(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測距対象に対して照射光を照射する照射装置と、
前記照射装置が照射した照射光の反射光を、該照射光の照射タイミングに対して予め決められた受光期間で受光する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の受光により得られた光電子数を用いて、前記測距対象までの距離を計測する演算部と、
を備え、
前記照射装置は、第１照射タイミングと第２照射タイミングとで前記照射光を所定時間照射し、
前記固体撮像装置は、前記第１照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を第１受光期間及び第２受光期間で受光するとともに、前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、第３受光期間及び第４受光期間でそれぞれ受光し、
前記演算部は、前記第１受光期間で得られた前記光電子数と前記第３受光期間で得られた前記光電子数とから第１回帰直線を求めるとともに、前記第２受光期間で得られた前記光電子数と前記第４受光期間で得られた前記光電子数とから第２回帰直線を求め、前記第１回帰直線と前記第２回帰直線との交点から前記測距対象までの距離を算出し、
前記第１受光期間及び前記第３受光期間は、前記反射光が前記固体撮像装置に到達してから該反射光の強度が最大になるまでの時間を含み、且つ、前記所定時間以下の時間であり、
前記第２受光期間及び前記第４受光期間は、前記固体撮像装置に到達する前記反射光の強度が減少してから該反射光の前記固体撮像装置への到達が終了するまでの時間を含み、且つ、前記所定時間以下の時間である
ことを特徴とする測距システム。
【請求項２】
請求項１に記載の測距システムであって、
前記照射装置が照射する照射光は、パルス光であり、
前記第１受光期間及び前記第３受光期間は、前記反射光が前記固体撮像装置に到達するタイミングを含む期間であり、
前記第２受光期間及び前記第４受光期間は、前記反射光が前記固体撮像装置に到達してから前記所定時間経過後のタイミングを含む期間である
ことを特徴とする測距システム。
【請求項３】
請求項２に記載の測距システムであって、
前記パルス光は、発光強度が一定となる期間を有する
ことを特徴とする測距システム。
【請求項４】
測距対象に対して照射光を照射する照射装置と、
前記照射装置が照射した照射光の反射光を、該照射光の照射タイミングに対して予め決められた受光期間で受光する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の受光により得られた光電子数を用いて、前記測距対象までの距離を計測する演算部と、
を備え、
前記照射装置は、第１照射タイミングと第２照射タイミングとで前記照射光を所定時間照射し、
前記固体撮像装置は、前記第１照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を第１受光期間及び第２受光期間で受光するとともに、前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、第３受光期間及び第４受光期間でそれぞれ受光し、
前記演算部は、前記第１受光期間〜前記第４受光期間で得られた前記光電子数を用いて、前記測距対象までの距離を算出し、
前記照射装置が所定時間照射する照射光は、強度が徐々に強くなる第１期間と強度が徐々に弱くなる第２期間とを含む光であり、
前記第１受光期間及び前記第３受光期間は、前記第１期間に含まれる期間であり、
前記第２受光期間及び前記第４受光期間は、前記第２期間に含まれる期間である
ことを特徴とする測距システム。
【請求項５】
請求項４に記載の測距システムであって、
前記演算部は、前記第１受光期間で得られた前記光電子数と前記第３受光期間で得られた前記光電子数とから第１回帰直線を求めるとともに、前記第２受光期間で得られた前記光電子数と前記第４受光期間で得られた前記光電子数とから第２回帰直線を求め、前記第１回帰直線と前記第２回帰直線との交点から前記測距対象までの距離を算出する
ことを特徴とする測距システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の測距システムであって、
前記照射装置は、交互に前記第１照射タイミングと前記第２照射タイミングとで前記照射光を照射し、
前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第４受光期間とは、所定の周期で到来し、
前記第２照射タイミングは、第１照射タイミングと位相が半周期と一定時間ずれており、
前記第３受光期間は、前記第１受光期間と位相が半周期ずれており、
前記第４受光期間は、前記第２受光期間と位相が半周期ずれている
ことを特徴とする測距システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の測距システムであって、
前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第４受光期間とは、予め定められた測距検知範囲に基づいて決められている
ことを特徴とする測距システム。
【請求項８】
請求項７に記載の測距システムであって、
予め決められた前記測距検知範囲を複数有し、
複数の前記測距検知範囲に対応して、前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第４受光期間とが複数決められている
ことを特徴とする測距システム。
【請求項９】
請求項８に記載の測距システムであって、
前記複数の測距検知範囲の前記第１照射タイミング、及び、前記第２照射タイミングは、互いに一定時間の２倍だけ位相がずれており、
前記複数の測距検知範囲の前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、互いに位相がずれていない
ことを特徴とする測距システム。
【請求項１０】
測距対象に対して発光強度が一定となる期間を有する照射光を照射する照射装置と、
前記照射装置が照射した照射光の反射光を、該照射光の照射タイミングに対して予め決められた受光期間で受光する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の受光により得られた光電子数を用いて、前記測距対象までの距離を計測する演算部と、
を備え、
前記照射装置は、第１照射タイミングと第２照射タイミングとで前記照射光を所定時間照射し、
前記固体撮像装置は、前記第１照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を第１受光期間で受光し、前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、第２受光期間で受光するとともに、前記第１照射タイミング又は前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、前記第１照射タイミング又は前記第２照射タイミングに対して予め決められた第３受光期間で受光し、
前記演算部は、前記第１受光期間で得られた前記光電子数と前記第２受光期間で得られた前記光電子数とから回帰直線を求めるとともに、該回帰直線と、前記第３受光期間で得られた前記光電子数とから前記測距対象までの距離を算出し、
前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、前記固体撮像装置に到達する前記反射光の強度が減少してから該反射光の前記固体撮像装置への到達が終了するまでの時間を含み、且つ、前記所定時間以下の時間であり、
前記第３受光期間は、前記固体撮像装置に到達する前記反射光の強度が一定となる時間である
ことを特徴とする測距システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の測距システムであって、
前記照射装置が照射する照射光は、パルス光であり、
前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、前記反射光が前記固体撮像装置に到達してから前記所定時間経過後のタイミングを含む期間である
ことを特徴とする測距システム。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の測距システムであって、
前記照射装置は、交互に前記第１照射タイミングと前記第２照射タイミングとで前記照射光を照射し、
前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、所定の周期で到来し、
前記第２照射タイミングは、前記第１照射タイミングと位相が半周期と一定時間ずれており、
前記第２受光期間は、前記第１受光期間と位相が半周期ずれている
ことを特徴とする測距システム。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の測距システムであって、
前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第３受光期間とは、予め決められた測距検知範囲に基づいて決められている
ことを特徴とする測距システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の測距システムであって、
予め決められた前記測距検知範囲を複数有し、
複数の前記測距検知範囲に対応して、前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第３受光期間とが複数決められている
ことを特徴とする測距システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の測距システムであって、
前記複数の測距検知範囲の前記第１照射タイミング、及び、前記第２照射タイミングは、互いに一定時間の２倍だけ位相がずれており、
前記複数の測距検知範囲の前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、互いに位相がずれていない
ことを特徴とする測距システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距センサとして機能する固体撮像装置を有する測距システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、イメージセンサの応用例として、測距対象への距離を非接触に測定する測距方法として、タイム・オブ・フライト（ＴＯＦ）法を用いたものが知られている。ＴＯＦ法を用いる場合においては、光電変換素子が受光した光電子（負電荷）を振り分けた後、該振り分けた光電子を読み出す技術が知られている。下記非特許文献１及び２には、パルス光の照射と照射停止を同じ長さ（発光素子の駆動デューティが５０％）で繰り返すと共に、パルス光の照射と照射停止に同期させて受光を行い、発生した光電子を２方向に振り分けることが記載されている。この２方向に振り分けられた光電子を用いて測距対象までの距離を計測する。また、下記特許文献１には、光電変換素子が受光した光電子を４方向に振り分けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３２４２５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】宮川良平、金出武雄「ＣＣＤ−Ｂａｓｅｄ  Ｒａｎｇｅ−Ｆｉｎｄｉｎｇ  Ｓｅｎｓｏｒ」、ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥＳ，  ＶＯＬ．  ４４，  ＮＯ．  １０、１９９７年１０月、ｐ．１６４８〜１６５２
【非特許文献２】宮川良平、金出武雄、ＩＴＥ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．６５、ＰＰ３７−４１（Ｎｏｖ．１９９５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１及び２、上記特許文献１に記載の技術では、環境光及びパルス光の反射光を同時に受光することにより得られた光電子から、測距対象までの距離を計測するので、測距精度は、光源の発光強度や環境光に依存してしまう。
【０００６】
そこで本発明は、係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、光源の強度や環境光に依存しない信頼性の高い距離情報を取得することができる測距システム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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、測距システムであって、測距対象に対して照射光を照射する照射装置と、前記照射装置が照射した照射光の反射光を、該照射光の照射タイミングに対して予め決められた受光期間で受光する固体撮像装置と、前記固体撮像装置の受光により得られた光電子数を用いて、被写体までの距離を計測する演算部と、を備え、前記照射装置は、第１照射タイミングと第２照射タイミングとで前記照射光を所定時間照射し、前記固体撮像装置は、前記第１照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を第１受光期間及び第２受光期間で受光するとともに、前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、第３受光期間及び第４受光期間でそれぞれ受光し、前記演算部は、前記第１受光期間〜前記第４受光期間で得られた前記光電子数を用いて、前記測距対象までの距離を算出し、前記第１受光期間及び前記第３受光期間は、前記反射光が前記固体撮像装置に到達してから該反射光の強度が最大になるまでの時間に含まれるタイミングを含み、且つ、前記所定時間以下の時間であり、前記第２受光期間及び前記第４受光期間は、前記固体撮像装置に到達する前記反射光の強度が減少してから該反射光の前記固体撮像装置への到達が終了するまでの時間に含まれるタイミングを含み、且つ、前記所定時間以下の時間であることを特徴とする。
【０００８】
前記演算部は、前記第１受光期間で得られた前記光電子数と前記第３受光期間で得られた前記光電子数とから第１回帰直線を求めるとともに、前記第２受光期間で得られた前記光電子数と前記第４受光期間で得られた前記光電子数とから第２回帰直線を求め、前記第１回帰直線と前記第２回帰直線との交点から前記測距対象までの距離を算出する。
【０００９】
前記照射装置が照射する照射光は、パルス光であり、前記第１受光期間及び前記第３受光期間は、前記反射光が前記固体撮像装置に到達するタイミングを含む期間であり、前記第２受光期間及び前記第４受光期間は、前記反射光が前記固体撮像装置に到達してから前記所定時間経過後のタイミングを含む期間である。
【００１０】
前記パルス光は、発光強度が一定となる期間を有する。
【００１１】
上記目的を達成するために、測距対象に対して照射光を照射する照射装置と、
前記照射装置が照射した照射光の反射光を、該照射光の照射タイミングに対して予め決められた受光期間で受光する固体撮像装置と、前記固体撮像装置の受光により得られた光電子数を用いて、被写体までの距離を計測する演算部と、を備え、前記照射装置は、第１照射タイミングと第２照射タイミングとで前記照射光を所定時間照射し、前記固体撮像装置は、前記第１照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を第１受光期間及び第２受光期間で受光するとともに、前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、第３受光期間及び第４受光期間でそれぞれ受光し、前記演算部は、前記第１受光期間〜前記第４受光期間で得られた前記光電子数を用いて、前記測距対象までの距離を算出し、前記照射装置が所定時間照射する照射光は、強度が徐々に強くなる第１期間と強度が徐々に弱くなる第２期間とを含む光であり、前記第１受光期間及び前記第３受光期間は、前記第１期間に含まれる期間であり、前記第２受光期間及び前記第４受光期間は、前記第２期間に含まれる期間であることを特徴とする。
【００１２】
前記照射装置は、交互に前記第１照射タイミングと前記第２照射タイミングとで前記照射光を照射し、前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第４受光期間とは、所定の周期で到来し、前記第２照射タイミングは、第１照射タイミングと位相が半周期と一定時間ずれており、前記第３受光期間は、前記第１受光期間と位相が半周期ずれており、前記第４受光期間は、前記第２受光期間と位相が半周期ずれている。
【００１３】
前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第４受光期間とは、予め定められた測距検知範囲に基づいて決められている。
【００１４】
予め決められた前記測距検知範囲を複数有し、複数の前記測距検知範囲に対応して、前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第４受光期間とが複数決められている。
【００１５】
前記複数の測距検知範囲の前記第１照射タイミング、及び、前記第２照射タイミングは、互いに一定時間の２倍だけ位相がずれており、前記複数の測距検知範囲の前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、互いに位相がずれていない。
【００１６】
上記目的を達成するために、測距対象に対して発光強度が一定となる期間を有する照射光を照射する照射装置と、前記照射装置が照射した照射光の反射光を、該照射光の照射タイミングに対して予め決められた受光期間で受光する固体撮像装置と、前記固体撮像装置の受光により得られた光電子数を用いて、被写体までの距離を計測する演算部と、を備え、前記照射装置は、第１照射タイミングと第２照射タイミングとで前記照射光を所定時間照射し、前記固体撮像装置は、前記第１照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を第１受光期間で受光し、前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、前記第２受光期間で受光するとともに、前記第１照射タイミング又は前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、前記第１照射タイミング又は前記第２照射タイミングに対して予め決められた第３受光期間で受光し、前記演算部は、前記第１受光期間〜前記第３受光期間で得られた前記光電子数を用いて、前記測距対象までの距離を算出し、前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、前記固体撮像装置に到達する前記反射光の強度が減少してから該反射光の前記固体撮像装置への到達が終了するまでの時間に含まれるタイミングを含み、且つ、前記所定時間以下の時間であり、前記第３受光期間は、前記固体撮像装置に到達する前記反射光の強度が一定となる時間である。
【００１７】
前記第１受光期間で得られた前記光電子数と前記第２受光期間で得られた前記光電子数とをから回帰直線を求めるとともに、該回帰直線と、前記第３受光期間で得られた前記光電子数とから前記測距対象までの距離を算出する。
【００１８】
前記照射装置が照射する照射光は、パルス光であり、前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、前記反射光が前記固体撮像装置に到達してから前記所定時間経過後のタイミングを含む期間である。
【００１９】
前記照射装置は、交互に前記第１照射タイミングと前記第２照射タイミングとで前記照射光を照射し、前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、所定の周期で到来し、前記第２照射タイミングは、前記第１照射タイミングと位相が半周期と一定時間ずれており、前記第２受光期間は、前記第１受光期間と位相が半周期ずれている。
【００２０】
前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第３受光期間とは、予め決められた測距検知範囲に基づいて決められている。
【００２１】
予め決められた前記測距検知範囲を複数有し、複数の前記測距検知範囲に対応して、前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第３受光期間とが複数決められている。
【００２２】
前記複数の測距検知範囲の前記第１照射タイミング、及び、前記第２照射タイミングは、互いに一定時間の２倍だけ位相がずれており、前記複数の測距検知範囲の前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、互いに位相がずれていない。
【発明の効果】
【００２３】
本願発明によれば、測距対象に対して照射光を照射する照射装置と、前記照射装置が照射した照射光の反射光を、該照射光の照射タイミングに対して予め決められた受光期間で受光する固体撮像装置と、前記固体撮像装置の受光により得られた光電子数を用いて、被写体までの距離を計測する演算部と、を備え、前記照射装置は、第１照射タイミングと第２照射タイミングとで前記照射光を所定時間照射し、前記固体撮像装置は、前記第１照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を第１受光期間及び第２受光期間で受光するとともに、前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、第３受光期間及び第４受光期間でそれぞれ受光し、前記演算部は、前記第１受光期間〜前記第４受光期間で得られた前記光電子数を用いて、前記測距対象までの距離を算出し、前記第１受光期間及び前記第３受光期間は、前記反射光が前記固体撮像装置に到達してから該反射光の強度が最大になるまでの時間に含まれるタイミングを含み、且つ、前記所定時間以下の時間であり、前記第２受光期間及び前記第４受光期間は、前記固体撮像装置に到達する前記反射光の強度が減少してから該反射光の前記固体撮像装置への到達が終了するまでの時間に含まれるタイミングを含み、且つ、前記所定時間以下の時間であるので、照射の強度や環境光に依存しない信頼性の高い距離情報を得ることができる。
【００２４】
前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、第１照射受光期間〜第２受光期間とは、予め定められた測距検知範囲に基づいて決められており、複数の前記測距検知範囲に対応して、前記第１照射タイミング及び前記第２照射タイミングと、前記第１受光期間〜前記第４受光期間とが複数決められているので、測距検知範囲を拡大することができる。
【００２５】
前記複数の測距検知範囲の前記第１照射タイミング、及び、前記第２照射タイミングは、互いに一定時間の２倍だけ位相がずれており、前記複数の測距検知範囲の前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、互いに位相がずれていないので、照射タイミングを一定時間だけずらしていくだけで、測距検知範囲を拡大することができる。
【００２６】
測距対象に対して発光強度が一定となる期間を有する照射光を照射する照射装置と、前記照射装置が照射した照射光の反射光を、該照射光の照射タイミングに対して予め決められた受光期間で受光する固体撮像装置と、前記固体撮像装置の受光により得られた光電子数を用いて、被写体までの距離を計測する演算部と、を備え、前記照射装置は、第１照射タイミングと第２照射タイミングとで前記照射光を所定時間照射し、前記固体撮像装置は、前記第１照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を第１受光期間で受光し、前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、前記第２受光期間で受光するとともに、前記第１照射タイミング又は前記第２照射タイミングで照射された前記照射光の前記反射光を、前記第１照射タイミング又は前記第２照射タイミングに対して予め決められた第３受光期間で受光し、前記演算部は、前記第１受光期間〜前記第３受光期間で得られた前記光電子数を用いて、前記測距対象までの距離を算出し、前記第１受光期間及び前記第２受光期間は、前記固体撮像装置に到達する前記反射光の強度が減少してから該反射光の前記固体撮像装置への到達が終了するまでの時間に含まれるタイミングを含み、且つ、前記所定時間以下の時間であり、前記第３受光期間は、前記固体撮像装置に到達する前記反射光の強度が一定となる時間であるので、照射の強度や環境光に依存しない信頼性の高い距離情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施の形態にかかる固体撮像装置を有する測距システムの概略構成を示す図である。
【図２】固体撮像装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示す固体撮像装置２８を構成する単位画素３０の一部を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線矢視一部断面図である。
【図６】光電変換素子、第１転送部、光電子保持部、及び第２転送部による光電子の移動状態を示すポテンシャル図の一例であり、図６Ａは、光電変換素子によって光電子が発生しているときのポテンシャル図を示すものであり、図６Ｂ、Ｃは、光電変換素子が発生した光電子を光電子保持部に転送するときのポテンシャル図を示すものであり、図６Ｄは、光電子保持部で光電子を保持しているときのポテンシャル図であり、図６Ｅは、光電子保持部が保持した光電子を浮遊拡散層に転送するときのポテンシャル図を示すものである。
【図７】光電変換素子、第１転送部、光電子保持部、及び第２転送部による光電子の移動状態を示すポテンシャル図の他の例である。
【図８】図３に示す受光装置の回路構成の一例を示す図である。
【図９】図８に示す受光装置を用いて図３に示す単位画素を構成したときの回路図である。
【図１０】図８の単位画素の回路構成と別の例を示す図である。
【図１１】図３に示す単位画素と別の例を示す単位画素の平面図である。
【図１２】各測距対象に同時に照射装置から照射光を照射して、ある受光期間における、各測距対象からの反射光が固体撮像装置に入射するタイミングを示すタイムチャートである。
【図１３】固体撮像装置が各測距対象からの反射光を受光して得られた光電子数を示すグラフ図である。
【図１４】測距対象に照射装置から照射光を照射し、その反射光を受光する受光期間をずらしていった場合の複数の受光期間の受光タイミングを示すタイムチャートである。
【図１５】本実施の形態の距離計測における照射光の照射タイミング、及び、固体撮像装置の受光タイミングの一例を示す図である。
【図１６】本実施の形態の距離計測における照射光の照射タイミング、及び、固体撮像装置の受光タイミングの他の例を示す図である。
【図１７】単位画素の駆動動作を示すタイムチャートである。
【図１８】演算部による測距対象Ｗまでの距離の算出方法を説明する図であり、図１８Ａは、ある測距対象までの距離の算出方法を示す図であり、図１８Ｂは、前記ある測距対象より遠い距離の測距対象までの距離の算出方法を示す図である。
【図１９】発光部の構成を示す図である。
【図２０】ＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧と、ドレイン電流との関係を示す図である。
【図２１】変形例１の距離計測における照射光の照射タイミング、及び、固体撮像装置の受光タイミングの一例を示す図である。
【図２２】本変形例２における測距計測における照射光の照射タイミング、及び、固体撮像装置の受光タイミングの一例を示す図である。
【図２３】変形例２の演算部による測距対象Ｗまでの距離の算出方法を説明する図であり、図２３Ａは、ある測距対象までの距離の算出方法を示す図であり、図２３Ｂは、該ある測距対象より遠い距離の測距対象までの距離の算出方法を説明する図である。
【図２４】変形例３における照射装置が照射する照射光の第１照射タイミング及び第２照射タイミングの一例を示す図である。
【図２５】変形例３における照射装置が照射する照射光の第１照射タイミング及び第２照射タイミングの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係る単位画素及び該単位画素を有する固体撮像装置並びに該固体撮像装置を有する測距システムについて、好適な実施の形態を掲げて添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２９】
図１は、実施の形態にかかる固体撮像装置を有する測距システム１０の概略構成を示す図である。図１に示すように、測距システム１０は、照射装置１２、撮像部１４、演算部１６、制御部１８、及び電源２０を備える。
【００３０】
電源２０は、測距システム１０の各部に所定の電源電圧を供給するものであり、図１においては、簡単のため、電源２０から各装置への電源線の表示を省略する。
【００３１】
照射装置１２は、測距対象Ｗに対してパルス光Ｌｐを照射するものであり、照射装置１２は、制御部１８の制御下で、パルス光Ｌｐを出力する発光部２４を有する。発光部２４は、コンデンサと発光素子を有し、コンデンサが保持した電荷が発光ダイオードに供給されることで光を発光する。
【００３２】
発光部２４は、赤外光を発光する。例えば、波長が８７０ナノメートル（ｎｍ）の赤外光を１００ワット（Ｗ）の出力で照射可能である。発光部２４は、パルス光Ｌｐを１００（ナノ秒）の出力時間（パルス幅）で出力する。
【００３３】
なお、発光部２４は、リニアアレイ状の複数の発光点を有していてもよく、あるいは、マトリックス状に並べられた複数の発光点を有するものであってもよい。発光素子としてレーザダイオードや発光ダイオード（ＬＥＤ）等のその他の発光素子を用いてもよい。
【００３４】
この測距システム１０では、照射装置１２から照射されたパルス光Ｌｐが測距対象Ｗで反射し、撮像部１４に入射する。なお、説明の便宜のため、照射装置１２から測距対象Ｗまでのパルス光Ｌｐを照射光Ｌｅと、測距対象Ｗから撮像部１４までのパルス光Ｌｐを反射光Ｌｒと呼ぶ。
【００３５】
撮像部１４は、レンズ２６と、固体撮像装置２８とを有する。レンズ２６を透過した反射光Ｌｒ及び環境光Ｌｓは、固体撮像装置２８に集光され、固体撮像装置２８によって受光される。固体撮像装置２８は、照射装置１２が照射するパルス光Ｌｐ及び環境光Ｌｓに対して感度を有する。演算部１６は、固体撮像装置２８が受光期間で取り込んだ光電子数の輝度情報に基づいて測距対象Ｗまでの距離を算出する。
【００３６】
図２は、固体撮像装置２８の構成を示す図である。固体撮像装置２８は、マトリックス状に単位画素３０が配置された画素アレイ３２と、画素駆動回路（画素駆動部）３４と、サンプルホールド回路３６と、水平選択回路３８と、出力バッファ４０と、Ａ／Ｄ変換器４２とを有する。
【００３７】
電源２０は、画素アレイ３２に対して正の電源電圧Ｖｄｄを印加するとともに、リセット電圧Ｖｒｅｆを印加する。画素駆動回路３４は、ゲート駆動回路４４と、垂直選択回路４６を有し、ゲート駆動回路４４は、各種ゲート駆動信号を出力することにより画素アレイ３２の各単位画素３０の光電子の保持、転送、及び排出等を行う。垂直選択回路４６は、マルチプレクサ（図示略）を有し、読み出しを行う単位画素３０が属する行に対して選択的に、該単位画素３０が保持した光電子に対応する電圧信号（画素信号）を出力させる。水平選択回路３８は、別のマルチプレクサ（図示略）を有し、読み出しを行う単位画素３０が属する列を選択する。読み出された画素信号は、サンプルホールド回路３６に一端保持された後、水平選択回路３８を介して出力される。そして、出力バッファ４０及びＡ／Ｄ変換器４２を介して演算部１６に出力される。なお、制御部１８及び演算部１６は、固体撮像装置２８上に形成してもよい。
【００３８】
図３は、図２に示す固体撮像装置２８を構成する単位画素３０の一部を示す平面図である。単位画素３０は、複数の受光装置１００を有する。本実施の形態では、単位画素３０は、４つの受光装置１００を有し、行列状に配置されている。図４及び図５は、図３に示す受光装置１００の断面図であり、詳しくは、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図であり、図５は、図３のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【００３９】
単位画素３０は、行列状に配置された４つの受光装置１００を有する。受光装置１００は、ｐ型（第１導電型）半導体基板１０２上に形成された光電変換素子１０４と、４つの光電子振分部１０６と、２つの光電子排出部１０８とを有する。光電変換素子１０４は、ｐ型（第１導電型）半導体基板１０２上に絶縁体（図示略）を介して形成された電極（以下、フォトゲート１１０と呼ぶ）１１０を有するフォトゲート１１０構造を有している。光電変換素子１０４は、光を検知して、光電子（負電荷）を発生する（検知した光を光電子に変換する）フォトダイオードである。フォトゲート１１０には、光電変換素子１０４を駆動するためのゲート駆動信号Ｓａがゲート駆動回路４４から入力される。
【００４０】
光電子振分部１０６は、第１転送部１１２、光電子保持部１１４、第２転送部１１６、及び浮遊拡散層１１８を有する。第１転送部１１２は、光電変換素子１０４に発生した光電子を光電子保持部１１４に転送するためのものであり、ｐ型半導体基板１０２上に前記絶縁体を介して形成された電極（第１転送ゲート）１２０を有するＭＯＳダイオード構造を有している（図４参照）。第１転送ゲート１２０には、ゲート駆動回路４４から第１転送部１１２を駆動させるためのゲート駆動信号Ｓｂが入力される。光電子保持部１１４は、光電変換素子１０４に対して第１転送部１１２を挟んで反対側に配置され、光電変換素子１０４が発生した光電子を一時的に保持するものであり、ｐ型半導体基板１０２上に前記絶縁体を介して形成された電極（保持ゲート）１２２を有するＭＯＳダイオード構造を有している（図４参照）。保持ゲート１２２には、ゲート駆動回路４４から光電子保持部１１４を駆動させるためのゲート駆動信号Ｓｃが入力される。
【００４１】
第２転送部１１６は、第１転送部１１２に対して光電子保持部１１４を挟んで反対側に配置され、光電子保持部１１４が保持した光電子を転送するものであり、ｐ型半導体基板１０２上に前記絶縁体を介して形成された電極（第２転送ゲート）１２４を有するＭＯＳダイオード構造を有している（図４参照）。第２転送ゲート１２４には、ゲート駆動回路４４から第２転送部１１６を駆動させるためのゲート駆動信号Ｓｄが入力される。浮遊拡散層１１８（ＦＤ；フローティングディフュージョン）１１８は、光電子保持部１１４に対して第２転送部１１６を挟んで反対側に配置され、光電子保持部１１４から転送されてくる光電子を取り込み、電圧に変換させるためのものであり、ｐ型半導体基板１０２上にｎ型（第２導電型）不純物が形成されたものである。
【００４２】
図３に示すように、４つの光電子振分部１０６は、光電変換素子１０４を挟んで垂直方向（左右方向）に対称的に２つずつ設けられており、左右にそれぞれ上下１つずつ設けられている。また、互いに水平方向に隣り合う単位画素３０の受光装置１００は、その間に設けられている２つの浮遊拡散層１１８を共有している。つまり、受光装置１００は、受光装置１００の浮遊拡散層１１８の一部を互いに共有している。
【００４３】
図４に示すように、浮遊拡散層１１８には、浮遊拡散層１１８の電位を基準電位にリセットするリセット用トランジスタ１２６が接続されている。リセット用トランジスタ１２６のソースは浮遊拡散層１１８に接続され、ドレインには電源２０からのリセット電圧Ｖｒｅｆが印加され、ゲートには、ゲート駆動回路４４からリセット信号Ｒが供給される。ハイのリセット信号Ｒがリセット用トランジスタ１２６のゲートに供給されると、リセット用トランジスタ１２６がオンとなり、浮遊拡散層１１８の電位が基準電位にリセットされる。
【００４４】
また、浮遊拡散層１１８には、浮遊拡散層１１８が保持した光電子に応じた電圧信号を読み出すための信号読出用トランジスタ１３０が接続される。信号読出用トランジスタ１３０には、該信号読出用トランジスタ１３０によって読み出された電圧信号を信号読出線１３２に出力するかを選択するための選択用トランジスタ１３４が接続されている。信号読出用トランジスタ１３０のドレインは、電源２０からの電源電圧Ｖｄｄが印加され、ゲートには、浮遊拡散層１１８に接続され、ソースは、選択用トランジスタ１３４のドレインに接続される。選択用トランジスタ１３４に垂直選択回路４６からハイの選択信号Ｓｓが供給されると、選択用トランジスタ１３４がオンになり、浮遊拡散層１１８が保持した光電子に対応する電圧が信号読出線１３２から読み出される。選択用トランジスタ１３４のソースは、信号読出線１３２が接続されている。
【００４５】
光電子排出部１０８は、第３転送部１４０と、拡散層１４２とを有する。第３転送部１４０は、光電変換素子１０４が発生した光電子を拡散層１４２に転送するためのものであり、ｐ型半導体基板１０２上に前記絶縁体を介して形成された電極（第３転送ゲート）１４４を有するＭＯＳダイオード構造を有している（図５参照）。
【００４６】
拡散層１４２は、光電変換素子１０４に対して第３転送部１４０を挟んで反対側に配置され、拡散層１４２には、電源２０からの電源電圧Ｖｄｄが印加されている。ゲート駆動回路４４から第３転送ゲート１４４に排出信号Ｓｅが入力されると、光電変換素子１０４が発生した光電子は、第３転送部１４０を介して拡散層１４２から排出される。
【００４７】
図３に示すように、２つの光電子排出部１０８は、光電変換素子１０４を挟んで垂直方向（上下方向）に対称的に１つずつ設けられている。また、互いに上下方向に隣り合う単位画素３０の受光装置１００は、その間に設けられている拡散層１４２を共有している。つまり、受光装置１００は、受光装置１００の拡散層１４２の一部を互いに共有している。
【００４８】
図６は、光電変換素子１０４、第１転送部１１２、光電子保持部１１４、及び第２転送部１１６による光電子の移動状態を示すポテンシャル図である。
【００４９】
図６Ａは、光電変換素子１０４によって光電子が発生しているときのポテンシャル図を示すものであり、図６Ｂ、Ｃは、光電変換素子１０４が発生した光電子を光電子保持部１１４に転送するときのポテンシャル図を示すものであり、図６Ｄは、光電子保持部１１４で光電子を保持しているときのポテンシャル図であり、図６Ｅは、光電子保持部１１４が保持した光電子を浮遊拡散層１１８に転送するときのポテンシャル図を示すものである。
【００５０】
図６Ａに示すように、フォトゲート１１０にハイ（Ｈｉｇｈ）のゲート駆動信号Ｓａを入力することで、光電変換素子１０４にポテンシャル位置は下がり、発生した光電子ｅ−が光電変換素子１０４に溜まっていく。そして、図６Ｂに示すように、第１転送ゲート１２０にハイのゲート駆動信号Ｓｂを入力することで、光電変換素子１０４が発生した光電子ｅ−は光電子保持部１１４に転送される。なお、このとき、保持ゲート１２２にハイのゲート駆動信号Ｓｃが入力されている。さらに、フォトゲート１１０にロー（Ｌｏｗ）のゲート駆動信号Ｓａを入力することで、光電変換素子１０４のポテンシャル位置が上がって（図６Ｃ参照）、光電変換素子１０４に発生した光電子ｅ−は、光電子保持部１１４に転送され、その後、第１転送ゲート１２０にローのゲート駆動信号Ｓｂを入力して、図６Ｄに示すように光電変換素子１０４が発生した光電子を光電子保持部１１４に保持させる。この図６Ａ〜図６Ｃの状態を繰り返すことで、複数回の受光期間（光電子を発生する期間）に光電変換素子１０４が発生した光電子を光電子保持部１１４に保持させることができる。
【００５１】
その後、図６Ｅに示すように、第２転送ゲート１２４にハイのゲート駆動信号Ｓｄを入力することで、第２転送部１１６のポテンシャル位置が下がり、保持ゲート１２２にローのゲート駆動信号Ｓｃを入力することで、光電子保持部１１４のポテンシャル位置が上がるとともに、光電子保持部１１４が保持した光電子ｅ−が浮遊拡散層１１８に転送される。
【００５２】
なお、図７に示すように、受光中も第１転送ゲート１２０にハイのゲート駆動信号Ｓｂを入力することで、受光及び光電変換素子１０４で発生した光電子の転送を同時に行ってもよい。
【００５３】
図８は、受光装置１００の回路構成の一例を示す図である。受光装置１００の光電変換素子１０４が保持した光電子は、転送経路１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ、１４６ｄを介して光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの浮遊拡散層１１８に転送される。転送経路１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ、１４６ｄは、図３及び図４で示した光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの第１転送部１１２、光電子保持部１１４、第２転送部１１６により構成される。光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの浮遊拡散層１１８には、１つのリセット用トランジスタ１２６のソースが接続されるとともに、１つの信号読出用トランジスタ１３０のゲートが接続される。
【００５４】
各浮遊拡散層１１８に、光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの各光電子保持部１１４が保持した光電子が転送される前に、リセット用トランジスタ１２６がオンになることによって各浮遊拡散層１１８が基準電位にリセットされ、そのときの各浮遊拡散層１１８の電圧（以下、黒レベル）が読み出される。その後、光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの光電子保持部１１４が保持した光電子が順次浮遊拡散層１１８に転送される。各浮遊拡散層１１８に転送された光電子が順次信号読出用トランジスタ１３０によって電圧信号（信号レベル）に変換されて、選択用トランジスタ１３４を介して信号読出線１３２から読み出される。
【００５５】
詳しくは、リセット用トランジスタ１２６をオンにすることで、各浮遊拡散層１１８の電位がリセットされ、黒レベルが読み出される。その後、光電子振分部１０６ａの光電子保持部１１４が保持している光電子が浮遊拡散層１１８に転送され、該転送された光電子に応じた電圧信号（信号レベル）が信号読出線１３２から読み出される。次に、リセット用トランジスタ１２６をオンにすることで、各浮遊拡散層１１８の電位がリセットされ、黒レベルが読み出される。その後、光電子振分部１０６ｂの光電子保持部１１４が保持している光電子が浮遊拡散層１１８に転送され、該転送された光電子に応じた電圧信号（信号レベル）が信号読出線１３２から読み出される。そして、リセット用トランジスタ１２６をオンにすることで、各浮遊拡散層１１８の電位がリセットされ、黒レベルが読み出される。その後、光電子振分部１０６ｃの光電子保持部１１４が保持している光電子が浮遊拡散層１１８に転送され、該転送された光電子に応じた電圧信号（信号レベル）が信号読出線１３２から読み出される。最後に、リセット用トランジスタ１２６をオンにすることで、各浮遊拡散層１１８の電位がリセットされ、黒レベルが読み出される。その後、光電子振分部１０６ｄの光電子保持部１１４が保持している光電子が浮遊拡散層１１８に転送され、該転送された光電子に応じた電圧信号（信号レベル）が信号読出線１３２から読み出される。
【００５６】
このように、受光装置１００の光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの光電子保持部１１４が保持した光電子に応じた電圧信号は、同一の信号読出線１３２から読み出されることになる。なお、図８では、光電子排出部１０８の図示を省略している。
【００５７】
図９は、図８に示す受光装置１００を用いて図３に示す単位画素３０を構成したときの回路図である。単位画素３０は、４つの受光装置１００を有し、受光装置１００は、図３で示したように、１つの光電変換素子１０４と、４つの光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄと、２つの光電子排出部１０８とを有する。全受光装置１００の光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの各浮遊拡散層１１８は、リセット用トランジスタ１２６のソース、及び、信号読出用トランジスタ１３０のゲートに接続されている。
【００５８】
リセット用トランジスタ１２６をオンにすることで、各光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの各浮遊拡散層１１８の電位がリセットされ、黒レベルが読み出される。その後、単位画素３０の各光電子振分部１０６ａの光電子保持部１１４が保持している光電子が各光電子振分部１０６ａの浮遊拡散層１１８に転送され、該転送された光電子に応じた電圧信号（信号レベル）が信号読出線１３２から読み出される。つまり、単位画素３０の各受光装置１００の光電子振分部１０６ａの浮遊拡散層１１８に転送された光電子を合算（加算）した光電子数に応じた電圧信号が信号読出線１３２から読み出される。
【００５９】
次に、リセット用トランジスタ１２６をオンにすることで、各光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの各浮遊拡散層１１８の電位がリセットされ、黒レベルが読み出される。その後、単位画素３０の各光電子振分部１０６ｂの光電子保持部１１４が保持している光電子が各光電子振分部１０６ｂの浮遊拡散層１１８に転送され、該転送された光電子に応じた電圧信号（信号レベル）が信号読出線１３２から読み出される。つまり、単位画素３０の各受光装置１００の光電子振分部１０６ｂの浮遊拡散層１１８に転送された光電子を合算した光電子数に応じた電圧信号が信号読出線１３２から読み出される。
【００６０】
そして、リセット用トランジスタ１２６をオンにすることで、各光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの各浮遊拡散層１１８の電位がリセットされ、黒レベルが読み出される。その後、単位画素３０の各光電子振分部１０６ｃの光電子保持部１１４が保持している光電子が各光電子振分部１０６ｃの浮遊拡散層１１８に転送され、該転送された光電子に応じた電圧信号（信号レベル）が信号読出線１３２から読み出される。つまり、単位画素３０の各受光装置１００の光電子振分部１０６ｃの浮遊拡散層１１８に転送された光電子を合算した光電子数に応じた電圧信号が信号読出線１３２から読み出される。
【００６１】
最後に、リセット用トランジスタ１２６をオンにすることで、各光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの各浮遊拡散層１１８の電位がリセットされ、黒レベルが読み出される。その後、単位画素３０の各光電子振分部１０６ｄの光電子保持部１１４が保持している光電子が各光電子振分部１０６ｄの浮遊拡散層１１８に転送され、該転送された光電子に応じた電圧信号（信号レベル）が信号読出線１３２から読み出される。つまり、単位画素３０の各受光装置１００の光電子振分部１０６ｄの浮遊拡散層１１８に転送された光電子を合算した光電子数に応じた電圧信号が信号読出線１３２から読み出される。このように、単位画素３０の受光装置１００の光電子保持部１１４が保持した光電子に応じた電圧信号は、全て同一の信号読出線１３２から読み出される。
【００６２】
ここで、図９に示すように、単位画素３０の各受光装置１００の光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの転送方向は異なる。例えば、右上の受光装置１００の光電子振分部１０６ａの転送方向は右上となり、右下の受光装置１００の光電子振分部１０６ａの転送方向は右下となり、左上の受光装置１００の光電子振分部１０６ａの転送方向は左上となり、左下の受光装置１００の光電子振分部１０６ａの転送方向は、左下となる。
【００６３】
また、図９に示すように、右上の受光装置１００の光電子振分部１０６ｃ、光電子振分部１０６ｄと、左上の受光装置１００の光電子振分部１０６ｂ、光電子振分部１０６ｄとは互いに浮遊拡散層１１８を共有しており、右下の受光装置１００の光電子振分部１０６ｄ、１０６ｂと、左下の受光装置１００の光電子振分部１０６ｄ、１０６ｃとは互いに浮遊拡散層１１８を共有している。
【００６４】
なお、図１０に示すように受光装置１００は、２つの信号読出線１３２ａ、１３２ｂを有してもよい。この場合は、例えば、光電子振分部１０６ａ、１０６ｂの浮遊拡散層１１８に転送された光電子に応じた電圧信号が信号読出線１３２ａから、光電子振分部１０６ｃ、１０６ｄの浮遊拡散層１１８に転送された光電子に応じた電圧信号が信号読出線１３２ｂからそれぞれ読み出される。図１０に示す受光装置１００では、リセット用トランジスタ１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄのソースが光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの浮遊拡散層１１８に接続され、ドレインには電源２０からのリセット電圧Ｖｒｅｆが印加される。また、リセット用トランジスタ１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄのゲートには、リセット信号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が供給される。また、光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの浮遊拡散層１１８には、信号読出用トランジスタ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄのゲートが接続されており、選択用トランジスタ１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄのゲートには、選択信号Ｓｓ１、Ｓｓ２、Ｓｓ３、Ｓｓ４が供給される。要は、信号読出線１３２が受光装置１００の複数の浮遊拡散層１１８に接続されていればよい。
【００６５】
このように、図１０に示す受光装置１００を用いて、光電子保持部１１４が保持している光電子を独立した信号読出用トランジスタ１３０を介して読み出してもよい。
【００６６】
図１１は、図３に示す単位画素と別の例を示す単位画素の平面図である。なお、図３に示す構成と同様の構成については同一の符号を付している。単位画素３０は、４つの受光装置１００を有し、行列状に配置されている。受光装置１００は、光電変換素子１０４と、３つの光電子振分部１０６と、１つの光電子排出部１０８を有する。３つの光電子振分部１０６は、光電変換素子１０４を挟んで水平方向に対称的に１つずつ設けられ、光電変換素子１０４の上側、又は下側に１つ設けられている。また、光電子排出部１０８は、光電変換素子１０４の下側、又は上側に設けられ、光電子振分部１０６が設けられていない側に設けられる。単位画素３０の上側２つの受光装置１００は、光電変換素子１０４の上側に光電子振分部１０６が設けられ、下側に光電子排出部１０８が設けられる。単位画素３０の下側２つの受光装置１００は、光電変換素子１０４の下側に光電子振分部１０６が設けられ、上側に光電子排出部１０８が設けられる。このような構成を有することで、互いに上下方向で隣り合う単位画素３０の受光装置１００は、その間に設けられている拡散層１４２を共有する。また、互いに水平方向に隣り合う単位画素３０の受光装置１００は、その間に設けられている浮遊拡散層１１８を共有している。
【００６７】
次に、本実施の形態における測距（距離計測）の方法について説明するが、測距方法を説明する前に、測距対象Ｗからの反射光Ｌｒと、受光期間との関係について説明する。図１２は、各測距対象Ｗに同時に照射装置１２から照射光Ｌｅを照射して、ある受光期間における、各測距対象Ｗからの反射光Ｌｒ１〜反射光Ｌｒ７が固体撮像装置２８に入射するタイミングを示すタイムチャートであり、図１３は、固体撮像装置２８が各反射光Ｌｒ１〜Ｌｒ７を受光して得られた光電子数を示すグラフ図である。反射光Ｌｒ１〜反射光Ｌｒ７の固体撮像装置２８への入射タイミングが異なるのは、固体撮像装置２８から測距対象Ｗまでの距離が異なるからであり、測距対象Ｗまでの距離が遠くなればなるほど、反射光Ｌｅの固体撮像装置２８への到達タイミングも遅くなる。したがって、反射光Ｌｒ１を反射した測距対象Ｗが最も固体撮像装置２８に近く、反射光Ｌｒ７を反射した測距対象Ｗが最も固体撮像装置２８に遠いことになる。
【００６８】
図１２に示すように、反射光Ｌｒ１は、受光開始時に、固体撮像装置２８への入射が終了しているので、図１３に示すように、反射光Ｌｒ１によって得られる光電子数は０となる。図１２に示すように、反射光Ｌｒ２は、受光開始前から固体撮像装置２８への入射が開始され、受光が終了する前に、固体撮像装置２８への入射が終了しているので、反射光Ｌｒ２によって得られる光電子数は、反射光Ｌｒ１によって得られる光電子数より多い。
【００６９】
図１２に示すように、反射光Ｌｒ３は、受光開始前から固体撮像装置２８への入射が開始され、受光が終了するときに固体撮像装置２８への入射が終了しているので、図１３に示すように、反射光Ｌｒ３によって得られる光電子数が反射光Ｌｒ２によって得られる光電子数より多い。この反射光Ｌｒ３は、受光期間中、固体撮像装置２８に入射しているので、反射光Ｌｒ３によって得られる光電子数は最大値となる。
【００７０】
図１２に示すように、反射光Ｌｒ４は、受光開始前から固体撮像装置２８への入射が開始され、受光が終了した後に固体撮像装置２８への入射が終了しているので、図１３に示すように、反射光Ｌｒ４によって得られる光電子数は、反射光Ｌｒ３によって得られる光電子数と同じになる。図１２に示すように、反射光Ｌｒ５は、受光開始時に固体撮像装置２８への入射が開始し、受光が終了した後に固体撮像装置への入射が終了しているので、反射光Ｌｒ５によって得られる光電子数は、反射光Ｌｒ３、Ｌｒ４によって得られる光電子数と同じになる。
【００７１】
図１２に示すように、反射光Ｌｒ６は、受光開始後、受光終了前に固体撮像装置２８への入射が開始し、受光が終了した後に固体撮像装置２８への入射が終了しているので、図１３に示すように、反射光Ｌｒ６によって得られる光電子数は、反射光Ｌｒ３、Ｌｒ４、Ｌｒ５によって得られる光電子数より少ない。図１２においては、反射光Ｌｒ６が受光期間に固体撮像装置２８に入射する期間は、反射光Ｌｒ２が受光期間に固体撮像装置２８に入射する期間と同じであるので、反射光Ｌｒ６によって得られる光電子数は、反射光Ｌｒ２によって得られる光電子数と同じである。
【００７２】
図１２に示すように、反射光Ｌｒ７は、受光終了時に固体撮像装置２８への入射が開始されるので、図１３に示すように、反射光Ｌｒ７によって得られる光電子数は０となる。
【００７３】
このように、同一の受光期間で、距離が異なる測距対象Ｗからの反射光Ｌｒを、測距対象Ｗ毎に受光していくと、測距対象Ｗの距離が徐々に遠くなるにつれ、固体撮像装置２８に発生する光電子数は徐々に増加し、測距対象Ｗがある一定の距離範囲遠くなると、固体撮像装置２８に発生する光電子数は最大となり、さらに、一定の距離範囲以上測距対象Ｗが遠くなると、固体撮像装置２８に発生する光電子数は徐々に低下して、最後は０となる。なお、受光期間とは、受光した光に応じて光電子を発生して蓄積する期間（蓄積期間）のことをいう。
【００７４】
なお、図１２、図１３では、受光期間を固定し、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に入射するタイミングをずらすようにしたが、これは、受光期間のタイミングと反射光Ｌｒの入射タイミングとの相対的なものであるので、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に入射するタイミングを固定し、受光期間のタイミングを徐々にずらした場合であっても、各受光期間で得られた光電子数は、図１３に示すものと同様のグラフが得られる。
【００７５】
図１４は、測距対象Ｗに照射装置１２から照射光Ｌｅを照射し、その反射光Ｌｒを受光する受光期間をずらしていった場合の複数の受光期間の受光タイミングを示すタイムチャートであり、各受光期間で得られた光電子数を示すグラフ図は図１３と同様になる。この場合は、図１３の各反射光Ｌｒ１〜７は、受光期間１〜７と読みかえることになる。
【００７６】
次に、測距方法について説明する。図１５は、本実施の形態の距離計測における照射光Ｌｅの照射タイミング、及び、固体撮像装置２８の受光タイミングを示す図である。照射装置１２は、交互に第１照射タイミングと第２照射タイミングで照射光Ｌｅを所定時間照射する。つまり、第１照射タイミングと第２照射タイミングとにおける照射時間は同一時間である。第２照射タイミングは、第１照射タイミングと位相が半周期と一定時間（Δｔ）ずれている。図１５において照射光Ｌｅは、発光強度が一定となる期間を有する。第１照射タイミング及び第２照射タイミングは所定の周期で到来する。
【００７７】
固体撮像装置２８の受光装置１００は、第１受光期間〜第４受光期間で、光電変換素子１０４に入射した反射光Ｌｒを受光する（光電変換素子１０４に入射した反射光Ｌｒに応じた光電子数を発生する）。第１受光期間及び第２受光期間の受光タイミングは、第１照射タイミングに対して予め決められた受光期間であり、第３受光期間及び第４受光期間の受光タイミングは、第２照射タイミングに対して予め決められた受光期間である。第１受光期間〜第４受光期間の長さは同じであり、第１受光期間〜第４受光期間は、照射装置１２が照射光Ｌｅを照射する前記所定時間以下の時間である。第１受光期間〜第４受光期間は、前記所定の周期で到来する。第３受光期間は、第１受光期間と位相が半周期ずれており、第４受光期間は、第２受光期間と位相が半周期ずれている。第１照射タイミング及び第２照射タイミングと、第１受光期間〜第４受光期間とは、測距検知範囲に基づいて決められている。測距検知範囲とは、距離を計測することができる距離範囲（例えば、５ｍ先から２０ｍ先までの範囲）のことである。
【００７８】
光は、１ｎｓｅｃ（ナノセック）で、３０ｃｍ進むので、往復を考慮して片道で１５ｃｍとなる。したがって、受光期間が１００ｎｓｅｃの場合はは、１５（ｃｍ）×１００（ｎｓｅｃ）の測距検知範囲となるが、前記一定時間（Δｔ）の設定によって、Δｔ（ｎｓｅｃ）×１５（ｃｍ）だけ測距検知範囲は短くなる。このように、測距検知範囲にしたがって、受光期間とΔｔの設定値が決定され、制御部１８によって設定される。
【００７９】
図１５に示すように照射光Ｌｅがパルス光Ｌｐの場合は、第１受光期間及び第３受光期間は、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に到達するタイミングを含む期間であり、第２受光期間及び第４受光期間は、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に到達してから所定時間経過後のタイミングを含む期間であり、反射光Ｌｒの固体撮像装置２８への到達が終了するタイミングを含む期間である。
【００８０】
なお、図１６に示すように、実際は、発光部２４のデバイス特性等により照射光Ｌｅが矩形波のパルス光Ｌｐとならない可能性が高く、照射光Ｌｅが矩形パルス光Ｌｐでない場合は、第１受光期間及び第３受光期間は、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に到達してから該反射光Ｌｒの強度が最大になるまでのタイミングを含む時間である。照射光Ｌｅがパルス光Ｌｐの場合は、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に到達するタイミングと、該反射光Ｌｒの強度が最大になるまでのタイミングは同時である。照射光Ｌｅが矩形波のパルス光Ｌｐでない場合は、第２受光期間及び第４受光期間は、固体撮像装置２８に到達する反射光Ｌｒの強度が減少してから反射光Ｌｒの固体撮像装置２８への到達が終了するまでのタイミングを含む時間である。照射光Ｌｅがパルス光Ｌｐの場合は、固体撮像装置２８に到達する反射光Ｌｒの強度が減少するタイミングと、反射光Ｌｒの固体撮像装置２８への到達が終了するタイミングは同時である。
【００８１】
図１７は、単位画素３０の駆動動作を示すタイムチャートである。図１７に示すように、１枚の輝度画像を撮像する１フレーム期間は、露光期間と読出期間を有し、露光期間は、光電変換素子１０４に受光を行わせ、読出期間は、露光期間によって得られた光電子を信号読出線１３２から読み出すための期間である。
【００８２】
露光期間は、光電変換素子１０４のフォトゲート１１０にゲート駆動信号Ｓａを供給することで、光電変換素子１０４に入射光量に応じた光電子を発生させる期間である。露光期間に照射装置１２が発光信号を発光部２４に供給することで発光部２４を駆動させ、照射光Ｌｅを測距対象Ｗに照射するとともに、フォトゲート１１０にゲート駆動信号Ｓａを供給して、光電変換素子１０４に受光を行わせる。照射装置１２は、第１照射タイミング及び第２照射タイミングで照射光Ｌｅを照射するように発光部２４を駆動させ、ゲート駆動回路４４は、第１受光期間〜第４受光期間で受光するようにゲート駆動信号Ｓａをフォトゲート１１０に供給する。１フレーム期間の露光期間中に、第１照射タイミング及び第２照射タイミングでの照射、及び、第１受光期間〜第４受光期間での受光が所定回数（例えば、１００回）繰り返し行われ、受光期間中に発生した光電子が光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄによって光電子保持部１１４に転送される。
【００８３】
例えば、第１受光期間で光電変換素子１０４に発生した光電子数Ｑａは、光電子振分部１０６ａの光電子保持部１１４に転送され、第２受光期間で光電変換素子１０４に発生した光電子数Ｑｂは、光電子振分部１０６ｂの光電子保持部１１４に転送され、第３受光期間で光電変換素子１０４に発生した光電子数Ｑｃは、光電子振分部１０６ｃの光電子保持部１１４に転送され、第４受光期間で光電変換素子１０４に発生した光電子数Ｑｄは、光電子振分部１０６ｄの光電子保持部１１４に転送される。この光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの駆動は、上述したようにゲート駆動回路４４から送られてくるゲート駆動信号によって行われる。
【００８４】
そして、受光期間が終了し、読出期間に入ると、光電子振分部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの光電子保持部１１４が保持した光電子が、信号読出線１３２から順次読み出される。
【００８５】
なお、第１受光期間〜第４受光期間以外の期間に、光電変換素子１０４に入射した光により発生した光電子は、ゲート駆動回路４４から第３転送ゲート１４４に排出信号Ｓｅが入力され、第３転送部１４０を介して拡散層１４２から排出される。
【００８６】
演算部１６は、信号読出線１３２を介して読み出された各画素の光電子振分部１０６ａの光電子保持部１１４が保持した光電子数Ｑａに応じた電圧信号ＶＱａと、光電子振分部１０６ｂの光電子保持部１１４が保持した光電子数Ｑｂに応じた電圧信号ＶＱｂと、光電子振分部１０６ｃの光電子保持部１１４が保持した光電子数Ｑｃに応じた電圧信号ＶＱｃと、光電子振分部１０６ｄの光電子保持部１１４が保持した光電子数Ｑｄに応じた電圧信号ＶＱｄとを用いて、測距対象Ｗまでの距離を算出する。
【００８７】
詳しくは、演算部１６は、第１受光期間で得られた光電子数Ｑａに応じた電圧信号ＶＱａと、第３受光期間で得られた光電子数Ｑｃに応じた電圧信号ＶＱｃとから第１回帰直線を求めるとともに、第２受光期間で得られた光電子数Ｑｂに応じた電圧信号ＶＱｂと、第４受光期間で得られた光電子数Ｑｄに応じた電圧信号ＶＱｄとから第２回帰直線を求める。そして、演算部１６は、第１回帰直線と第２回帰直線との交点から測距対象Ｗまでの距離を算出する。
【００８８】
図１８は、演算部１６による測距対象Ｗまでの距離の算出方法を説明する図であり、図１８Ａは、ある測距対象Ｗ１までの距離の算出方法を示す図であり、図１８Ｂは、該ある測距対象Ｗ１より遠い距離の測距対象Ｗ２までの距離の算出方法を示す図である。
【００８９】
図１８Ａに示す参照符号１５０は、第１受光期間で得られた光電子数Ｑａに応じた電圧信号ＶＱａと、第３受光期間で得られた光電子数Ｑｃに応じた電圧信号ＶＱｃとから求められた第１回帰直線を示しており、参照符号１５２は、第２受光期間で得られた光電子数Ｑｂに応じた電圧信号ＶＱｂと、第４受光期間で得られた光電子数Ｑｄに応じた電圧信号ＶＱｄとから求められた第２回帰直線を示している。また、図１８Ａに示す点Ａは、第１回帰直線１５０と第２回帰直線１５２との交点を示す。この交点Ａが測距対象Ｗ１までの距離情報を示している。
【００９０】
また、図１８Ｂに示す参照符号１５４は、第１受光期間で得られた光電子数Ｑａに応じた電圧信号ＶＱａと、第３受光期間で得られた光電子数Ｑｃに応じた電圧信号ＶＱｃとから求められた第１回帰直線を示しており、参照符号１５６は、第２受光期間で得られた光電子数Ｑｂに応じた電圧信号ＶＱｂと、第４受光期間で得られた光電子数Ｑｄに応じた電圧信号ＶＱｄとから求められた第２回帰直線を示している。また、図１８Ｂに示す点Ｂは、第１回帰直線１５４と第２回帰直線１５６との交点を示す。この交点Ｂが測距対象Ｗ２までの距離情報を示している。
【００９１】
ここで、第１受光期間と第３受光期間とは、及び、第２受光期間と第４受光期間とは、位相が半周期ずれており、第１照射タイミングと第２照射タイミングは、半周期と一定時間（Δｔ）だけ位相がずれているので、第１受光期間及び第３受光期間で得られる光電子数は、同一の反射光Ｌｒの立ち上がり（固体撮像装置２８に入射するタイミングの反射光Ｌｒ）を異なる受光タイミングで受光して得られたものであり、第２受光期及び第４受光期間で得られる光電子数は、同一の反射光Ｌｒの立ち下がり（固体撮像装置２８への入射が終了するタイミングの反射光Ｌｒ）を、異なる受光タイミングで受光して得られたものであると見做すことができる。
【００９２】
図１８Ａ、図１８Ｂに示す電圧信号ＶＱａが電圧信号ＶＱｃより高いのは、図１４に示すように、反射光Ｌｒの立ち上がりを受光する受光期間においては、反射光Ｌｒの固体撮像装置２８への入射タイミングに対してより遅いほうが、より多くの光電子数を得ることができるからである。図１８Ａ、図１８Ｂに示す電圧信号ＶＱｂが電圧信号ＶＱｄより低いのは、図１４に示すように、反射光Ｌｒの立ち下がりを受光する受光期間においては、反射光Ｌｒの固体撮像装置２８への入射タイミングに対してより遅いほうが、得られる光電子数が少なくなるからである。
【００９３】
図１８Ｂに示す電圧信号ＶＱａ、ＶＱｃが図１８Ａに示す電圧信号ＶＱｂ、ＶＱｄより低く、図１８Ｂに示す電圧信号ＶＱｂ、ＶＱｄが図１８Ａに示す電圧信号ＶＱｂ、ＶＱｄより高いのは、固体撮像装置２８から測距対象Ｗまでの距離がより長いほうが、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に到達するタイミングが遅くなるからであり、反射光Ｌｒの立ち上がりを受光する場合は、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に到達するタイミングが遅くなるほど、得られる光電子数が少なくなるからであり、反射光Ｌｒの立ち下がりを受光する場合は、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に到達するタイミングが遅くなるほど、得られる光電子数が多くなるからである。なお、図１８Ａ、図１８Ｂで示す斜線で表されている台形の領域は、図１４と同様に、受光タイミングが異なる複数の受光期間で得られた光電子数に応じた電圧信号を表している。
【００９４】
求められる交点の時間タイミングが早いほど（交点の横軸座標の値が小さいほど）測距対象Ｗが近いことを示しているので、図１８Ａの交点Ａと図１８Ｂの交点Ｂとをみるとわかるように、測距対象Ｗ１の反射光Ｌｒから求めた交点Ａは、測距対象Ｗ１より遠い測距対象Ｗ２の反射光Ｌｒから求めた交点Ｂより時間タイミングが早くなる。この交点Ａと交点Ｂとの時間差から、測距対象Ｗ１と測距対象Ｗ２との距離差を求めることができる。したがって、演算部１６は、初期値として、固体撮像装置２８から一定距離離れた基準測距対象からの反射光Ｌｒから算出した交点の時間タイミングを基準タイミングとして記憶し、測距対象Ｗの反射光Ｌｒから交点を求め、前記一定距離と、該求めた交点の時間タイミングと、基準タイミングとから、該測距対象Ｗまでの距離を求めることができる。詳しくは、該求めた交点の時間タイミングと基準タイミングとの時間差から、基準測距対象から測距対象Ｗまでの距離を求め、該求めた距離と前記一定距離とから、固体撮像装置２８から測距対象Ｗまでの距離を求めることができる。
【００９５】
図１８Ａ、図１８Ｂに示すように、交点Ａ、交点Ｂの時間タイミングは、照射光Ｌｅの強度や環境光Ｌｓに依存しないので、信頼性の高い距離情報を得ることができる。
【００９６】
なお、測距精度を確保するために、照射装置１２は、発光強度が一定となる期間を有する照射光Ｌｅを照射する必要があるが（図１５及び図１６参照）、発光部２４のコンデンサの電圧は、放電とともにその電位が低下するので、発光素子の発光強度も低下してしまう。したがって、本実施の形態では、図１９に示すように、発光部２４に、コンデンサ１６０と発光素子１６２の他にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１６４をさらに備えさせることで、発光強度が一定となる期間を有する照射光Ｌｅを照射させるというものである。発光素子１６２は、コンデンサ１６０とＦＥＴ１６４の間に介装され、ＦＥＴ１６４のソースは発光素子１６２に、ドレインはコンデンサ１６０に接続されている。
【００９７】
図２０は、ＦＥＴ１６４のドレイン−ソース間の電圧と、ドレイン電流との関係を示す図であり、ＦＥＴ１６４の特性を示す。図２０に示すように、ドレイン−ソース間の電圧がある一定値以上になると、ドレイン−ソース間の電圧にかかわらず、ドレイン電流は略一定の値となる。したがって、図１９に示すコンデンサ１６０の放電によってコンデンサ１６０の電圧が低下した場合であっても、発光素子１６２に流れる電流（ドレイン電流）が一定となるようにドレイン−ソース間の電圧が低下するので、発光素子１６２にかかる電圧は略一定となり、発光素子１６２の発光強度を一定に保つことができる。照射装置１２は、ＦＥＴ１６４のゲートにハイの発光信号を印加させることで、発光部２４に光を発光させる。
【００９８】
実施の形態は、以下のように変形してもよい。
【００９９】
（変形例１）上記実施の形態では、照射光Ｌｅは、パルス光Ｌｐとしたが、変形例１では、図２１に示すように、照射光Ｌｅは、時間に比例して強度が徐々に強くなる第１期間と、時間に比例して強度が徐々に弱くなる第２期間とを含み、本変形例１においては、照射光Ｌｅは三角波である。この場合、第１受光期間及び第３受光期間は、第１期間に含まれる期間であり、第２受光期間及び第４受光期間は、第２期間に含まれる期間である。演算部１６は、上述したように、この第１受光期間〜第４受光期間で得られた光電子数に応じた電圧信号を用いて測距対象Ｗまでの距離を算出する。変形例１でも、照射光Ｌｅの強度や環境光Ｌｓに依存しない、信頼性の高い距離情報を得ることができる。変形例１における第１照射タイミング及び第２照射タイミングにおける照射時間（前記所定時間）は、測距検知範囲にしたがって制御部１８が設定する。また、各受光期間内において光を検知できる期間に応じて測距検知範囲が定まる。
【０１００】
（変形例２）上記実施の形態及び上記変形例１では、第１受光期間〜第４受光期間で得られた光電子数に応じた電圧信号を用いて測距対象Ｗまでの距離を求めたが、変形例２においては、３つの受光期間で得られた光電子数に応じた電圧信号を用いて測距対象Ｗまでの距離を求めてもよい。
【０１０１】
図２２は、本変形例２における測距計測における照射光Ｌｅの照射タイミング、及び、固体撮像装置２８の受光タイミングを示す図である。照射装置１２は、交互に第１照射タイミング及び第２照射タイミングで照射光Ｌｅを所定時間照射する。第２照射タイミングは、第１照射タイミングと位相が半周期と一定時間（Δｔ）ずれている。図２２において照射光Ｌｅは、発光強度が一定となる期間を有する。第１照射タイミング及び第２照射タイミングは所定の周期で到来する。第１照射タイミング及び第２照射タイミングにおける照射時間（前記所定時間）は、第１受光期間と第３受光期間の和と同じか、もしくは、和より長い時間である。
【０１０２】
固体撮像装置２８は、第１受光期間〜第３受光期間で、光電変換素子１０４に入射した反射光Ｌｒを受光する（光電変換素子１０４に入射した反射光Ｌｒに応じた光電子数を発生する）。第１受光期間及び第３受光期間の受光タイミングは、第１照射タイミングに対して予め決められた受光期間であり、第２受光期間の受光タイミングは、第２照射タイミングに対して予め決められた受光期間である。第１受光期間〜第３受光期間の長さは同じであり、第１受光期間〜第３受光期間は、照射装置１２が照射光Ｌｅを照射する前記所定時間以下の時間である。第１受光期間〜第３受光期間は、前記所定の周期で到来する。第２受光期間は、第１受光期間と位相が半周期ずれており、第３受光期間は、固体撮像装置２８に到達する第１照射タイミングで照射された照射光Ｌｅの反射光Ｌｒの強度が一定となる時間である。第１照射タイミング及び第２照射タイミングと、第１受光期間〜第３受光期間とは、測距検知範囲に基づいて決められている。
【０１０３】
図２２に示すように照射光Ｌｅがパルス光Ｌｐの場合は、第１受光期間及び第２受光期間は、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に到達してから所定時間経過後のタイミングを含む期間であり、反射光Ｌｒの固体撮像装置２８への到達が終了するタイミングを含む期間である。
【０１０４】
なお、実際は、発光部２４のデバイス特性等により照射光Ｌｅが矩形波のパルス光Ｌｐとならない可能性が高く、図１６に示すように、照射光Ｌｅが矩形波のパルス光Ｌｐでない場合は、第１受光期間及び第２受光期間は、固体撮像装置２８に到達する反射光Ｌｒの強度が減少してから反射光Ｌｒの固体撮像装置２８への到達が終了するまでの時間を含む。照射光Ｌｅが矩形波のパルス光Ｌｐの場合は、固体撮像装置２８に到達する反射光Ｌｒの強度が減少するタイミングと、反射光Ｌｒの固体撮像装置２８への到達が終了するタイミングとは同時となる。
【０１０５】
光電変換素子１０４は、フォトゲート１１０にハイのゲート駆動信号が入力されている期間だけ受光を行い、第１受光期間で光電変換素子１０４に発生した光電子Ｑａは、例えば、光電子振分部１０６ａの光電子保持部１１４に転送され、第２受光期間で光電変換素子１０４に発生した光電子Ｑｂは、例えば、光電子振分部１０６ｂの光電子保持部１１４に転送され、第３受光期間で光電変換素子１０４に発生した光電子Ｑｃは、例えば、光電子振分部１０６ｃの光電子保持部１１４に転送される。
【０１０６】
演算部１６は、信号読出線１３２を介して読み出された各画素の光電子振分部１０６ａの光電子保持部１１４が保持した光電子数Ｑａに応じた電圧信号ＶＱａと、光電子振分部１０６ｂの光電子保持部１１４が保持した光電子数Ｑｂに応じた電圧信号ＶＱｂと、光電子振分部１０６ｃの光電子保持部１１４が保持した光電子数Ｑｃに応じた電圧信号ＶＱｃとを用いて、測距対象Ｗまでの距離を算出する。
【０１０７】
詳しくは、演算部１６は、第１受光期間で得られた光電子数Ｑａに応じた電圧信号ＶＱａと、第２受光期間で得られた光電子数Ｑｂに応じた電圧信号ＶＱｂとから回帰直線を求めるとともに、第３受光期間で得られた光電子数Ｑｃに応じた電圧信号ＶＱｃと、該求めた回帰直線との交点から測距対象Ｗまでの距離を算出する。
【０１０８】
図２３は、変形例２の演算部１６による測距対象Ｗまでの距離の算出方法を説明する図であり、図２３Ａは、ある測距対象Ｗ１までの距離の算出方法を示す図であり、図２３Ｂは、該ある測距対象Ｗ１より遠い距離の測距対象Ｗ２までの距離の算出方法を説明する図である。
【０１０９】
図２３Ａに示す参照符号１７０は、第１受光期間で得られた光電子数Ｑａに応じた電圧信号ＶＱａと、第２受光期間で得られた光電子数Ｑｂに応じた電圧信号ＶＱｂとから求められた回帰直線を示しており、参照符号１７２は、電圧が第３受光期間で得られた光電子数Ｑｃに応じた電圧信号ＶＱｃとなる直線を示しており、交点Ｃは、回帰直線１７０と直線１７２との交点を示す。
【０１１０】
図２３Ｂに示す参照符号１７４は、第１受光期間で得られた光電子数Ｑａに応じた電圧信号ＶＱａと、第２受光期間で得られた光電子数Ｑｂに応じた電圧信号ＶＱｂとから求められた回帰直線を示しており、参照符号１７６は、電圧が第３受光期間で得られた光電子数Ｑｃに応じた電圧信号ＶＱｃとなる直線を示しており、交点Ｄは、回帰直線１７４と直線１７６との交点を示す。
【０１１１】
ここで、第１受光期間と第２受光期間とは、位相が半周期ずれており、第１照射タイミングと第２照射タイミングとは、半周期と一定時間（Δｔ）だけ位相がずれているので、第１受光期間及び第２受光期間で得られる光電子数は、同一の反射光Ｌｒの立ち下がり（固体撮像装置２８への入射が終了するタイミングの反射光Ｌｒ）を、異なる受光タイミングで受光して得られたものであると見做すことができる。
【０１１２】
図２３Ｂに示す電圧信号ＶＱａ、ＶＱｂが図２３Ｂに示す電圧信号ＶＱａ、ＶＱｂより高いのは、固体撮像装置２８から測距対象Ｗまでの距離が長いほうが、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に到達するタイミングが遅くなるからであり、反射光Ｌｒの立ち下がりを受光する場合は、反射光Ｌｒが固体撮像装置２８に到達するタイミングが遅くなるほど、得られる光電子数が多くなるからである。図２３Ａにおける第３受光期間で得られた光電子数Ｑｃに応じた電圧信号ＶＱｃと、図２３Ｂにおける第３受光期間で得られた光電子数Ｑｃに応じた電圧信号ＶＱｃとは、略同じ値である。なお、図２３Ａ、図２３Ｂで示す斜線で表されている台形の領域は、図１４と同様に、受光タイミングが異なる各受光期間で得られた光電子数に応じた電圧信号を表している。
【０１１３】
求められる交点の時間タイミングが早いほど（交点の横軸座標の値が小さいほど）測距対象Ｗが近いことを示しているので、図２３Ａ及び図２３Ｂに示すように、測距対象Ｗ１の反射光Ｌｒから求めた交点Ｃは、測距対象Ｗ１より遠い測距対象Ｗ２の反射光Ｌｒから求めた交点Ｄより時間タイミングが早くなる。この交点Ｃと交点Ｄとの時間差から、測距対象Ｗ１と測距対象Ｗ２との距離差を求めることができる。したがって、演算部１６は、初期値として、一定距離離れた基準測距対象からの反射光Ｌｒから算出した交点の時間タイミングを基準タイミングとして記憶し、測距対象Ｗの反射光Ｌｒから交点を求め、前記一定距離と、該求めた交点の時間タイミングと、基準タイミングとから、該測距対象Ｗまでの距離を求めることができる。
【０１１４】
図２３Ａ、図２３Ｂに示すように、交点Ｃ、交点Ｄの時間タイミングは、照射光Ｌｅの強度や環境光Ｌｓに依存しないので、信頼性の高い距離情報を得ることができる。
【０１１５】
なお、上記変形例１のように、三角波の照射光Ｌｅを照射してもよい。また、変形例２では、固体撮像装置２８に到達する第１照射タイミングで照射された照射光Ｌｅの反射光Ｌｒの強度が一定となる時間を第３受光期間としたが、第３受光期間は、固体撮像装置２８に到達する第２照射タイミングで照射された照射光Ｌｅの反射光Ｌｒの強度が一定となる時間であってもよい。つまり、第３受光期間は、第２照射タイミングで照射された照射光Ｌｅの反射光Ｌｒを受光する期間であり、該反射光Ｌｒの強度が一定となる時間である。この場合は、第３受光期間の受光タイミングは、第２照射タイミングに応じて予め決められていてもよい。
【０１１６】
（変形例３）上記実施の形態及び変形例１、２では、測距検知範囲を１つとし、該測距検知範囲に基づいて、第１照射タイミング及び第２照射タイミングと、第１受光期間〜第４受光期間又は第１受光期間〜第３受光期間とを決めるようにしたが、変形例３では、測距検知範囲を複数用意し、複数の第１照射タイミング及び第２照射タイミングと、第１受光期間〜第４受光期間又は第１受光期間〜第３受光期間が複数の測距検知範囲に対応して決められている。例えば、測距検知範囲が１〜３まであり、１照射タイミング及び第２照射タイミングと、第１受光期間〜第４受光期間又は第１受光期間〜第３受光期間とが測距検知範囲１〜３に対応してそれぞれ複数設けられている。これにより、距離を計測できる範囲を拡大することができる。
【０１１７】
ここで、複数の測距検知範囲１〜３の第１受光期間及び第２受光期間は、互いに位相がずれないようにし、複数の測距検知範囲１〜３の第１照射タイミング及び第２照射タイミングは、一定時間（Δｔ）の２倍分だけ位相がずれていくようにしてもよい。つまり、各測距検知範囲の第１受光期間は互いに同位相、各測距検知範囲の第２受光期間は互いに同位相であり、各測距検知範囲の第１照射タイミングは、一定時間（Δｔ）の２倍分だけ位相が遅れていき、各測距検知範囲の第２照射タイミングは、一定時間の２倍分だけ位相が遅れていく。
【０１１８】
図２４は、変形例３における照射装置１２が照射する照射光Ｌｅの第１照射タイミング及び第２照射タイミングの一例を示す図である。図２４に示すように、測距検知範囲２の第１照射タイミングは、測距検知範囲１の第２照射タイミングより位相が２×Δｔ遅れており、測距検知範囲３の第１照射タイミングは、測距検知範囲２の第１照射タイミングより位相が２×Δｔ遅れている。また、測距検知範囲２の第２照射タイミングは、測距検知範囲１の第２照射タイミングより位相が２×Δｔ遅れており、測距検知範囲３の第２照射タイミングは、測距検知範囲２の第２照射タイミングより位相が２×Δｔ送られている。
【０１１９】
なお、各測距検知範囲１〜３の第２照射タイミングは、各測距検知範囲１〜３の第１照射タイミングをΔｔだけ位相を遅らせたタイミングである。したがって、照射装置１２は、照射光Ｌｅを照射する度に、照射タイミングをΔｔだけずらしていけば、各測距検知範囲の第１照射タイミング及び第２照射タイミングで照射光Ｌｅを照射していることになり、測距検知範囲が複数ある場合であっても、照射タイミングの制御が簡単になる。
【０１２０】
また、各測距検知範囲の照射タイミングが他の測距検知範囲の照射タイミングと重複していてもよい。例えば、ある測距検知範囲の第１照射タイミングが、直前に照射した他の測距検知範囲の第２照射タイミングと重複していてもよく、該ある測距検知範囲の第２照射タイミングが、直後に照射する他の測距検知範囲の第１照射タイミングと重複していてもよい。
【０１２１】
図２５は、変形例３における照射装置１２が照射する照射光Ｌｅの第１照射タイミング及び第２照射タイミングの他の例を示す図である。図２５に示すように、各照射タイミング（１回目〜６回目の照射タイミング）は、一定時間ずつ位相がずれており、ある照射タイミングとその直前の照射タイミング又はその直後の照射タイミングとで、測距検知範囲が決められている。例えば、１回目の照射タイミングと２回目の照射タイミングとで測距検知範囲１が定められ、２回目の照射タイミングと３回目の照射タイミングとで測距検知範囲２が定められ、３回目の照射タイミングと４回目の照射タイミングとで測距検知範囲３が定められ、４回目の照射タイミングと５回目の照射タイミングとで測距検知範囲４が定められ、５回目の照射タイミングと６回目の照射タイミングとで測距検知範囲５が定められる。
【０１２２】
２回目の照射タイミングは、測距検知範囲１からみれば第２照射タイミングとなるが、測距検知範囲２から見れば第１照射タイミングとなる。同様に、３回目の照射タイミングは、測距検知範囲２から見れば第２照射タイミングとなるが、測距検知範囲３から見れば第１照射タイミングとなる。４回目以降の照射タイミングも同様に、一方の測距検知範囲から見れば第２照射タイミングとなり、他方の測距検知範囲から見れば第１照射タイミングとなる。
【０１２３】
このように、各測距検知範囲の照射タイミングを重複させることで、照射タイミングの数を増やさなくても、距離を計測できる範囲を拡大することができ、測距精度を向上させることができる。
【０１２４】
なお、図２４、および図２５に示すタイミングは、図１７に示す単位画素３０の１フレーム期間内の露光期間における１周期の照射タイミングを記載したものであり、複数回受光と光電子の保持が繰り返された後に信号を読み出し、その後、位相が２×Δｔ遅れたタイミングで、次のフレームを取得する。
【０１２５】
（変形例４）上記実施の形態及び上記変形例１〜３では、単位画素３０は４つの受光装置１００を有するようにしたが、単位画素３０は、２つ、３つ、５つ等の複数の受光装置１００を有してもよく、受光装置１００を１つのみ有してもよい。また、受光装置１００は、３つ、又は、４つの光電子振分部１０６を有するようにしたが、光電子振分部１０６を１つのみ有するようにしてもよい。単位画素３０が１つの受光装置１００のみを有し、該受光装置１００が１つの光電子振分部１０６のみを有する場合は、第１受光期間〜第４受光期間で、それぞれ異なるフレームで取得してもよく、さらには、第１受光期間〜第４受光期間で、それぞれ受光する単位画素３０を異ならせてもよい。例えば、第１受光期間で受光する単位画素３０を第１画素と、第２受光期間で受光する単位画素３０を第２画素と、第３受光期間で受光する単位画素３０を第３画素と、第４受光期間で受光する単位画素３０を第４画素とし、第１画素〜第４画素で得られた光電子数を用いて測距対象Ｗまでの距離を算出する。
【０１２６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【０１２７】
１０…測距システム                    １２…照射装置
１４…撮像部                          １６…演算部
１８…制御部                          ２０…電源
２２…第２電源                        ２８…固体撮像装置
３０…単位画素                        ３２…画素アレイ
３４…画素駆動回路                    ４４…ゲート駆動回路
１００…受光装置                      １０２…ｐ型半導体基板
１０４…光電変換素子                  １０６…光電子振分部
１０８…光電子排出部                  １１０…フォトゲート
１１２…第１転送部                    １１４…光電子保持部
１１６…第２転送部                    １１８…浮遊拡散層
１２０…第１転送ゲート                １２２…保持ゲート
１２４…第２転送ゲート                １２６…リセット用トランジスタ
１３０…信号読出用トランジスタ        １３２…信号読出線
１３４…選択用トランジスタ            １４０…第３転送部
１４２…拡散層                        １４４…第３転送ゲート
１５０、１５４…第１回帰直線          １５２、１５６…第２回帰直線
１６０…コンデンサ                    １６２…発光素子
１６４…ＦＥＴ                        １７０、１７４…回帰直線
１７２、１７６…直線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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