(57)【要約】【課題】  正確な距離画像を得ることが可能な距離画像センサを提供することを目的とする。【解決手段】  蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２は単一のキャパシタＣ１にしか接続されていないため、画素の大きさを小さくして空間分解能を向上させ、蓄積領域内ｆｄ１、ｆｄ２に転送された電荷を一旦蓄積するため、信号雑音比が向上する。駆動回路ＤＲＶは、一周期内におけるリセット期間終了時以後の第１及び第２のスイッチΦ1、Φ２のスイッチング回数が等しくなるように、ダミースイッチングを行うことで、オフセットが相殺され、更に正確な距離画像を得ることができる。【選択図】図３
2011179926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物への出射光の反射光を受光する撮像領域と、前記撮像領域を駆動する駆動回路と、を備えた距離画像センサであって、
前記撮像領域は、
半導体基板上に一次元又は二次元状に配置された複数の画素を備え、
個々の画素は、
受光領域と、
前記受光領域に隣接した第１及び第２の蓄積領域と、
前記第１及び第２の蓄積領域への電荷の流入をそれぞれ制御する第１及び第２の転送電極と、
前記第１及び第２の蓄積領域間に電気的に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタの第１端子と前記第１の蓄積領域との間に介在する第１のスイッチと、
前記キャパシタの第２端子と前記第２の蓄積領域との間に介在する第２のスイッチと、
前記キャパシタの前記第２端子と基準電位との間に介在する第３のスイッチと、
前記キャパシタの前記第１端子と前記基準電位との間に介在する第４のスイッチと、
を備え、
前記駆動回路は、
前記第１、第２、第３及び第４のスイッチを一周期の初めの時刻において全てＯＮさせるリセット期間を設定し、一周期内において、第１の期間及び第２の期間を交互に設定し、
前記第１の期間では、前記第１及び第３のスイッチの双方をＯＮし、第２及び第４スイッチの双方をＯＦＦし、
前記第２の期間では、前記第１及び第３のスイッチの双方をＯＦＦし、第２及び第４スイッチの双方をＯＮし、
前記一周期内において、前記第１及び第２の転送電極に、前記出射光の変調信号に同期し、互いに逆相の変調信号を与える、
ことを特徴とする距離画像センサ。
【請求項２】
前記駆動回路は、前記一周期内における前記リセット期間終了時以後の第１及び第２のスイッチのスイッチング回数が等しくなるように、第１又は第２のスイッチを付加的にスイッチングすることを特徴とする請求項１に記載の距離画像センサ。
【請求項３】
前記駆動回路は、
（ａ）特定の一周期内において、前記出射光の変調信号と０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、
（ｂ）別の一周期内において、前記出射光の変調信号と９０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、
（ｃ）更に別の一周期内において、前記出射光の変調信号と１８０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、
（ｄ）上記とは異なる別の一周期内において、前記出射光の変調信号と２７０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、
前記（ａ）〜（ｄ）の一周期内における前記第１の期間と前記第２の期間の順序は同一である、
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像センサ。
【請求項４】
前記駆動回路は、
（ａ）特定の一周期内において、前記出射光の変調信号と０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、
（ｂ）別の一周期内において、前記出射光の変調信号と９０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、
（ｃ）更に別の一周期内において、前記出射光の変調信号と０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、
（ｄ）上記とは異なる別の一周期内において、前記出射光の変調信号と９０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、
前記（ａ）及び（ｂ）の一周期内における前記第１の期間と前記第２の期間の順序は同一であり、
前記（ｃ）及び（ｄ）の一周期内における前記第１の期間と前記第２の期間の順序は、前記（ａ）及び（ｂ）の場合とは逆である、
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離画像センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物の距離画像を得ることができるイメージセンサが期待されている。測定対象物の実際の画像と、距離画像を同一チップで求めることも期待されている。このような距離画像センサは、種々の技術への応用が期待されている。例えば、距離画像センサを船舶や自動車或いは航空機などの移動体に搭載すれば、移動体周囲の対象物の距離画像を得ることができるため、得られた対象物の距離画像に基づいて、移動体の挙動制御などを行うことができる。ファクトリーオートメーション（ＦＡ）においては、対象物の距離画像が得られると、これを利用した対象物の検査／制御が可能となる。
【０００３】
距離を計測する手法として、ＴＯＦ法（Ｔｉｍｅ−ＯＦ−Ｆｌｉｇｈｔ）があり、この方式では光源（パルスレーザーや発光ダイオード（ＬＥＤ）など）及び受光素子が必要となる。電荷振り分け構造を用いる距離画像センサにおいては、ある周期で振り分けられた蓄積電荷と、それとは位相のことなる蓄積電荷の比率によって距離を算出する。すなわち、出射光の位相に対する反射戻り光の位相のずれを、対象物までの距離として捉え、戻り光に呼応して発生する電荷を、出射光の変調周期に同期して振り分け、当該位相のずれ量を、振り分けられた電荷量の比率を用いて算出する。
【０００４】
この方式では電荷の蓄積が必要となるため、背景光が強い状況下で使用すると、信号を読み出す前に、蓄積容量が飽和してしまい、算出した距離の劣化の原因になる。そのため、背景光（外乱光）の影響を低減させながら電荷を蓄積する必要がある。
【０００５】
特許文献１(カネスタ特許)2つの受光部と2つの蓄積容量により、電荷を分配している。全体の撮像領域は、複数の画素が２次元配列されており、各画素において求められる対象物までの距離情報が二次元的に出力される。これらの文献に記載の構造においては、１画素内において少なくとも２つのキャパシタを備えており、これら２つのキャパシタを用いて背景光由来の電荷を相殺している。
【０００６】
特許文献２に記載の時間相関検出型イメージセンサにおいては、１画素内に１つのキャパシタを備えており、振り分けられた信号を一対のスイッチのみを介してそれぞれキャパシタの両電極端子に異なる時間に電流を積分することで、当該キャパシタに流入する電荷を制御し、背景光由来の電流を相殺している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許６９１９５４９明細書（特表２００６−５２３０７４号公報）
【特許文献２】特開平１０−２８１８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、二次元のセンサや一次元のラインセンサを作製することを考慮すると、上記特許文献１に記載の距離画像センサでは、キャパシタ数が多いため、１画素の寸法が大きくなり、空間分解能を向上することができない。また、キャパシタやスイッチ等の回路素子が多い場合には、寄生容量が増大し、出力のリニアリティが低下するという問題もある。一方、特許文献２に記載の時間相関検出型イメージセンサでは、キャパシタ数を減少させることにより、空間分解能は増加するが、スイッチング回路が増えることでスイッチング・ノイズが信号に重畳するため、正確に距離を演算することができない。したがって、いずれの従来技術においても、正確な距離画像を得ることはできないという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、正確な距離画像を得ることが可能な距離画像センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するため、第１の発明に係る距離画像センサは、対象物への出射光の反射光を受光する撮像領域と、前記撮像領域を駆動する駆動回路と、を備えた距離画像センサであって、前記撮像領域は、半導体基板上に一次元又は二次元状に配置された複数の画素を備え、個々の画素は、受光領域と、前記受光領域に隣接した第１及び第２の蓄積領域と、前記第１及び第２の蓄積領域への電荷の流入をそれぞれ制御する第１及び第２の転送電極と、前記第１及び第２の蓄積領域間に電気的に接続されたキャパシタと、前記キャパシタの第１端子と前記第１の蓄積領域との間に介在する第１のスイッチ（Φ１）と、前記キャパシタの第２端子と前記第２の蓄積領域との間に介在する第２のスイッチ（Φ２）と、前記キャパシタの前記第２端子と基準電位との間に介在する第３のスイッチ（Φ１ｒ）と、前記キャパシタの前記第１端子と前記基準電位との間に介在する第４のスイッチ（Φ２ｒ）と、を備え、前記駆動回路は、前記第１、第２、第３及び第４のスイッチを一周期の初めの時刻において全てＯＮさせるリセット期間を設定し、一周期内において、第１の期間及び第２の期間を交互に設定し、前記第１の期間では、前記第１及び第３のスイッチの双方をＯＮし、第２及び第４スイッチの双方をＯＦＦし、前記第２の期間では、前記第１及び第３のスイッチの双方をＯＦＦし、第２及び第４スイッチの双方をＯＮし、前記一周期内において、前記第１及び第２の転送電極に、前記出射光の変調信号に同期し、互いに逆相の変調信号を与える、ことを特徴とする。
【００１１】
光の量子性に基づくノイズ（フォトンショットノイズ）は、露光光量の２乗根で増加し、信号成分は比例で増加するので、露光時間を増加させるほど信号成分の割合が増加し、信号雑音比は向上する。したがって、第１及び第２の転送電極によって、第１及び第２の蓄積領域内に振り分けられた電荷を積分するほど、信号雑音比が改善し、正確な距離画像を得ることができる。すなわち、転送電極に変調信号を与えることで、第１及び第２の蓄積領域において、一定期間の電荷積分を行い、これと同時に或いは積分後に、第１の蓄積領域で積分された電荷を、第１の期間では、キャパシタの第１端子に接続し、第２の蓄積領域で積分された電荷を、第２の期間では、キャパシタの第２端子に接続し、キャパシタ内において、双方の蓄積領域に含まれる電荷成分、すなわち、背景光成分を相殺する。
【００１２】
ここで、それぞれの蓄積領域は単一のキャパシタにしか接続されていないため、画素の大きさを小さくして空間分解能を向上させることができ、また、本発明では、第１及び第２蓄積領域内に転送された電荷を積分するため、信号雑音比が向上すると共に、第１及び第２のスイッチのキャパシタへの電荷転送時のスイッチング回数が減少するため、スイッチング・ノイズも低減し、キャパシタ内に距離に応じた電荷が蓄積され、かかる電荷量（これに応じた電圧）を検出することで、正確な距離を算出することができる。また、本願では、光電流を電荷として所定期間積分した後、振分け動作を行うため、特許文献２のように光電流を直接容量にスイッチで振り分けるものに比べて、ノイス゛が少ない。
【００１３】
しかしながら、蓄積領域に積分した電荷のキャパシタへの転送時のスイッチング回数に差があると、片側の接続回数が多いことによって生じるオフセットを相殺することができず、更に正確な距離画像を得ることが困難である。
【００１４】
そこで、第２の発明に係る距離画像センサにおいては、前記駆動回路は、前記一周期内における前記リセット期間終了時以後の第１及び第２のスイッチのスイッチング回数が等しくなるように、第１又は第２のスイッチを付加的にスイッチングすることとした。この場合、付加的なスイッチング（以下、ダミースイッチング）を行うことで、上記スイッチング回数が等しくなり、オフセットが相殺されるので、更に正確な距離画像を得ることができる。
【００１５】
また、第３の発明に係る距離画像センサにおいては、前記駆動回路は、（ａ）特定の一周期内において、前記出射光の変調信号と０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、（ｂ）別の一周期内において、前記出射光の変調信号と９０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、（ｃ）更に別の一周期内において、前記出射光の変調信号と１８０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、（ｄ）上記とは異なる別の一周期内において、前記出射光の変調信号と２７０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、前記（ａ）〜（ｄ）の一周期内における前記第１の期間と前記第２の期間の順序は同一であることを特徴とする。
【００１６】
ダミースイッチングを用いない場合、キャパシタに転送される電荷のスイッチング回数がキャパシタの各端子において異なるが、この発明では、上記（ａ）〜（ｄ）の４つの位相において、各蓄積領域に蓄積された電荷（に応じた電圧）の差分をとることで、背景光成分と共にオフセット成分を相殺することができる。これにより、正確な距離を算出することができる。
【００１７】
また、第４の発明に係る距離画像センサにおいては、前記駆動回路は、（ａ）特定の一周期内において、前記出射光の変調信号と０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、（ｂ）別の一周期内において、前記出射光の変調信号と９０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、（ｃ）更に別の一周期内において、前記出射光の変調信号と０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、（ｄ）上記とは異なる別の一周期内において、前記出射光の変調信号と９０°の位相差を有するタイミングで、前記第１の転送電極に変調信号を与え、前記第２の転送電極に、前記第１の転送電極に与えられる変調信号とは逆相の変調信号を与え、前記（ａ）及び（ｂ）の一周期内における前記第１の期間と前記第２の期間の順序は同一であり、前記（ｃ）及び（ｄ）の一周期内における前記第１の期間と前記第２の期間の順序は、前記（ａ）及び（ｂ）の場合とは逆である、
ことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、上記（ａ）、（ｂ）の２つの位相と、これとはキャパシタへの電荷転送の順番が異なる（ｃ）、（ｄ）の場合の位相において、各蓄積領域に蓄積された電荷（に応じた電圧）の差分をとることで、背景光成分と共にオフセット成分を相殺することができる。これにより、正確な距離を算出することができる。
【００１９】
上述のように、各画素において正確な距離を算出することができるので、本発明の距離画像センサでは、正確な距離画像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の距離画像センサによれば、正確な距離画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態に係る距離画像センサの平面図である。
【図２】図１に示した距離画像センサの各画素の断面構成と光源ユニットを示す図である。
【図３】図２に示した距離画像センサの画素毎の回路図である。
【図４】実施の形態に係る距離画像センサの動作説明図である。
【図５】実施の形態に係る距離画像センサの動作説明図である。
【図６】実施の形態に係る距離画像センサの動作説明図である。
【図７】実施の形態に係る距離画像センサの動作説明図である。
【図８】実施の形態に係る距離画像センサの動作説明図である。
【図９】実施の形態に係る距離画像センサの動作説明図である。
【図１０】実施の形態に係る距離画像センサの動作説明図である。
【図１１】実施の形態に係る距離画像センサの動作説明図である。
【図１２】実施の形態に係る距離画像センサの第1のタイミングチャートである。
【図１３】実施の形態に係る距離画像センサの第２のタイミングチャートである。
【図１４】実施の形態に係る距離画像センサの第３のタイミングチャートである。
【図１５】実施の形態に係る距離画像センサの第４のタイミングチャートである。
【図１６】実施の形態に係る距離画像センサの第５のタイミングチャートである。
【図１７】実施の形態に係る距離画像センサの第６のタイミングチャートである。
【図１８】実施の形態に係る距離画像センサの第７のタイミングチャートである。
【図１９】実施の形態に係る距離画像センサの第８のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施の形態に基づく距離画像センサについて説明する。同一要素には、同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２３】
図１は、実施の形態に係る距離画像センサの平面図である。
【００２４】
この距離画像センサ１は、半導体基板２上に形成された撮像領域ＩＭＲと、撮像領域ＩＭＲを駆動するセンサ駆動回路ＤＲＶと、撮像領域ＩＭＲの出力を増幅する増幅回路ＡＭＰとを備えている。撮像領域ＩＭＲは、半導体基板２上に一次元又は二次元状に配置された複数の画素Ｐ（ｍ，ｎ）を備えている。同図では、ｍ行ｎ列の画素Ｐ（ｍ，ｎ）が示されている（ｍ，ｎは自然数）。撮像領域ＩＭＲは、対象物への出射光の反射光を画素毎に検出するものであり、出射光と反射光の画素毎の位相差から、対象物の画像の画素毎の距離が求められる。この距離画像センサ１は、電荷振り分け型の距離画像センサであり、距離に対応した位相差を、各画素内で２箇所に振り分けられた電荷量の比率に応じて求めるものである。
【００２５】
図２は、図１に示した距離画像センサの各画素の断面構成と光源ユニットを示す図である。
【００２６】
光源ユニットは、レーザや発光ダイオードなどの光源１０と、光源１０を高周波駆動する光源駆動回路１１と、光源駆動回路１１の駆動クロックを出力する制御回路１２とを備えている。光源１０からは、方形波又は正弦波の光強度変調が行われた変調信号が出射される。なお、制御回路１２からの駆動クロックに同期して、図１に示したセンサ駆動回路ＤＲＶからも方形波又は正弦波の変調信号が出力され、センサ駆動回路ＤＲＶからの変調信号が互いに逆相で転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に与えられる。
【００２７】
光源１０からの出射光ＬＥＤは、対象物ＯＢＪに照射され、対象物ＯＢＪの表面で反射されて、反射光ＲＬＴＤとして、距離画像センサ１の撮像領域ＩＭＲ内の各画素Ｐ（ｍ，ｎ）に基板裏面側から入射する。なお、光入射面の手前には図示しない結像レンズが配置される。また、本例では、半導体基板２は薄板化され、好適には５０μｍ以下の厚みであり、裏面入射型の距離画像センサを構成されている。もちろん、半導体基板２の厚みを薄板化せずに、本発明を表面入射型の距離画像センサ１に適用することも可能である。
【００２８】
距離画像センサ１の各画素Ｐ（ｍ，ｎ）は、高濃度のＰ型（第２導電型）の半導体基板２の表面領域に半導体基板より低濃度で形成されたＰ型（第２導電型）の半導体領域３と、半導体領域３の表面側に形成された一対の高濃度のＮ型（第１導電型）の半導体領域（電荷蓄積領域：フローティングディフュージョン領域）ｆｄ１，ｆｄ２を有している。また、半導体基板表面には絶縁層５が形成されており、蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２の間のＰ型半導体領域３上にはフォトゲート電極ＰＧが絶縁層５を介して形成され、半導体領域３内のフォトゲート電極直下は光検出領域４としてはたらく。光検出領域４のポテンシャルは、フォトゲート電極ＰＧへの印加電圧によって制御することができる。
【００２９】
信号取出電極Ｖｆｄ１，Ｖｆｄ２は、それぞれ蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２上に電気的に接続して設けられている。また、フォトゲート電極ＰＧと、各信号取出電極Ｖｆｄ１，Ｖｆｄ２との間には、転送電極ＴＸ１，ＴＸ２が位置している。Ｎ型の半導体は、電気的に中性な状態で電子をキャリアとして有しており、キャリアが抜けた場合には、正にイオン化する。すなわち、高濃度のＮ型の蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２は、大きく下向きに凹む形となり、ポテンシャル井戸を構成する。
【００３０】
フォトゲート電極ＰＧには、必要に応じて若干の正の直流電位を印加しておく。受光領域としての光検出領域４では、光の入射に応じて正孔電子対が発生するが、ゲート電極として機能する転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に正の電位を与えた場合には、ＴＸ１、ＴＸ２の直下の領域のポテンシャルが、光検出領域４のポテンシャルと蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２のポテンシャルの中間の値となり、光検出領域４から蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２へのポテンシャルの階段が形成され、蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２のポテンシャル井戸内に電子が落ちて蓄積される。
【００３１】
なお、本構造では、蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２上に電極を設けて信号を取り出す構造を採用しているが、蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２の隣に信号取出用の高濃度領域を別途設け、これらと蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２との間の領域上に別の転送電極を配置し、かかる高濃度領域上に電極を設けて、信号を取り出すことも可能である。
【００３２】
なお、以下の説明では、説明の明瞭化を目的として、符号Ｖｆｄ１、Ｖｆｄ１は、信号取出電極であると共に、これらの電極とグランド電位との間に与えられる電圧も示すこととし、符号ＴＸ１，ＴＸ２は転送電極であると共に、これらとグランド電位との間に加えられる転送電圧も示すこととする。また、符号ＰＧはフォトゲート電極であると共に、これらとグランド電位との間に加えられる直流電圧も示すこととする。なお、半導体領域３は、グランド電位に接続されている。信号取出電極Ｖｆｄ１，Ｖｆｄ２から取り出された電荷は、半導体領域３内に形成された読出回路ＲＣによって読み出される。読み出し回路は、半導体領域３に限らず、半導体基板２に形成されていてもよい。
【００３３】
図３は、図２に示した距離画像センサの画素毎の回路図である。
【００３４】
個々の画素Ｐ（ｍ，ｎ）は、反射光の入射に応じて電荷を発生する受光領域(フォトダイオードＰＤ)と、フォトダイオードＰＤに隣接した第１の蓄積領域ｆｄ１及び第２の蓄積領域ｆｄ２を備えている。第１の転送電極ＴＸ１及び第２の転送電極ＴＸ２は、それぞれ第１の蓄積領域ｆｄ１及び第２の蓄積領域ｆｄ２への電荷の流入をそれぞれ制御している。第１及び第２の蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２の電極Ｖｆｄ１，Ｖｆｄ２間には、トランジスタからなるスイッチΦ１、Φ２をそれぞれ介して、キャパシタＣ１が電気的に接続されている。
【００３５】
第１のスイッチΦ１は、キャパシタＣ１の第１端子（図面の右側端子：節点ＶＡ）と第１の蓄積領域ｆｄ１との間に介在し、第２のスイッチΦ２は、キャパシタＣ１の第２端子（図面の左側端子：節点ＶＢ）と第２の蓄積領域ｆｄ２との間に介在している。また、キャパシタＣ１の第２端子（図面左側端子：節点ＶＢ）と正の基準電位Ｖｒとの間には、トランジスタからなる第３のスイッチΦ１ｒが介在している。キャパシタＣ１の第１端子（図面の右側端子：節点ＶＡ）と基準電位Ｖｒとの間には、第４のスイッチΦ２ｒが介在している。これらの素子より、１つの画素Ｐ（ｍ，ｎ）内に図２に示した読出回路ＲＣが構成されている。ここでいう基準電位とは、電源電位でもよいし、電源電位から作られた電位でもよい。
【００３６】
なお、説明の明瞭化を目的として、符号Φ１、Φ２、Φ１ｒ、Φ２ｒは、スイッチを示すと共に、各スイッチとグランド間に与えられる電圧も示すものとする。また、符号ＶＡ，ＶＢは、節点を示すと共に、キャパシタＣ１の両端に位置するこれらの節点とグランド電位との間の電圧も示すものとする。
【００３７】
蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２には、寄生容量Ｃｆｄ１，Ｃｆｄ２がグランド電位との間に介在している。センサ駆動回路ＤＲＶからは、各種の信号電圧Φ１、Φ１ｒ、Φ２、Φ２ｒ、ＴＸ１、ＴＸ２、ＰＧが出力されている。信号電圧Φ１、Φ１ｒ、Φ２、Φ２ｒは、それぞれ、トランジスタからなるスイッチΦ１、Φ１ｒ、Φ２、Φ２ｒの制御端子（電界効果トランジスタにあってはゲート電極、バイポーラトランジスタにあってはベース電極）に印加される。逆相信号である転送電圧ＴＸ１，ＴＸ２は、ＭＯＳトランジスタのゲート電極を構成する転送電極ＴＸ１，ＴＸ２にそれぞれ与えられる。直流電圧ＰＧは、フォトゲート電極ＰＧに与えられる。転送電圧ＴＸ１，ＴＸ２がハイレベルの場合、転送電極直下にはフォトゲート電極ＰＧ直下の光検出領域４よりもポテンシャルが低い領域が形成されるので、転送電極直下の領域よりもポテンシャルが低い蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２には、フォトダイオードＰＤで発生した電子が転送されて流入する。
【００３８】
蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２内に、電荷が蓄積されると、この電荷は、キャパシタＣ１に転送される。蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２には、背景光由来の電荷も蓄積されているが、背景光由来の電荷量は、双方の蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２内において同一であると見做せるので、これをキャパシタＣ１の両端子にそれぞれ転送した場合には、これらの電荷は相殺される。したがって、信号成分の電荷量を求めるためには、単一のキャパシタＣ１に、蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２で蓄積された電荷を転送すればよい。
【００３９】
キャパシタＣ１の両端子の電圧ＶＡ，ＶＢは、増幅回路ＡＭＰに入力され、増幅回路ＡＭＰの出力は制御回路１２に入力される。増幅回路ＡＭＰ又は制御回路１２では、入力された電圧ＶＡ，ＶＢの差分ＶＯＵＴ（＝ＶＡ−ＶＢ＝Ｖｆｄ１−Ｖｆｄ２）を演算する。この差分は、出射タイミングから遅れて戻ってくることで、振り分け比率が変更した蓄積電荷量の比率、すなわち、対象物までの距離に比例する。
【００４０】
次に、回路動作について説明する。
【００４１】
図４〜図１１は、実施の形態に係る距離画像センサの動作説明図であり、動作説明に必要な箇所のみを模式的に示してある。
【００４２】
図４は、リセット後に全てのスイッチがΦ１、Φ１ｒ、Φ２、Φ２ｒがＯＦＦしている状態を示しており、画素内には如何なる電荷も存在していない。
【００４３】
図５は、フォトゲート電極ＰＧの直下に光が入射し、キャリアとしての電子が発生した場合に、スイッチΦ１、Φ１ｒをＯＮし、Φ２、Φ２ｒをＯＦＦした状態を示している。図中の黒丸は右側の蓄積領域ｆｄ１に流れ込む電子を示し、図中の白丸は左側の蓄積領域ｆｄ２に流れ込む電子を示している。同図では、出射タイミングよりも戻り光のタイミングが遅延したため、右側には１２個の電荷が、左側には６個の電荷が流れ込んだとする。なお、これらの電荷量は、背景光由来の成分も含んでいる。右側の蓄積領域ｆｄ１に流入した電荷は、スイッチΦ１を介して、キャパシタＣ１の一方の端子にも流れ込み、電荷が分割されることになる。この状態で、図６に示すように、全てのスイッチΦ１、Φ１ｒ、Φ２、Φ２ｒをＯＦＦし、キャパシタＣ１の一方の端子に電荷を残留させる。
【００４４】
図７は、その後、スイッチΦ１、Φ１ｒをＯＦＦし、Φ２、Φ２ｒをＯＮした状態を示している。左側の蓄積領域ｆｄ２に蓄積されていた電荷は、分割されてキャパシタＣ１の他方の端子に流れ込み、電荷が分割されることになる。キャパシタＣ１の右側に蓄積されていた電荷は、逆の端子に蓄積された逆極性の電荷となる。すなわち、図８に示すように、キャパシタＣ１の右側に蓄積されていた電荷と、左側の蓄積領域ｆｄ２に蓄積されていた電荷は相殺して消滅し、右側の蓄積領域ｆｄ１に６個の電荷のみが残留する。
【００４５】
図９は、その後、光の入射に応じて、右側の蓄積領域ｆｄ１に追加で１２個の電荷が流れ込み、左側の蓄積領域ｆｄ２に６個の電荷が流れ込んだ状態を示している。右側の合計蓄積電荷数は１８個になっている。スイッチΦ２は接続されているので、電荷は分割され、３個の電荷がキャパシタＣ１の左側の端子に流れ込む。図１０は、図９の状態からスイッチΦ２ｒをＯＦＦした状態を示しており、図９の状態が保持されている。図１１は、その後、スイッチΦ１及びΦ２をＯＮし、右側の蓄積領域ｆｄ１に蓄積された電荷を、キャパシタＣ１に転送した状態を示しており、蓄積電荷量が、キャパシタ容量に応じて再配分されている。同図では、左側と右側の電荷量の比率は２：６になっている。この状態で、キャパシタＣ１の両端の電圧ＶＡ，ＶＢ（Ｖｆｄ１，Ｖｆｄ２）をそれぞれ読み出す。各キャパシタＣ１、Ｃｆｄ１，Ｃｆｄ２の容量が等しい（容量＝Ｃ）とし、Ｔ秒間の間に、右の蓄積領域ｆｄ１に蓄積された電荷量をＱ１、左の蓄積領域ｆｄ２に蓄積された電荷量をＱ２とすると、ｎ×Ｔ秒間後のこれらの電圧は以下の式で与えられる。但し、ｎ＝２ｍとし、ｍは自然数であるとする。
・Ｖｆｄ１＝（１／（３×Ｃ））・（（５／２）×Ｑ１＋２×Ｑ２）
・Ｖｆｄ２＝（１／（３×Ｃ））・（（１／２）×Ｑ１＋４×Ｑ２）
・ＶＯＵＴ＝Ｖｆｄ１−Ｖｆｄ２＝ｎ（Ｑ１−Ｑ２）／３Ｃ
【００４６】
図１２は、実施の形態に係る距離画像センサの第1のタイミングチャートである。
【００４７】
今回のリセット開始時刻ｔ１から、次回のリセットの開始時刻ｔ９までの期間を、１単位の検出期間（１Ｐｈａｓｅ）とする。時刻ｔ１〜ｔ２の間において、全てのスイッチΦ１ｒ、Φ２ｒ、Φ１、Φ２がＯＮされ、キャパシタＣ１及び蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２が初期状態にリセットが行われる。
【００４８】
しかる後、時刻ｔ２以降、時刻ｔ５までの間を、キャパシタへの一転送期間Ｔとし、逆相の方形波からなる転送電圧ＴＸ１、ＴＸ２を転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に印加しながら、スイッチΦ１ｒ、Φ１をＯＮ（ハイレベル）とし、スイッチΦ２ｒ、Φ２をＯＦＦ（ローレベル）とすることで、右側の蓄積領域ｆｄ１に蓄積された電荷をキャパシタＣ１の右側の端子に転送する。次に、時刻ｔ５以降、時刻ｔ６までの転送期間Ｔにおいても、逆相の方形波からなる転送電圧ＴＸ１、ＴＸ２を転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に印加しながら、スイッチΦ１ｒ、Φ１をＯＦＦ（ローレベル）とし、スイッチΦ２ｒ、Φ２をＯＮ（ハイレベル）とすることで、左側の蓄積領域ｆｄ２に蓄積された電荷をキャパシタＣ１の他方の端子に転送する。なお、このスイッチの切り替えの際に、重複する電荷成分は相殺される。
【００４９】
以下、同様に、時刻ｔ６〜ｔ７までの転送期間Ｔ、時刻ｔ７〜ｔ８までの転送期間Ｔにおいて、キャパシタＣ１への電荷転送を行った後、時刻ｔ８〜ｔ９の期間において、信号の読出しを行い、次の時刻ｔ９〜ｔ１０において再びリセットを行う。信号の読出しにおいては、スイッチΦ１及びΦ２をＯＮしておき、Φ１ｒ、Φ２ｒをＯＦＦしておく。
【００５０】
なお、同図には、光源からの出射光の強度信号ＬＥＤと、反射光の強度信号ＲＬＴＤが示されている。なお、同図では簡略化のため、これらの波形を方形波で示す。出射光に対する反射光の遅延時間が、対象物までの距離に相当する。すなわち、時刻ｔ２〜ｔ３までの期間が、光源から対象物までの距離の往復距離を光が進む時間である。もちろん、光源への駆動信号は方形波であり、その立ち上がり及び立ち下がり時刻は、転送電圧ＴＸ１の立ち上がり及び立ち下がり時刻に一致している。
【００５１】
転送電圧ＴＸ１がハイレベルの期間に右側の蓄積領域ｆｄ１内に転送された電荷量をＱ１とし、転送電圧ＴＸ２がハイレベルの期間に左側の蓄積領域ｆｄ２内に転送された電荷量をＱ２とすると、全体の電荷量（Ｑ１＋Ｑ２）に対する電荷量Ｑ２の比率分だけ、出射光と反射光の間に遅延時間が生じており、これが対象物までの距離Ｌの２倍に相当する。電荷の積分によって検出精度は向上する。
【００５２】
なお、全電荷量Ｑ１＋Ｑ２（積分した場合を含む）は、各画素における輝度に比例するため、制御回路によってＶｆｄ１＋Ｖｆｄ２（＝ＶＡ＋ＶＢ）を求めれば、通常の輝度画像を得ることができる。
【００５３】
ここで、駆動回路ＤＲＶは、スイッチ（Φ１、Φ２、Φ１ｒ、Φ２ｒ）を一周期（１Ｐｈａｓｅ）の初めの時刻において全てＯＮさせるリセット期間（時刻ｔ１〜ｔ２）を設定しており、一周期（１Ｐｈａｓｅ）内において、第１の期間（時刻ｔ２〜ｔ５、時刻ｔ６〜ｔ７：Ｔ１とする）及び第２の期間（時刻ｔ５〜ｔ６、時刻ｔ７〜ｔ８：Ｔ２とする）を交互に設定している。
【００５４】
そして、第１の期間（Ｔ１）では、スイッチ（Φ１、Φ１ｒ）の双方をＯＮし、スイッチ（Φ２、Φ２ｒ）の双方をＯＦＦし、第２の期間（Ｔ２）では、スイッチ（Φ１、Φ１ｒ）の双方をＯＦＦし、第２及び第４スイッチ（Φ２、Φ２ｒ）の双方をＯＮし、一周期（１Ｐｈａｓｅ）内において、転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に、出射光の変調信号ＬＥＤに同期し、互いに逆相の変調信号ＴＸ１，ＴＸ２を与えている。
【００５５】
光の量子性に基づくノイズ（フォトンショットノイズ）は、露光光量の２乗根で増加し、信号成分は比例で増加するので、露光時間を増加させるほど信号成分の割合が増加し、信号雑音比は向上する。したがって、転送電極ＴＸ１，ＴＸ２によって、第１及び第２の蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２内に振り分けられた電荷を積分するほど、信号雑音比が改善し、正確な距離画像（輝度画像）を得ることができる。転送電極ＴＸ１、ＴＸ２に変調信号ＴＸ１，ＴＸ２を与えることで、蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２において、一定期間の電荷積分を行い、これと同時に或いは積分後に、蓄積領域ｆｄ１で積分された電荷を、第１の期間（Ｔ１）では、キャパシタＣ１の右側の端子ＶＡに接続し、蓄積領域ｆｄ２で積分された電荷を、第２の期間（Ｔ２）では、キャパシタＣ１の左側の端子ＶＢに接続し、キャパシタＣ１内において、双方の蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２に含まれる電荷成分、すなわち、背景光成分を相殺している。
【００５６】
ここで、それぞれの蓄積領域ｆｄ１，ｆｄ２は単一のキャパシタＣ１にしか接続されていないため、画素の大きさを小さくして空間分解能を向上させることができ、また、蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２内に転送された電荷は積分されているため、信号雑音比が向上すると共に、スイッチＱ１，Ｑ２のキャパシタＣ１への電荷転送時のスイッチング回数が減少するため、スイッチング・ノイズも低減し、キャパシタＣ１内に距離に応じた電荷が蓄積され、かかる電荷量（これに応じた電圧）を検出することで、正確な距離を算出することができる。
【００５７】
図１３は、実施の形態に係る距離画像センサの第２のタイミングチャートである。
このタイミングチャートでは、信号の読出しを、時刻ｔ９と時刻ｔ１０との間の期間に行っており、その他の構成は、第１のタイミングチャートと同一である。すなわち、信号の読出しを、全てのスイッチΦ１、Φ２、Φ１ｒ、Φ２ｒをＯＦＦした状態で、行っている。
【００５８】
図１４は、実施の形態に係る距離画像センサの第３のタイミングチャートである。
【００５９】
このタイミングチャートでは、転送電圧ＴＸ１、ＴＸ２の双方をＯＦＦする期間を、時刻ｔ８と時刻ｔ９の間に設定し、この期間に、信号の読出しを行うものであり、その他の構成は、第１のタイミングチャートと同一である。
【００６０】
図１５は、実施の形態に係る距離画像センサの第４のタイミングチャートである。このタイミングチャートは、第１のタイミングチャートの変形であり、ダミースイッチング期間を備えている。
【００６１】
上述の距離画像センサでは、蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２に積分した電荷のキャパシタＣ１への転送時のスイッチング回数に差がある。この場合、片側の接続回数が多いことによって生じるオフセットを十分に相殺することができない。
【００６２】
そこで、駆動回路ＤＲＶが、一周期（１Ｐｈａｓｅ）内におけるリセット期間終了時以後の期間（時刻ｔ２から時刻ｔ１１）の第１及び第２のスイッチ（Φ１、Φ２）のスイッチング回数が等しくなるように、第１又は第２のスイッチ(Φ１、Φ２)を付加的にスイッチングすることとした（本例では、時刻ｔ９、時刻ｔ１０において、スイッチΦ１をＯＦＦ，ＯＮしている）。この場合、付加的なスイッチング（以下、ダミースイッチング）を行うことで、上記スイッチング回数が等しくなり、オフセットが相殺されるので、更に正確な距離画像を得ることができる。
【００６３】
同様に、一周期（１Ｐｈａｓｅ）内におけるリセット期間終了時以後の期間（時刻ｔ２から時刻ｔ１１）の第３及び第４のスイッチ（Φ１ｒ、Φ２ｒ）のスイッチング回数が等しくなるように、第３又は第４のスイッチ(Φ１ｒ、Φ２ｒ)を付加的にスイッチングしている（本例では、時刻ｔ８、時刻ｔ９において、スイッチΦ１ｒをＯＮ，ＯＦＦしている）。この場合、付加的なスイッチング（以下、ダミースイッチング）を行うことで、上記スイッチング回数が等しくなり、オフセットが相殺されるので、更に正確な距離画像を得ることができる。
【００６４】
図１６は、実施の形態に係る距離画像センサの第５のタイミングチャートである。このタイミングチャートは、第２のタイミングチャートの変形であり、ダミースイッチング期間を備えている。
【００６５】
上記と同様に、駆動回路ＤＲＶが、一周期（１Ｐｈａｓｅ）内におけるリセット期間終了時以後の期間（時刻ｔ２から時刻ｔ１０）の第１及び第２のスイッチ（Φ１、Φ２）のスイッチング回数が等しくなるように、第１又は第２のスイッチ(Φ１、Φ２)を付加的にスイッチングすることとした（本例では、時刻ｔ９、時刻ｔ１０において、スイッチΦ１をＯＦＦ，ＯＮしている）。この場合、付加的なスイッチング（以下、ダミースイッチング）を行うことで、上記スイッチング回数が等しくなり、オフセットが相殺されるので、更に正確な距離画像を得ることができる。
【００６６】
図１７は、実施の形態に係る距離画像センサの第６のタイミングチャートである。このタイミングチャートは、第１のタイミングチャートの変形であり、ダミースイッチング期間を備えている。
【００６７】
上記と同様に、駆動回路ＤＲＶが、一周期（１Ｐｈａｓｅ）内におけるリセット期間終了時以後の期間（時刻ｔ２から時刻ｔ９）の第１及び第２のスイッチ（Φ１、Φ１ｒ）のスイッチング回数が等しくなるように、第１又は第２のスイッチ(Φ１、Φ１ｒ)を付加的にスイッチングすることとした（本例では、リセット期間（ｔ１〜ｔ２）の直後の時刻において、スイッチΦ１とΦ１ｒをＯＦＦ，ＯＮしている）。この場合、付加的なスイッチング（以下、ダミースイッチング）を行うことで、上記スイッチング回数が等しくなり、オフセットが相殺されるので、更に正確な距離画像を得ることができる。なお、時刻ｔ８〜ｔ９は信号の読出し期間、時刻ｔ９〜ｔ１０は次のリセット期間であり、最初に全てのスイッチをリセットしてから蓄積を開始する。
【００６８】
図１８は、実施の形態に係る距離画像センサの第７のタイミングチャートであり、時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ５〜ｔ６、ｔ９〜ｔ１０、ｔ１３〜ｔ１４、ｔ１７〜ｔ１８がリセット期間であり、時刻ｔ４〜ｔ５、ｔ８〜ｔ９、ｔ１２〜ｔ１３、ｔ１６〜ｔ１７が信号の読出期間である。
【００６９】
ダミースイッチングを用いない場合、キャパシタＣ１に転送される電荷のスイッチング回数がキャパシタＣ１の各端子において異なるが、この発明では、以下の（ａ）〜（ｄ）の４つの位相において、各蓄積領域ｆｄ１、ｆｄ２に蓄積された電荷（に応じた電圧）の差分をとることで、背景光成分と共にオフセット成分を相殺することができる。これにより、正確な距離を算出することができる。
【００７０】
すなわち、この距離画像センサにおいては、駆動回路ＤＲＶは、以下のように信号を与えている。
【００７１】
（ａ）特定の一周期（時刻ｔ１〜ｔ５）内において、出射光の変調信号ＬＥＤと０°の位相差を有するタイミングで、第１の転送電極に変調信号ＴＸ１を与え、第２の転送電極に、第１の転送電極に与えられる変調信号ＴＸ１とは逆相の変調信号ＴＸ２を与えている。（ｂ）別の一周期（時刻ｔ５〜ｔ９）内において、出射光の変調信号ＬＥＤと９０°の位相差を有するタイミングで、第１の転送電極に変調信号ＴＸ１を与え、第２の転送電極に、第１の転送電極に与えられる変調信号ＴＸ１とは逆相の変調信号ＴＸ２を与えている。
（ｃ）更に別の一周期（時刻ｔ９〜ｔ１３）内において、出射光の変調信号ＬＥＤと１８０°の位相差を有するタイミングで、第１の転送電極に変調信号ＴＸ１を与え、第２の転送電極に、第１の転送電極に与えられる変調信号ＴＸ１とは逆相の変調信号ＴＸ２を与えている。
（ｄ）上記とは異なる別の一周期（時刻ｔ１３〜ｔ１７）内において、出射光の変調信号ＬＥＤと２７０°の位相差を有するタイミングで、第１の転送電極に変調信号ＴＸ１を与え、第２の転送電極に、第１の転送電極に与えられる変調信号ＴＸ１とは逆相の変調信号ＴＸ２を与えている。
【００７２】
なお、上記（ａ）〜（ｄ）の一周期内における第１の期間（Ｔ１：Φ１、Φ１ｒがＯＮとなる期間）と第２の期間（Ｔ２：Φ２、Φ２ｒがＯＮとなる期間）の順序は同一である。
【００７３】
このように、４つの位相（０°、９０°、１８０°、２７０°）と、各位相における電圧Ｖｆｄ１、Ｖｆｄ２（ＶＡ，ＶＢ）を用いることで、オフセットをキャンセルして距離を求めることができる。すなわち、各位相の電圧Ｖｆｄ１，Ｖｆｄ２に、同量のオフセットが重畳しているとすると、電圧Ｖｆｄ１同士、Ｖｆｄ２同士の差を取れば、オフセットの影響を低減できる。
【００７４】
各位相における電圧Ｖｆｄ１，Ｖｆｄ２を、Ｖｆｄ１（位相），Ｖｆｄ２（位相）として示すと、オフセットと直流成分を除去するため、以下のような差分値を求める。
Ｖｆｄ（０°）＝Ｖｆｄ１（０°）−Ｖｆｄ１（１８０°）
Ｖｆｄ（９０°）＝Ｖｆｄ１（９０°）−Ｖｆｄ１（２７０°）
Ｖｆｄ（１８０°）＝Ｖｆｄ２（０°）−Ｖｆｄ２（１８０°）
Ｖｆｄ（２７０°）＝Ｖｆｄ２（９０°）−Ｖｆｄ２（２７０°）
【００７５】
また、Ｖｆｄ１とＶｆｄ２のばらつきを除去するため、以下のように、差分値を求める。
Ｖ１＝｜Ｖｆｄ（０°）-Ｖｆｄ（１８０°）｜
Ｖ２＝｜Ｖｆｄ（９０°）-Ｖｆｄ（２７０°）｜
信号の総量ＶｔｏｔａｌをＶ１＋Ｖ２として、４つの位相を含む期間（ｔ１〜ｔ１７）に光が進む距離はＶ１／Ｖｔｏｔａｌで与えられる。
【００７６】
図１９は、実施の形態に係る距離画像センサの第８のタイミングチャートであり、時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ５〜ｔ６、ｔ９〜ｔ１０、ｔ１３〜ｔ１４、ｔ１７〜ｔ１８がリセット期間であり、時刻ｔ４〜ｔ５、ｔ８〜ｔ９、ｔ１２〜ｔ１３、ｔ１６〜ｔ１７が信号の読出期間である。このタイミングチャートでは、０°と９０°の２つの位相差のみを用いるが、Φ１、Φ２の順序が検出期間（ｔ１〜ｔ１８）の前半と後半で逆転している。
【００７７】
すなわち、この距離画像センサの駆動回路ＤＲＶは、以下のように信号を与えている。
（ａ）特定の一周期（時刻ｔ１〜ｔ５）内において、出射光の変調信号ＬＥＤと０°の位相差を有するタイミングで、第１の転送電極に変調信号ＴＸ１を与え、第２の転送電極に、第１の転送電極に与えられる変調信号ＴＸ１とは逆相の変調信号ＴＸ２を与えている。（ｂ）別の一周期（時刻ｔ５〜ｔ９）内において、出射光の変調信号ＬＥＤと９０°の位相差を有するタイミングで、第１の転送電極に変調信号ＴＸ１を与え、第２の転送電極に、第１の転送電極に与えられる変調信号ＴＸ１とは逆相の変調信号ＴＸ２を与えている。
（ｃ）更に別の一周期（時刻ｔ９〜ｔ１３）内において、出射光の変調信号ＬＥＤと０°の位相差を有するタイミングで、第１の転送電極に変調信号ＴＸ１を与え、第２の転送電極に、第１の転送電極に与えられる変調信号ＴＸ１とは逆相の変調信号ＴＸ２を与えている。
（ｄ）上記とは異なる別の一周期（時刻ｔ１３〜ｔ１７）内において、出射光の変調信号ＬＥＤと９０°の位相差を有するタイミングで、第１の転送電極に変調信号ＴＸ１を与え、第２の転送電極に、第１の転送電極に与えられる変調信号ＴＸ１とは逆相の変調信号ＴＸ２を与えている。
【００７８】
そして、本例では、上記（ａ）及び（ｂ）の一周期内における第１の期間（Ｔ１：Φ１、Φ１ｒがＯＮの期間）と第２の期間（Ｔ２：Φ２、Φ２がＯＮの期間）の順序は同一であり、上記（ｃ）及び（ｄ）の一周期内における第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２の順序は、上記（ａ）及び（ｂ）の場合とは逆である。
【００７９】
この発明では、上記（ａ）、（ｂ）の２つの位相と、これとはキャパシタＣ１への電荷転送の順番が異なる（ｃ）、（ｄ）の場合の位相において、各蓄積領域に蓄積された電荷（に応じた電圧）の差分をとることで、背景光成分と共にオフセット成分を相殺することができる。これにより、正確な距離を算出することができる。
【００８０】
上述のように、各画素において正確な距離を算出することができるので、本発明の距離画像センサでは、正確な距離画像を得ることができる。
【００８１】
各位相における電圧Ｖｆｄ１，Ｖｆｄ２を、Ｖｆｄ１（位相），Ｖｆｄ２（位相）として示すと、これらのばらつきと直流成分を除去するため、以下のような差分値を求める。なお、Ｖｆｄ１、Ｖｆｄ２は前半の期間（ａ）、（ｂ）における電圧を示し、Ｖｆｄ１’、Ｖｆｄ２’は後半の期間（ｃ）、（ｄ）におけるこれらの電圧を示すものとする。
Ｖｆｄ（０°）＝Ｖｆｄ１（０°）−Ｖｆｄ２（０°）
Ｖｆｄ（９０°）＝Ｖｆｄ１（９０°）−Ｖｆｄ２（９０°）
Ｖｆｄ’（０°）＝Ｖｆｄ１’（０°）−Ｖｆｄ２’（０°）
Ｖｆｄ’（９０°）＝Ｖｆｄ１’（９０°）−Ｖｆｄ２’（９０°）
【００８２】
４つの位相を含む期間（ｔ１〜ｔ１７）に光が進む距離は、以下の距離Ｌ１，Ｌ２の平均（＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２）で与えられる。
Ｌ１＝Ｖｆｄ（０°）／（Ｖｆｄ（０°）＋Ｖｆｄ（９０°））
Ｌ２＝Ｖｆｄ’（０°）／（Ｖｆｄ’（０°）＋Ｖｆｄ’（９０°））
【符号の説明】
【００８３】
１・・・距離画像センサ、ＩＭＲ・・・撮像領域、ＰＤ・・・受光領域、ｆｄ１，ｆｄ２・・・蓄積領域、ＴＸ１，ＴＸ２・・・転送電極、Ｃ１・・・キャパシタ、Φ１・・・第１のスイッチ、Φ２・・・第２のスイッチ、Φ１ｒ・・・第３のスイッチと、Φ２ｒ・・・第４のスイッチ、ＤＲＶ・・・駆動回路。
【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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