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光飛行時間型距離センサ

国内特許コード P07A009876
整理番号 ShIP‐P04060
掲載日 2007年5月25日
出願番号 特願2004-041057
公開番号 特開2005-235893
登録番号 特許第4280822号
出願日 平成16年2月18日(2004.2.18)
公開日 平成17年9月2日(2005.9.2)
登録日 平成21年3月27日(2009.3.27)
発明者
  • 川人 祥二
出願人
  • 学校法人静岡大学
発明の名称 光飛行時間型距離センサ
発明の概要

【課題】これまでの光の反射時間測定による距離画像センサは、CCDプロセスとCMOSプロセスとを必要としているため、高価格であった。低価格にするためには、標準的なCMOSプロセスにできる限り少ない工程の追加で実現できることが望ましい。
【解決手段】本発明は、標準CMOSプロセス、またはそれに簡単な工程を追加することにより、低コストで高性能な距離画像センサを実現する。シリコン基板(20)上に酸化膜(3)を設け、その上に電荷転送用のフォトゲート電極(1,2)を2つ設ける。酸化膜の縁部には受光層(4)からの電荷取りだし用の浮遊拡散層(5,6)を設けるとともに、その外側にリセット用ゲート電極及びリセット電位供給用の拡散層を設ける。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


関連する従来技術としては、以下の文献がある。
(1) Inventer:Cyrus Bamji, Assignee:Canesta Inc.,
"CMOS-Compatible Three-dimensional image sensor" , US Patent No. US6323942 B1,
Nov. 27, 2001
(2)R. Lange, P. Seitz, A. Biber, S. Lauxtermann, "Demodulation pixels in CCD and CMOS technologies for time-of-flight ranging", Proceedings of SPIE, Vol. 3965, pp. 177- 188, 2000.
(3) Ryohei Miyagawa, Takeo Kanade, "CCD-based range-finding sensor", IEEE Trans.
Electron Devices, vol. 44, no. 10, pp.1648-1652 (1997).
(4) 距離画像撮像装置, 特開2001-281336
(5) 固体撮像素子, 特開2003-51988



(1)の方式は、パルス光を投影し、受光した信号をパルスのピークを検出することでパルスの波形を整形し、高速なパルスを用いて遅れ時間をディジタル的に計測するものである。この場合、受光した信号をパルスにできるためには、光の明るさが十分にないと実現できず、用途が限られる。
(2)と(3)は、方式としては近いものである。(2)の方式は、CCDとCMOSと一体化したプロセスで実現するものであり、20MHzの高い周波数の変調光を用いて、CCDの電荷転送を利用し、変調光と同期して、2つのノードへの電荷の配分比が変調光の遅れ時間に依存することを利用する。CCDとCMOSの混在プロセスが必要であるため、コストが高くなる。
(3)の方式は、CCDの構造を利用し、パルス変調された変調光で発生した電荷を、2つのノードに交互に転送し、その配分比が、変調光に遅れ時間に依存することを利用する。これもCCDを利用するため、特殊な工程が必要となる。また1次元センサ(ラインセンサ)のみが報告されているが、CCDのみで2次元センサ(エリアセンサ)を実現するのは、全画素を同時に高い周波数で駆動することを考えると困難さを伴うと考えられる。
(4)(5)の方式は、構造の詳細がかかれていないが、フォトダイオード部で発生した電荷を2つの転送ゲートで浮遊拡散層に転送する構造を有するものである。しかし、フォトダイオードから、2つの浮遊拡散層に電荷を完全転送することができなければ十分な性能が得られず、このような構造をCMOSで実現するためには、複雑な工程の追加が必要であり、製作コストが高くなる。また、CCDで実現する場合には、画素の並列駆動回路を集積できないという課題があるため、CCDとCMOSを一体化した工程が必要になる。結局低コストと、高性能化の両立が難しい。




【特許文献1】米国特許第6323942号明細書

【特許文献2】特開2001-281336号公報

【特許文献3】特開2003-051988号公報

【非特許文献1】R. Lange, P. Seitz, A. Biber, S. Lauxtermann, Demodulation pixels in CCD and CMOS technologies for time-of-flight ranging, "Proceedings of SPIE", Vol. 3965, pp. 177- 188, (2000).

【非特許文献2】Ryohei Miyagawa, Takeo Kanade, CCD-based range-finding sensor, "IEEE Trans. Electron Devices", vol. 44, no. 10, pp.1648-1652 (1997).

産業上の利用分野


この発明は、光源から投射されたパルス光が測定対象物により、はね返ってきたときの遅れ時間を測定する距離センサに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
光源から投射された繰り返しパルス光が測定対象物によりはね返ってきたときの遅れ時間に依存した信号を取り出すことにより距離測定を行うセンサにおいて、
半導体基板上に設けられる絶縁層と、
該絶縁層上に近接配置された導電性かつ測定対象の波長の光に対して透過性のある2つのフォトゲート電極と、
前記フォトゲート電極のそれぞれに対して、その端部の下層に設けられた第1の浮遊拡散層とからなり、
前記2つのフォトゲート電極下及び前記2つのフォトゲート電極のギャップ下の半導体基板を受光層として用い、
前記絶縁層は、CMOS集積回路製造過程におけるフィールド酸化膜を利用したものであり、
前記遅れ時間に依存した信号は、2つの前記第1の浮遊拡散層からの信号であり、該信号に基づいて距離測定を行う、
ことを特徴とする光飛行時間型距離センサ。
産業区分
  • 固体素子
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004041057thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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