(57)【要約】  受光部（200）は、露光状態と遮光状態とに切り換え可能に構成され、露光状態において受光した光に応じた電荷を生成する。電荷蓄積部（300）は、電荷を蓄積する。第１電荷転送部（400）は、受光部（200）から電荷蓄積部（300）へ電荷を転送する。出力部（500）は、電荷蓄積部（300）に蓄積された電荷に応じた信号を出力する。電荷蓄積キャパシタ（600）は、電荷を蓄積する。第２電荷転送部（700）は、電荷蓄積部（300）と電荷蓄積キャパシタ（600）の一端との間において電荷を双方向に転送する。
2019186838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光状態と遮光状態とに切り換え可能に構成され、該露光状態において受光した光に応じた電荷を生成する受光部と、
前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記受光部から前記電荷蓄積部へ前記電荷を転送する第１電荷転送部と、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力する出力部と、
前記電荷を蓄積する電荷蓄積キャパシタと、
前記電荷蓄積部と前記電荷蓄積キャパシタの一端との間において前記電荷を双方向に転送する第２電荷転送部とを備えている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２電荷転送部は、
前記電荷蓄積部と前記電荷蓄積キャパシタの一端との間に直列に接続されたスイッチングトランジスタおよび整流要素と、
前記電荷蓄積キャパシタの他端に接続される電位制御ノードとを有し、
前記整流要素は、前記電荷蓄積キャパシタの一端から前記電荷蓄積部へ向かう方向が順方向となるように構成され、
前記電位制御ノードには、前記電荷蓄積キャパシタから前記電荷蓄積部へ前記電荷を転送する場合に該電荷蓄積キャパシタの一端の電位が該電荷蓄積部の電位よりも高くなるよう電位制御信号が印加される
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
請求項２において、
前記整流要素は、ダイオード接続された整流トランジスタによって構成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記受光部は、受光した光に応じた電荷を生成する光電変換要素を有し、前記露光状態において該光電変換要素を露光させるように構成され、
前記第１電荷転送部は、前記光電変換要素と前記電荷蓄積部との間に接続された転送トランジスタを有している
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記受光部は、それぞれが受光した光に応じた電荷を生成する複数の光電変換要素を有し、前記露光状態において該複数の光電変換要素を露光させるように構成され、
前記第１電荷転送部は、前記複数の光電変換要素と前記電荷蓄積部との間にそれぞれ接続された複数の転送トランジスタを有している
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を駆動する駆動処理部とを備え、
前記駆動処理部は、前記受光部により生成された電荷が前記第１電荷転送部により前記電荷蓄積部に転送されて該電荷蓄積部に蓄積された電荷が前記第２電荷転送部により前記電荷蓄積キャパシタに転送される転送動作が予め定められた回数だけ行われた後に、該電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷が該第２電荷転送部により該電荷蓄積部に転送されて該電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号が前記出力部により出力されるように、前記固体撮像素子を駆動させるフォトンカウンティング動作を行う
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記駆動処理部は、前記受光部により生成された電荷が前記第１電荷転送部により前記電荷蓄積部に転送されて該電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号が前記出力部により出力されるように、前記固体撮像素子を駆動させる撮像動作を行う
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の固体撮像装置と、
信号光を照射する光源と、
前記固体撮像装置の動作および前記光源の動作を制御する制御部とを備えている
ことを特徴とする固体撮像システム。
【請求項９】
請求項８において、
前記制御部は、
複数の距離区間にそれぞれ対応する複数の距離検出期間の各々において前記駆動処理部により前記フォトンカウンティング動作が行われ、該複数の距離検出期間の各々における該フォトンカウンティング動作の転送動作において、前記光源から前記信号光が照射された時点から該距離検出期間に対応する遅延時間が経過した後に前記受光部が露光状態となり、該受光部により生成された電荷が前記第１電荷転送部により前記電荷蓄積部に転送され、該電荷蓄積部に蓄積された電荷が前記第２電荷転送部により前記電荷蓄積キャパシタに転送されるように、前記駆動処理部の動作および前記光源の動作を制御する距離検出制御を行う駆動制御部と、
前記複数の距離検出期間の各々における前記駆動処理部のフォトンカウンティング動作において前記出力部により出力された信号に基づいて対象物までの距離に関する情報を出力する情報出力部とを有している
ことを特徴とする固体撮像システム。
【請求項１０】
露光状態と遮光状態とに切り換え可能に構成され、該露光状態において受光した光に応じた電荷を生成する受光部と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記受光部から前記電荷蓄積部へ前記電荷を転送する第１電荷転送部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力する出力部と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積キャパシタと、前記電荷蓄積部と前記電荷蓄積キャパシタの一端との間において前記電荷を双方向に転送する第２電荷転送部とを備えた固体撮像素子の駆動方法であって、
前記受光部により生成された電荷が前記第１電荷転送部により前記電荷蓄積部に転送されて該電荷蓄積部に蓄積された電荷が前記第２電荷転送部により前記電荷蓄積キャパシタに転送される転送動作が予め定められた回数だけ行われるように、前記固体撮像素子を駆動させる第１工程と、
前記第１工程の後に、前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷が前記第２電荷転送部により前記電荷蓄積部に転送されて該電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号が前記出力部により出力されるように、前記固体撮像素子を駆動させる第２工程とを備えている
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、固体撮像技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被写体の撮像に加えてフォトンカウンティングを行うことが可能な固体撮像素子が開発されている。このようなフォトンカウンティングを利用して、例えば、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式の距離測定方法を行うことが可能である。【０００３】
特許文献１には、赤外線透過フィルタを備える第１の画素群を有する複数の画素が二次元状に配列された固体撮像装置が開示されている。この第１の画素群の各画素は、受光回路とカウンタ回路と比較回路と記憶回路とを備えている。受光回路は、受光した光を電気信号に変換する光電変換を行う受光素子を有し、受光素子において光電変換を行う光電時間を露光信号により設定し、光電時間内に画素に到達した入射光の有無に応じた受光信号を出力する。カウンタ回路は、受光回路から入力された受光信号に基づいて、入射光の到達回数をカウント値として計数する。比較回路は、カウント値に応じた値を閾値として設定し、閾値に対してカウント値が大きい場合に比較信号をオン状態とする。記憶回路は、比較信号と時間に対して変化する時間信号とが入力され、比較信号がオン状態のとき時間信号を距離信号として記憶する。【０００４】
また、特許文献１の図１０Ａに示すように、記憶回路には、増幅トランジスタが接続され、その増幅トランジスタには、選択トランジスタが接続されている。さらに、受光回路には、輝度画像用増幅トランジスタが接続され、輝度画像用増幅トランジスタには、輝度画像用選択トランジスタが接続されている。そして、固体撮像装置は、カウンタ回路と比較回路と記憶回路とを介して受光信号に基づく距離信号を得ることにより距離画像を取得し、輝度画像用増幅トランジスタと輝度画像用選択トランジスタとを介して受光信号を得ることにより対象物の輝度画像を取得するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０９８７２５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の固体撮像素子では、増幅トランジスタと選択トランジスタとで構成された出力部が２つ設けられているので、固体撮像素子の回路規模を低減することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示する技術は、固体撮像素子に関し、この固体撮像素子は、露光状態と遮光状態とに切り換え可能に構成され、該露光状態において受光した光に応じた電荷を生成する受光部と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記受光部から前記電荷蓄積部へ前記電荷を転送する第１電荷転送部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力する出力部と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積キャパシタと、前記電荷蓄積部と前記電荷蓄積キャパシタの一端との間において前記電荷を双方向に転送する第２電荷転送部とを備えている。【０００８】
また、ここに開示する技術は、固体撮像素子の駆動方法に関し、この固体撮像素子は、露光状態と遮光状態とに切り換え可能に構成され、該露光状態において受光した光に応じた電荷を生成する受光部と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記受光部から前記電荷蓄積部へ前記電荷を転送する第１電荷転送部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力する出力部と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積キャパシタと、前記電荷蓄積部と前記電荷蓄積キャパシタの一端との間において前記電荷を双方向に転送する第２電荷転送部とを備えている。そして、この固体撮像素子の駆動方法は、前記受光部により生成された電荷が前記第１電荷転送部により前記電荷蓄積部に転送されて該電荷蓄積部に蓄積された電荷が前記第２電荷転送部により前記電荷蓄積キャパシタに転送される転送動作が予め定められた回数だけ行われるように前記固体撮像素子を駆動させる第１工程と、前記第１工程の後に、前記電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷が前記第２電荷転送部により前記電荷蓄積部に転送されて該電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号が前記出力部により出力されるように前記固体撮像素子を駆動させる第２工程とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
ここに開示する技術によれば、電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷を第２電荷転送部により電荷蓄積部に転送して電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力部により出力することにより、電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷に応じた信号を出力することができる。これにより、電荷蓄積キャパシタに蓄積された電荷に応じた信号を出力するための構成（出力部とは異なる構成）を別途設けなくてもよくなるので、固体撮像素子の回路規模を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】固体撮像システムの構成を例示するブロック図である。
【図２】固体撮像素子の構成を例示する回路図である。
【図３】距離測定の原理について説明するための概念図である。
【図４】距離検出制御を例示するフローチャートである。
【図５】距離検出制御を例示するタイミングチャートである。
【図６】撮像制御を例示するフローチャートである。
【図７】固体撮像素子の変形例の構成を例示する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰り返さない。
【００１２】
（固体撮像システム）
図１は、実施形態による固体撮像システム１０の構成を例示している。この固体撮像システム１０は、被写界の撮像とフォトンカウンティングを利用した距離測定とを行うように構成されている。具体的には、固体撮像装置２０と、光源３０と、制御部４０とを備えている。固体撮像装置２０は、画素領域２１と、駆動処理部２２とを備えている。
【００１３】
〔画素領域〕
画素領域２１は、Ｐ×Ｑ個（Ｐ，Ｑは２以上の整数）の固体撮像素子１００と、Ｑ本の垂直信号線１１０とを有している。Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００は、Ｐ行Ｑ列のマトリクス状に配列されている。Ｑ本の垂直信号線１１０は、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００のＱ個の固体撮像素子列にそれぞれ対応している。
【００１４】
〔固体撮像素子〕
図２は、固体撮像素子１００の構成を例示している。固体撮像素子１００は、受光部２００と、電荷蓄積部３００と、第１電荷転送部４００と、出力部５００と、電荷蓄積キャパシタ６００と、第２電荷転送部７００と、第１リセット部８００と、第２リセット部９００とを備えている。
【００１５】
〈受光部〉
受光部２００は、露光状態と遮光状態とに切り換え可能に構成されている。そして、受光部２００は、露光状態において受光した光に応じた電荷を生成するように構成されている。なお、受光部２００は、遮光状態では電荷を生成しない。この例では、受光部２００は、露光信号ＥＸＰに応答して露光状態と遮光状態とに切り換えられる。
【００１６】
具体的には、この例では受光部２００は、光電変換要素２０１を有している。そして、受光部２００は、露光状態において光電変換要素２０１を露光させ、遮光状態において光電変換要素２０１を遮光させるように構成されている。例えば、受光部２００には、光電変換要素を露光および遮光させる露光機構（図示を省略）が設けられている。
【００１７】
この例では、光電変換要素２０１は、アバランシェフォトフォトダイオードによって構成されている。なお、これに限らず、光電変換要素２０１は、その他の種類のフォトダイオードによって構成されていてもよい。
【００１８】
〈電荷蓄積部〉
電荷蓄積部３００は、電荷を蓄積するように構成されている。この例では、電荷蓄積部３００は、フローティングディフュージョン部３０１を有している。
【００１９】
〈第１電荷転送部〉
第１電荷転送部４００は、受光部２００から電荷蓄積部３００へ電荷を転送するように構成されている。この例では、第１電荷転送部４００は、転送制御信号ＴＲＮに応答して受光部２００から電荷蓄積部３００へ電荷を転送する。具体的には、この例では、第１電荷転送部４００は、転送トランジスタ４０１を有している。
【００２０】
転送トランジスタ４０１は、受光部２００の光電変換要素２０１と電荷蓄積部３００のフローティングディフュージョン部３０１との間に接続されている。転送トランジスタ４０１のゲートは、転送制御信号ＴＲＮが印加される転送制御ノード４０２に接続されている。そして、転送トランジスタ４０１は、転送制御信号ＴＲＮに応答してオン状態とオフ状態とに切り換えられる。
【００２１】
〈出力部〉
出力部５００は、電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号を出力するように構成されている。この例では、出力部５００は、選択制御信号ＳＥＬに応答して電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号を出力する。具体的には、この例では、出力部５００は、増幅トランジスタ５０１と、選択トランジスタ５０２とを有している。
【００２２】
増幅トランジスタ５０１および選択トランジスタ５０２は、電源電圧ＶＤＤが印加される電源ノード５０３と垂直信号線１１０との間に直列に接続されている。増幅トランジスタ５０１のゲートは、電荷蓄積部３００のフローティングディフュージョン部３０１に接続されている。選択トランジスタ５０２のゲートは、選択制御信号ＳＥＬが印加される選択制御ノード５０４に接続されている。そして、選択トランジスタ５０２は、選択制御信号ＳＥＬに応答してオン状態とオフ状態とに切り換えられる。
【００２３】
〈電荷蓄積キャパシタ〉
電荷蓄積キャパシタ６００は、電荷を蓄積するように構成されている。
【００２４】
〈第２電荷転送部〉
第２電荷転送部７００は、電荷蓄積部３００と電荷蓄積キャパシタ６００の一端との間において電荷を双方向に転送するように構成されている。この例では、第２電荷転送部７００は、スイッチング制御信号ＳＷＴに応答して電荷蓄積部３００から電荷蓄積キャパシタ６００の一端へ（または電荷蓄積キャパシタ６００の一端から電荷蓄積部３００へ）電荷を転送する。具体的には、この例では、第２電荷転送部７００は、スイッチングトランジスタ７０１と、整流要素７０２と、電位制御ノード７０３とを有している。
【００２５】
スイッチングトランジスタ７０１および整流要素７０２は、電荷蓄積部３００のフローティングディフュージョン部３０１と電荷蓄積キャパシタ６００の一端との間に直列に接続されている。スイッチングトランジスタ７０１のゲートは、スイッチング制御信号ＳＷＴが印加されるスイッチング制御ノード７０４に接続されている。そして、スイッチングトランジスタ７０１は、スイッチング制御信号ＳＷＴに応答してオン状態とオフ状態とに切り換えられる。
【００２６】
電位制御ノード７０３は、電荷蓄積キャパシタ６００の他端に接続されている。電位制御ノード７０３には、電荷蓄積キャパシタ６００から電荷蓄積部３００へ電荷を転送する場合に電荷蓄積キャパシタ６００の一端の電位（以下「記憶電位ＶＣＮＴ」と記載）が電荷蓄積部３００の電位（この例ではフローティングディフュージョン部３０１の電位、以下「中間電位ＶＦＤ」と記載）よりも高くなるよう電位制御信号ＥＩＶが印加される。
【００２７】
この例では、整流要素７０２は、整流トランジスタ７１０によって構成されている。整流トランジスタ７１０は、ダイオード接続されている。具体的には、整流トランジスタ７１０のゲートは、整流トランジスタ７１０のドレインまたはソースに接続されている。
【００２８】
また、この例では、電荷蓄積部３００のフローティングディフュージョン部３０１から電荷蓄積キャパシタ６００の一端へ向けて整流要素７０２とスイッチングトランジスタ７０１とが順に配置されている。なお、スイッチングトランジスタ７０１と整流要素７０２との並びは、この逆であってもよい。すなわち、電荷蓄積部３００のフローティングディフュージョン部３０１から電荷蓄積キャパシタ６００の一端へ向けてスイッチングトランジスタ７０１と整流要素７０２とが順に配置されていてもよい。
【００２９】
〈第１リセット部〉
第１リセット部８００は、中間電位ＶＦＤ（電荷蓄積部３００の電位、この例ではフローティングディフュージョン部３０１の電位）をリセットするように構成されている。この例では、第１リセット部８００は、第１リセット制御信号ＲＳ１に応答して中間電位ＶＦＤをリセットする。具体的には、この例では、第１リセット部８００は、第１リセットトランジスタ８０１を有している。
【００３０】
第１リセットトランジスタ８０１は、中間電位ＶＦＤをリセットするための第１リセット電圧ＶＲＳ１が印加される第１リセット電圧ノード８０２と電荷蓄積部３００のフローティングディフュージョン部３０１との間に接続されている。第１リセットトランジスタ８０１のゲートは、第１リセット制御信号ＲＳ１が印加される第１リセット制御ノード８０３に接続されている。そして、第１リセットトランジスタ８０１は、第１リセット制御信号ＲＳ１に応答してオン状態とオフ状態とに切り換えられる。
【００３１】
〈第２リセット部〉
第２リセット部９００は、記憶電位ＶＣＮＴ（電荷蓄積キャパシタ６００の一端の電位）をリセットするように構成されている。この例では、第２リセット部９００は、第２リセット制御信号ＲＳ２に応答して記憶電位ＶＣＮＴをリセットする。具体的には、この例では、第２リセット部９００は、第２リセットトランジスタ９０１を有している。
【００３２】
第２リセットトランジスタ９０１は、記憶電位ＶＣＮＴをリセットするための第２リセット電圧ＶＲＳ２が印加される第２リセット電圧ノード９０２と電荷蓄積キャパシタ６００の一端との間に接続されている。第２リセットトランジスタ９０１のゲートは、第２リセット制御信号ＲＳ２が印加される第２リセット制御ノード９０３に接続されている。そして、第２リセットトランジスタ９０１は、第２リセット制御信号ＲＳ２に応答してオン状態とオフ状態とに切り換えられる。
【００３３】
〔駆動処理部〕
図１に戻って、駆動処理部２２は、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００を駆動させるように構成されている。この例では、駆動処理部２２は、露光信号ＥＸＰと転送制御信号ＴＲＮと選択制御信号ＳＥＬとスイッチング制御信号ＳＷＴと第１リセット制御信号ＲＳ１と第２リセット制御信号ＲＳ２とをＰ×Ｑ個の固体撮像素子１００の各々に供給することでＰ×Ｑ個の固体撮像素子１００を駆動させる。
【００３４】
また、この例では、駆動処理部２２は、制御部４０による制御に応答してフォトンカウンティング動作と撮像動作とを行うように構成されている。
【００３５】
フォトンカウンティング動作では、駆動処理部２２は、受光部２００により生成された電荷が第１電荷転送部４００により電荷蓄積部３００に転送されて電荷蓄積部３００に蓄積された電荷が第２電荷転送部７００により電荷蓄積キャパシタ６００に転送される転送動作が予め定められた回数だけ行われた後に、電荷蓄積キャパシタ６００に蓄積された電荷が第２電荷転送部７００により電荷蓄積部３００に転送されて電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号が出力部５００により出力されるように、固体撮像素子１００を駆動させる。
【００３６】
撮像動作では、駆動処理部２２は、受光部２００により生成された電荷が第１電荷転送部４００により電荷蓄積部３００に転送されて電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号が出力部５００により出力されるように、固体撮像素子１００を駆動させる。
【００３７】
具体的には、この例では、駆動処理部２２は、画素駆動回路２５と、垂直シフトレジスタ２６と、相関二重サンプリング回路２７と、水平シフトレジスタ２８と、出力回路２９とを備えている。
【００３８】
〈画素駆動回路〉
画素駆動回路２５は、制御部４０による制御に応答して露光信号ＥＸＰと転送制御信号ＴＲＮとスイッチング制御信号ＳＷＴと第１リセット制御信号ＲＳ１と第２リセット制御信号ＲＳ２とをＰ×Ｑ個の固体撮像素子１００の各々に供給するように構成されている。
【００３９】
〈垂直シフトレジスタ〉
垂直シフトレジスタ２６は、制御部４０による制御に応答して選択制御信号ＳＥＬをＰ×Ｑ個の固体撮像素子１００の各々に供給するように構成されている。そして、垂直シフトレジスタ２６は、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００のＰ個の固体撮像素子行を順次選択する。この例では、垂直シフトレジスタ２６は、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００のＰ個の固体撮像素子行のうち選択された固体撮像素子行に含まれるＱ個の固体撮像素子１００に供給される選択制御信号ＳＥＬの信号レベルをローレベルからハイレベルにする。
【００４０】
垂直シフトレジスタ２６により選択された固体撮像素子１００では、電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号が出力部５００により垂直信号線１１０（その固体撮像素子１００に対応する垂直信号線１１０）に出力される。すなわち、垂直シフトレジスタ２６によってＰ×Ｑ個の固体撮像素子１００のＰ個の固体撮像素子行のいずれか１つが選択されることにより、その固体撮像素子行に含まれるＱ個の固体撮像素子１００の出力部５００からＱ本の垂直信号線１１０にＱ個の信号がそれぞれ出力される。
【００４１】
この例では、２つの垂直シフトレジスタ２６が設けられている。そして、２つの垂直シフトレジスタ２６のうち一方の垂直シフトレジスタ２６による固体撮像素子行の選択と他方の垂直シフトレジスタ２６による固体撮像素子行の選択とが交互に行われる。
【００４２】
〈相関二重サンプリング回路〉
相関二重サンプリング回路２７は、Ｑ本の垂直信号線１１０にそれぞれ出力されたＱ個の信号の各々に対して相関二重サンプリング処理を行うように構成されている。具体的には、相関二重サンプリング回路２７は、垂直信号線１１０に出力された信号のうち後述する信号期間における信号レベルと後述するリセット期間における信号レベルとをサンプリングし、これらの信号レベルの差に応じた信号を出力する。このように、相関二重サンプリング処理が行われることにより、Ｑ個の信号からオフセット成分が除去される。
【００４３】
この例では、２つの相関二重サンプリング回路２７が設けられている。そして、２つの垂直シフトレジスタ２６のうち一方の垂直シフトレジスタ２６により選択された固体撮像素子行からＱ本の垂直信号線１１０にそれぞれ出力されたＱ個の信号が一方の相関二重サンプリング回路２７に供給され、他方の垂直シフトレジスタ２６により選択された固体撮像素子行からＱ本の垂直信号線１１０にそれぞれ出力されたＱ個の信号が他方の相関二重サンプリング回路２７に供給される。
【００４４】
〈水平シフトレジスタ〉
水平シフトレジスタ２８は、相関二重サンプリング回路２７において処理されたＱ個の信号を順次転送するように構成されている。この例では、２つの水平シフトレジスタ２８が設けられており、２つの相関二重サンプリング回路２７のうち一方の相関二重サンプリング回路２７において処理されたＱ個の信号が一方の水平シフトレジスタ２８により順次転送され、他方の相関二重サンプリング回路２７において処理されたＱ個の信号が他方の水平シフトレジスタ２８により順次転送される。
【００４５】
〈出力回路〉
出力回路２９は、水平シフトレジスタ２８により転送された信号を予め定められた増幅利得で増幅して出力するように構成されている。この例では、２つの出力回路２９が設けられており、２つの水平シフトレジスタ２８のうち一方の水平シフトレジスタ２８から一方の出力回路２９に信号が転送され、他方の水平シフトレジスタ２８から他方の出力回路２９に信号が転送される。
【００４６】
〔光源〕
光源３０は、信号光Ｌ１を照射するように構成されている。この例では、光源３０は、予め定められたパルス幅Ａを有する信号光Ｌ１（パルス光）を照射する。例えば、光源３０は、必要に応じて光を拡散させることにより三次元情報（距離情報）を取得したい箇所全体に光を照射するように構成されている。なお、光源３０は、例えば、ＬＥＤによって構成されている。
【００４７】
〔制御部〕
制御部４０は、固体撮像装置２０の動作および光源３０の動作を制御するように構成されている。例えば、制御部４０は、ＣＰＵなどの演算処理部と、演算処理部を動作させるためのプログラムや情報などを記憶するメモリなどの記憶部とによって構成されている。
【００４８】
この例では、制御部４０は、駆動制御部４１と、情報出力部４２とを有している。すなわち、駆動制御部４１と情報出力部４２は、制御部４０の一部の機能を構成している。
【００４９】
〈駆動制御部〉
駆動制御部４１は、固体撮像装置２０の駆動処理部２２の動作および光源３０の動作を制御するように構成されている。また、この例では、駆動制御部４１は、距離検出制御と撮像制御とを行うように構成されている。
【００５０】
距離検出制御では、駆動制御部４１は、複数の距離区間にそれぞれ対応する複数の距離検出期間の各々において駆動処理部２２によりフォトンカウンティング動作が行われるように、駆動処理部２２の動作を制御する。また、距離検出制御では、駆動制御部４１は、複数の距離検出期間の各々におけるフォトンカウンティング動作の転送動作において、光源３０から信号光Ｌ１が照射された時点からその距離検出期間に対応する遅延時間ＴＤが経過した後に受光部２００が露光状態となり、受光部２００により生成された電荷が第１電荷転送部４００により電荷蓄積部３００に転送され、電荷蓄積部３００に蓄積された電荷が第２電荷転送部７００により電荷蓄積キャパシタ６００に転送されるように、駆動処理部２２の動作および光源３０の動作を制御する。
【００５１】
撮像制御では、駆動制御部４１は、駆動処理部２２により撮像動作が行われるように、駆動処理部２２を制御する。
【００５２】
〈情報出力部〉
情報出力部４２は、複数の距離検出期間の各々における画素駆動回路２５のフォトンカウンティング動作において出力部５００により出力された信号に基づいて対象物までの距離に関する情報（距離情報）を出力するように構成されている。この例では、情報出力部４２は、それぞれが対象物までの距離に応じた値を示すＰ×Ｑ個の距離値により構成された三次元情報（距離画像）を出力する。
【００５３】
〔フォトンカウンティングを利用した距離測定〕
次に、図３を参照して、フォトンカウンティングを利用した距離測定の原理について説明する。この例では、ＴＯＦ（Time Of Flight）方式の距離測定方法に、フォトンカウンティングが利用されている。
【００５４】
まず、ＴＯＦ方式の距離測定方法について説明する。ＴＯＦ方式の距離測定方法とは、距離測定装置（この例では固体撮像装置２０）の付近に設けられた光源（この例では光源３０）から対象物へ向けて光を照射した時点からその光が対象物で反射して距離測定装置に帰還する時点までの時間を測定し、その時間に基づいて距離測定装置から対象物までの距離を求める距離測定方法のことである。
【００５５】
図３に示すように、この固体撮像システム１０では、距離測定範囲である固体撮像装置２０から任意の地点までの距離Ｒ（例えば固体撮像システム１０により測定することが可能な距離）がＮ個の距離区間に分割されている。具体的には、第１場目の距離区間は、ゼロからＲ/Ｎまでの区間に設定され、第２番目の距離区間は、Ｒ/Ｎから２Ｒ/Ｎまでの区間に設定され、第３番目の距離区間は、２Ｒ/Ｎから３Ｒ/Ｎまでの区間に設定され、第Ｎ番目の距離区間は、Ｒ（Ｎ−１）/ＮからＲまでの区間に設定されている。ここで、Ｎ個の距離区間のうち第Ｋ番目（Ｋは１以上でＮ以下の整数）の距離区間に対象物が存在している場合、光源３０から信号光Ｌ１が照射された時刻から反射光Ｌ２が固体撮像装置２０に到達する時刻までの時間Ｔは、光速を“Ｖ”とすると、次の式のようになる。
【００５６】
【数１】
2019186838.tif 000003
【００５７】
すなわち、光源３０から信号光Ｌ１が照射された時刻から受光部２００を遮光状態から露光状態にする時刻までの時間（遅延時間ＴＤ）を上式の時間Ｔに設定することにより、露光状態の受光部２００に反射光Ｌ２を受光させることが可能となる。
【００５８】
このような原理に基づいて、この固体撮像システム１０では、Ｎ個の距離区間の各々における遅延時間ＴＤは、次の式のように設定されている。
【００５９】
【数２】
2019186838.tif 000004
【００６０】
すなわち、光源３０から信号光Ｌ１が照射された時刻から第Ｋ番目の距離区間に対応する遅延時間ＴＤが経過した時刻において受光部２００を遮光状態から露光状態にした場合に、その露光状態の受光部２００が反射光Ｌ２を受光することができれば、対象物が第Ｋ番目の距離区間に存在しているといえる。また、露光状態の受光部２００が反射光Ｌ２を受光することにより、受光部２００において反射光Ｌ２に応じた電荷が生成される。そして、その受光部２００により生成された電荷を第１電荷転送部４００と第２電荷転送部７００とを経由して電荷蓄積キャパシタ６００に転送して蓄積することにより、電荷蓄積キャパシタ６００に蓄積された電荷の量に基づいて第Ｋ番目の距離区間に対象物が存在しているか否かを判定することが可能となる。
【００６１】
〔駆動制御部の動作：距離検出制御〕
次に、図４および図５を参照して、駆動制御部４１による距離検出制御について説明する。この例では、図３に示したＮ個の距離区間にそれぞれ対応するＮ個の距離検出期間の各々において距離検出制御（ステップＳＴ１０２〜ＳＴ１１１）が行われる。また、距離検出制御では、駆動処理部２２は、Ｎ個の距離区間にそれぞれ対応するＮ個の距離検出期間においてフォトンカウンティング動作を行う。また、光源３０は、Ｎ個の距離検出期間の各々においてＭ個（Ｍは１以上の整数）の信号光Ｌ１を照射する。すなわち、Ｎ個の距離検出期間の各々において信号光Ｌ１がＭ回照射される。なお、図５は、Ｎ個の距離検出期間のうち第Ｋ番目の距離検出期間において光源３０が２つの信号光Ｌ１を照射する場合（Ｍ＝２の場合）を例示している。
【００６２】
〈ステップＳＴ１０１〉
まず、駆動制御部４１は、Ｎ個の距離区間の中から第１番目の距離区間を距離検出制御の対象として選択する。これにより、第１番目の距離区間に対応する第１番目の距離検出期間が開始される。なお、以下では、距離検出制御の対象として選択されている距離区間を「第Ｋ番目（Ｋは１以上でＮ以下の整数）の距離区間」と記載する。
【００６３】
〈ステップＳＴ１０２〉
第Ｋ番目の距離区間に対応する距離検出期間（以下「第Ｋ番目の距離検出期間」と記載）が開始されると、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して、受光部２００の電位（この例では光電変換要素２０１の電位、以下「入力電位ＶＰＤ」と記載）と中間電位ＶＦＤと記憶電位ＶＣＮＴとがリセットされるように、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００を駆動させる。
【００６４】
図５の時刻ｔ１に示すように、駆動処理部２２の画素駆動回路２５は、転送制御信号ＴＲＮと第１リセット制御信号ＲＳ１とスイッチング制御信号ＳＷＴと第２リセット制御信号ＲＳ２の信号レベルをローレベルからハイレベルにする。これにより、転送トランジスタ４０１とスイッチングトランジスタ７０１と第１リセットトランジスタ８０１と第２リセットトランジスタ９０１とがオン状態となり、第１リセット電圧ＶＲＳ１により中間電位ＶＦＤがリセットされ、第２リセット電圧ＶＲＳ２より記憶電位ＶＣＮＴがリセットされる。また、転送トランジスタ４０１がオン状態となっているので、中間電位ＶＦＤのリセットとともに、入力電位ＶＰＤがリセットされる。そして、画素駆動回路２５は、入力電位ＶＰＤと中間電位ＶＦＤと記憶電位ＶＣＮＴのリセットが完了する（例えば予め定められたリセット時間が経過する）と、転送制御信号ＴＲＮと第１リセット制御信号ＲＳ１とスイッチング制御信号ＳＷＴと第２リセット制御信号ＲＳ２の信号レベルをハイレベルからローレベルにする。これにより、転送トランジスタ４０１とスイッチングトランジスタ７０１と第１リセットトランジスタ８０１と第２リセットトランジスタ９０１とがオフ状態となる。
【００６５】
〈ステップＳＴ１０３〉
次に、駆動制御部４１は、第Ｋ番目の距離検出期間において照射すべきＭ個の信号光Ｌ１のうち第１番目の信号光Ｌ１を照射処理の対象として選択する。なお、以下では、照射処理の対象として選択されている信号光Ｌ１を「第Ｊ番目（Ｊは１以上でＭ以下の整数）の信号光」と記載する。
【００６６】
〈ステップＳＴ１０４〉
次に、光源３０は、駆動制御部４１による制御に応答して第Ｊ番目の信号光Ｌ１を照射する。この例では、信号光Ｌ１のパルス幅は、パルス幅Ａに設定されている。
【００６７】
図５の時刻ｔ２に示すように、光源３０は、第Ｊ番目の信号光Ｌ１（時刻ｔ２では第１番目の信号光Ｌ１）の照射を開始した時刻からパルス幅Ａに対応する照射時間が経過すると、第Ｊ番目の信号光Ｌ１の照射を終了する。
【００６８】
〈ステップＳＴ１０５〉
次に、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して、光源３０から第Ｊ番目の信号光Ｌ１が照射された時刻から第Ｋ番目の距離検出期間（すなわち第Ｋ番目の距離区間）に対応する遅延時間ＴＤが経過すると、受光部２００が予め定められた露光時間だけ露光状態となるように、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００を駆動させる。なお、この例では、第Ｊ番目の信号光Ｌ１に対応する露光時間は、第Ｊ番目の信号光Ｌ１のパルス幅（この例ではパルス幅Ａ）に対応する時間に設定されている。また、第Ｋ番目の距離検出期間に対応する遅延時間ＴＤは、次の式のように設定されている。
【００６９】
【数３】
2019186838.tif 000005
【００７０】
図５の時刻ｔ３に示すように、駆動処理部２２の画素駆動回路２５は、光源３０から第Ｊ番目の信号光Ｌ１（時刻ｔ３では第１番目の信号光Ｌ１）が照射された時刻から遅延時間ＴＤが経過すると、露光信号ＥＸＰの信号レベルをローレベルからハイレベルにする。これにより、受光部２００が露光状態となり、受光部２００が受光した光に応じた電荷が生成され、その生成された電荷の量に応じて入力電位ＶＰＤが変化する。図５の例では、時刻ｔ３において第１番目の信号光Ｌ１に対応する第１番目の反射光Ｌ２が受光部２００に到達している。すなわち、時刻ｔ１において照射された第１番目の信号光Ｌ１が対象物（第Ｋ番目の距離区間に存在する対象物）で反射して第１番目の反射光Ｌ２として受光部２００に到達している。そして、画素駆動回路２５は、露光信号ＥＸＰの信号レベルをローレベルからハイレベルにした時点から露光時間（パルス幅Ａに対応する時間）が経過すると、露光信号ＥＸＰの信号レベルをハイレベルからローレベルにする。これにより、受光部２００が遮光状態となる。
【００７１】
〈ステップＳＴ１０６〉
次に、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して、受光部２００により生成された電荷が第１電荷転送部４００により電荷蓄積部３００に転送された後に、電荷蓄積部３００に蓄積された電荷が第２電荷転送部７００により電荷蓄積キャパシタ６００に転送されるように、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００を駆動させる。
【００７２】
図５の時刻ｔ４に示すように、駆動処理部２２の画素駆動回路２５は、転送制御信号ＴＲＮの信号レベルをローレベルからハイレベルにする。これにより、転送トランジスタ４０１がオン状態となり、受光部２００からオン状態の転送トランジスタ４０１を経由して電荷蓄積部３００に電荷が転送され、その転送された電荷の量に応じて中間電位ＶＦＤが変化する。そして、画素駆動回路２５は、受光部２００から電荷蓄積部３００への電荷の転送が完了する（例えば予め定められた転送時間が経過する）と、転送制御信号ＴＲＮの信号レベルをハイレベルからローレベルにする。これにより、転送トランジスタ４０１がオフ状態となる。
【００７３】
次に、図５の時刻ｔ５に示すように、駆動処理部２２の画素駆動回路２５は、スイッチング制御信号ＳＷＴの信号レベルをローレベルからハイレベルにする。これにより、スイッチングトランジスタ７０１がオン状態となり、電荷蓄積部３００からオン状態のスイッチングトランジスタ７０１を経由して電荷蓄積キャパシタ６００に電荷が転送され、その転送された電荷の量に応じて記憶電位ＶＣＮＴが変化する。なお、電荷蓄積部３００から電荷蓄積キャパシタ６００へ転送される電荷の量は、電荷蓄積部３００と電荷蓄積キャパシタ６００との静電容量の比に応じた量となっている。そして、画素駆動回路２５は、電荷蓄積部３００から電荷蓄積キャパシタ６００への転送が完了する（例えば予め定められた転送時間が経過する）と、スイッチング制御信号ＳＷＴの信号レベルをハイレベルからローレベルにする。これにより、スイッチングトランジスタ７０１がオフ状態となる。
【００７４】
〈ステップＳＴ１０７〉
次に、駆動制御部４１は、第Ｋ番目の距離検出期間において照射すべきＭ個の信号光Ｌ１の全部が照射処理の対象として選択されたか否か（すなわちＭ回の信号光Ｌ１の照射が完了したか否か）を判定する。第Ｋ番目の距離検出期間において照射すべきＭ個の信号光Ｌ１の全部が照射処理の対象として選択されていない場合には、ステップＳＴ１０８へ進み、そうでない場合には、ステップＳＴ１１０へ進む。
【００７５】
〈ステップＳＴ１０８〉
第Ｋ番目の距離検出期間において照射すべきＭ個の信号光Ｌ１の全部が照射処理の対象として選択されていない場合、駆動制御部４１は、第Ｋ番目の距離検出期間において照射すべきＭ個の信号光Ｌ１のうち第Ｊ番目の信号光Ｌ１の次の信号光（第Ｊ＋１番目の信号光Ｌ１）を次の照射処理の対象として選択する。
【００７６】
〈ステップＳＴ１０９〉
次に、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して、入力電位ＶＰＤと中間電位ＶＦＤがリセットされるように、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００を駆動させる。そして、ステップＳＴ１０４へ進む。
【００７７】
図５の時刻ｔ６に示すように、駆動処理部２２の画素駆動回路２５は、転送制御信号ＴＲＮと第１リセット制御信号ＲＳ１の信号レベルをローレベルからハイレベルにする。これにより、転送トランジスタ４０１と第１リセットトランジスタ８０１とがオン状態となり、第１リセット電圧ＶＲＳ１により中間電位ＶＦＤがリセットされる。また、転送トランジスタ４０１がオン状態となっているので、中間電位ＶＦＤのリセットとともに、入力電位ＶＰＤがリセットされる。そして、画素駆動回路２５は、入力電位ＶＰＤと中間電位ＶＦＤのリセットが完了する（例えば予め定められたリセット時間が経過する）と、転送制御信号ＴＲＮと第１リセット制御信号ＲＳ１の信号レベルをハイレベルからローレベルにする。これにより、転送トランジスタ４０１と第１リセットトランジスタ８０１とがオン状態となる。
【００７８】
次に、図５の時刻ｔ７〜ｔ１０に示すように、図５の時刻ｔ２〜ｔ５と同様の処理（ステップＳＴ１０４〜ＳＴ１０６）が行われる。なお、記憶電位ＶＣＮＴは、露光状態の受光部２００が受光した反射光Ｌ２の数（回数）に応じて変化する。すなわち、露光状態の受光部２００が受光した反射光Ｌ２の数が多くなるに連れて、電荷蓄積キャパシタ６００に転送される電荷の量が多くなり、その結果、記憶電位ＶＣＮＴが低下していく。
【００７９】
〈ステップＳＴ１１０〉
一方、ステップＳＴ１０７において第Ｋ番目の距離検出期間において照射すべきＭ個の信号光Ｌ１の全部が照射処理の対象として選択されている場合（すなわちＭ回の信号光Ｌ１の照射が完了している場合）、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して、中間電位ＶＦＤがリセットされた後に、電荷蓄積キャパシタ６００に蓄積された電荷が第２電荷転送部７００により電荷蓄積部３００に転送されるように、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００を駆動させる。
【００８０】
図５の時刻ｔ１１に示すように、駆動処理部２２の画素駆動回路２５は、第１リセット制御信号ＲＳ１の信号レベルをローレベルからハイレベルにする。これにより、第１リセットトランジスタ８０１がオン状態となり、第１リセット電圧ＶＲＳ１により中間電位ＶＦＤがリセットされる。そして、画素駆動回路２５は、中間電位ＶＦＤのリセットが完了する（例えば予め定められたリセット時間が経過する）と、第１リセット制御信号ＲＳ１の信号レベルをハイレベルからローレベルにする。これにより、第１リセットトランジスタ８０１がオフ状態となる。
【００８１】
次に、図５の時刻ｔ１２に示すように、駆動処理部２２の画素駆動回路２５は、電位制御信号ＥＩＶの信号レベルをローレベルからハイレベルにする。なお、電位制御信号ＥＩＶのハイレベルは、リセット後の中間電位ＶＦＤよりも高い電位に設定されている。これにより、記憶電位ＶＣＮＴが中間電位ＶＦＤよりも高くなる。
【００８２】
次に、図５の時刻ｔ１３に示すように、駆動処理部２２の画素駆動回路２５は、スイッチング制御信号ＳＷＴの信号レベルをローレベルからハイレベルにする。これにより、スイッチングトランジスタ７０１がオン状態となり、電荷蓄積キャパシタ６００の一端からオン状態のスイッチングトランジスタ７０１を経由して電荷蓄積部３００へ電荷が転送され、その転送された電荷の量に応じて中間電位ＶＦＤが変化する。なお、電荷蓄積キャパシタ６００から電荷蓄積部３００へ転送される電荷の量は、電荷蓄積部３００と電荷蓄積キャパシタ６００との静電容量の比に応じた量となっている。そして、画素駆動回路２５は、電荷蓄積キャパシタ６００から電荷蓄積部３００への電荷の転送が完了する（例えば予め定められた転送時間が経過する）と、電位制御信号ＥＩＶとスイッチング制御信号ＳＷＴの信号レベルをハイレベルからローレベルにする。
【００８３】
〈ステップＳＴ１１１〉
次に、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して、電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号が出力部５００により出力されるように、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００をＰ個の固体撮像素子行毎に駆動させる。これにより、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００の各々の電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号が相関二重サンプリング回路２７と水平シフトレジスタ２８と出力回路２９とを経由して制御部４０の情報出力部４２に供給される。すなわち、情報出力部４２には、それぞれがカウント値を示すＰ×Ｑ個の信号値からなる情報（カウント画像）が供給される。なお、カウント値は、電荷蓄積キャパシタ６００に蓄積された電荷の量に応じた値であり、この例では、露光状態の受光部２００が受光した反射光Ｌ２の数に応じた値となっている。また、この例では、電荷蓄積キャパシタ６００に蓄積された電荷の量が多くなる（露光状態の受光部２００が受光した反射光Ｌ２の数が多くなる）に連れてカウント値が大きくなる。
【００８４】
図５の時刻ｔ１４に示すように、駆動処理部２２の垂直シフトレジスタ２６は、選択制御信号ＳＥＬの信号レベルをローレベルからハイレベルにする。これにより、選択トランジスタ５０２がオン状態となり、電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号が増幅トランジスタ５０１からオン状態の選択トランジスタ５０２を経由して垂直信号線１１０に出力される。
【００８５】
次に、図５の時刻ｔ１５に示すように、駆動処理部２２の画素駆動回路２５は、第１リセット制御信号ＲＳ１の信号レベルをローレベルからハイレベルにする。これにより、第１リセットトランジスタ８０１がオン状態となり、第１リセット電圧ＶＲＳ１により中間電位ＶＦＤがリセットされる。その結果、増幅トランジスタ５０１からオン状態の選択トランジスタ５０２を経由して垂直信号線１１０に出力される信号の信号レベルは、リセット後の中間電位ＶＦＤに対応する信号レベルとなる。
【００８６】
そして、駆動処理部２２の画素駆動回路２５は、中間電位ＶＦＤのリセットが完了する（例えば予め定められたリセット時間が経過する）と、第１リセット制御信号ＲＳ１の信号レベルをハイレベルからローレベルにする。これにより、第１リセットトランジスタ８０１がオフ状態となる。また、垂直シフトレジスタ２６は、出力部５００から垂直信号線１１０への信号の出力が完了する（例えば予め定められた出力時間が経過する）と、選択制御信号ＳＥＬの信号レベルをハイレベルからローレベルにする。これにより、選択トランジスタ５０２がオフ状態となる。
【００８７】
なお、図５の例では、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの期間が信号期間となり、時刻ｔ１５から選択制御信号ＳＥＬの信号レベルがハイレベルからローレベルになる時刻までの期間がリセット期間となる。そして、相関二重サンプリング回路２７は、出力部５００から垂直信号線１１０に出力された信号のうち信号期間における信号レベルとリセット期間における信号レベルとをサンプリングする。相関二重サンプリング回路２７により処理された信号は、水平シフトレジスタ２８と出力回路２９とを経由して制御部４０の情報出力部４２に供給される。
【００８８】
〈ステップＳＴ１１２〉
次に、駆動制御部４１は、Ｎ個の距離区間の全部が距離検出制御の対象として選択されたか否か（すなわちＮ個の距離区間にそれぞれ対応するＮ個の距離検出処理が完了したか否か）を判定する。Ｎ個の距離区間の全部が距離検出制御の対象として選択されていない場合には、ステップＳＴ１１３へ進み、Ｎ個の距離区間の全部が距離検出制御の対象として選択されている場合には、処理を終了する。
【００８９】
〈ステップＳＴ１１３〉
次に、駆動制御部４１は、Ｎ個の距離区間のうち第Ｋ番目の距離区間の次の距離区間（第Ｋ＋１番目の距離区間）を次の距離検出制御の対象として選択する。次に、ステップＳＴ１０２へ進む。
【００９０】
〔情報出力部の動作：距離情報の出力〕
次に、情報出力部４２による動作について説明する。Ｎ個の距離区間にそれぞれ対応するＮ回の距離検出処理が完了すると、情報出力部４２は、Ｎ個の距離区間にそれぞれ対応するＮ個のカウント画像（それぞれがカウント値を示すＰ×Ｑ個の信号値からなる情報）を取得する。そして、情報出力部４２は、これらのＮ個のカウント画像に基づいて距離画像（それぞれが対象物までの距離に応じた値を示すＰ×Ｑ個の距離値により構成された三次元情報）を生成し、その距離画像を出力する。
【００９１】
例えば、情報出力部４２は、Ｎ個のカウント画像の各々に対して比較処理を行う。第Ｋ番目のカウント画像に対する比較処理では、情報出力部４２は、第Ｋ番目のカウント画像を構成するＰ×Ｑ個の信号値（カウント値）の各々について、その信号値が第Ｋ番目のカウント画像に対応する第Ｋ番目の距離区間に対して定められた閾値以上であるか否かを判定する。Ｎ個の距離区間の各々に対して定められた閾値は、例えば、その距離区間に対象物が存在しているときに取得される信号値（カウント値）に設定されている。
【００９２】
そして、情報出力部４２は、Ｎ個のカウント画像の各々に対する比較処理の結果に基づいて距離画像を生成する。例えば、情報出力部４２は、第Ｋ番目のカウント画像を構成するＰ×Ｑ個の信号値（カウント値）のうち第Ｘ行目（Ｘは１以上でＰ以下の整数）で第Ｙ列目（Ｙは１以上でＱ以下の整数）の信号値が第Ｋ番目のカウント画像に対して定められた閾値以上である場合に、距離画像を構成するＰ×Ｑ個の距離値のうち第Ｘ行目で第Ｙ行目の距離値を第Ｋ番目の距離区間に対応する値に設定する。
【００９３】
なお、情報出力部４２は、背景光に応じてＮ個の距離区間の各々に対して定められた閾値を調節するように構成されていてもよい。
【００９４】
〔駆動制御部の動作：撮像制御〕
次に、図６を参照して、駆動制御部４１による撮像制御について説明する。撮像制御では、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して撮像動作を行う。
【００９５】
〈ステップＳＴ２０１〉
まず、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して、入力電位ＶＰＤと中間電位ＶＦＤとがリセットされるように、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００を駆動させる。
【００９６】
〈ステップＳＴ２０２〉
次に、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して、受光部２００が予め定められた露光時間だけ露光状態となるように、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００を駆動させる。これにより、受光部２００が露光状態となり、受光部２００が受光した光に応じた電荷が生成され、その生成された電荷の量に応じて入力電位ＶＰＤが変化する。
【００９７】
〈ステップＳＴ２０３〉
次に、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して、受光部２００により生成された電荷が第１電荷転送部４００により電荷蓄積部３００に転送されるように、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００を駆動させる。これにより、受光部２００から第１電荷転送部４００を経由して電荷蓄積部３００に電荷が転送され、その転送された電荷の量に応じて中間電位ＶＦＤが変化する。
【００９８】
〈ステップＳＴ２０４〉
次に、駆動処理部２２は、駆動制御部４１による制御に応答して、電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号が出力部５００により出力されるように、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００をＰ個の固体撮像素子行毎に駆動させる。これにより、Ｐ×Ｑ個の固体撮像素子１００の各々の電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号が相関二重サンプリング回路２７と水平シフトレジスタ２８と出力回路２９とを経由して制御部４０に供給される。すなわち、制御部４０には、それぞれが輝度に応じた値を示すＰ×Ｑ個の信号値からなる情報（輝度画像）が供給される。
【００９９】
〔実施形態による効果〕
以上のように、電荷蓄積キャパシタ６００に蓄積された電荷を第２電荷転送部７００により電荷蓄積部３００に転送して電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号を出力部５００により出力することにより、電荷蓄積キャパシタ６００に蓄積された電荷に応じた信号を出力することができる。これにより、電荷蓄積キャパシタ６００に蓄積された電荷に応じた信号を出力するための構成（出力部５００とは異なる構成）を別途設けなくてもよくなるので、固体撮像素子１００の回路規模を低減することができる。
【０１００】
また、電荷蓄積キャパシタ６００に蓄積された電荷に応じた信号を出力するための構成（出力部５００とは異なる構成）を別途設けなくてもよいので、その分、受光部２００の受光面積を拡大することができる。これにより、受光部２００の感度を向上させることができるので、固体撮像システム１０により測定することが可能な距離を長くすることができる。
【０１０１】
また、第２電荷転送部７００の整流要素７０２をダイオード接続された整流トランジスタ７１０で構成することにより、固体撮像素子１００に含まれるトランジスタ（例えばスイッチングトランジスタ７０１など）を形成するためのトランジスタ形成工程において整流要素７０２を形成することができる。これにより、整流要素７０２の形成を容易にすることができる。
【０１０２】
（固体撮像素子の変形例）
図６に示すように、固体撮像素子１００において、受光部２００は、複数の光電変換要素２０１を有していてもよい。複数の光電変換要素２０１は、それぞれが受光した光に応じた電荷を生成するように構成されている。そして、受光部２００は、露光状態において複数の光電変換要素２０１を露光させるように構成されていてもよい。また、第１電荷転送部４００は、複数の転送トランジスタ４０１を有していてもよい。複数の転送トランジスタ４０１は、複数の光電変換要素２０１と電荷蓄積部３００のフローティングディフュージョン部３０１との間にそれぞれ接続されている。複数の転送トランジスタ４０１の各々のゲートには、転送制御信号ＴＲＮが印加される転送制御ノード４０２に接続されている。
【０１０３】
以上のように、複数の光電変換要素２０１を受光部２００に設けることにより、受光部２００の受光面積を拡大することができる。これにより、受光部２００の感度を向上させることができる。
【０１０４】
（その他の実施形態）
以上の説明では、ステップＳＴ１１１において出力部５００から垂直信号線１１０に出力される信号において信号期間の後にリセット期間がある場合を例に挙げたが、出力部５００から垂直信号線１１０に出力される信号においてリセット期間の後に信号期間があってもよい。具体的には、駆動処理部２２は、ステップＳＴ１１１において、中間電位ＶＦＤ（電荷蓄積部３００の電位）がリセットされて電荷蓄積部３００に蓄積された電荷に応じた信号（リセットレベルの信号）が出力部５００により垂直信号線１１０に出力された後に、第２電荷転送部７００により電荷蓄積キャパシタ６００に蓄積された電荷が電荷蓄積部３００に転送されて出力部５００により出力される信号の信号レベルが変化するように、固体撮像素子１００を駆動させてもよい。
【０１０５】
また、以上の説明において、Ｎ個の距離区間は、それぞれ同一の区間長さに設定されていてもよいし、それぞれ異なる区間長さに設定されていてもよい。
【０１０６】
また、以上の実施形態を適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、この発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
以上説明したように、ここに開示する技術は、固体撮像素子、固体撮像装置、固体撮像システム、固体撮像素子の駆動方法に有用である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０          固体撮像システム
２０          固体撮像装置
２１          画素領域
２２          駆動処理部
２５          画素駆動回路
２６          垂直シフトレジスタ
２７          相関二重サンプリング回路
２８          水平シフトレジスタ
２９          出力回路
３０          光源
４０          制御部
４１          駆動制御部
４２          情報出力部
１００        固体撮像素子
２００        受光部
２０１        光電変換要素
３００        電荷蓄積部
３０１        フローティングディフュージョン部
４００        第１電荷転送部
４０１        転送トランジスタ
５００        出力部
５０１        増幅トランジスタ
５０２        選択トランジスタ
６００        電荷蓄積キャパシタ
７００        第２電荷転送部
７０１        スイッチングトランジスタ
７０２        整流要素
７１０        整流トランジスタ
８００        第１リセット部
８０１        第１リセットトランジスタ
９００        第２リセット部
９０１        第２リセットトランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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