距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法制造方法及图纸

本发明专利技术具备：光源部，向测定空间照射光脉冲；受光部，具有多个像素电路、以及像素驱动电路，上述像素电路具备：光电转换元件，产生与从测定空间入射的光相应的电荷；以及多个电荷蓄积部，在帧的周期中蓄积电荷，上述像素驱动电路在与光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行传送晶体管各自的导通截止处理而将电荷向电荷蓄积部分别分配并蓄积；以及距离运算部，根据由电荷蓄积部分别蓄积的电荷的第一电荷量决定的电荷量，计算测定空间中的被摄体与受光部之间的距离，距离运算部从第一电荷量分别减去第二电荷量而进行距离的计算，上述第二电荷量基于通过传送晶体管的导通截止处理而分配并蓄积的电荷以外的蓄积电荷即噪声电荷。配并蓄积的电荷以外的蓄积电荷即噪声电荷。配并蓄积的电荷以外的蓄积电荷即噪声电荷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法


[0001]本专利技术涉及距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法。
[0002]本申请主张2021年3月5日在日本提交的特愿2021
‑
035236号以及2021年6月9日在日本提交的特愿2021
‑
096537号的优先权，并将其内容援用于此。

技术介绍

[0003]一直以来，存在利用光的速度已知这一情况、基于光的飞行时间来测定到被摄体的距离的飞行时间(Time of Fright，以下称为“ToF”)方式的距离图像摄像装置(例如，参照专利文献1)。
[0004]ToF方式距离图像摄像装置具备照射光的光源部、以及包括对用于测定距离的光进行检测的像素电路以二维矩阵状(阵列状)配置多个而成的像素阵列的摄像部。上述像素电路分别具有产生与光的强度对应的电荷的光电转换元件(例如，光电二极管)来作为构成要素。
[0005]通过该构成，ToF方式距离图像摄像装置在测定空间(三维空间)中能够取得自身与被摄体之间的距离的信息、或者取得(拍摄)被摄体的图像。
[0006]另外，为了用于智能手机、平板终端等移动终端，而要求距离图像摄像装置的壳体(摄像装置)的小型化、低高度化(薄型化)。
[0007]另一方面，为了使距离图像摄像装置所摄像的图像更高精细化，而要求摄像部中的像素数增加。
[0008]因此，与向在上述像素阵列中配置于中央附近的像素电路入射的入射光的入射角比较，向配置于端部的像素电路入射的入射光的入射角更大。r/>[0009]随着向像素电路入射的入射光的入射角变大，不仅照射到像素电路中的光电转换元件，还照射到该光电转换元件周边的电路、例如蓄积电荷的电荷蓄积部等。
[0010]然后，不仅在光电转换元件中，在周边电路(也包括电荷蓄积部)中，也通过光电效应而产生与所照射的光对应的电荷(以下，称为噪声电荷)，这些电荷向电位较高的电荷蓄积部流入。
[0011]由此，对于从光电转换元件向电荷蓄积部传送、用于测距的电荷，加上了来自周边电路的噪声电荷，因此使基于电荷蓄积部所蓄积的电荷而计算出的距离的精度降低。
[0012]因此，作为用于抑制上述噪声电荷的产生的对策，设为不使入射光向像素电路中光电转换元件以外的周边电路入射的构成。
[0013]例如，作为抑制光向像素电路内的光电转换元件以外的周边电路入射的对策，使用如下构成：在像素电路各自的上部形成微透镜，通过该微透镜对光进行聚光，使聚光后的光对光电转换元件入射。由此，对于像素电路的入射光被微透镜聚光，仅对光电转换元件照射，抑制光向其他周边电路照射。
[0014]另外，抑制光向像素电路内的光电转换元件以外的周边电路入射的其他对策，在FSI(Front Side Illuminated)方式的CMOS图像传感器中，采用在像素电路正上方的层设
置基于金属图案的遮光层而对光电转换元件以外的电路部分进行遮光的构成。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1：日本特开2015
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29054号公报

技术实现思路

[0018]专利技术要解决的课题
[0019]然而，在基于微透镜的聚光中，随着根据距离图像摄像装置的低高度化要求而使距离图像摄像装置减薄，微透镜的厚度也需要对应地减薄。
[0020]因此，微透镜无法设置足够用于使入射光向电转换元件聚光的曲率，难以进行仅向光电转换元件照射光那样的聚光。
[0021]另外，在上述的设置遮光层的构成中，在FSI方式中在光电转换元件与微透镜之间配置有像素电路中的布线的布线层，因此能够使用该布线层的金属图案来形成用于遮光的金属图案。
[0022]另一方面，在BSI(Back Side Illuminated)方式中构成为，不是从形成有像素电路的半导体基板的表面入射光，而是从该半导体基板的背面入射光。
[0023]因此，由于未构成电路因此在半导体基板的背面不存在布线层，在BSI方式的构成中无法如FSI方式那样使用布线层中的金属图案来形成用于遮光的金属图案。
[0024]另外，在BSI方式的构成中，如专利文献1那样，有时以提高针对入射光的灵敏度为目的，为了提高量子效率而采用设置散射反射的构造来加长半导体基板内的光的光路长度的构成。
[0025]在该构成的情况下，由微透镜聚光后的光在半导体基板内散射，因此更多的光向周边电路入射，成为在光电转换元件以外的周边电路中更易产生噪声电荷的原因。
[0026]本专利技术是鉴于这种状况而完成的，其目的在于提供距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法，不改变装置内的光学构成，并且不妨碍装置的小型化、低高度化、高精细化以及量子效率的提高，能够对更准确的距离图像进行摄像。
[0027]另外，为了用于智能手机、平板终端等移动终端，而要求距离图像摄像装置的壳体(摄像装置)的小型化、低高度化(薄型化)。
[0028]另一方面，为了使距离图像摄像装置所摄像的图像更高精细化，而要求摄像部中的像素数增加。
[0029]因此，与向在上述像素阵列中配置于中央附近的像素电路入射的入射光的入射角比较，向配置于端部的像素电路入射的入射光的入射角更大。
[0030]随着向像素电路入射的入射光的入射角变大，不仅照射到像素电路中的光电转换元件，还照射到该光电转换元件周边的电路、例如蓄积电荷的电荷蓄积部等。
[0031]然后，不仅在光电转换元件中，在周边电路(也包括电荷蓄积部)中，也通过光电效应而产生与所照射的光对应的电荷(以下，称为噪声电荷)，这些电荷向电位较高的电荷蓄积部流入。
[0032]另外，从光电转换元件向电荷蓄积部分别分配电荷的传送晶体管的特性分别不同，因此需要校正传送晶体管的特性。
[0033]该校正通过将针对每个传送晶体管设定的灵敏度校正系数与从电荷蓄积部读出的电荷量相乘的处理来进行。
[0034]在此，噪声电荷在半导体基板中产生且不经由传送晶体管地向电荷蓄积部分别流入，因此作为电荷蓄积部分别蓄积的电荷量而推测为相同。
[0035]然而，通过将针对每个电荷蓄积部设定的灵敏度校正系数与从电荷蓄积部读出的电荷相乘，还对电荷量各自中的由噪声电荷产生的电荷量的量进行了校正。
[0036]即，由于不受传送晶体管的特性偏差的影响，因此对在各电荷蓄积部中相同的由噪声电荷产生的电荷量的量，根据灵敏度校正系数而过度地进行了校正。
[0037]其结果，在从各电荷蓄积部读出的电荷量中，由噪声电荷产生的电荷量的量产生偏差，由此导致距离计算的精度降低。
[0038]本专利技术是鉴于这种状况而完成的，其目的在于提供距离图像摄像装置以及距离图像摄像方法，在对从电荷蓄积部分别读出的电荷量中的由传送晶体管引起的偏差进行校正时，通过对上述电荷量乘以灵敏度校正系数而将噪声电荷的电荷量的量的变动去除，提高距离计算的精度，对更准确的距离图像进行摄像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种距离图像摄像装置，具备：光源部，向测定空间照射光脉冲；受光部，具有多个像素电路、以及像素驱动电路，上述像素电路具备：光电转换元件，产生与从上述测定空间入射的光相应的电荷；以及多个电荷蓄积部，在帧的周期中蓄积上述电荷，上述像素驱动电路在与上述光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行传送晶体管各自的导通截止处理而将上述电荷向上述电荷蓄积部分别分配并蓄积；以及距离运算部，根据由上述电荷蓄积部分别蓄积的上述电荷的第一电荷量决定的电荷量，计算上述测定空间中的被摄体与上述受光部之间的距离，上述距离运算部从上述第一电荷量分别减去第二电荷量而进行上述距离的计算，上述第二电荷量基于通过上述传送晶体管的导通截止处理而分配并蓄积的电荷以外的蓄积电荷即噪声电荷。2.如权利要求1所述的距离图像摄像装置，其中，将上述帧中的某一帧作为进行上述第二电荷量的取得的噪声电荷量取得帧，在该噪声电荷量取得帧中，在从上述光源部照射了上述光脉冲之后，在上述像素驱动电路使上述传送晶体管截止、而从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部不进行电荷分配的状态下，将该电荷蓄积部蓄积的电荷量设为上述第二电荷量，在上述噪声电荷量取得帧以后的帧中，上述像素驱动电路使上述传送晶体管导通截止，将上述电荷向上述电荷蓄积部分别分配并蓄积，并设为上述第一电荷量。3.如权利要求1所述的距离图像摄像装置，其中，将帧分别分割而生成第一副帧和第二副帧，在上述第一副帧中，在从上述光源部照射了上述光脉冲之后，在上述像素驱动电路使上述传送晶体管截止、而从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部不进行电荷的蓄积的状态下，将该电荷蓄积部蓄积的电荷量设为上述第二电荷量，在上述第二副帧中，上述像素驱动电路使上述传送晶体管导通截止，将上述电荷向上述电荷蓄积部分别分配并蓄积，并设为上述第一电荷量。4.如权利要求3所述的距离图像摄像装置，其中，上述帧由将上述电荷向上述电荷蓄积部分别分配并蓄积的蓄积期间、以及从该电荷蓄积部分别读出所蓄积的电荷量的读出期间构成，通过缩短上述蓄积期间来构成上述第一副帧以及上述第二副帧的各自。5.如权利要求1所述的距离图像摄像装置，其中，在从上述光源部未照射上述光脉冲的状态下，在上述像素驱动电路使上述传送晶体管截止、而从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部不进行电荷的蓄积的状态下，将作为第三电荷量而取得该电荷蓄积部蓄积的电荷量的帧设为第一噪声电荷量取得帧，在从上述光源部照射了上述光脉冲之后，在上述像素驱动电路使上述传送晶体管截止、而从上述光电转换元件向上述电荷蓄积部不进行电荷的蓄积的状态下，将作为上述第二电荷量而取得该电荷蓄积部蓄积的电荷量的帧设为第二噪声电荷量取得帧，上述距离运算部从上述第二电荷量减去上述第三电荷量，求出在上述光电转换元件以
外由上述光脉冲生成的电荷的电荷量即第四电荷量。6.如权利要求5所述的距离图像摄像装置，其中，上述距离运算部为，在上述第二噪声电荷量取得帧以后的上述帧各自中的上述分配的第二分配次数相对于上述第一噪声电荷量取得帧以及上述第二噪声电荷量取得帧各自中的上述分配的第一分配次数发生了变化的情况下，将上述第二分配次数除以上述第一分配次数而得到的除算结果作为调整系数，将该调整系数与上述第四电荷量相乘而计算出第五电荷量，将上述第三电荷量与上述第五电荷量相加，对上述第二电荷量进行校正而用于上述距离的计算。7.如权利要求1至6中任一项所述的距离图像摄像装置，其中，从上述光源部照射的上述光脉冲是近红外波段的光的规定宽度的脉冲。8.如权利要求1至7中任一项所述的距离图像摄像装置，其中，上述像素电路的构造是BSI(Back SideIllumination：背面照射)构造。9.如权利要求1至8中任一项所述的距离图像摄像装置，其中，上述像素电路具有三个以上的电荷蓄积部。10.如权利要求1至9中任一项所述的距离图像摄像装置，其中，在上述像素电路中设置有一个以上的电荷排出晶体管，除了将上述电荷向上述电荷蓄积部分别分配并蓄积的期间以外，该一个以上的电荷排出晶体管从上述光电转换元件排出电荷。11.一种距离图像摄像方法，对距离图像摄像装置进行控制，该距离图像摄像装置具备由光电转换元件和多个电荷蓄积部构成的多个像素电路的各自、光源部、像素驱动电路、以及距离运算部，该距离图像摄像方法包括：上述光源部向测定空间照射光脉冲的步骤；上述像素电路在帧周期中，将与从上述测定空间入射的光相应地由上述光电转换元件产生的电荷向上述电荷蓄积部蓄积的步骤；上述像素驱动电路在与上述光脉冲的照射同步的规定的蓄积定时，进行传送晶体管各自的导通截止处理而将上述电荷向上述电荷蓄积部分别分配并蓄积的像素驱动步骤；以及上述距离运算部根据由上述电荷蓄积部分别蓄积的上述电荷的第一电荷量决定的电荷量，计算上述测定空间中的被摄体与上述受光部之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：大久保优，中込友洋，畠山邦广，后藤浩成，高桥聪，柜冈祥之，
申请(专利权)人：凸版印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：