(57)【要約】【課題】測定可能な距離を延ばすことができる距離センサを得る。【解決手段】本開示の距離センサは、光源部に対して、第１の光パルスの射出動作を指示する制御部と、第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスを受光することにより信号電荷を発生させるフォトダイオードを有し、信号電荷を蓄積するとともに、信号電荷を電圧に変換することにより受光信号を生成する受光部と、受光信号における、第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化を検出する第１の検出動作を行う信号変化検出部と、第１の信号変化に基づいて、光源部における第１の光パルスの射出タイミングから受光部における第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔を測定する第１の測定動作を行う時間測定部とを備える。【選択図】図７
2019032206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部に対して、第１の光パルスの射出動作を指示する制御部と、
前記第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスを受光することにより信号電荷を発生させるフォトダイオードを有し、前記信号電荷を蓄積するとともに、前記信号電荷を電圧に変換することにより受光信号を生成する受光部と、
前記受光信号における、前記第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化を検出する第１の検出動作を行う信号変化検出部と、
前記第１の信号変化に基づいて、前記光源部における前記第１の光パルスの射出タイミングから前記受光部における前記第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔を測定する第１の測定動作を行う時間測定部と
を備えた距離センサ。
【請求項２】
前記第１の信号変化は、前記第１の反射光パルスの後端に対応する信号変化であり、
前記射出タイミングは、前記第１の光パルスの後端タイミングであり、
前記受光タイミングは、前記第１の反射光パルスの後端タイミングである
請求項１に記載の距離センサ。
【請求項３】
前記受光部は、
ゲート、ソース、およびドレインを有し、前記ソースおよび前記ドレインのうちの一方が前記フォトダイオードに接続され、他方が第１のノードに接続された第１のトランジスタと、
前記第１のノードに接続され、前記信号電荷を蓄積するとともに、前記信号電荷を電圧に変換する信号変換部と、
ゲート、ソース、およびドレインを有し、前記ソースおよび前記ドレインのうちの一方に所定の電圧が供給され、他方が前記第１のノードに接続された第２のトランジスタと、
前記第１のノードにおける電圧に応じた電圧を出力する出力部と
をさらに有する
請求項１に記載の距離センサ。
【請求項４】
前記フォトダイオードは、第１のノードに接続され、前記信号電荷を蓄積し、
前記受光部は、
ゲート、ソース、およびドレインを有し、前記ソースおよび前記ドレインのうちの一方に所定の電圧が供給され、他方が前記第１のノードに接続された第２のトランジスタと、
前記第１のノードにおける電圧に応じた電圧を出力する出力部と
をさらに有する
請求項１に記載の距離センサ。
【請求項５】
前記第２のトランジスタの前記ゲートのゲート長は、前記第２のトランジスタの前記ゲートのゲート幅よりも長い
請求項３に記載の距離センサ。
【請求項６】
前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して、前記第２のトランジスタをオン状態にさせるオン電圧と前記第２のトランジスタをオフ状態にさせるオフ電圧との間の中間電圧を印加可能な駆動部をさらに備えた
請求項３に記載の距離センサ。
【請求項７】
前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して、前記第２のトランジスタをオフ状態にさせるオフ電圧および、前記第２のトランジスタをオン状態にさせるオン電圧と前記オフ電圧との間の中間電圧を選択的に印加可能な駆動部をさらに備えた
請求項３に記載の距離センサ。
【請求項８】
前記駆動部は、第１の期間において、前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して前記中間電圧を印加し、前記第１の期間の後の第２の期間において、前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して、前記中間電圧および前記オフ電圧を交互に印加する
請求項７に記載の距離センサ。
【請求項９】
前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して、前記第２のトランジスタをオン状態にさせるオン電圧、および前記第２のトランジスタをオフ状態にさせるオフ電圧を選択的に印加可能な駆動部をさらに備え、
前記駆動部は、第１の期間において、前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して前記オン電圧を印加し、前記第１の期間の後の第２の期間において、前記第２のトランジスタのゲートに対して前記オフ電圧を印加し、
前記信号変化検出部は、前記第２の期間において、前記第１の検出動作を行う
請求項３に記載の距離センサ。
【請求項１０】
前記第２のトランジスタの前記ゲートに印加する電圧を変更可能な駆動部をさらに備えた
請求項３に記載の距離センサ。
【請求項１１】
前記信号変化検出部は、前記受光信号における、互いに所定時間離れた２つのタイミングでの２つの信号値の差分値を、所定のしきい値と比較することにより、前記第１の信号変化を検出する
請求項１に記載の距離センサ。
【請求項１２】
前記信号変化検出部は、前記受光信号の微分値を、所定のしきい値と比較することにより、前記第１の信号変化を検出する
請求項１に記載の距離センサ。
【請求項１３】
前記信号変化検出部は、前記受光信号を増幅し、増幅された前記受光信号に基づいて前記第１の検出動作を行う
請求項１に記載の距離センサ。
【請求項１４】
前記フォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードである
請求項１に記載の距離センサ。
【請求項１５】
第１の光パルスを射出する光源部と、
前記光源部に対して、前記第１の光パルスの射出動作を指示する制御部と、
前記第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスが入射するレンズと、
前記第１の反射光パルスを前記レンズを介して受光することにより信号電荷を発生させるフォトダイオードを有し、前記信号電荷を蓄積するとともに、前記信号電荷を電圧に変換することにより受光信号を生成する受光部と、
前記受光信号における、前記第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化を検出する第１の検出動作を行う信号変化検出部と、
前記第１の信号変化に基づいて、前記光源部における前記第１の光パルスの射出タイミングから前記受光部における前記第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔を測定する第１の測定動作を行う時間測定部と
を備えた距離測定装置。
【請求項１６】
前記第１の信号変化は、前記第１の反射光パルスの後端に対応する信号変化であり、
前記射出タイミングは、前記第１の光パルスの後端タイミングであり、
前記受光タイミングは、前記第１の反射光パルスの後端タイミングである
請求項１５に記載の距離測定装置。
【請求項１７】
前記光源部は、
前記第１の光パルスを射出する光源と、
前記光源における前記第１の光パルスの射出動作を制御する光源制御部と
を有し、
前記光源制御部は、
前記光源に発光電流を流す電流源と、
前記発光電流の経路に挿入されたスイッチと、
前記スイッチの動作を制御するスイッチ制御部と
を有し、
前記スイッチ制御部は、前記第１の光パルスの後端タイミングにおいて、前記スイッチをオフにし、
前記射出タイミングは、前記スイッチをオフにしたタイミングに対応する
請求項１６に記載の距離測定装置。
【請求項１８】
前記制御部は、前記光源部に対して、前記第１の光パルスに加え、前記第１の光パルスの後の第２の光パルスの射出動作をも指示し、
前記フォトダイオードは、前記第２の光パルスに対応する第２の反射光パルスを受光することにより前記信号電荷を発生させ、
前記信号変化検出部は、前記受光信号における、前記第２の反射光パルスに応じた第２の信号変化を検出する第２の検出動作を行い、
前記時間測定部は、前記第２の信号変化に基づいて、前記光源部における前記第２の光パルスの射出タイミングから前記受光部における前記第２の反射光パルスの受光タイミングまでの第２の時間間隔を測定する第２の測定動作を行う
請求項１５に記載の距離測定装置。
【請求項１９】
前記光源部は、前記第１の光パルスおよび前記第２の光パルスを射出する光源を有する
請求項１８に記載の距離測定装置。
【請求項２０】
前記光源部は、
前記第１の光パルスを射出する第１の光源と、
前記第２の光パルスを射出し、前記第１の光源とは種類が異なる第２の光源と
を有する
請求項１８に記載の距離測定装置。
【請求項２１】
前記時間測定部は、
クロック信号を生成するクロック生成部と、
前記クロック信号に基づいてカウント動作を行うことにより、前記第１の時間間隔および前記第２の時間間隔を測定する時間カウンタと
を有し、
前記クロック生成部は、前記第１の測定動作において、前記クロック信号の周期を第１の周期に設定するとともに、前記第２の測定動作において、前記クロック信号の周期を第２の周期に設定する
請求項１８に記載の距離測定装置。
【請求項２２】
前記時間カウンタは、前記第１の測定動作において、前記光源部における前記第１の光パルスの前記射出タイミングで前記カウント動作を開始し、前記第１の信号変化に基づいて前記カウント動作を停止する
請求項２１に記載の距離測定装置。
【請求項２３】
前記時間カウンタは、
前記第１の測定動作において、前記第１の光パルスの前記射出タイミングから所定の長さの期間の期間内において前記カウント動作を停止しなかった場合には、前記所定の長さの期間の終了時に前記カウント動作を停止し、
前記第２の測定動作において、前記第２の光パルスの前記射出タイミングから前記所定の長さの期間と同じ長さの時間が経過したタイミングで前記カウント動作を再開し、前記第２の信号変化に基づいて前記カウント動作を停止する
請求項２２に記載の距離測定装置。
【請求項２４】
光源部に対して、第１の光パルスの射出動作を指示する制御部と、
それぞれが、前記第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスを受光することにより信号電荷を発生させるフォトダイオードを有し、前記信号電荷を蓄積するとともに、前記信号電荷を電圧に変換することにより受光信号を生成する複数の受光部と、
前記受光信号における、前記第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化を検出する第１の検出動作を行う信号変化検出部と、
前記第１の信号変化に基づいて、前記光源部における前記第１の光パルスの射出タイミングから前記受光部における前記第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔を測定する第１の測定動作を行う測定部と
を備えた画像センサ。
【請求項２５】
前記制御部は、さらに、前記画像センサが、第１の動作モードを含む複数の動作モードのうちのいずれかで動作するように制御し、
前記測定部は、
クロック信号を生成するクロック生成部と、
前記クロック信号に基づいてカウント動作を行うカウンタと
を有し、
前記複数の受光部のそれぞれは、前記第１の動作モードにおいて、前記第１の反射光パルスに基づいて前記受光信号を生成し、
前記信号変化検出部は、前記第１の動作モードにおいて、前記第１の検出動作を行い、
前記カウンタは、前記第１の動作モードにおいて、前記第１の信号変化に基づいて前記カウント動作を停止することにより、前記第１の時間間隔を測定する
請求項２４に記載の画像センサ。
【請求項２６】
前記測定部は、電圧レベルが変化する参照信号を生成する信号生成部を有し、
前記複数の動作モードは、第２の動作モードを含み、
前記複数の受光部のそれぞれは、前記第２の動作モードにおいて、受光量に応じた画素信号を生成し、
前記カウンタは、前記第２の動作モードにおいて、前記参照信号と前記画素信号との比較結果に基づいて前記カウント動作を停止することにより、前記画素信号を画素値に変換する
請求項２５に記載の画像センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、距離を検出する距離センサ、そのような距離センサを用いた距離測定装置、および距離を検出する画像センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物までの距離を測定する際、しばしば、ＴＯＦ（Time Of Flight）法が用いられる。このＴＯＦ法を用いた距離測定装置は、光を射出するとともに、測定対象物により反射された反射光を検出する。そして、距離測定装置は、光を射出した射出タイミングおよび反射光を検出した検出タイミングの時間差を検出することにより、測定対象物までの距離を測定する（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−９１３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、距離測定装置では、遠く離れた測定対象物までの距離を測定できることが望まれており、測定可能な距離を延ばすことが期待されている。
【０００５】
測定可能な距離を延ばすことができる距離センサ、距離測定装置、および画像センサを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施の形態における距離センサは、制御部と、受光部と、信号変化検出部と、測定部とを備えている。制御部は、光源部に対して、第１の光パルスの射出動作を指示するものである。受光部は、第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスを受光することにより信号電荷を発生させるフォトダイオードを有し、信号電荷を蓄積するとともに、信号電荷を電圧に変換することにより受光信号を生成するものである。信号変化検出部は、受光信号における、第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化を検出する第１の検出動作を行うものである。時間測定部は、第１の信号変化に基づいて、光源部における第１の光パルスの射出タイミングから受光部における第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔を測定する第１の測定動作を行うものである。
【０００７】
本開示の一実施の形態における距離測定装置は、光源部と、制御部と、レンズと、受光部と、信号変化検出部と、時間測定部とを備えている。光源部は、第１の光パルスを射出するものである。制御部は、光源部に対して、第１の光パルスの射出動作を指示するものである。レンズは、第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスが入射するものである。受光部は、第１の反射光パルスをレンズを介して受光することにより信号電荷を発生させるフォトダイオードを有し、信号電荷を蓄積するとともに、信号電荷を電圧に変換することにより受光信号を生成するものである。信号変化検出部は、受光信号における、第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化を検出する第１の検出動作を行うものである。時間測定部は、第１の信号変化に基づいて、光源部における第１の光パルスの射出タイミングから受光部における第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔を測定する第１の測定動作を行うものである。
【０００８】
本開示の一実施の形態における画像センサは、制御部と、複数の受光部と、信号変化検出部と、測定部とを備えている。制御部は、光源部に対して、第１の光パルスの射出動作を指示するものである。複数の受光部は、それぞれが、第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスを受光することにより信号電荷を発生させるフォトダイオードを有し、信号電荷を蓄積するとともに、信号電荷を電圧に変換することにより受光信号を生成するものである。信号変化検出部は、受光信号における、第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化を検出する第１の検出動作を行うものである。測定部は、第１の信号変化に基づいて、光源部における第１の光パルスの射出タイミングから受光部における第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔を測定する第１の測定動作を行うものである。
【０００９】
本開示の一実施の形態における距離センサ、距離測定装置、および画像センサでは、受光部において、光源部から射出された第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスが受光され、信号電荷が発生する。そして、この受光部において信号電荷が蓄積されるとともに、信号電荷が電圧に変換されることにより受光信号が生成される。そして、この受光信号における、第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化が検出され、この第１の信号変化に基づいて、光源部における第１の光パルスの射出タイミングから受光部における第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔が測定される。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一実施の形態における距離センサ、距離測定装置、および画像センサによれば、受光部が第１の反射光パルスを受光ことにより信号電荷を発生させ、この信号電荷を蓄積するとともに受光信号を生成し、この受光信号における第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化に基づいて、第１の時間間隔を測定したので、測定可能な距離を延ばすことができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施の形態に係る距離測定装置の一構成例を表すブロック図である。
【図２】図１に示した光源および光源制御部の一構成例を表すブロック図である。
【図３】図１に示した光源および光源制御部の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図４】図１に示した撮像部の一構成例を表すブロック図である。
【図５】図４に示した画素アレイおよび読出部の一構成例を表す回路図である。
【図６】図５に示した差分回路の一構成例を表すブロック図である。
【図７】第１の実施の形態に係る距離測定装置の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図８】画素信号の一例を表す波形図である。
【図９】第１の実施の形態に係る撮像画素の一動作例を表す説明図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る距離測定装置の他の動作例を表すタイミング波形図である。
【図１１】第１の実施の形態に係る距離測定装置の他の動作例を表すタイミング波形図である。
【図１２】図５に示した差分回路の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１３】微小信号に対する積分動作の一例を表す説明図である。
【図１４】第１の実施の形態の他の変形例に係る撮像画素の一動作例を表す説明図である。
【図１５】第１の実施の形態の他の変形例に係る撮像画素のレイアウト例を表す説明図である。
【図１６】第１の実施の形態の他の変形例に係る光源制御部の一構成例を表すブロック図である。
【図１７】第１の実施の形態の他の変形例に係る光源および光源制御部の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１８】第１の実施の形態の他の変形例に係る画素アレイの一構成例を表す回路図である。
【図１９】図１８に示した撮像画素の一動作例を表す説明図である。
【図２０Ａ】第１の実施の形態の他の変形例に係る差分回路の一構成例を表す回路図である。
【図２０Ｂ】第１の実施の形態の他の変形例に係る差分回路の一構成例を表すブロック図である。
【図２１Ａ】第１の実施の形態の他の変形例に係る微分回路の一構成例を表す回路図である。
【図２１Ｂ】第１の実施の形態の他の変形例に係る微分回路の一構成例を表す回路図である。
【図２２】第１の実施の形態の他の変形例に係る光源および光源制御部の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図２３】第１の実施の形態の他の変形例に係る光源および光源制御部の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図２４】第１の実施の形態の他の変形例に係る距離測定装置の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図２５】第２の実施の形態に係る距離測定装置の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図２６】第３の実施の形態に係る距離測定装置の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図２７】第３の実施の形態に係る撮像画素の一動作例を表す説明図である。
【図２８】第３の実施の形態に係る距離測定装置の他の動作例を表すタイミング波形図である。
【図２９】第３の実施の形態の変形例に係る読出部の一構成例を表すブロック図である。
【図３０】第３の実施の形態の変形例に係る距離測定装置の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図３１】第４の実施の形態に係る距離測定装置の一構成例を表すブロック図である。
【図３２】第４の実施の形態に係る距離測定装置の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図３３】第５の実施の形態に係る距離測定装置の一構成例を表すブロック図である。
【図３４】第５の実施の形態に係る距離測定装置の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図３５】応用例に係る撮像装置の一構成例を表すブロック図である。
【図３６】応用例に係る読出部の一構成例を表すブロック図である。
【図３７】応用例に係る撮像装置の一動作例を表すタイミング波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．第５の実施の形態
６．応用例
【００１３】
＜１．第１の実施の形態＞
［構成例］
図１は、一実施の形態に係る距離測定装置（距離測定装置１）の一構成例を表すものである。距離測定装置１は、ＴＯＦ法を用いて測定対象物までの距離Ｄを測定するものである。この距離測定装置１は、測定可能距離が長い（この例では３０ｍ〜１２０ｍ程度）ものである。距離測定装置１は、光源２０と、光源制御部３０と、レンズ１１と、撮像部４０と、制御部１２とを備えている。光源制御部３０、撮像部４０、および制御部１２は、例えば、半導体基板上に一体形成することができる。なお、これに限定されるものではなく、例えば、複数の個別部品をプリント基板上に実装することにより構成してもよい。具体的には、例えば、撮像部４０および制御部１２を、１つの半導体部品として構成するとともに、光源２０および光源制御部３０を１つの部品として構成し、これらの部品を、例えばプリント基板上に実装してもよい。
【００１４】
光源２０は、測定対象物に向かって光パルスＬ１を射出するものであり、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）を用いて構成されるものである。光源制御部３０は、制御部１２からの指示に基づいて、光源２０の動作を制御するものである。
【００１５】
図２は、光源２０および光源制御部３０の一構成例を表すものである。なお、図２には、制御部１２をも描いている。
【００１６】
光源２０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１を有している。発光ダイオード（ＬＥＤ）２１のアノードには電圧ＶＰが供給され、カソードは光源制御部３０の電流源３３（後述）の一端に接続されている。なお、この例では、１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）２１を用いて示したが、これに限定されるものではなく、複数の発光ダイオードを設け、これらの複数の発光ダイオードを直列に接続してもよいし、これらの複数の発光ダイオードを並列に接続してもよい。また、並列に接続された複数の発光ダイオードを有する発光ダイオード群を複数設け、この複数の発光ダイオード群を直列に接続してもよい。
【００１７】
光源制御部３０は、制御信号生成部３１と、ドライバ３２と、電流源３３と、スイッチ３４とを有している。制御信号生成部３１は、制御部１２からの指示に基づいて、制御信号Ｓ１，Ｓ３を生成するものである。ドライバ３２は、制御信号Ｓ１に基づいて電流源３３を駆動するものである。電流源３３は、所定の電流値の電流を流すものであり、例えば、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタを用いて構成される。電流源３３の一端は発光ダイオード（ＬＥＤ）２１のカソードに接続され、他端はスイッチ３４の一端に接続されている。スイッチ３４は、制御信号Ｓ３に基づいてオンオフ動作を行うものであり、例えば、ＭＯＳトランジスタを用いて構成される。スイッチ３４の一端は電流源３３の他端に接続され、他端は接地されている。
【００１８】
図３は、光源２０および光源制御部３０の一動作例を表すものであり、（Ａ）は制御信号Ｓ１の波形を示し、（Ｂ）は制御信号Ｓ３の波形を示し、（Ｃ）は光源２０から射出される射出光の波形を示す。この例では、制御信号Ｓ１が高レベルである場合に、電流源３３は電流を流す。また、制御信号Ｓ３が高レベルである場合に、スイッチ３４はオン状態になる。光源制御部３０は、制御信号Ｓ１，Ｓ３を用いて、光源２０の動作を制御し、光源２０は、光パルスＬ１を射出する。以下に、この動作について具体的に説明する。
【００１９】
タイミングｔ１１において、制御信号生成部３１は、制御信号Ｓ３を低レベルから高レベルに変化させる（図３（Ｂ））。これにより、スイッチ３４は、オフ状態からオン状態に変化する。
【００２０】
次に、タイミングｔ１２において、制御信号生成部３１は、制御信号Ｓ１を低レベルから高レベルに変化させる（図３（Ａ））。ドライバ３２は、この制御信号Ｓ１に基づいて、電流源３３を駆動する。電流源３３に供給される制御信号Ｓ２は、図３（Ａ）に示したように、負荷により鈍った信号になり、ややゆっくりと立ち上がる。電流源３３は、この制御信号Ｓ２に応じて、電流を流す。これにより、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１は、発光を開始する（図３（Ｃ））。
【００２１】
次に、タイミングｔ１３において、制御信号生成部３１は、制御信号Ｓ３を高レベルから低レベルに変化させる（図３（Ｂ））。これにより、スイッチ３４は、オン状態からオフ状態に変化する。そして、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１は、発光を停止する（図３（Ｃ））。その結果、光源２０は、図３（Ｃ）に示したように、パルス幅Ｔｐｗを有する光パルスＬ１を射出する。
【００２２】
次に、タイミングｔ１４において、制御信号生成部３１は、制御信号Ｓ１を高レベルから低レベルに変化させる（図３（Ａ））。ドライバ３２は、この制御信号Ｓ１に基づいて、電流源３３を駆動する。電流源３３に供給される制御信号Ｓ２は、負荷により鈍った信号になり、ややゆっくりと立ち下がる。
【００２３】
このようにして、光源２０は、測定対象物に向かって光パルスＬ１（図３（Ｃ））を射出する。このように、距離測定装置１では、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１の電流経路にスイッチ３４を挿入したので、スイッチ３４をオフにすることにより、光パルスＬ１の後端（波形部分ＷＬ１）における光強度の変化を急峻にすることができる。その結果、距離測定装置１では、後述するように、測定対象物により反射された光パルス（反射光パルスＬ２）の後端を利用して、測定対象物までの距離Ｄを高い精度で測定することができるようになっている。
【００２４】
レンズ１１（図１）は、撮像部４０の撮像面において像を結像させるものである。このレンズ１１には、反射光パルスＬ２が入射するようになっている。
【００２５】
撮像部４０は、制御部１２からの指示に基づいて、距離画像ＰＩＣを取得するものである。距離画像ＰＩＣに含まれる複数の画素値のそれぞれは、距離Ｄについての値（距離信号値）を示すものである。そして、撮像部４０は、取得した距離画像ＰＩＣを画像信号Ｓpicとして出力するようになっている。
【００２６】
図４は、撮像部４０の一構成例を表すものである。撮像部４０は、画素アレイ４１と、走査部４２と、読出部５０と、画像生成部４４と、撮像制御部４５とを有している。図５は、画素アレイ４１および読出部５０の一構成例を表すものである。
【００２７】
画素アレイ４１は、複数の撮像画素Ｐがマトリックス状に配置されたものである。各撮像画素Ｐは、受光量に応じた画素信号ＳＩＧを出力するようになっている。
【００２８】
図５に示したように、画素アレイ４１は、複数の制御線ＴＧＬと、複数の制御線ＲＳＴＬと、複数の制御線ＳＬＬと、複数の信号線ＳＧＬとを有している。制御線ＴＧＬは、水平方向（図４，５における横方向）に延伸するものであり、制御線ＴＧＬには、走査部４２により制御信号ＴＧが印加される。制御線ＲＳＴＬは、水平方向に延伸するものであり、制御線ＲＳＴＬには、走査部４２により制御信号ＲＳＴが印加される。制御線ＳＬＬは、水平方向に延伸するものであり、制御線ＳＬＬには、走査部４２により制御信号ＳＬが印加される。信号線ＳＧＬは、垂直方向（図４，５における縦方向）に延伸するものであり、読出部５０に対して画素信号ＳＩＧを供給するものである。
【００２９】
撮像画素Ｐは、フォトダイオード１４と、読出トランジスタ１５と、リセットトランジスタ１６と、フローティングディフュージョンＦＤと、出力部１７を有している。読出トランジスタ１５およびリセットトランジスタ１６は、この例ではＮ型のＭＯＳトランジスタである。
【００３０】
フォトダイオード１４は、受光量に応じて電子（信号電子）を発生させる光電変換素子である。フォトダイオード１４のアノードは接地され、カソードは読出トランジスタ１５のソースに接続されている。
【００３１】
読出トランジスタ１５のゲートは制御線ＴＧＬに接続され、ソースはフォトダイオード１４のカソードに接続され、ドレインはフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。
【００３２】
フローティングディフュージョンＦＤは、フォトダイオード１４から供給された信号電子を蓄積し、電圧に変換するものであり、例えば、半導体基板の表面に形成された拡散層を用いて構成される。この図５では、フローティングディフュージョンＦＤを、容量素子のシンボルを用いて示している。
【００３３】
リセットトランジスタ１６のゲートは制御線ＲＳＴＬに接続され、ドレインには電圧ＶＤＤが供給され、ソースはフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。
【００３４】
出力部１７は、フローティングディフュージョンＦＤにおける信号電子の数に応じた電圧を、画素信号ＳＩＧとして信号線ＳＧＬに出力するものである。出力部１７は、トランジスタ１８，１９を有している。トランジスタ１８，１９は、この例ではＮ型のＭＯＳトランジスタである。トランジスタ１８のゲートはフローティングディフュージョンＦＤに接続され、ドレインには電圧ＶＤＤが供給され、ソースはトランジスタ１９のドレインに接続されている。トランジスタ１９のゲートは制御線ＳＬＬに接続され、ドレインはトランジスタ１８のソースに接続され、ソースは信号線ＳＧＬに接続されている。
【００３５】
この構成により、撮像画素Ｐでは、制御線ＳＬＬに印加された制御信号ＳＬに基づいてトランジスタ１９がオン状態になることにより、撮像画素Ｐが信号線ＳＧＬと電気的に接続される。これにより、トランジスタ１８が、読出部５０の電流源６１（後述）に接続されるので、トランジスタ１８は、いわゆるソースフォロワとして動作する。また、制御線ＴＧＬに印加された制御信号ＴＧに基づいて、読出トランジスタ１５がオン状態になる。これにより、フォトダイオード１４はフローティングディフュージョンＦＤに接続される。また、制御線ＲＳＴＬに印加された制御信号ＲＳＴに基づいて、リセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧが中レベル電圧ＶＭに設定される。これにより、リセットトランジスタ１６はオン状態とオフ状態との間の中間状態になる。その結果、撮像画素Ｐのフォトダイオード１４において発生した電子が、オン状態である読出トランジスタ１５を介してフローティングディフュージョンＦＤに供給され、供給された電子がフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されるとともに、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電子の一部が、リセットトランジスタ１６を介して排出される。出力部１７は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に応じた電圧を、画素信号ＳＩＧとして、信号線ＳＧＬに出力する。このようにして、撮像画素Ｐは、受光量に応じた画素信号ＳＩＧを読出部５０に供給するようになっている。
【００３６】
走査部４２（図４）は、撮像制御部４５からの指示に基づいて、複数の撮像画素Ｐを画素ライン単位で順次駆動するものであり、例えばシフトレジスタを用いて構成される。具体的には、走査部４２は、複数の制御線ＴＧＬに対して制御信号ＴＧを印加し、複数の制御線ＲＳＴＬに対して制御信号ＲＳＴを印加し、複数の制御線ＳＬＬに対して制御信号ＳＬを印加することにより、複数の撮像画素Ｐを画素ライン単位で順次駆動するようになっている。
【００３７】
読出部５０は、撮像画素Ｐから出力された画素信号ＳＩＧに基づいて、光源２０が射出した光パルスＬ１の後端タイミングから、撮像画素Ｐが受光した反射光パルスＬ２の後端タイミングまでの時間間隔を測定するものである。具体的には、読出部５０は、光源２０が光パルスＬ１を射出したときに用いた制御信号Ｓ３の立ち下がりタイミング（図３におけるタイミングｔ１３）が光パルスＬ１の後端タイミングに対応することを利用し、この制御信号Ｓ３の立ち下がりタイミングから反射光パルスＬ２の後端タイミングまでの時間間隔を測定することにより、光パルスＬ１の後端タイミングから反射光パルスＬ２の後端タイミングまでの時間間隔を測定するようになっている。読出部５０は、複数の読出回路６０と、信号出力部５１と、読出制御部５２とを有している。
【００３８】
複数の読出回路６０は、図５に示したように、この例では、複数の信号線ＳＧＬにそれぞれ対応して設けられている。読出回路６０は、電流源６１と、信号変化検出部６２と、ラッチ回路６８と、時間カウンタ６９とを有している。
【００３９】
電流源６１は、所定の電流を流すものであり、これにより、各撮像画素Ｐの出力部１７はソースフォロワとして動作するようになっている。
【００４０】
信号変化検出部６２は、画素信号ＳＩＧに含まれる、反射光パルスＬ２の後端に対応する信号変化を検出するものである。信号変化検出部６２は、増幅回路６３と、差分回路（Difference Circuit）６４と、コンパレータ６７とを有している。
【００４１】
増幅回路６３は、画素信号ＳＩＧを増幅させることにより信号Ｓ６３を生成するものである。増幅回路６３のゲインは、例えば１０倍程度にすることができる。
【００４２】
差分回路６４は、増幅回路６３から出力された信号Ｓ６３における、互いに所定時間離れた２つのタイミングにおける信号値の差分を検出することにより信号ＤＩＦを生成するものである。
【００４３】
図６は、差分回路６４の一構成例を表すものである。差分回路６４は、遅延回路６５と、減算回路６６とを有している。遅延回路６５は、信号Ｓ６３を所定時間だけ遅延することにより信号Ｓ６５を生成するものである。遅延回路６５は、例えば、コイルおよび容量素子を用いて構成することができる。減算回路６６は、信号Ｓ６３から信号Ｓ６５を減算することにより信号ＤＩＦを生成するものである。
【００４４】
コンパレータ６７は、信号ＤＩＦの電圧としきい値電圧Ｖｔｈとを比較することにより信号ＣＯＭＰを生成するものである。コンパレータ６７の正入力端子には、信号ＤＩＦが供給され、負入力端子にはしきい値電圧Ｖｔｈが供給されるようになっている。
【００４５】
ラッチ回路６８は、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkで信号ＣＯＭＰをサンプリングしてラッチし、サンプリング結果を保持することにより、信号ＳＴＯＰを生成するものである。この信号ＳＴＯＰは、後述するように、反射光パルスＬ２の後端タイミングを示す信号である。
【００４６】
時間カウンタ６９は、クロック信号ＣＬＫのクロックパルスをカウントするカウント動作を行うものである。具体的には、時間カウンタ６９は、信号ＳＴＡＲＴに基づいてカウント動作を開始し、信号ＳＴＯＰに基づいてカウント動作を終了する。この信号ＳＴＡＲＴは、光源２０が射出した光パルスＬ１の後端タイミングを示す信号である。すなわち、カウント動作を終了したときの時間カウンタ６９のカウント値ＣＮＴは、光源２０が射出した光パルスＬ１の後端タイミングから、撮像画素Ｐが受光した反射光パルスＬ２の後端タイミングまでの時間間隔に対応するものである。すなわち、カウント値ＣＮＴは、撮像画素Ｐにおける距離Ｄについての値（距離信号値）に対応するものである。そして、時間カウンタ６９は、カウント動作を終了した後に、カウント値ＣＮＴを信号出力部５１に供給するようになっている。
【００４７】
信号出力部５１は、読出制御部５２からの指示に基づいて、複数の読出回路６０から供給されたカウント値ＣＮＴを、順次、信号Ｓpic1として出力するものである。
【００４８】
読出制御部５２は、読出部５０における読出動作を制御するものである。読出制御部５２は、しきい値電圧Ｖｔｈ、クロック信号ＣＬＫ、および信号ＳＴＡＲＴを生成する機能をも有している。
【００４９】
画像生成部４４（図４）は、読出部５０から供給された信号Ｓpic1に基づいて、各画素値が距離Ｄについての値を示す距離画像ＰＩＣを生成し、この距離画像ＰＩＣを画像信号Ｓpicとして出力するものである。
【００５０】
撮像制御部４５は、制御部１２からの指示に基づいて、走査部４２、読出部５０、および画像生成部４４に制御信号を供給し、これらの回路の動作を制御することにより、撮像部４０の動作を制御するものである。
【００５１】
この構成により、撮像部４０は、距離画像ＰＩＣを取得し、その距離画像ＰＩＣを画像信号Ｓpicとして出力するようになっている。
【００５２】
制御部１２（図１）は、光源制御部３０および撮像部４０に制御信号を供給し、これらの回路の動作を制御することにより、距離測定装置１の動作を制御するものである。
【００５３】
ここで、光源２０および光源制御部３０は、本開示における「光源部」の一具体例に対応する。制御部１２は、本開示における「制御部１２」の一具体例に対応する。撮像画素Ｐは、本開示における「受光部」の一具体例に対応する。光パルスＬ１は、本開示における「第１の光パルス」の一具体例に対応する。反射光パルスＬ２は、本開示における「第１の反射光パルス」の一具体例に対応する。信号変化検出部６２は、本開示における「信号変化検出部」の一具体例に対応する。時間カウンタ６９および読出制御部５２は、本開示における「時間測定部」の一具体例に対応する。しきい値電圧Ｖｔｈは、本開示における「所定のしきい値」の一具体例に対応する。制御信号生成部３１は、本開示における「スイッチ制御部」の一具体例に対応する。読出トランジスタ１５は、本開示における「第１のトランジスタ」の一具体例に対応する。リセットトランジスタ１６は、本開示における「第２のトランジスタ」の一具体例に対応する。フローティングディフュージョンＦＤは、本開示における「信号変換部」の一具体例に対応する。走査部４２は、本開示における「駆動部」の一具体例に対応する。
【００５４】
［動作および作用］
続いて、本実施の形態の距離測定装置１の動作および作用について説明する。
【００５５】
（全体動作概要）
まず、図１，４，５を参照して、距離測定装置１の全体動作概要を説明する。光源制御部３０（図１）は、制御部１２からの指示に基づいて、光源２０の動作を制御する。光源２０は、光パルスＬ１を射出する。
【００５６】
撮像部４０において、画素アレイ４１の撮像画素Ｐ（図４，５）は、受光量に応じた画素信号ＳＩＧを出力する。読出部５０の増幅回路６３（図５）は、画素信号ＳＩＧを増幅させることにより信号Ｓ６３を生成する。差分回路６４は、増幅回路６３から出力された信号Ｓ６３に基づいて、互いに所定時間離れた２つのタイミングにおける信号値の差分を検出する。コンパレータ６７は、信号ＤＩＦの電圧としきい値電圧Ｖｔｈとを比較することにより信号ＣＯＭＰを生成する。ラッチ回路６８は、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkで信号ＣＯＭＰをサンプリングしてラッチし、サンプリング結果を保持することにより、信号ＳＴＯＰを生成する。時間カウンタ６９は、信号ＳＴＡＲＴに基づいてカウント動作を開始し、信号ＳＴＯＰに基づいてカウント動作を終了する。そして、時間カウンタ６９は、カウント動作を終了した後に、カウント値ＣＮＴを信号出力部５１に供給する。信号出力部５１は、複数の読出回路６０から供給されたカウント値ＣＮＴを、順次、信号Ｓpic1として出力する。
【００５７】
そして、画像生成部４４（図４）は、信号Ｓpic1に基づいて、各画素値が距離Ｄについての値を示す距離画像ＰＩＣを生成し、この距離画像ＰＩＣを画像信号Ｓpicとして出力する。
【００５８】
（詳細動作）
撮像部４０は、画素アレイ４１における複数の撮像画素Ｐを画素ライン単位で順次駆動することにより、距離画像ＰＩＣを生成する。画素ラインを選択する場合には、走査部４２は、その画素ラインに係る制御信号ＳＬを低レベルから高レベルに変化させる。これにより、その画素ラインに属する撮像画素Ｐにおいて、出力部１７は、フローティングディフュージョンＦＤにおける信号電子の数に応じた電圧を、画素信号ＳＩＧとして信号線ＳＧＬに出力する。また、この動作では、制御信号ＴＧの電圧は高レベルを維持する。これにより、読出トランジスタ１５は、オン状態を維持する。また、この動作では、制御信号ＲＳＴの電圧は中レベル電圧ＶＭを維持する。これにより、リセットトランジスタ１６はオン状態とオフ状態との間の中間状態を維持する。以下に、ある画素ラインを選択した場合の、その画素ラインに属する撮像画素Ｐに係る動作について、詳細に説明する。
【００５９】
図７は、距離測定装置１の一動作例を表すものであり、（Ａ）は光源２０から射出される射出光の波形を示し、（Ｂ）は撮像部４０において受光される反射光の波形を示し、（Ｃ）は制御信号ＴＧの波形を示し、（Ｄ）は制御信号ＲＳＴの波形を示し、（Ｅ）は画素信号ＳＩＧの波形を示し、（Ｆ）は差分回路６４から出力される信号ＤＩＦの波形を示し、（Ｇ）はコンパレータ６７から出力される信号ＣＯＭＰの波形を示し、（Ｈ）はラッチ回路６８から出力される信号ＳＴＯＰの波形を示し、（Ｉ）は時間カウンタ６９の動作を示す。
【００６０】
この例は、測定レンジＲを約３０ｍに設定した場合における動作を示している。距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄが３０ｍである場合には、光源２０から射出した光が測定対象物により反射され、撮像部４０により受光されるまでの時間は、約２００ｎｓｅｃ．である。また、この例では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを２ｎｓｅｃ．にしている。この場合には、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄが３０ｍである場合の測定分解能を１／１００（＝２ｎｓｅｃ．／２００ｎｓｅｃ．）にすることができる。
【００６１】
上述したように、撮像画素Ｐのリセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧは中レベル電圧ＶＭに維持されているので、リセットトランジスタ１６は、オン状態とオフ状態との間の中間状態を維持する。この中間状態では、リセットトランジスタ１６におけるドレインとソースとの間の抵抗値は、オン状態における抵抗値よりも高い値であり、オフ状態における抵抗値よりも低い値になっている。
【００６２】
タイミングｔ２２よりも前の期間では、撮像画素Ｐのフォトダイオード１４は、背景光ＬＢに基づいて光電変換を行うことにより電子を発生させる。そして、この電子はオン状態である読出トランジスタ１５を介してフローティングディフュージョンＦＤに供給され、蓄積される。このとき、リセットトランジスタ１６は、オン状態とオフ状態との間の中間状態であるので、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電子の一部が、このフローティングディフュージョンＦＤから、リセットトランジスタ１６を介して排出される。そして、フォトダイオード１４からフローティングディフュージョンＦＤへの、背景光ＬＢに応じた電子の供給量と、フローティングディフュージョンＦＤからの電子の排出量とがつり合う状態になる。その結果、画素信号ＳＩＧの電圧は、背景光ＬＢがないときの電圧Ｖ１よりもやや低い電圧Ｖ２に維持される（図７（Ｅ））。
【００６３】
次に、タイミングｔ２２において、光源２０は、発光を開始する（図７（Ａ））。具体的には、光源制御部３０が、制御部１２からの指示に基づいて、図３に示したように光源２０を駆動することにより、光源２０は、発光を開始する。
【００６４】
次に、タイミングｔ２３において、光源２０は、発光を停止する（図７（Ａ））。具体的には、光源制御部３０が、制御部１２からの指示に基づいて、図３に示したように光源２０を駆動することにより、光源２０は、発光を停止する。その結果、タイミングｔ２２〜ｔ２３の期間において光パルスＬ１が生成される。この光パルスＬ１のパルス幅Ｔｐｗは、この例では、２００ｎｓｅｃ．である。
【００６５】
また、このタイミングｔ２３において、時間カウンタ６９は、カウント動作を開始する（図７（Ｉ））。具体的には、まず、制御部１２は、制御信号Ｓ３の立ち下がりタイミング（図３におけるタイミングｔ１３）に応じて、読出部５０に対して、時間カウンタ６９にカウント動作を開始させるように指示する。そして、読出部５０の読出制御部５２は、制御部１２からの指示に基づいて、光パルスＬ１の後端に対応するタイミングｔ２３において信号ＳＴＡＲＴを生成し、時間カウンタ６９は、この信号ＳＴＡＲＴに基づいて、カウント動作を開始する。
【００６６】
そして、この例では、タイミングｔ２４において、撮像部４０に、光パルスＬ１に応じた反射光パルスＬ２が到達する（図７（Ｂ））。
【００６７】
この反射光パルスＬ２に応じて、タイミングｔ２４〜ｔ２６の期間において、画素信号ＳＩＧの電圧が電圧Ｖ２から低下する（図７（Ｅ））。読出回路６０の増幅回路６３は、このような画素信号ＳＩＧを増幅する。そして、差分回路６４は、増幅回路６３から出力された信号Ｓ６３に基づいて信号ＤＩＦを生成する（図７（Ｆ））。
【００６８】
図８は、タイミングｔ２４〜ｔ２６における画素信号ＳＩＧおよび信号ＤＩＦのより具体的な波形を表すものである。図９は、タイミングｔ２４〜ｔ２６における撮像画素Ｐの動作を表すものであり、（Ａ）はフォトダイオード１４、読出トランジスタ１５、フローティングディフュージョンＦＤ、およびリセットトランジスタ１６の接続を示し、（Ｂ）は、これらの各素子における電位を示す。このタイミングｔ２４〜ｔ２６では、フォトダイオード１４は、背景光ＬＢおよび反射光パルスＬ２の両方に基づいて光電変換を行う。この光電変換により発生した電子は、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される。これにより、画素信号ＳＩＧの電圧は電圧Ｖ２から低下する。このとき、リセットトランジスタ１６がオン状態とオフ状態との間の中間状態であるため、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電子の一部が、このフローティングディフュージョンＦＤから、リセットトランジスタ１６を介して排出される。フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される電子が増加するほど、フローティングディフュージョンＦＤから排出される電子が増加するため、時間が経つにつれて、画素信号ＳＩＧの電圧の変化は緩やかになる。
【００６９】
そして、タイミングｔ２６において、反射光パルスＬ２が終了すると、画素信号ＳＩＧの電圧が上昇して電圧Ｖ２に戻る（図７（Ｅ））。すなわち、このタイミングｔ２６以降では、反射光パルスＬ２が終了するため、フローティングディフュージョンＦＤに供給される電子が減少する。その結果、フローティングディフュージョンＦＤからリセットトランジスタ１６を介して電子が排出され、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電子が減少することにより、画素信号ＳＩＧの電圧が上昇して電圧Ｖ２に戻る。
【００７０】
この画素信号ＳＩＧの電圧の変化に応じて、差分回路６４から出力される信号ＤＩＦの電圧は、一旦上昇してしきい値電圧Ｖｔｈを上回り、その後に低下する（図７（Ｆ））。これに応じて、コンパレータ６７は、信号ＣＯＭＰを変化させる（図７（Ｇ））。ラッチ回路６８は、この信号ＣＯＭＰの立ち上がりエッジに基づいて、信号ＳＴＯＰを低レベルから高レベルに変化させる（図７（Ｈ））。すなわち、この信号ＳＴＯＰの変化タイミングは、反射光パルスＬ２の後端（波形部分ＷＬ２）のタイミングに対応している。なお、図７（Ｅ）では、画素信号ＳＩＧのうちの、信号ＳＴＯＰの変化タイミングに対応する部分を、丸印で示している。
【００７１】
そして、時間カウンタ６９は、この信号ＳＴＯＰに基づいて、クロック信号ＣＬＫのカウント動作を終了する（図７（Ｉ））。このように、時間カウンタ６９は、光パルスＬ１の後端タイミング（タイミングｔ２３）において、信号ＳＴＡＲＴに基づいてカウント動作を開始し、反射光パルスＬ２の後端タイミング（タイミングｔ２６）において、信号ＳＴＯＰに基づいてカウント動作を終了する。すなわち、時間カウンタ６９がカウント動作を終了したときの時間カウンタ６９のカウント値ＣＮＴは、光源２０が射出した光パルスＬ１の後端タイミングから、撮像画素Ｐが受光した反射光パルスＬ２の後端タイミングまでの時間間隔に対応するものである。そして、時間カウンタ６９は、このタイミングｔ２６以降において、このカウント値ＣＮＴを信号出力部５１に供給する。
【００７２】
図１０は、距離測定装置１の他の動作例を表すものである。この例は、測定レンジＲを約１２０ｍに設定した場合における動作を示している。距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄが１２０ｍである場合には、光源２０から射出した光が測定対象物により反射され、撮像部４０により受光されるまでの時間は、約８００ｎｓｅｃ．である。また、この例では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを８ｎｓｅｃ．にしている。この場合には、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄが１２０ｍである場合の測定分解能を１／１００（＝８ｎｓｅｃ．／８００ｎｓｅｃ．）にすることができる。なお、この測定分解能は一例であり、適宜変更することができる。例えば、測定分解能を１／１０００にする場合には、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを０．８ｎｓｅｃ．にすることができる。
【００７３】
この例でも、図７の場合と同様に、タイミングｔ３２よりも前の期間において、フォトダイオード１４からフローティングディフュージョンＦＤへの、背景光ＬＢに応じた電子の供給量と、フローティングディフュージョンＦＤからの電子の排出量とがつり合う。その結果、画素信号ＳＩＧの電圧は、電圧Ｖ２に維持される（図１０（Ｅ））。
【００７４】
次に、タイミングｔ３２において、光源２０は、発光を開始し、タイミングｔ３３において、光源２０は、発光を停止する（図１０（Ａ））。その結果、タイミングｔ３２〜ｔ３３の期間において光パルスＬ１が生成される。また、光パルスＬ１の後端に対応するこのタイミングｔ３３において、時間カウンタ６９は、カウント動作を開始する（図１０（Ｉ））。
【００７５】
そして、この例では、タイミングｔ３４において、撮像部４０に、光パルスＬ１に応じた反射光パルスＬ２が到達する（図１０（Ｂ））。
【００７６】
この反射光パルスＬ２に応じて、タイミングｔ３４〜ｔ３６の期間において、画素信号ＳＩＧの電圧が電圧Ｖ２から低下する（図１０（Ｅ））。この例では、距離測定装置１から測定対象物までの距離Ｄが長いので、画素信号ＳＩＧの電圧の電圧Ｖ２からの変化量は、距離Ｄが短い場合（破線）に比べて小さい。そして、タイミングｔ３６において、反射光パルスＬ２が終了すると、画素信号ＳＩＧの電圧が上昇して電圧Ｖ２に戻る（図１０（Ｅ））。
【００７７】
この画素信号ＳＩＧの電圧の変化に応じて、差分回路６４から出力される信号ＤＩＦの電圧は、一旦上昇してしきい値電圧Ｖｔｈを上回り、その後に低下する（図１０（Ｆ））。これに応じて、コンパレータ６７は、信号ＣＯＭＰを変化させる（図１０（Ｇ））。ラッチ回路６８は、この信号ＣＯＭＰの立ち上がりエッジに基づいて、信号ＳＴＯＰを低レベルから高レベルに変化させる（図１０（Ｈ））。
【００７８】
そして、時間カウンタ６９は、この信号ＳＴＯＰに基づいて、クロック信号ＣＬＫのカウント動作を終了する（図１０（Ｉ））。そして、時間カウンタ６９は、このタイミングｔ３６以降において、カウント値ＣＮＴを信号出力部５１に供給する。
【００７９】
図１１は、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄが様々な距離である場合における、距離測定装置１の一動作例を表すものであり、（Ａ）は光源２０から射出される射出光の波形を示し、（Ｂ）は撮像部４０において受光される反射光の波形を示し、（Ｃ）は制御信号ＲＳＴの波形を示し、（Ｄ）は画素信号ＳＩＧの波形を示し、（Ｅ）は時間カウンタ６９の動作を示す。ここで、図１１（Ｅ）は、時間カウンタ６９がカウント動作を行い得る期間を示している。
【００８０】
この例は、測定レンジＲを約１２０ｍに設定している。また、この例では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを８ｎｓｅｃ．にしている。よって、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄが１２０ｍである場合の測定分解能は１／１００（＝８ｎｓｅｃ．／８００ｎｓｅｃ．）である。
【００８１】
図１１（Ｂ）に示したように、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄに応じて、反射光パルスＬ２が撮像部４０に到達するタイミングは変化する。時間カウンタ６９は、光パルスＬ１の後端に対応するタイミングｔ１において、カウント動作を開始し、反射光パルスＬ２の後端に対応するタイミングｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄにおいて、画素信号ＳＩＧの変化に基づいて、カウント動作を停止する。これにより、読出回路６０は、光源２０が射出した光パルスＬ１の後端タイミングから、撮像画素Ｐが受光した反射光パルスＬ２の後端タイミングまでの時間間隔を測定する。
【００８２】
図１２は、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄが距離Ｄ１〜Ｄ３である場合における、画素信号ＳＩＧおよび信号ＤＩＦの波形例を表すものである。波形ＳＩＧＤ１は、距離Ｄが距離Ｄ１である場合における画素信号ＳＩＧの波形を示し、波形ＳＩＧＤ２は、距離Ｄが距離Ｄ２である場合における画素信号ＳＩＧの波形を示し、波形ＳＩＧＤ３は、距離Ｄが距離Ｄ３である場合における画素信号ＳＩＧの波形を示す。波形ＤＩＦＤ１は、距離Ｄが距離Ｄ１である場合における信号ＤＩＦの波形を示し、波形ＤＩＦＤ２は、距離Ｄが距離Ｄ２である場合における信号ＤＩＦの波形を示し、波形ＤＩＦＤ３は、距離Ｄが距離Ｄ３である場合における信号ＤＩＦの波形を示す。ここで、距離Ｄ１は距離Ｄ２よりも短く、距離Ｄ２は距離Ｄ３よりも短い。なお、この図１２では、画素信号ＳＩＧが変化し始めるタイミングを一致させて描いている。また、背景光ＬＢのみの場合における画素信号ＳＩＧの波形ＳＩＧＢをも描いている。
【００８３】
このように、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄにより、画素信号ＳＩＧの電圧の変化量は異なる。しかしながら、この例では、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄに関わらず、信号ＤＩＦの電圧は、しきい値電圧Ｖｔｈをまたぐ。これにより、距離測定装置１では、信号ＳＴＯＰを生成することができるとともに、この信号ＳＴＯＰに基づいて時間カウンタ６９はカウント動作を停止することができる。その結果、距離測定装置１では、反射光の光強度によってカウント値ＣＮＴが変化しないため、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄを、高い精度で測定することができる。
【００８４】
なお、この例では、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄが異なる３つのケースを用いて説明したが、例えば、測定対象物における反射率が異なるケースでも同様である。この場合では、反射率に応じて反射光の光強度が異なる場合でも、上述したように反射光の光強度によってカウント値ＣＮＴが変化しないため、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄを、高い精度で測定することができる。
【００８５】
次に、反射光の光強度が微小な場合における、高感度な検出動作について説明する。撮像画素Ｐでは、フォトダイオード１４において発生した電子（信号電子）がフローティングディフュージョンＦＤに蓄積される。距離測定装置１は、このフローティングディフュージョンＦＤを用いて信号電子を蓄積することにより積分動作を行い、この積分結果に基づいて、微小信号を検出することができる。
【００８６】
図１３（Ａ）は、微小信号が積分されない場合の動作の一例を示し、図１３（Ｂ）は微小信号が積分される場合の動作の一例を示す。この例では、背景光ＬＢは電子１０個分の微小信号に対応し、反射光パルスＬ２は電子１０個分の微小信号に対応している。また、図１３において、丸印を付した部分は、読出回路６０によるサンプリングポイントを示す。
【００８７】
図１３（Ａ）に示したように、微小信号が積分されない場合には、微小信号（信号Ｓ１１）には、例えば光ショットノイズなどのノイズが乗るため、反射光パルスＬ２の信号成分が埋もれてしまう。よって、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkで、この信号Ｓ１１をサンプリングしても、反射光パルスＬ２を検出することができないおそれがある。
【００８８】
一方、図１３（Ｂ）に示したように、微小信号が積分される場合には、微小信号に加えてノイズも積分されるため、積分された信号（信号Ｓ１２）に基づいて反射光パルスＬ２を検出しやすくすることができる。具体的には、この信号Ｓ１２に基づいて、信号ＤＩＦに対応する信号Ｓ１３を生成し、この信号Ｓ１３の電圧をしきい値電圧Ｖｔｈと比較することにより、反射光パルスＬ２を検出しやすくすることができる。
【００８９】
以上のように、距離測定装置１では、光源２０が１つの光パルスＬ１を射出し、撮像画素Ｐが、その光パルスＬ１に応じた反射光パルスＬ２を受光するようにした。これにより、例えば、複数（例えば１０００個）の光パルスを射出するとともに、それらの複数の光パルスに応じた複数の反射光パルスに基づいて統計処理を行うことにより距離Ｄを求める場合に比べて、光パルスＬ１の光強度（パワー）を高くすることができる。すなわち、光源２０から射出した光が人間の目に入射しても目がダメージを受けないようにするため、例えば単位時間当たりのパワーが制限されることが望ましい。この場合において、距離測定装置１では、光パルスＬ１の数を少なくすることができるので、１つの光パルスＬ１あたりのパワーを高くすることができる。その結果、距離測定装置１では、測定可能距離を長くすることができる。例えば、光パルスＬ１のパワーを１０００倍にすることにより、測定可能距離を３１．６倍（１０００の平方根）に伸ばすことができる。
【００９０】
また、距離測定装置１では、光源２０が１つの光パルスＬ１を射出するようにしたので、消費電力を低減することができる。すなわち、例えば、複数の光パルスを射出するとともに、複数の反射光パルスに基づいて距離Ｄを求める場合には、光源や、複数の反射光パルスに基づいて処理を行う回路の消費電力が増加するおそれがある。一方、距離測定装置１では、光源２０が１つの光パルスＬ１を射出するとともに、１つの反射光パルスＬ２に基づいて距離Ｄを求めるようにしたので、消費電力を低減することができる。また、このように消費電力を低減することにより、発熱量を抑えることができるので、装置を安定して動作させることができ、例えば発熱により測定精度が悪化するおそれを低減することができる。さらに、このような低い消費電力および少ない発熱量を生かして、長時間にわたる距離測定動作を行うことができる。
【００９１】
また、距離測定装置１では、制御信号ＲＳＴの電圧を中レベル電圧ＶＭに設定するようにした。これにより、フォトダイオード１４において発生した電子をフローティングディフュージョンＦＤに蓄積するとともに、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電子の一部を、リセットトランジスタ１６を介して排出することができるので、測定可能距離を長くすることができる。すなわち、仮に、制御信号ＲＳＴの電圧を低レベル電圧ＶＬに設定した場合には、リセットトランジスタ１６がオフ状態になるので、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電子は排出されない。この場合には、例えば、背景光ＬＢに基づく電子がフローティングディフュージョンＦＤに蓄積され続けるため、距離Ｄが長い場合には、フローティングディフュージョンＦＤにおける電子の蓄積量が上限に達し、飽和するおそれがある。一方、距離測定装置１では、制御信号ＲＳＴの電圧を中レベル電圧ＶＭに設定した。これにより、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電子の一部を、リセットトランジスタ１６を介して排出することができるので、背景光ＬＢに基づく電子がフローティングディフュージョンＦＤに蓄積され続けるおそれを低減することができる。その結果、距離測定装置１では、測定可能距離を長くすることができる。
【００９２】
また、距離測定装置１では、反射光パルスＬ２の後端のタイミングを検出するようにしたので、測定対象物までの距離Ｄを測定しやすくすることができる。すなわち、例えば図７に示したように、反射光パルスＬ２が終了すると、フローティングディフュージョンＦＤに供給される電子が減少するので、フローティングディフュージョンＦＤからリセットトランジスタ１６を介して電子が排出されることにより、画素信号ＳＩＧの電圧が上昇する。このように、反射光パルスＬ２の後端のタイミングで、画素信号ＳＩＧが大きく変化するので、Ｓ／Ｎ比を高くすることができるため、反射光パルスＬ２の後端のタイミングを検出しやすくすることができる。その結果、距離測定装置１では、測定対象物までの距離Ｄを測定しやすくすることができる。
【００９３】
また、距離測定装置１では、フォトダイオード１４において発生した電子をフローティングディフュージョンＦＤに蓄積するようにしたので、微小信号を積分することができる。その際、距離測定装置１では、この積分時間を長くすることにより、信号量を増加させることができるので、反射光パルスＬ２を検出しやすくすることができる。
【００９４】
［効果］
以上のように本実施の形態では、光源が１つの光パルスを射出し、撮像画素が、その光パルスに応じた反射光パルスを受光するようにしたので、測定可能距離を長くすることができ、
【００９５】
本実施の形態では、光源が１つの光パルスを射出し、撮像画素が、その光パルスに応じた反射光パルスを受光するようにしたので、消費電力を低減することができるとともに、装置を安定して動作させることができる。
【００９６】
本実施の形態では、制御信号ＲＳＴの電圧を中レベル電圧に設定するようにしたので、測定可能距離を長くすることができ、
【００９７】
本実施の形態では、反射光パルスの後端のタイミングを検出するようにしたので、測定対象物までの距離を測定しやすくすることができる。
【００９８】
本実施の形態では、フォトダイオードにおいて発生した電子をフローティングディフュージョンに蓄積するようにしたので、反射光パルスを検出しやすくすることができる。
【００９９】
［変形例１−１］
上記実施の形態では、制御信号ＲＳＴの電圧を中レベル電圧ＶＭにしたが、図１４に示したように、例えば測定レンジＲに応じて、この中レベル電圧ＶＭを調節してもよい。この例では、中レベル電圧ＶＭを３つの電圧ＶＭ１〜ＶＭ３に設定できるようにしている。この電圧ＶＭ１は電圧ＶＭ２よりも高い電圧であり、電圧ＶＭ２は電圧ＶＭ３よりも高い電圧である。
【０１００】
例えば、中レベル電圧ＶＭを電圧ＶＭ１に設定することにより、電圧ＶＭ１と電圧ＶＤＤの電位差が小さくなるため、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される電子を増やすことができる。この場合には、フローティングディフュージョンＦＤから排出される電子が減少するため、反射光パルスＬ２の後端に対応する画素信号ＳＩＧの変化は遅くなる。
【０１０１】
また、例えば、中レベル電圧ＶＭを電圧ＶＭ３に設定することにより、電圧ＶＭ３と電圧ＶＤＤの電位差が大きくなるため、フローティングディフュージョンＦＤから排出される電子を増やすことができる。その結果、反射光パルスＬ２の後端に対応する画素信号ＳＩＧの変化を速くすることができる。この場合には、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される電子が減少する。
【０１０２】
測定可能距離を長い距離に設定する場合には、例えば、中レベル電圧ＶＭを高い電圧（例えば電圧ＶＭ１）に設定することができる。これにより、例えば、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される電子を増やすことができる。この場合、反射光パルスＬ２の後端に対応する画素信号ＳＩＧの変化は遅くなるので、測定分解能が下がるおそれがあるが、距離Ｄ自体が長いので、測定精度への影響を抑えることができる。
【０１０３】
一方、測定可能距離を短い距離に設定する場合には、例えば、中レベル電圧ＶＭを低い電圧（例えば電圧ＶＭ３）に設定することができる。これにより、例えば、反射光パルスＬ２の後端に対応する画素信号ＳＩＧの変化を速くすることができるため、測定分解能を高めることができる。この場合、フローティングディフュージョンＦＤに電子を蓄積しにくいが、距離Ｄが短いので、反射光パルスＬ２の光強度が高いため、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される電子をある程度増やすことができる。
【０１０４】
［変形例１−２］
リセットトランジスタ１６は、例えば図１５（Ａ）のように構成することができる。リセットトランジスタ１６のゲート長ＬＬ１は、リセットトランジスタ１６のゲート幅ＷＷ１よりも長いことが望ましい。フローティングディフュージョンＦＤの幅ＷＷ２は、リセットトランジスタ１６のゲート幅ＷＷ１よりも広いことが望ましい。電圧ＶＤＤが供給されるコンタクト領域の幅ＷＷ３は、リセットトランジスタ１６のゲート幅ＷＷ１よりも広いことが望ましい。
【０１０５】
また、リセットトランジスタ１６のソースの長さを長さＬＬ２にし、このソースをフローティングディフュージョンＦＤに接続してもよい。同様に、リセットトランジスタ１６のドレインの長さを長さＬＬ３にし、このドレインを、電圧ＶＤＤが供給されるコンタクト領域に接続してもよい。この長さＬＬ２および長さＬＬ３を長くすることにより、図１５（Ｂ）に示したように、リセットトランジスタ１６における抵抗値を大きくすることができる。これにより、フローティングディフュージョンＦＤからリセットトランジスタ１６を介して電子が排出されるときの時定数を調節することができる。例えば、容量値を２ｆＦにし、抵抗値を１００ｋΩにした場合には、時定数を２００ｐｓｅｃ．にすることができる。この抵抗値１００ｋΩは、例えば、リセットトランジスタ１６のゲートに高レベル電圧ＶＨを印加したときの抵抗値である。また、例えば、容量値を２ｆＦにし、抵抗値を１ＭΩにした場合には、時定数を２ｎｓｅｃ．にすることができる。この抵抗値１ＭΩは、例えば、リセットトランジスタ１６のゲートに中レベル電圧ＶＭを印加したときの抵抗値である。
【０１０６】
［変形例１−３］
上記実施の形態では、図２に示したように、１つの電流源３３を用いて光源制御部３０を構成したが、これに限定されるものではない。以下に、本変形例に係る光源制御部３０Ｄについて詳細に説明する。
【０１０７】
図１６は、光源制御部３０Ｄの一構成例を表すものである。光源制御部３０Ｄは、制御信号生成部３１Ｄと、ドライバ３５と、電流源３６を有している。制御信号生成部３１Ｄは、制御部１２からの指示に基づいて、制御信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４を生成するものである。ドライバ３５は、制御信号Ｓ４に基づいて電流源３６を駆動するものである。電流源３６は、所定の電流値の電流を流すものであり、一端は発光ダイオード（ＬＥＤ）２１のカソードに接続され、他端はスイッチ３４の一端に接続されている。すなわち、電流源３６は、電流源３３と並列に接続されている。
【０１０８】
図１７は、光源２０および光源制御部３０Ｄの一動作例を表すものであり、（Ａ）は制御信号Ｓ４の波形を示し、（Ｂ）は制御信号Ｓ１の波形を示し、（Ｃ）は制御信号Ｓ３の波形を示し、（Ｄ）は光源２０から射出される射出光の波形を示す。この例では、制御信号Ｓ４が高レベルである場合に、電流源３６は電流を流す。
【０１０９】
タイミングｔ４１において、制御信号生成部３１Ｄは、制御信号Ｓ３を低レベルから高レベルに変化させる（図１７（Ｃ））。これにより、スイッチ３４は、オフ状態からオン状態に変化する。
【０１１０】
次に、タイミングｔ４２において、制御信号生成部３１Ｄは、制御信号Ｓ１を低レベルから高レベルに変化させる（図１７（Ｂ））。ドライバ３２は、この制御信号Ｓ１に基づいて、電流源３３を駆動する。これにより、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１は、発光を開始する（図１７（Ｄ））。
【０１１１】
次に、タイミングｔ４３において、制御信号生成部３１Ｄは、制御信号Ｓ４を低レベルから高レベルに変化させる（図１７（Ａ））。ドライバ３５は、この制御信号Ｓ４に基づいて、電流源３６を駆動する。これにより、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１には、さらに電流が流れ、光強度がさらに高くなる（図１７（Ｄ））。
【０１１２】
次に、タイミングｔ４４において、制御信号生成部３１Ｄは、制御信号Ｓ３を高レベルから低レベルに変化させる（図１７（Ｃ））。これにより、スイッチ３４は、オン状態からオフ状態に変化する。そして、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１は、発光を停止する（図１７（Ｄ））。
【０１１３】
次に、タイミングｔ４５において、制御信号生成部３１Ｄは、制御信号Ｓ１，Ｓ４を高レベルから低レベルに変化させる（図１７（Ａ），（Ｂ））。
【０１１４】
このようにして、光源２０は、測定対象物に向かって光パルスＬ１（図１７（Ｄ））を射出する。このように、光源制御部３０Ｄを有する距離測定装置１Ｄでは、２つの電流源３３，３６を設けるようにしたので、光パルスＬ１の後端（波形部分ＷＬ１）における光強度の変化を大きくすることができる。その結果、反射光パルスＬ２の後端に対応する画素信号ＳＩＧの変化量を大きくすることができるので、測定可能距離を長くすることができる。また、電流源３６は、光パルスＬ１の後端付近の所定の期間のみにおいて電流を流すようにしたので、光パルスＬ１の先端から後端までの全期間において電流を流す場合に比べて、効果的に消費電力を低減することができる。
【０１１５】
［変形例１−４］
上記実施の形態では、図５に示したように、撮像画素Ｐに、４つのトランジスタ（読出トランジスタ１５、リセットトランジスタ１６、トランジスタ１８，１９）およびフローティングディフュージョンＦＤを設けたが、これに限定されるものではない。以下に、本変形例に係る撮像部４０Ｅについて詳細に説明する。
【０１１６】
撮像部４０Ｅは、上記実施の形態に係る撮像部４０（図４）と同様に、画素アレイ４１Ｅと、走査部４２Ｅと、読出部５０と、画像生成部４４と、撮像制御部４５とを有している。
【０１１７】
図１８は、画素アレイ４１Ｅの一構成例を表すものである。画素アレイ４１Ｅは、複数の撮像画素ＰＥがマトリックス状に配置されたものである。また、画素アレイ４１Ｅは、複数の制御線ＲＳＴＬと、複数の制御線ＳＬＬと、複数の信号線ＳＧＬとを有している。
【０１１８】
撮像画素ＰＥは、フォトダイオード１４Ａと、リセットトランジスタ１６と、出力部１７を有している。すなわち、撮像画素ＰＥは、上記実施の形態に係る撮像画素Ｐ（図５）において、フォトダイオード１４をフォトダイオード１４Ａに置き換えるとともに、読出トランジスタ１５およびフローティングディフュージョンＦＤを省いたものである。フォトダイオード１４Ａは、受光量に応じて電子（信号電子）を発生させるとともに、発生させた電子を内部に蓄積する光電変換素子である。フォトダイオード１４Ａのアノードは接地され、カソードはリセットトランジスタ１６のソースおよびトランジスタ１８のゲートに接続されている。
【０１１９】
この構成により、撮像画素ＰＥでは、制御線ＳＬＬに印加された制御信号ＳＬに基づいてトランジスタ１９がオン状態になることにより、撮像画素ＰＥが信号線ＳＧＬと電気的に接続される。これにより、トランジスタ１８が、読出部５０の電流源６１に接続されるので、トランジスタ１８は、いわゆるソースフォロワとして動作する。また、制御線ＲＳＴＬに印加された制御信号ＲＳＴに基づいて、リセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧが中レベル電圧ＶＭに設定される。これにより、リセットトランジスタ１６はオン状態とオフ状態との間の中間状態になる。その結果、撮像画素ＰＥのフォトダイオード１４において発生した電子が、フォトダイオード１４の内部に蓄積されるとともに、フォトダイオード１４の内部に蓄積された電子の一部が、リセットトランジスタ１６を介して排出される。そして、出力部１７は、フォトダイオード１４のカソードの電圧に応じた電圧を、画素信号ＳＩＧとして、信号線ＳＧＬに出力するようになっている。
【０１２０】
走査部４２Ｅは、撮像制御部４５からの指示に基づいて、複数の撮像画素ＰＥを画素ライン単位で順次駆動するものである。具体的には、走査部４２Ｅは、複数の制御線ＲＳＴＬに対して制御信号ＲＳＴを印加し、複数の制御線ＳＬＬに対して制御信号ＳＬを印加することにより、複数の撮像画素ＰＥを画素ライン単位で順次駆動するようになっている。
【０１２１】
図１９は、撮像画素ＰＥの動作を表すものであり、上記実施の形態に係る図９に対応するものである。フォトダイオード１４は、背景光ＬＢおよび反射光パルスＬ２の両方に基づいて光電変換を行う。この光電変換により発生した電子は、フォトダイオード１４に蓄積される。このとき、リセットトランジスタ１６がオン状態とオフ状態との間の中間状態であるため、フォトダイオード１４に蓄積された電子の一部が、リセットトランジスタ１６を介して排出される。
【０１２２】
上記実施の形態に係る撮像画素Ｐ、および本変形例に係る撮像画素ＰＥでは、２つのトランジスタ１８，１９を用いて出力部１７を構成したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、トランジスタ１９を省いてもよい。この場合には、リセットトランジスタ１６のドレインに、電圧ＶＤＤまたは電圧ＶＳＳを選択的に印加することが望ましい。リセットトランジスタ１６のドレインに電圧ＶＤＤを印加した場合には、この撮像画素は、上記実施の形態等と同様に画素信号ＳＩＧを出力することができる。また、リセットトランジスタ１６のドレインに電圧ＶＳＳを印加した場合には、リセットトランジスタ１６をオン状態にすることにより、トランジスタ１８をオフ状態にすることができる。
【０１２３】
［変形例１−５］
上記実施の形態では、差分回路６４を、図６に示した回路により構成にしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、相関２重サンプリング（ＣＤＳ；Correlated double sampling）の原理を利用した様々な構成を用いることができる。
【０１２４】
具体的には、例えば、図２０Ａに示す差分回路６４Ｆを用いてもよい。この差分回路６４Ｆは、サンプルホールド回路１０１，１０２と、減算回路６６とを有している。サンプルホールド回路１０１は、スイッチ１０１Ａと、容量素子１０１Ｂとを有しており、サンプルホールド回路１０２は、スイッチ１０２Ａと、容量素子１０２Ｂとを有している。スイッチ１０１Ａ，１０２Ａは、所定時間だけずれたタイミングでオン状態になる。この構成により、差分回路６４Ｆは、信号Ｓ６３における、互いに所定時間離れた２つのタイミングにおける信号値の差分を検出することにより信号ＤＩＦを生成することができる。
【０１２５】
また、例えば、図２０Ｂに示す差分回路６４Ｇを用いてもよい。この差分回路６４Ｇは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３，１０４を有している。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３，１０４は、例えば、抵抗素子および容量素子を用いて構成することができる。ローパスフィルタ１０４の時定数は、ローパスフィルタ１０３の時定数よりも長い時定数に設定されている。これにより、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０４の出力信号の位相は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３の出力信号の位相よりも遅れる。よって、差分回路６４Ｇは、信号Ｓ６３における、互いに所定時間離れた２つのタイミングにおける信号値の差分を検出することにより信号ＤＩＦを生成することができる。
【０１２６】
この差分回路６４Ｇは、スイッチ１０１Ａ，１０２Ａをオンオフする必要がある差分回路６４Ｆ（図２０Ａ）と比べて、シンプルな構成を実現することができる。また、この差分回路６４Ｇでは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３，１０４により、ノイズが低減される。なお、この例では、２つのローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３，１０４を設けたが、これに限定されるものではなく、例えば、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３は省いてもよい。
【０１２７】
［変形例１−６］
上記実施の形態では、差分回路６４を用いたが、これに限定されるものではない。これに代えて、図２１Ａに示す微分回路（Highpass Filter Circuit）６４Ｈや、図２１Ｂに示す微分回路６４Ｉを用いてもよい。微分回路６４Ｈは、抵抗素子および容量素子を用いた、パッシブ型の微分回路であり、微分回路６４Ｉは、抵抗素子、容量素子、および演算増幅器を用いた、アクティブ型の微分回路である。微分回路６４Ｈ，６４Ｉは、信号Ｓ６３を微分した結果を、信号ＤＩＦとして出力する。
【０１２８】
［変形例１−７］
上記実施の形態では、パルス幅Ｔｐｗが長い光パルスＬ１を用いたが、これに限定されるものではない。以下に、本変形例に係る距離測定装置１Ｊについて詳細に説明する。
【０１２９】
距離測定装置１Ｊは、測定可能距離が短い（例えば３ｍ程度）ものである。距離測定装置１Ｊは、上記実施の形態に係る距離測定装置１（図１）と同様に、光源２０と、光源制御部３０Ｊと、レンズ１１と、撮像部４０と、制御部１２とを備えている。
【０１３０】
光源制御部３０Ｊは、制御部１２からの指示に基づいて、光源２０の動作を制御するものである。光源制御部３０Ｊは、上記実施の形態に係る光源制御部３０（図２）と同様に、制御信号生成部３１Ｊと、ドライバ３２と、電流源３３と、スイッチ３４とを有している。この制御信号生成部３１Ｊは、光源２０がパルス幅Ｔｐｗが短い光パルスＬ１を射出するように、制御信号Ｓ１，Ｓ３を生成するようになっている。
【０１３１】
図２２は、光源２０および光源制御部３０Ｊの一動作例を表すものである。この例では、制御信号生成部３１Ｊは、三角波形状の制御信号Ｓ１を生成する。タイミングｔ５１において、制御信号生成部３１Ｊは、制御信号Ｓ３を低レベルから高レベルに変化させる（図２２（Ｂ））。これにより、スイッチ３４は、オフ状態からオン状態に変化する。次に、タイミングｔ５２〜ｔ５３の期間において、制御信号生成部３１Ｊは、制御信号Ｓ１を低レベルから高レベルに徐々に変化させる（図２２（Ａ））。ドライバ３２は、この制御信号Ｓ１に基づいて、電流源３３を駆動する。これにより、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１は、発光を開始し、徐々に光強度を増加させる（図２２（Ｃ））。次に、タイミングｔ５３において、制御信号生成部３１Ｊは、制御信号Ｓ３を高レベルから低レベルに変化させる（図２２（Ｂ））。これにより、スイッチ３４は、オン状態からオフ状態に変化する。そして、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１は、発光を停止する（図２２（Ｃ））。次に、タイミングｔ５３〜ｔ５４の期間において、制御信号生成部３１Ｊは、制御信号Ｓ１を高レベルから低レベルに徐々に変化させる（図２２（Ａ））。
【０１３２】
図２３は、光源２０および光源制御部３０Ｊの他の動作例を表すものである。この例では、制御信号生成部３１Ｊは、矩形波形状の制御信号Ｓ１を生成する。タイミングｔ６１において、制御信号生成部３１Ｊは、制御信号Ｓ３を低レベルから高レベルに変化させる（図２３（Ｂ））。これにより、スイッチ３４は、オフ状態からオン状態に変化する。次に、タイミングｔ６２において、制御信号生成部３１Ｊは、制御信号Ｓ１を低レベルから高レベルに変化させる（図２３（Ａ））。ドライバ３２は、この制御信号Ｓ１に基づいて、電流源３３を駆動する。電流源３３に供給される制御信号Ｓ２は、図２３（Ａ）に示したように、負荷により鈍った信号になり、ややゆっくりと立ち上がる。電流源３３は、この制御信号Ｓ２に応じて、電流を流す。これにより、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１は、発光を開始する（図２３（Ｃ））。次に、タイミングｔ６３において、制御信号生成部３１Ｊは、制御信号Ｓ３を高レベルから低レベルに変化させる（図２３（Ｂ））。これにより、スイッチ３４は、オン状態からオフ状態に変化する。そして、発光ダイオード（ＬＥＤ）２１は、発光を停止する（図２３（Ｃ））。次に、タイミングｔ６４において、制御信号生成部３１Ｊは、制御信号Ｓ１を高レベルから低レベルに変化させる（図２３（Ａ））。ドライバ３２は、この制御信号Ｓ１に基づいて、電流源３３を駆動する。電流源３３に供給される制御信号Ｓ２は、負荷により鈍った信号になり、ややゆっくりと立ち下がる。
【０１３３】
このようにして、光源２０は、測定対象物に向かって、パルス幅Ｔｐｗが短い光パルスＬ１（図２２（Ｃ），２３（Ｃ））を射出する。この距離測定装置１Ｊにおいても、スイッチ３４をオフにすることにより、光パルスＬ１の後端（波形部分ＷＬ１）における光強度の変化を急峻にしている。
【０１３４】
図２４は、距離測定装置１Ｊの一動作例を表すものである。この例は、測定レンジＲを約３ｍに設定した場合における動作を示している。距離測定装置１Ｊと測定対象物との間の距離Ｄが３ｍである場合には、光源２０から射出した光が測定対象物により反射され、撮像部４０により受光されるまでの時間は、約２０ｎｓｅｃ．である。また、この例では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを２００ｐｓｅｃ．にしている。この場合には、距離測定装置１Ｊと測定対象物との間の距離Ｄが３ｍである場合の測定分解能を１／１００（＝２００ｐｓｅｃ．／２０ｎｓｅｃ．）にすることができる。
【０１３５】
タイミングｔ７２よりも前の期間において、フォトダイオード１４からフローティングディフュージョンＦＤへの、背景光ＬＢに応じた電子の供給量と、フローティングディフュージョンＦＤからの電子の排出量とがつり合う。その結果、画素信号ＳＩＧの電圧は、電圧Ｖ２に維持される（図２４（Ｅ））。
【０１３６】
次に、タイミングｔ７２において、光源２０は、発光を開始し、タイミングｔ７２〜ｔ７３の期間において、光強度が徐々に増加する（図２４（Ａ））。そして、タイミングｔ７３において、光源２０は、発光を停止する。その結果、タイミングｔ７２〜ｔ７３の期間において光パルスＬ１が生成される。この光パルスＬ１のパルス幅Ｔｐｗは、この例では、２ｎｓｅｃ．である。
【０１３７】
また、光パルスＬ１の後端（波形部分ＷＬ１）に対応するこのタイミングｔ７３において、時間カウンタ６９は、カウント動作を開始する（図２４（Ｉ））。
【０１３８】
そして、この例では、タイミングｔ７４において、撮像部４０に、光パルスＬ１に応じた反射光パルスＬ２が到達する（図２４（Ｂ））。
【０１３９】
この反射光パルスＬ２に応じて、タイミングｔ７４〜ｔ７５の期間において、画素信号ＳＩＧの電圧が電圧Ｖ２から低下する（図２４（Ｅ））。読出回路６０の増幅回路６３は、このような画素信号ＳＩＧを増幅する。そして、差分回路６４は、増幅回路６３から出力された信号Ｓ６３に基づいて信号ＤＩＦを生成する（図２４（Ｆ））。
【０１４０】
そして、タイミングｔ７５において、反射光パルスＬ２が終了すると、画素信号ＳＩＧの電圧が上昇して電圧Ｖ２に戻る（図２４（Ｅ））。この画素信号ＳＩＧの電圧の変化に応じて、差分回路６４から出力される信号ＤＩＦの電圧は、一旦上昇してしきい値電圧Ｖｔｈを上回り、その後に低下する（図２４（Ｆ））。これに応じて、コンパレータ６７は、信号ＣＯＭＰを変化させる（図２４（Ｇ））。ラッチ回路６８は、この信号ＣＯＭＰの立ち上がりエッジに基づいて、信号ＳＴＯＰを低レベルから高レベルに変化させる（図２４（Ｈ））。
【０１４１】
そして、時間カウンタ６９は、反射光パルスＬ２の後端（波形部分ＷＬ２）に対応するこのタイミングｔ７５において、この信号ＳＴＯＰに基づいて、クロック信号ＣＬＫのカウント動作を終了する（図２４（Ｉ））。そして、時間カウンタ６９は、このタイミングｔ７５以降において、カウント値ＣＮＴを信号出力部５１に供給する。
【０１４２】
このように、距離測定装置１Ｊでは、パルス幅Ｔｐｗが短い光パルスＬ１を用いることにより、例えば、消費電力を低減しつつ、短い距離Ｄを測定することができる。
【０１４３】
［その他の変形例］
また、上記実施の形態では、撮像画素Ｐを面内にマトリックス状に配置したが、これに限定されるものではない。これに代えて、例えば、撮像画素Ｐを１列に配置することにより、いわゆるラインセンサを構成してもよい。また、例えば、単一の撮像画素Ｐを設けるようにしてもよい。
【０１４４】
撮像画素Ｐのフォトダイオード１４は、例えばアバランシェフォトダイオードであってもよい。また、例えば、読出回路６０において増幅回路６３を省いてもよい。
【０１４５】
また、上記の変形例のうちの２以上を組み合わせてもよい。
【０１４６】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態に係る距離測定装置２について説明する。本実施の形態は、フローティングディフュージョンＦＤにより多くの電子を蓄積させることにより、測定可能距離の延長を図るものである。なお、上記第１の実施の形態に係る距離測定装置１と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１４７】
距離測定装置２は、上記第１の実施の形態に係る距離測定装置１（図１）と同様に、光源２０と、光源制御部３０と、レンズ１１と、撮像部７０と、制御部１２とを備えている。撮像部７０は、上記第１の実施の形態に係る撮像部４０と同様に、画素アレイ４１と、走査部７２と、読出部５０と、画像生成部４４と、撮像制御部４５とを有している。
【０１４８】
走査部７２は、撮像制御部４５からの指示に基づいて、複数の撮像画素Ｐを画素ライン単位で順次駆動するものである。走査部７２は、測定レンジＲの後半に対応する期間において、制御信号ＲＳＴの電圧を、中レベル電圧ＶＭと低レベル電圧ＶＬとの間で交番させるものである。
【０１４９】
図２５は、距離測定装置２の一動作例を表すものであり、（Ａ）は光源２０から射出される射出光の波形を示し、（Ｂ）は撮像部７０において受光される反射光の波形を示し、（Ｃ）は制御信号ＴＧの波形を示し、（Ｄ）は走査部４２が生成する制御信号ＲＳＴの波形を示し、（Ｅ）はリセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧの波形を示し、（Ｆ）は画素信号ＳＩＧの波形を示し、（Ｇ）は差分回路６４から出力される信号ＤＩＦの波形を示し、（Ｈ）はコンパレータ６７から出力される信号ＣＯＭＰの波形を示し、（Ｉ）はラッチ回路６８から出力される信号ＳＴＯＰの波形を示し、（Ｊ）は時間カウンタ６９の動作を示す。
【０１５０】
この例は、測定レンジＲを約３００ｍに設定した場合における動作を示している。距離測定装置２と測定対象物との間の距離Ｄが３００ｍである場合には、光源２０から射出した光が測定対象物により反射され、撮像部４０により受光されるまでの時間は、約２０００ｎｓｅｃ．である。また、この例では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを２０ｎｓｅｃ．にしている。この場合には、距離測定装置２と測定対象物との間の距離Ｄが３００ｍである場合の測定分解能を１／１００（＝２０ｎｓｅｃ．／２０００ｎｓｅｃ．）にすることができる。
【０１５１】
タイミングｔ８２よりも前の期間において、フォトダイオード１４からフローティングディフュージョンＦＤへの、背景光ＬＢに応じた電子の供給量と、フローティングディフュージョンＦＤからの電子の排出量とがつり合う。その結果、画素信号ＳＩＧの電圧は、電圧Ｖ２に維持される（図２５（Ｆ））。
【０１５２】
次に、タイミングｔ８２において、光源２０は、発光を開始し、タイミングｔ８４において、光源２０は、発光を停止する（図２５（Ａ））。その結果、タイミングｔ８２〜ｔ８４の期間において光パルスＬ１が生成される。光パルスＬ１のパルス幅Ｔｐｗは、この例では、２０００ｎｓｅｃ．である。また、光パルスＬ１の後端（波形部分ＷＬ１）に対応するこのタイミングｔ８４において、時間カウンタ６９は、カウント動作を開始する（図２５（Ｊ））。
【０１５３】
そして、この例では、光源２０が発光を停止する前のタイミングｔ８３において、撮像部７０に、光パルスＬ１に応じた反射光パルスＬ２が到達する（図２５（Ｂ））。
【０１５４】
この反射光パルスＬ２に応じて、タイミングｔ８３〜ｔ８６の期間において、画素信号ＳＩＧの電圧が電圧Ｖ２から低下する（図２５（Ｆ））。読出回路６０の増幅回路６３は、このような画素信号ＳＩＧを増幅する。そして、差分回路６４は、増幅回路６３から出力された信号Ｓ６３に基づいて信号ＤＩＦを生成する（図２５（Ｇ））。
【０１５５】
そして、撮像部７０の走査部７２は、タイミングｔ８５〜ｔ８７の期間において、撮像画素Ｐに係る制御信号ＲＳＴの電圧を、中レベル電圧ＶＭと低レベル電圧ＶＬとの間で交番させる（図２５（Ｄ））。この交番周期は、例えば、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkと同じ２０ｎｓｅｃ．にすることができる。これにより、リセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧは、やや鈍りつつ、中レベル電圧ＶＭと低レベル電圧ＶＬとの間で交番する（図２５（Ｅ））。ここで、タイミングｔ８５は、距離測定装置２と測定対象物との間の距離Ｄが１５０ｍに対応するタイミングであり、タイミングｔ８７は、距離測定装置２と測定対象物との間の距離Ｄが３００ｍに対応するタイミングである。すなわち、走査部７２は、測定レンジＲの後半に対応する期間において、制御信号ＲＳＴの電圧を、中レベル電圧ＶＭと低レベル電圧ＶＬとの間で交番させる。
【０１５６】
これにより、撮像画素ＰのフローティングディフュージョンＦＤでは、リセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧが低レベル電圧ＶＬに近づいたときに電子が蓄積され、リセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧが中レベル電圧ＶＭに近づいたときに、電子が蓄積されるとともに電子が排出される。その結果、フローティングディフュージョンＦＤには、リセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧを中レベル電圧ＶＭに維持する場合に比べて、より多くの電子が蓄積されるので、画素信号ＳＩＧの電圧は、タイミングｔ８５以降の期間においてさらに下降する。
【０１５７】
そして、タイミングｔ８６において、反射光パルスＬ２が終了すると、画素信号ＳＩＧの電圧が上昇して電圧Ｖ２に戻る（図２５（Ｆ））。この画素信号ＳＩＧの電圧の変化に応じて、差分回路６４から出力される信号ＤＩＦの電圧は、一旦上昇してしきい値電圧Ｖｔｈを上回り、その後に低下する（図２５（Ｇ））。これに応じて、コンパレータ６７は、信号ＣＯＭＰを変化させる（図２５（Ｈ））。ラッチ回路６８は、この信号ＣＯＭＰの立ち上がりエッジに基づいて、信号ＳＴＯＰを低レベルから高レベルに変化させる（図２５（Ｉ））。
【０１５８】
そして、時間カウンタ６９は、反射光パルスＬ２の後端（波形部分ＷＬ２）に対応するこのタイミングｔ８６において、信号ＳＴＯＰに基づいて、クロック信号ＣＬＫのカウント動作を終了する（図２５（Ｊ））。そして、時間カウンタ６９は、このタイミングｔ８６以降において、カウント値ＣＮＴを信号出力部５１に供給する。
【０１５９】
このように、距離測定装置２では、測定レンジＲの後半に対応する期間において、制御信号ＲＳＴの電圧を、中レベル電圧ＶＭと低レベル電圧ＶＬとの間で交番させるようにした。これにより、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される電子を増やすことができる。すなわち、距離測定装置２と測定対象物との間の距離Ｄが長くなるほど、反射光パルスＬ２の光強度が減少するので、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される電子が減少する。よって、距離測定装置２では、制御信号ＲＳＴの電圧を、中レベル電圧ＶＭと低レベル電圧ＶＬとの間で交番させることにより、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される電子を増やすようにした。これにより、距離測定装置２では、反射光パルスＬ２の後端（波形部分ＷＬ２）に対応する画素信号ＳＩＧの変化量を大きくすることができるので、測定可能距離を長くすることができる。例えば、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される電子の量を１０倍にすることにより、測定可能距離を３．１６倍（１０の平方根）に伸ばすことができる。
【０１６０】
また、距離測定装置２では、測定レンジＲの後半における、制御信号ＲＳＴの交番周期を、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkと同程度にしたので、測定分解能の悪化を抑えることができる。すなわち、リセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧが低レベル電圧ＶＬに近づいたときには、フローティングディフュージョンＦＤに電子が蓄積されるが、フローティングディフュージョンＦＤから電子が排出されない。よって、反射光パルスＬ２が終了したタイミングで、リセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧが低レベル電圧ＶＬに近づいたときは、画素信号ＳＩＧの変化量は小さいので、信号ＤＩＦはしきい値電圧Ｖｔｈを超えにくい。そして、その後にリセットトランジスタ１６のゲート電圧ＶＧが高レベル電圧ＶＨに近づくと、フローティングディフュージョンＦＤから電子が排出されるので、画素信号ＳＩＧが大きく変化し、信号ＤＩＦはしきい値電圧Ｖｔｈを超える。よって、このように、制御信号ＲＳＴを交番させることにより、測定分解能を悪化させるおそれがある。距離測定装置２では、制御信号ＲＳＴの交番周期を、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkと同程度にした。これにより、距離測定装置２では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkにより定まる測定分解能と、制御信号ＲＳＴの交番周期により定まる測定分解能とをほぼ同じにすることができるので、制御信号ＲＳＴを交番させることによる測定分解能の悪化を抑えることができる。
【０１６１】
以上のように本実施の形態では、制御信号ＲＳＴの電圧を、中レベル電圧と低レベル電圧との間で交番させるようにしたので、測定可能距離を長くすることができる。その他の効果は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【０１６２】
［変形例２］
上記実施の形態に係る距離測定装置２に、上記第１の実施の形態の変形例を適用してもよい。
【０１６３】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態に係る距離測定装置３について説明する。本実施の形態は、フローティングディフュージョンＦＤから電子を排出しないように構成したものである。なお、上記第１の実施の形態に係る距離測定装置１と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１６４】
距離測定装置３は、上記第１の実施の形態に係る距離測定装置１（図１）と同様に、光源２０と、光源制御部３０と、レンズ１１と、撮像部８０と、制御部１２とを備えている。撮像部８０は、上記第１の実施の形態に係る撮像部４０と同様に、画素アレイ４１と、走査部８２と、読出部５０と、画像生成部４４と、撮像制御部４５とを有している。
【０１６５】
走査部８２は、撮像制御部４５からの指示に基づいて、複数の撮像画素Ｐを画素ライン単位で順次駆動するものである。走査部８２は、複数の制御線ＲＳＴＬに対して、高レベル電圧ＶＨまたは低レベル電圧ＶＬを有する制御信号ＲＳＴを印加するものである。
【０１６６】
図２６は、距離測定装置３の一動作例を表すものであり、（Ａ）は光源２０から射出される射出光の波形を示し、（Ｂ）は撮像部８０において受光される反射光の波形を示し、（Ｃ）は制御信号ＴＧの波形を示し、（Ｄ）は制御信号ＲＳＴの波形を示し、（Ｅ）は画素信号ＳＩＧの波形を示し、（Ｆ）は差分回路６４から出力される信号ＤＩＦの波形を示し、（Ｇ）はコンパレータ６７から出力される信号ＣＯＭＰの波形を示し、（Ｈ）はラッチ回路６８から出力される信号ＳＴＯＰの波形を示し、（Ｉ）は時間カウンタ６９の動作を示す。
【０１６７】
この例は、測定レンジＲを約３０ｍに設定した場合における動作を示している。距離測定装置３と測定対象物との間の距離Ｄが３０ｍである場合には、光源２０から射出した光が測定対象物により反射され、撮像部４０により受光されるまでの時間は、約２００ｎｓｅｃ．である。また、この例では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを２ｎｓｅｃ．にしている。この場合には、距離測定装置３と測定対象物との間の距離Ｄが３０ｍである場合の測定分解能を１／１００（＝２ｎｓｅｃ．／２００ｎｓｅｃ．）にすることができる。
【０１６８】
まず、タイミングｔ９１において、撮像部８０の走査部８２が、撮像画素Ｐに係る制御信号ＲＳＴの電圧を、高レベル電圧ＶＨから低レベル電圧ＶＬに変化させる（図２６（Ｄ））。これにより、撮像画素Ｐのリセットトランジスタ１６は、オフ状態になる。この制御信号ＲＳＴの電圧の変化に伴い、画素信号ＳＩＧの電圧は、やや降下し、電圧Ｖ３になる（図２６（Ｅ））。そして、画素信号ＳＩＧの電圧は、このタイミングｔ９１以降において、電圧Ｖ３から徐々に低下する。すなわち、フォトダイオード１４は、背景光ＬＢに基づいて光電変換を行うことにより電子を発生させ、この電子がフローティングディフュージョンＦＤに蓄積されるので、画素信号ＳＩＧの電圧は徐々に低下する。
【０１６９】
なお、この例では、光源２０が光パルスＬ１を射出し始める前に制御信号ＲＳＴの電圧を低レベル電圧ＶＬにしたが、これに限定されるものではない。これに代えて、後述するように、例えば、光源２０が光パルスＬ１を射出し始めた後に制御信号ＲＳＴの電圧を低レベル電圧ＶＬにしてもよい。
【０１７０】
次に、タイミングｔ９２において、光源２０は、発光を開始し、タイミングｔ９３において、光源２０は、発光を停止する（図２６（Ａ））。その結果、タイミングｔ９２〜ｔ９３の期間において光パルスＬ１が生成される。この光パルスＬ１のパルス幅Ｔｐｗは、この例では、２００ｎｓｅｃ．である。また、光パルスＬ１の後端（波形部分ＷＬ１）に対応するこのタイミングｔ９３において、時間カウンタ６９は、カウント動作を開始する（図２６（Ｉ））。
【０１７１】
そして、この例では、タイミングｔ９４において、撮像部８０に、光パルスＬ１に応じた反射光パルスＬ２が到達する（図２６（Ｂ））。
【０１７２】
この反射光パルスＬ２に応じて、タイミングｔ９４〜ｔ９６の期間において、画素信号ＳＩＧの電圧は、より大きな変化度合でさらに低下する（図２６（Ｅ））。読出回路６０の増幅回路６３は、このような画素信号ＳＩＧを増幅する。そして、差分回路６４は、増幅回路６３から出力された信号Ｓ６３に基づいて信号ＤＩＦを生成する（図２６（Ｆ））。
【０１７３】
図２７は、タイミングｔ９４〜ｔ９６における撮像画素Ｐの動作を表すものであり、（Ａ）はフォトダイオード１４、読出トランジスタ１５、フローティングディフュージョンＦＤ、およびリセットトランジスタ１６の接続を示し、（Ｂ）は、これらの各素子における電位を示す。このタイミングｔ９４〜ｔ９６では、フォトダイオード１４は、背景光ＬＢおよび反射光パルスＬ２の両方に基づいて光電変換を行う。この光電変換により発生した電子は、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積される。このとき、リセットトランジスタ１６はオフ状態であるので、例えば上記第１の実施の形態に係る距離測定装置１とは異なり、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積された電子は、リセットトランジスタ１６を介して排出されない。その結果、フローティングディフュージョンＦＤには電子が蓄積され続けるので、画素信号ＳＩＧの電圧は低下し続ける。
【０１７４】
そして、タイミングｔ９６において、反射光パルスＬ２が終了すると、画素信号ＳＩＧの電圧の変化度合が小さくなる（図２６（Ｅ））。すなわち、このタイミングｔ９６以降では、反射光パルスＬ２が終了しているので、背景光ＬＢのみによりフローティングディフュージョンＦＤに電子が蓄積されるため、画素信号ＳＩＧの電圧の変化度合が小さくなる。
【０１７５】
この画素信号ＳＩＧの電圧の変化に応じて、差分回路６４から出力される信号ＤＩＦの電圧は、一旦上昇してしきい値電圧Ｖｔｈを上回り、その後に低下する（図２６（Ｆ））。これに応じて、コンパレータ６７は、信号ＣＯＭＰを変化させる（図２６（Ｇ））。ラッチ回路６８は、この信号ＣＯＭＰの立ち上がりエッジに基づいて、信号ＳＴＯＰを低レベルから高レベルに変化させる（図２６（Ｈ））。すなわち、この信号ＳＴＯＰの変化タイミングは、反射光パルスＬ２の後端（波形部分ＷＬ２）のタイミングに対応している。
【０１７６】
そして、時間カウンタ６９は、この信号ＳＴＯＰに基づいて、クロック信号ＣＬＫのカウント動作を終了する（図２６（Ｉ））。そして、時間カウンタ６９は、このタイミングｔ９６以降において、カウント値ＣＮＴを信号出力部５１に供給する。
【０１７７】
図２８は、距離測定装置３と測定対象物との間の距離Ｄが様々な距離である場合における、距離測定装置３の一動作例を表すものであり、（Ａ）は光源２０から射出される射出光の波形を示し、（Ｂ）は撮像部８０において受光される反射光の波形を示し、（Ｃ）は制御信号ＲＳＴの波形を示し、（Ｄ）は画素信号ＳＩＧの波形を示し、（Ｅ）は時間カウンタ６９の動作を示す。ここで、図２８（Ｅ）は、時間カウンタ６９がカウント動作を行い得る期間を示している。この例では、光源２０が光パルスＬ１を射出し始めた後に制御信号ＲＳＴの電圧を低レベル電圧ＶＬにしている。
【０１７８】
この例は、測定レンジＲを約１２０ｍに設定している。また、この例では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを８ｎｓｅｃ．にしている。よって、距離測定装置１と測定対象物との間の距離Ｄが１２０ｍである場合の測定分解能は１／１００（＝８ｎｓｅｃ．／８００ｎｓｅｃ．）である。
【０１７９】
図２８（Ｂ）に示したように、距離測定装置３と測定対象物との間の距離Ｄに応じて、反射光パルスＬ２が撮像部８０に到達するタイミングは変化する。時間カウンタ６９は、光パルスＬ１の後端に対応するタイミングｔ１において、カウント動作を開始し、反射光パルスＬ２の後端に対応するタイミングｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄにおいて、画素信号ＳＩＧの変化に基づいて、カウント動作を停止する。これにより、読出回路６０は、光源２０が光パルスＬ１を射出してから撮像画素Ｐが反射光パルスＬ２を受光するまでの時間間隔を測定する。
【０１８０】
以上のように、制御信号ＲＳＴを低レベル電圧ＶＬに設定し、フローティングディフュージョンＦＤから電子を排出しないようにした場合でも、距離測定装置３と測定対象物との間の距離Ｄを測定することができる。
【０１８１】
［変形例３−１］
上記実施の形態では、パルス幅Ｔｐｗが長い光パルスＬ１を用いたが、これに限定されるものではない。以下に、本変形例に係る距離測定装置３Ａについて詳細に説明する。
【０１８２】
距離測定装置３Ａは、測定可能距離が短い（例えば３ｍ程度）ものである。距離測定装置３Ａは、上記実施の形態に係る距離測定装置３と同様に、光源２０Ａと、光源制御部３０Ａと、レンズ１１と、撮像部８０Ａと、制御部１２とを備えている。
【０１８３】
光源２０Ａは、レーザ装置を用いて構成されるものである。すなわち、この例では、光パルスＬ１は、レーザ光である。光源制御部３０Ａは、制御部１２からの指示に基づいて、光源２０Ａの動作を制御するものである。
【０１８４】
撮像部８０Ａは、上記第３の実施の形態に係る撮像部８０と同様に、画素アレイ４１と、走査部８２と、読出部５０Ａと、画像生成部４４と、撮像制御部４５とを有している。
【０１８５】
図２９は、読出部５０Ａの一構成例を表すものである。読出部５０Ａは、複数の読出回路６０Ａを有している。読出回路６０Ａは、信号変化検出部６２Ａを有している。信号変化検出部６２Ａは、微分回路６４Ａを有している。微分回路６４Ａは、例えば、図２１Ａに示した微分回路６４Ｈや、図２１Ｂに示した微分回路６４Ｉを用いることができる。
【０１８６】
図３０は、距離測定装置３Ａの一動作例を表すものである。この例は、測定レンジＲを約３ｍに設定した場合における動作を示している。距離測定装置３Ａと測定対象物との間の距離Ｄが３ｍである場合には、光源２０から射出した光が測定対象物により反射され、撮像部４０により受光されるまでの時間は、約２０ｎｓｅｃ．である。また、この例では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを２００ｐｓｅｃ．にしている。この場合には、距離測定装置３Ａと測定対象物との間の距離Ｄが３ｍである場合の測定分解能を１／１００（＝２００ｐｓｅｃ．／２０ｎｓｅｃ．）にすることができる。
【０１８７】
まず、タイミングｔ１０１において、撮像部８０Ａの走査部８２が、撮像画素Ｐに係る制御信号ＲＳＴの電圧を、高レベル電圧ＶＨから低レベル電圧ＶＬに変化させる（図３０（Ｄ））。この制御信号ＲＳＴの電圧の変化に伴い、画素信号ＳＩＧの電圧は、やや降下し、電圧Ｖ３になる（図３０（Ｅ））。そして、画素信号ＳＩＧの電圧は、このタイミングｔ１０１以降において、背景光ＬＢの影響により、電圧Ｖ３から徐々に低下する。
【０１８８】
次に、タイミングｔ１０２において、光源２０Ａは、発光を開始し、タイミングｔ１０２〜ｔ１０３の期間において、光強度が徐々に増加する（図３０（Ａ））。そして、タイミングｔ１０３において、光源２０Ａは、発光を停止する。その結果、タイミングｔ１０２〜ｔ１０３の期間において光パルスＬ１が生成される。この光パルスＬ１のパルス幅Ｔｐｗは、この例では、２００ｐｓｅｃ．以下である。
【０１８９】
また、光パルスＬ１の後端に対応するこのタイミングｔ１０３において、時間カウンタ６９は、カウント動作を開始する（図３０（Ｉ））。
【０１９０】
そして、この例では、タイミングｔ１０４において、撮像部８０に、光パルスＬ１に応じた反射光パルスＬ２が到達する（図３０（Ｂ））。
【０１９１】
この反射光パルスＬ２に応じて、タイミングｔ１０４〜ｔ１０５の期間において、画素信号ＳＩＧの電圧が、より大きな変化度合でさらに低下する（図３０（Ｅ））。読出回路６０Ａの増幅回路６３は、このような画素信号ＳＩＧを増幅する。そして、微分回路６４Ａは、増幅回路６３から出力された信号Ｓ６３に基づいて信号ＤＩＦを生成する（図３０（Ｆ））。
【０１９２】
そして、タイミングｔ１０５において、反射光パルスＬ２が終了すると、画素信号ＳＩＧの電圧の変化度合が小さくなる（図３０（Ｅ））。この画素信号ＳＩＧの電圧の変化に応じて、微分回路６４Ａから出力される信号ＤＩＦの電圧は、一旦下降した後に上昇して、しきい値電圧Ｖｔｈを上回り、その後に低下する（図３０（Ｆ））。これに応じて、コンパレータ６７は、信号ＣＯＭＰを変化させる（図３０（Ｇ））。ラッチ回路６８は、この信号ＣＯＭＰの立ち上がりエッジに基づいて、信号ＳＴＯＰを低レベルから高レベルに変化させる（図３０（Ｈ））。すなわち、この信号ＳＴＯＰの変化タイミングは、反射光パルスＬ２の後端タイミングに対応している。
【０１９３】
そして、時間カウンタ６９は、タイミングｔ１０５において、この信号ＳＴＯＰに基づいて、クロック信号ＣＬＫのカウント動作を終了する（図３０（Ｉ））。そして、時間カウンタ６９は、このタイミングｔ１０５以降において、カウント値ＣＮＴを信号出力部５１に供給する。
【０１９４】
このように、距離測定装置３Ａでは、レーザ装置を用いて光源２０Ａを構成したので、光パルスＬ１のパルス幅Ｔｐｗを短くすることができるとともに、光パルスＬ１の光強度を高くすることができる。これにより、距離測定装置３Ａでは、測定可能距離を長くすることができる。また、このように光パルスＬ１の光強度を高くしつつ、フローティングディフュージョンＦＤにおいて信号電子を蓄積するようにしたので、Ｓ／Ｎ比を高くすることができるため、反射光パルスＬ２の後端のタイミングを検出しやすくすることができる。
【０１９５】
［その他の変形例］
上記実施の形態に係る距離測定装置３に、上記第１の実施の形態の変形例を適用してもよい。
【０１９６】
＜４．第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態に係る距離測定装置４について説明する。本実施の形態は、２つの光パルスを射出するとともに、これらの２つの光パルスに対応する２つの反射光パルスに基づいて距離Ｄを求めるものである。なお、上記第１の実施の形態に係る距離測定装置１と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１９７】
図３１は、距離測定装置４の一構成例を表すものである。距離測定装置４は、光源９０と、光源制御部１００と、レンズ１１と、撮像部１１０と、制御部１２とを備えている。
【０１９８】
光源９０は、測定対象物に向かって２つの光パルスＬ１１，Ｌ１２を射出するものであり、例えば発光ダイオードを用いて構成されるものである。光パルスＬ１１は、パルス幅Ｔｐｗ１が短いパルスであり、光パルスＬ１２は、パルス幅Ｔｐｗ１が長いパルスである。光源制御部１００は、制御部１２からの指示に基づいて、光源９０の動作を制御するものである。
【０１９９】
レンズ１１は、撮像部１１０の撮像面において像を結像させるものである。このレンズ１１には、２つの光パルスＬ１１，Ｌ１２にそれぞれ対応する２つの反射光パルスＬ２１，Ｌ２２が入射するようになっている。
【０２００】
撮像部１１０は、制御部１２からの指示に基づいて、距離画像ＰＩＣを取得するものである。撮像部１１０は、上記第１の実施の形態に係る撮像部４０（図４）と同様に、画素アレイ４１と、走査部４２と、読出部１２０と、画像生成部４４と、撮像制御部４５とを有している。読出部１２０は、複数の読出回路１３０を有している。
【０２０１】
この構成により、距離測定装置４では、距離測定装置４から測定対象物までの距離Ｄが短い場合には、短いパルス幅Ｔｐｗ１の光パルスＬ１１および反射光パルスＬ２１を用いて、距離Ｄを測定し、距離測定装置４から測定対象物までの距離Ｄが長い場合には、長いパルス幅Ｔｐｗ２の光パルスＬ１２および反射光パルスＬ２２を用いて、距離Ｄを測定するようになっている。
【０２０２】
ここで、光パルスＬ１１は、本開示における「第１の光パルス」の一具体例に対応する。光パルスＬ１２は、本開示における「第２の光パルス」の一具体例に対応する。反射光パルスＬ２１は、本開示における「第１の反射光パルス」の一具体例に対応する。反射光パルスＬ２２は、本開示における「第２の反射光パルス」の一具体例に対応する。読出制御部５２は、本開示における「クロック生成部」の一具体例に対応する。
【０２０３】
図３２は、距離測定装置４と測定対象物との間の距離Ｄが様々な距離である場合における、距離測定装置４の一動作例を表すものであり、（Ａ）は光源９０から射出される射出光の波形を示し、（Ｂ）は撮像部１１０において受光される反射光の波形を示し、（Ｃ）は制御信号ＲＳＴの波形を示し、（Ｄ）は画素信号ＳＩＧの波形を示し、（Ｅ）は時間カウンタ６９の動作を示す。ここで、図３２（Ｅ）は、時間カウンタ６９がカウント動作を行い得る期間を示している。
【０２０４】
この例は、測定レンジＲを１２０ｍに設定している。この測定レンジＲは、０ｍから１５ｍまでの短距離用の測定レンジＲ１と、１５ｍから１２０ｍまでの長距離用の測定レンジＲ２とを含んでいる。短距離用の測定レンジＲ１は、短いパルス幅Ｔｐｗ１の光パルスＬ１１および反射光パルスＬ２１を用いて距離Ｄを測定するレンジであり、長距離用の測定レンジＲ２は、長いパルス幅Ｔｐｗ２の光パルスＬ１２および反射光パルスＬ２２を用いて距離Ｄを測定するレンジである。
【０２０５】
短距離用の測定レンジＲ１では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを１ｎｓｅｃ．にし、長距離用の測定レンジＲ２では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを８ｎｓｅｃ．にしている。よって、例えば、距離測定装置４と測定対象物との間の距離Ｄが１５ｍである場合の測定分解能は１／１００（＝１ｎｓｅｃ．／１００ｎｓｅｃ．）であり、距離測定装置４と測定対象物との間の距離Ｄが１２０ｍである場合の測定分解能は１／１００（＝８ｎｓｅｃ．／８００ｎｓｅｃ．）である。
【０２０６】
図３２（Ａ）に示したように、光源９０は、光パルスＬ１１および光パルスＬ１２をこの順に続けて射出する。この例では、光パルスＬ１１のパルス幅Ｔｐｗ１は２ｎｓｅｃ．であり、光パルスＬ１２のパルス幅Ｔｐｗ２は２００ｎｓｅｃ．である。そして、図３２（Ｂ）に示したように、撮像部１１０は、反射光パルスＬ２１および反射光パルスＬ２２を続けて受光する。距離測定装置４と測定対象物との間の距離Ｄに応じて、反射光パルスＬ２１，Ｌ２２が撮像部１１０に到達するタイミングは変化する。
【０２０７】
時間カウンタ６９は、光パルスＬ１１の後端に対応するタイミングｔ１１１において、カウント動作を開始する。このときのクロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkは１ｎｓｅｃ．である。距離測定装置４と測定対象物との間の距離Ｄが１５ｍ以下の場合には、時間カウンタ６９は、反射光パルスＬ２１の後端に対応するタイミング（この例ではタイミングｔａ，ｔｂ）において、画素信号ＳＩＧの変化に基づいて、カウント動作を停止する。この具体的な動作は、距離測定装置１Ｊ（図２４）と同様である。これにより、読出回路１３０は、光源９０が射出した光パルスＬ１１の後端タイミングから、撮像画素Ｐが受光した反射光パルスＬ２１の後端タイミングまでの時間間隔を測定する。
【０２０８】
距離測定装置４と測定対象物との間の距離Ｄが１５ｍより長い場合には、反射光パルスＬ２１は、タイミングｔ１１１よりも１００ｎｓｅｃ．遅いタイミングｔ１１２までに撮像部１１０に到達しない。よって、時間カウンタ６９は、このタイミングｔ１１２において、カウント動作を一旦停止する。この時、カウント値ＣＮＴは１００になる。そして、時間カウンタ６９は、光パルスＬ１２の後端に対応するタイミングｔ１１３よりも１００ｎｓｅｃ．遅いタイミングｔ１１４において、カウント動作を再開する。すなわち、カウント値ＣＮＴは１００からカウントアップされる。このときのクロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkは８ｎｓｅｃ．である。そして、時間カウンタ６９は、反射光パルスＬ２２の後端に対応するタイミング（この例ではタイミングｔｃ，ｔｄ）において、画素信号ＳＩＧの変化に基づいて、カウント動作を停止する。この具体的な動作は、距離測定装置１（図７）と同様である。例えば、距離測定装置４と測定対象物との間の距離Ｄが１２０ｍである場合には、カウント値ＣＮＴは１８８になる。このようにして、読出回路１３０は、光源９０が射出した光パルスＬ１２の後端タイミングよりも１００ｎｓｅｃ．遅いタイミングｔ１１４から、撮像画素Ｐが受光した反射光パルスＬ２２の後端タイミングまでの時間間隔を測定する。タイミングｔ１１３〜ｔ１１４の期間の長さは既知（この例では１００ｎｓｅｃ．）であるので、読出回路１３０は、等価的に、光源９０が射出した光パルスＬ１２の後端タイミングから、撮像画素Ｐが受光した反射光パルスＬ２２の後端タイミングまでの時間間隔を測定することができる。
【０２０９】
このように、距離測定装置４では、測定レンジＲを、短距離用の測定レンジＲ１および長距離用の測定レンジＲ２に分けた。そして、短距離用の測定レンジＲ１では、短いパルス幅Ｔｐｗ１の光パルスＬ１１および反射光パルスＬ２１を用いて距離Ｄを測定し、長距離用の測定レンジＲ２では、長いパルス幅Ｔｐｗ２の光パルスＬ１２および反射光パルスＬ２２を用いて距離Ｄを測定するようにした。さらに、長距離用の測定レンジＲ２で測定を行う際のクロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを、短距離用の測定レンジＲ１で測定を行う際のクロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkよりも長くした。
【０２１０】
これにより、距離測定装置４では、例えば、測定レンジＲの全範囲でクロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを一定にした場合に比べて、例えば、距離Ｄが短い場合における測定分解能を高くすることができる。また、例えば、例えば距離Ｄが長い場合（例えば１２０ｍ）における時間カウンタ６９のカウント値ＣＮＴを低い値に抑えることができるので、時間カウンタ６９の回路規模を抑えることができる。また、距離Ｄが長い場合において、クロック信号ＣＬＫの周波数を低くすることができるので、消費電力を低減することができる。
【０２１１】
［その他の変形例］
上記実施の形態では、測定レンジＲを、短距離用の測定レンジＲ１および長距離用の測定レンジＲ２に分けたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば３つ以上の測定レンジに分けてもよい。
【０２１２】
また、上記実施の形態に係る距離測定装置４に、上記第１の実施の形態の変形例を適用してもよい。
【０２１３】
＜５．第５の実施の形態＞
次に、第５の実施の形態に係る距離測定装置５について説明する。本実施の形態は、２つの光源を用いて２つの光パルスそれぞれを射出するものである。なお、上記第４の実施の形態に係る距離測定装置４と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０２１４】
図３３は、距離測定装置５の一構成例を表すものである。距離測定装置５は、光源２０Ａ，２０と、光源制御部１４０と、レンズ１１と、撮像部１５０と、制御部１２とを備えている。
【０２１５】
光源２０Ａは、測定対象物に向かって光パルスＬ１１を射出するものであり、レーザ装置を用いて構成されるものである。光源２０は、測定対象物に向かって光パルスＬ１２を射出するものであり、発光ダイオードを用いて構成されるものである。光パルスＬ１１は、パルス幅Ｔｐｗ１が短いパルスであり、光パルスＬ１２は、パルス幅Ｔｐｗ２が長いパルスである。光源制御部１４０は、制御部１２からの指示に基づいて、光源２０Ａ，２０の動作を制御するものである。
【０２１６】
レンズ１１は、撮像部１５０の撮像面において像を結像させるものである。このレンズ１１には、２つの光パルスＬ１１，Ｌ１２にそれぞれ対応する２つの反射光パルスＬ２１，Ｌ２２が入射するようになっている。
【０２１７】
撮像部１５０は、制御部１２からの指示に基づいて、距離画像ＰＩＣを取得するものである。撮像部１５０は、上記第１の実施の形態に係る撮像部４０（図４）と同様に、画素アレイ４１と、走査部４２と、読出部１６０と、画像生成部４４と、撮像制御部４５とを有している。読出部１６０は、複数の読出回路１７０を有している。
【０２１８】
この構成により、距離測定装置５では、距離測定装置５から測定対象物までの距離Ｄが短い場合には、短いパルス幅Ｔｐｗ１の光パルスＬ１１および反射光パルスＬ２１を用いて、距離Ｄを測定し、距離測定装置５から測定対象物までの距離Ｄが長い場合には、長いパルス幅Ｔｐｗ２の光パルスＬ１２および反射光パルスＬ２２を用いて、距離Ｄを測定するようになっている。
【０２１９】
図３４は、距離測定装置５と測定対象物との間の距離Ｄが様々な距離である場合における、距離測定装置５の一動作例を表すものであり、（Ａ）は光源２０Ａから射出される射出光の波形を示し、（Ｂ）は光源２０から射出される射出光の波形を示し、（Ｃ）は撮像部１５０において受光される反射光の波形を示し、（Ｄ）は制御信号ＲＳＴの波形を示し、（Ｅ）は画素信号ＳＩＧの波形を示し、（Ｆ）は時間カウンタ６９の動作を示す。ここで、図３４（Ｆ）は、時間カウンタ６９がカウント動作を行い得る期間を示している。
【０２２０】
この例は、測定レンジＲを１２０ｍに設定している。この測定レンジＲは、０ｍから１５ｍまでの短距離用の測定レンジＲ１と、１５ｍから１２０ｍまでの長距離用の測定レンジＲ２とを含んでいる。短距離用の測定レンジＲ１は、短いパルス幅Ｔｐｗ１の光パルスＬ１１および反射光パルスＬ２１を用いて距離Ｄを測定するレンジであり、長距離用の測定レンジＲ２は、長いパルス幅Ｔｐｗ２の光パルスＬ１２および反射光パルスＬ２２を用いて距離Ｄを測定するレンジである。
【０２２１】
短距離用の測定レンジＲ１では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを２００ｐｓｅｃ．にし、長距離用の測定レンジＲ２では、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkを８ｎｓｅｃ．にしている。よって、例えば、距離測定装置５と測定対象物との間の距離Ｄが１５ｍである場合の測定分解能は１／５００（＝２００ｐｓｅｃ．／１００ｎｓｅｃ．）であり、距離測定装置５と測定対象物との間の距離Ｄが１２０ｍである場合の測定分解能は１／１００（＝８ｎｓｅｃ．／８００ｎｓｅｃ．）である。
【０２２２】
図３４（Ａ），（Ｂ）に示したように、まず、光源２０Ａが光パルスＬ１１を射出し、次に、光源２０が光パルスＬ１２を射出する。この例では、光パルスＬ１１のパルス幅Ｔｐｗ１は２００ｐｓｅｃ．であり、光パルスＬ１２のパルス幅Ｔｐｗ２は７００ｎｓｅｃ．である。そして、図３４（Ｃ）に示したように、撮像部１５０は、反射光パルスＬ２１および反射光パルスＬ２２を続けて受光する。距離測定装置５と測定対象物との間の距離Ｄに応じて、反射光パルスＬ２１，Ｌ２２が撮像部１５０に到達するタイミングは変化する。
【０２２３】
時間カウンタ６９は、光パルスＬ１１の後端に対応するタイミングｔ１１１において、カウント動作を開始する。このときのクロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkは２００ｐｓｅｃ．である。距離測定装置５と測定対象物との間の距離Ｄが１５ｍ以下の場合には、時間カウンタ６９は、反射光パルスＬ２１の後端に対応するタイミング（この例ではタイミングｔａ，ｔｂ）において、画素信号ＳＩＧの変化に基づいて、カウント動作を停止する。この具体的な動作は、距離測定装置３Ａ（図３０）と同様である。これにより、読出回路１７０は、光源２０Ａが射出した光パルスＬ１１の後端タイミングから、撮像画素Ｐが受光した反射光パルスＬ２１の後端タイミングまでの時間間隔を測定する。
【０２２４】
距離測定装置５と測定対象物との間の距離Ｄが１５ｍより長い場合には、反射光パルスＬ２１は、タイミングｔ１２１よりも１００ｎｓｅｃ．遅いタイミングｔ１２２までに撮像部１５０に到達しない。よって、時間カウンタ６９は、このタイミングｔ１２２において、カウント動作を一旦停止する。この時、カウント値ＣＮＴは５００になる。そして、撮像部１５０は、タイミングｔ１２３〜ｔ１２４の期間において、制御信号ＲＳＴを高レベル電圧ＶＨに設定した後に中レベル電圧ＶＭに設定する。そして、時間カウンタ６９は、光パルスＬ１２の後端に対応するタイミングｔ１２５よりも１００ｎｓｅｃ．遅いタイミングｔ１２６において、カウント動作を再開する。すなわち、カウント値ＣＮＴは５００からカウントアップされる。このときのクロック信号ＣＬＫの周期Ｔclkは８ｎｓｅｃ．である。そして、時間カウンタ６９は、反射光パルスＬ２２の後端に対応するタイミング（この例ではタイミングｔｃ，ｔｄ）において、画素信号ＳＩＧの変化に基づいて、カウント動作を停止する。この具体的な動作は、距離測定装置１（図７）と同様である。例えば、距離測定装置５と測定対象物との間の距離Ｄが１２０ｍである場合には、カウント値ＣＮＴは５８８になる。このようにして、読出回路１７０は、光源２０が射出した光パルスＬ１２の後端タイミングよりも１００ｎｓｅｃ．遅いタイミングから、撮像画素Ｐが受光した反射光パルスＬ２２の後端タイミングまでの時間間隔を測定する。タイミングｔ１２５〜ｔ１２６の期間の長さは既知（この例では１００ｎｓｅｃ．）であるので、読出回路１７０は、等価的に、光源２０が射出した光パルスＬ１２の後端タイミングから、撮像画素Ｐが受光した反射光パルスＬ２２の後端タイミングまでの時間間隔を測定することができる。
【０２２５】
このように、距離測定装置５では、レーザ装置を用いて光源２０Ａを構成したので、光パルスＬ１のパルス幅Ｔｐｗを短くすることができるとともに、光パルスＬ１の光強度を高くすることができる。これにより、距離測定装置５では、測定可能距離を長くすることができる。また、Ｓ／Ｎ比を高くすることができるため、反射光パルスＬ２の後端のタイミングを検出しやすくすることができる。その他の効果は、上記第４の実施の形態の場合と同様である。
【０２２６】
［その他の変形例］
上記実施の形態では、測定レンジＲを、短距離用の測定レンジＲ１および長距離用の測定レンジＲ２に分けたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば３つ以上の測定レンジに分けてもよい。
【０２２７】
また、上記実施の形態に係る距離測定装置５に、上記第１の実施の形態の変形例を適用してもよい。
【０２２８】
＜６．応用例＞
次に、上記実施の形態および変形例で説明した距離測定装置の応用例について説明する。
【０２２９】
図３５は、上記実施の形態等の距離測定装置の技術が適用される撮像装置２００の一構成例を表すものである。この撮像装置２００は、第１の実施の形態に係る距離測定装置１の技術を適用したものである。なお、これに限定されるものではなく、他の距離測定装置の技術を適用してもよい。
【０２３０】
この撮像装置２００は、距離画像ＰＩＣ、およびカラー画像などのコントラスト画像ＰＩＣ２を取得するものである。具体的には、この撮像装置２００は、２つの動作モードＭ（動作モードＭ１，Ｍ２）を有しており、動作モードＭ１で動作することにより、距離画像ＰＩＣを取得し、動作モードＭ２で動作することにより、コントラスト画像ＰＩＣ２を取得するようになっている。撮像装置２００は、制御部２１２と、撮像部２４０とを備えている。制御部２１２は、撮像装置２００の動作モードＭに基づいて、光源制御部３０および撮像部２４０に制御信号を供給し、これらの回路の動作を制御することにより、撮像装置２００の動作を制御するものである。撮像部２４０は、上記第１の実施の形態に係る撮像部４０（図４）と同様に、画素アレイ４１と、走査部２４２と、読出部２５０と、画像生成部４４と、撮像制御部２４５とを有している。
【０２３１】
図３６は、読出部２５０の一構成例を表すものである。読出部２５０は、読出回路２６０と、信号出力部５１と、読出制御部２５２とを有している。
【０２３２】
読出回路２６０は、電流源６１と、増幅回路６３と、差分回路６４と、選択部２６１，２６２と、コンパレータ６７と、ラッチ回路６８と、選択部２６３と、カウンタ６９Ａとを有している。カウンタ６９Ａは、動作モードＭ１では、第１の実施の形態に係る時間カウンタ６９と同様に機能し、動作モードＭ２では、信号量に応じてカウント動作を行うレベルカウンタとして機能するようになっている。
【０２３３】
選択部２６１は、モード切替信号ＭＯＤＥに基づいて、信号ＤＩＦおよび信号Ｓ６３のうちの一方を選択し、選択された信号をコンパレータ６７の正入力端子に供給するものである。選択部２６１は、モード切替信号ＭＯＤＥが、動作モードＭ１を示す信号である場合には、信号ＤＩＦを選択し、モード切替信号ＭＯＤＥが、動作モードＭ２を示す信号である場合には、信号Ｓ６３を選択するようになっている。
【０２３４】
選択部２６２は、モード切替信号ＭＯＤＥに基づいて、しきい値電圧Ｖｔｈおよび参照信号ＲＥＦのうちの一方を選択し、選択された信号をコンパレータ６７の負入力端子に供給するものである。参照信号ＲＥＦは、後述するＰ相期間ＰＰおよびＤ相期間ＰＤにおいて、時間の経過に応じて電圧レベルが徐々に低下する、いわゆるランプ波形を有するものである。選択部２６２は、モード切替信号ＭＯＤＥが、動作モードＭ１を示す信号である場合には、しきい値電圧Ｖｔｈを選択し、モード切替信号ＭＯＤＥが、動作モードＭ２を示す信号である場合には、参照信号ＲＥＦを選択するようになっている。
【０２３５】
選択部２６３は、モード切替信号ＭＯＤＥに基づいて、ラッチ回路６８から出力された信号および信号ＣＯＭＰのうちの一方を選択し、選択された信号をカウンタ６９Ａに信号ＳＴＯＰとして供給するものである。選択部２６３は、モード切替信号ＭＯＤＥが、動作モードＭ１を示す信号である場合には、ラッチ回路６８から出力された信号を選択し、モード切替信号ＭＯＤＥが、動作モードＭ２を示す信号である場合には、信号ＣＯＭＰを選択するようになっている。
【０２３６】
読出制御部２５２は、読出部２５０における読出動作を制御するものである。読出制御部２５２は、動作モードＭを指示するためのモード切替信号ＭＯＤＥを生成する。また、読出制御部２５２は、撮像装置２００が動作モードＭ１で動作する場合には、しきい値電圧Ｖｔｈ、クロック信号ＣＬＫ、および信号ＳＴＡＲＴを生成し、撮像装置２００が動作モードＭ２で動作する場合には、参照信号ＲＥＦ、クロック信号ＣＬＫ、および信号ＳＴＡＲＴを生成するようになっている。
【０２３７】
ここで、増幅回路６３、差分回路６４、およびコンパレータ６７は、本開示における「信号変化検出部」の一具体例に対応する。カウンタ６９Ａおよび読出制御部２５２は、本開示における「測定部」の一具体例に対応する。読出制御部２５２は、本開示における「クロック生成部」および「信号生成部」の一具体例に対応する。制御部２１２は、本開示における「制御部」の一具体例に対応する。動作モードＭ１は、本開示における「第１の動作モード」の一具体例に対応する。動作モードＭ２は、本開示における「第２の動作モード」の一具体例に対応する。
【０２３８】
撮像装置２００は、動作モードＭ１で動作する場合には、第１の実施の形態の場合（図７）と同様に動作を行うことにより、距離画像ＰＩＣを生成する。また、撮像装置２００は、動作モードＭ２で動作する場合には、以下のように動作を行うことにより、コントラスト画像ＰＩＣ２を生成する。
【０２３９】
図３７は、動作モードＭ２で動作する場合における撮像装置２００の動作を表すものであり（Ａ）は制御信号ＲＳＴの波形を示し、（Ｂ）は制御信号ＴＧの波形を示し、（Ｃ）は制御信号ＳＬの波形を示し、（Ｄ）は参照信号ＲＥＦの波形を示し、（Ｅ）は画素信号ＳＩＧの波形を示し、（Ｆ）はコンパレータ６７から出力される信号ＣＯＭＰの波形を示し、（Ｇ）はカウンタ６９Ａの動作を示す。ここで、図３７（Ｄ），（Ｅ）では、各信号の波形を同じ電圧軸で示している。
【０２４０】
まず、タイミングｔ２０１において、水平期間Ｈが開始すると、走査部２４２は、タイミングｔ２０２において、制御信号ＳＬの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図３７（Ｃ））。これにより、撮像画素Ｐでは、トランジスタ１９がオン状態になり、撮像画素Ｐが信号線ＳＧＬと電気的に接続される。
【０２４１】
次に、タイミングｔ２０３において、走査部２４２は、制御信号ＲＳＴの電圧を低レベル電圧ＶＬから高レベル電圧ＶＨに変化させる（図３７（Ａ））。これにより、撮像画素Ｐでは、リセットトランジスタ１６がオン状態になり、フローティングディフュージョンＦＤの電圧が電圧ＶＤＤに設定される（リセット動作）。
【０２４２】
次に、タイミングｔ２０４において、走査部２４２は、制御信号ＲＳＴの電圧を高レベル電圧ＶＨから低レベル電圧ＶＬに変化させる（図３７（Ａ））。これにより、撮像画素Ｐでは、リセットトランジスタ１６がオフ状態になる。そして、撮像画素Ｐは、このタイミングｔ２０４以降において、このときのフローティングディフュージョンＦＤの電圧に対応する電圧（リセット電圧Ｖreset）を出力する（図３７（Ｅ））。
【０２４３】
次に、タイミングｔ２０５において、読出制御部２５２は、参照信号ＲＥＦの電圧を電圧Ｖ１１に変化させる（図３７（Ｄ））。
【０２４４】
次に、タイミングｔ２０６〜ｔ２０８の期間（Ｐ相期間ＰＰ）において、読出部２５０は、リセット電圧Ｖresetに基づいてＡＤ変換を行う。具体的には、まず、タイミングｔ２０６において、カウンタ６９Ａは、カウント動作を開始する（図３７（Ｇ））。これと同時に、読出制御部２５２は、参照信号ＲＥＦの電圧を、電圧Ｖ１１から所定の変化度合いで低下させ始める（図３７（Ｄ））。
【０２４５】
そして、タイミングｔ２０７において、参照信号ＲＥＦの電圧が画素信号ＳＩＧの電圧（リセットＶreset）を下回る（図３７（Ｄ），（Ｅ））。これに応じて、コンパレータ６７は、信号ＣＯＭＰの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図３７（Ｆ））。その結果、カウンタ６９Ａは、カウント動作を停止する（図３７（Ｇ））。
【０２４６】
次に、タイミングｔ２０８において、読出制御部２５２は、Ｐ相期間ＰＰの終了に伴い、参照信号ＲＥＦの電圧の変化を停止させ、その後のタイミングｔ２０９において、参照信号ＲＥＦの電圧を電圧Ｖ１２に変化させる（図３７（Ｄ））。これに伴い、参照信号ＲＥＦの電圧が画素信号ＳＩＧの電圧（リセット電圧Ｖreset）を上回るので（図３７（Ｄ），（Ｅ））、コンパレータ６７は、信号ＣＯＭＰの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図３７（Ｆ））。そして、カウンタ６９Ａは、所定のタイミングで、カウンタ６９Ａのカウント値ＣＮＴの極性を反転する。
【０２４７】
次に、タイミングｔ２１１において、走査部２４２は、制御信号ＴＧの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図３７（Ｂ））。これにより、撮像画素Ｐでは、読出トランジスタ１５がオン状態になり、その結果、フォトダイオード１４で発生した電子がフローティングディフュージョンＦＤに転送される（電荷転送動作）。これに応じて、画素信号ＳＩＧの電圧は低下する（図３７（Ｅ））。
【０２４８】
そして、タイミングｔ２１２において、走査部２４２は、制御信号ＴＧの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図３７（Ｂ））。これにより、撮像画素Ｐでは、読出トランジスタ１５がオフ状態になる。そして、撮像画素Ｐは、このタイミングｔ２１２以降において、このときのフローティングディフュージョンＦＤの電圧に対応する電圧（画素電圧Ｖpix）を出力する（図３７（Ｅ））。
【０２４９】
次に、タイミングｔ２１３〜ｔ２１５の期間（Ｄ相期間ＰＤ）において、読出部２５０は、画素電圧Ｖpixに基づいてＡＤ変換を行う。具体的には、まず、タイミングｔ２１３において、カウンタ６９Ａは、カウント動作を開始する（図３７（Ｇ））。これと同時に、読出制御部２５２は、参照信号ＲＥＦの電圧を、電圧Ｖ１２から所定の変化度合いで低下させ始める（図３７（Ｄ））。
【０２５０】
そして、タイミングｔ２１４において、参照信号ＲＥＦの電圧が画素信号ＳＩＧの電圧（画素電圧Ｖpix）を下回る（図３７（Ｄ），（Ｅ））。これに応じて、コンパレータ６７は、信号ＣＯＭＰの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図３７（Ｆ））。その結果、カウンタ６９Ａは、カウント動作を停止する（図３７（Ｇ））。このようにして、読出回路２６０は、画素電圧Ｖpixとリセット電圧Ｖresetとの差（信号レベル）に応じたカウント値ＣＮＴを得る。
【０２５１】
次に、タイミングｔ２１５において、読出制御部２５２は、Ｄ相期間ＰＤの終了に伴い、参照信号ＲＥＦの電圧の変化を停止させ、その後のタイミングｔ２１６において、参照信号ＲＥＦの電圧を電圧Ｖ１３に変化させる（図３７（Ｄ））。これに伴い、参照信号ＲＥＦの電圧が画素信号ＳＩＧの電圧（画素電圧Ｖpix）を上回るので（図３７（Ｄ），（Ｅ））、コンパレータ６７は、信号ＣＯＭＰの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図３８（Ｆ））。
【０２５２】
次に、タイミングｔ２１７において、走査部２４２は、制御信号ＳＬの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図３７（Ｃ））。これにより、撮像画素Ｐでは、トランジスタ１９がオフ状態になり、撮像画素Ｐが信号線ＳＧＬから電気的に切り離される。
【０２５３】
このようにして、撮像装置２００では、動作モードＭ２で動作を行うことにより、信号レベルに応じたコントラスト画像ＰＩＣ２を取得する。
【０２５４】
撮像装置２００では、撮像装置２００では、動作モードＭを切り替えることにより、距離画像ＰＩＣおよびコントラスト画像ＰＩＣ２を取得することができる。これにより、例えば、距離画像ＰＩＣを取得する装置と、コントラスト画像ＰＩＣ２を取得する装置とを別々に設ける場合に比べて、装置を小型にすることができる。また、撮像装置２００では、同じ画素アレイ４１を用いて、距離画像ＰＩＣおよびコントラスト画像ＰＩＣ２を取得することができるため、距離画像ＰＩＣおよびコントラスト画像ＰＩＣ２における位置のずれを抑えることができる。これにより、例えば、仮想現実（ＶＲ；Virtual Reality）や拡張現実（Augmented Reality）の分野において、距離画像ＰＩＣおよびコントラスト画像ＰＩＣ２を用いた、より高精度な処理を実現することができる。
【０２５５】
以上、いくつかの実施の形態および変形例、ならびにそれらの具体的な応用例を挙げて本技術を説明したが、本技術はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。
【０２５６】
例えば、上記の各実施の形態に係る距離測定装置を車両に搭載し、自車両と、自車両の前を走行する車両との間の距離を測定することにより、例えば車両の衝突防止の機能を実現することができる。また、上記の各実施の形態に係る距離測定装置をドローンに搭載し、ドローンと地面との間の距離や、ドローンと障害物との間の距離を測定するようにしてもよい。また、上記の各実施の形態に係る距離測定装置を、荷物を搬送するロボットに搭載してもよい。
【０２５７】
例えば、上記の各実施の形態等における測定レンジＲ、光パルスＬ１，Ｌ１１，Ｌ１２のパルス幅、クロック信号ＣＬＫの周期Ｔclk、測定分解能などは、一例であり、適宜変更してもよい。
【０２５８】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【０２５９】
なお、本技術は以下のような構成とすることができる。
【０２６０】
（１）光源部に対して、第１の光パルスの射出動作を指示する制御部と、
前記第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスを受光することにより信号電荷を発生させるフォトダイオードを有し、前記信号電荷を蓄積するとともに、前記信号電荷を電圧に変換することにより受光信号を生成する受光部と、
前記受光信号における、前記第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化を検出する第１の検出動作を行う信号変化検出部と、
前記第１の信号変化に基づいて、前記光源部における前記第１の光パルスの射出タイミングから前記受光部における前記第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔を測定する第１の測定動作を行う時間測定部と
を備えた距離センサ。
（２）前記第１の信号変化は、前記第１の反射光パルスの後端に対応する信号変化であり、
前記射出タイミングは、前記第１の光パルスの後端タイミングであり、
前記受光タイミングは、前記第１の反射光パルスの後端タイミングである
前記（１）に記載の距離センサ。
（３）前記受光部は、
ゲート、ソース、およびドレインを有し、前記ソースおよび前記ドレインのうちの一方が前記フォトダイオードに接続され、他方が第１のノードに接続された第１のトランジスタと、
前記第１のノードに接続され、前記信号電荷を蓄積するとともに、前記信号電荷を電圧に変換する信号変換部と、
ゲート、ソース、およびドレインを有し、前記ソースおよび前記ドレインのうちの一方に所定の電圧が供給され、他方が前記第１のノードに接続された第２のトランジスタと、
前記第１のノードにおける電圧に応じた電圧を出力する出力部と
をさらに有する
前記（１）または（２）に記載の距離センサ。
（４）前記フォトダイオードは、第１のノードに接続され、前記信号電荷を蓄積し、
前記受光部は、
ゲート、ソース、およびドレインを有し、前記ソースおよび前記ドレインのうちの一方に所定の電圧が供給され、他方が前記第１のノードに接続された第２のトランジスタと、
前記第１のノードにおける電圧に応じた電圧を出力する出力部と
をさらに有する
前記（１）または（２）に記載の距離センサ。
（５）前記第２のトランジスタの前記ゲートのゲート長は、前記第２のトランジスタの前記ゲートのゲート幅よりも長い
前記（３）または（４）に記載の距離センサ。
（６）前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して、前記第２のトランジスタをオン状態にさせるオン電圧と前記第２のトランジスタをオフ状態にさせるオフ電圧との間の中間電圧を印加可能な駆動部をさらに備えた
前記（３）から（５）のいずれかに記載の距離センサ。
（７）前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して、前記第２のトランジスタをオフ状態にさせるオフ電圧および、前記第２のトランジスタをオン状態にさせるオン電圧と前記オフ電圧との間の中間電圧を選択的に印加可能な駆動部をさらに備えた
前記（３）から（５）のいずれかに記載の距離センサ。
（８）前記駆動部は、第１の期間において、前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して前記中間電圧を印加し、前記第１の期間の後の第２の期間において、前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して、前記中間電圧および前記オフ電圧を交互に印加する
前記（７）に記載の距離センサ。
（９）前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して、前記第２のトランジスタをオン状態にさせるオン電圧、および前記第２のトランジスタをオフ状態にさせるオフ電圧を選択的に印加可能な駆動部をさらに備え、
前記駆動部は、第１の期間において、前記第２のトランジスタの前記ゲートに対して前記オン電圧を印加し、前記第１の期間の後の第２の期間において、前記第２のトランジスタのゲートに対して前記オフ電圧を印加し、
前記信号変化検出部は、前記第２の期間において、前記第１の検出動作を行う
前記（３）から（５）のいずれかに記載の距離センサ。
（１０）前記第２のトランジスタの前記ゲートに印加する電圧を変更可能な駆動部をさらに備えた
前記（３）から（５）のいずれかに記載の距離センサ。
（１１）前記信号変化検出部は、前記受光信号における、互いに所定時間離れた２つのタイミングでの２つの信号値の差分値を、所定のしきい値と比較することにより、前記第１の信号変化を検出する
前記（１）から（１０）のいずれかに記載の距離センサ。
（１２）前記信号変化検出部は、前記受光信号の微分値を、所定のしきい値と比較することにより、前記第１の信号変化を検出する
前記（１）から（１０）のいずれかに記載の距離センサ。
（１３）前記信号変化検出部は、前記受光信号を増幅し、増幅された前記受光信号に基づいて前記第１の検出動作を行う
前記（１）から（１２）のいずれかに記載の距離センサ。
（１４）前記フォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードである
前記（１）から（１３）のいずれかに記載の距離センサ。
（１５）第１の光パルスを射出する光源部と、
前記光源部に対して、前記第１の光パルスの射出動作を指示する制御部と、
前記第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスが入射するレンズと、
前記第１の反射光パルスを前記レンズを介して受光することにより信号電荷を発生させるフォトダイオードを有し、前記信号電荷を蓄積するとともに、前記信号電荷を電圧に変換することにより受光信号を生成する受光部と、
前記受光信号における、前記第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化を検出する第１の検出動作を行う信号変化検出部と、
前記第１の信号変化に基づいて、前記光源部における前記第１の光パルスの射出タイミングから前記受光部における前記第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔を測定する第１の測定動作を行う時間測定部と
を備えた距離測定装置。
（１６）前記第１の信号変化は、前記第１の反射光パルスの後端に対応する信号変化であり、
前記射出タイミングは、前記第１の光パルスの後端タイミングであり、
前記受光タイミングは、前記第１の反射光パルスの後端タイミングである
前記（１５）に記載の距離測定装置。
（１７）前記光源部は、
前記第１の光パルスを射出する光源と、
前記光源における前記第１の光パルスの射出動作を制御する光源制御部と
を有し、
前記光源制御部は、
前記光源に発光電流を流す電流源と、
前記発光電流の経路に挿入されたスイッチと、
前記スイッチの動作を制御するスイッチ制御部と
を有し、
前記スイッチ制御部は、前記第１の光パルスの後端タイミングにおいて、前記スイッチをオフにし、
前記射出タイミングは、前記スイッチをオフにしたタイミングに対応する
前記（１６）に記載の距離測定装置。
（１８）前記制御部は、前記光源部に対して、前記第１の光パルスに加え、前記第１の光パルスの後の第２の光パルスの射出動作をも指示し、
前記フォトダイオードは、前記第２の光パルスに対応する第２の反射光パルスを受光することにより前記信号電荷を発生させ、
前記信号変化検出部は、前記受光信号における、前記第２の反射光パルスに応じた第２の信号変化を検出する第２の検出動作を行い、
前記時間測定部は、前記第２の信号変化に基づいて、前記光源部における前記第２の光パルスの射出タイミングから前記受光部における前記第２の反射光パルスの受光タイミングまでの第２の時間間隔を測定する第２の測定動作を行う
前記（１５）から（１７）のいずれかに記載の距離測定装置。
（１９）前記光源部は、前記第１の光パルスおよび前記第２の光パルスを射出する光源を有する
前記（１８）に記載の距離測定装置。
（２０）前記光源部は、
前記第１の光パルスを射出する第１の光源と、
前記第２の光パルスを射出し、前記第１の光源とは種類が異なる第２の光源と
を有する
前記（１８）に記載の距離測定装置。
（２１）前記時間測定部は、
クロック信号を生成するクロック生成部と、
前記クロック信号に基づいてカウント動作を行うことにより、前記第１の時間間隔および前記第２の時間間隔を測定する時間カウンタと
を有し、
前記クロック生成部は、前記第１の測定動作において、前記クロック信号の周期を第１の周期に設定するとともに、前記第２の測定動作において、前記クロック信号の周期を第２の周期に設定する
前記（１８）から（２０）のいずれかに記載の距離測定装置。
（２２）前記時間カウンタは、前記第１の測定動作において、前記光源部における前記第１の光パルスの前記射出タイミングで前記カウント動作を開始し、前記第１の信号変化に基づいて前記カウント動作を停止する
前記（２１）に記載の距離測定装置。
（２３）前記時間カウンタは、
前記第１の測定動作において、前記第１の光パルスの前記射出タイミングから所定の長さの期間の期間内において前記カウント動作を停止しなかった場合には、前記所定の長さの期間の終了時に前記カウント動作を停止し、
前記第２の測定動作において、前記第２の光パルスの前記射出タイミングから前記所定の長さの期間と同じ長さの時間が経過したタイミングで前記カウント動作を再開し、前記第２の信号変化に基づいて前記カウント動作を停止する
前記（２２）に記載の距離測定装置。
（２４）光源部に対して、第１の光パルスの射出動作を指示する制御部と、
それぞれが、前記第１の光パルスに対応する第１の反射光パルスを受光することにより信号電荷を発生させるフォトダイオードを有し、前記信号電荷を蓄積するとともに、前記信号電荷を電圧に変換することにより受光信号を生成する複数の受光部と、
前記受光信号における、前記第１の反射光パルスに応じた第１の信号変化を検出する第１の検出動作を行う信号変化検出部と、
前記第１の信号変化に基づいて、前記光源部における前記第１の光パルスの射出タイミングから前記受光部における前記第１の反射光パルスの受光タイミングまでの第１の時間間隔を測定する第１の測定動作を行う測定部と
を備えた画像センサ。
（２５）前記制御部は、さらに、前記画像センサが、第１の動作モードを含む複数の動作モードのうちのいずれかで動作するように制御し、
前記測定部は、
クロック信号を生成するクロック生成部と、
前記クロック信号に基づいてカウント動作を行うカウンタと
を有し、
前記複数の受光部のそれぞれは、前記第１の動作モードにおいて、前記第１の反射光パルスに基づいて前記受光信号を生成し、
前記信号変化検出部は、前記第１の動作モードにおいて、前記第１の検出動作を行い、
前記カウンタは、前記第１の動作モードにおいて、前記第１の信号変化に基づいて前記カウント動作を停止することにより、前記第１の時間間隔を測定する
前記（２４）に記載の画像センサ。
（２６）前記測定部は、電圧レベルが変化する参照信号を生成する信号生成部を有し、
前記複数の動作モードは、第２の動作モードを含み、
前記複数の受光部のそれぞれは、前記第２の動作モードにおいて、受光量に応じた画素信号を生成し、
前記カウンタは、前記第２の動作モードにおいて、前記参照信号と前記画素信号との比較結果に基づいて前記カウント動作を停止することにより、前記画素信号を画素値に変換する
前記（２５）に記載の画像センサ。
【符号の説明】
【０２６１】
１，１Ａ，１Ｄ，１Ｊ，２，３，３Ａ，４，５…距離測定装置、１１…レンズ、１２…制御部、１４，１４Ａ…フォトダイオード、１５…読出トランジスタ、１６…リセットトランジスタ、１８，１９…トランジスタ、１７…出力部、２０，２０Ａ，９０…光源、３０，３０Ａ，３０Ｄ，３０Ｊ，１００，１４０…光源制御部、３１，３１Ｄ，３１Ｊ…制御信号生成部、３２…ドライバ、３３…電流源、３４…スイッチ、３５…ドライバ、３６…電流源、４０，４０Ｅ，７０，８０，８０Ａ，１１０，１５０…撮像部、４１，４１Ｅ…画素アレイ、４２，４２Ｅ，７２，８２…走査部、４４…画像生成部、４５…撮像制御部、５０，５０Ａ，１２０，１６０…読出部、５１…信号出力部、５２…読出制御部、６０，６０Ａ，１３０，１７０…読出回路、６１…電流源、６２，６２Ａ…信号変化検出部、６３…増幅回路、６４，６４Ｆ，６４Ｇ…差分回路、６４Ａ，６４Ｈ，６４Ｉ…微分回路、６５…遅延回路、６６…減算回路、６７…コンパレータ、６８，６８Ａ…ラッチ回路、６９…時間カウンタ、６９Ａ…カウンタ、７０…撮像部、７２…走査部、１０１，１０２…サンプルホールド回路、１０１Ａ，１０２Ａ…スイッチ、１０１Ｂ，１０２Ｂ…容量素子、１０３，１０４…ローパスフィルタ、２００…撮像装置、２１２…制御部、２４０…撮像部、２４２…走査部、２４５…撮像制御部、２５０…読出部、２５２…読出制御部、２６０…読出回路、２６１〜２６３…選択部、ＣＬＫ…クロック信号、ＣＮＴ…カウント値、ＣＯＭＰ…信号、Ｄ…距離、ＤＩＦ…信号、ＦＤ…フローティングディフュージョン、Ｌ１，Ｌ１１，Ｌ１２…光パルス、Ｌ２，Ｌ２１，Ｌ２２…反射光パルス、ＬＢ…背景光、ＬＬ１…ゲート長、Ｍ，Ｍ１，Ｍ２…動作モード、ＭＯＤＥ…モード切替信号、Ｐ，ＰＥ…撮像画素、ＰＤ…Ｄ相期間、ＰＩＣ…距離画像、ＰＩＣ２…コントラスト画像、ＰＰ…Ｐ相期間、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２…測定レンジ、ＲＥＦ…参照信号、ＲＳＴ…制御信号、ＲＳＴＬ…制御線、Ｓ１〜Ｓ４…制御信号、Ｓ６３，Ｓ６５…信号、ＳＧＬ…信号線、ＳＩＧ…画素信号、ＳＬ…制御信号、ＳＬＬ…制御線、Ｓｐｉｃ…画像信号、Ｓｐｉｃ１…信号、ＳＴＡＲＴ…信号、ＳＴＯＰ…信号、Ｔclk…周期、ＴＧ…制御信号、ＴＧＬ…制御線、Ｔｐｗ，Ｔｐｗ１，Ｔｐｗ２…パルス幅、ＶＤＤ…電圧、ＶＧ…ゲート電圧、ＶＨ…高レベル電圧、ＶＬ…低レベル電圧、ＶＭ…中レベル電圧、ＶＰ…電圧、Ｖｐｉｘ…画素電圧、ＶＳＳ…電圧、Ｖｔｈ…しきい値電圧、ＷＷ１…ゲート幅、ＷＷ２，ＷＷ３…幅。
【図１】
2019032206.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2019032206.tif 000006
【図５】
2019032206.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2019032206.tif 000010
【図９】
2019032206.tif 000011
【図１０】
2019032206.tif 000012
【図１１】
2019032206.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2019032206.tif 000016
【図１５】
2019032206.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2019032206.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2019032206.tif 000021
【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
2019032206.tif 000023
【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
2019032206.tif 000028
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2019032206.tif 000031
【図２８】
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【図２９】
2019032206.tif 000033
【図３０】
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【図３１】
2019032206.tif 000035
【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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