(57)【要約】【課題】簡単な構造ながらも環境光の影響を軽減して対象物からの反射光を取り出すことができ、かつ受光部位の開口率が比較的大きい空間情報の検出装置を提供する。【解決手段】点灯と消灯とを交互に繰り返す発光源２から対象空間に光を照射する。感光部１ａは対象空間から光を受光するとともに受光光量に対応する量の電荷を生成する。感光部１ａには制御電極１３が隣接して設けられ、制御電極１３への制御電圧の印加により感光部１ａに形成される電荷集積部１ｂに感光部１ａの電荷が集積される。また、制御電極１３に印加する制御電圧を変化させると、感光部１ａの受光面に沿った面内での電荷集積部１ｂの面積が変化する。発光源２の点灯と消灯との各期間にそれぞれ電荷集積部１ｂに集積された電荷を電荷取出部１ｃにより受光出力として取り出し、評価部３において発光源２の点灯と消灯との各期間の受光出力の差分を求めて対象空間を評価する。【選択図】        図１
2006121617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点灯と消灯とを交互に繰り返す発光源からの光が照射される対象空間から光を受光し受光光量に対応する量の電荷を生成する固体からなる感光部と、感光部に隣接して設けた制御電極への制御電圧の印加により感光部に形成され感光部で生成された電荷の少なくとも一部を集積する電荷集積部と、電荷集積部に電荷を集積する集積期間とは異なる取出期間において電荷集積部の電荷を受光出力として取り出す電荷取出部と、感光部の受光面に沿った面内での電荷集積部の面積が時間経過に伴って変化するように時間経過に伴って変化する制御電圧を制御電極に印加する制御回路部と、電荷取出部により取り出した電荷を用いて対象空間に関する情報を評価する評価部とを備え、制御回路部は発光源の点灯と消灯との各期間においてそれぞれ電荷集積部の面積を変化させるように制御電圧を変化させ、電荷取出部は発光源の点灯と消灯との各期間においてそれぞれ電荷集積部に集積された電荷を取り出し、評価部は発光源の点灯と消灯との各期間の受光出力の差分を対象空間の評価に用いることを特徴とする空間情報の検出装置。
【請求項２】
前記感光部は前記制御電極を複数個備え、前記制御回路部は、感光部において制御電圧を印加する制御電極の個数を２段階に切り換えることにより前記電荷集積部の面積を変化させることを特徴とする請求項１記載の空間情報の検出装置。
【請求項３】
前記感光部は複数個設けられ、前記評価部は、各感光部ごとに前記差分を求めるとともに求めた差分を各感光部の位置にそれぞれ対応付けた画像である振幅画像を生成する振幅画像生成部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の空間情報の検出装置。
【請求項４】
前記評価部は、前記発光源の点灯と消灯との各期間のうちの一方における受光出力と両方における受光出力の平均値とのいずれかを各感光部ごとに求め、求めた値を各感光部の位置にそれぞれ対応付けた画像である濃淡画像を生成する濃淡画像生成部を備えることを特徴とする請求項３記載の空間情報の検出装置。
【請求項５】
前記感光部は２個を対とし、前記制御回路部は、対になる２個の感光部にそれぞれ形成した電荷集積部の面積の大小関係が前記発光源の点灯と消灯との各期間に同期して交互に入れ代わるように各感光部にそれぞれ設けた制御電極に制御電圧を印加し、前記電荷取出部は、対になる２個の感光部から得られた発光源の点灯と消灯との各期間に対応する２種類の受光出力を１回の取出期間で取り出すことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の空間情報の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点灯と消灯とを交互に繰り返す発光源からの光が照射されている対象空間から光を受光し、発光源の点灯および消灯のタイミングと受光した光量との関係を用いて対象空間に関する各種情報を検出する空間情報の検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、感光部としての受光素子と発光源とを用い、発光源を間欠的に発光させるとともに、発光源の点灯と消灯との各期間において受光素子で受光した光量を用いて発光源と受光素子との間の空間に関する各種情報を検出する空間情報の検出装置が提供されている。この種の空間情報の検出装置としては、たとえば、光学式の煙感知器や埃センサのように空間に存在する微粒子の存在を検出するものや、フォトインタラプタや侵入センサのように発光源と受光素子との間の光路内における対象物の通過の有無を検出するものや、アクティブ型のカメラのように光源から対象物に光を照射し反射光を撮像するものなど種々の用途が知られている。要するに、対象空間に関する情報とは、受光素子で受光する光量に基づいて検出される対象空間における対象物の存在や対象物の性質を意味する。受光素子には、ＣＣＤリニアセンサやＣＣＤイメージセンサのような固体撮像素子を用いることがある。
【０００３】
ところで、この種の固体撮像素子はダイナミックレンジが比較的狭いから、固体撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラのような撮像装置では、固体撮像素子に入射する光量を制御するために、レンズシャッタのような機械シャッタあるいは液晶シャッタのような電子シャッタを固体撮像素子の前方に設け、シャッタが開放された期間だけ固体撮像素子に光を入射させる構成が採用されている。また、シャッタだけではなく絞りを併用することにより固体撮像素子に入射する光量を調節している。
【０００４】
すなわち、固体撮像素子に入射する光には、太陽光のような自然光と蛍光灯や白熱電球からの照明光とがあり、しかも光源から固体撮像素子に直接入射する直接光と光源から出射し対象物で反射された後に固体撮像素子に入射する反射光とがあるから、光量の変化範囲は非常に広くなる。固体撮像素子のダイナミックレンジでは、このような広範囲の光量変化に対応することができず、入射する光量が過大になると出力が飽和して画像にいわゆる「とび」やスミアが生じ、入射する光量が過小であると画像にいわゆる「つぶれ」が生じる。したがって、シャッタや絞りを用いて固体撮像素子の全体に入射する光量を調節したとしても、対象物の背景からの光量と対象物からの光量との差が大きいときには、対象物と背景とをともに適正露出で撮像することは困難である。たとえば、背景の光による飽和を防止するようにシャッタや絞りを調節すると、対象物に対する光量が過小になって対象物を判別できなくなる。逆に、対象物が適正な光量になるようにシャッタや絞りを調節すると、背景に対する光量が過大になって飽和し、背景が判別できなくなるだけでなく、場合によってはスミアが生じて対象物も正常に撮像できなくなる。
【０００５】
ところで、監視カメラやドアホンに付設されるカメラのように背景の画像が不要である場合には、対象物が適正な光量（適正露出）になり、かつ背景に対する光量が過大になって飽和することを防止すればよい。そこで、背景を含めた環境光による妨害を除去または低減する技術として、受光素子と発光源とを組み合わせたアクティブ型のカメラの技術を採用し、１個の受光素子（たとえば、ホトダイオードからなる光電変換素子）に対し２個の蓄積手段（たとえば、ＣＣＤ）を設けた固体撮像素子を用い、発光源の点灯と消灯との各一方の期間において受光素子で得られた電荷を各蓄積手段にそれぞれ蓄積した後、両蓄積手段の電荷の差分を固体撮像素子から出力する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
この技術を採用すると、発光源の点灯と消灯との各期間において受光素子に対して同程度の強度で入射する環境光は差分により相殺されるから環境光の影響は低減され、発光源からの光が照射され反射光が受光素子に入射する対象物については、発光源の点灯と消灯との各期間において受光素子に入射する光量が変化するから、対象物に対応する画像のみを取り出すことが可能になる。ここに環境光とは、対象物の背後から受光素子に入射する光と、対象物により反射され受光素子に入射する光との両方を含む。
【特許文献１】特開２００１−１４８８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載された技術では、１個の受光素子に対して２個の蓄積手段を別に設ける必要があり、蓄積手段をＣＣＤにより構成して電荷の移送に兼用しているものの、１個の受光素子に対して２個のＣＣＤを必要とするから構造の複雑化につながる上に、１個の受光素子に対して１個のＣＣＤを設けている一般的な固体撮像素子に比較すると、固体撮像素子において受光素子の占める面積の割合が小さくなり、感度を確保すると単位面積当たりの画素数が少なくなる。また、固体撮像素子においてＣＣＤを構成する領域は遮光する必要があるから、受光素子を構成する領域の開口率が小さくなり、単位面積当たりの画素数を確保すると感度が低下するという問題が生じる。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、比較的簡単な構造を採用しながらも環境光の影響を軽減して対象物からの反射光を取り出すことができ、しかも受光部位の開口率が比較的大きい空間情報の検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、点灯と消灯とを交互に繰り返す発光源からの光が照射される対象空間から光を受光し受光光量に対応する量の電荷を生成する固体からなる感光部と、感光部に隣接して設けた制御電極への制御電圧の印加により感光部に形成され感光部で生成された電荷の少なくとも一部を集積する電荷集積部と、電荷集積部に電荷を集積する集積期間とは異なる取出期間において電荷集積部の電荷を受光出力として取り出す電荷取出部と、感光部の受光面に沿った面内での電荷集積部の面積が時間経過に伴って変化するように時間経過に伴って変化する制御電圧を制御電極に印加する制御回路部と、電荷取出部により取り出した電荷を用いて対象空間に関する情報を評価する評価部とを備え、制御回路部は発光源の点灯と消灯との各期間においてそれぞれ電荷集積部の面積を変化させるように制御電圧を変化させ、電荷取出部は発光源の点灯と消灯との各期間においてそれぞれ電荷集積部に集積された電荷を取り出し、評価部は発光源の点灯と消灯との各期間の受光出力の差分を対象空間の評価に用いることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、感光部に設けた制御電極への制御電圧の印加により電荷集積部を形成しており、しかも感光部の受光面に沿った面内での電荷集積部の面積を制御電圧により変化させるから、入射した光量に対して電荷集積部に集積する電荷の割合を制御電圧で調節することにより感光部の感度を調節することになり、感光部にシャッタないし絞りに類似した機能を付設したことになる。また、感光部に電荷集積部を形成し、電荷集積部の面積を感光部に隣接して設けた制御電極への制御電圧に応じて変化させるから、感光部の面内で感度の制御および電荷の集積が可能であって、感光部とは別の場所に集積手段を設けるとともに１個の感光部に２個の集積手段を設ける必要がある従来構成に比較すると構造が簡単になる。さらに、感度を制御する機能と電荷を集積する機能とについては原則として遮光することなく実現することが可能であるから、感光部の面積を比較的大きくして従来構成よりも開口率を大きくすることができ、結果的にショットノイズの影響を軽減し高Ｓ／Ｎの出力を得ることが可能になる。
【００１１】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記感光部は前記制御電極を複数個備え、前記制御回路部は、感光部において制御電圧を印加する制御電極の個数を２段階に切り換えることにより前記電荷集積部の面積を変化させることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、複数の制御電極のうちのどれに制御電圧を印加するかに応じて電荷集積部の面積を変化させるから、電荷集積部の面積を簡単な制御で変化させることができる。
【００１３】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記感光部は複数個設けられ、前記評価部は、各感光部ごとに前記差分を求めるとともに求めた差分を各感光部の位置にそれぞれ対応付けた画像である振幅画像を生成する振幅画像生成部を備えることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、発光源の点灯と消灯との各期間において受光した光量の差分に相当する電荷を用いて振幅画像を生成するから、環境光の影響が少ない上に対象物を背景に対して強調した画像が得られ、対象物についての形状や寸法の認識に利用する上で利便性が高くなる。
【００１５】
請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記評価部は、前記発光源の点灯と消灯との各期間のうちの一方における受光出力と両方における受光出力の平均値とのいずれかを各感光部ごとに求め、求めた値を各感光部の位置にそれぞれ対応付けた画像である濃淡画像を生成する濃淡画像生成部を備えることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、振幅画像に加えて対象空間からの光量を反映した濃淡画像を得ることができ、しかも振幅画像と濃淡画像との各画素値は対象空間の同じ位置に対応付けられるから、振幅画像によって背景を除去した画像が得られるとともに、同じ対象空間について背景を含む濃淡画像も得ることができるから、対象物だけでなく背景が要求されるときには背景の情報を容易に得ることができる。しかも、濃淡画像と振幅画像とでは対象物の位置が一致しているから、対象物の領域を除いた背景のみの画像を生成することも比較的容易である。さらに、振幅画像を得るために電荷取出部から取り出した受光出力を用いて濃淡画像を生成することができるから、評価部の処理を変更するだけでよく、振幅画像に加えて濃淡画像を用いる場合でも、設計をほとんど変更する必要がなく簡単に実現することができる。
【００１７】
請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４の発明において、前記感光部は２個を対とし、前記制御回路部は、対になる２個の感光部にそれぞれ形成した電荷集積部の面積の大小関係が前記発光源の点灯と消灯との各期間に同期して交互に入れ代わるように各感光部にそれぞれ設けた制御電極に制御電圧を印加し、前記電荷取出部は、対になる２個の感光部から得られた発光源の点灯と消灯との各期間に対応する２種類の受光出力を１回の取出期間で取り出すことを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、２個の感光部を対にし発光源の点灯と消灯との各期間に同期させて対になる２個の感光部の各一方に設けた電荷集積部にそれぞれ発光源の点灯と消灯との各期間の電荷を集積するから、発光源の点灯と消灯との各期間の電荷の生成に１個の感光部を共用する場合のように発光源の点灯と消灯との各期間ごとに受光出力を評価部に与える場合に比較すると、発光源の点灯と消灯との各期間の受光出力を１回の取出期間で一括して取り出すことにより、電荷集積部から電荷取出部に電荷を取り出す頻度を低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構成によれば、感光部に設けた制御電極への制御電圧の印加により電荷集積部を形成しており、しかも感光部の受光面に沿った面内での電荷集積部の面積を制御電圧により変化させるから、入射した光量に対して電荷集積部に集積する電荷の割合を制御電圧で調節することにより感光部の感度を調節することになり、感光部にシャッタないし絞りに類似した機能を付設したことになる。つまり、感光部に入射する光量の調節にシャッタや絞りを設ける必要がないから、シャッタや絞りを必要とする場合に比較すると簡単な構成になるという利点がある。また、感光部に電荷集積部を形成し、電荷集積部の面積を感光部に隣接して設けた制御電極への制御電圧に応じて変化させるから、感光部の面内で感度の制御および電荷の集積が可能であって、感光部とは別の場所に集積手段を設けるとともに１個の感光部に２個の集積手段を設ける必要がある従来構成に比較すると構造が簡単になるという利点がある。さらに、感度を制御する機能と電荷を集積する機能とについては原則として遮光することなく実現することが可能であるから、感光部の面積を比較的大きくして従来構成よりも開口率を大きくすることができ、結果的にショットノイズの影響を軽減し高Ｓ／Ｎの出力を得ることが可能になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施形態１）
本実施形態では、図２に示す構成の受光素子１を用いる。図２は１個の感光部１ａと１個の電荷集積部１ｂ（図１参照）とを形成する単位構成の受光素子１を示している。受光素子１は、不純物を添加したシリコンなどの固体からなる半導体層１１を備えるとともに、半導体層１１の主表面の全面に亘って酸化膜からなる絶縁膜１２を有し、半導体層１１に絶縁膜１２を介して制御電極１３を設けた構成を有する。受光素子１はＭＩＳ素子として知られた構造であるが、１個の受光素子１として機能する領域に複数個（図示例では５個）の制御電極１３を備える点が通常のＭＩＳ素子とは異なる。絶縁膜１２および制御電極１３は光が透過するように材料が選択され、絶縁膜１２を通して半導体層１１に光が入射すると、半導体層１１の内部に電荷が生成される。つまり、受光素子１の受光面は図２における半導体層１１の主表面（上面）になる。図示例の半導体層１１の導電形はｎ形であり、光の照射により生成される電荷としては電子ｅを利用する。
【００２１】
この構造の受光素子１では、制御電極１３に正の制御電圧＋Ｖを印加すると、半導体層１１には制御電極１３に対応する部位に電子ｅを集積するポテンシャル井戸（空乏層）１４が形成される。つまり、半導体層１１にポテンシャル井戸１４を形成するように制御電極１３に制御電圧を印加した状態で光が半導体層１１に照射されると、ポテンシャル井戸１４の近傍で生成された電子ｅの一部はポテンシャル井戸１４に捕獲されてポテンシャル井戸１４に集積され、残りの電子ｅは半導体層１１の深部での再結合により消滅する。また、ポテンシャル井戸１４から離れた場所で生成された電子ｅも半導体層１１の深部での再結合により消滅する。つまり、光が照射されると半導体層１１が電荷を生成する感光部１ａとして機能し、ポテンシャル井戸１４は電荷を集積して保持する電荷集積部１ｂとして機能する。
【００２２】
上述のように、ポテンシャル井戸１４は制御電圧を印加した制御電極１３に対応する部位に形成されるから、制御電圧を印加する制御電極１３の個数を変化させることにより半導体層１１の主表面に沿ったポテンシャル井戸１４の面積を変化させることができる。半導体層１１で生成された電荷のうちポテンシャル井戸１４に集積される電荷の割合は、ポテンシャル井戸１４の面積が大きいほど多くなり、後述するようにポテンシャル井戸に集積した電荷を利用するから、ポテンシャル井戸１４の面積を大きくするほど感度を高めたことになる。言い換えると、感光部１ａの感度をポテンシャル井戸１４の面積により制御したことになる。また、ポテンシャル井戸１４は電荷集積部１ｂとして機能するから、制御電極１３に印加する制御電圧を変化させることにより、受光面に占める電荷集積部１ｂの面積を変化させ、電荷集積部１ｂの面積を変化させることにより感光部１ａの感度を調節すると言える。
【００２３】
たとえば、図１（ａ）のように内側の３個の制御電極１３に制御電圧＋Ｖを印加し外側の２個の制御電極１３には電圧を印加しない（０Ｖ）場合と、図１（ｂ）のように中央の１個の制御電極１３に制御電圧＋Ｖを印加し残りの４個の制御電極１３には電圧を印加しない（０Ｖ）場合とでは、図１（ａ）の場合のほうが電荷集積部１ｂであるポテンシャル井戸１４が受光面に占める面積が大きくなる。したがって、図１（ａ）の状態のほうが図１（ｂ）の状態に比較して同光量に対してポテンシャル井戸１４に集積される電荷の割合が多くなり、実質的に感光部１ａの感度を高めたことになる。
【００２４】
受光素子１は１個だけを単独で用いることが可能であるが、本実施形態では、複数個の受光素子１を１枚の半導体基板に配列したイメージセンサ１０（図１参照）を想定している。したがって、上述した受光素子１において電荷集積部１ｂであるポテンシャル井戸１４から電荷を取り出すには、ＣＣＤと同様の技術を採用する。つまり、ポテンシャル井戸１４に電荷が集積された後に、制御電極１３に印加する制御電圧の印加パターンを制御することによってポテンシャル井戸１４に集積された電荷を転送し、半導体層１１に設けた図示しない電極から電荷を取り出す。電荷を転送するための構成としては、フレーム転送型のＣＣＤと同様の構成あるいはインターライン型のＣＣＤと同様の構成を採用することができる。フレーム転送型のＣＣＤと同様の構成を採用する場合には図２の右方向または左方向に電荷を転送するようにポテンシャル井戸１４の形状を変化させればよく、インターライン型のＣＣＤと同様の構成を採用する場合には図２の左右方向に沿ったＣＣＤを設け、ポテンシャル井戸１４からＣＣＤに電荷を引き渡した後にＣＣＤにより図２の左右方向に電荷を転送すればよい。
【００２５】
上述したように、受光素子１において、半導体層１１は、光の入射により電荷を生成する感光部１ａ（図１参照）として機能するとともに、制御電極１３に制御電圧を印加しポテンシャル井戸１４を形成することにより感光部１ａで生成された電荷を集積する電荷集積部１ｂ（図１参照）として機能する。また、半導体層１１に光が入射している間に制御電極１３に印加する制御電圧の印加パターンを変化させることによって感光部１ａの感度を制御することができる。
【００２６】
電荷集積部１ｂに集積した電荷を取り出すために、フレーム転送型のＣＣＤと同様の構成を採用する場合には、制御電極１３に印加する制御電圧の印加パターンを制御することによって電荷を転送することになるから、電荷集積部１ｂに電荷を集積する集積期間とは異なる取出期間において電荷集積部１ｂの電荷を取り出すことができるように制御電極１３に印加する制御電圧を制御すればよく、半導体層１１は制御電極１３とともに電荷取出部１ｃ（図１参照）としても機能する。
【００２７】
次に、上述した単位構成の受光素子１を半導体基板上に複数個配列したイメージセンサ１０を用い、対象空間の空間情報を検出する装置を構成した例を図１に示す。イメージセンサ１０は、たとえば、１枚の半導体基板上に設定した二次元正方格子の格子点上にそれぞれ上述した構成の受光素子１を配置して構成され、たとえば１００個×１００個の受光素子１をマトリクス状に配列した構成を有している。また、マトリクス状に配列した受光素子１のうち垂直方向の各列では一体に連続する半導体層１１を共用するとともに、制御電極１３を垂直方向に並設することにより、半導体層１１を垂直方向への電荷の転送経路として用いることができる。イメージセンサ１０を構成するには、半導体基板に、垂直方向の各列の半導体層１１の一端から電荷を受け取って水平方向に電荷を転送するＣＣＤからなる水平転送部を設ける。なお、図１では制御電極１３を各感光部１ａに１個ずつ対応付けた形で示しているが、実際には図２のように複数個（たとえば５個）の制御電極１３を設ける。また、本実施形態では制御電極１３を電荷取出部１ｃにおける電荷の転送に兼用している。
【００２８】
図１に示す構成は空間情報として背景に対して対象物５を強調した画像を生成するとともに、対象物５とともに背景を含む濃淡画像を生成するものである。これらの画像は、対象物５の形状や寸法の判断に用いることができる。あるいはまた、対象物５の反射率を求めるために利用することも可能である。ただし、これらの画像を用いて対象空間のどのような空間情報を検出するかは、イメージセンサ１０の出力（以下、受光出力という）から空間情報を評価する評価部３の構成による。
【００２９】
図示する空間情報の検出装置は、対象空間に光を照射する発光源２を備える。発光源２は、たとえば多数個の発光ダイオードを一平面上に配列したものや半導体レーザと発散レンズとを組み合わせたものを用いる。発光源２から放射する光は、赤外線と可視光とのどちらでも用いることができる。赤外線を用いれば夜間でも発光源２の点灯に気付かれることがないから監視カメラなどの目的に適した構成になり、可視光を用いれば人が目で見るときの状態に近い画像を得ることができる。発光源２は、制御回路部４から出力される所定の変調周波数の変調信号により駆動される。変調信号には方形波を用い、変調周波数は１０〜１００ｋＨｚから選択し、デューティは５０％としてある。したがって、発光源２は１０〜１００μｓの周期で点灯と消灯とを同じ時間ずつ交互に繰り返すことになる。発光源２が点灯と消灯とを繰り返す周期は人の目では認識できない程度の短い周期にする。つまり、発光源２は実際には点灯と消灯とを繰り返しているが、人の目には連続して点灯しているように見えることになる。ただし、これらの数値は一例であり、発光源２や評価する内容に応じて変調周波数は適宜に設定可能であり、デューティは５０％以外とすることが可能である。
【００３０】
一方、イメージセンサ１０には受光光学系６を通して光が入射する。受光光学系６はイメージセンサ１０の各受光素子１に対象空間を投影するために設けられている。すなわち、受光光学系６は、イメージセンサ１０において受光素子１を配列した２次元平面に対象空間である３次元空間をマッピングする。したがって、イメージセンサ１０から受光光学系６を通して見る視野内に存在する対象物５は受光素子１に対応付けられる。
【００３１】
ところで、図１ではイメージセンサ１０の機能の理解を容易にするために、受光素子１の機能を上述したように感光部１ａと電荷集積部１ｂと電荷取出部１ｃとに分けて記載している。ただし、図１における電荷取出部１ｃは、半導体層１１だけではなく上述した水平転送部も含んでいる。また、感光部１ａと電荷集積部１ｂと電荷取出部１ｃとは、上述のように制御電極１３を共用しており、制御回路部４で生成され制御電極１３に印加される制御電圧の印加パターンを制御することによって、感光部１ａへの光の照射により生成される電荷のうち電荷集積部１ｂに集積する電荷の割合を決める感度の調節と、電荷集積部１ｂを形成するタイミングの調節と、電荷取出部１ｃにより電荷集積部１ｂから電荷を取り出すタイミングの調節とがなされる。つまり、制御電圧の印加パターンと印加パターンを変化させるタイミングとを制御することにより、電荷集積部１ｂに電荷を集積する集積期間と、集積期間とは異なる期間であって電荷取出部１ｃにより電荷集積部１ｂから電荷を取り出して評価部３に受光出力を与える取出期間とを制御することができる。
【００３２】
以下に具体的な動作を説明する。発光源２は図３（ａ）に示すように点灯と消灯とを交互に繰り返すように制御回路部４からの変調信号により駆動される。点灯と消灯との各期間（以下、それぞれ点灯期間Ｔａ、消灯期間Ｔｂと呼ぶ）は本実施形態では等しくしてある（つまり、変調信号のデューティは５０％にしている）。発光源２から対象空間に照射され対象物５で反射された光は、図３（ｂ）のように、対象物５までの距離に応じた遅れ時間Ｔｄで受光素子１に入射する。ただし、遅れ時間Ｔｄは点灯期間Ｔａおよび消灯期間Ｔｂに比較すると通常はごく短時間であるから無視することができる。
【００３３】
制御回路部４は、制御電極１３に印加する制御電圧を制御し、発光源２の点灯期間Ｔａに電荷集積部１ｂの面積を大きくすることによって集積した電荷と、消灯期間Ｔｂに電荷集積部１ｂの面積を大きくすることによって集積した電荷とをそれぞれ受光出力として評価部３に与える。つまり、点灯期間Ｔａに感光部１ａを高感度にした状態で電荷集積部１ｂに集積した電荷を受光出力として取り出す状態と、消灯期間Ｔｂに感光部１ａを高感度にした状態で電荷集積部１ｂに集積した電荷を受光出力として取り出す状態とを繰り返すように、制御回路部４により制御電極１３への制御電圧の印加パターンを制御する。
【００３４】
受光出力は、点灯期間Ｔａの全期間と消灯期間Ｔｂの全期間とのそれぞれについて集積した電荷を用いることを想定しているが、点灯期間Ｔａの一部期間と消灯期間Ｔｂの一部期間とのそれぞれについて集積した電荷を用いるようにしてもよい。後者の場合には、電荷を集積する期間を等しくしておけば、点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとのデューティを５０％以外とすることができ、また受光出力における遅れ時間Ｔｄの影響による誤差を除去することができる。また、１回の点灯期間Ｔａあるいは消灯期間Ｔｂは短時間であって、１回の点灯期間Ｔａあるいは消灯期間Ｔｂでは評価部３で処理するのに必要な大きさの受光出力を得るのは難しいから、複数回の点灯期間Ｔａで電荷集積部１ｂに集積した電荷を点灯期間Ｔａの受光出力として用い、複数回の消灯期間Ｔｂで電荷集積部１ｂに集積した電荷を消灯期間Ｔｂの受光出力として用いるのが望ましい。電荷集積部１ｂに電荷を集積する集積期間と、電荷取出部１ｃが電荷集積部１ｂから電荷を取り出して受光出力として評価部３に与える取出期間とは、上述したように制御電極１３に印加する制御電圧により調節することができる。
【００３５】
評価部３は、点灯期間Ｔａの受光出力と消灯期間Ｔｂの受光出力との差分を各感光部１ａ（受光素子１）ごとの画素値とする振幅画像を生成する振幅画像生成部３ａと、点灯期間Ｔａの受光出力のみを各感光部１ａごとの画素値とする濃淡画像を生成する濃淡画像生成部３ｂとを備える。図示例では説明を単純にするために、１回の点灯期間Ｔａにおける受光出力Ａａを点灯期間Ｔａの受光出力とし、１回の消灯期間Ｔｂにおける受光出力Ａｂを消灯期間Ｔｂの受光出力としている。
【００３６】
したがって、図４に曲線Ｅで示すように、環境光の強度が時間経過に伴って変化しているとすると、この曲線Ｅは発光源２の消灯期間Ｔｂにおいて感光部１ａに入射する光の強度に相当し、結果的に消灯期間Ｔｂにおける受光出力Ａｂに対応する。このように発光源２の消灯期間Ｔｂの受光出力Ａｂは曲線Ｅの高さに相当するから、発光源２の点灯期間Ｔａの受光出力Ａａは曲線Ｅよりも高くなる。つまり、発光源２が点灯と消灯とを繰り返すことにより、イメージセンサ１０からの受光出力Ａａ，Ａｂは、点灯期間Ｔａには曲線Ｅよりも高くなり、消灯期間Ｔｂには曲線Ｅの高さになる。発光源２から対象空間に照射された光に対応する受光出力は曲線Ｅよりも上の部分であるから、点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとの受光出力Ａａ，Ａｂの差分（Ａａ−Ａｂ）を求めることにより、環境光の影響を除去して発光源２から対象空間に照射された光の成分のみを抽出することができる。この差分（Ａａ−Ａｂ）を各受光素子１の位置に対応付けた画像が振幅画像になる。
【００３７】
なお、差分（Ａａ−Ａｂ）は隣接した点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂ（図示例では点灯期間Ｔａの直後の消灯期間Ｔｂを用いている）との受光出力Ａａ，Ａｂから求めており、差分（Ａａ−Ａｂ）を求める点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとを合わせた程度の期間では環境光Ｅの強度は実質的に変化がないものとみなしている。したがって、点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとにおける環境光による受光出力は相殺され、発光源２から対象空間に照射され対象物５で反射された反射光に対応する受光出力のみが残り、結果的に、振幅画像では、対象物５のみを強調した画像を得ることができる。一方、発光源２の点灯期間Ｔａにおける受光出力Ａａまたは消灯期間Ｔｂにおける受光出力Ａｂまたは点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとにおける受光出力Ａａ，Ａｂの平均を各受光素子１の位置に対応付けた画像を生成すれば、対象物５で反射された光以外も画像の生成に用いることになるから、対象物５以外に背景を含む一般的な濃淡画像を得ることができる。なお、本実施形態では、発光源２の点灯期間Ｔａにおける受光出力Ａａを用いて濃淡画像を生成している。
【００３８】
上述した構成では、感光部１ａと電荷集積部１ｂとで半導体層１１を共用しているから、ポテンシャル井戸１４の面積を大きくし感光部１ａが高感度になるように制御電極１３に制御電圧を印加している期間ではない期間（つまり、ポテンシャル井戸１４の面積を小さくし感光部１ａを低感度に設定している期間やポテンシャル井戸１４に集積した電荷を転送している期間）であっても、受光素子１に光が入射していると電荷集積部１ｂに電荷が集積される。すなわち、電荷集積部１ｂには感光部１ａを高感度に設定することにより生成した電荷以外の電荷が混入する。ただし、電荷集積部１ｂに電荷を保持したり電荷を転送したりしている期間には、感光部１ａが低感度であって電荷集積部１ｂの面積が小さくなっているから不要な電荷の混入量は比較的少なくなる。なお、点灯期間Ｔａの電荷と消灯期間Ｔｂの電荷とをそれぞれ電荷集積部１ｂに保持している期間において混入する不要な電荷に対応する成分は、差分を求める際に環境光に対応する成分とともに除去することができる（理由は実施形態２において説明する）。
【００３９】
なお、図１（ｂ）のように電荷集積部１ｂの面積を小さくしている期間において、必要な電荷以外の電荷の混入を抑制するために、この期間における電荷集積部１ｂに対応した制御電極１３の近傍を遮光膜で覆う構成を採用してもよい。また、上述したように、点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとの全期間に亘って感光部１ａを高感度に維持しておく（つまり、電荷集積部１ｂの面積を大きい状態に保つ）必要はなく、点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとの一部期間において感光部１ａを高感度にする期間を設ければよいから、対象物５まで距離が既知である場合には、図５のように、対象物５までの距離に応じた遅れ時間Ｔｄを考慮し、発光源２の点灯または消灯から遅れ時間Ｔｄが経過した後に感光部１ａを高感度にして電荷集積部１ｂに電荷を集積してもよい。この場合には電荷集積部１ｂに集積される電荷の量は、図３に示した制御を行う場合に比較すると、遅れ時間Ｔｄに相当する程度少なくなるが、点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとに受光した光量を正確に反映した受光出力Ａａ，Ａｂが得られるから、環境光の影響をより確実に除去できると言える。
【００４０】
（実施形態２）
実施形態１では、点灯期間Ｔａの受光出力Ａａと消灯期間Ｔｂの受光出力Ａｂとは異なる取出期間においてイメージセンサ１０から評価部３に与えている。つまり、点灯期間Ｔａに対応する集積期間に集積した電荷を受光出力として評価部３に与える取出期間と、消灯期間Ｔｂに対応する集積期間に集積した電荷を受光出力として評価部３に与える取出期間とが個別に設けられている。本実施形態は、点灯期間Ｔａの受光出力Ａａと消灯期間Ｔｂの受光出力とを一括して評価部３に与えるように取出期間を設定する。つまり、点灯期間Ｔａに対応する集積期間に集積した電荷と、消灯期間Ｔｂに対応する集積期間に集積した電荷とをともにイメージセンサ１０に設けた異なる電荷集積部１ｂにおいて保持しておき、１回の取出期間において両方の電荷をまとめて評価部３に与えるのである。
【００４１】
本実施形態では、隣り合う２個１組の受光素子１を１画素として扱い、１画素となる２個の受光素子１における感光部１ａの各一方をそれぞれ他方に対して高感度にするように、制御電極１３に印加する制御電圧を調節する。つまり、１画素となる２個の感光部１ａの一方は発光源２の点灯期間Ｔａにおいて高感度にし、他方は発光源２の消灯期間Ｔｂにおいて高感度にする。また、高感度にしていないほうの感光部１ａは低感度にする。
【００４２】
本実施形態の動作を具体的に説明する。図６に示すように、１画素となる２個の受光素子１がそれぞれ３個の制御電極１３を備えるものとして動作を説明する。ただし、１個の受光素子１に対する制御電極１３の個数は３個に限られるものではない。
【００４３】
以下では、１画素を構成する２個の受光素子１の各制御電極１３を区別するために、図６のように、各制御電極１３に（１）〜（６）の数字を付与して区別する。すなわち、組になる２個の受光素子１のうちの一方は制御電極（１）〜（３）を備え、他方は制御電極（４）〜（６）を備える。なお、１画素ずつの受光素子１に対応付けて、それぞれオーバフロードレインを設けるのが望ましい。
【００４４】
実施形態１において説明したように、感光部１ａの感度を制御するには受光面に占めるポテンシャル井戸１４の面積が変化するように制御電極１３に印加する制御電圧の印加パターンを制御するから、１画素を構成する２個の受光素子１の制御電極１３に印加する制御電圧の印加パターンを、発光源２の点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとに同期させて変化させれば、２個の受光素子１のうちの一方の電荷集積部１ｂには点灯期間Ｔａにおける電荷が集積され、他方の電荷集積部１ｂには消灯期間Ｔｂにおける電荷が集積される。
【００４５】
つまり、発光源２の点灯期間Ｔａには、図６（ａ）のように、制御電極（１）〜（３）に対応するポテンシャル井戸１４の面積を大きくするために、１画素の一方の受光素子１に対応した３個の制御電極（１）〜（３）のすべてに同電圧である正の制御電圧（＋Ｖ）を印加し、この期間には他方の受光素子１に対応した３個の制御電極（４）〜（６）のうちの中央の制御電極（５）にのみ正の制御電圧（＋Ｖ）を印加してポテンシャル井戸１４の面積を小さくする。つまり、制御電極（１）〜（３）に対応する領域は感光部１ａを高感度に設定した状態になり、制御電極（４）〜（６）に対応する領域は感光部１ａを低感度に設定した状態になる。したがって、制御電極（４）〜（６）に対応する領域では、受光による新たな電荷（電子ｅ）の生成量は、制御電極（１）〜（３）に対応する領域に比べて大幅に少なくなる。したがって、制御電極（１）〜（３）に対応する領域のポテンシャル井戸１４には受光出力Ａａに相当する電荷が集積される。
【００４６】
一方、発光源２の消灯期間Ｔｂには、図６（ｂ）のように、制御電極（４）〜（６）に対応するポテンシャル井戸１４の面積を大きくするために、１画素の一方の受光素子１に対応した３個の制御電極（４）〜（６）のすべてに同電圧である正の制御電圧（＋Ｖ）を印加し、この期間には他方の受光素子１に対応した３個の制御電極（１）〜（３）のうちの中央の制御電極（２）にのみ正の制御電圧（＋Ｖ）を印加してポテンシャル井戸１４の面積を小さくする。つまり、制御電極（４）〜（６）に対応する領域は感光部１ａを高感度に設定した状態になり、制御電極（１）〜（３）に対応する領域は感光部１ａを低感度に設定した状態になる。したがって、制御電極（１）〜（３）に対応する領域では、受光による新たな電荷（電子ｅ）の生成量は、制御電極（４）〜（６）に対応する領域に比べて大幅に少なくなる。したがって、制御電極（４）〜（６）に対応する領域のポテンシャル井戸１４には受光出力Ａｂに相当する電荷が集積される。
【００４７】
図６（ａ）の状態では点灯期間Ｔａに対応する電荷を集積することができ、図６（ｂ）の状態では消灯期間Ｔｂに対応する電荷を集積することができるから、図６（ａ）の状態と図６（ｂ）の状態とが１回ずつ得られるように制御電圧の印加パターンを制御すれば、点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとの受光出力Ａａ，Ａｂを得ることができる。しかしながら、点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとの長さによっては、１回ずつでは受光素子１に入射する光量が少なく受光素子１の内部で発生するショットノイズにより受光出力Ａａ，ＡｂのＳ／Ｎが悪化する場合がある。この場合には、図６（ａ）と図６（ｂ）との両状態を複数回ずつ繰り返すことにより電荷集積部１ｂに複数回分の電荷を集積した後に、電荷取出部１ｃによって受光出力Ａａ，Ａｂを取り出せばよい。
【００４８】
電荷取出部１ｃは、１画素となる２個の受光素子１の電荷集積部１ｂに、それぞれ発光源２の点灯期間Ｔａにおける電荷と消灯期間Ｔｂにおける電荷とが集積された後に、取出期間を設けて２種類の受光出力Ａａ，Ａｂを一括して評価部３に与える。つまり、実施形態１では、点灯期間Ｔａの電荷を集積する集積期間、この電荷を取り出す取出期間、消灯期間Ｔｂの電荷を集積する集積期間、この電荷を取り出す取出期間の４期間で２種類の受光出力Ａａ，Ａｂを得ていたのに対して、本実施形態では、点灯期間Ｔａの電荷を集積する集積期間、消灯期間Ｔｂの電荷を集積する集積期間、両方の電荷を取り出す取出期間の３期間で２種類の受光出力Ａａ，Ａｂを得ることができる。
【００４９】
ところで、本実施形態では、図６（ａ）の状態と図６（ｂ）の状態とのいずれにおいても各３個の制御電極（１）〜（３）または（４）〜（６）に同時に印加する制御電圧（＋Ｖ）と、１個の制御電極（２）または（５）のみに印加する制御電圧（＋Ｖ）とは等しくなるように設定してある。したがって、ポテンシャル井戸１４の面積が変化してもポテンシャル井戸１４の深さはほぼ一定に保たれる。つまり、ポテンシャル井戸１４の間の障壁付近で生成されポテンシャル井戸１４に流れ込む電荷は、隣り合うポテンシャル井戸１４にほぼ均等に振り分けられることになる。
【００５０】
以下では、ポテンシャル井戸１４に不要な電荷が混入しても評価部３で振幅画像を生成する際に不要な電荷の影響を除去できる理由を説明する。ここで、説明を簡単にするために、ポテンシャル井戸１４に集積される電荷の量がポテンシャル井戸１４の面積に比例するものとする。本実施形態では、感光部１ａを高感度にしている状態と低感度にしている状態とでは、ポテンシャル井戸１４の面積にはほぼ３倍の違いがあるから、集積される電荷の量は３倍異なるものとする。
【００５１】
いま、１個の制御電極１３に対応するポテンシャル井戸１４を形成したときに（図６（ａ）の状態で制御電極（５）に対応したポテンシャル井戸１４に相当する）、このポテンシャル井戸１４に、発光源２からの光により集積される電荷の量を（Ｓ）とし、環境光により集積される電荷の量を（Ｎ）とする。図６（ａ）の状態で制御電極（５）に対応するポテンシャル井戸１４に集積される電荷の量は（Ｓ＋Ｎ）であるから、制御電極（１）〜（３）に対応するポテンシャル井戸１４に集積される電荷の量は（３Ｓ＋３Ｎ）になる。一方、図６（ｂ）の状態は消灯期間Ｔｂであるから、発光源２からの光により集積される電荷はなく、制御電極（２）に対応するポテンシャル井戸１４に集積される電荷の量は（Ｎ）であるから、制御電極（４）〜（６）に対応するポテンシャル井戸１４に集積される電荷の量は（３Ｎ）になる。
【００５２】
評価部３において振幅画像を生成する際には、図６（ａ）の状態で制御電極（１）〜（３）に対応するポテンシャル井戸１４に集積された電荷と、図６（ｂ）の状態で制御電極（４）〜（６）に対応するポテンシャル井戸１４に集積された電荷とに対応する受光出力Ａａ，Ａｂを減算する。ただし、図６（ａ）の状態において制御電極（５）に対応するポテンシャル井戸１４には不要な電荷が集積されており、その量は（Ｓ＋Ｎ）であるから、消灯期間Ｔｂの受光出力Ａｂに相当する電荷の量は（Ｓ＋Ｎ）と（３Ｎ）とを加算した量である（Ｓ＋４Ｎ）になる。一方、図６（ｂ）の状態において制御電極（２）に対応するポテンシャル井戸には不要な電荷が集積されており、その量は（Ｎ）であるから、点灯期間Ｔａの受光出力Ａａに相当する電荷の量は（３Ｓ＋３Ｎ）と（Ｎ）とを加算した量である（３Ｓ＋４Ｎ）になる。つまり、点灯期間Ｔａに対応する受光出力Ａａは（３Ｓ＋４Ｎ）に対応し、消灯期間Ｔｂに対応する受光出力Ａｂは（Ｓ＋４Ｎ）に対応するから、評価部３において振幅画像を生成する際には、Ａａ−Ａｂ∝（３Ｓ＋４Ｎ）−（Ｓ＋４Ｎ）＝２Ｓに相当する演算を行うことになり、不要な電荷と環境光とに対応した成分が除去される。
【００５３】
（実施形態３）
実施形態２では、１画素を形成する２個の受光素子１について、３個ずつの制御電極（１）〜（３）または（４）〜（６）に同時に印加する制御電圧（＋Ｖ）と、１個の制御電極（２）または（５）のみに印加する制御電圧（＋Ｖ）とが等しくなるように設定していたから、ポテンシャル井戸１４の面積には変化が生じるものの、深さはほぼ等しくなっている。
【００５４】
本実施形態は、実施形態２と同様に２個の受光素子１により１画素を形成しているが、実施形態２ではポテンシャル井戸１４の深さを変化させなかったのに対して本実施形態では、図７に示すように、ポテンシャル井戸１４の面積とともに深さを変化させる技術を採用している。すなわち、３個ずつの制御電極（１）〜（３）または（４）〜（６）に同時に印加する制御電圧（＋Ｖ）を、１個の制御電極（２）または（５）にのみ印加する制御電圧よりも高く設定し、面積の大きいポテンシャル井戸１４の深さよりも面積の小さいポテンシャル井戸１４の深さのほうを小さくしている。たとえば、面積の大きいポテンシャル井戸１４を形成する際に３個ずつの制御電極（１）〜（３）または（４）〜（６）に同時に印加する電圧を７Ｖとすれば、面積の小さいポテンシャル井戸１４を形成する際に１個の制御電極（２）または（５）にのみ印加する電圧を３Ｖなどと設定するのである。
【００５５】
ところで、制御電圧を印加していない制御電極（１）（３）または（４）（６）に対応する部位で生じた電荷は、ポテンシャル井戸１４に流れ込もうとする。このとき、ポテンシャル井戸１４が深いほうが電荷の流れ込む確率が高くなると考えられる。すなわち、上述のように、感光部１ａを高感度に設定して電荷を集積する際のポテンシャル井戸１４を、感光部１ａを低感度に設定して電荷を保持するポテンシャル井戸１４よりも深くしたことより、高感度に設定して電荷を集積しているポテンシャル井戸１４（３個ずつの制御電極（１）〜（３）または（４）〜（６）に対応するポテンシャル井戸１４）に電荷がより多く流れ込むことになる。その結果、低感度に設定して電荷を保持しているポテンシャル井戸１４（１個のみの制御電極（２）または（５）に対応するポテンシャル井戸１４）によって保持されている電荷に、制御電極（１）（３）または（４）（６）に対応する部位で生成された不要な電荷が混入される確率が低減される。要するに、電荷を保持するポテンシャル井戸１４に流れ込む不要な電荷を実施形態２よりもさらに低減させることができる。他の構成および動作は実施形態２と同様であり、図７（ａ）（ｂ）の状態を交互に繰り返すことにより点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとに対応する電荷を２個の受光素子１にそれぞれ集積し、２個の受光素子１に集積した電荷を１回の取出期間において一括して受光出力Ａａ，Ａｂとして取り出すのである。
【００５６】
（実施形態４）
本実施形態は、図８に示すように、実施形態３の構成に加えて、各受光素子１に対応する３個ずつの制御電極（１）〜（３）または（４）〜（６）のうちの中央の制御電極（２）または（５）に印加する制御電圧を両側の制御電極（１）（３）または（４）（６）に印加する制御電圧よりも高くし、かつ中央の制御電極（２）または（５）に遮光膜１５を重ねたものである。
【００５７】
本実施形態では、受光素子１の一部を遮光膜１５で覆っているから、遮光膜１５で覆った部位ではポテンシャル井戸１４に光が入射せず、光による電荷がほとんど生成されないから、電荷を保持するためにポテンシャル井戸１４の面積を小さくしている状態では電荷がほとんど生成されず、保持している電荷に雑音成分となる電荷が混入する可能性を大幅に低減することができる。さらに、本実施形態では、電荷を生成するために面積を大きくしているポテンシャル井戸１４に対応する部位では、３個ずつの制御電極（１）〜（３）または（４）〜（６）のうち中央の制御電極（２）または（５）に印加する電圧を両側の制御電極（１）（３）または（４）（６）に印加する電圧よりも高くしているから、制御電極（２）または（５）に対応する部位では光による電荷がほとんど生成されないものの、受光素子１のうち制御電極（１）（３）（４）（６）に対応する部位で生成された電荷を制御電極（２）（５）に対応する部位に流し込むことができ、生成された電荷を集積することができる。
【００５８】
ところで、実施形態３の構成では、電荷を生成する期間において３個ずつの制御電極（１）〜（３）または（４）〜（６）に対応するポテンシャル井戸１４の深さがほぼ一定であるから、電荷を生成する期間と電荷を保持する期間とを数ｎｓ以下の短時間で切り換えた場合に、電荷を生成する期間において制御電極（１）（３）または（４）（６）に対応する部位で生成された電荷の一部が、電荷を保持する期間において制御電極（２）または（５）に対応する部位に移動することなく取り残されるおそれがある。取り残された電荷は、隣りの受光素子１に対応して形成されるポテンシャル井戸１４に流れ込むから、隣接する受光素子１のポテンシャル井戸１４の間で電荷が混合される可能性がある。つまり、電荷に含まれる雑音成分が多くなる可能性がある。
【００５９】
これに対して、本実施形態では、電荷を生成する際にポテンシャル井戸１４に深い部位と浅い部位とを形成して階段状としているから、制御電極（１）（３）または（４）（６）に対応する部位で生成された電荷は生成と同時に制御電極（２）または（５）に対応する部位に移動する。すなわち、電荷を生成する期間と電荷を保持する期間とを数ｎｓ以下の短時間で切り換えた場合であっても、隣接する受光素子１に形成されるポテンシャル井戸１４の間で電荷が混合される可能性が少なくなり、雑音成分の低減につながる。なお、ポテンシャル井戸１４を階段状に形成する技術は遮光膜１５の有無にかかわらず採用可能である。他の構成および動作は実施形態３と同様であり、本実施形態においても実施形態３と同様に、図８（ａ）（ｂ）の状態を交互に繰り返すことにより、点灯期間Ｔａと消灯期間Ｔｂとに対応する電荷を集積し、さらに両電荷を一括して取り出す取出期間を設けるように制御電極１３に印加する制御電圧の印加パターンを制御する。
【００６０】
実施形態２ないし実施形態４では、光電素子１ごとに３個ずつの制御電極１３を対応付けているが、制御電極１３は光電素子１ごとに４個以上設けるようにしてもよい。さらに、１画素を形成する制御電極１３について制御電圧を印加する制御電極１３の個数を１個と３個との２段階に切り換えるようにしているが、３段階以上に切り換えることも可能である。
【００６１】
上述した各実施形態において用いたイメージセンサ１０は受光素子１を２次元に配列することを想定しているが、１次元に配列してもよく、また実施形態１の構成では受光素子１を１個だけ設けた構成でも採用可能である。さらに、上述した構成例では電荷集積部１ｂの面積を変化させるために複数個の制御電極１３を設けるとともに、制御電極１３への制御電圧の印加パターンを変化させる構成を採用しているが、受光素子１を構成する半導体層１１の不純物濃度について受光面に沿って制御電極１３からの距離に応じた分布を付与し、制御電極１３に印加する電圧を制御することによっても電荷集積部１ｂの面積を変化させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施形態１を示すブロック図である。
【図２】同上に用いる受光素子の動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上の他の動作説明図である。
【図６】実施形態２を示す動作説明図である。
【図７】実施形態３を示す動作説明図である。
【図８】実施形態４を示す動作説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  受光素子
１ａ  感光部
１ｂ  電荷集積部
１ｃ  電荷取出部
２  発光源
３  評価部
３ａ  振幅画像生成部
３ｂ  濃淡画像生成部
４  制御回路部
１１  半導体層
１２  絶縁膜
１３  制御電極
１４  ポテンシャル井戸
１５  遮光膜
【図１】
2006121617.tif 000003
【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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