[发明专利]光电检测器和使用光电检测器的空间信息检测设备

说明书

本申请是申请号为200780048682.1、申请日为2007年12月27日、发明名称为“光电检测器和使用光电检测器的空间信息检测设备”的母案申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种光电检测器和一种通过使用该光电检测器来检测空间信息(诸如到目标空间中的物体的距离)的空间信息检测设备。

背景技术

光电检测器是用于从目标空间接收光、产生与所接收到的光量相对应的电荷、并取出所述电荷作为接收光输出的器件。为了在这种器件中获得宽的动态范围，提出了去掉CCD器件的电荷传输沟道中的恒定量的电荷作为不期望的电荷，并使用该不期望的电荷之外的剩余电荷作为用于接收光输出的有效电荷。

例如，日本专利早期公报7-22436号或7-22437号公开了一种电荷转移器件，该器件能够拓宽动态范围，同时保持电压-电荷转换特性的线性。这种器件被提供有用于在周期性脉冲信号的每个周期将输入电压转换成相应电荷量的电压-电荷转换装置、用于积聚所转换电荷的多个积聚区域、用于使所述电荷从所述积聚区域之一转移到邻近的积聚区域的电荷转移装置。这种器件还具有用于积聚恒定数量电荷的第一存储区域和用于积聚从所述第一存储区域中溢出的电荷并将所述电荷转移到电荷转移装置的第二存储区域。第一存储区域具有与所述积聚区域之一邻近形成的势阱、以及在第二存储区域和势阱之间设置的势垒。

根据这种器件，通过使用势阱和势垒将由电压-电荷转换装置在周期性脉冲信号的每个周期所转换的电荷之中的恒定量的电荷分离出来，然后将其返回到电压-电荷转换装置。同时，由电压-电荷转换装置转换的电荷中的剩余电荷则由电荷转移装置进行转移。然而，由于这种器件使用将恒定量的电荷作为不期望的电荷返回到所述电压-电荷转换装置的机制，考虑到接收到的光量的变化，不能对所述不期望的电荷的量进行控制。

另外，过去已经知道，光电检测器被用于空间信息检测设备。在空间信息检测设备中，从发光源将光投射到目标空间中，并由光电检测器接收从目标空间中反射的光。根据光电检测器的接收光输出，能够检测出空间信息，诸如：距目标空间中的物体的距离、物体的反射率、以及目标空间中的光传输。当使用这种检测设备从环境光随时间发生涨落的目标空间检测空间信息时，在光电检测器的接收光输出中包含了所述环境光的涨落成分。由于这意味着不期望的电荷的量取决于环境光条件，所以，不可能准确地取出所需有效电荷，以通过只分离恒定数量的电荷作为不期望的电荷来根据光电检测器的接收光输出确定空间信息，如上述现有技术的情形中那样。

因此，从稳定地获得宽动态范围以及提高检测准确度(甚至是在有随时间发生涨落的环境光的情况下)的角度看，传统光电检测器仍然有很大的改进余地。

发明内容

所以，本发明的主要目的在于，提供一种光电检测器，该光电检测器能够调节考虑了周围环境光后要去除的不期望的电荷的量，由此改进输入信号的动态范围。

就是说，本发明的光电检测器包括：半导体衬底；光电转换部分，其形成在半导体衬底中，以产生与接收的光量相对应的电荷；电荷分离部分，其具有形成在半导体衬底的总体表面上的分离电极；电荷积聚部分，其具有形成在半导体衬底的总体表面上的积聚电极；势垒电极，其形成在分离电极和积聚电极之间半导体衬底的总体表面上；势垒高度调节部分，其电气连接到势垒电极；以及电荷去除部分。电荷分离部分用来通过使用势垒将不期望的电荷与由光电转换部分产生的电荷相分离，通过对势垒电极施加电压，所述势垒形成在势垒电极之下的半导体衬底中。势垒高度调节部分根据从光电转换部分提供的电荷量来确定施加到势垒电极的电压，以调节势垒的高度。电荷积聚部分用来积聚有效电荷，有效电荷是从电荷分离部分越过势垒流入电荷积聚部分的电荷。电荷去除部分用来排除由电荷分离部分分离的不期望的电荷，以及积聚在电荷积聚部分中的有效电荷被提供为光电检测器的输出(接收光输出)。从获得光电转换部分、电荷分离部分、势垒高度调节部分和电荷去除部分的高效布置，从而使光电检测器的尺寸缩小的角度看，特别地优选势垒高度调节部分根据从光电转换部分经由电荷分离部分提供的电荷量来确定施加到势垒电极的电压，如在本发明优选实施例中所描述的那样。