(57)【要約】【課題】計測精度を高めることができる計測装置を得る。【解決手段】本開示の計測装置は、光に基づいて光電変換を行うことにより受光電荷を生成可能な受光素子と、受光電荷を蓄積可能であり、第１の蓄積部および第２の蓄積部を含む複数の蓄積部と、受光素子により生成された受光電荷を複数の蓄積部に選択的に供給可能な電荷供給部とを有する画素と、第１の蓄積部に蓄積された受光電荷の電荷量に基づいて第１の検出値を生成可能であり、第２の蓄積部に蓄積された受光電荷の電荷量に基づいて第２の検出値を生成可能であり、第１の検出値と第２の検出値との差に基づいて第１の画素値を生成可能な処理部とを備える。【選択図】図８
2020020675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光に基づいて光電変換を行うことにより受光電荷を生成可能な受光素子と、前記受光電荷を蓄積可能であり、第１の蓄積部および第２の蓄積部を含む複数の蓄積部と、前記受光素子により生成された前記受光電荷を前記複数の蓄積部に選択的に供給可能な電荷供給部とを有する画素と、
前記第１の蓄積部に蓄積された前記受光電荷の電荷量に基づいて第１の検出値を生成可能であり、前記第２の蓄積部に蓄積された前記受光電荷の電荷量に基づいて第２の検出値を生成可能であり、前記第１の検出値と前記第２の検出値との差に基づいて第１の画素値を生成可能な処理部と
を備えた計測装置。
【請求項２】
前記受光素子は、第１の期間において発光と非発光を交互に繰り返す発光動作を行うことが可能な光源から射出された光パルスと、前記光パルスに応じた反射光パルスとを受光可能であり、
前記電荷供給部は、前記第１の期間において、前記発光動作と同期するように、前記受光電荷を前記複数の蓄積部に選択的に供給可能である
請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記電荷供給部は、前記光源が発光する期間内の第２の期間において、前記受光素子により生成された前記受光電荷を前記第１の蓄積部に供給可能であり、前記光源が発光しない期間内の第３の期間において、前記受光素子により生成された前記受光電荷を前記第２の蓄積部に供給可能である
請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記複数の蓄積部は、第３の蓄積部をさらに含み、
前記処理部は、前記第３の蓄積部に蓄積された前記受光電荷の電荷量に基づいて第３の検出値を生成可能であり、前記第２の検出値と前記第３の検出値との差に基づいて第２の画素値を生成可能である
請求項２に記載の計測装置。
【請求項５】
前記電荷供給部は、前記光源が発光しない期間内の第４の期間において、前記受光素子により生成された前記受光電荷を前記第３の蓄積部に供給可能である
請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記複数の蓄積部は、第４の蓄積部をさらに含み、
前記電荷供給部は、前記第１の期間において、前記受光素子により生成された前記受光電荷を、前記第４の蓄積部、前記第１の蓄積部、前記第３の蓄積部、前記第２の蓄積部に、この順に巡回するように選択的に供給可能である
請求項４に記載の計測装置。
【請求項７】
前記画素を複数備え、
複数の前記画素は、受光面に並設され、
前記受光面には、前記光パルスにおける光波と前記反射光パルスにおける光波との干渉縞が形成され、
前記処理部は、前記複数の画素のそれぞれにおける、前記第１の蓄積部に蓄積された前記受光電荷の電荷量および前記第２の蓄積部に蓄積された前記受光電荷の電荷量に基づいて前記第１の画素値を生成可能であり、複数の前記第１の画素値に基づいて、前記光パルスにおける光波の位相および前記反射光パルスにおける光波の位相の間の位相差についての位相情報を生成可能である
請求項２に記載の計測装置。
【請求項８】
前記処理部は、前記位相情報に基づいてデプス画像を生成可能である
請求項７に記載の計測装置。
【請求項９】
前記干渉縞を前記受光面に形成させる光学系をさらに備えた
請求項７に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記光源をさらに備えた
請求項２に記載の計測装置。
【請求項１１】
前記電荷供給部は、前記複数の蓄積部に対応して設けられ、それぞれが、オン状態になることにより、前記受光素子により生成された前記受光電荷を、対応する前記蓄積部に供給可能な複数のトランジスタを有する
請求項１に記載の計測装置。
【請求項１２】
前記電荷供給部は、前記複数の蓄積部に対応して設けられ、それぞれが、前記受光素子が形成された半導体基板に対して電圧を印加可能な複数の電圧印加部を有し、
前記複数の電圧印加部は、前記半導体基板に電界を形成することにより、前記受光素子により生成された前記受光電荷を前記複数の蓄積部に選択的に供給することが可能である
請求項１に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、デジタルホログラフィに用いられる計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルホログラフィでは、例えば、光源から出射した光と、計測対象物により反射された光とを干渉させ、これらの光の干渉により生成された干渉縞を検出することにより、その計測対象物の立体形状についての情報を得ることができる。例えば、特許文献１には、予め検出された背景光を用いて、干渉縞を検出するときの検出光に含まれる背景光成分の除去を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１９４０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
デジタルホログラフィでは、計測精度が高いことがのぞまれており、さらなる計測精度の向上が期待されている。
【０００５】
計測精度を高めることができる計測装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施の形態における計測装置は、画素と、処理部とを備えている。画素は、受光素子と、複数の蓄積部と、電荷供給部とを有している。受光素子は、光に基づいて光電変換を行うことにより受光電荷を生成可能に構成される。複数の蓄積部は、受光電荷を蓄積可能に構成される。この複数の蓄積部は、第１の蓄積部および第２の蓄積部を含む。電荷供給部は、受光素子により生成された受光電荷を複数の蓄積部に選択的に供給可能に構成される。処理部は、第１の蓄積部に蓄積された受光電荷の電荷量に基づいて第１の検出値を生成可能であり、第２の蓄積部に蓄積された受光電荷の電荷量に基づいて第２の検出値を生成可能であり、第１の検出値と第２の検出値との差に基づいて第１の画素値を生成可能に構成される。
【０００７】
本開示の一実施の形態における計測装置では、画素に、受光素子、複数の蓄積部、および電荷供給部が設けられる。受光素子では、光に基づいて光電変換を行うことにより、受光電荷が生成される。受光素子により生成された受光電荷は、電荷供給部により、複数の蓄積部に選択的に供給される。処理部では、この複数の蓄積部のうちの、第１の蓄積部に蓄積された受光電荷の電荷量に基づいて第１の検出値が生成され、第２の蓄積部に蓄積された受光電荷の電荷量に基づいて第２の検出値が生成される。そして、第１の検出値と第２の検出値との差に基づいて第１の画素値が生成される。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一実施の形態における計測装置によれば、第１の蓄積部に蓄積された受光電荷の電荷量に基づいて第１の検出値を生成し、第２の蓄積部に蓄積された受光電荷の電荷量に基づいて第２の検出値を生成し、第１の検出値と第２の検出値との差に基づいて第１の画素値を生成するようにしたので、計測精度を高めることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施の形態に係る計測装置の一構成例を表す構成図である。
【図２】図１に示したセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図３】図２に示した画素の一構成例を表す回路図である。
【図４】図３に示した画素の要部の一構成例を表す説明図である。
【図５】図２に示した読出部の一構成例を表す回路図である。
【図６】図１に示した計測装置の一動作例を表すタイミング図である。
【図７】第１の実施の形態に係る計測装置における露光動作の一例を表すタイミング図である。
【図８】第１の実施の形態に係る計測装置における露光動作の一例を表す他のタイミング図である。
【図９】第１の実施の形態に係る計測装置における読出動作の一例を表す他のタイミング図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る計測装置における露光動作の一例を表す他のタイミング図である。
【図１１】第１の実施の形態に係る計測装置における露光動作の一例を表す他のタイミング図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る画素の一構成例を表す回路図である。
【図１３Ａ】図１２に示した電荷分配部の一動作例を表す説明図である。
【図１３Ｂ】図１２に示した電荷分配部の一動作例を表す他の説明図である。
【図１４】第３の実施の形態に係る画素の一構成例を表す回路図である。
【図１５】第３の実施の形態に係る計測装置における露光動作の一例を表すタイミング図である。
【図１６】第３の実施の形態に係る計測装置における露光動作の一例を表す他のタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
【００１１】
＜１．第１の実施の形態＞
［構成例］
図１は、一実施の形態に係る計測装置（計測装置１）の一構成例を表すものである。計測装置１は、光源から出射した光と、計測対象物により反射された光とを干渉させ、これらの光の干渉により生成された干渉縞を検出することにより、その計測対象物の立体形状を示すデプス画像を生成するように構成される。計測装置１は、光源１１と、光源制御部１２と、ビームスプリッタ１３と、平面ミラー１４と、ビームコンバイナ１５と、センサ２０と、制御部１７とを備えている。
【００１２】
光源１１は、ビームスプリッタ１３に向かってコヒーレントな光パルスＬ１を出射するように構成される。光源１１は、例えばレーザ光源を用いて構成される。光源制御部１２は、制御部１７からの指示に基づいて、光源１１の動作を制御するように構成される。光源１１は、光源制御部１２からの指示に基づいて、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を行うことにより光パルスＬ１を出射するようになっている。
【００１３】
ビームスプリッタ１３は、入射した光パルスＬ１を２つの光パルスＬ１０，Ｌ１１に分離するように構成される。具体的には、ビームスプリッタ１３は、入射した光パルスＬ１の一部を透過させることにより、その透過光を光パルスＬ１０として出射させ、入射した光パルスＬ１の一部を反射させることにより、その反射光を光パルスＬ１１として出射させる。
【００１４】
平面ミラー１４は、ビームスプリッタ１３から出射した光パルスＬ１０をビームコンバイナ１５に向かって反射させるように構成される。
【００１５】
計測対象物９は、計測装置１の計測対象であり、立体形状を有している。ビームスプリッタ１３から出射した光パルスＬ１１は、この計測対象物９により反射され、反射光パルスＬ２０として、ビームコンバイナ１５に入射するようになっている。
【００１６】
ビームコンバイナ１５は、入射した光パルスＬ１０および入射した反射光パルスＬ２０を結合するように構成される。具体的には、ビームコンバイナ１５は、入射した光パルスＬ１０を反射させるとともに、入射した反射光パルスＬ２０を透過させることにより、光パルスＬ１０および反射光パルスＬ２０をセンサ２０の受光面Ｓに向かって出射する。光パルスＬ１０の光軸および、反射光パルスＬ２０の光軸は、互いに一致していてもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００１７】
ビームコンバイナ１５から出射した反射光パルスＬ２０の光は、計測対象物９の立体形状についての情報を含む光である。また、ビームコンバイナ１５から出射した光パルスＬ１０の光は、計測対象物９の立体形状についての情報を含まない光である。すなわち、光パルスＬ１０の光は、いわゆるリファレンス光である。反射光パルスＬ２０における光波の位相は、計測対象物９の立体形状に応じて、リファレンス光である光パルスＬ１０における光波の位相からずれる。よって、ビームコンバイナ１５から出射した光パルスＬ１０における光波および反射光パルスＬ２０における光波は、計測対象物９の立体形状に応じて干渉する。その結果、センサ２０の受光面Ｓには、計測対象物９の立体形状に応じた干渉縞が形成されるようになっている。
【００１８】
センサ２０は、ビームコンバイナ１５から出射した光パルスＬ１０および反射光パルスＬ２０により形成された干渉縞を検出することにより、デプス画像ＰＩＣを生成するように構成される。そして、センサ２０は、生成したデプス画像ＰＩＣを画像信号ＤＡＴＡとして出力するようになっている。センサ２０は、例えば、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）イメージセンサを用いて構成される。
【００１９】
制御部１７は、光源制御部１２およびセンサ２０に制御信号を供給し、これらの動作を制御することにより、計測装置１の動作を制御するように構成される。
【００２０】
図２は、センサ２０の一構成例を表すものである。センサ２０は、画素アレイ２１と、駆動部２２と、読出部３０と、画像処理部２４と、センサ制御部２５とを有している。
【００２１】
画素アレイ２１は、マトリックス状に配置された複数の画素Ｐを有している。各画素Ｐは、受光量に応じた画素信号ＳＩＧを出力するように構成される。
【００２２】
図３は、画素Ｐの一構成例を表すものである。画素アレイ２１は、複数の制御線ＴＲＧＬ０と、複数の制御線ＴＲＧＬ１と、複数の制御線ＴＲＧＬ２と、複数の制御線ＴＲＧＬ３と、複数の選択制御線ＳＥＬＬＡと、複数の選択制御線ＳＥＬＬＢと、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ０と、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ１と、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ２と、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ３と、複数のリセット制御線ＲＳＴＬと、複数の信号線ＳＧＬ０と、複数の信号線ＳＧＬ１とを有している。制御線ＴＲＧＬ０，ＴＲＧＬ１，ＴＲＧＬ２，ＴＲＧＬ３は、水平方向（図２，３における横方向）に延伸する。制御線ＴＲＧＬ０には、駆動部２２により制御信号ＳＴＲＧ０が印加され、制御線ＴＲＧＬ１には、駆動部２２により制御信号ＳＴＲＧ１が印加され、制御線ＴＲＧＬ２には、駆動部２２により制御信号ＳＴＲＧ２が印加され、制御線ＴＲＧＬ３には、駆動部２２により制御信号ＳＴＲＧ３が印加される。選択制御線ＳＥＬＬＡ，ＳＥＬＬＢは、水平方向に延伸する。選択制御線ＳＥＬＬＡには、駆動部２２により選択制御信号ＳＳＥＬＡが印加され、選択制御線ＳＥＬＬＢには、駆動部２２により選択制御信号ＳＳＥＬＢが印加される。リセット制御線ＲＳＴＬ０，ＲＳＴＬ１，ＲＳＴＬ２，ＲＳＴＬ３，ＲＳＴＬは、水平方向に延伸する。リセット制御線ＲＳＴＬ０には、駆動部２２によりリセット制御信号ＳＲＳＴ０が印加され、リセット制御線ＲＳＴＬ１には、駆動部２２によりリセット制御信号ＳＲＳＴ１が印加され、リセット制御線ＲＳＴＬ２には、駆動部２２によりリセット制御信号ＳＲＳＴ２が印加され、リセット制御線ＲＳＴＬ３には、駆動部２２によりリセット制御信号ＳＲＳＴ３が印加され、リセット制御線ＲＳＴＬには、駆動部２２によりリセット制御信号ＳＲＳＴが印加される。信号線ＳＧＬ０，ＳＧＬ１は、垂直方向（図２，３における縦方向）に延伸する。信号線ＳＧＬ０，ＳＧＬ１は、読出部３０に対して画素信号ＳＩＧを伝える。１行分の画素Ｐは、画素ラインＬを構成する。
【００２３】
画素Ｐは、フォトダイオードＰＤと、トランジスタＴＲＧ０，ＴＲＧ１，ＴＲＧ２，ＴＲＧ３と、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３と、トランジスタＲＳＴ０，ＲＳＴ１，ＲＳＴ２，ＲＳＴ３，ＲＳＴと、トランジスタＡＭＰ０，ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，ＡＭＰ３と、トランジスタＳＥＬ０，ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３とを有している。トランジスタＴＲＧ０〜ＴＲＧ３，ＲＳＴ０〜ＲＳＴ３，ＲＳＴ，ＡＭＰ０〜ＡＭＰ３，ＳＥＬ０〜ＳＥＬ３は、この例では、Ｎ型のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。
【００２４】
フォトダイオードＰＤは、受光量に応じて電荷を発生させる光電変換素子である。フォトダイオードＰＤのアノードは接地され、カソードはトランジスタＴＲＧ０，ＴＲＧ１，ＴＲＧ２，ＴＲＧ３のソースおよびトランジスタＲＳＴのソースに接続される。
【００２５】
トランジスタＲＳＴのゲートはリセット制御線ＲＳＴＬに接続され、ドレインには電圧ＶＲＳＴＸが供給され、ソースはフォトダイオードＰＤのカソードおよびトランジスタＴＲＧ０〜ＴＲＧ３のソースに接続されている。
【００２６】
トランジスタＴＲＧ０のゲートは制御線ＴＲＧＬ０に接続され、ソースはフォトダイオードＰＤのカソードおよびトランジスタＴＲＧ１，ＴＲＧ２，ＴＲＧ３，ＲＳＴのソースに接続され、ドレインはフローティングディフュージョンＦＤ０、トランジスタＲＳＴ０のソース、およびトランジスタＡＭＰ０のゲートに接続される。フローティングディフュージョンＦＤ０は、フォトダイオードＰＤからトランジスタＴＲＧ０を介して供給された電荷を蓄積するように構成される。フローティングディフュージョンＦＤ０は、例えば、半導体基板の表面に形成された拡散層を用いて構成される。この図３では、フローティングディフュージョンＦＤ０を、容量素子のシンボルを用いて示している。トランジスタＲＳＴ０のゲートはリセット制御線ＲＳＴＬ０に接続され、ドレインには電圧ＶＲＳＴが供給され、ソースはフローティングディフュージョンＦＤ０、トランジスタＴＲＧ０のドレイン、およびトランジスタＡＭＰ０のゲートに接続される。トランジスタＡＭＰ０のゲートはフローティングディフュージョンＦＤ０、トランジスタＴＲＧ０のドレイン、およびトランジスタＲＳＴ０のソースに接続され、ドレインには電源電圧ＶＤＤが供給され、ソースはトランジスタＳＥＬ０のドレインに接続される。トランジスタＳＥＬ０のゲートは選択制御線ＳＥＬＬＡに接続され、ドレインはトランジスタＡＭＰ０のソースに接続され、ソースは信号線ＳＧＬ０に接続される。
【００２７】
トランジスタＴＲＧ１のゲートは制御線ＴＲＧＬ１に接続され、ソースはフォトダイオードＰＤのカソードおよびトランジスタＴＲＧ０，ＴＲＧ２，ＴＲＧ３，ＲＳＴのソースに接続され、ドレインはフローティングディフュージョンＦＤ１、トランジスタＲＳＴ１のソース、およびトランジスタＡＭＰ１のゲートに接続される。フローティングディフュージョンＦＤ１は、フォトダイオードＰＤからトランジスタＴＲＧ１を介して供給された電荷を蓄積するように構成される。トランジスタＲＳＴ１のゲートはリセット制御線ＲＳＴＬ１に接続され、ドレインには電圧ＶＲＳＴが供給され、ソースはフローティングディフュージョンＦＤ１、トランジスタＴＲＧ１のドレイン、およびトランジスタＡＭＰ１のゲートに接続される。トランジスタＡＭＰ１のゲートはフローティングディフュージョンＦＤ１、トランジスタＴＲＧ１のドレイン、およびトランジスタＲＳＴ１のソースに接続され、ドレインには電源電圧ＶＤＤが供給され、ソースはトランジスタＳＥＬ１のドレインに接続される。トランジスタＳＥＬ１のゲートは選択制御線ＳＥＬＬＡに接続され、ドレインはトランジスタＡＭＰ１のソースに接続され、ソースは信号線ＳＧＬ１に接続される。
【００２８】
トランジスタＴＲＧ２のゲートは制御線ＴＲＧＬ２に接続され、ソースはフォトダイオードＰＤのカソードおよびトランジスタＴＲＧ０，ＴＲＧ１，ＴＲＧ３，ＲＳＴのソースに接続され、ドレインはフローティングディフュージョンＦＤ２、トランジスタＲＳＴ２のソース、およびトランジスタＡＭＰ２のゲートに接続される。フローティングディフュージョンＦＤ２は、フォトダイオードＰＤからトランジスタＴＲＧ２を介して供給された電荷を蓄積するように構成される。トランジスタＲＳＴ２のゲートはリセット制御線ＲＳＴＬ２に接続され、ドレインには電圧ＶＲＳＴが供給され、ソースはフローティングディフュージョンＦＤ２、トランジスタＴＲＧ２のドレイン、およびトランジスタＡＭＰ２のゲートに接続される。トランジスタＡＭＰ２のゲートはフローティングディフュージョンＦＤ２、トランジスタＴＲＧ２のドレイン、およびトランジスタＲＳＴ２のソースに接続され、ドレインには電源電圧ＶＤＤが供給され、ソースはトランジスタＳＥＬ２のドレインに接続される。トランジスタＳＥＬ２のゲートは選択制御線ＳＥＬＬＢに接続され、ドレインはトランジスタＡＭＰ２のソースに接続され、ソースは信号線ＳＧＬ０に接続される。
【００２９】
トランジスタＴＲＧ３のゲートは制御線ＴＲＧＬ３に接続され、ソースはフォトダイオードＰＤのカソードおよびトランジスタＴＲＧ０，ＴＲＧ１，ＴＲＧ２，ＲＳＴのソースに接続され、ドレインはフローティングディフュージョンＦＤ３、トランジスタＲＳＴ３のソース、およびトランジスタＡＭＰ３のゲートに接続される。フローティングディフュージョンＦＤ３は、フォトダイオードＰＤからトランジスタＴＲＧ３を介して供給された電荷を蓄積するように構成される。トランジスタＲＳＴ３のゲートはリセット制御線ＲＳＴＬ３に接続され、ドレインには電圧ＶＲＳＴが供給され、ソースはフローティングディフュージョンＦＤ３、トランジスタＴＲＧ３のドレイン、およびトランジスタＡＭＰ３のゲートに接続される。トランジスタＡＭＰ３のゲートはフローティングディフュージョンＦＤ３、トランジスタＴＲＧ３のドレイン、およびトランジスタＲＳＴ３のソースに接続され、ドレインには電源電圧ＶＤＤが供給され、ソースはトランジスタＳＥＬ３のドレインに接続される。トランジスタＳＥＬ３のゲートは選択制御線ＳＥＬＬＢに接続され、ドレインはトランジスタＡＭＰ３のソースに接続され、ソースは信号線ＳＧＬ１に接続される。
【００３０】
この構成により、画素Ｐでは、露光動作Ｄ１において、トランジスタＴＲＧ０〜ＴＲＧ３は、いずれか１つがオン状態になるようにオンオフし、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積される。そして、その後に、画素Ｐは、読出動作Ｄ２において、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３における電荷の量に応じた電圧を、画素信号ＳＩＧとして、信号線ＳＧＬ０，ＳＧＬ１を介して読出部３０に供給するようになっている。
【００３１】
図４は、画素Ｐの要部を模式的に表すものである。この図４は、フォトダイオードＰＤおよびトランジスタＴＲＧ０，ＴＲＧ１を示している。基板１００Ｎは、Ｎ型の半導体基板である。トランジスタＴＲＧ０は、拡散層１０１Ｐと、ゲート電極１０２とを有している。拡散層１０１Ｐは、基板１００Ｎの表面に形成されたＰ型の半導体層であり、トランジスタＴＲＧ０のドレインに対応する。トランジスタＴＲＧ１は、拡散層１１１Ｐと、ゲート電極１１２とを有している。拡散層１１１Ｐは、基板１００Ｎの表面に形成されたＰ型の半導体層であり、トランジスタＴＲＧ１のドレインに対応する。なお、受光面Ｓは、トランジスタＴＲＧ０，ＴＲＧ１が設けられた側の面（図４における上側の面）であってもよいし、トランジスタＴＲＧ０，ＴＲＧ１が設けられた側とは反対側の面（図４における下側の面）であってもよい。
【００３２】
駆動部２２（図２）は、センサ制御部２５からの指示に基づいて、画素アレイ２１における複数の画素Ｐを駆動するように構成される。具体的には、駆動部２２は、複数の制御線ＴＲＧＬ０（図３）に対して制御信号ＳＴＲＧ０を印加し、複数の制御線ＴＲＧＬ１に対して制御信号ＳＴＲＧ１を印加し、複数の制御線ＴＲＧＬ２に対して制御信号ＳＴＲＧ２を印加し、複数の制御線ＴＲＧＬ３に対して制御信号ＳＴＲＧ３を印加する。また、駆動部２２は、複数の選択制御線ＳＥＬＬＡに対して選択制御信号ＳＳＥＬＡを印加し、複数の選択制御線ＳＥＬＬＢに対して選択制御信号ＳＳＥＬＢを印加する。また、駆動部２２は、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ０に対してリセット制御信号ＳＲＳＴ０を印加し、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ１に対してリセット制御信号ＳＲＳＴ１を印加し、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ２に対してリセット制御信号ＳＲＳＴ２を印加し、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ３に対してリセット制御信号ＳＲＳＴ３を印加し、複数のリセット制御線ＲＳＴＬに対してリセット制御信号ＳＲＳＴを印加する。また、駆動部２２は、電圧ＶＲＳＴ，ＶＲＳＴＸを生成するようになっている。  
【００３３】
読出部３０（図２）は、画素アレイ２１から信号線ＳＧＬ（信号線ＳＧＬ０，ＳＧＬ１）を介して供給された画素信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行うことにより、画像信号ＤＡＴＡ０を生成するように構成される。
【００３４】
図５は、読出部３０の一構成例を表すものである。なお、図５には、読出部３０に加え、画像処理部２４およびセンサ制御部２５をも描いている。読出部３０は、複数のＡＤ（Analog to Digital）変換部ＡＤＣ（ＡＤ変換部ＡＤＣ［０］，ＡＤＣ［１］，ＡＤＣ［２］，…）と、複数のスイッチ部ＳＷ（スイッチ部ＳＷ［０］，ＳＷ［１］，ＳＷ［２］，…）と、バス配線ＢＵＳとを有している。
【００３５】
複数のＡＤ変換部ＡＤＣのそれぞれは、画素アレイ２１から供給された画素信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行うことにより、画素信号ＳＩＧの電圧をデジタルコードＣＯＤＥに変換するように構成される。複数のＡＤ変換部ＡＤＣは、複数の信号線ＳＧＬに対応して設けられている。具体的には、０番目のＡＤ変換部ＡＤＣ［０］は、０番目の信号線ＳＧＬ［０］に対応して設けられ、１番目のＡＤ変換部ＡＤＣ［１］は、１番目の信号線ＳＧＬ［１］に対応して設けられ、２番目のＡＤ変換部ＡＤＣ［２］は、２番目の信号線ＳＧＬ［２］に対応して設けられている。ＡＤ変換部ＡＤＣは、容量素子３１，３２と、電流源３３と、コンパレータ３４と、カウンタ３５と、ラッチ３６とを有している。
【００３６】
容量素子３１の一端には、センサ制御部２５から参照信号ＲＥＦが供給され、他端はコンパレータ３４の正入力端子に接続される。この参照信号ＲＥＦは、後述するように、ＡＤ変換を行う２つの期間（変換期間Ｔ１，Ｔ２）において、時間の経過に応じて電圧レベルが徐々に低下する、いわゆるランプ波形を有している。容量素子３２の一端は信号線ＳＧＬに接続され、他端はコンパレータ３４の負入力端子に接続されている。電流源３３は、信号線ＳＧＬから接地に所定の電流値の電流を流すように構成される。
【００３７】
コンパレータ３４の正入力端子は容量素子３１の他端に接続され、負入力端子は容量素子３２の他端に接続され、出力端子はカウンタ３５に接続される。コンパレータ３４は、正入力端子における電圧と負入力端子における電圧とを比較して、その比較結果を信号ＣＭＰとして出力するように構成される。また、このコンパレータ３４は、容量素子３１，３２における電圧値を設定するゼロ調整を行うことができるように構成される。カウンタ３５は、コンパレータ３４から供給された信号ＣＭＰ、センサ制御部２５から供給されたクロック信号ＣＬＫおよび制御信号ＣＣに基づいて、カウント動作を行うように構成される。ラッチ３６は、カウンタ３５により得られたカウント値ＣＮＴを、複数のビットを有するデジタルコードＣＯＤＥとして出力するように構成される。
【００３８】
複数のスイッチ部ＳＷのそれぞれは、センサ制御部２５から供給された制御信号ＳＳＷに基づいて、ＡＤ変換部ＡＤＣから出力されたデジタルコードＣＯＤＥをバス配線ＢＵＳに供給するように構成される。複数のスイッチ部ＳＷは、複数のＡＤ変換部ＡＤＣに対応して設けられている。具体的には、０番目のスイッチ部ＳＷ［０］は、０番目のＡＤ変換部ＡＤＣ［０］に対応して設けられ、１番目のスイッチ部ＳＷ［１］は、１番目のＡＤ変換部ＡＤＣ［１］に対応して設けられ、２番目のスイッチ部ＳＷ［２］は、２番目のＡＤ変換部ＡＤＣ［２］に対応して設けられている。
【００３９】
スイッチ部ＳＷは、この例では、デジタルコードＣＯＤＥのビット数と同じ数のトランジスタを用いて構成される。これらのトランジスタは、センサ制御部２５から供給された制御信号ＳＳＷの各ビット（制御信号ＳＳＷ［０］，ＳＳＷ［１］，ＳＳＷ［２］，…）に基づいて、オンオフ制御される。具体的には、例えば、０番目のスイッチ部ＳＷ［０］は、制御信号ＳＳＷ［０］に基づいて各トランジスタがオン状態になることにより、０番目のＡＤ変換部ＡＤＣ［０］から出力されたデジタルコードＣＯＤＥをバス配線ＢＵＳに供給する。同様に、例えば、１番目のスイッチ部ＳＷ［１］は、制御信号ＳＳＷ［１］に基づいて各トランジスタがオン状態になることにより、１番目のＡＤ変換部ＡＤＣ［１］から出力されたデジタルコードＣＯＤＥをバス配線ＢＵＳに供給する。他のスイッチ部ＳＷについても同様である。
【００４０】
バス配線ＢＵＳは、複数の配線を有し、ＡＤ変換部ＡＤＣから出力されたデジタルコードＣＯＤＥを伝えるように構成される。バス配線ＢＵＳは、複数のスイッチ部ＳＷに接続されるとともに、画像処理部２４に接続される。読出部３０は、このバス配線ＢＵＳを用いて、ＡＤ変換部ＡＤＣから供給された複数のデジタルコードＣＯＤＥを、画像信号ＤＡＴＡ０として、画像処理部２４に順次転送するようになっている（データ転送動作）。  
【００４１】
画像処理部２４は、画像信号ＤＡＴＡ０に基づいて、デプス画像ＰＩＣを生成するように構成される。具体的には、画像処理部２４は、画像信号ＤＡＴＡ０に含まれる、センサ２０の受光面Ｓにおける干渉縞についての情報に基づいて、例えばフレネル変換などを含む所定の演算処理を行うことにより、位相情報ＩＮＦを求める。この位相情報ＩＮＦは、計測対象物９により生じた、光パルスＬ１０における光波の位相および反射光パルスＬ２０における光波の位相の間の位相差についての情報である。そして、画像処理部２４は、この位相情報ＩＮＦに基づいて、デプス画像ＰＩＣを生成する。デプス画像ＰＩＣに含まれる複数の画素値のそれぞれは、深度（距離）についての値を示す。すなわち、デプス画像ＰＩＣは、計測対象物９の立体形状を示している。そして、画像処理部２４は、このデプス画像ＰＩＣを、画像信号ＤＡＴＡとして出力するようになっている。
【００４２】
センサ制御部２５（図２）は、駆動部２２、読出部３０、および画像処理部２４に制御信号を供給し、これらの回路の動作を制御することにより、センサ２０の動作を制御するように構成される。具体的には、センサ制御部２５は、例えば、駆動部２２に対して制御信号を供給することにより、駆動部２２が画素アレイ２１における複数の画素Ｐを駆動するように制御する。また、センサ制御部２５は、読出部３０に対して、参照信号ＲＥＦ、クロック信号ＣＬＫ、制御信号ＣＣ、および制御信号ＳＳＷ（制御信号ＳＳＷ［０］，ＳＳＷ［１］，ＳＳＷ［２］，…）を供給することにより、読出部３０が、画素信号ＳＩＧに基づいて画像信号ＤＡＴＡ０を生成するように制御する。また、センサ制御部２５は、画像処理部２４に対して制御信号を供給することにより、画像処理部２４の動作を制御するようになっている。
【００４３】
センサ制御部２５は、図５に示したように、参照信号生成部２６を有している。参照信号生成部２６は、参照信号ＲＥＦを生成するように構成される。参照信号ＲＥＦは、ＡＤ変換を行う２つの期間（変換期間Ｔ１，Ｔ２）において、時間の経過に応じて電圧レベルが徐々に低下する、いわゆるランプ波形を有している。参照信号生成部２６は、生成した参照信号ＲＥＦを、読出部３０の複数のＡＤ変換部ＡＤＣに供給するようになっている。
【００４４】
制御部１７（図１）は、光源制御部１２およびセンサ２０に制御信号を供給し、これらの回路の動作を制御することにより、計測装置１の動作を制御するように構成される。
【００４５】
ここで、フォトダイオードＰＤは、本開示における「受光素子」の一具体例に対応する。フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３は、本開示における「複数の蓄積部」の一具体例に対応する。フローティングディフュージョンＦＤ１は、本開示における「第１の蓄積部」の一具体例に対応する。フローティングディフュージョンＦＤ３は、本開示における「第２の蓄積部」の一具体例に対応する。フローティングディフュージョンＦＤ２は、本開示における「第３の蓄積部」の一具体例に対応する。フローティングディフュージョンＦＤ０は、本開示における「第４の蓄積部」の一具体例に対応する。トランジスタＴＲＧ０〜ＴＲＧ３は、本開示における「電荷供給部」および「複数のトランジスタ」の一具体例に対応する。読出部３０および画像処理部２４は、本開示における「処理部」の一具体例に対応する。ビームスプリッタ１３、平面ミラー１４、およびビームコンバイナ１５は、本開示における「光学系」の一具体例に対応する。
【００４６】
［動作および作用］
続いて、本実施の形態の計測装置１の動作および作用について説明する。
【００４７】
（全体動作概要）
まず、図１〜３を参照して、計測装置１の全体動作概要を説明する。光源制御部１２（図１）は、制御部１７からの指示に基づいて、光源１１の動作を制御する。光源１１は、光源制御部１２からの指示に基づいて、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を行うことにより、光パルスＬ１を出射する。ビームスプリッタ１３は、入射した光パルスＬ１を２つの光パルスＬ１０，Ｌ１１に分離する。ビームスプリッタ１３から出射した光パルスＬ１１は、計測対象物９により反射され、反射光パルスＬ２０として、ビームコンバイナ１５に入射する。平面ミラー１４は、ビームスプリッタ１３から出射した光パルスＬ１０をビームコンバイナ１５に向かって反射させる。ビームコンバイナ１５は、入射した光パルスＬ１０および入射した反射光パルスＬ２０を結合する。センサ２０は、ビームコンバイナ１５から出射した光パルスＬ１０および反射光パルスＬ２０により形成された干渉縞を検出することにより、デプス画像ＰＩＣを生成する。具体的には、センサ２０の画素アレイ２１における複数の画素Ｐは、光を検出することにより画素信号ＳＩＧを生成する。読出部３０は、画素アレイ２１から供給された画素信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行うことにより、画像信号ＤＡＴＡ０を生成する。画像処理部２４は、画像信号ＤＡＴＡ０に基づいてデプス画像ＰＩＣを生成し、このデプス画像ＰＩＣを画像信号ＤＡＴＡとして出力する。
【００４８】
（詳細動作）
計測装置１は、まず、露光動作Ｄ１を行うことにより、複数の画素Ｐのそれぞれにおける４つのフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に電荷を蓄積する。そして、計測装置１は、読出動作Ｄ２を行うことにより、複数の画素Ｐから信号線ＳＧＬを介して供給された画素信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行い、画像信号ＤＡＴＡ０を生成する。そして、計測装置１は、画像信号ＤＡＴＡ０に基づいてデプス画像ＰＩＣを生成する。以下に、この動作について詳細に説明する。
【００４９】
図６は、計測装置１における露光動作Ｄ１および読出動作Ｄ２の一例を表すものである。この図６において、上端は画素アレイ２１の最上部を示し、下端は画素アレイ２１の最下部を示す。
【００５０】
計測装置１は、タイミングｔ１〜ｔ２の期間において、露光動作Ｄ１を行う。具体的には、光源制御部１２は、光源１１の動作を制御し、光源１１は、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を行うことにより、光パルスＬ１を射出する。また、駆動部２２は、画素アレイ２１における複数の画素Ｐを駆動し、複数の画素Ｐは、光パルスＬ１０および反射光パルスＬ２０を受光する。このように、計測装置１は、いわゆるグローバルシャッタ方式で、露光動作Ｄ１を行う。
【００５１】
そして、計測装置１は、タイミングｔ２〜ｔ３の期間において、読出動作Ｄ２を行う。具体的には、駆動部２２は、画素アレイ２１における複数の画素Ｐを、画素ラインＬ単位で順次駆動する。複数の画素Ｐは、画素信号ＳＩＧを、信号線ＳＧＬ（信号線ＳＧＬ０，ＳＧＬ１）を介して読出部３０に供給する。読出部３０は、この画素信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行うことにより、画像信号ＤＡＴＡ０を生成する。
【００５２】
画像処理部２４は、この読出動作Ｄ２により生成された画像信号ＤＡＴＡ０に基づいて、デプス画像ＰＩＣを生成する。そして、画像処理部２４は、生成したデプス画像ＰＩＣを画像信号ＤＡＴＡとして出力する。
【００５３】
そして、タイミングｔ３以降において、計測装置１は、図６に示したように、露光動作Ｄ１および読出動作Ｄ２を交互に繰り返す。
【００５４】
（露光動作Ｄ１について）
次に、計測装置１における露光動作Ｄ１について、詳細に説明する。以下に、画素アレイ２１における複数の画素Ｐのうちのある画素Ｐ１に着目し、この画素Ｐ１に係る露光動作Ｄ１について詳細に説明する。
【００５５】
図７は、露光動作Ｄ１の一例を表すものであり、（Ａ）は光源１１から出射する光パルスＬ１の波形を示し、（Ｂ）はリセット制御信号ＳＲＳＴ０，ＳＲＳＴ２の波形を示し、（Ｃ）はリセット制御信号ＳＲＳＴ１，ＳＲＳＴ３，ＳＲＳＴの波形を示し、（Ｄ）はフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３における電圧ＶＦＤ０〜ＶＦＤ３の波形を示し、（Ｅ）は制御信号ＳＴＲＧ０の波形を示し、（Ｆ）は制御信号ＳＴＲＧ１の波形を示し、（Ｇ）は制御信号ＳＴＲＧ２の波形を示し、（Ｈ）は制御信号ＳＴＲＧ３の波形を示す。
【００５６】
この露光動作Ｄ１では、駆動部２２は、選択制御信号ＳＳＥＬＡ，ＳＳＥＬＢの電圧を低レベルにする。これにより、画素Ｐ１のトランジスタＳＥＬ０〜ＳＥＬ３はオフ状態になる。そして、駆動部２２は、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３を生成する。これにより、トランジスタＴＲＧ０〜ＴＲＧ３は、いずれか１つがオン状態になるようにオンオフし、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積される。以下に、この動作について詳細に説明する。
【００５７】
タイミングｔ１１より前の期間において、駆動部２２は、リセット制御信号ＳＲＳＴ０〜ＳＲＳＴ３，ＳＲＳＴの電圧を高レベルにする（図７（Ｂ），（Ｃ））。これにより、画素Ｐ１のトランジスタＲＳＴ０〜ＲＳＴ３，ＲＳＴはオン状態になり、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に電圧ＶＲＳＴが供給され、フォトダイオードＰＤのカソードに電圧ＶＲＳＴＸが供給される。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３の電圧ＶＦＤ０〜ＶＦＤ３は、この電圧ＶＲＳＴに応じた電圧Ｖ１に設定される（図７（Ｄ））。
【００５８】
次に、タイミングｔ１１において、駆動部２２は、リセット制御信号ＳＲＳＴ０〜ＳＲＳＴ３，ＳＲＳＴの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図７（Ｂ），（Ｃ））。これにより、画素Ｐ１のトランジスタＲＳＴ０〜ＲＳＴ３，ＲＳＴはオフ状態になる。
【００５９】
また、光源１１は、このタイミングｔ１１において、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を開始する（図７（Ａ））。具体的には、光源１１は、タイミングｔ１１〜ｔ１３の期間において発光状態になり、タイミングｔ１３〜ｔ１５の期間において非発光状態になる。光パルスＬ１の発光デューティ比は、この例では５０％である。すなわち、発光期間（タイミングｔ１１〜ｔ１３）の長さと、非発光期間（タイミングｔ１３〜ｔ１５）の長さは、互いに等しい。光源１１は、このタイミングｔ１１〜ｔ１５の動作を繰り返す。
【００６０】
また、駆動部２２は、このタイミングｔ１１において、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３を選択的に順次高レベルにし始める（図７（Ｅ）〜（Ｈ））。具体的には、駆動部２２は、タイミングｔ１１〜ｔ１２の期間において制御信号ＳＴＲＧ０を高レベルにし、タイミングｔ１２〜ｔ１３の期間において制御信号ＳＴＲＧ１を高レベルにし、タイミングｔ１３〜ｔ１４の期間において制御信号ＳＴＲＧ２を高レベルにし、タイミングｔ１４〜ｔ１５の期間において制御信号ＳＴＲＧ３を高レベルにする。制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３のデューティ比は、この例では２５％である。すなわち、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３のパルス幅は互いに等しい。駆動部２２は、このタイミングｔ１１〜ｔ１５の動作を繰り返す。
【００６１】
図７（Ａ），（Ｅ）〜（Ｈ）に示したように、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３の周波数は、光源１１の発光動作の周波数と同じであり、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３は、光源１１の発光動作に同期している。すなわち、制御部１７は、センサ２０のセンサ制御部２５に対して制御信号を供給し、センサ制御部２５は、駆動部２２に対して、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３を生成するように指示する。また、制御部１７は、光源制御部１２に対して制御信号を供給し、光源制御部１２は、光源１１に対して、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を開始するように指示する。これにより、計測装置１では、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３を、光源１１の発光動作に同期させることができる。
【００６２】
このようにして、このタイミングｔ１１において露光期間ＴＥが開始する。この露光期間ＴＥにおいて、フォトダイオードＰＤは、計測装置１に入射する背景光Ｌ０、光パルスＬ１０、および反射光パルスＬ２０に基づいて電荷を生成する。トランジスタＴＲＧ０は制御信号ＳＴＲＧ０に基づいてオンオフし、トランジスタＴＲＧ１は制御信号ＳＴＲＧ１に基づいてオンオフし、トランジスタＴＲＧ２は制御信号ＳＴＲＧ２に基づいてオンオフし、トランジスタＴＲＧ３は制御信号ＳＴＲＧ３に基づいてオンオフする。すなわち、トランジスタＴＲＧ０〜ＴＲＧ３は、いずれか１つがオン状態になる。これにより、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷が、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積される。
【００６３】
図８は、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３における電荷の蓄積動作の一例を表すものであり、（Ａ）は計測装置１に入射する背景光Ｌ０を示し、（Ｂ）は光パルスＬ１０の波形を示し、（Ｃ）は反射光パルスＬ２０の波形を示し、（Ｄ）〜（Ｇ）は制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３の波形をそれぞれ示し、（Ｈ）〜（Ｋ）はフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に蓄積される電荷Ｑ０〜Ｑ３をそれぞれ示す。
【００６４】
まず、光パルスＬ１０は、タイミングｔ２１において立ち上がり、タイミングｔ２４において立ち下がる（図８（Ｂ））。この光パルスＬ１０は、図７（Ａ）に示した光パルスＬ１に対応するものである。
【００６５】
また、制御信号ＳＴＲＧ０は、タイミングｔ２１において立ち上がり、このタイミングｔ２１から位相が９０度だけ遅れたタイミングｔ２３において立ち下がる（図８（Ｄ））。制御信号ＳＴＲＧ１は、タイミングｔ２３において立ち上がり、このタイミングｔ２３から位相が９０度だけ遅れたタイミングｔ２４において立ち下がる（図８（Ｅ））。制御信号ＳＴＲＧ２は、タイミングｔ２４において立ち上がり、このタイミングｔ２４から位相が９０度だけ遅れたタイミングｔ２６において立ち下がる（図８（Ｆ））。制御信号ＳＴＲＧ３は、タイミングｔ２６において立ち上がり、このタイミングｔ２６から位相が９０度だけ遅れたタイミングｔ２７において立ち下がる（図８（Ｇ））。このように、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３は、光パルスＬ１０に同期している。
【００６６】
反射光パルスＬ２０の位相は、光パルスＬ１０の位相よりも位相φだけずれる（図８（Ｃ））。この位相φは、ビームスプリッタ１３から平面ミラー１４を経由してセンサ２０に到達するまでの光路と、ビームスプリッタ１３から計測対象物９を経由してセンサ２０に到達するまでの光路との光路差に対応する。この例では、タイミングｔ２１よりも位相φに対応する時間だけ遅れたタイミングｔ２２において反射光パルスＬ２０が立ち上がり、タイミングｔ２４よりも位相φに対応する時間だけ遅れたタイミングｔ２５において反射光パルスＬ２０が立ち下がる。
【００６７】
画素Ｐ１のフォトダイオードＰＤは、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、タイミングｔ２１〜ｔ２２の期間において、背景光Ｌ０および光パルスＬ１０の光を検出し、検出した光に基づいて電荷を生成する。また、フォトダイオードＰＤは、タイミングｔ２２〜ｔ２４の期間において、背景光Ｌ０と、光パルスＬ１０および反射光パルスＬ２０の干渉光とを検出し、検出した光に基づいて電荷を生成する。また、フォトダイオードＰＤは、タイミングｔ２４〜ｔ２５の期間において、背景光Ｌ０および反射光パルスＬ２０の光を検出し、検出した光に基づいて電荷を生成する。また、フォトダイオードＰＤは、タイミングｔ２５〜ｔ２７の期間において、背景光Ｌ０を検出し、検出した光に基づいて電荷を生成する。
【００６８】
トランジスタＴＲＧ０は、制御信号ＳＴＲＧ０が高レベルであるタイミングｔ２１〜ｔ２３の期間において、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷をフローティングディフュージョンＦＤ０に転送する（図８（Ｄ））。これにより、タイミングｔ２１〜ｔ２３の期間において、フローティングディフュージョンＦＤ０に、背景光Ｌ０、光パルスＬ１０、および反射光パルスＬ２０に基づく電荷が蓄積される（図８（Ｈ））。この電荷Ｑ０は、以下の式で表すことができる。
Ｑ０＝Ｉｒ［φ］＋Ｉｎ［９０］−Ｉｎ［φ］＋Ａｍ［９０］
ここで、Ｉｒ［φ］は、タイミングｔ２１〜ｔ２２の期間において蓄積された、光パルスＬ１０に係る位相φ分の電荷を示し、Ｉｎ［９０］−Ｉｎ［φ］は、タイミングｔ２２〜ｔ２３の期間において蓄積された、光パルスＬ１０および反射光パルスＬ２０の干渉光に係る位相（９０―φ）度分の電荷を示し、Ａｍ［９０］は、タイミングｔ２１〜ｔ２３の期間において蓄積された、背景光Ｌ０に係る９０度分の位相に対応する電荷を示す。
【００６９】
トランジスタＴＲＧ１は、制御信号ＳＴＲＧ１が高レベルであるタイミングｔ２３〜ｔ２４の期間において、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷をフローティングディフュージョンＦＤ１に転送する（図８（Ｅ））。これにより、タイミングｔ２３〜ｔ２４の期間において、フローティングディフュージョンＦＤ１に、背景光Ｌ０、光パルスＬ１０、および反射光パルスＬ２０に基づく電荷が蓄積される（図８（Ｉ））。この電荷Ｑ１は、以下の式で表すことができる。
Ｑ１＝Ｉｎ［９０］＋Ａｍ［９０］
ここで、Ｉｎ［９０］は、タイミングｔ２３〜ｔ２４の期間において蓄積された、光パルスＬ１０および反射光パルスＬ２０の干渉光に係る９０度分の位相に対応する電荷を示し、Ａｍ［９０］は、タイミングｔ２３〜ｔ２４の期間において蓄積された、背景光Ｌ０に係る９０度分の位相に対応する電荷を示す。
【００７０】
トランジスタＴＲＧ２は、制御信号ＳＴＲＧ２が高レベルであるタイミングｔ２４〜ｔ２６の期間において、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷をフローティングディフュージョンＦＤ２に転送する（図８（Ｆ））。これにより、タイミングｔ２４〜ｔ２６の期間において、フローティングディフュージョンＦＤ２に、背景光Ｌ０および反射光パルスＬ２０に基づく電荷が蓄積される（図８（Ｊ））。この電荷Ｑ２は、以下の式で表すことができる。
Ｑ２＝Ｒｅ［φ］＋Ａｍ［９０］
ここで、Ｒｅ［φ］は、タイミングｔ２４〜ｔ２５の期間において蓄積された、反射光パルスＬ２０の干渉光に係る位相φ分の電荷を示し、Ａｍ［９０］は、タイミングｔ２４〜ｔ２６において蓄積された、背景光Ｌ０に係る９０度分の位相に対応する電荷を示す。
【００７１】
トランジスタＴＲＧ３は、制御信号ＳＴＲＧ３が高レベルであるタイミングｔ２６〜ｔ２７の期間において、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷をフローティングディフュージョンＦＤ３に転送する（図８（Ｇ））。これにより、タイミングｔ２６〜ｔ２７の期間において、フローティングディフュージョンＦＤ３に、背景光Ｌ０に基づく電荷が蓄積される（図８（Ｋ））。この電荷Ｑ３は、以下の式で表すことができる。
Ｑ３＝Ａｍ［９０］
ここで、Ａｍ［９０］は、タイミングｔ２６〜ｔ２７において蓄積された、背景光Ｌ０に係る、９０度分の位相に対応する電荷を示す。
【００７２】
電荷Ｑ１と電荷Ｑ３の差は、以下の式で表すことができる。
Ｑ１−Ｑ３＝Ｉｎ［９０］＋Ａｍ［９０］−Ａｍ［９０］＝Ｉｎ［９０］
すなわち、背景光Ｌ０に係る９０度分の位相に対応する電荷であるＡｍ［９０］が相殺され、光パルスＬ１０および反射光パルスＬ２０の干渉光に係る９０度分の位相に対応する電荷であるＩｎ［９０］が残る。後述するように、計測装置１は、画素アレイ２１における全ての画素Ｐにおける、この電荷Ｉｎ［９０］に応じた画素値ＶＡＬ（後述）を得る。すなわち、この電荷Ｉｎ［９０］は、光パルスＬ１０および反射光パルスＬ２０の干渉光に応じて生成されるので、計測装置１は、画素アレイ２１における全ての画素Ｐにおける、この電荷Ｉｎ［９０］に応じた画素値ＶＡＬに基づいて、干渉縞についての情報を得ることができる。
【００７３】
画素Ｐ１は、図８に示したタイミングｔ２１〜ｔ２７における動作を繰り返す。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ０には、電荷Ｑ０が繰り返し蓄積され、フローティングディフュージョンＦＤ１には、電荷Ｑ１が繰り返し蓄積され、フローティングディフュージョンＦＤ２には、電荷Ｑ２が繰り返し蓄積され、フローティングディフュージョンＦＤ３には、電荷Ｑ３が繰り返し蓄積される。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３の電圧ＶＦＤ０〜ＶＦＤ３は、徐々に低下していく（図７（Ｄ））。電圧ＶＦＤ０における電圧変化量は電荷Ｑ０に対応し、電圧ＶＦＤ１における電圧変化量は電荷Ｑ１に対応し、電圧ＶＦＤ２における電圧変化量は電荷Ｑ２に対応し、電圧ＶＦＤ３における電圧変化量は電荷Ｑ３に対応する。
【００７４】
そして、図７に示したように、タイミングｔ１６において、光源１１は、発光動作を終了する（図７（Ａ））。また、駆動部２２は、このタイミングｔ１６において、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３を低レベルに設定する。これにより、トランジスタＴＲＧ０〜ＴＲＧ３は、オフ状態になる。その結果、これ以降、フォトダイオードＰＤとフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３は、電気的に切断される。このようにして、タイミングｔ１６において露光期間ＴＥが終了する。
【００７５】
そして、タイミングｔ１７において、駆動部２２は、リセット制御信号ＳＲＳＴ０，ＳＲＳＴ２の電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図７（Ｂ））。これにより、画素Ｐ１のトランジスタＲＳＴ０，ＲＳＴ２はオン状態になり、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ２の電圧ＶＦＤ０，ＶＦＤ２は、この電圧ＶＲＳＴに応じた電圧Ｖ１に設定される（図７（Ｄ））。このようにして、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ２に蓄積された電荷は排出される。図８における“Ｑ０＝０”および“Ｑ２＝０”は、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ２に蓄積された電荷が排出されたことを示している。そして、タイミングｔ１８において、駆動部２２は、リセット制御信号ＳＲＳＴ０，ＳＲＳＴ２の電圧を高レベルから低レベルに変化させる。これにより、画素Ｐ１のトランジスタＲＳＴ０，ＲＳＴ２はオフ状態になる。
【００７６】
一方、このタイミングｔ１７〜ｔ１８の期間において、リセット制御信号ＳＲＳＴ１，ＳＲＳＴ３は低レベルに維持されるので、画素Ｐ１のトランジスタＲＳＴ１，ＲＳＴ３はオフ状態を維持するため、フローティングディフュージョンＦＤ１，ＦＤ３の電圧ＶＦＤ１，ＶＦＤ３は維持される（図７（Ｃ），（Ｄ））。
【００７７】
そして、その後に、計測装置１は、以下に説明する読出動作Ｄ２を行う。
【００７８】
（読出動作Ｄ２）
次に、計測装置１における読出動作Ｄ２について、詳細に説明する。以下に、画素Ｐ１におけるフローティングディフュージョンＦＤ１に係る画素信号ＳＩＧを読み出す動作を例に説明する。
【００７９】
図９は、読出動作Ｄ２の一例を表すものであり、（Ａ）は選択制御信号ＳＳＥＬＡの波形を示し、（Ｂ）はリセット制御信号ＳＲＳＴ１の波形を示し、（Ｃ）は参照信号ＲＥＦの波形を示し、（Ｄ）は画素信号ＳＩＧの波形を示し、（Ｅ）はＡＤ変換部ＡＤＣのコンパレータ３４から出力される信号ＣＭＰの波形を示し、（Ｆ）はクロック信号ＣＬＫの波形を示し、（Ｇ）はＡＤ変換部ＡＤＣのカウンタ３５におけるカウント値ＣＮＴを示す。ここで、図９（Ｃ），（Ｄ）では、各信号の波形を同じ電圧軸で示している。図９（Ｃ）の参照信号ＲＥＦは、コンパレータ３４の正入力端子における波形を示し、図９（Ｄ）の画素信号ＳＩＧは、コンパレータ３４の負入力端子における波形を示す。
【００８０】
この読出動作Ｄ２では、駆動部２２は、選択制御信号ＳＳＥＬＡの電圧を高レベルにするとともに、選択制御信号ＳＳＥＬＢの電圧を低レベルにする。これにより、トランジスタＳＥＬ０，ＳＥＬ１はオン状態になり、トランジスタＳＥＬ２，ＳＥＬ３はオフ状態になる。これにより、画素Ｐ１は、信号線ＳＧＬ０を介して、フローティングディフュージョンＦＤ０の電圧ＶＦＤ０に応じた電圧を読出部３０に供給するとともに、信号線ＳＧＬ１を介して、フローティングディフュージョンＦＤ１の電圧ＶＦＤ１に応じた電圧を読出部３０に供給する。そして、読出部３０のＡＤ変換部ＡＤＣが、変換期間Ｔ１において、画素Ｐ１が出力した画素信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う。そして、駆動部２２が、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ１に対してリセット動作を行い、ＡＤ変換部ＡＤＣが、変換期間Ｔ２において、画素Ｐ１が出力した画素信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う。以下にこの動作について詳細に説明する。なお、以下の説明では、フローティングディフュージョンＦＤ１に係る動作を例に挙げて説明するが、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ２，ＦＤ３に係る動作についても同様である。
【００８１】
まず、タイミングｔ３１において、駆動部２２は、選択制御信号ＳＳＥＬＡの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図９（Ａ））。これにより、画素Ｐ１では、トランジスタＳＥＬ０，ＳＥＬ１がオン状態になり、画素Ｐ１が信号線ＳＧＬ０，ＳＧＬ１と電気的に接続される。これにより、画素Ｐ１は、信号線ＳＧＬ１を介して、フローティングディフュージョンＦＤ１の電圧ＶＦＤ１に応じた電圧を画素信号ＳＩＧとして読出部３０に供給する。
【００８２】
次に、タイミングｔ３２〜ｔ３４の期間（変換期間Ｔ１）において、この信号線ＳＧＬ１に接続されたＡＤ変換部ＡＤＣは、この画素信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う。具体的には、タイミングｔ３２において、センサ制御部２５は、クロック信号ＣＬＫの生成を開始し（図９（Ｆ））、これと同時に、参照信号生成部２６は、参照信号ＲＥＦの電圧を、電圧Ｖ２から所定の変化度合いで低下させ始める（図９（Ｃ））。これに応じて、ＡＤ変換部ＡＤＣのカウンタ３５は、カウント値ＣＮＴを“０”から減らすようにカウント動作を開始する（図９（Ｇ））。
【００８３】
そして、タイミングｔ３３において、参照信号ＲＥＦの電圧が画素信号ＳＩＧの電圧を下回る（図９（Ｃ），（Ｄ））。これに応じて、ＡＤ変換部ＡＤＣのコンパレータ３４は、信号ＣＭＰの電圧を高レベルから低レベルに変化させ（図９（Ｅ））、その結果、カウンタ３５は、カウント動作を停止する（図９（Ｇ））。このときのカウント値ＣＮＴは負の値“−ＣＮＴ１”である。
【００８４】
次に、タイミングｔ３４において、センサ制御部２５は、変換期間Ｔ１の終了に伴い、クロック信号ＣＬＫの生成を停止する（図９（Ｆ））。これと同時に、参照信号生成部２６は、参照信号ＲＥＦの電圧の変化を停止させ、その後のタイミングｔ３５において、参照信号ＲＥＦの電圧を電圧Ｖ２に変化させる（図９（Ｃ））。これに伴い、参照信号ＲＥＦの電圧が画素信号ＳＩＧの電圧を上回るので（図９（Ｃ），（Ｄ））、ＡＤ変換部ＡＤＣのコンパレータ３４は、信号ＣＭＰの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図９（Ｅ））。
【００８５】
次に、タイミングｔ３６において、ＡＤ変換部ＡＤＣのカウンタ３５は、制御信号ＣＣに基づいて、カウント値ＣＮＴの極性を反転する（図９（Ｇ））。これにより、カウント値ＣＮＴは正の値“ＣＮＴ１”になる。
【００８６】
次に、タイミングｔ３７において、駆動部２２は、リセット制御信号ＳＲＳＴ１の電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図９（Ｂ））。これにより、画素Ｐ１では、トランジスタＲＳＴ１がオン状態になり、フローティングディフュージョンＦＤ１に電圧ＶＲＳＴが供給される（リセット動作）。これにより、画素信号ＳＩＧの電圧は、電圧ＶＲＳＴに応じた電圧Ｖ１に向かって上昇する。
【００８７】
次に、タイミングｔ３８において、駆動部２２は、リセット制御信号ＳＲＳＴ１の電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図９（Ｂ））。これにより、画素Ｐ１では、トランジスタＲＳＴ１がオフ状態になる。
【００８８】
次に、タイミングｔ３９〜ｔ４１の期間（変換期間Ｔ２）において、ＡＤ変換部ＡＤＣは、この画素信号ＳＩＧに基づいてＡＤ変換を行う。具体的には、タイミングｔ３９において、センサ制御部２５は、クロック信号ＣＬＫの生成を開始し（図９（Ｆ））、これと同時に、参照信号生成部２６は、参照信号ＲＥＦの電圧を、電圧Ｖ２から所定の変化度合いで低下させ始める（図９（Ｃ））。これに応じて、ＡＤ変換部ＡＤＣのカウンタ３５は、カウント値を減らすようにカウント動作を開始する（図９（Ｇ））。
【００８９】
そして、タイミングｔ４０において、参照信号ＲＥＦの電圧が画素信号ＳＩＧの電圧を下回る（図９（Ｃ），（Ｄ））。これに応じて、ＡＤ変換部ＡＤＣのコンパレータ３４は、信号ＣＭＰの電圧を高レベルから低レベルに変化させ（図９（Ｅ））、その結果、カウンタ３５は、カウント動作を停止する（図９（Ｇ））。タイミングｔ３９〜ｔ４０の期間において、カウント値ＣＮＴは、カウント値ＣＮＴ２だけ減少する。そして、ＡＤ変換部ＡＤＣのラッチ３６は、カウンタ３５におけるカウント値ＣＮＴ（ＣＮＴ１−ＣＮＴ２）を、デジタルコードＣＯＤＥ（デジタルコードＣＯＤＥ１）として出力する。
【００９０】
次に、タイミングｔ４１において、センサ制御部２５は、変換期間Ｔ２の終了に伴い、クロック信号ＣＬＫの生成を停止する（図９（Ｆ））。これと同時に、参照信号生成部２６は、参照信号ＲＥＦの電圧の変化を停止させ、その後のタイミングｔ４２において、参照信号ＲＥＦの電圧を電圧Ｖ２に変化させる（図９（Ｃ））。これに伴い、参照信号ＲＥＦの電圧が画素信号ＳＩＧの電圧を上回るので（図９（Ｃ），（Ｄ））、ＡＤ変換部ＡＤＣのコンパレータ３４は、信号ＣＭＰの電圧を低レベルから高レベルに変化させる。（図９（Ｅ））。
【００９１】
そして、タイミングｔ４３において、駆動部２２は、選択制御信号ＳＳＥＬＡの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図９（Ａ））。これにより、画素Ｐ１では、トランジスタＳＥＬ０，ＳＥＬ１がオフ状態になり、画素Ｐ１が信号線ＳＧＬ０，ＳＧＬ１から電気的に切り離される。
【００９２】
このように、計測装置１では、画素Ｐ１から供給された画素信号ＳＩＧに基づいて変換期間Ｔ１においてカウント動作を行い、カウント値ＣＮＴの極性を反転するようにした。そして、計測装置１では、画素Ｐ１のフローティングディフュージョンＦＤ１をリセットし、この画素Ｐ１から供給された画素信号ＳＩＧに基づいて変換期間Ｔ２においてカウント動作を行うようにした。計測装置１では、このようないわゆる２重データサンプリング（ＤＤＳ；Double Data Sampling）を行うようにしたので、画素信号ＳＩＧに含まれるノイズ成分を取り除くことができ、その結果、例えば深度（距離）の計測精度を高めることができる。
【００９３】
読出部３０は、このように、画素Ｐ１におけるフローティングディフュージョンＦＤ１に係る画素信号ＳＩＧを読み出すことにより、デジタルコードＣＯＤＥ（デジタルコードＣＯＤＥ１）を生成する。同様に、読出部３０は、フローティングディフュージョンＦＤ０に係る画素信号ＳＩＧを読み出すことにより、デジタルコードＣＯＤＥ（デジタルコードＣＯＤＥ０）を生成し、フローティングディフュージョンＦＤ２に係る画素信号ＳＩＧを読み出すことにより、デジタルコードＣＯＤＥ（デジタルコードＣＯＤＥ２）を生成し、フローティングディフュージョンＦＤ３に係る画素信号ＳＩＧを読み出すことにより、デジタルコードＣＯＤＥ（デジタルコードＣＯＤＥ３）を生成する。
【００９４】
デジタルコードＣＯＤＥ１は、電荷Ｑ１に対応するコードであり、デジタルコードＣＯＤＥ３は、電荷Ｑ３に対応するコードである。一方、デジタルコードＣＯＤＥ０，ＣＯＤＥ２の値は、ほぼ“０”である。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ２に蓄積された電荷は、図７に示したように、この読出動作Ｄ２の前のタイミングｔ１７〜ｔ１８の期間においてすでに排出されているので、デジタルコードＣＯＤＥ０，ＣＯＤＥ２の値は、ほぼ“０”である。
【００９５】
そして、読出部３０は、これらのデジタルコードＣＯＤＥ０〜ＣＯＤＥ３を含む画像信号ＤＡＴＡ０を画像処理部２４に供給する。
【００９６】
画像処理部２４は、画像信号ＤＡＴＡ０に基づいて、デプス画像ＰＩＣを生成する。具体的には、画像処理部２４は、画像信号ＤＡＴＡ０に含まれる、複数の画素Ｐのそれぞれに係る４つのデジタルコードＣＯＤＥ０〜ＣＯＤＥ３に基づいて、デジタルコードＣＯＤＥ１とデジタルコードＣＯＤＥ３との差（ＣＯＤＥ１−ＣＯＤＥ３）を求めることにより、その画素Ｐの画素値ＶＡＬを求める。すなわち、デジタルコードＣＯＤＥ１は、干渉光成分および背景光成分を含んでおり、デジタルコードＣＯＤＥ３は背景光成分を含んでいるので、デジタルコードＣＯＤＥ１とデジタルコードＣＯＤＥ３との差（ＣＯＤＥ１−ＣＯＤＥ３）を求めることにより、干渉光成分を求めることができる。画素アレイ２１における全ての画素Ｐの画素値ＶＡＬは、センサ２０の受光面Ｓにおける干渉縞についての情報を含んでいる。画像処理部２４は、この干渉縞についての情報に基づいて、例えばフレネル変換などを含む所定の演算処理を行うことにより、位相情報ＩＮＦを求める。そして、画像処理部２４は、この位相情報ＩＮＦに基づいて、デプス画像ＰＩＣを生成する。
【００９７】
ここで、露光期間ＴＥは、本開示における「第１の期間」の一具体例に対応する。タイミングｔ２３〜ｔ２４の期間は、本開示における「第２の期間」の一具体例に対応する。タイミングｔ２６〜ｔ２７の期間は、本開示における「第３の期間」の一具体例に対応する。画素値ＶＡＬは、本開示における「第１の画素値」の一具体例に対応する。
【００９８】
以上のように、計測装置１では、光源１１が、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を行うようにするとともに、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積されるようにした。そして、フローティングディフュージョンＦＤ１に係るデジタルコードＣＯＤＥ１と、フローティングディフュージョンＦＤ３に係るデジタルコードＣＯＤＥ３との差に基づいて、デプス画像ＰＩＣを求めるようにした。これにより、計測装置１では、デジタルコードＣＯＤＥ１に含まれる背景光成分を効果的に取り除くことができる。その結果、計測装置１では、深度（距離）の計測精度を高めることができる。
【００９９】
すなわち、例えば、予め背景光を検出しておき、この背景光の検出結果を用いて、干渉縞を検出するときの検出光に含まれる背景光成分の除去を図る場合には、十分に背景光成分を除去できないおそれがある。つまり、背景光を検出する期間と、干渉光を検出する期間とが互いに離れている場合には、例えば、空気密度のゆらぎや、計測対象物９の動きなどにより、背景光が変化するおそれがある。その場合には、干渉縞を検出するときの検出光に含まれる背景光成分を効果的に取り除くことができなくなってしまう。
【０１００】
一方、計測装置１では、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積されるようにした。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ１は、例えば図８におけるタイミングｔ２３〜ｔ２４の期間において、干渉光および背景光Ｌ０に基づく電荷Ｑ１を蓄積し、フローティングディフュージョンＦＤ３は、例えば図８におけるタイミングｔ２６〜ｔ２７の期間において、背景光Ｌ０に基づく電荷Ｑ３を蓄積することができる。すなわち、計測装置１では、干渉光および背景光Ｌ０の検出と、背景光Ｌ０の検出とを並行して時分割的に行うことができる。そして、計測装置１では、フローティングディフュージョンＦＤ１に係るデジタルコードＣＯＤＥ１と、フローティングディフュージョンＦＤ３に係るデジタルコードＣＯＤＥ３との差を求めるようにした。これにより、デジタルコードＣＯＤＥ１に含まれる背景光成分を効果的に取り除くことができる。その結果、計測装置１では、深度（距離）の計測精度を高めることができる。
【０１０１】
（撮像画像ＰＩＣ２について）
以上、デプス画像ＰＩＣの生成について説明したが、計測装置１は、デプス画像ＰＩＣに加えて、撮像画像ＰＩＣ２をも生成することができる。以下に、この動作について説明する。
【０１０２】
図１０は、撮像画像ＰＩＣ２を生成する場合の露光動作Ｄ１の一例を表すものであり、（Ａ）は光源１１から出射する光パルスＬ１の波形を示し、（Ｂ）はリセット制御信号ＳＲＳＴ０，ＳＲＳＴ１の波形を示し、（Ｃ）はリセット制御信号ＳＲＳＴ２，ＳＲＳＴ３，ＳＲＳＴの波形を示し、（Ｄ）はフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３における電圧ＶＦＤ０〜ＶＦＤ３の波形を示し、（Ｅ）は制御信号ＳＴＲＧ０の波形を示し、（Ｆ）は制御信号ＳＴＲＧ１の波形を示し、（Ｇ）は制御信号ＳＴＲＧ２の波形を示し、（Ｈ）は制御信号ＳＴＲＧ３の波形を示す。
【０１０３】
デプス画像ＰＩＣを生成する場合（図７）と同様に、タイミングｔ５１より前の期間において、駆動部２２は、リセット制御信号ＳＲＳＴ０〜ＳＲＳＴ３，ＳＲＳＴの電圧を高レベルにする（図１０（Ｂ），（Ｃ））。これにより、画素Ｐ１のトランジスタＲＳＴ０〜ＲＳＴ３，ＲＳＴはオン状態になり、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に電圧ＶＲＳＴが供給され、フォトダイオードＰＤのカソードに電圧ＶＲＳＴＸが供給される。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３の電圧ＶＦＤ０〜ＶＦＤ３は、この電圧ＶＲＳＴに応じた電圧Ｖ１に設定される（図１０（Ｄ））。
【０１０４】
次に、タイミングｔ５１において、駆動部２２は、リセット制御信号ＳＲＳＴ０〜ＳＲＳＴ３，ＳＲＳＴの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図１０（Ｂ），（Ｃ））。これにより、画素Ｐ１のトランジスタＲＳＴ０〜ＲＳＴ３，ＲＳＴはオフ状態になる。また、光源１１は、このタイミングｔ５１において、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を開始する（図１０（Ａ））。また、駆動部２２は、このタイミングｔ５１において、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３を選択的に順次高レベルにし始める（図１０（Ｅ）〜（Ｈ））。
【０１０５】
このようにして、このタイミングｔ５１において露光期間ＴＥが開始する。この露光期間ＴＥにおいて、フォトダイオードＰＤは、計測装置１に入射する背景光Ｌ０、光パルスＬ１０、および反射光パルスＬ２０に基づいて電荷を生成する。そして、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷が、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積される。
【０１０６】
図１１は、撮像画像ＰＩＣ２を生成する場合におけるフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３における電荷の蓄積動作の一例を表すものである。電荷の蓄積動作は、デプス画像ＰＩＣを生成する場合の動作（図８）と同様である。
【０１０７】
電荷Ｑ２と電荷Ｑ３の差は、以下の式で表すことができる。
Ｑ２−Ｑ３＝Ｒｅ［φ］＋Ａｍ［９０］−Ａｍ［９０］＝Ｒｅ［φ］
すなわち、背景光Ｌ０に係る９０度分の位相に対応する電荷であるＡｍ［９０］が相殺され、反射光パルスＬ２０に係る位相φ分の電荷であるＲｅ［φ］が残る。後述するように、計測装置１は、画素アレイ２１における全ての画素Ｐにおける、この電荷Ｒｅ［φ］に応じた画素値ＶＡＬ２（後述）を得る。すなわち、この電荷Ｒｅ［φ］は、反射光パルスＬ２０に応じて生成されるので、計測装置１は、画素アレイ２１における全ての画素Ｐにおける、この電荷Ｒｅ［φ］に応じた画素値ＶＡＬ２に基づいて、撮像画像ＰＩＣ２を得ることができる。
【０１０８】
画素Ｐ１は、図１１に示したタイミングｔ６１〜ｔ６７における動作を繰り返す。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ０には、電荷Ｑ０が繰り返し蓄積され、フローティングディフュージョンＦＤ１には、電荷Ｑ１が繰り返し蓄積され、フローティングディフュージョンＦＤ２には、電荷Ｑ２が繰り返し蓄積され、フローティングディフュージョンＦＤ３には、電荷Ｑ３が繰り返し蓄積される。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３の電圧ＶＦＤ０〜ＶＦＤ３は、徐々に低下していく（図１０（Ｄ））。
【０１０９】
そして、図１０に示したように、タイミングｔ５６において、光源１１は、発光動作を終了する（図１０（Ａ））。また、駆動部２２は、このタイミングｔ５６において、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３を低レベルに設定する。このようにして、タイミングｔ５６において露光期間ＴＥが終了する。
【０１１０】
そして、タイミングｔ５７において、駆動部２２は、リセット制御信号ＳＲＳＴ０，ＳＲＳＴ１の電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図１０（Ｂ））。これにより、画素Ｐ１のトランジスタＲＳＴ０，ＲＳＴ１はオン状態になり、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ１の電圧ＶＦＤ０，ＶＦＤ２は、この電圧ＶＲＳＴに応じた電圧Ｖ１に設定される（図１０（Ｄ））。このようにして、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ１に蓄積された電荷は排出される。図１１における“Ｑ０＝０”および“Ｑ１＝０”は、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ１に蓄積された電荷が排出されたことを示している。そして、タイミングｔ５８において、駆動部２２は、リセット制御信号ＳＲＳＴ０，ＳＲＳＴ１の電圧を高レベルから低レベルに変化させる。これにより、画素Ｐ１のトランジスタＲＳＴ０，ＲＳＴ１はオフ状態になる。
【０１１１】
そして、その後に、計測装置１は、デプス画像ＰＩＣを生成する場合と同様に、読出動作Ｄ２を行う。読出部３０は、画素Ｐ１におけるフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に係る画素信号ＳＩＧを読み出すことにより、デジタルコードＣＯＤＥ０〜ＣＯＤＥ３を生成する。デジタルコードＣＯＤＥ２は、電荷Ｑ２に対応するコードであり、デジタルコードＣＯＤＥ３は、電荷Ｑ３に対応するコードである。一方、デジタルコードＣＯＤＥ０，ＣＯＤＥ１の値は、ほぼ“０”である。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ１に蓄積された電荷は、図１０に示したように、この読出動作Ｄ２の前のタイミングｔ５７〜ｔ５８の期間においてすでに排出されているので、デジタルコードＣＯＤＥ０，ＣＯＤＥ１の値は、ほぼ“０”である。読出部３０は、これらのデジタルコードＣＯＤＥ０〜ＣＯＤＥ３を含む画像信号ＤＡＴＡ０を画像処理部２４に供給する。
【０１１２】
画像処理部２４は、画像信号ＤＡＴＡ０に基づいて、撮像画像ＰＩＣ２を生成する。具体的には、画像処理部２４は、画像信号ＤＡＴＡ０に含まれる、複数の画素Ｐのそれぞれに係る４つのデジタルコードＣＯＤＥ０〜ＣＯＤＥ３に基づいて、デジタルコードＣＯＤＥ２とデジタルコードＣＯＤＥ３との差（ＣＯＤＥ２−ＣＯＤＥ３）を求めることにより、その画素Ｐの画素値ＶＡＬ２を求める。すなわち、デジタルコードＣＯＤＥ２は、反射光成分および背景光成分を含んでおり、デジタルコードＣＯＤＥ３は背景光成分を含んでいるので、デジタルコードＣＯＤＥ１とデジタルコードＣＯＤＥ３との差（ＣＯＤＥ１−ＣＯＤＥ３）を求めることにより、反射光成分を求めることができる。よって、画素アレイ２１における全ての画素Ｐの画素値ＶＡＬ２は、撮像画像ＰＩＣ２を構成する。画像処理部２４は、このようにして、撮像画像ＰＩＣ２を生成する。
【０１１３】
ここで、タイミングｔ６６〜ｔ６７の期間は、本開示における「第３の期間」の一具体例に対応する。タイミングｔ６４〜ｔ６６の期間は、本開示における「第４の期間」の一具体例に対応する。画素値ＶＡＬ２は、本開示における「第２の画素値」の一具体例に対応する。
【０１１４】
このように、計測装置１では、光源１１が、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を行うようにするとともに、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷がフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積されるようにした。そして、フローティングディフュージョンＦＤ２に係るデジタルコードＣＯＤＥ２と、フローティングディフュージョンＦＤ３に係るデジタルコードＣＯＤＥ３との差に基づいて、撮像画像ＰＩＣ２を生成するようにした。これにより、計測装置１では、デジタルコードＣＯＤＥ２に含まれる背景光成分を効果的に取り除くことができる。その結果、計測装置１では、撮像画像ＰＩＣ２の画質を高めることができる。
【０１１５】
［効果］
以上のように本実施の形態では、光源が、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を行うようにするとともに、フォトダイオードにより生成された電荷が複数のフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積されるようにした。そして、フローティングディフュージョンＦＤ１に係るデジタルコードＣＯＤＥ１と、フローティングディフュージョンＦＤ３に係るデジタルコードＣＯＤＥ３との差に基づいて、デプス画像を求めるようにした。これにより、計測精度を高めることができる。
【０１１６】
本実施の形態では、光源が、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を行うようにするとともに、フォトダイオードにより生成された電荷が複数のフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積されるようにした。そして、フローティングディフュージョンＦＤ２に係るデジタルコードＣＯＤＥ２と、フローティングディフュージョンＦＤ３に係るデジタルコードＣＯＤＥ３との差に基づいて、撮像画像を生成するようにした。これにより、撮像画像の画質を高めることができる。
【０１１７】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態に係る計測装置２について説明する。本実施の形態は、光電変換により生成された電荷を、複数のフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積する方法が、上記第１の実施の形態と異なるものである。なお、上記第１の実施の形態に係る計測装置１と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１１８】
図１に示したように、計測装置２は、センサ４０を備えている。図２に示したように、センサ４０は、画素アレイ４１と、駆動部４２とを有している。
【０１１９】
図１２は、画素アレイ４１の画素Ｑの一構成例を表すものである。画素アレイ４１は、複数の制御線ＧＵＬ０と、複数の制御線ＧＵＬ１と、複数の制御線ＧＵＬ２と、複数の制御線ＧＵＬ３と、複数の選択制御線ＳＥＬＬＡと、複数の選択制御線ＳＥＬＬＢと、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ０と、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ１と、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ２と、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ３と、複数の信号線ＳＧＬ０と、複数の信号線ＳＧＬ１とを有している。制御線ＧＵＬ０，ＧＵＬ１，ＧＵＬ２，ＧＵＬ３は、水平方向（図２，１２における横方向）に延伸する。制御線ＧＵＬ０には、駆動部４２により制御信号ＳＧＵ０が印加され、制御線ＧＵＬ１には、駆動部４２により制御信号ＳＧＵ１が印加され、制御線ＧＵＬ２には、駆動部４２により制御信号ＳＧＵ２が印加され、制御線ＧＵＬ３には、駆動部４２により制御信号ＳＧＵ３が印加される。１行分の画素Ｑは、画素ラインＬを構成する。
【０１２０】
画素Ｑは、光電変換素子５１と、電荷分配部５０と、フローティングディフュージョンＦＤ０，ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３と、トランジスタＲＳＴ０，ＲＳＴ１，ＲＳＴ２，ＲＳＴ３と、トランジスタＡＭＰ０，ＡＭＰ１，ＡＭＰ２，ＡＭＰ３と、トランジスタＳＥＬ０，ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３とを有している。
【０１２１】
光電変換素子５１は、受光量に応じて電荷を発生させるように構成される。光電変換素子５１の一端は電荷分配部５０に接続され、他端は接地される。
【０１２２】
電荷分配部５０は、光電変換素子５１により生成された電荷を、４つのフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に分配可能に構成される。電荷分配部５０は、等価的に、４つのスイッチＳ０〜Ｓ３を有している。スイッチＳ０の一端は光電変換素子５１に接続され、他端はフローティングディフュージョンＦＤ０、トランジスタＲＳＴ０のソース、およびトランジスタＡＭＰ０のゲートに接続される。スイッチＳ１の一端は光電変換素子５１に接続され、他端はフローティングディフュージョンＦＤ１、トランジスタＲＳＴ１のソース、およびトランジスタＡＭＰ１のゲートに接続される。スイッチＳ２の一端は光電変換素子５１に接続され、他端はフローティングディフュージョンＦＤ２、トランジスタＲＳＴ２のソース、およびトランジスタＡＭＰ２のゲートに接続される。スイッチＳ３の一端は光電変換素子５１に接続され、他端はフローティングディフュージョンＦＤ３、トランジスタＲＳＴ３のソース、およびトランジスタＡＭＰ３のゲートに接続される。これらのスイッチＳ０〜Ｓ３は、制御線ＧＵＬ０〜ＧＵＬ３における制御信号ＳＧＵ０〜ＳＧＵ３の電圧の組み合わせに基づいて動作するようになっている。
【０１２３】
図１３Ａ，１３Ｂは、電荷分配部５０の一構成例を模式的に表すものであり、図１３Ａは電荷分配部５０の一動作状態を示し、図１３Ｂは電荷分配部５０の他の動作状態を示す。基板２００Ｐは、Ｐ型の半導体基板である。電荷分配部５０は、拡散層２０１Ｐ，２０２Ｎ，２１１Ｐ，２１２Ｎを有している。拡散層２０１Ｐは、基板２００Ｐの表面に形成されたＰ型の半導体層である。この拡散層２０１Ｐは、制御線ＧＵＬ０に接続され、制御信号ＳＧＵ０が印加される。拡散層２０２Ｎは、基板２００Ｐの表面に形成されたＮ型の半導体層である。この拡散層２０２Ｎは、フローティングディフュージョンＦＤ０、トランジスタＲＳＴ０のソース、およびトランジスタＡＭＰ０のゲートに接続される。拡散層２１１Ｐは、基板２００Ｐの表面に形成されたＰ型の半導体層である。この拡散層２１１Ｐは、制御線ＧＵＬ１に接続され、制御信号ＳＧＵ１が印加される。拡散層２１２Ｎは、基板２００Ｐの表面に形成されたＮ型の半導体層である。この拡散層２１２Ｎは、フローティングディフュージョンＦＤ１、トランジスタＲＳＴ１のソース、およびトランジスタＡＭＰ１のゲートに接続される。
【０１２４】
図１３Ａに示したように、例えば、拡散層２０１Ｐに正の電圧ＶＰが印加され、拡散層２１１Ｐに負の電圧ＶＭが印加された場合には、基板２００Ｐ内に、これらの電圧ＶＰ，ＶＭに応じた電界が生じる。図１３Ａには、電気力線を描いている。そして、光電変換素子５１により生成された電子は、その電界に応じて拡散層２０２Ｎに向かって移動し、この拡散層２０２Ｎを介してフローティングディフュージョンＦＤ０に蓄積される。この動作は、図１２に示したスイッチＳ０がオン状態であり、スイッチＳ１〜Ｓ３がオフ状態であるときの動作に対応する。
【０１２５】
また、図１３Ｂに示したように、例えば、拡散層２０１Ｐに負の電圧ＶＭが印加され、拡散層２１１Ｐに正の電圧ＶＰが印加された場合には、基板２００Ｐ内に、これらの電圧ＶＰ，ＶＭに応じた電界が生じる。そして、光電変換素子５１により生成された電子は、その電界に応じて拡散層２１２Ｎに向かって移動し、この拡散層２１２Ｎを介してフローティングディフュージョンＦＤ１に蓄積される。この動作は、図１２に示したスイッチＳ１がオン状態であり、スイッチＳ０，Ｓ２，Ｓ３がオフ状態であるときの動作に対応する。
【０１２６】
このようにして、電荷分配部５０は、光電変換素子５１により生成された電荷をフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積するようになっている。
【０１２７】
駆動部４２（図２）は、センサ制御部２５からの指示に基づいて、画素アレイ４１における複数の画素Ｑを駆動するように構成される。具体的には、駆動部４２は、複数の制御線ＧＵＬ０（図１２）に対して制御信号ＳＧＵ０を印加し、複数の制御線ＧＵＬ１に対して制御信号ＳＧＵ１を印加し、複数の制御線ＧＵＬ２に対して制御信号ＳＧＵ２を印加し、複数の制御線ＧＵＬ３に対して制御信号ＳＧＵ３を印加する。また、駆動部４２は、複数の選択制御線ＳＥＬＬＡに対して選択制御信号ＳＳＥＬＡを印加し、複数の選択制御線ＳＥＬＬＢに対して選択制御信号ＳＳＥＬＢを印加する。また、駆動部４２は、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ０に対してリセット制御信号ＳＲＳＴ０を印加し、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ１に対してリセット制御信号ＳＲＳＴ１を印加し、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ２に対してリセット制御信号ＳＲＳＴ２を印加し、複数のリセット制御線ＲＳＴＬ３に対してリセット制御信号ＳＲＳＴ３を印加する。また、駆動部４２は、電圧ＶＲＳＴを生成するようになっている。
【０１２８】
ここで、光電変換素子５１は、本開示における「受光素子」の一具体例に対応する。電荷分配部５０は、本開示における「電荷供給部」の一具体例に対応する。拡散層２０１Ｐ，２１１Ｐは、本開示における「複数の電圧印加部」の一具体例に対応する。
【０１２９】
このように、計測装置２では、基板２００Ｐ内に電荷を形成することにより、光電変換素子５１により生成された電荷を、複数のフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積するようにした。この場合でも、例えば、フローティングディフュージョンＦＤ１に係るデジタルコードＣＯＤＥ１と、フローティングディフュージョンＦＤ３に係るデジタルコードＣＯＤＥ３との差に基づいてデプス画像ＰＩＣを求めることにより、上記第１の実施の形態の場合と同様に、計測精度を高めることができる。
【０１３０】
以上のように本実施の形態では、基板内に電荷を形成することにより、光電変換素子により生成された電荷を、複数のフローティングディフュージョンに選択的に蓄積するようにしたので、上記第１の実施の形態の場合と同様に、計測精度を高めることができる。
【０１３１】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態に係る計測装置３について説明する。本実施の形態は、デプス画像ＰＩＣの生成と、撮像画像ＰＩＣ２の生成とを並行して行うものである。なお、上記第１の実施の形態に係る計測装置１と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１３２】
図１に示したように、計測装置３は、センサ６０を備えている。図２に示したように、センサ６０は、画素アレイ６１と、駆動部６２と、画像処理部６４とを有している。
【０１３３】
図１４は、画素アレイ６１の画素Ｒの一構成例を表すものである。画素アレイ６１は、複数の制御線ＴＲＧＬ０と、複数の制御線ＴＲＧＬ１と、複数の制御線ＴＲＧＬ２と、複数の制御線ＴＲＧＬ３と、複数の選択制御線ＳＥＬＬＡと、複数の選択制御線ＳＥＬＬＢと、複数のリセット制御線ＲＳＴＬＡと、複数のリセット制御線ＲＳＴＬＢと、複数の信号線ＳＧＬ０と、複数の信号線ＳＧＬ１とを有している。リセット制御線ＲＳＴＬＡ，ＲＳＴＬＢは、水平方向（図２，１４における横方向）に延伸する。リセット制御線ＲＳＴＬＡには、駆動部６２によりリセット制御信号ＳＲＳＴＡが印加され、リセット制御線ＲＳＴＬＢには、駆動部６２によりリセット制御信号ＳＲＳＴＢが印加される。１行分の画素Ｒは、画素ラインＬを構成する。
【０１３４】
トランジスタＲＳＴ０，ＲＳＴ１，ＲＳＴのゲートはリセット制御線ＲＳＴＬＡに接続される。トランジスタＲＳＴ２，ＲＳＴ３のゲートはリセット制御線ＲＳＴＬＢに接続される。
【０１３５】
駆動部６２（図２）は、センサ制御部２５からの指示に基づいて、画素アレイ６１における複数の画素Ｒを駆動するように構成される。具体的には、駆動部６２は、複数の制御線ＴＲＧＬ０（図１４）に対して制御信号ＳＴＲＧ０を印加し、複数の制御線ＴＲＧＬ１に対して制御信号ＳＴＲＧ１を印加し、複数の制御線ＴＲＧＬ２に対して制御信号ＳＴＲＧ２を印加し、複数の制御線ＴＲＧＬ３に対して制御信号ＳＴＲＧ３を印加する。また、駆動部６２は、複数の選択制御線ＳＥＬＬＡに対して選択制御信号ＳＳＥＬＡを印加し、複数の選択制御線ＳＥＬＬＢに対して選択制御信号ＳＳＥＬＢを印加する。また、駆動部６２は、複数のリセット制御線ＲＳＴＬＡに対してリセット制御信号ＳＲＳＴＡを印加し、複数のリセット制御線ＲＳＴＬＢに対してリセット制御信号ＳＲＳＴＢを印加する。また、駆動部６２は、電圧ＶＲＳＴ，ＶＲＳＴＸを生成するようになっている。  
【０１３６】
画像処理部６４は、画像信号ＤＡＴＡ０に基づいて、デプス画像ＰＩＣおよび撮像画像ＰＩＣ２を生成するように構成される。
【０１３７】
ここで、読出部３０および画像処理部６４は、本開示における「処理部」の一具体例に対応する。
【０１３８】
図１５は、露光動作Ｄ１の一例を表すものであり、（Ａ）は光源１１から出射する光パルスＬ１の波形を示し、（Ｂ）はリセット制御信号ＳＲＳＴＡ，ＳＲＳＴＢの波形を示し、（Ｃ）はフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３における電圧ＶＦＤ０〜ＶＦＤ３の波形を示し、（Ｄ）は制御信号ＳＴＲＧ０の波形を示し、（Ｅ）は制御信号ＳＴＲＧ１の波形を示し、（Ｆ）は制御信号ＳＴＲＧ２の波形を示し、（Ｇ）は制御信号ＳＴＲＧ３の波形を示す。
【０１３９】
上記第１の実施の形態に係る計測装置１の場合（図７，１０）と同様に、タイミングｔ７１より前の期間において、駆動部６２は、リセット制御信号ＳＲＳＴＡ，ＳＲＳＴＢの電圧を高レベルにする（図１５（Ｂ））。これにより、画素Ｒ１のトランジスタＲＳＴ０〜ＲＳＴ３，ＲＳＴはオン状態になり、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に電圧ＶＲＳＴが供給され、フォトダイオードＰＤのカソードに電圧ＶＲＳＴＸが供給される。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３の電圧ＶＦＤ０〜ＶＦＤ３は、この電圧ＶＲＳＴに応じた電圧Ｖ１に設定される（図１５（Ｃ））。
【０１４０】
次に、タイミングｔ７１において、駆動部６２は、リセット制御信号ＳＲＳＴＡ，ＳＲＳＴＢの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図１５（Ｂ））。これにより、画素Ｒ１のトランジスタＲＳＴ０〜ＲＳＴ３，ＲＳＴはオフ状態になる。また、光源１１は、このタイミングｔ７１において、発光および非発光を交互に繰り返す発光動作を開始する（図１５（Ａ））。また、駆動部６２は、このタイミングｔ７１において、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３を選択的に順次高レベルにし始める（図１５（Ｄ）〜（Ｇ））。
【０１４１】
このようにして、このタイミングｔ７１において露光期間ＴＥが開始する。この露光期間ＴＥにおいて、フォトダイオードＰＤは、計測装置３に入射する背景光Ｌ０、光パルスＬ１０、および反射光パルスＬ２０に基づいて電荷を生成する。そして、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷が、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積される。
【０１４２】
図１６は、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３における電荷の蓄積動作の一例を表すものである。電荷の蓄積動作は、上記第１の実施の形態に係る計測装置１の場合の動作（図８，１１）と同様である。
【０１４３】
電荷Ｑ１と電荷Ｑ３の差は、以下の式で表すことができる。
Ｑ１−Ｑ３＝Ｉｎ［９０］＋Ａｍ［９０］−Ａｍ［９０］＝Ｉｎ［９０］
よって、計測装置３は、第１の実施の形態に係る計測装置１と同様に、画素アレイ６１における全ての画素Ｒにおける、この電荷Ｉｎ［９０］に応じた画素値ＶＡＬに基づいて、干渉縞についての情報を得ることができる。
【０１４４】
また、電荷Ｑ２と電荷Ｑ３の差は、以下の式で表すことができる。
Ｑ２−Ｑ３＝Ｒｅ［φ］＋Ａｍ［９０］−Ａｍ［９０］＝Ｒｅ［φ］
よって、計測装置３は、画素アレイ６１における全ての画素Ｒにおける、この電荷Ｒｅ［φ］に応じた画素値ＶＡＬ２に基づいて、撮像画像ＰＩＣ２を得ることができる。
【０１４５】
画素Ｒ１は、図１６に示したタイミングｔ８１〜ｔ８７における動作を繰り返す。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ０には、電荷Ｑ０が繰り返し蓄積され、フローティングディフュージョンＦＤ１には、電荷Ｑ１が繰り返し蓄積され、フローティングディフュージョンＦＤ２には、電荷Ｑ２が繰り返し蓄積され、フローティングディフュージョンＦＤ３には、電荷Ｑ３が繰り返し蓄積される。これにより、フローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３の電圧ＶＦＤ０〜ＶＦＤ３は、徐々に低下していく（図１５（Ｃ））。
【０１４６】
そして、図１５に示したように、タイミングｔ７６において、光源１１は、発光動作を終了する（図１５（Ａ））。また、駆動部６２は、このタイミングｔ７６において、制御信号ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３を低レベルに設定する。このようにして、タイミングｔ７６において露光期間ＴＥが終了する。
【０１４７】
そして、その後に、計測装置３は、読出動作Ｄ２を行う。読出部３０は、画素Ｒ１におけるフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に係る画素信号ＳＩＧを読み出すことにより、デジタルコードＣＯＤＥ０〜ＣＯＤＥ３を生成する。読出部３０は、これらのデジタルコードＣＯＤＥ０〜ＣＯＤＥ３を含む画像信号ＤＡＴＡ０を画像処理部６４に供給する。
【０１４８】
画像処理部６４は、画像信号ＤＡＴＡ０に基づいて、デプス画像ＰＩＣおよび撮像画像ＰＩＣ２を生成する。
【０１４９】
具体的には、画像処理部６４は、画像信号ＤＡＴＡ０に含まれる、複数の画素Ｒのそれぞれに係る４つのデジタルコードＣＯＤＥ０〜ＣＯＤＥ３に基づいて、デジタルコードＣＯＤＥ１とデジタルコードＣＯＤＥ３との差（ＣＯＤＥ１−ＣＯＤＥ３）を求めることにより、その画素Ｒの画素値ＶＡＬを求める。画素アレイ６１における全ての画素Ｒの画素値ＶＡＬは、センサ６０の受光面Ｓにおける干渉縞についての情報を含んでいる。画像処理部６４は、この干渉縞についての情報に基づいて、例えばフレネル変換などを含む所定の演算処理を行うことにより、位相情報ＩＮＦを求める。そして、画像処理部６４は、この位相情報ＩＮＦに基づいて、デプス画像ＰＩＣを生成する。
【０１５０】
また、画像処理部６４は、画像信号ＤＡＴＡ０に含まれる、複数の画素Ｒのそれぞれに係る４つのデジタルコードＣＯＤＥ０〜ＣＯＤＥ３に基づいて、デジタルコードＣＯＤＥ２とデジタルコードＣＯＤＥ３との差（ＣＯＤＥ２−ＣＯＤＥ３）を求めることにより、その画素Ｒの画素値ＶＡＬ２を求める。画素アレイ６１における全ての画素Ｒの画素値ＶＡＬ２は、撮像画像ＰＩＣ２を構成する。画像処理部６４は、このようにして、撮像画像ＰＩＣ２を生成する。
【０１５１】
ここで、タイミングｔ８３〜ｔ８４の期間は、本開示における「第２の期間」の一具体例に対応する。タイミングｔ８６〜ｔ８７の期間は、本開示における「第３の期間」の一具体例に対応する。タイミングｔ８４〜ｔ８６の期間は、本開示における「第４の期間」の一具体例に対応する。
【０１５２】
このように、計測装置３では、画像信号ＤＡＴＡ０に含まれる、複数の画素Ｒのそれぞれに係る４つのデジタルコードＣＯＤＥ０〜ＣＯＤＥ３に基づいて、デジタルコードＣＯＤＥ１とデジタルコードＣＯＤＥ３との差（ＣＯＤＥ１−ＣＯＤＥ３）を求めることにより、その画素Ｒの画素値ＶＡＬを求めるとともに、デジタルコードＣＯＤＥ２とデジタルコードＣＯＤＥ３との差（ＣＯＤＥ２−ＣＯＤＥ３）を求めることにより、その画素Ｒの画素値ＶＡＬ２を求めるようにした。そして、計測装置３では、画素値ＶＡＬに基づいてデプス画像ＰＩＣを生成するとともに、画素値ＶＡＬ２に基づいて撮像画像ＰＩＣ２を生成するようにした。これにより、計測装置３では、デプス画像ＰＩＣの生成と、撮像画像ＰＩＣ２の生成とを並行して行うことができる。
【０１５３】
以上のように本実施の形態では、デジタルコードＣＯＤＥ１とデジタルコードＣＯＤＥ３との差（ＣＯＤＥ１−ＣＯＤＥ３）を求めることにより、その画素の画素値ＶＡＬを求めるとともに、デジタルコードＣＯＤＥ２とデジタルコードＣＯＤＥ３との差（ＣＯＤＥ２−ＣＯＤＥ３）を求めることにより、その画素の画素値ＶＡＬ２を求めるようにしたので、デプス画像の生成と、撮像画像の生成とを並行して行うことができる。その他の効果は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【０１５４】
［変形例］
第２の実施の形態における電荷分配部５０を、第３の実施の形態に係る計測装置３に適用してもよい。
【０１５５】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。
【０１５６】
例えば、上記の各実施の形態では、４つのフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３を設け、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷を４つのフローティングディフュージョンＦＤ０〜ＦＤ３に選択的に蓄積したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、５つ以上の複数のフローティングディフュージョンを設け、フォトダイオードＰＤにより生成された電荷をこれらのフローティングディフュージョンに選択的に蓄積してもよい。
【０１５７】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【０１５８】
なお、本技術は以下のような構成とすることができる。
【０１５９】
（１）光に基づいて光電変換を行うことにより受光電荷を生成可能な受光素子と、前記受光電荷を蓄積可能であり、第１の蓄積部および第２の蓄積部を含む複数の蓄積部と、前記受光素子により生成された前記受光電荷を前記複数の蓄積部に選択的に供給可能な電荷供給部とを有する画素と、
前記第１の蓄積部に蓄積された前記受光電荷の電荷量に基づいて第１の検出値を生成可能であり、前記第２の蓄積部に蓄積された前記受光電荷の電荷量に基づいて第２の検出値を生成可能であり、前記第１の検出値と前記第２の検出値との差に基づいて第１の画素値を生成可能な処理部と
を備えた計測装置。
（２）前記受光素子は、第１の期間において発光と非発光を交互に繰り返す発光動作を行うことが可能な光源から射出された光パルスと、前記光パルスに応じた反射光パルスとを受光可能であり、
前記電荷供給部は、前記第１の期間において、前記発光動作と同期するように、前記受光電荷を前記複数の蓄積部に選択的に供給可能である
前記（１）に記載の計測装置。
（３）前記電荷供給部は、前記光源が発光する期間内の第２の期間において、前記受光素子により生成された前記受光電荷を前記第１の蓄積部に供給可能であり、前記光源が発光しない期間内の第３の期間において、前記受光素子により生成された前記受光電荷を前記第２の蓄積部に供給可能である
前記（２）に記載の計測装置。
（４）前記複数の蓄積部は、第３の蓄積部をさらに含み、
前記処理部は、前記第３の蓄積部に蓄積された前記受光電荷の電荷量に基づいて第３の検出値を生成可能であり、前記第２の検出値と前記第３の検出値との差に基づいて第２の画素値を生成可能である
前記（２）または（３）に記載の計測装置。
（５）前記電荷供給部は、前記光源が発光しない期間内の第４の期間において、前記受光素子により生成された前記受光電荷を前記第３の蓄積部に供給可能である
前記（４）に記載の計測装置。
（６）前記複数の蓄積部は、第４の蓄積部をさらに含み、
前記電荷供給部は、前記第１の期間において、前記受光素子により生成された前記受光電荷を、前記第４の蓄積部、前記第１の蓄積部、前記第３の蓄積部、前記第２の蓄積部に、この順に巡回するように選択的に供給可能である
前記（４）または（５）に記載の計測装置。
（７）前記画素を複数備え、
複数の前記画素は、受光面に並設され、
前記受光面には、前記光パルスにおける光波と前記反射光パルスにおける光波との干渉縞が形成され、
前記処理部は、前記複数の画素のそれぞれにおける、前記第１の蓄積部に蓄積された前記受光電荷の電荷量および前記第２の蓄積部に蓄積された前記受光電荷の電荷量に基づいて前記第１の画素値を生成可能であり、複数の前記第１の画素値に基づいて、前記光パルスにおける光波の位相および前記反射光パルスにおける光波の位相の間の位相差についての位相情報を生成可能である
前記（２）から（６）のいずれかに記載の計測装置。
（８）前記処理部は、前記位相情報に基づいてデプス画像を生成可能である
前記（７）に記載の計測装置。
（９）前記干渉縞を前記受光面に形成させる光学系をさらに備えた
前記（７）または（８）に記載の計測装置。
（１０）前記光源をさらに備えた
前記（２）から（９）のいずれかに記載の計測装置。
（１１）前記電荷供給部は、前記複数の蓄積部に対応して設けられ、それぞれが、オン状態になることにより、前記受光素子により生成された前記受光電荷を、対応する前記蓄積部に供給可能な複数のトランジスタを有する
前記（１）から（１０）のいずれかに記載の計測装置。
（１２）前記電荷供給部は、前記複数の蓄積部に対応して設けられ、それぞれが、前記受光素子が形成された半導体基板に対して電圧を印加可能な複数の電圧印加部を有し、
前記複数の電圧印加部は、前記半導体基板に電界を形成することにより、前記受光素子により生成された前記受光電荷を前記複数の蓄積部に選択的に供給することが可能である
前記（１）から（１１）のいずれかに記載の計測装置。
【符号の説明】
【０１６０】
１〜３…計測装置、１１…光源、１２…光源制御部、１３…ビームスプリッタ、１４…平面ミラー、１５…ビームコンバイナ、１７…制御部、２０，４０，６０…センサ、２１…画素アレイ、２２，４２，６２…駆動部、２４，６４…画像処理部、２５…センサ制御部、２６…参照信号生成部、３１，３２…容量素子、３３…電流源、３４…コンパレータ、３５…カウンタ、３６…ラッチ、５０…電荷分配部、５１…光電変換素子、１００Ｎ，２００Ｐ…基板、１０１Ｐ，１１１Ｐ，２０１Ｐ，２０２Ｎ，２１１Ｐ，２１２Ｎ…拡散層、１０２，１１２…ゲート電極、ＡＤＣ…ＡＤ変換部、ＡＭＰ０〜ＡＭＰ３，ＲＳＴ，ＲＳＴ０〜ＲＳＴ３，ＳＥＬ０〜ＳＥＬ３…トランジスタ、ＢＵＳ…バス配線、ＣＣ…制御信号、ＣＬＫ…クロック信号、ＣＭＰ…信号、ＣＮＴ，ＣＮＴ１，ＣＮＴ２…カウント値、ＣＯＤＥ…デジタルコード、ＤＡＴＡ，ＤＡＴＡ０…画像信号、Ｄ１…露光動作、Ｄ２…読出動作、ＦＤ０〜ＦＤ３…フローティングディフュージョン、ＧＵＬ０〜ＧＵＬ３…制御線、Ｌ１，Ｌ１０，Ｌ１１…光パルス、Ｌ２０…反射光パルス、Ｐ，Ｑ，Ｒ…画素、ＰＤ…フォトダイオード、ＲＥＦ…参照信号、ＲＳＴＬ０〜ＲＳＴＬ３，ＲＳＴＬ，ＲＳＴＬＡ，ＲＳＴＬＢ…リセット制御線、Ｓ…受光面、ＳＥＬＬＡ，ＳＥＬＬＢ…選択制御線、ＳＩＧ…画素信号、ＳＧＬ，ＳＧＬ０，ＳＧＬ１…信号線、ＳＧＵ０〜ＳＧＵ３…制御信号、ＳＲＳＴ０〜ＳＲＳＴ３，ＳＲＳＴ，ＳＲＳＴＡ，ＳＲＳＴＢ…リセット制御信号、ＳＳＥＬＡ，ＳＳＥＬＢ…選択制御信号、ＳＳＷ…制御信号、ＳＴＲＧ０〜ＳＴＲＧ３…制御信号、ＳＷ…スイッチ部、Ｓ０〜Ｓ３…スイッチ、ＴＥ…露光期間、ＴＲＧＬ０〜ＴＲＧＬ３…制御線、Ｔ１，Ｔ２…変換期間、ＶＤＤ…電源電圧、ＶＦＤ０〜ＶＦＤ３…電圧、ＶＲＳＴ，ＶＲＳＴＸ…電圧、Ｑ０〜Ｑ３…電荷、φ…位相。
【図１】
2020020675.tif 000003
【図２】
2020020675.tif 000004
【図３】
2020020675.tif 000005
【図４】
2020020675.tif 000006
【図５】
2020020675.tif 000007
【図６】
2020020675.tif 000008
【図７】
2020020675.tif 000009
【図８】
2020020675.tif 000010
【図９】
2020020675.tif 000011
【図１０】
2020020675.tif 000012
【図１１】
2020020675.tif 000013
【図１２】
2020020675.tif 000014
【図１３Ａ】
2020020675.tif 000015
【図１３Ｂ】
2020020675.tif 000016
【図１４】
2020020675.tif 000017
【図１５】
2020020675.tif 000018
【図１６】
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