(57)【要約】【課題】特にインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムに用いられるパルス生成器であって、簡易な構成で様々な周波数や位相の設定に対応することが可能なパルス生成器を提供する。【解決手段】入力信号を用いて、測距対象の測距に用いる出力するパルスの位相を決定する第１のカウンタと、前記入力信号を用いて、前記パルスの周波数を決定する第２のカウンタと、を備える、パルス生成器が提供される。【選択図】図２８
2019123831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を用いて、測距対象の測距に用いる出力するパルスの位相を決定する第１のカウンタと、
前記入力信号を用いて、前記パルスの周波数を決定する第２のカウンタと、
を備える、パルス生成器。
【請求項２】
前記パルスは、光源に供給される、請求項１に記載のパルス生成器。
【請求項３】
前記パルスは、画素に供給される、請求項１に記載のパルス生成器。
【請求項４】
前記第１のカウンタの後段に前記第２のカウンタを設ける、請求項１に記載のパルス生成器。
【請求項５】
前記第２のカウンタの後段に前記第１のカウンタを設ける、請求項１に記載のパルス生成器。
【請求項６】
間接方式の測距センサに用いる、請求項１に記載のパルス生成器。
【請求項７】
測距対象に光を照射する光源に供給するパルスを生成する第１のパルス生成器と、
前記測距対象で反射された光を受光する画素に供給するパルスを生成する第２のパルス生成器と、
を備え、各前記パルス生成器は、
入力信号を用いて、前記測距対象の測距に用いる出力するパルスの位相を決定する第１のカウンタと、
前記入力信号を用いて、前記パルスの周波数を決定する第２のカウンタと、
を備える、信号生成装置。
【請求項８】
前記第１のパルス生成器に対する位相の設定と、前記第２のパルス生成器に対する位相の設定とは、それぞれ異なる設定である、請求項７に記載の信号生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、パルス生成器および信号生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイムオブフライト（ＴｏＦ）カメラシステムは、光源から光を放ち、物体で反射されて戻って来るまでの時間を解析することによって、物体までの距離に関する情報を導き出すシステムである。ＴｏＦカメラシステムの１つの適用例は、シーンの３次元（３Ｄ）画像、すなわち、２次元情報および深さすなわち距離情報を取り込むことが可能なカメラである。そのようなカメラシステムは、固定点からの深さすなわち距離情報が判定される必要がある多くの適用例において利用される。一般に、深さすなわち距離情報はＴｏＦカメラシステムから測定される。【０００３】
ＴｏＦカメラシステムの測距方式は、時間を直接計ることで測距するダイレクト方式と、露光量に置き換えて間接的に測距するインダイレクト方式とがある。精度が良いのはインダイレクト方式であり、今後はインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムが広く普及するものと考えられる。インダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムを開示した文献として、例えば特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２２４０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムでは、光をパルス状に照射するが、そのパルスを生成するパルス生成器を様々な周波数や位相の設定に対応するためには、従来は回路規模を増大させなければならなかった。【０００６】
そこで、本開示では、特にインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムに用いられるパルス生成器であって、簡易な構成で様々な周波数や位相の設定に対応することが可能な、新規かつ改良されたパルス生成器および信号生成装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示によれば、入力信号を用いて、測距対象の測距に用いる出力するパルスの位相を決定する第１のカウンタと、前記入力信号を用いて、前記パルスの周波数を決定する第２のカウンタと、を備える、パルス生成器が提供される。【０００８】
また本開示によれば、測距対象に光を照射する光源に供給するパルスを生成する第１のパルス生成器と、前記測距対象で反射された光を受光する画素に供給するパルスを生成する第２のパルス生成器と、を備え、各前記パルス生成器は、入力信号を用いて、前記測距対象の測距に用いる出力するパルスの位相を決定する第１のカウンタと、前記入力信号を用いて、前記パルスの周波数を決定する第２のカウンタと、を備える、信号生成装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本開示によれば、特にインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムに用いられるパルス生成器であって、簡易な構成で様々な周波数や位相の設定に対応することが可能な、新規かつ改良されたパルス生成器および信号生成装置を提供することが出来る。【００１０】
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本技術を適用したセンサチップの第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】グローバル制御回路の構成例を示す図である。
【図３】ローリング制御回路の構成例を示す図である。
【図４】図１のセンサチップの第１の変形例を示すブロック図である。
【図５】図１のセンサチップの第２の変形例を示すブロック図である。
【図６】センサチップの第２の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図７】センサチップの第３の実施の形態の構成例を示す斜視図である。
【図８】センサチップの第３の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図９】図８のセンサチップの第１の変形例を示すブロック図である。
【図１０】図８のセンサチップの第２の変形例を示すブロック図である。
【図１１】センサチップの第４の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図１２】センサチップの第５の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図１３】センサチップの第６の実施の形態の構成例を示す斜視図である。
【図１４】センサチップの第６の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図１５】図１４のセンサチップの第１の変形例を示すブロック図である。
【図１６】図１４のセンサチップの第２の変形例を示すブロック図である。
【図１７】図１４のセンサチップの第３の変形例を示すブロック図である。
【図１８】図１４のセンサチップの第４の変形例を示すブロック図である。
【図１９】図１４のセンサチップの第５の変形例を示すブロック図である。
【図２０】図１４のセンサチップの第６の変形例を示すブロック図である。
【図２１】図１４のセンサチップの第７の変形例を示すブロック図である。
【図２２】図１４のセンサチップの第８の変形例を示すブロック図である。
【図２３】センサチップの第７の実施の形態の構成例を示す斜視図である。
【図２４】図２３のセンサチップの第１の変形例を示す斜視図である。
【図２５】図２３のセンサチップの第２の変形例を示す斜視図である。
【図２６】センサチップの第８の実施の形態の構成例、および、その変形例を示すブロック図である。
【図２７】撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２８】本開示の実施の形態に係るパルス生成器３００の機能構成例を示す説明図である。
【図２９】信号の波形例を示す説明図である。
【図３０】距離画像センサの概略構成例を示す説明図である。
【図３１】位相設定の例を示す説明図である。
【図３２】距離画像センサの概略構成例を示す説明図である。
【図３３】位相設定の例を示す説明図である。
【図３４】距離画像センサの概略構成例を示す説明図である。
【図３５】位相設定の例を示す説明図である。
【図３６】パルス生成器から出力される信号及びパルス生成器に入力される位相設定の例を示す説明図である。
【図３７】パルス生成器３００が生成するデューティが５０％の光源出力信号の波形の例を示す説明図である。
【図３８】サイクリックエラーによって測距誤差が発生する様子を示す説明図である。
【図３９】デューティが５０％より小さい、３０％及び２５％の光源出力信号の波形の例を示す説明図である。
【図４０】距離画像センサにおける、光源出力信号を出力するための構成例を示す説明図である。
【図４１】デューティを５０％より小さくした光源出力信号の生成の概要を示す説明図である。
【図４２】光源位相設定の例を示す説明図である。
【図４３】信号の波形例を示す説明図である。
【図４４】距離画像センサの駆動例を示す説明図である。
【図４５】距離画像センサの動作例を示す流れ図である。
【図４６】インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサの動作例を示す説明図である。
【図４７】インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサの動作例を示す説明図である。
【図４８】インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサの駆動例を示す説明図である。
【図４９】インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサの駆動の具体例を示す説明図である。
【図５０】インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサで用いられる構成の例を示す説明図である。
【図５１】複数の光源から同一の測距対象に光が放射され、あるイメージセンサがそれぞれの光を受光する様子を示す説明図である。
【図５２】光源Ａと光源Ｂとで、発光時間（変調時間）がバッティングする様子を示す説明図である。
【図５３】光源Ａと光源Ｂとで、発光タイミングをランダムにずらしている様子を示す説明図である。
【図５４】画素変調信号の例を示す説明図である。
【図５５】本実施形態で用いる擬似ランダムパルスの生成について説明する説明図である。
【図５６】信号の例を示す説明図である。
【図５７】インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサで用いられる構成例を示す説明図である。
【図５８】擬似ランダムパルスの状態遷移に基づいて変調信号の位相が変化する例を示す説明図である。
【図５９】擬似ランダムパルスの状態遷移に基づいて変調信号の位相が変化する例を示す説明図である。
【図６０】擬似ランダムパルスの状態遷移に基づいて変調信号の位相が変化する例を示す説明図である。
【図６１】擬似ランダムパルスの状態遷移に基づいて変調信号の位相が変化する例を示す説明図である。
【図６２】２つのパルス生成器から、デューティ比が異なる２種類の信号を選択して出力する構成の例を示す説明図である。
【図６３】パルス生成器から生成される、デューティが５０％より小さい信号と、擬似ランダムパルスに基づいて生成される信号の波形の例を示す説明図である。
【図６４】内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【図６５】カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
【図６６】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図６７】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１３】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の実施の形態
１．１，概要
１．２．センサチップの構成例
１．３．距離画像センサの具体的構成例
２．まとめ
【００１４】
＜１．本開示の実施の形態＞
［１．１．概要］
まず、本開示の実施の形態の概要について説明する。
【００１５】
上述したように、ＴｏＦカメラシステムは、光源から光を放ち、物体で反射されて戻って来るまでの時間を解析することによって、物体までの距離に関する情報を導き出すシステムである。ＴｏＦカメラシステムの１つの適用例は、シーンの３次元（３Ｄ）画像、すなわち、２次元情報および深さすなわち距離情報を取り込むことが可能なカメラである。そのようなカメラシステムは、固定点からの深さすなわち距離情報が判定される必要がある多くの適用例において利用される。一般に、深さすなわち距離情報はＴｏＦカメラシステムから測定される。
【００１６】
ＴｏＦカメラシステムの測距方式は、時間を直接計ることで測距するダイレクト方式と、露光量に置き換えて間接的に測距するインダイレクト方式とがある。精度が良いのはインダイレクト方式であり、今後はインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムが広く普及するものと考えられる。
【００１７】
本件開示者は、以下で説明するように、従来のインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムを改良し、簡易な構成で測距の精度を高めうる、インダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステム及びＴｏＦカメラシステムに用いられる構成を考案するに至った。
【００１８】
［１．２．センサチップの構成例］
＜センサチップの第１の構成例＞
図１は、本技術を適用したセンサチップの第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００１９】
図１に示すように、センサチップ１１は、ピクセルアレイ部１２、グローバル制御回路１３、ローリング制御回路１４、カラムADC（Analog-to-Digital Converter）１５、および、入出力部１６が、半導体基板に配置されて構成される。
【００２０】
ピクセルアレイ部１２は、センサチップ１１の機能に応じた様々なセンサ素子が、例えば、光を光電変換する光電変換素子が、アレイ状に配置された矩形形状の領域である。図１に示す例では、ピクセルアレイ部１２は、横方向に長辺が設けられ、縦方向に短辺が設けられた横長の長方形の領域となっている。
【００２１】
グローバル制御回路１３は、ピクセルアレイ部１２に配置される複数のセンサ素子が略同一のタイミングで一斉に（同時的に）駆動するように制御するグローバル制御信号を出力する制御回路である。図１に示す構成例では、グローバル制御回路１３は、その長手方向がピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように、ピクセルアレイ部１２の上辺側に配置される。従って、センサチップ１１では、グローバル制御回路１３から出力されるグローバル制御信号をピクセルアレイ部１２のセンサ素子に供給する制御線２１は、ピクセルアレイ部１２に行列状に配置されるセンサ素子の列ごとに、ピクセルアレイ部１２の上下方向に向かって配置される。
【００２２】
ローリング制御回路１４は、ピクセルアレイ部１２に配置される複数のセンサ素子が行ごとに次々と順番に（逐次的に）駆動するように制御するローリング制御信号を出力する制御回路である。図１に示す構成例では、ローリング制御回路１４は、その長手方向がピクセルアレイ部１２の短辺に沿うように、ピクセルアレイ部１２の右辺側に配置される。
【００２３】
カラムADC１５は、ピクセルアレイ部１２のセンサ素子から出力されるアナログのセンサ信号を列ごとに並列的にデジタル値にAD（Analog-to-Digital）変換する。このとき、カラムADC１５は、例えば、センサ信号に対してCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)処理を施すことによって、センサ信号に含まれるリセットノイズを除去することができる。
【００２４】
入出力部１６には、センサチップ１１と外部回路との間で入出力を行うための端子が設けられており、例えば、入出力部１６を介して、グローバル制御回路１３の駆動に必要な電力がセンサチップ１１に入力される。図１に示す構成例では、入出力部１６は、グローバル制御回路１３に隣接するように、グローバル制御回路１３に沿って配置される。例えば、グローバル制御回路１３は消費電力が大きいことより、IRドロップ（電圧降下）の影響を低減するために、入出力部１６はグローバル制御回路１３の近傍に配置することが好ましい。
【００２５】
このようにセンサチップ１１は構成されており、グローバル制御回路１３がピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように配置されるレイアウトが採用される。これにより、センサチップ１１は、グローバル制御回路１３から制御線２１の遠端（図１の例では下端）に配置されるセンサ素子までの距離を、例えば、グローバル制御回路１３がピクセルアレイ部１２の短辺に沿うように配置されるレイアウトよりも短くすることができる。
【００２６】
従って、センサチップ１１は、グローバル制御回路１３から出力されるグローバル制御信号に発生する遅延量およびスルーレートを改善することができるため、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。特に、センサチップ１１がグローバルシャッタ駆動を行うイメージセンサである場合、画素に供給する転送信号やリセット信号、オーバーフローゲート信号などの高速制御が可能となる。また、センサチップ１１がToFセンサである場合には、MIX信号の高速制御が可能となる。
【００２７】
例えば、ToFセンサや蛍光発光検出センサなどでは、グローバル制御信号のスルーレートや、駆動素子からの距離に応じて発生するグローバル制御信号の遅延量などが、センサ素子ごとに違うものになると、検出誤差となってしまう。これに対し、センサチップ１１は、上述したように、グローバル制御信号に発生する遅延量およびスルーレートを改善することができるので、そのような検出誤差を抑制することができる。
【００２８】
また、センサチップ１１がToFセンサや蛍光発光検出センサなどである場合、露光期間に100回を超えるような複数回のオン／オフ制御が必要になるだけでなく、トグル周波数が高いため消費電流が大きくなってしまう。これに対し、センサチップ１１は、上述したように入出力部１６をグローバル制御回路１３の近傍に配置して、電源を独立した配線とすることができる。
【００２９】
また、センサチップ１１では、露光期間において、グローバル制御回路１３が動作することが多いのに対し、ローリング制御回路１４は停止している。一方、センサチップ１１では、読み出し期間において、ローリング制御回路１４が動作しているのに対し、グローバル制御回路１３が停止していることが多い。そのため、センサチップ１１では、グローバル制御回路１３とローリング制御回路１４とを独立して制御することが求められる。さらに、センサチップ１１では、面内同時性を担保するために、グローバル制御回路１３において、後述の図２Ｃに示すようなクロックツリー構造を採用することが一般的であるため、ローリング制御回路１４とは独立して配置することが好ましい。
【００３０】
従って、センサチップ１１のように、より高速な制御を行うことが求められる場合、グローバル制御回路１３とローリング制御回路１４とを独立して個別に配置するレイアウトとすることで、より良好な制御を行うことができる。なお、グローバル制御回路１３とローリング制御回路１４とが独立して個別に配置されていれば、同一方向に沿うようなレイアウト、および、互いに直交するようなレイアウトのどちらを採用してもよい。
【００３１】
なお、本実施の形態では、図示する構成例に従って、図の上側をピクセルアレイ部１２の上辺とし、図の下側をピクセルアレイ部１２の下辺として説明するが、例えば、グローバル制御回路１３は、ピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように配置されていれば、その上辺側および下辺側のどちらに配置されていても同様の作用効果を得ることができる。また、ピクセルアレイ部１２およびカラムADC１５についても同様である。
【００３２】
図２を参照して、グローバル制御回路１３の構成について説明する。
【００３３】
図２Ａには、グローバル制御回路１３の第１の構成例が示されており、図２Ｂには、グローバル制御回路１３の第２の構成例が示されており、図２Ｃには、グローバル制御回路１３の第３の構成例が示されている。なお、グローバル制御回路１３は、ピクセルアレイ部１２に配置されるセンサ素子の列数に応じたグローバル制御信号を同時的に出力するように構成されているが、図２においては、その一部として、８つのグローバル制御信号を同時的に出力する構成が概略的に図示されている。
【００３４】
図２Ａに示すグローバル制御回路１３は、１個の内部バッファ３１と、８個の駆動素子３２ａ乃至３２ｈとを備えて構成される。
【００３５】
図示するように、グローバル制御回路１３は、長手方向に沿って設けられる内部配線の一端に内部バッファ３１が接続され、図１の制御線２１の位置に応じて一方向に向かって、駆動素子３２ａ乃至３２ｈが内部配線に接続される接続構成となっている。従って、グローバル制御回路１３に入力されるグローバル制御信号は、内部バッファ３１を介して内部配線の一端側（図２の例では左側）から駆動素子３２ａ乃至３２ｈに供給され、それぞれに接続される制御線２１に同時的に出力される。
【００３６】
図２Ｂに示すグローバル制御回路１３Ａは、２個の内部バッファ３１ａおよび３１ｂと、８個の駆動素子３２ａ乃至３２ｈとを備えて構成される。
【００３７】
図示するように、グローバル制御回路１３Ａは、グローバル制御回路１３Ａの長手方向に沿って設けられる内部配線の両端に内部バッファ３１ａおよび３１ｂが接続され、図１の制御線２１の位置に応じて一方向に向かって、駆動素子３２ａ乃至３２ｈが内部配線に接続される接続構成となっている。従って、グローバル制御回路１３Ａに入力されるグローバル制御信号は、内部バッファ３１ａおよび３１ｂを介して内部配線の両端から駆動素子３２ａ乃至３２ｈに供給され、それぞれに接続される制御線２１に同時的に出力される。
【００３８】
図２Ｃに示すグローバル制御回路１３Ｂは、７個の内部バッファ３１ａ乃至３１ｇと、８個の駆動素子３２ａ乃至３２ｈとを備えて構成される。
【００３９】
図示するように、グローバル制御回路１３Ｂは、内部バッファ３１ａ乃至３１ｇによりクロックツリー構造が構成され、最終段において、制御線２１の位置に応じて一方向に向かって配置される駆動素子３２ａ乃至３２ｈに接続される接続構成となっている。例えば、クロックツリー構造は、１段目において、１つの内部バッファ３１の出力が２つの内部バッファ３１に入力され、２段目において、それらの２つの内部バッファ３１の入力が４つの内部バッファ３１に入力されるという構成が、複数段において繰り返される構造である。従って、グローバル制御回路１３Ｂに入力されるグローバル制御信号は、内部バッファ３１ａ乃至３１ｇからなるクロックツリー構造を介して駆動素子３２ａ乃至３２ｈに供給され、それぞれに接続される制御線２１に同時的に出力される。
【００４０】
このような構成のグローバル制御回路１３Ｂは、駆動素子３２ａ乃至３２ｈどうしの間における遅延の発生を回避することができ、例えば、グローバル制御回路１３および１３Ａと比較して、面内均一性を担保することができる。即ち、グローバル制御回路１３Ｂは、駆動素子３２が並ぶ方向に亘って、同時性が強く求められる用途に採用することが好適である。
【００４１】
図３を参照して、ローリング制御回路１４の構成について説明する。
【００４２】
図３Ａには、ローリング制御回路１４の第１の構成例が示されており、図３Ｂには、ローリング制御回路１４の第２の構成例が示されている。なお、ローリング制御回路１４は、ピクセルアレイ部１２に配置されるセンサ素子の行数に応じたローリング制御信号を逐次的に出力するように構成されているが、図３においては、その一部として、８つのローリング制御信号を逐次的に出力する構成が概略的に図示されている。
【００４３】
図３Ａに示すローリング制御回路１４は、シフトレジスタ方式を採用しており、２個の内部バッファ４１および４２、８個のレジスタ４３ａ乃至４３ｈ、並びに８個の駆動素子４４ａ乃至４４ｈを備えて構成される。なお、簡易化のため、２個の内部バッファ４１および４２が配置されている構成例を示しているが、内部バッファの配線長などに応じて、複数個の内部バッファを配置する構成を採用してもよい。
【００４４】
図示するように、ローリング制御回路１４は、長手方向に沿って設けられる内部配線の一端に内部バッファ４１が接続され、ピクセルアレイ部１２に配置されるセンサ素子の行の位置に応じて、その内部配線にレジスタ４３ａ乃至４３ｈが接続される接続構成となっている。また、ローリング制御回路１４は、内部バッファ４２がレジスタ４３ａに接続され、レジスタ４３ａ乃至４３ｈが順次接続されるとともに、レジスタ４３ａ乃至４３ｈに駆動素子４４ａ乃至４４ｈがそれぞれ接続される接続構成となっている。
【００４５】
従って、ローリング制御回路１４では、内部バッファ４２を介してレジスタ４３ａに供給されるスタートパルスが、内部バッファ４１を介して供給されるクロックに従って、レジスタ４３ａ乃至４３ｈに順次シフトされ、レジスタ４３ａ乃至４３ｈそれぞれに接続される駆動素子４４ａ乃至４４ｈからローリング制御信号として逐次的に出力される。
【００４６】
図３Ｂに示すローリング制御回路１４Ａは、デコーダ方式を採用しており、２個の内部バッファ４１および４２、デコーダ４５、８個のＡＮＤゲート４６ａ乃至４６ｈ、並びに８個の駆動素子４４ａ乃至４４ｈを備えて構成される。なお、デコーダ４５には、ラッチを含む方式、および、ラッチを含まない方式のどちらを用いてもよい。例えば、デコーダ４５が、信号をラッチする方式では、アドレスを１度で送る方式や、アドレスを分割して送る方式などを採用することができる。
【００４７】
図示するように、ローリング制御回路１４Ａは、内部バッファ４１がデコーダ４５に接続されており、内部バッファ４２がＡＮＤゲート４６ａ乃至４６ｈの入力端に接続されるとともに、デコーダ４５が行ごとにＡＮＤゲート４６ａ乃至４６ｈの入力端に接続される。そして、ローリング制御回路１４Ａは、ＡＮＤゲート４６ａ乃至４６ｈの出力端が、それぞれ駆動素子４４ａ乃至４４ｈに接続される接続構成となっている。
【００４８】
従って、ローリング制御回路１４Ａでは、内部バッファ４２を介してＡＮＤゲート４６ａ乃至４６ｈに供給されるパルスが、内部バッファ４１を介してデコーダ４５に供給されるアドレスで指定された行の駆動素子４４ａ乃至４４ｈからローリング制御信号として逐次的に出力される。
【００４９】
図２および図３を参照して説明したように、グローバル制御回路１３およびローリング制御回路１４は、それぞれ異なる回路構成となっている。
【００５０】
図４は、図１に示したセンサチップ１１の第１の変形例を示すブロック図である。なお、図４に示すセンサチップ１１−ａを構成するブロックのうち、図１のセンサチップ１１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
即ち、図４に示すように、センサチップ１１−ａは、ピクセルアレイ部１２、ローリング制御回路１４、カラムADC１５、および、入出力部１６の配置は、図１のセンサチップ１１と共通する構成となっている。
【００５２】
一方、センサチップ１１−ａは、２個のグローバル制御回路１３−１および１３−２がピクセルアレイ部１２の上辺および下辺にそれぞれ沿うように配置されており、制御線２１の両端に駆動素子３２−１および３２−２が接続される点で、図１のセンサチップ１１と異なる構成となっている。即ち、センサチップ１１−ａは、グローバル制御回路１３−１が有する駆動素子３２−１が制御線２１の上端からグローバル制御信号を供給し、グローバル制御回路１３−２が有する駆動素子３２−２が制御線２１の下端からグローバル制御信号を供給するように構成される。
【００５３】
このように構成されるセンサチップ１１−ａは、２個の駆動素子３２−１および駆動素子３２−２間のスキューを抑制することができ、制御線２１を介して伝播されるグローバル制御信号に発生する遅延時間のバラツキを解消することができる。これにより、センサチップ１１−ａでは、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。なお、センサチップ１１−ａでは、貫通電流が発生することがないようにグローバル制御信号の出力の遅延差が大きくなることを回避するように制御を行う必要がある。
【００５４】
図５は、図１に示したセンサチップ１１の第２の変形例を示すブロック図である。なお、図５に示すセンサチップ１１−ｂを構成するブロックのうち、図１のセンサチップ１１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５５】
即ち、図５に示すように、センサチップ１１−ｂは、ピクセルアレイ部１２、ローリング制御回路１４、カラムADC１５、および、入出力部１６の配置は、図１のセンサチップ１１と共通する構成となっている。
【００５６】
一方、センサチップ１１−ｂは、２個のグローバル制御回路１３−１および１３−２がピクセルアレイ部１２の上辺および下辺にそれぞれ沿うように配置されるとともに、ピクセルアレイ部１２に行列状に配置されるセンサ素子の列の中央で分離されるように、２本の制御線２１−１および２１−２が配置される点で、図１のセンサチップ１１と異なる構成となっている。そして、センサチップ１１−ｂでは、制御線２１−１の上端に駆動素子３２−１が接続され、制御線２１−２の下端に駆動素子３２−２が接続されている。
【００５７】
従って、センサチップ１１−ｂは、ピクセルアレイ部１２の中央より上側に配置されるセンサ素子には、グローバル制御回路１３−１が有する駆動素子３２−１が制御線２１−１の上端からグローバル制御信号を供給するように構成される。また、センサチップ１１−ｂは、ピクセルアレイ部１２の中央より下側に配置されるセンサ素子には、グローバル制御回路１３−２が有する駆動素子３２−２が制御線２１−２の下端からグローバル制御信号を供給するように構成される。
【００５８】
このように構成されるセンサチップ１１−ｂは、駆動素子３２−１から制御線２１−１の遠端（図５の例では下端）に配置されるセンサ素子までの距離、および、駆動素子３２−２から制御線２１−２の遠端（図５の例では上端）に配置されるセンサ素子までの距離を、例えば、図１のセンサチップ１１よりも短くすることができる。これにより、センサチップ１１−ｂは、グローバル制御回路１３−１および１３−２から出力されるグローバル制御信号に発生する遅延量およびスルーレートをさらに低減することができるため、さらに高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【００５９】
＜センサチップの第２の構成例＞
図６を参照して、本技術を適用したセンサチップの第２の実施の形態について説明する。なお、図６に示すセンサチップ１１Ａを構成するブロックのうち、図１のセンサチップ１１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６０】
図６に示すように、センサチップ１１Ａは、ピクセルアレイ部１２Ａ、グローバル制御回路１３Ａ、ローリング制御回路１４Ａ、カラムADC１５Ａ、および、入出力部１６Ａが、半導体基板に配置されて構成される。
【００６１】
そして、センサチップ１１Ａでは、ピクセルアレイ部１２Ａが、縦方向に長辺が設けられ、横方向に短辺が設けられた縦長の長方形の領域となっている点で、図１のセンサチップ１１と異なる構成となっている。従って、センサチップ１１Ａでは、グローバル制御回路１３Ａおよび入出力部１６Ａが、ピクセルアレイ部１２Ａの長辺に沿うように、ピクセルアレイ部１２Ａの左辺側に配置される。これに伴い、制御線２１Ａは、ピクセルアレイ部１２Ａに行列状に配置されるセンサ素子の行ごとに、ピクセルアレイ部１２Ａの左右方向に向かって配置される。
【００６２】
また、センサチップ１１Ａでは、ローリング制御回路１４Ａが、ピクセルアレイ部１２Ａの長辺に沿うように、ピクセルアレイ部１２Ａの右辺側（グローバル制御回路１３Ａと対向する側）に配置されている。なお、グローバル制御回路１３Ａおよびピクセルアレイ部１２Ａを、ピクセルアレイ部１２Ａに対して同一側に配置してもよいが、この場合、いずれか一方の配線長が長くなることが想定されるため、図示するような配置とすることが好ましい。
【００６３】
また、センサチップ１１Ａでは、カラムADC１５Ａが、ピクセルアレイ部１２Ａの短辺に沿うように、ピクセルアレイ部１２Ａの下辺側に配置される。このように、ローリング制御回路１４Ａに対して直交する方向にカラムADC１５Ａが配置されているのは、カラムADC１５Ａは、１つのＡＤコンバータに接続されるセンサ素子を１つずつオンする必要があるためであり、それぞれの配線が重なるようなレイアウトとなるのを回避している。
【００６４】
このように構成されるセンサチップ１１Ａは、図１のセンサチップ１１と同様に、グローバル制御回路１３Ａがピクセルアレイ部１２Ａの長辺に沿うように配置されるレイアウトにより、制御線２１Ａの配線長を短くすることができる。従って、センサチップ１１Ａは、図１のセンサチップ１１と同様に、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【００６５】
＜センサチップの第３の構成例＞
図７乃至１０を参照して、本技術を適用したセンサチップの第３の実施の形態について説明する。なお、図７乃至１０に示すセンサチップ１１Ｂを構成するブロックのうち、図１のセンサチップ１１と共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
図７には、センサチップ１１Ｂの斜視図が示されており、図８には、センサチップ１１Ｂのブロック図が示されている。
【００６７】
図７に示すように、センサチップ１１Ｂは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている。そして、センサチップ１１Ｂは、平面的に見たときにピクセルアレイ部１２と重ならないセンサチップ１１Ｂの周辺領域において、センサ基板５１の制御線２１と、ロジック基板５２のグローバル制御回路１３とが接続される接続構成となっている。即ち、図７に示す例では、センサチップ１１Ｂは、ピクセルアレイ部１２に行列状に配置されるセンサ素子の列方向に沿って配置される複数の制御線２１が、センサ基板５１の上辺側においてグローバル制御回路１３側に接続されている。
【００６８】
従って、センサチップ１１Ｂでは、グローバル制御回路１３から出力されるグローバル制御信号は、図７において白抜きの矢印で示すように、センサ基板５１の上辺側からピクセルアレイ部１２のセンサ素子に供給される。このとき、グローバル制御回路１３の長手方向が、ピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように配置されており、センサチップ１１Ｂは、グローバル制御回路１３からピクセルアレイ部１２のセンサ素子まで最短距離となるような構成となっている。
【００６９】
図８を参照して、センサチップ１１Ｂの構成について、さらに説明する。
【００７０】
センサ基板５１には、ピクセルアレイ部１２、および、TSV（Through Silicon Via）領域５３−１乃至５３−３が配置されている。ロジック基板５２には、グローバル制御回路１３、ローリング制御回路１４、カラムADC１５、ロジック回路１７、およびTSV領域５４−１乃至５４−３が配置されている。例えば、センサチップ１１Ｂでは、ピクセルアレイ部１２のセンサ素子から出力されるセンサ信号はカラムADC１５でAD変換され、ロジック回路１７において各種の信号処理が施された後、外部に出力される。
【００７１】
TSV領域５３−１乃至５３−３およびTSV領域５４−１乃至５４−３は、センサ基板５１およびロジック基板５２を電気的に接続するための貫通電極が形成される領域であり、例えば、制御線２１ごとに貫通電極が配置されている。従って、TSV領域５３−１乃至５３−３およびTSV領域５４−１乃至５４−３は、センサ基板５１およびロジック基板５２を積層したときに重なり合うように配置される。なお、TSV領域５４において貫通電極を利用して接続を行う他、例えば、マイクロバンプや銅（Cu-Cu）接続などを利用することができる。
【００７２】
このように構成されるセンサチップ１１Ｂは、図１のセンサチップ１１と同様に、グローバル制御回路１３がピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように配置されるレイアウトにより、制御線２１の配線長を短くすることができる。従って、センサチップ１１Ｂは、図１のセンサチップ１１と同様に、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【００７３】
図９は、図８に示したセンサチップ１１Ｂの第１の変形例を示すブロック図である。なお、図９に示すセンサチップ１１Ｂ−ａを構成するブロックのうち、図８のセンサチップ１１Ｂと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７４】
即ち、図９に示すように、センサチップ１１Ｂ−ａは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている点で、図８のセンサチップ１１Ｂと共通する構成となっている。
【００７５】
一方、センサチップ１１Ｂ−ａは、２個のグローバル制御回路１３−１および１３−２がピクセルアレイ部１２の上辺および下辺にそれぞれ沿うようにロジック基板５２に配置されるとともに、ピクセルアレイ部１２に行列状に配置されるセンサ素子の列の中央で分離されるように、２本の制御線２１−１および２１−２が配置される点で、図８のセンサチップ１１Ｂと異なる構成となっている。
【００７６】
即ち、センサチップ１１Ｂ−ａは、図５に示したセンサチップ１１−ｂと同様に、制御線２１−１の上端に駆動素子３２−１が接続され、制御線２１−２の下端に駆動素子３２−２が接続されている。従って、センサチップ１１Ｂ−ａは、ピクセルアレイ部１２の中央より上側に配置されるセンサ素子には、グローバル制御回路１３−１が有する駆動素子３２−１が制御線２１−１の上端からグローバル制御信号を供給するように構成される。また、センサチップ１１Ｂ−ａは、ピクセルアレイ部１２の中央より下側に配置されるセンサ素子には、グローバル制御回路１３−２が有する駆動素子３２−２が制御線２１−２の下端からグローバル制御信号を供給するように構成される。
【００７７】
このように構成されるセンサチップ１１Ｂ−ａは、駆動素子３２−１から制御線２１−１の遠端（図９の例では下端）に配置されるセンサ素子までの距離、および、駆動素子３２−２から制御線２１−２の遠端（図９の例では上端）に配置されるセンサ素子までの距離を、例えば、図８のセンサチップ１１Ｂよりも短くすることができる。これにより、センサチップ１１Ｂ−ａは、グローバル制御回路１３−１および１３−２から出力されるグローバル制御信号に発生する遅延量およびスルーレートをさらに低減することができるため、さらに高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【００７８】
図１０は、図８に示したセンサチップ１１Ｂの第２の変形例を示すブロック図である。なお、図１０に示すセンサチップ１１Ｂ−ｂを構成するブロックのうち、図８のセンサチップ１１Ｂと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７９】
即ち、図１０に示すように、センサチップ１１Ｂ−ｂは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている点で、図８のセンサチップ１１Ｂと共通する構成となっている。
【００８０】
一方、センサチップ１１Ｂ−ｂは、２個のグローバル制御回路１３−１および１３−２がピクセルアレイ部１２の上辺および下辺にそれぞれ沿うようにロジック基板５２に配置されるとともに、制御線２１の両端に駆動素子３２−１および３２−２が接続される点で、図８のセンサチップ１１Ｂと異なる構成となっている。
【００８１】
即ち、センサチップ１１Ｂ−ｂは、図４に示したセンサチップ１１−ａと同様に、グローバル制御回路１３−１が有する駆動素子３２−１が制御線２１の上端からグローバル制御信号を供給し、グローバル制御回路１３−２が有する駆動素子３２−２が制御線２１の下端からグローバル制御信号を供給するように構成される。
【００８２】
このように構成されるセンサチップ１１Ｂ−ｂは、２個の駆動素子３２−１および駆動素子３２−２間のスキューを抑制することができ、制御線２１を介して伝播されるグローバル制御信号に発生する遅延時間のバラツキを解消することができる。これにより、センサチップ１１Ｂ−ｂでは、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。なお、センサチップ１１Ｂ−ｂでは、貫通電流が発生することがないようにグローバル制御信号の出力の遅延差が大きくなることを回避するように制御を行う必要がある。
【００８３】
以上のように構成されるセンサチップ１１Ｂでは、ロジック基板５１およびセンサ基板５２が積層されたスタック構造において、図１のセンサチップ１１と同様に、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【００８４】
なお、図８乃至図１０に示した構成例では、カラムADC１５は、下辺に配置されているTSV領域５３−３およびTSV領域５４−３を介してピクセルアレイ部１２の下端側からセンサ信号を読み出すように構成されている。このような構成の他、例えば、２個のカラムADC１５を上辺近傍および下辺近傍に配置して、それぞれピクセルアレイ部１２の上端側および下端側からセンサ信号を読み出すように構成してもよい。
【００８５】
＜センサチップの第４の構成例＞
図１１を参照して、本技術を適用したセンサチップの第４の実施の形態について説明する。なお、図１１に示すセンサチップ１１Ｃを構成するブロックのうち、図８のセンサチップ１１Ｂと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８６】
即ち、図１１に示すように、センサチップ１１Ｃは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている点で、図８のセンサチップ１１Ｂと共通する構成となっている。
【００８７】
一方、センサチップ１１Ｃは、図６に示したセンサチップ１１Ａのピクセルアレイ部１２Ａと同様に、ピクセルアレイ部１２Ｃが、縦長の長方形の領域となっている点で、図８のセンサチップ１１Ｂと異なる構成となっている。従って、センサチップ１１Ｃでは、グローバル制御回路１３Ｃが、ピクセルアレイ部１２Ｃの長辺に沿うように、ロジック基板５２の左辺側に配置される。これに伴い、制御線２１Ｃは、ピクセルアレイ部１２Ｃに行列状に配置されるセンサ素子の行ごとに、ピクセルアレイ部１２Ｃの左右方向に向かって配置される。
【００８８】
また、センサチップ１１Ｃでは、ローリング制御回路１４Ｃが、ピクセルアレイ部１２Ｃの長辺に沿うように、ロジック基板５２の右辺側（グローバル制御回路１３Ｃと対向する側）に配置されている。なお、グローバル制御回路１３Ｃおよびピクセルアレイ部１２Ｃを、ロジック基板５２の同一側に配置してもよいが、この場合、いずれか一方の配線長が長くなることが想定されるため、図示するような配置とすることが好ましい。
【００８９】
また、センサチップ１１Ｃでは、カラムADC１５Ｃが、ピクセルアレイ部１２Ｃの短辺に沿うように、ロジック基板５２の下辺側に配置される。このように、ローリング制御回路１４Ｃに対して直交する方向にカラムADC１５Ｃが配置されているのは、カラムADC１５Ｃは、１つのＡＤコンバータに接続されるセンサ素子を１つずつオンする必要があるためであり、それぞれの配線が重なるようなレイアウトとなるのを回避している。
【００９０】
このように構成されるセンサチップ１１Ｃは、図８のセンサチップ１１Ｂと同様に、グローバル制御回路１３Ｃがピクセルアレイ部１２Ｃの長辺に沿うように配置されるレイアウトにより、制御線２１Ｃの配線長を短くすることができる。従って、センサチップ１１Ｃは、図８のセンサチップ１１Ｂと同様に、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【００９１】
＜センサチップの第５の構成例＞
図１２を参照して、本技術を適用したセンサチップの第５の実施の形態について説明する。なお、図１２に示すセンサチップ１１Ｄを構成するブロックのうち、図８のセンサチップ１１Ｂと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９２】
即ち、図１２に示すように、センサチップ１１Ｄは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている点で、図８のセンサチップ１１Ｂと共通する構成となっている。
【００９３】
一方、センサチップ１１Ｄは、ロジック基板５２において、センサ基板５１のピクセルアレイ部１２が形成される領域に対応して、複数のADC１５が、図１２の例では、１２個のADC１５−１乃至１５−１２が配置されている点で、図８のセンサチップ１１Ｂと異なる構成となっている。
【００９４】
例えば、センサチップ１１Ｄは、ピクセルアレイ部１２の所定領域ごとに、ADC１５が配置されて構成される。図示するように１２個のADC１５−１乃至１５−１２を使用する場合には、ピクセルアレイ部１２を１２等分した領域ごとに、ADC１５が配置され、それぞれの領域に設けられるセンサ素子から出力されるセンサ信号のＡＤ変換が並列的に行われる。なお、ピクセルアレイ部１２の所定領域ごとにADC１５を配置する構成の他、例えば、ピクセルアレイ部１２が有する１つのセンサ素子ごとに１個のADC１５を配置する構成としてもよい。
【００９５】
このように構成されるセンサチップ１１Ｄは、図８のセンサチップ１１Ｂと同様に、グローバル制御回路１３がピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように配置されるレイアウトにより、制御線２１の配線長を短くすることができる。従って、センサチップ１１Ｄは、図８のセンサチップ１１Ｂと同様に、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【００９６】
さらに、センサチップ１１Ｄは、ローリング制御回路１４とADC１５との位置関係は、図８に示したカラムADC１５のような制約に限定されることがなくなる。例えば、図１２に示すセンサチップ１１Ｄでは、ロジック基板５２の右辺側にローリング制御回路１４が配置されているが、ローリング制御回路１４は、上辺側または下辺側のどちらに配置してもよい。つまり、センサチップ１１Ｄに対するピクセルアレイ部１２の配置位置（例えば、光学的な中心に対するセンサチップ１１Ｄの中心位置）などの制限がなければ、ローリング制御回路１４をどこに配置してもよい。
【００９７】
または、例えば、光学的な中心とセンサチップ１１Ｄの中心位置とに強い制限がある場合には、グローバル制御回路１３に対してADC１５が配置されている領域の反対側となる位置にローリング制御回路１４を配置することで、レイアウトをバランス良くすることができる。これにより、センサチップ１１Ｄの特性を向上させることができる。
【００９８】
＜センサチップの第６の構成例＞
図１３乃至２２を参照して、本技術を適用したセンサチップの第６の実施の形態について説明する。なお、図１３乃至２２に示すセンサチップ１１Ｅを構成するブロックのうち、図７および図８のセンサチップ１１Ｂと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９９】
図１３に示すように、センサチップ１１Ｅは、図７に示したセンサチップ１１Ｂと同様に、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている。そして、センサチップ１１Ｅは、平面的に見たときにピクセルアレイ部１２の中央に重なるようにグローバル制御回路１３が配置されており、ピクセルアレイ部１２の中央部においてグローバル制御回路１３が制御線２１に接続される接続構成となっている。
【０１００】
例えば、センサチップ１１Ｅは、配線を構成する銅（Ｃｕ）どうしの接続や、マイクロバンプまたはTSVを利用した接続などにより、ピクセルアレイ部１２において接続可能である場合、駆動素子３２から制御線２１の遠端に配置されるセンサ素子までの距離を短くすることができる。
【０１０１】
図１４を参照して、センサチップ１１Ｅの構成について、さらに説明する。
【０１０２】
図１４に示すように、センサ基板５１において、ピクセルアレイ部１２は、横方向に長辺が設けられ、縦方向に短辺が設けられた横長の長方形の領域となっている。従って、ロジック基板５２において、グローバル制御回路１３は、その長手方向がピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように配置される。そして、グローバル制御回路１３の駆動素子３２から出力される配線が、ピクセルアレイ部１２の上下方向に向かって配置される制御線２１の中央に接続されるように、グローバル制御回路１３がロジック基板５２の略中央に配置される。なお、平面的に見て、グローバル制御回路１３から直接的にピクセルアレイ部１２に向かって、駆動素子３２から出力される配線が基板を貫通するような構成としてもよい。
【０１０３】
このように構成されるセンサチップ１１Ｅでは、駆動素子３２から制御線２１の両端に配置されるセンサ素子までの距離を短くすることができる。従って、センサチップ１１Ｅは、グローバル制御信号の遅延量およびスルーレートを改善することができるため、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【０１０４】
また、センサチップ１１Ｅに示すような構成は、例えば、ToFセンサに適用するのに好適である。
【０１０５】
図１５は、図１４に示したセンサチップ１１Ｅの第１の変形例を示すブロック図である。なお、図１５に示すセンサチップ１１Ｅ−ａを構成するブロックのうち、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１０６】
即ち、図１５に示すように、センサチップ１１Ｅ−ａは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成となっている。
【０１０７】
一方、センサチップ１１Ｅ−ａは、センサ基板５１において、ピクセルアレイ部１２に行列状に配置されるセンサ素子の１行に対し、中央で分割された２本の制御線２１−１および２１−２が配置される点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと異なる構成となっている。また、センサチップ１１Ｅ−ａは、ロジック基板５２において、グローバル制御回路１３が、センサ素子の１行に対して２個の駆動素子３２−１および３２−２を備える点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと異なる構成となっている。
【０１０８】
そして、センサチップ１１Ｅ−ａでは、制御線２１−１の中央側の端部に駆動素子３２−１が接続されるとともに、制御線２１−２の中央側の端部に駆動素子３２−２が接続される接続構成となっている。即ち、センサチップ１１Ｅ−ａは、ピクセルアレイ部１２の１行に配置される複数のセンサ素子のうち、中央より上側に配置されるセンサ素子は制御線２１−１を介して駆動素子３２−１により駆動され、中央より下側に配置されるセンサ素子は制御線２１−２を介して駆動素子３２−２により駆動されるように構成される。
【０１０９】
このように構成されるセンサチップ１１Ｅ−ａは、図１４のセンサチップ１１Ｅと同様に、駆動素子３２−１から制御線２１−１の遠端に配置されるセンサ素子までの距離、および、駆動素子３２−２から制御線２１−２の遠端に配置されるセンサ素子までの距離を短くすることができる。従って、センサチップ１１Ｅ−ａは、図１４のセンサチップ１１Ｅと同様に、グローバル制御信号の遅延量およびスルーレートを改善することができる。
【０１１０】
さらに、センサチップ１１Ｅ−ａは、１個の駆動素子３２あたりの負荷を削減することができるので、図１４のセンサチップ１１Ｅよりも、駆動素子３２のサイズを小型化することができる。さらに、センサチップ１１Ｅ−ａは、センサ素子の１列に対して２個の駆動素子３２を配置する構成とすることで、駆動素子３２のレイアウトが一カ所に集積されることになり、全体のレイアウト構造を簡易化することができる。
【０１１１】
図１６は、図１４に示したセンサチップ１１Ｅの第２の変形例を示すブロック図である。なお、図１６に示すセンサチップ１１Ｅ−ｂを構成するブロックのうち、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１２】
即ち、図１６に示すセンサチップ１１Ｅ−ｂは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成となっている。
【０１１３】
一方、センサチップ１１Ｅ−ｂは、センサ基板５１において、ピクセルアレイ部１２に行列状に配置されるセンサ素子の１行に対し、中央で分割された２本の制御線２１−１および２１−２が配置されている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと異なる構成となっている。また、センサチップ１１Ｅ−ｂは、ロジック基板５２において、２個のグローバル制御回路１３−１および１３−２が配置される点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと異なる構成となっている。
【０１１４】
そして、センサチップ１１Ｅ−ｂでは、制御線２１−１の中央に駆動素子３２−１が接続されるとともに、制御線２１−２の中央に駆動素子３２−２が接続される接続構成となっている。即ち、センサチップ１１Ｅ−ｂは、ピクセルアレイ部１２の１行に配置される複数のセンサ素子のうち、中央より上側に配置されるセンサ素子は制御線２１−１を介して駆動素子３２−１により駆動され、中央より下側に配置されるセンサ素子は制御線２１−２を介して駆動素子３２−２により駆動されるように構成される。
【０１１５】
このように構成されるセンサチップ１１Ｅ−ｂは、図１４のセンサチップ１１Ｅと比較して、駆動素子３２−１から制御線２１−１の遠端に配置されるセンサ素子までの距離、および、駆動素子３２−２から制御線２１−２の遠端に配置されるセンサ素子までの距離を短くすることができる。これにより、センサチップ１１Ｅ−ｂは、図１４のセンサチップ１１Ｅよりも、より高速な駆動が可能となり、グローバル制御信号の遅延量およびスルーレートのさらなる改善を図ることができる。
【０１１６】
また、図１６に示すように、センサチップ１１Ｅ−ｂでは、グローバル制御回路１３−１および１３−２を分割して配置することができるので、それらの間となる中央箇所にロジック回路１７を配置することができる。なお、図示しないが、グローバル制御回路１３−１および１３−２の間となる中央箇所にカラムADC１５を配置してもよい。
【０１１７】
また、センサチップ１１Ｅ−ｂに示すような構成は、例えば、ToFセンサに適用するのに好適である。
【０１１８】
図１７は、図１４に示したセンサチップ１１Ｅの第３の変形例を示すブロック図である。なお、図１７に示すセンサチップ１１Ｅ−ｃを構成するブロックのうち、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１９】
即ち、図１７に示すセンサチップ１１Ｅ−ｃは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成となっている。
【０１２０】
一方、センサチップ１１Ｅ−ｃは、センサ基板５１において、ピクセルアレイ部１２に行列状に配置されるセンサ素子の１行に対し、中央で分割された２本の制御線２１−１および２１−２が配置されている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと異なる構成となっている。また、センサチップ１１Ｅ−ｃは、ロジック基板５２において、２個のグローバル制御回路１３−１および１３−２が配置される点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと異なる構成となっている。
【０１２１】
そして、センサチップ１１Ｅ−ｃでは、図１６のセンサチップ１１Ｅ−ｂと同様に、制御線２１−１の中央に駆動素子３２−１が接続されるとともに、制御線２１−２の中央に駆動素子３２−２が接続される接続構成となっている。従って、センサチップ１１Ｅ−ｃは、図１６のセンサチップ１１Ｅ−ｂと同様に、図１４のセンサチップ１１Ｅよりも、より高速な駆動が可能となり、グローバル制御信号の遅延量およびスルーレートのさらなる改善を図ることができる。
【０１２２】
さらに、センサチップ１１Ｅ−ｃは、ロジック基板５２の上辺側にカラムADC１５−１が配置されるとともに、ロジック基板５２の下辺側にカラムADC１５−２が配置されている。このように構成されるセンサチップ１１Ｅ−ｃは、レイアウトを上下に対象となる構造となり対称性が向上する結果、センサチップ１１Ｅ−ｃの特性を向上させることができる。
【０１２３】
図１８は、図１４に示したセンサチップ１１Ｅの第４の変形例を示すブロック図である。なお、図１８に示すセンサチップ１１Ｅ−ｄを構成するブロックのうち、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１２４】
即ち、図１８に示すセンサチップ１１Ｅ−ｄは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成となっている。
【０１２５】
一方、センサチップ１１Ｅ−ｄは、ロジック基板５２において、２個のグローバル制御回路１３−１および１３−２が配置されており、グローバル制御回路１３−１が制御線２１の上側半分の略中央に接続されるとともに、グローバル制御回路１３−２が制御線２１の下側半分の略中央に接続されるような接続構成となっている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと異なる構成となっている。つまり、センサチップ１１Ｅ−ｄは、図１７の制御線２１−１および２１−２が接続された１本の制御線２１が用いられる構成となっている。
【０１２６】
このように構成されるセンサチップ１１Ｅ−ｄは、２個の駆動素子３２−１および駆動素子３２−２間のスキューを抑制することができ、制御線２１を介して伝播されるグローバル制御信号に発生する遅延時間のバラツキを解消することができる。これにより、センサチップ１１Ｅ−ｄでは、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。なお、センサチップ１１Ｅ−ｄでは、貫通電流が発生することがないようにグローバル制御信号の出力の遅延差が大きくなることを回避するように制御する必要がある。
【０１２７】
図１９は、図１４に示したセンサチップ１１Ｅの第５の変形例を示すブロック図である。なお、図１９に示すセンサチップ１１Ｅ−ｅを構成するブロックのうち、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図１９に示すセンサチップ１１Ｅ−ｅでは、図が煩雑になることを回避するために、センサチップ１１Ｅ−ｅを構成する一部のブロックの図示が省略されている。
【０１２８】
即ち、図１９に示すセンサチップ１１Ｅ−ｅは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成となっている。
【０１２９】
一方、センサチップ１１Ｅ−ｅは、センサ基板５１において、ピクセルアレイ部１２に行列状に配置されるセンサ素子の１行に対し、４分割された制御線２１−１乃至２１−４が配置されている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと異なる構成となっている。また、センサチップ１１Ｅ−ｅは、ロジック基板５２において、４個のグローバル制御回路１３−１乃至１３−４が配置される点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと異なる構成となっている。
【０１３０】
そして、センサチップ１１Ｅ−ｅでは、制御線２１−１乃至２１−４それぞれの中央にグローバル制御回路１３−１乃至１３−４の駆動素子３２−１乃至３２−４が接続される接続構成となっている。従って、センサチップ１１Ｅ−ｅは、駆動素子３２−１乃至３２−４それぞれから制御線２１−１乃至２１−４の遠端に配置されるセンサ素子までの距離を、さらに短くすることができる。これにより、センサチップ１１Ｅ−ｅは、センサ素子に対する制御のさらなる高速化を図ることができる。なお、センサチップ１１Ｅ−ｅでは、カラムADC１５Ａやロジック回路１７などが分離されて配置されることが想定されるが、そのような場合でも特性に影響を与えないようなレイアウトを採用することが必要となる。
【０１３１】
なお、図１９に示す構成例では、４本に分割された制御線２１−１乃至２１−４を用いて説明を行っているが、制御線２１を３本に分割したり、５本以上に分割したりしてもよい。そして、分割された制御線２１の略中央に、それぞれ対応するグローバル制御回路１３が接続されるような構成とすることができる。
【０１３２】
図２０は、図１４に示したセンサチップ１１Ｅの第６の変形例を示すブロック図である。なお、図２０に示すセンサチップ１１Ｅ−ｆを構成するブロックのうち、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３３】
即ち、図２０に示すセンサチップ１１Ｅ−ｆは、ピクセルアレイ部１２が形成されるセンサ基板５１と、グローバル制御回路１３が形成されるロジック基板５２とが積層される積層構造となっている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成となっている。
【０１３４】
一方、センサチップ１１Ｅ−ｆは、ロジック基板５２において、４個のグローバル制御回路１３−１乃至１３−４が配置されており、グローバル制御回路１３−１乃至１３−４が、制御線２１に対して均等な間隔で接続されるような接続構成となっている点で、図１４のセンサチップ１１Ｅと異なる構成となっている。つまり、センサチップ１１Ｅ−ｄは、図１９の制御線２１−１乃至２１−４が接続された１本の制御線２１が用いられる構成となっている。
【０１３５】
このように構成されるセンサチップ１１Ｅ−ｆは、４個の駆動素子３２−１乃至３２−４間のスキューを抑制することができ、制御線２１を介して伝播されるグローバル制御信号に発生する遅延時間のバラツキを解消することができる。これにより、センサチップ１１Ｅ−ｆでは、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。なお、センサチップ１１Ｅ−ｆでは、貫通電流が発生することがないようにグローバル制御信号の出力の遅延差が大きくなることを回避するように制御する必要がある。
【０１３６】
図２１は、図１４に示したセンサチップ１１Ｅの第７の変形例を示すブロック図である。なお、図２１に示すセンサチップ１１Ｅ−ｇを構成するブロックのうち、図１９のセンサチップ１１Ｅ−ｅと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１３７】
即ち、センサチップ１１Ｅ−ｇは、１個のグローバル制御回路１３を備えて構成され、図１９のセンサチップ１１Ｅ−ｅのグローバル制御回路１３−２乃至１３−４に替えて、バッファ回路５５−１乃至５５−３を備えて構成される。バッファ回路５５−１乃至５５−３は、それぞれバッファ５６−１乃至５６−３を有しており、グローバル制御回路１３の駆動素子３２の出力がバッファ５６−１乃至５６−３それぞれで分岐されて、４分割された制御線２１−１乃至２１−４に接続されている。
【０１３８】
このように構成されるセンサチップ１１Ｅ−ｇにおいても、図１９のセンサチップ１１Ｅ−ｅと同様に、センサ素子に対する制御のさらなる高速化を図ることができる。
【０１３９】
図２２は、図１４に示したセンサチップ１１Ｅの第８の変形例を示すブロック図である。なお、図２２に示すセンサチップ１１Ｅ−ｈを構成するブロックのうち、図２０のセンサチップ１１Ｅ―ｆと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１４０】
即ち、センサチップ１１Ｅ−ｇは、１個のグローバル制御回路１３を備えて構成され、図２０のセンサチップ１１Ｅ―ｆのグローバル制御回路１３−２乃至１３−４に替えて、バッファ回路５５−１乃至５５−３を備えて構成される。バッファ回路５５−１乃至５５−３は、それぞれバッファ５６−１乃至５６−３を有しており、グローバル制御回路１３の駆動素子３２の出力がバッファ５６−１乃至５６−３それぞれで分岐されて、制御線２１に接続されている。
【０１４１】
このように構成されるセンサチップ１１Ｅ−ｈにおいても、図２０のセンサチップ１１Ｅ―ｆと同様に、センサ素子に対する制御のさらなる高速化を図ることができる。
【０１４２】
＜センサチップの第７の構成例＞
図２３乃至２５を参照して、本技術を適用したセンサチップの第７の実施の形態について説明する。なお、図２３乃至２５に示すセンサチップ１１Ｆを構成するブロックのうち、図１３のセンサチップ１１Ｅと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１４３】
即ち、図２３に示すセンサチップ１１Ｆは、センサ基板５１と、２枚のロジック基板５２−１および５２−２とが積層される積層構造となっている。即ち、本技術は、３枚の半導体基板が積層される構造に適用することができる。
【０１４４】
図２３に示すように、センサチップ１１Ｆは、１層目のセンサ基板５１にピクセルアレイ部１２が形成され、２層目のロジック基板５２−１に、グローバル制御回路１３と、メモリ６１−１および６１−２とが形成され、３層目のロジック基板５２−２に、例えば、図示しないカラムADC１５やロジック回路１７などが形成されて構成される。
【０１４５】
このように構成されるセンサチップ１１Ｆにおいても、センサ基板５１のピクセルアレイ部１２の長手方向に沿って、ロジック基板５２−１にグローバル制御回路１３を配置することで、図１３のセンサチップ１１Ｅと同様に、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【０１４６】
また、センサ基板５１、ロジック基板５２−１、およびロジック基板５２−２の順番で積層されるセンサチップ１１Ｆは、グローバル制御回路１３は、センサ基板５１およびロジック基板５２−２の間に積層されるロジック基板５２−１の中央に配置することが好ましい。これにより、グローバル制御回路１３から制御線２１の遠端に配置されるセンサ素子までの距離を短くすることができる。もちろん、グローバル制御回路１３から制御線２１の遠端に配置されるセンサ素子までの距離を短くすることができれば、図２３に示すようなレイアウトに限定されることはない。
【０１４７】
図２４は、図２３に示したセンサチップ１１Ｆの第１の変形例を示す斜視図である。
【０１４８】
図２４に示すように、センサチップ１１Ｆ−ａでは、１層目のセンサ基板５１にピクセルアレイ部１２が形成され、２層目のロジック基板５２−１に、メモリ６１−１および６１−２が形成され、３層目のロジック基板５２−２に、例えば、グローバル制御回路１３や、図示しないカラムADC１５およびロジック回路１７などが形成されて構成される。
【０１４９】
このように構成されるセンサチップ１１Ｆ−ａにおいても、センサ基板５１のピクセルアレイ部１２の長手方向に沿って、ロジック基板５２−２にグローバル制御回路１３を配置することで、図１３のセンサチップ１１Ｅと同様に、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【０１５０】
図２５は、図２３に示したセンサチップ１１Ｆの第２の変形例を示す斜視図である。
【０１５１】
図２５に示すように、センサチップ１１Ｆ−ｂでは、１層目のセンサ基板５１にピクセルアレイ部１２が形成され、２層目のロジック基板５２−１に、メモリ６１が形成され、３層目のロジック基板５２−２に、例えば、グローバル制御回路１３や、図示しないカラムADC１５およびロジック回路１７などが形成されて構成される。なお、センサチップ１１Ｆ−ｂでは、例えば、図８のセンサチップ１１Ｂと同様に、センサチップ１１Ｆ−ｂの周辺領域に形成されるTSV領域を利用して、グローバル制御回路１３に制御線２１が接続される接続構成となっている。
【０１５２】
このように構成されるセンサチップ１１Ｆ−ｂにおいても、センサ基板５１のピクセルアレイ部１２の長手方向に沿って、ロジック基板５２−２にグローバル制御回路１３を配置することで、図１３のセンサチップ１１Ｅと同様に、より高速にセンサ素子に対する制御を行うことができる。
【０１５３】
なお、例えば、３枚以上の半導体基板を積層してもよく、上述の図１６に示したように２カ所にグローバル制御回路１３を配置したり、２カ所以上の複数個所にグローバル制御回路１３を配置したりしてもよい。この場合、メモリ６１が配置される半導体基板や、メモリ６１の配置位置または分割数を、グローバル制御回路１３の配置に応じて適切にレイアウトすることができる。
【０１５４】
例えば、１層目の半導体基板にピクセルアレイ部１２を配置し、２層目の半導体基板にカラムADC１５やロジック回路１７などを配置し、３層目の半導体基板にメモリ６１を配置する構成を採用してもよい。このような構成においても、２層目の半導体基板にグローバル制御回路１３を配置することで、配線長を短くすることができるが、メモリ６１が配置される半導体基板にグローバル制御回路１３を配置してもよい。
【０１５５】
＜センサチップの第８の構成例＞
図２６を参照して、本技術を適用したセンサチップの第８の実施の形態について説明する。なお、図２６に示すセンサチップ１１Ｇを構成するブロックのうち、図１４のセンサチップ１１Ｅと共通する構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１５６】
即ち、センサチップ１１におけるグローバル制御回路１３の配置は、上述した各実施の形態で説明したものに限定されることなく、図２６に示すような様々なレイアウトを採用することができる。もちろん、いずれの配置においても、ピクセルアレイ部１２の長辺に沿うようにグローバル制御回路１３が配置されていれば、図示されていないようなレイアウトを採用してもよい。
【０１５７】
図２６Ａに示すように、センサチップ１１Ｇは、センサ基板５１にピクセルアレイ部１２およびグローバル制御回路１３が配置され、ロジック基板５２にローリング制御回路１４、カラムADC１５、およびロジック回路１７が配置されたレイアウトとなっている。そして、センサチップ１１Ｇでは、グローバル制御回路１３は、ピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように、ピクセルアレイ部１２の下辺側に配置されている。
【０１５８】
図２６Ｂに示すように、センサチップ１１Ｇ−ａは、センサ基板５１にピクセルアレイ部１２およびグローバル制御回路１３が配置され、ロジック基板５２にローリング制御回路１４、カラムADC１５、およびロジック回路１７が配置されたレイアウトとなっている。そして、センサチップ１１Ｇ−ａでは、グローバル制御回路１３は、ピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように、ピクセルアレイ部１２の上辺側に配置されている。
【０１５９】
図２６Ｃに示すように、センサチップ１１Ｇ−ｂは、センサ基板５１にピクセルアレイ部１２、並びに、グローバル制御回路１３−１および１３−２が配置され、ロジック基板５２にローリング制御回路１４、カラムADC１５、およびロジック回路１７が配置されたレイアウトとなっている。そして、センサチップ１１Ｇ−ｂでは、グローバル制御回路１３−１および１３−２は、ピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように、ピクセルアレイ部１２の上辺側および下辺側にそれぞれ配置されている。
【０１６０】
図２６Ｄに示すように、センサチップ１１Ｇ−ｃは、センサ基板５１にピクセルアレイ部１２、並びに、グローバル制御回路１３−１および１３−２が配置され、ロジック基板５２にローリング制御回路１４、カラムADC１５、およびロジック回路１７が配置されたレイアウトとなっている。そして、センサチップ１１Ｇ−ｃでは、グローバル制御回路１３−１および１３−２は、ピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように、ピクセルアレイ部１２の上辺側および下辺側にそれぞれ配置されているとともに、ピクセルアレイ部１２に行列状に配置されるセンサ素子の列の中央で分離されるように、２本の制御線２１−１および２１−２が配置されている。
【０１６１】
図２６Ｅに示すように、センサチップ１１Ｇ−ｄは、センサ基板５１にピクセルアレイ部１２、並びに、グローバル制御回路１３−１および１３−２が配置され、ロジック基板５２にローリング制御回路１４、カラムADC１５、およびロジック回路１７が配置されたレイアウトとなっている。さらに、センサチップ１１Ｇ−ｄでは、ピクセルアレイ部１２の長辺に沿うように、ロジック基板５２に入出力部１６が配置されている。
【０１６２】
例えば、センサチップ１１Ｇ−ｄは、入出力部１６からTSV領域５４−１およびTSV領域５３−１を介してグローバル制御回路１３へ電源を供給するように構成される。なお、TSVを利用する他、配線を構成する銅（Ｃｕ）どうしの接続や、マイクロバンプなどを利用して、グローバル制御回路１３へ電源を供給するようにしてもよい。また、グローバル制御回路１３へ電力を供給する配線は、制御線２１と同一の接続方法を用いてもよいし、他の組み合わせの接続方法を用いてもよい。また、２層の半導体基板が積層される構成の他、３層の半導体基板が積層される構成であっても同様に、入出力部１６の近傍にグローバル制御回路１３を配置することが好ましい。
【０１６３】
なお、図２６に示した各種のレイアウトでは、カラムADC１５はロジック基板５２の片側に配置された例が示されているが、カラムADC１５がロジック基板５２の上下両側に配置されるレイアウトを採用してもよい。また、カラムADC１５やロジック回路１７の位置は、図２６に示したような配置に限定されることはない。
【０１６４】
以上のように、センサチップ１１に積層型の構造を適用することで、グローバル制御回路１３を様々なレイアウトで配置することができ、レイアウトの自由度が増すとともに、グローバル制御回路１３とローリング制御回路１４とを個別に制御する効果が大きくなる。
【０１６５】
＜距離画像センサの構成例＞
図２７は、センサチップ１１を利用した電子機器である距離画像センサの構成例を示すブロック図である。
【０１６６】
図２７に示すように、距離画像センサ２０１は、光学系２０２、センサチップ２０３、画像処理回路２０４、モニタ２０５、およびメモリ２０６を備えて構成される。そして、距離画像センサ２０１は、光源装置２１１から被写体に向かって投光され、被写体の表面で反射された光（変調光やパルス光）を受光することにより、被写体までの距離に応じた距離画像を取得することができる。
【０１６７】
光学系２０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）をセンサチップ２０３に導き、センサチップ２０３の受光面（センサ部）に結像させる。
【０１６８】
センサチップ２０３としては、上述した各実施の形態のセンサチップ１１が適用され、センサチップ２０３から出力される受光信号（APD OUT）から求められる距離を示す距離信号が画像処理回路２０４に供給される。
【０１６９】
画像処理回路２０４は、センサチップ２０３から供給された距離信号に基づいて距離画像を構築する画像処理を行い、その画像処理により得られた距離画像（画像データ）は、モニタ２０５に供給されて表示されたり、メモリ２０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
【０１７０】
このように構成されている距離画像センサ２０１では、上述したセンサチップ１１を適用することで、より高速な制御を行うことによって、例えば、より正確な距離画像を取得することができる。
【０１７１】
［１．３．距離画像センサの具体的構成例］
インダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムでは、光をパルス状に照射するが、そのパルスを生成するパルス生成器が設けられる。既存のパルス生成器は、分周してからシフトレジスタで位相を作っている。従って、分周の設定で位相の分解能が決まってしまう。例えば８００ＭＨｚの周波数の信号を８分周すると、作れる位相は８つだけになる。また既存のパルス生成器は、作れる分周や位相のステップは２の倍数に限られてしまう。従って、１０分周させて３６度の位相を作ることが出来ない。インダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムは、レンジによって周波数をアダプティブに変えるため、幅広い設定ができる方が望ましい。また既存のパルス生成器は、細かい設定をするためには、ＰＬＬの周波数を変更する必要があるが、ＰＬＬの周波数を変更すると、周波数が安定化するまでに時間がかかる（応答時間を待つ必要がある）。
【０１７２】
また既存のパルス生成器は、フリップフロップの数が多く、面積効率が悪い。例えば３２分周器ではフリップフロップが３２個必要になり、また、３２ステップのシフトレジスタにもフリップフロップが３２個必要となる。従って、３２分周器及び３２ステップのシフトレジスタからなるパルス生成器にはフリップフロップが６４個必要となる。
【０１７３】
そこで本件開示者は、上述した点に鑑み、特にインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムに用いられるパルス生成器であって、簡易な構成で様々な周波数や位相の設定に対応することが可能なパルス生成器の技術について鋭意検討を行った。その結果、本件開示者は、以下で説明するように、特にインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムに用いられるパルス生成器であって、簡易な構成でありながら、様々な周波数や位相の設定に対応することが可能なパルス生成器を考案するに至った。
【０１７４】
続いて、本開示の実施の形態に係る、特にインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムで用いられるパルス生成器の構成例について説明する。図２８は、本開示の実施の形態に係るパルス生成器３００の機能構成例を示す説明図である。図２８に示したパルス生成器３００は、例えば、図２７に示した距離画像センサ２０１に設けられるパルス生成器である。以下、図２８を用いて本開示の実施の形態に係るパルス生成器３００の機能構成例について説明する。
【０１７５】
図２８に示したように、本開示の実施の形態に係るパルス生成器３００は、カウンタ３１０、３４０と、Ｄフリップフロップ３２０と、ＡＮＤゲート３３０と、を含んで構成される。
【０１７６】
カウンタ３１０は、パルス生成器３００に入力されるクロック、例えばＰＬＬで生成されるクロックをカウントするプログラマブルカウンタである。カウンタ３１０は、位相を設定するためのカウンタであり、例えば、入力されるクロックの立ち上がりのタイミングで値を加算するカウンタである。パルス生成器３００の外部から位相設定がカウンタ３１０に送られる。カウンタ３１０の出力はＤフリップフロップ３２０の入力に送られる。
【０１７７】
Ｄフリップフロップ３２０は、カウンタ３１０の出力をクロックＣＫとし、クロックＣＫに基づいて入力Ｄの値を出力Ｑから出力する。Ｄフリップフロップ３２０の出力はＡＮＤゲート３３０に送られる。
【０１７８】
ＡＮＤゲート３３０は、パルス生成器３００に入力されるクロックと、Ｄフリップフロップ３２０の出力との論理積（ＡＮＤ）をとって、カウンタ３４０に出力する。
【０１７９】
カウンタ３４０は、ＡＮＤゲート３３０の出力クロックをカウントするプログラマブルカウンタである。カウンタ３４０は、分周を設定するためのカウンタであり、例えば、入力されるクロックの立ち上がりのタイミングで値を加算するカウンタである。
【０１８０】
カウンタ３１０、３４０として用いられるカウンタは、プログラマブルカウンタであればどのようなものであっても良い。プログラマブルカウンタの構成要素は、多ビットカウンタであること、多ビットのデータ入力があること、入力データとカウント値との比較器を持つこと、である。そのようなカウンタとして、パルススワロカウンタ、パルスフォロワカウンタ、バイナリカウンタ、グレイコードカウンタ、ジョンソンカウンタなどがある。
【０１８１】
図２９は、パルス生成器３００に入力される信号、パルス生成器３００の内部で生成される信号、パルス生成器３００が出力する信号の波形例を示す説明図である。
【０１８２】
図２９において「クロック」はパルス生成器３００に入力されるクロックを示し、「カウンタ（位相）」はカウンタ３１０によるカウント値を示す。「1stCNO」はＤフリップフロップ３２０の出力を示し、「2stCNI」はＡＮＤゲート３３０の出力を示す。「カウンタ（分周）」はカウンタ３４０によるカウント値を示し、「OUT」はカウンタ３４０の出力を示す。
【０１８３】
図２９に示した例では、カウンタ３１０によるカウント値が「６」になるとＤフリップフロップ３２０の出力がローからハイになるように切り替わっている。そして、カウンタ３４０によるカウント値が「８」になるとカウンタ３４０の出力がローからハイ、またはハイからローになるように切り替わっている。すなわち、このカウンタ３１０、３４０の設定を変化させることで、パルス生成器３００から出力するクロックの位相及び周波数の調節が可能になる。
【０１８４】
このパルス生成器３００から出力されるクロックを、光源の駆動及びセンサチップの画素の駆動に用いることで、光源の駆動タイミング及びセンサチップの画素の駆動タイミングを柔軟に調節することが可能となる。例えば、位相設定として２８を設定可能となり、分周設定として２８を設定可能となる。この場合に、フリップフロップの数は、カウンタごとに８個、合計１６個で実現することが可能となる。従って、従来のパルス生成器ではフリップフロップが６４個必要であったのに比べて、本開示の実施の形態に係るパルス生成器は、回路規模を大きく低減させることが可能となる。
【０１８５】
なお、図２８に示したパルス生成器３００は、位相を設定するためのカウンタ３１０の後段に、周波数を設定するためのカウンタ３４０が設けられているが、本開示は係る例に限定されるものでは無い。本実施形態に係るパルス生成器３００は、周波数を設定するためのカウンタの後段に位相を設定するためのカウンタを設けても良い。
【０１８６】
図３０は、本開示の実施の形態に係るパルス生成器を用いた距離画像センサの概略構成例を示す説明図である。図３０には、パルス生成器３００ａ、３００ｂと、ＰＬＬ３５０と、光源ドライバ３５２と、光源３５４と、画素変調ドライバ３５６と、画素３５８と、が示されている。画素３５８は、１画素内に１つのトランジスタが設けられる１タップ画素である。
【０１８７】
ＰＬＬ３５０から出力されるクロックＭＣＫは、それぞれパルス生成器３００ａ、３００ｂに送られる。そしてパルス生成器３００ａには光源３５４のための位相設定が入力され、パルス生成器３００ｂには画素３５８のための位相設定が入力される。すなわち、パルス生成器３００ａから出力される信号（光源出力信号）と、パルス生成器３００ｂから出力される信号（画素変調信号）との位相差を設定するために、パルス生成器３００ａ、３００ｂにはそれぞれ独自の位相設定が入力される。またパルス生成器３００ａ、３００ｂには、共通の変調周波数設定が入力される。これにより、パルス生成器３００ａ、３００ｂからは同一の周波数のパルスが出力される。
【０１８８】
図３１は、パルス生成器３００ａ、３００ｂから出力される信号及びパルス生成器３００ａ、３００ｂに入力される位相設定の例を示す説明図である。図３１に示した例では、パルス生成器３００ａに入力される光源位相設定は、カウンタ３１０ａのカウント値が「６」になるとＤフリップフロップ３２０ａの出力がローからハイになるように切り替わる設定となっている。また、図３１に示した例では、パルス生成器３００ｂに入力される画素位相設定は、カウンタ３１０ｂのカウント値が「９」になるとＤフリップフロップ３２０ｂの出力がローからハイになるように切り替わる設定となっている。このような設定とすることで、パルス生成器３００ａから出力される光源出力信号と、パルス生成器３００ｂから出力される画素変調信号との位相差を９０度に設定することができる。
【０１８９】
別の例を示す。図３２は、本開示の実施の形態に係るパルス生成器を用いた距離画像センサの概略構成例を示す説明図である。図３２には、パルス生成器３００ａ、３００ｂと、ＰＬＬ３５０と、光源ドライバ３５２と、光源３５４と、インバータ３５５と、画素変調ドライバ３５６ａ、３５６ｂと、画素３５８’と、が示されている。画素３５８’は、１画素内に２つのトランジスタが設けられる２タップ画素であり、それぞれのトランジスタにパルス生成器３００ｂからの信号が入力される構成となっている。
【０１９０】
図３２に示した例では、図３０に示した例と同様に、パルス生成器３００ａから出力される信号（光源出力信号）と、パルス生成器３００ｂから出力される信号（画素変調信号）との位相差を設定するために、パルス生成器３００ａ、３００ｂにはそれぞれ独自の位相設定が入力される。またパルス生成器３００ａ、３００ｂには、共通の変調周波数設定が入力される。そして図３２に示した例では、パルス生成器３００ｂの出力を２つに分岐させ、一方の出力はそのまま画素変調ドライバ３５６ａへ出力し、他方の出力はインバータ３５５で反転させた後に画素変調ドライバ３５６ｂへ出力する。これにより、パルス生成器３００ｂからの出力信号から、１８０度位相が異なる２つの信号（画素変調信号Ａ、Ｂ）を生成している。
【０１９１】
図３３は、パルス生成器３００ａ、３００ｂから出力される信号及びパルス生成器３００ａ、３００ｂに入力される位相設定の例を示す説明図である。図３３に示した例では、パルス生成器３００ａに入力される光源位相設定は、カウンタ３１０ａのカウント値が「６」になるとＤフリップフロップ３２０ａの出力がローからハイになるように切り替わる設定となっている。また、図３３に示した例では、パルス生成器３００ｂに入力される画素位相設定は、カウンタ３１０ｂのカウント値が「９」になるとＤフリップフロップ３２０ｂの出力がローからハイになるように切り替わる設定となっている。このような設定とすることで、パルス生成器３００ａから出力される光源出力信号と、パルス生成器３００ｂから出力される画素変調信号Ａとの位相差を９０度に設定することができる。そして、パルス生成器３００ｂの出力を２つに分岐させ、一つをインバータ３５５で反転させた後に画素変調ドライバ３５６ｂへ出力しているので、画素変調信号Ａと画素変調信号Ｂとの位相差を１８０度に設定することができる。
【０１９２】
別の例を示す。図３４は、本開示の実施の形態に係るパルス生成器を用いた距離画像センサの概略構成例を示す説明図である。図３４には、パルス生成器３００ａ、３００ｂ、３００ｃと、ＰＬＬ３５０と、光源ドライバ３５２と、光源３５４と、画素変調ドライバ３５６ａ、３５６ｂと、画素３５８’と、が示されている。画素３５８’は、１画素内に２つのトランジスタが設けられる２タップ画素であり、それぞれのトランジスタにパルス生成器３００ｂからの信号が入力される構成となっている。
【０１９３】
図３４に示した例では、パルス生成器３００ａからの信号（光源出力信号）は光源３５４に出力される点は図３２に示した構成例と変わらない。一方、図３４に示した例では、画素３５８’に出力する信号を、パルス生成器３００ｂ、３００ｃで生成している点で図３２に示した構成例と異なっている。すなわち、パルス生成器３００ａから出力される信号（光源出力信号）と、パルス生成器３００ｂから出力される信号（画素変調信号Ａ）と、パルス生成器３００ｃから出力される信号（画素変調信号Ｂ）との位相差を設定するために、パルス生成器３００ａ、３００ｂ、３００ｃにはそれぞれ独自の位相設定が入力される。
【０１９４】
図３５は、パルス生成器３００ａ、３００ｂ、３００ｃから出力される信号及びパルス生成器３００ａ、３００ｂに入力される位相設定の例を示す説明図である。図３５に示した例では、パルス生成器３００ａに入力される光源位相設定は、カウンタ３１０ａのカウント値が「６」になるとＤフリップフロップ３２０ａの出力がローからハイになるように切り替わる設定となっている。また、図３５に示した例では、パルス生成器３００ｂに入力される画素位相設定は、カウンタ３１０ｂのカウント値が「９」になるとＤフリップフロップ３２０ｂの出力がローからハイになるように切り替わる設定となっている。また、図３５に示した例では、パルス生成器３００ｃに入力される画素位相設定は、カウンタ３１０ｃのカウント値が「１５」になるとＤフリップフロップ３２０ｃの出力がローからハイになるように切り替わる設定となっている。このような設定とすることで、パルス生成器３００ａから出力される光源出力信号と、パルス生成器３００ｂから出力される画素変調信号Ａとの位相差を９０度に設定することができ、また、パルス生成器３００ａから出力される光源出力信号と、パルス生成器３００ｃから出力される画素変調信号Ｂとの位相差を２７０度に設定することができる。
【０１９５】
このように画素位相設定をパルス生成器に入力する構成とすることで、システム遅延を補正することが出来る。ここでいうシステム遅延とは、パルス生成器から画素変調信号を出力してから、実際に画素変調信号が画素に入力されるまでの時間の遅延である。図３６は、パルス生成器から出力される信号及びパルス生成器に入力される位相設定の例を示す説明図である。図３６に示したように、画素用のパルス生成器に入力する画素位相設定にオフセットを与えることで、光源用のパルス生成器に入力する画素位相設定の設定を変えずに、画素変調信号にオフセットを加算できる。すなわち、光源用のパルス生成器と、画素用のパルス生成器の少なくともいずれか一方を調整することで、光源ドライバと画素変調ドライバとを同期させるためのキャリブレーションが可能となる。
【０１９６】
本実施形態に係るパルス生成器を備える距離画像センサは、速い周波数、例えば１００ＭＨｚ程度の周波数での動作を可能とする。既存のＴｏＦ方式の距離画像センサは、例えば２０ＭＨｚ程度の遅い周波数で動作している。２０ＭＨｚ程度で動作する場合には、光源の駆動と画素の駆動との間に２〜３ｎｓｅｃ等のずれがあっても影響が少ないが、１００ＭＨｚ程度の場合には、２ｎｓｅｃずれると２５％程度の損失となり影響が多い。本実施形態に係るパルス生成器を備える距離画像センサは、光源位相設定と画素位相設定とを独自に設定可能であるため、上述したように光源用のパルス生成器と、画素用のパルス生成器の少なくともいずれか一方を調整することで、光源ドライバと画素変調ドライバとを同期させるためのキャリブレーションが可能となる。
【０１９７】
続いて、光源のデューティを任意の値に設定出来るＴｏＦ方式の距離画像センサについて説明する。上述したように、パルス生成器３００はデューティが５０％の光源出力信号を生成している。図３７は、パルス生成器３００が生成するデューティが５０％の光源出力信号の波形の例を示す説明図である。
【０１９８】
しかし、このデューティが５０％の光源出力信号に基づいて発光させると、測距原理（コンティニュアス方式）によるサイクリックエラーが発生し、このサイクリックエラーによって測距誤差が発生しうる。図３８は、サイクリックエラーによって測距誤差が発生する様子を示す説明図である。上段は、光源からの発光の波形が正弦波の場合を示し、下段は、光源からの発光の波形が方形波の場合を示している。それぞれのグラフは横軸に遅延量をとっており、値が１００のときに遅延量が３６０度となるようにしている。コンティニュアス方式は、信号を理想サイン波として計算する。サイン波の光源出力信号で発光させる場合であれば、上段右側のグラフのように、位相遅延量に歪みは生じない。一方、方形波の光源出力信号で発光させる場合では、下段右側のグラフのように位相遅延量に歪みが生じる。この歪みは、そのまま測距のリニアリティを悪化させる原因となる。既存の距離画像センサは、ソフトウェア的にこの歪みを補正することで対処しているが、長距離の測距ほど、サイクリックエラーによる誤差が大きくなるために、影響が大きくなる。
【０１９９】
そこで本件開示者は、上述した点に鑑み、特にインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムに用いられる技術であって、簡易な構成でサイクリックエラーによって測距誤差を低減させることが可能な技術について鋭意検討を行った。その結果、本件開示者は、以下で説明するように、特にインダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムに用いられる技術であって、簡易な構成でサイクリックエラーによって測距誤差を低減させることが可能な構成を考案するに至った。
【０２００】
本実施形態に係る距離画像センサは、光源出力信号のデューティを変化させることで、具体的には、光源出力信号のデューティを５０％より小さくすることで、このサイクリックエラーを低減させる。そのために本実施形態に係る距離画像センサは、デューティを５０％より小さくした光源出力信号を生成するパルス生成器を設ける。図３９は、デューティが５０％より小さい、３０％及び２５％の光源出力信号の波形の例を示す説明図である。
【０２０１】
このように、デューティが５０％より小さい、３０％及び２５％の光源出力信号を出力するための構成を説明する。図４０は、本開示の実施の形態に係る距離画像センサにおける、光源出力信号を出力するための構成例を示す説明図である。図４０には、パルス生成器３００ａ、３００ｂと、パルス生成器３００ａの出力を反転させた上でパルス生成器３００ａの出力とパルス生成器３００ｂの出力とのＡＮＤ（論理積）をとるＡＮＤゲート４１０と、セレクタ４２０と、が示されている。パルス生成器３００ａ、３００ｂは、いずれも光源を発光させるための信号を生成する。
【０２０２】
パルス生成器３００ａは、デューティが５０％の光源出力信号を生成することを目的としたパルス生成器である。そしてパルス生成器３００ｂは、位相設定を調整することで、パルス生成器３００ａが生成する信号と、パルス生成器３００ｂが生成する信号との組み合わせによりデューティを５０％より小さくした光源出力信号を生成することを目的としたパルス生成器である。
【０２０３】
図４１は、デューティを５０％より小さくした光源出力信号の生成の概要を示す説明図である。図４１の「ＭＡＩＮ」はパルス生成器３００ａが生成する信号の波形の例であり、「ＳＵＢ」はパルス生成器３００ａが生成する信号の波形の例である。そして「ＬＳＲ」はパルス生成器３００ａが生成する信号と、パルス生成器３００ｂが生成する信号との組み合わせによりデューティを５０％より小さくした光源出力信号の波形の例である。
【０２０４】
図４１に示したように、パルス生成器３００ａが生成する信号の波形と、パルス生成器３００ａが生成する信号の波形とには位相差がある。この状態で、パルス生成器３００ａが生成する信号の波形を反転させた上で、パルス生成器３００ｂが生成する信号との論理積をとると、「ＬＳＲ」のようにデューティを５０％より小さくした光源出力信号を生成することが可能となる。
【０２０５】
セレクタ４２０は、パルス生成器３００ａの出力と、ＡＮＤゲート４１０の出力とのいずれか一方を選択して出力する。セレクタ４２０にはモード切替信号が供給され、セレクタ４２０は、モード切替信号の内容に応じてパルス生成器３００ａの出力、すなわちデューティが５０％の信号と、ＡＮＤゲート４１０の出力、すなわちデューティが５０％未満の信号とのいずれか一方を選択して出力する。
【０２０６】
図４０に示した構成を有することで、本開示の実施の形態に係るＴｏＦ方式の距離画像センサは、異なるデューティで光源から発光させることができる。そして本開示の実施の形態に係るＴｏＦ方式の距離画像センサは、光源出力信号のデューティを変化させることで、具体的には、デューティを５０％より小さくすることで、このサイクリックエラーを低減させることができる。
【０２０７】
図４２は、パルス生成器３００ａ、３００ｂに設定する光源位相設定の例を示す説明図である。図４２に示したように、パルス生成器３００ａに設定する光源位相設定と、パルス生成器３００ｂに設定する光源位相設定とを変えることで、パルス生成器３００ａが生成する信号の波形（ＬＳＲ）と、パルス生成器３００ａが生成する信号（ＬＳＲ＿ＳＵＢ）の波形とに位相差をつけることができる。そして、上述したようにパルス生成器３００ａが生成する信号の波形を反転させた上で、パルス生成器３００ｂが生成する信号との論理積をとると、「ＬＳＲ＿ＯＵＴ」のようにデューティを５０％より小さくした光源出力信号を生成することが可能となる。
【０２０８】
もちろん、パルス生成器３００ｂが生成する信号の位相を、パルス生成器３００ａが生成する信号の位相より早めても良い。図４３は、パルス生成器３００ａ、３００ｂが生成する信号及びパルス生成器３００ａ、３００ｂが生成する信号に基づいて生成する光源出力信号の波形例を示す説明図である。
【０２０９】
このように、異なるデューティの信号を切り替えて選択して光源出力信号とすることで、例えば、遠距離の物体を測距する場合と、近距離の物体を測距する場合とで、異なる周波数で光源を発光させて、かつ、デューティを５０％より小さくして、サイクリックエラーを低減させることができる。
【０２１０】
なお、本実施形態では、光源出力信号のデューティを５０％と、５０％未満の数字との中から選択する例を示したが、本開示は係る例に限定されるものでは無い。
【０２１１】
図４４は、本開示の実施の形態に係るＴｏＦ方式の距離画像センサの駆動例を示す説明図である。図４４に示したのは、遠距離の物体の測距と、近距離の物体の測距とで、光源からの発光の周波数及びデューティを変化させている例である。
【０２１２】
図４４に示した例では、遠距離の物体の測距の際には、２０ＭＨｚの周波数で、デューティ３２％で光源から発光させ、近距離の物体の測距の際には、８０ＭＨｚの周波数で、デューティ３２％で光源から発光させている。そして図４４に示した例では、遠距離の物体の測距と、近距離の物体の測距とにおいて、それぞれ０度、９０度、１８０度、２７０度の４相での測距を行っている。
【０２１３】
本開示の実施の形態に係るＴｏＦ方式の距離画像センサは、このように光源から発光させることでサイクリックエラーを低減させることができる。
【０２１４】
図４５は、本開示の実施の形態に係るＴｏＦ方式の距離画像センサの動作例を示す流れ図である。距離画像センサは、測距対象の物体が遠距離（所定の距離以上遠距離）にあるかどうか判定する（ステップＳ１０１）。遠距離であれば、低い周波数での測距を実施し（ステップＳ１０２）、遠距離のデプスマップを生成する（ステップＳ１０３）。距離画像センサは、この測距において光源を５０％より小さいデューティで発光させる。そして距離画像センサは、遠距離のデプスマップに基づき、測距対象の物体の位置を推定（演算）する（ステップＳ１０４）。
【０２１５】
一方、距離画像センサは、測距対象の物体が近距離にあれば、高い周波数での測距を実施し（ステップＳ１０５）、近距離のデプスマップを生成する（ステップＳ１０６）。距離画像センサは、この測距において光源を５０％より小さいデューティで発光させる。そして距離画像センサは、近距離のデプスマップに基づき、測距対象の物体の位置を推定（演算）する（ステップＳ１０７）。
【０２１６】
このように、本開示の実施の形態に係るＴｏＦ方式の距離画像センサは、光源から発光させる際に、設定により異なるデューティで発光させることが出来る。この際、光源を５０％より小さいデューティで発光させることで、本開示の実施の形態に係るＴｏＦ方式の距離画像センサは、サイクリックエラーの影響を低減させて、測距の精度を高めることが可能となる。
【０２１７】
続いて、単フレーム内で変調周波数の設定を変化させて測距を行うＴｏＦ方式の距離画像センサについて説明する。
【０２１８】
インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサでは、変調周波数と測距誤差は反比例の関係にある。精度を上げて測距を行うには変調周波数を上げる必要があるが、変調周波数を上げると、測距範囲が狭くなってしまう。
【０２１９】
既存のインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサでは、２種類の変調周波数を用いて測距する場合、画素へ蓄積と蓄積されたデータの読出しのサイクルでのみ、変調周波数の設定の変更が可能であった。そのため、２種類の変調周波数を用いて測距する場合、デプス算出のために必要なフレームが増加することで、測距完了までの時間が長くなってしまう。また蓄積期間中に変調周波数の設定を変更しようとすると、設定遷移中のデッドタイムが長くなり、無効信号の割合が増加してしまう。
【０２２０】
図４６は、単フレーム内の蓄積期間中で同一の変調周波数を用いて測距を行う際の、インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサの動作例を示す説明図である。図４６の例では、変調周波数６０ＭＨｚで位相を変化させながら測距を行い、その後、変調周波数２０ＭＨｚで位相を変化させながら測距を行う例が示されている。この場合、周波数を変える場合には、ＰＬＬの設定を変える必要があるが、ＰＬＬの安定化のための期間が必要となり、即時に周波数を変更することが困難である。従って、変調周波数の切替に時間を要し、測距完了までの時間が長くなってしまう。
【０２２１】
図４７は、単フレーム内の蓄積期間中で同一の変調周波数を用いて測距を行う際の、インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサの動作例を示す説明図である。図４７の例では、変調周波数６０ＭＨｚでの測距、２０ＭＨｚでの測距をワンサイクルとして、ワンサイクル終了後に位相を変化させながら測距を行う例が示されている。この場合、変調周波数の切替に時間を要し、測距完了までの時間が長くなってしまう。また、画素からの読出し回数についても図４６に示した例と同じく、測距完了までに８回の読出しを要する。
【０２２２】
そこで本実施形態では、上述したような、プログラマブルカウンタを２つ組み合わせたパルス生成器を用いて、単フレーム内の蓄積期間中に、短時間で変調周波数の設定を変更し、その設定の変更を反映させることが可能なインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサを示す。なお、フレームとは、イメージセンサの蓄積開始から読出し完了までの間の期間を指すものとする。
【０２２３】
図４８は、本開示の実施の形態に係る、インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサの駆動例を示す説明図である。本実施形態では、単フレーム内の蓄積期間中に、変調周波数６０ＭＨｚ及び２０ＭＨｚでの駆動を実行し、それぞれの駆動の結果を画素からの１度の読出し動作で取得している。このように単フレーム内の蓄積期間中に異なる変調周波数で駆動させることで、本開示の実施の形態に係る、インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、読出し回数を削減することが出来る。また本開示の実施の形態に係る、インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、読出し時間を節約できて、フレームレートを向上させることができる。なお、変調周波数の設定を変更するタイミングでデッドタイムが生じるが、当該デッドタイムの期間は、上述したＰＬＬの安定化のための期間に比べて極めて短い。
【０２２４】
図４９は、本開示の実施の形態に係る、インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサの駆動の具体例を示す説明図である。図４９には、上述のパルス生成器３００に対する設定として、周波数設定、画素位相設定、光源位相設定に、それぞれ２種類の設定を設けている例が示されている。位相設定を２種類設けているのは、変調周波数が変わると、位相の設定も当然に変わるからである。
【０２２５】
図４９には、さらに、設定変更のトリガ信号を示している。図４９の例では、トリガ信号がローの場合では変調周波数を６０ＭＨｚとし、ハイの場合では変調周波数を４０ＭＨｚとしている。すなわち、設定変更のトリガ信号の状態によって、パルス生成器３００に対する設定が切り替わる。その際、パルス生成器３００は、設定変更のトリガ信号の状態が変化したことを検出するとカウンタの値をリセットし、変更後の設定に基づいたパルスを出力する。図４９の下段には、設定変更のトリガ信号の変化によって、画素変調信号及び光源出力信号の周波数が変化している様子が示されている。
【０２２６】
図５０は、本開示の実施の形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサで用いられる構成の例を示す説明図である。図５０には、変調周波数を設定するためのカウンタ３４０、クロックを出力するＰＬＬ３５０、カウンタ３４０の出力を同期信号として受信するタイミングコントローラ３４１、およびカウンタ３４０への設定を出力するセレクタ３４２が示されている。
【０２２７】
タイミングコントローラ３４１は、設定変更トリガ信号の状態の変化を検出する。設定変更トリガ信号の状態が変化したことを検出すると、タイミングコントローラ３４１は、分周設定を切り替えるため、スイッチ信号をセレクタ３４２に出力するとともに、カウンタ値のリセットのためのリセット信号をカウンタ３４０に出力する。セレクタ３４２は、タイミングコントローラ３４１からのスイッチ信号に基づいて、２つの分周設定の中から１つを選択してカウンタ３４０に出力する。
【０２２８】
例えば、分周設定１でカウンタ３４０が動作している際に、設定変更トリガ信号の状態が変化したことをタイミングコントローラ３４１が検出したとする。タイミングコントローラ３４１は、設定変更トリガ信号を、内部で同期信号とラッチし、変調信号がローの期間において、スイッチ信号及びリセット信号を出力する。スイッチ信号を受信したセレクタ３４２は、カウンタ３４０への出力を分周設定１から分周設定２に切り替える。そしてカウンタ３４０は、リセット信号に基づいてカウンタ値をリセットし、分周設定２でのカウントを開始することで、分周設定２に基づいて変調信号を出力する。
【０２２９】
本実施形態では、上述したようにプログラマブルカウンタを２つ組み合わせたパルス生成器を用いて、単フレーム内の蓄積期間中に、短時間で変調周波数の設定を変更し、その設定の変更を反映させることが可能なインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサを提供することができる。単フレーム内の蓄積期間中に、短時間で変調周波数の設定を変更し、その設定の変更を反映させることで、本実施形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、測距完了までの読み出し回数を削減することができ、低消費電力化を図ることができる。また本実施形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、ＰＬＬの設定を変えることで変調周波数の設定を変化させる場合に比べて短時間で測距を完了させることが可能である。ＰＬＬを複数設ければ、ＰＬＬを切り替えることで変調周波数の設定を変化させることも可能ではあるが、ＰＬＬを複数設けることで回路規模の増大に繋がる。本実施形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、回路規模を増大させることなく、変調周波数の設定を変化させることが可能となる。
【０２３０】
図５０に示したような構成を有することで、本開示の実施の形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、設定変更のトリガ信号の変化によって、画素変調信号及び光源出力信号の変調周波数を変化させることが出来る。そして本開示の実施の形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、単フレーム内の蓄積期間中に異なる変調周波数で駆動することができる。
【０２３１】
続いて、複数のカメラが同一対象を測距した際の誤測距を回避するための、インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサについて説明する。
【０２３２】
アクティブ型の測距方式では、光源から光を発射し、測距対象の物体で反射された光を検出することで測距対象に対する測距を行っている。このアクティブ型の測距方式では、複数のカメラが同一の対象を測距すると、互いの信号が混信し、誤測距を引き起こす。図５１は、複数の光源から同一の測距対象に光が放射され、あるイメージセンサがそれぞれの光を受光する様子を示す説明図である。本来、図５１に示したイメージセンサは、光源Ａからの光を受光するよう動作することが望ましいが、別の光源Ｂからの光を受光する場合も考えられる。図５２は、光源Ａと光源Ｂとで、発光時間（変調時間）がバッティングする様子を示す説明図である。このように、光源Ａと光源Ｂとで、発光時間（変調時間）がバッティングすると、イメージセンサは異なる光源からの光を同時に受光することになり、コンタミネーションが発生する。
【０２３３】
アクティブ型の測距方式で、複数のカメラで同一の対象を測距する場合には、発光タイミングを時間方向に乱数化することで、このバッティングの確率を下げる手法が考えられている。図５３は、光源Ａと光源Ｂとで、発光タイミングをランダムにずらしている様子を示す説明図である。しかし、発光タイミングをランダムにずらしても、バッティングを完全に防ぐことは困難である。
【０２３４】
そこで本実施形態では、擬似ランダム生成されたトグル信号をトリガに位相を１８０度反転させて、混信防止のために変調を暗号化する。本実施形態に係るＴｏＦ方式の距離画像センサは、イメージセンサで受光すべき光の変調パターンは予め分かるので、そのパターンとは異なるパターンで変調された光は測距に寄与しない無効信号として扱うことができる。
【０２３５】
図５４は、本実施形態に係るＴｏＦ方式の距離画像センサで用いられうる画素変調信号の例を示す説明図であり、擬似ランダム生成されたビットに基づいたパルス（擬似ランダムパルス）の状態の遷移のタイミングで画素変調信号の位相を１８０度反転させた例を示す説明図である。擬似ランダムパルスは、擬似ランダム生成されたビットが０の時をローとし、１の時とハイとする。図５４には、擬似ランダムパルスがローからハイ、またはハイからローに遷移したタイミングで画素変調信号の位相が１８０度遷移している。本実施形態に係るＴｏＦ方式の距離画像センサは、この擬似ランダムパルスを変調信号の生成に用いることで、異なるパターンで状態が変化するパルスに基づいた光は、測距には用いないようにすることができる。
【０２３６】
図５５は、本実施形態で用いる擬似ランダムパルスの生成について説明する説明図である。図５５では、１フレーム中に４回の受光及び読み出しを行う場合を示している。図５５に示した変数は、Ｎが擬似ランダムのパターン長を示し、Ｌが変調信号のコード化サイクル長を示し、Ｍが擬似ランダムパルスをロジック周波数で規格化したサイクルを示す。変数Ｎは１５ビットのビット長を有し、Ｌは４、８、１６、３２の値のいずれかを取りうる。そして変数Ｍは９ビットのビット長を有する。例えば、変調周波数が６０ＭＨｚであるとすると、Ｎ＝３、Ｌ＝８、Ｌ＝１６である。
【０２３７】
擬似ランダムパルスは、例えば、上述のセンサチップ１１の内部において生成される。例えば、擬似ランダムパルスは、ロジック回路１７において生成されうる。
【０２３８】
図５６は、擬似ランダム生成されたビットに基づいて生成された擬似ランダムパルス（ＰＳＫＴＲＩＧ）及び、その擬似ランダムパルスの状態遷移により位相が１８０度反転した信号（ＭＩＸ  ｓｉｇｎａｌ）の例を示す説明図である。図５６の例では、一度の読み出しの間に、１１ビットの擬似ランダム生成されたビットに基づく擬似ランダムパルスの状態遷移によって、変調信号の位相を変化させている。
【０２３９】
続いて、擬似ランダムパルスの状態遷移により変調信号の位相を反転させる構成を説明する。図５７は、本開示の実施の形態に係る、インダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサで用いられる構成例を示す説明図である。図５７には、パルス生成器３００ａ、３００ｂ、３００ｄと、ＰＬＬ３５０と、パルスエッジ検出回路３６０と、が示されている。パルス生成器３００ａは光源変調信号を出力するパルス生成器である。パルス生成器３００ｂは画素変調信号を出力するパルス生成器である。パルス生成器３００ｄは基準パルスを出力するパルス生成器である。
【０２４０】
パルス生成器３００ｄは出力する基準パルスはパルスエッジ検出回路３６０に送られる。またパルスエッジ検出回路３６０には擬似ランダムパルスも送られる。パルスエッジ検出回路３６０は、パルスのエッジを検出することで擬似ランダムパルスの状態遷移が生じたことを検出する。そしてパルスエッジ検出回路３６０は、擬似ランダムパルスの状態遷移が生じたことを検出すると、パルス生成器３００ａ、３００ｂが出力する信号の位相を反転させるための位相反転信号をセレクタ３７０ａ、３７０ｂに出力する。
【０２４１】
セレクタ３７０ａ、３７０ｂは、パルスエッジ検出回路３６０から位相反転信号が送られていなければパルス生成器３００ａ、３００ｂが出力する信号をそのまま出力する。セレクタ３７０ａ、３７０ｂは、パルスエッジ検出回路３６０から位相反転信号が送られてくれば、パルス生成器３００ａ、３００ｂが出力する信号の位相を、インバータ３７１ａ、３７１ｂで反転させた信号を出力する。
【０２４２】
図５８は、擬似ランダムパルスの状態遷移に基づいて変調信号の位相が変化する例を示す説明図である。擬似ランダムパルスの状態がローの場合では、変調信号は、基準パルスと同位相の信号（０ｄｅｇ信号）である。擬似ランダムパルスの状態がハイに変わると、直後の基準パルスの状態が遷移したタイミングで変調信号の位相が反転する。その後、擬似ランダムパルスの状態がローに変わると、直後の基準パルスの状態が遷移したタイミングで変調信号の位相が反転する。
【０２４３】
図５９は、擬似ランダムパルスの状態遷移に基づいて変調信号の位相が変化する例を示す説明図である。図５９に示した信号は、上から順に、擬似ランダムパルス、暗号化していないデューティ５０％の０度の信号、暗号化したデューティ５０％の０度の信号、暗号化していないデューティ２５％の０度の信号、暗号化したデューティ２５％の０度の信号、暗号化していないデューティ５０％の９０度の信号、暗号化したデューティ５０％の９０度の信号、暗号化していないデューティ２５％の９０度の信号、暗号化したデューティ２５％の９０度の信号、である。
【０２４４】
上述したように、本開示の実施の形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、パルス生成器３００が生成するパルスのデューティを変化させることができる。特に、上述したように、光源出力信号のデューティを５０％より小さくすることで、サイクリックエラーを低減させることができる。従って、図５９における、デューティ５０％の信号を画素変調信号とし、デューティ２５％の信号を光源出力信号とすることで、本開示の実施の形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、サイクリックエラーを低減させつつ、イメージセンサが複数の光源からの光を受光した場合にも、測距に用いるべき光を判別することが可能となる。
【０２４５】
本実施形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、図５９に示したように、画素変調信号及び光源出力信号の位相をシフトさせるタイミングを同期させる。画素変調信号及び光源出力信号の位相をシフトさせるタイミングを同期させることで、イメージセンサが複数の光源からの光を受光した場合にも、測距に用いるべき光を判別することが可能となる。
【０２４６】
図６０は、擬似ランダムパルスの状態遷移に基づいて変調信号の位相が変化する例を示す説明図である。図６０に示した信号は、上から順に、暗号化されてない変調信号、擬似ランダムパルス、画素変調信号Ａ、画素変調信号Ｂ、暗号化されてない変調信号と同位相の光源出力信号、暗号化されてない変調信号、擬似ランダムパルス、画素変調信号Ａ、画素変調信号Ｂ、暗号化されてない変調信号と９０度位相がずれている光源出力信号、である。図６０に示した光源出力信号のデューティは５０％である。
【０２４７】
図６１は、擬似ランダムパルスの状態遷移に基づいて変調信号の位相が変化する例を示す説明図である。図６１に示した信号は、上から順に、暗号化されてない変調信号、擬似ランダムパルス、画素変調信号Ａ、画素変調信号Ｂ、暗号化されてない変調信号と同位相の光源出力信号、暗号化されてない変調信号、擬似ランダムパルス、画素変調信号Ａ、画素変調信号Ｂ、暗号化されてない変調信号と９０度位相がずれている光源出力信号、である。図６１に示した光源出力信号のデューティは５０％である。
【０２４８】
図６２は、２つのパルス生成器３００ａ、３００ｂから、デューティ比が異なる２種類の信号を選択して出力する構成の例を示す説明図である。上述したように、２つのパルス生成器３００ａ、３００ｂの信号の位相を異ならせることで、デューティが５０％より小さい信号を生成することが出来る。その際、信号ＤＵＴＹＯＮの状態によって、デューティが５０％の信号と、デューティが５０％より小さい信号とのいずれかが光源変調信号として出力される。
【０２４９】
図６３は、パルス生成器３００ａ、３００ｂから生成される、デューティが５０％より小さい信号ＬＳＲと、擬似ランダムパルスに基づいて信号ＬＳＲの位相が反転している信号ＬＳＲ＿ＰＳＫの波形の例が示されている。本実施形態では、擬似ランダムパルスに基づくトリガ信号ＰＳＫＴＲＩＧに基づいて、デューティが５０％より小さい信号として、信号ＬＳＲと、信号ＬＳＲ＿ＰＳＫのいずれか一方が選択される。
【０２５０】
本開示の実施の形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、このように擬似ランダムパルスを生成し、その擬似ランダムパルスに基づいて光源出力信号及び画素変調信号の位相を変化させる、言い換えれば位相を反転させることができる。擬似ランダムパルスに基づいて光源出力信号及び画素変調信号の位相を変化させることで、本開示の実施の形態に係るインダイレクトＴｏＦ方式の距離画像センサは、同時に同一の対象を測距する他の距離画像センサが存在する場合であっても、イメージセンサで受光した光が、自らの光源が発した光を受光したものか否かを判別することが可能となる。
【０２５１】
＜内視鏡手術システムへの応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
【０２５２】
図６４は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
【０２５３】
図６４では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
【０２５４】
内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
【０２５５】
鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
【０２５６】
カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：  Ｃａｍｅｒａ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
【０２５７】
ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
【０２５８】
表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
【０２５９】
光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
【０２６０】
入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
【０２６１】
処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
【０２６２】
なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
【０２６３】
また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
【０２６４】
また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ  Ｂａｎｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
【０２６５】
図６５は、図６４に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
【０２６６】
カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
【０２６７】
レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
【０２６８】
撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
【０２６９】
また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
【０２７０】
駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
【０２７１】
通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
【０２７２】
また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
【０２７３】
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ  Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ  Ｗｈｉｔｅ  Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
【０２７４】
カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
【０２７５】
通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
【０２７６】
また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
【０２７７】
画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
【０２７８】
制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
【０２７９】
また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
【０２８０】
カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
【０２８１】
ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
【０２８２】
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、内視鏡１１１００や、カメラヘッド１１１０２（の撮像部１１４０２）、ＣＣＵ１１２０１（の画像処理部１１４１２）等に適用され得る。
【０２８３】
なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
【０２８４】
＜移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【０２８５】
図６６は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【０２８６】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図６６に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
【０２８７】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【０２８８】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【０２８９】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【０２９０】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【０２９１】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【０２９２】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｉｖｅｒ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【０２９３】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０２９４】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【０２９５】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図６６の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【０２９６】
図６７は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【０２９７】
図６７では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【０２９８】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【０２９９】
なお、図６７には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【０３００】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【０３０１】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【０３０２】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【０３０３】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【０３０４】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１等に適用され得る。
【０３０５】
＜２．まとめ＞
以上説明したように本開示の実施の形態によれば、インダイレクト方式を採用したＴｏＦカメラシステムに用いられるパルス生成器であって、簡易な構成でありながら、様々な周波数や位相の設定に対応することが可能なパルス生成器が提供される。
【０３０６】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０３０７】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０３０８】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
入力した信号を用いて、測距対象の測距に用いる出力するパルスの位相を決定する第１のカウンタと、
入力した信号を用いて、前記パルスの周波数を決定する第２のカウンタと、
を備える、パルス生成器。
（２）
前記パルスは、光源に供給される、前記（１）に記載のパルス生成器。
（３）
前記パルスは、画素に供給される、前記（１）または（２）に記載のパルス生成器。
（４）
前記第１のカウンタの後段に前記第２のカウンタを設ける、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のパルス生成器。
（５）
前記第２のカウンタの後段に前記第１のカウンタを設ける、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のパルス生成器。
（６）
間接方式の測距センサに用いる、前記（１）〜（５）のいずれかに記載のパルス生成器。
（７）
測距対象に光を照射する光源に供給するパルスを生成する第１のパルス生成器と、
前記測距対象で反射された光を受光する画素に供給するパルスを生成する第２のパルス生成器と、
を備え、各前記パルス生成器は、
入力した信号を用いて、前記測距対象の測距に用いる出力するパルスの位相を決定する第１のカウンタと、
入力した信号を用いて、前記パルスの周波数を決定する第２のカウンタと、
を備える、信号生成装置。
（８）
前記第１のパルス生成器に対する位相の設定と、前記第２のパルス生成器に対する位相の設定とは、それぞれ異なる設定である、前記（７）に記載の信号生成装置。
【符号の説明】
【０３０９】
２０１          ：距離画像センサ
２０２          ：光学系
２０３          ：センサチップ
２０４          ：画像処理回路
２０５          ：モニタ
２０６          ：メモリ
２１１          ：光源装置
３００          ：パルス生成器
３１０          ：カウンタ
３２０          ：フリップフロップ
３３０          ：ＡＮＤゲート
３４０          ：カウンタ
３５０          ：ＰＬＬ
３５２          ：光源ドライバ
３５４          ：光源
３５５          ：インバータ
３５６          ：画素変調ドライバ
３５８          ：画素
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【国際調査報告】
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