括第一晶体管，所述第一晶体管设置在所述雪崩光电二极管的阴极与所述一次积累区域之间，并允许或断开所述信号电荷向所述一次积累区域的转移。3.根据权利要求2所述的距离测量装置，其特征在于：所述距离测量装置包括多个第二晶体管，所述第二晶体管设置在所述一次积累区域与各个所述存储元件之间，并允许或断开所述信号电荷向所述存储元件的转移。4.根据权利要求3所述的距离测量装置，其特征在于：所述距离测量装置包括第三晶体管，所述第三晶体管与所述一次积累区域连接，并使所述一次积累区域的信号电荷排出。5.根据权利要求4所述的距离测量装置，其特征在于：在所述距离测量装置设置有多个一次积累单元，所述一次积累单元包括所述一次积累区域、所述第一晶体管、所述多个存储元件、所述多个第二晶体管以及所述第三晶体管，所述多个一次积累单元并联地连接于所述雪崩光电二极管的阴极。6.根据权利要求3所述的距离测量装置，其特征在于：所述距离测量装置包括第一驱动电路，所述第一驱动电路由与所述存储元件数量相对应的数量的第一偏置电路构成，各个所述第一偏置电路包括：第一开关元件及第二开关元件；经由所述第一开关元件与所述第一晶体管的栅极连接的第一电容；以及经由所述第二开关元件与所述第一晶体管的栅极连接的第二电容。7.根据权利要求4所述的距离测量装置，其特征在于：所述距离测量装置包括第二驱动电路，所述第二驱动电路由与所述存储元件数量相对应的数量的第二偏置电路构成，各个所述第二偏置电路包括：第三开关元件及第四开关元件；经由所述第三开关元件与所述第三晶体管的栅极连接的第三电容；以及经由所述第四开关元件与所述第三晶体管
的栅极连接的第四电容。8.根据权利要求2所述的距离测量装置，其特征在于：所述距离测量装置包括第四晶体管，所述第四晶体管与第一节点连接，并将所述第一节点初始化为一定电位，所述第一节点将所述雪崩光电二极管的阴极与所述第一晶体管之间连接。9.根据权利要求8所述的距离测量装置，其特征在于：所述距离测量装置包括第三驱动电路，所述第三驱动电路由与所述存储元件数量相对应的数量的第三偏置电路构成，各个所述第三偏置电路包括：第五开关元件及第六开关元件；经由所述第五开关元件与所述第四晶体管的栅极连接的第五电容；以及经由所述第六开关元件与所述第四晶体管的栅极连接的第六电容。10.根据权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于：所述距离测量装置包括猝灭电阻，所述猝灭电阻设置在所述雪崩光电二极管的阴极与一定电位的第一电位线之间。11.根据权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于：所述多个存储元件包括存储容量比所述一次积累区域的存储容量小的一个或多个第一存储元件。12.一种距离测量装置，其特征在于：包括：发光部，所述发光部朝向测量对象发出射出光；像素阵列，在所述像素阵列中，多个像素以矩阵状排列，所述像素阵列接收来自所述测量对象的反射光；以及控制部，所述控制部控制所述发光部和所述像素阵列，并计算到所述测量对象为止的距离，所述多个像素分别包括：雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管对接收到的光进行光电转换而产生信号电荷；以及多个一次积累单元，所述多个一次积累单元暂时保持所述信号电荷，所述一次积累单元分别包括：一次积累区域，所述一次积累区域一次性地保持所述信号电荷；以及存储元件，所述存储元件用于积累所述一次积累区域的所述信号电荷，所述控制部使所述发光部发出规定周期的脉冲状的所述射出光，在所述射出光的光脉冲的一个周期的时间内，在与互不相同的距离区间相对应的时刻进行多次曝光，使在各次曝光后生成的信号电荷积累在互不相同的所述存储元件中，读出所述信号电荷来计算到所述测量对象为止的距离。13.根据权利要求12所述的距离测量装置，其特征在于：所述一次积累单元分别包括第一晶体管，所述第一晶体管设置在所述雪崩光电二极管的阴极与所述一次积累区域之间，用于允许或断开所述信号电荷向所述一次积累区域的转移。14.根据权利要求13所述的距离测量装置，其特征在于：
所述一次积累单元分别包括第二晶体管，所述第二晶体管设置在所述一次积累区域与所述存储元件之间，用于允许或断开所述信号电荷向所述存储元件的转移。15.根据权利要求14所述的距离测量装置，其特征在于：所述一次积累单元分别包括第三晶体管，所述第三晶体管与所述一次积累区域连接，用于排出所述一次积累区域的信号电荷。16.根据权利要求14所述的距离测量装置，其特征在于：在所述距离测量装置设置有多个存储单元，所述存储单元包括所述存储元件和所述第二晶体管，所述多个存储单元并联地连接于所述一次积累区域。17.根据权利要求12所述的距离测量装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉浦裕树，井上晓登，斋藤繁，香山信三，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：