(57)【要約】  測距結果のばらつきを低減し、測距精度を向上した撮像装置及びその駆動方法を提供する。  撮像装置は、近赤外光源と固体撮像装置とを備え、固体撮像装置は、複数の光電変換部（１０１）が行列状に配置された光電変換領域（１５０）と、光電変換部（１０１）において発生した信号電荷を光電変換領域（１５０）の行方向に垂直な垂直方向に転送する複数の垂直転送部（１０２）と、信号電荷を光電変換領域の行方向に対して水平な水平方向に転送する複数の水平転送部（１１０）及び（１１１）と、信号電荷を増幅して出力する複数の電荷検出部（１１３）及び（１１４）とを備え、一のフレーム走査期間内に、複数の光電変換部（１０１）のうちの１つにおいて発生した複数の信号電荷は、同じ複数の電荷検出部（１１３）及び（１１４）からそれぞれ出力される。
2015033497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体へ近赤外光を照射する近赤外光源と、
前記被写体からの入射光を受光する固体撮像装置とを備えた撮像装置であって、
前記固体撮像装置は、
複数の光電変換部が行列状に配置された光電変換領域と、
前記光電変換部において発生した信号電荷を前記光電変換領域の行方向に垂直な方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記信号電荷を前記光電変換領域の行方向に対して水平な方向に転送する複数の水平転送部と、
前記信号電荷を増幅して出力する複数の電荷検出部とを備え、
一のフレーム走査期間内に、
前記複数の光電変換部のうちの１つにおいて発生した複数の信号電荷は、同じ前記複数の電荷検出部からそれぞれ出力される
撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置において、
さらに、前記複数の水平転送部のうちの一の水平転送部から他の水平転送部に信号電荷を転送する水平間転送部を有し、
前記複数の水平転送部は、水平間転送部を挟んで並列に複数配置されている
撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記複数の水平転送部は、複数の領域に分割された前記光電変換領域の各々の領域に対応して配置される
撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記複数の電荷検出部から所定の期間に出力される信号電荷は、同一の期間に露光された信号電荷である
撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置において、
同一の期間に露光され、水平方向に隣接する前記複数の垂直転送部に蓄積された信号電荷同士を、所定の加算数で水平加算する
撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置において、
前記複数の光電変換部には、可視光を受光する複数の光電変換部と、近赤外光を受光する複数の光電変換部とが備えられ、
第１のフレーム走査期間では、前記近赤外光を受光する複数の光電変換部から発生した複数の信号電荷から前記距離画像を生成し、
第２のフレーム走査期間では、前記可視光を受光する複数の光電変換部から発生した複数の信号電荷から可視画像を生成する
撮像装置。
【請求項７】
請求項６記載の撮像装置において、
前記第１のフレーム走査期間では、前記信号電荷を、複数の領域に分割された前記光電変換領域の各々の領域に対応して配置された前記水平転送部から出力し、
前記第２のフレーム走査期間では、前記信号電荷を、前記水平間転送部を挟んで並列に
配置された複数の水平転送部から出力する
撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
一の前記垂直転送部に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部と、
（Ｌ−１）個の水平間転送部を備え、
一の光電変換部から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、
［（Ｋ・Ｍ）／（Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される
撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
請求項６または請求項７に記載の撮像装置の前記第１のフレーム走査期間における駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
一の垂直転送部に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部と、
（Ｌ−１）個の水平間転送部を備え、
一の光電変換部から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、
［（Ｋ・Ｍ）／（２・Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される
撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、所定の距離位置に存在する被写体の像（距離画像）を取得する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、ゲーム機等に、例えば、赤外光を撮影対象空間に照射して、被写体（人物）の体や手の動きを検出する測距カメラが搭載され、それに使われる距離画像を取得する固体撮像装置、いわゆる測距センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１に示された固体撮像装置は、１画素につき、１つの光電変換部と、４つのパケット（メモリーセル）１００４ａ、１００４ｂ、１００４ｃ、１００４ｄとを備える。この固体撮像装置は、測距カメラの動作原理として、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）法を用いており、照射光の１周期について、４回のサンプリングを行ない、それぞれのパケットに、例えば信号Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を読出し、蓄積する。【０００４】
また、ゲーム機、マシンビジョン等、被写体が高速に動くような用途では、高フレームレートで動作可能な測距センサが求められている。【０００５】
また、特許文献２に示された固体撮像装置は、可視画像を取得するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子であり、水平転送部、及び電荷検出部を２つ備えることで、信号の転送速度を上げ、高フレームレートを実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７２３２１５号公報
【特許文献２】特公平５−０６０３０３号公報
【発明の概要】
【０００７】
測距カメラのフレームレートを向上するために、特許文献１の測距センサを、特許文献２の技術を用いて高フレームレート化する技術がある。この技術において、１つの光電変換部から出力された信号電荷Ａ１〜Ａ４は、同一の光電変換部から出力されるものであっても、固体撮像装置に複数設けられた電荷検出部のうちの異なるいずれかから出力される。例えば、信号電荷Ａ１は第２の電荷検出部から、信号電荷Ａ２は第１の電荷検出部から出力される。
【０００８】
複数の電荷検出部は、それぞれの製造ばらつきに起因して利得等の特性ばらつきを持つため、１つの光電変換部から読み出された信号電荷Ａ１〜Ａ４が異なる電荷検出部から出力されると、測距結果にばらつきが生じ、測距精度が悪化する。
【０００９】
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、測距結果のばらつきを低減し、測距精度を向上した撮像装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【００１０】
上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る撮像装置は、被写体へ近赤外光を照射する近赤外光源と、前記被写体からの入射光を受光する固体撮像装置とを備えた撮像装置であって、前記固体撮像装置は、複数の光電変換部が行列状に配置された光電変換領域と、前記光電変換部において発生した信号電荷を前記光電変換領域の行方向に垂直な方向に転送する複数の垂直転送部と、前記信号電荷を前記光電変換領域の行方向に対して水平な方向に転送する複数の水平転送部と、前記信号電荷を増幅して出力する複数の電荷検出部とを備え、一のフレーム走査期間内に、前記複数の光電変換部のうちの１つにおいて発生した複数の信号電荷は、同じ前記複数の電荷検出部からそれぞれ出力される。
【００１１】
本態様によれば、複数の水平転送部、及び電荷検出部を備え、一のフレーム走査期間内に、１つの光電変換部から読み出した複数の信号電荷は、同じ電荷検出部から出力されることから、測距精度を悪化することなく、フレームレートを向上することが可能となる。
【００１２】
本開示によれば、測距結果のばらつきを低減し、測距精度を向上した撮像装置及びその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ＴＯＦ方式における一般的な測距カメラの概略構成図である。
【図２】図１の測距カメラの概略動作を示す第１のタイミング図である。
【図３】図２のタイミング図に基づく第１のＴＯＦ法の動作原理を示す図である。
【図４】図１の測距カメラの概略動作を示す第２のタイミング図である。
【図５】図４のタイミング図に基づく第２のＴＯＦ法の動作原理を示す図である。
【図６】図４のタイミング図に基づく第３のＴＯＦ法の動作原理を示す図である。
【図７】特許文献１に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図８】特許文献２に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図９】従来技術に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図１０】図９の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図１１Ａ】図９の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１１Ｂ】図９の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１１Ｃ】図９の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１１Ｄ】図９の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１２】固体撮像装置を用いた測距カメラの概略構成図である。
【図１３Ａ】第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。
【図１３Ｂ】第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す平面図である。
【図１４】図１３Ｂの固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図１５Ａ】図１３Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１５Ｂ】図１３Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１５Ｃ】図１３Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１５Ｄ】図１３Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１５Ｅ】図１３Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１６】第２の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図１７】図１６の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図１８Ａ】図１６の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１８Ｂ】図１６の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１８Ｃ】図１６の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１８Ｄ】図１６の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１８Ｅ】図１６の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図１９】第３の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図２０Ａ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、信号読出し期間の動作を示す平面図である。
【図２０Ｂ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、信号読出し期間の動作を示す平面図である。
【図２０Ｃ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、信号読出し期間の動作を示す平面図である。
【図２０Ｄ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、信号読出し期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ａ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｂ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｃ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｄ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｅ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｆ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｇ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｈ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｉ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｊ】図１９の固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｋ】第３の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図２１Ｌ】図２１Ｋの固体撮像装置の第２のフレーム走査期間における、信号読出し期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｍ】図２１Ｋの固体撮像装置の第２のフレーム走査期間における、信号読出し期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｎ】図２１Ｋの固体撮像装置の第２のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｏ】図２１Ｋの固体撮像装置の第２のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｐ】図２１Ｋの固体撮像装置の第２のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２１Ｑ】図２１Ｋの固体撮像装置の第２のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図２２】第４の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図２３Ａ】図２２の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２３Ｂ】図２２の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２３Ｃ】図２２の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２３Ｄ】図２２の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２４Ａ】図２２の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２４Ｂ】図２２の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２４Ｃ】図２２の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２４Ｄ】図２２の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２４Ｅ】図２２の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２５】第５の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図２６Ａ】図２５の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２６Ｂ】図２５の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２６Ｃ】図２５の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２６Ｄ】図２５の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２６Ｅ】図２５の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２６Ｆ】図２５の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２６Ｇ】図２５の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２６Ｈ】図２５の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２６Ｉ】図２５の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２６Ｊ】図２５の固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ａ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ｂ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ｃ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ｄ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ｅ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ｆ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ｇ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ｈ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ｉ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ｊ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２７Ｋ】図２５の固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図２８Ａ】第６の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図２８Ｂ】第６の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一部を示す平面図である。
【図２９Ａ】図２８Ｂの固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２９Ｂ】図２８Ｂの固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２９Ｃ】図２８Ｂの固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２９Ｄ】図２８Ｂの固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図２９Ｅ】図２８Ｂの固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ａ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ｂ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ｃ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ｄ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ｅ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ｆ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ｇ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ｈ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ｉ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ｊ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３０Ｋ】図２８Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３１】第７の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図３２Ａ】第８の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図３２Ｂ】第８の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一部を示す平面図である。
【図３３】図３２Ｂの固体撮像装置の信号読出し期間における動作を示す平面図である。
【図３４Ａ】図３２Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３４Ｂ】図３２Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３４Ｃ】図３２Ｂの固体撮像装置の水平走査期間における動作を示す平面図である。
【図３５Ａ】第９の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【図３５Ｂ】第９の実施形態に係る固体撮像装置の構造の一部を示す平面図である。
【図３６Ａ】図３５Ａの固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、信号読出し期間の動作を示す平面図である。
【図３６Ｂ】図３５Ａの固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、信号読出し期間の動作を示す平面図である。
【図３７Ａ】図３５Ａの固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図３７Ｂ】図３５Ａの固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図３７Ｃ】図３５Ａの固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【図３７Ｄ】図３５Ａの固体撮像装置の第１のフレーム走査期間における、水平走査期間の動作を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態について説明する前に、本開示の基礎となった知見について説明する。
【００１５】
図１は、ＴＯＦ方式により動作する一般的な測距カメラの概略構成図である。
【００１６】
図１に示すように、被写体１２０１に背景光源１２０２のもと、近赤外光が赤外光源１２０３から照射される。その反射光を、光学レンズ１２０４を介して、固体撮像装置１２０５で受け、固体撮像装置１２０５に結像された画像を電気信号に変換する。
【００１７】
図２は、測距カメラの概略動作を示す第１のタイミング図である。高周波で強度変調された照射光は、被写体で反射され、反射光は位相遅れΨを持って固体撮像装置に入力される。位相遅れΨを計測することで、被写体までの距離を求めることができる。
【００１８】
図３は、図２のタイミング図に基づく測距カメラの動作原理を説明する図である。以下、この動作原理を第１のＴＯＦ法という。図３に示すように、照射光の位相が０°、９０°、１８０°、２７０°であるときの露光期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４において、カメラが得られる信号量（信号電荷量）をそれぞれＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４とすると、位相の遅れΨは次式で与えられる。
【００１９】
Ψ＝ａｒｃｔａｎ｛（Ａ４−Ａ２）／（Ａ１−Ａ３）｝
図４は、測距カメラの概略動作を示す第２のタイミング図である。パルス幅Ｔｐの照射光は、被写体で反射され、反射光は遅れ時間Δｔを持って固体撮像装置に入力される。遅れ時間Δｔを計測することで、被写体までの距離を求めることができる。
【００２０】
図５は、図４のタイミング図に基づく測距カメラの動作原理を説明する図である。以下、この動作原理を第２のＴＯＦ法という。図５に示すように、パルス幅Ｔｐの照射光の立ち上がり時刻から始まる第１露光期間をＴ１、照射光の立ち下がり時刻から始まる第２露光期間をＴ２、近赤外光源をＯＦＦした第３露光期間をＴ３とし、露光期間Ｔ１〜Ｔ３は、パルス幅Ｔｐよりも長い時間に設定される。第１露光期間Ｔ１においてカメラが得られる信号量（信号電荷量）をａ１、第２露光期間Ｔ２においてカメラが得られる信号量（信号電荷量）をａ２、第３露光期間Ｔ３においてカメラが得られる信号量（信号電荷量）をａ３とすると、遅れ時間Δｔは次式で与えられる。
【００２１】
Δｔ＝Ｔｐ｛（ａ２−ａ３）／（ａ１−ａ３）｝
図６は、図４のタイミング図に基づく測距カメラの動作原理を説明する図である。以下、この動作原理を第３のＴＯＦ法という。図６に示すように、パルス幅Ｔｐの照射光の立ち上がり時刻から始まる第１露光期間をＴ１、照射光の立ち下がり時刻から始まる第２露光期間をＴ２、近赤外光源をＯＦＦした第３露光期間をＴ３とし、露光期間Ｔ１〜Ｔ３は、パルス幅Ｔｐと同じ長さに設定される。第１露光期間Ｔ１においてカメラが得られる信号量（信号電荷量）をａ１、第２露光期間Ｔ２においてカメラが得られる信号量（信号電荷量）をａ２、第３露光期間Ｔ３においてカメラが得られる信号量（信号電荷量）をａ３とすると、遅れ時間Δｔは次式で与えられる。
【００２２】
Δｔ＝Ｔｐ｛（ａ２−ａ３）／（ａ１＋ａ２−２×ａ３）｝
これらＴＯＦ方式の測距カメラに用いる固体撮像素子は、照射光の１周期について、複数回のサンプリングができるものでなければならない。
【００２３】
ここで、特許文献１に示した固体撮像装置では、図７のような構造が開示されている。図７に示す固体撮像装置は、半導体基板に行列状に配置され、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部（フォトダイオード）１００１と、光電変換部１００１に対応して設けられ、光電変換部１００１から読み出された信号電荷を列方向（垂直方向）に転送する垂直転送部１００２と、垂直転送部１００２によって転送された信号電荷を行方向（水平方向）に転送する水平転送部１０１０と、水平転送部１０１０によって転送された信号電荷を出力する電荷検出部１０１３とを備える。
【００２４】
特許文献１に示した固体撮像装置は、第１のＴＯＦ法を用いており、１画素につき、１つの光電変換部と、４つのパケット（メモリーセル）１００４ａ、１００４ｂ、１００４ｃ、１００４ｄを備える。照射光の１周期について、４回のサンプリングを行ない、それぞれのパケットに、例えば信号Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４を読出し、蓄積する。
【００２５】
また、ゲーム機、マシンビジョン等、被写体が高速に動くような用途では、高フレームレートで動作可能な測距センサが求められている。
【００２６】
特許文献２に示した固体撮像装置では、図８のような構造が開示されている。図８に示す固体撮像装置は、半導体基板に行列状に配置され、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部１００１と、光電変換部１００１に対応して設けられ、光電変換部１００１から読み出された信号電荷を列方向に転送する垂直転送部１００２と、垂直転送部１００２によって転送された信号電荷を行方向に転送する第１の水平転送部１０１０と、第２の水平転送部１０１１と、第１の水平転送部１０１０と第２の水平転送部１０１１との間に設けられ、第１の水平転送部１０１０から、第２の水平転送部へ信号電荷を転送する水平間転送部１０１２と、第１の水平転送部１０１０によって転送された信号電荷を出力する第１の電荷検出部１０１３と、第２の水平転送部１０１１によって転送された信号電荷を出力する第２の電荷検出部１０１４とを備える。
【００２７】
図８に示す固体撮像装置は、可視画像を取得するＣＣＤ撮像素子であり、水平転送部及び電荷検出部を２つずつ備える。すなわち、図８に示す固体撮像装置は、第１の水平転送部１０１０及び第２の水平転送部１０１１、及び、第１の電荷検出部１０１３及び第２の電荷検出部１０１４を備える。これにより、信号の転送速度を上げ、高フレームレートを実現している。
【００２８】
また、図９に示す固体撮像装置では、測距カメラのフレームレート向上の為、特許文献１で開示された測距センサを、特許文献２で開示された技術を用いて高フレームレート化した例を示す。
【００２９】
図９に示す固体撮像装置は、半導体基板に行列状に配置され、入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部１００１と、光電変換部１００１に対応して設けられ、光電変換部１から読み出された信号電荷を列方向に転送する垂直転送部１００２と、垂直転送部１００２によって転送された信号電荷を行方向に転送する第１の水平転送部１０１０と、第２の水平転送部１０１１と、第１の水平転送部１０１０と第２の水平転送部１０１１との間に設けられ、第１の水平転送部１０１０から、第２の水平転送部１０１１へ信号電荷を転送する水平間転送部１０１２と、第１の水平転送部１０１０によって転送された信号電荷を出力する第１の電荷検出部１０１３と、第２の水平転送部１０１１によって転送された信号電荷を出力する第２の電荷検出部１０１４とを備える。
【００３０】
図１０及び図１１は、図９に示した固体撮像装置の動作を示す図であり、第１のＴＯＦ法を用いている。図１０は、信号の読出し期間、図１１は、水平走査期間の１周期である。
【００３１】
まず、図１０に示すように、光電変換部１００１から、パケット１００４ａ、１００４ｂ、１００４ｃ、１００４ｄに、信号電荷を読出し、蓄積し、読出し期間を終える。ここで、図中Ａ行の垂直転送部２に蓄積された信号電荷をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ行の垂直転送部２に蓄積された信号電荷をＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とする。
【００３２】
水平転送期間では、まず、図１１Ａのように、垂直転送部１００２に蓄積された全信号電荷を、列方向に１段転送する。このとき、垂直転送部１００２において、第１の水平転送部１０１０に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ１、及びＢ１は、垂直転送部２から第１の水平転送部１０１０へ転送される。
【００３３】
次に、図１１Ｂに示すように、第１の水平転送部１０１０に蓄積された信号電荷Ａ１、及びＢ１を、水平間転送部１０１２を通して、第２の水平転送部１０１１へ転送する。
【００３４】
次に、図１１Ｃに示すように、垂直転送部１００２に蓄積された全信号電荷を、列方向に１段転送する。このとき、垂直転送部１００２において、第１の水平転送部１０１０に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ２、及びＢ２は、垂直転送部１００２から第１の水平転送部１０１０へ転送される。
【００３５】
その後、図１１Ｄに示すように、第１の水平転送部１０１０、及び第２の水平転送部１０１１に蓄積された信号電荷は、第１の電荷検出部１０１３、及び第２の電荷検出部１０１４へ順次転送される。
【００３６】
ここで、信号電荷Ａ１〜Ａ４に注目すると、信号電荷Ａ１〜Ａ４は、同一の光電変換部１００１から出力されるものであっても、固体撮像装置に複数設けられた電荷検出部（第１の電荷検出部１０１３及び第２の電荷検出部１０１４）のうちの、異なるいずれかから出力される。図１１Ｃに示すように、信号電荷Ａ１は第２の電荷検出部１０１４から、信号電荷Ａ２は第１の電荷検出部１０１３から出力される。同様に、次の水平走査期間では、信号電荷Ａ３は第２の電荷検出部１０１４から、信号電荷Ａ４は第１の電荷検出部１０１３から出力される。第１の電荷検出部１０１３及び第２の電荷検出部１０１４は、それぞれの製造ばらつきに起因して利得等の特性ばらつきを持つため、１つの光電変換部１００１から読み出された信号電荷Ａ１〜Ａ４が異なる電荷検出部から出力されると、電荷検出部の特性ばらつきが要因で、測距結果にばらつきが生じ、測距精度が悪化するという課題を有している。
【００３７】
そこで、以下の実施形態に示す撮像装置のように、水平転送部、及び電荷検出部が複数備えられた構造において、１つの光電変換部から読み出した複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することにより、撮像装置において測距結果のばらつきを低減し、測距精度を向上している。
【００３８】
以下、上記課題を解決するための実施形態について、図面を参照して説明する。なお、添付の図面を用いて説明を行うが、これらは例示を目的としており、本開示がこれらに限定されることを意図しない。図面において実質的に同一の構成、動作及び効果を表す要素については、同一の符号を付す。
【００３９】
図１２は、固体撮像装置を備えた測距カメラの概略構成図である。図１２に示すように、被写体１２０１に背景光源１２０２のもと、近赤外光が赤外光源１２０３から照射される。その反射光を、光学レンズ１２０４を介して、固体撮像装置２０５で受け、固体撮像装置２０５に結像された画像を電気信号に変換する。赤外光源１２０３と固体撮像装置２０５の動作は、制御部２０６によって制御され、固体撮像装置２０５の出力は、信号処理部２０７によって距離画像に変換され、用途によっては可視画像にも変換される。赤外光源１２０３と、光学レンズ１２０４と、例えばＣＣＤイメージセンサである固体撮像装置２０５とが、測距カメラを構成する。
【００４０】
以上の測距カメラに好適に利用される撮像装置の一態様としての固体撮像装置について、以下の第１〜第９の実施形態で説明する。
【００４１】
（第１の実施形態）
図１３Ａは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す概略図、図１３Ｂは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図１３Ｂでは、図面の簡略化のために、垂直方向に２画素分、水平方向に４画素分のみ示している。
【００４２】
図１３Ａに示すように、固体撮像装置１００は、半導体基板上に画素領域１５０と、第１の水平転送部１１０と、第２の水平転送部１１１と、第１の電荷検出部１１３と、第２の電荷検出部１１４とを備えている。また、半導体基板には、半導体基板に信号電荷を一括して排出するための電圧が印加されるＶＳＵＢ電極１３０が接続されている。画素領域１５０には、複数の画素が行列状に配置されている。各画素は、光電変換部１０１と、この光電変換部１０１に対応する垂直転送部１０２とで構成される。
【００４３】
詳細には、図１３Ｂに示すように、固体撮像装置１００は、半導体基板の画素領域１５０に、行列状に配置され入射光を信号電荷に変換する複数の光電変換部１０１と、光電変換部１０１に対応して設けられ、光電変換部１０１から読み出された信号電荷を列方向に転送する垂直転送部１０２と、垂直転送部１０２によって転送された信号電荷を行方向に転送する第１の水平転送部１１０及び第２の水平転送部１１１と、垂直転送部１０２と第１の水平転送部１１０との間に設けられ、信号電荷を任意のタイミングで水平転送部１１０へ転送するよう制御する電荷制御部１０３と、第１の水平転送部１１０と第２の水平転送部１１１との間に設けられ、第１の水平転送部１１０から、第２の水平転送部１１１へ信号電荷を転送する水平間転送部１１２と、第１の水平転送部１１０によって転送された信号電荷を出力する第１の電荷検出部１１３と、第２の水平転送部１１１によって転送された信号電荷を出力する第２の電荷検出部１１４とを備える。
【００４４】
ここで、固体撮像装置１００はＣＣＤ撮像素子である。例えば、固体撮像装置１００は、垂直転送部１０２に、１画素あたり１０の電極が設けられている１０相駆動である。また、固体撮像装置１００は、１つの光電変換部１０１につき、４つのパケット１０４ａ〜１０４ｄが備えられている。
【００４５】
電荷制御部１０３は、１行毎に信号電荷を制御するよう、電極が備えられている。固体撮像装置１００は、第１の水平転送部１１０及び第２の水平転送部１１１に、２画素あたり４つの電極が設けられている４相駆動である。また、第１の水平転送部１１０及び第２の水平転送部１１１のそれぞれには、２本の垂直転送部１０２につき、１つのパケット１１５が備えられている。水平間転送部１１２を構成する電極は、２画素につき１つ備えられている。
【００４６】
また、各画素（光電変換部１０１）には、縦型オーバーフロードレイン（ＶＯＤ）（図示せず）が備えられている。基板に接続されているＶＳＵＢ電極１３０に高電圧が印加されると、全画素の信号電荷は一括に基板に排出される構成となっている。
【００４７】
図１４及び図１５Ａ〜図１５Ｅは、図１３Ｂに示す固体撮像装置１００の動作を示す平面図であり、第１のＴＯＦ法を用いている。図１４は、信号の読出し期間における固体撮像装置の動作、図１５Ａ〜図１５Ｅは、水平走査期間の１周期における固体撮像装置の動作を示している。
【００４８】
まず、図１４に示すように、光電変換部１０１から、パケット１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄに信号電荷を読出し、蓄積し、読出し期間を終える。ここで、図中Ａ行の垂直転送部１０２に蓄積された信号電荷をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ行の垂直転送部１０２に蓄積された信号電荷をＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とする。
【００４９】
水平転送期間では、まず、図１５Ａに示すように、垂直転送部１０２に蓄積された全信号電荷を、列方向に１段転送する。このとき、垂直転送部１０２において、電荷制御部１０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ１及びＢ１は、垂直転送部１０２から電荷制御部１０３へ転送される。
【００５０】
次に、図１５Ｂに示すように、電荷制御部１０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷Ｂ１のみが第１の水平転送部１１０へ転送される。
【００５１】
次に、図１５Ｃに示すように、第１の水平転送部１１０に蓄積されていた信号電荷Ｂ１が、水平間転送部１１２を通して、第２の水平転送部１１１へ転送される。
【００５２】
次に、図１５Ｄに示すように、電荷制御部１０３に蓄積されていた信号電荷Ａ１が、第１の水平転送部１１０へ転送される。
【００５３】
その後、図１５Ｅに示すように、第１の水平転送部１１０及び第２の水平転送部１１１にそれぞれ蓄積された信号電荷Ａ１及びＢ１は、それぞれ第１の電荷検出部１１３及び第２の電荷検出部１１４へ転送される。
【００５４】
ここで、信号電荷Ａ１〜Ａ４に注目すると、図１５Ｄに示すように、信号電荷Ａ１は第１の電荷検出部１１３から出力される。同様に、次の水平走査期間から順次出力される信号電荷Ａ２〜Ａ４は、全て第１の電荷検出部１１３から出力される。また、１本の垂直転送部１０２に対し（１／２）個のパケット１１５をそれぞれ備えた水平転送部（第１の水平転送部１１０又は第２の水平転送部１１１）と、１つの水平間転送部１１２とを備えた、本実施形態に係る固体撮像装置１００において、１つの光電変換部１０１から読み出された４個の信号電荷は、水平方向に加算されることなく、４回の水平走査期間に分けて出力される。すなわち、１本の垂直転送部１０２に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部（第１の水平転送部１１０又は第２の水平転送部１１１）と、（Ｌ−１）個の水平間転送部１１２を備え、１つの光電変換部１０１から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、［（Ｋ・Ｍ）／（Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される。なお、信号電荷の水平方向の加算がない場合は、Ｎ＝１とする。
【００５５】
なお、固体撮像装置１００から出力された信号電荷は、信号処理部２０７（図１２参照）によって距離画像に変換され、用途によっては可視画像にも変換される。
【００５６】
以上、第１の実施形態に係る固体撮像装置１００によれば、第１の水平転送部１１０及び第２の水平転送部１１１が、２本の垂直転送部１０２につき１つのパケット１１５をそれぞれ備えることで、１つの光電変換部１０１から読み出された複数の信号電荷は、同じ電荷検出部（第１の電荷検出部１１３又は第２の電荷検出部１１４）から出力されることが可能となる。これにより、固体撮像装置１００に複数の水平転送部（第１の水平転送部１１０及び第２の水平転送部１１１）、及び、電荷検出部（第１の電荷検出部１１３及び第２の電荷検出部１１４）を備えた際に、測距精度を悪化させることなく、測距カメラのフレームレートを向上することができる。これにより、測距結果のばらつきを低減し、測距精度を向上することができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
【００５８】
図１６は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成図である。ここでは、図面の簡略化のために、垂直方向に２画素分、水平方向に４画素分のみ示している。
【００５９】
第２の実施形態に係る固体撮像装置２００は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１００と比較して、第１の水平転送部２１０及び第２の水平転送部２１１の構成が異なり、それに起因して、水平走査期間の駆動方法が異なる。しかし、１つの光電変換部から読み出された複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することができる構造、及び駆動方法を提供することを目的とする点は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１００と同様である。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明し、同じ点は説明を省略する。
【００６０】
図１６に示した固体撮像装置２００は、図１３Ｂに示した固体撮像装置１００と比較すると、第１の水平転送部２１０及び第２の水平転送部２１１に、１画素あたり４つの電極が設けられている４相駆動である。また、第１の水平転送部２１０及び第２の水平転送部２１１のそれぞれには、１本の垂直転送部２０２につき、１つのパケット２１５がそれぞれ備えられている。
【００６１】
図１７及び図１８Ａ〜図１８Ｅは、図１６に示した固体撮像装置２００の動作を示す図であり、第１のＴＯＦ法を用いている。図１７は、信号の読出し期間における固体撮像装置の動作、図１８Ａ〜図１８Ｅは、水平走査期間の１周期における固体撮像装置の動作を示している。
【００６２】
まず、図１７に示すように、光電変換部２０１から、パケット２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄに信号電荷を読出し、蓄積し、読出し期間を終える。ここで、図中Ａ行の垂直転送部２０２に蓄積された信号電荷をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ行の垂直転送部２０２に蓄積された信号電荷をＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とする。
【００６３】
水平転送期間では、まず、図１８Ａに示すように、垂直転送部２０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部２０２において、電荷制御部２０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ１及びＢ１は、垂直転送部２０２から電荷制御部２０３へ転送される。その後、電荷制御部２０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷Ｂ１のみ、水平間転送部２１２を通して第２の水平転送部２１１へ転送される。
【００６４】
次に、図１８Ｂに示すように、第２の水平転送部２１１に蓄積された信号電荷Ｂ１が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部２０３に蓄積されていた信号電荷Ａ１が、第１の水平転送部２１０へ転送される。
【００６５】
次に、図１８Ｃに示すように、垂直転送部２０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部２０２において、電荷制御部２０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ２及びＢ２は、垂直転送部２０２から電荷制御部２０３へ転送される。その後、電荷制御部２０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷Ｂ２のみ、水平間転送部２１２を通して、第２の水平転送部２１１へ転送される。
【００６６】
次に、図１８Ｄに示すように、第１の水平転送部２１０及び第２の水平転送部２１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部２０３に蓄積されていた信号電荷Ａ２が、第１の水平転送部２１０へ転送される。その後、図１８Ｅに示すように、第１の水平転送部２１０及び第２の水平転送部２１１に蓄積された信号電荷は、第１の電荷検出部２１３及び第２の電荷検出部２１４へ順次転送される。
【００６７】
ここで、信号電荷Ａ１〜Ａ４に注目すると、図１８Ｄに示すように、信号電荷Ａ１、Ａ２は、共に第１の電荷検出部２１３から出力される。同様に、次の水平走査期間から順次出力される信号電荷Ａ３、Ａ４は、全て第１の電荷検出部２１３から出力される。また、１本の垂直転送部２０２に対し１つのパケット２１５をそれぞれ備えた水平転送部（第１の水平転送部２１０及び第２の水平転送部２１１）と、１つの水平間転送部２１２とを備えた、本実施形態に係る固体撮像装置２００において、１つの光電変換部２０１から読み出した４個の信号電荷は、水平方向に加算されることなく、２回の水平走査期間に分けて出力される。すなわち、１本の垂直転送部２０２に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部（第１の水平転送部２１０又は第２の水平転送部２１１）と、（Ｌ−１）個の水平間転送部２１２を備え、１つの光電変換部２０１から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、［（Ｋ・Ｍ）／（Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される。なお、信号電荷の水平方向の加算がない場合は、Ｎ＝１とする。
【００６８】
なお、固体撮像装置２００から出力された信号電荷は、信号処理部２０７（図１２参照）によって距離画像に変換され、用途によっては可視画像にも変換される。
【００６９】
以上、第２の実施形態に係る固体撮像装置２００によれば、第１の水平転送部２１０及び第２の水平転送部２１１が、１本の垂直転送部２０２につき１つのパケット２１５をそれぞれ備える場合においても、１つの光電変換部２０１から読み出された複数の信号電荷は、同じ電荷検出部（第１の電荷検出部２１３及び第２の電荷検出部２１４）から出力されることが可能となる。これにより、第１の実施形態に係る固体撮像装置２００と比較して、水平走査期間の繰り返し回数が半減する為、測距精度を悪化させることなく、測距カメラのフレームレートをさらに向上することができる。
【００７０】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。
【００７１】
図１９は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成図である。ここでは、図面の簡略化のために、垂直方向に２画素分、水平方向に４画素分のみ示している。
【００７２】
第３の実施形態に係る固体撮像装置３００は、第２の実施形態に係る固体撮像装置２００と比較して、光電変換部３０１のフィルタ配列が異なる。また、固体撮像装置３００は、固体撮像装置２００と比較して、垂直転送部３０２及び電荷制御部３０３の構成が異なり、それに起因して、読出し期間、及び水平走査期間の駆動方法が異なる。しかし、１つの光電変換部から読み出した複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することができる構造、及び駆動方法を提供することを目的とする点は、第２の実施形態に係る固体撮像装置２００と同様である。以下、第２の実施形態と異なる点を中心に説明し、同じ点は説明を省略する。
【００７３】
図１９に示した固体撮像装置３００は、図１６の固体撮像装置２００と比較して、２×２の画素配列のうちの３画素の光電変換部３０１に、可視光を透過するフィルタ、例えばＲ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）のフィルタを備え、残り１画素の光電変換部３０１に、可視光を遮断し近赤外光のみ透過するフィルタを備える。これにより、可視画像と距離画像とをそれぞれ得ることができる。固体撮像装置３００は、垂直転送部３０２に、２画素あたり１０の電極が設けられている１０相駆動である。また、２つの光電変換部３０１につき、４つのパケット３０４ａ〜３０４ｄが備えられている。電荷制御部３０３は、２行毎に信号電荷を制御するよう、電極が備えられている。
【００７４】
図２０Ａ〜図２０Ｄ及び図２１Ａ〜図２１Ｊは、距離画像を取得する第１のフレーム走査期間における、図１９の固体撮像装置の動作を示す図であり、第１のＴＯＦ法を用いている。図２０Ａ〜図２０Ｄは、信号の読出し期間における固体撮像装置の動作、図２１Ａ〜図２１Ｊは、水平走査期間の１周期における固体撮像装置の動作を示している。
【００７５】
読出し期間では、まず、図２０Ａに示すように、２×２画素配列のうち、１つの光電変換部３０１からのみ、パケット３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ、３０４ｄに信号電荷が読出され、蓄積される。ここで、図中Ａ行の垂直転送部３０２に蓄積された信号電荷をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ行の垂直転送部３０２に蓄積された信号電荷をＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とする。
【００７６】
次に、図２０Ｂに示すように、垂直転送部３０２に蓄積された全信号電荷を、列方向に１段転送する。このとき、垂直転送部３０２において、電荷制御部３０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ１及びＢ１は、垂直転送部３０２から電荷制御部３０３へ転送される。
【００７７】
次に、図２０Ｃに示すように、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷Ａ１のみ、第１の水平転送部３１０へ転送される。
【００７８】
その後、図２０Ｄに示すように、第１の水平転送部３１０及び第２の水平転送部３１１に蓄積された信号電荷は、第１の電荷検出部３１３及び第２の電荷検出部３１４へ順次転送され、読出し期間を終える。
【００７９】
水平転送期間では、まず、図２１Ａに示すように、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷Ｂ１が、水平間転送部３１２を通して、第２の水平転送部３１１へ転送される。その後、垂直転送部３０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部３０２において、電荷制御部３０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ２及びＢ２は、垂直転送部３０２から電荷制御部３０３へ転送される。
【００８０】
次に、図２１Ｂに示すように、第２の水平転送部３１１に蓄積された信号電荷Ｂ１が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷Ｂ２のみ、水平間転送部３１２を通して、第２の水平転送部３１１へ転送される。
【００８１】
次に、図２１Ｃに示すように、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷Ａ２を、第１の水平転送部３１０へ転送する。その後、垂直転送部３０２に蓄積された全信号電荷を、列方向に１段転送する。このとき、垂直転送部３０２において、電荷制御部３０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ３及びＢ３は、垂直転送部３０２から電荷制御部３０３へ転送される。
【００８２】
次に、図２１Ｄに示すように、第１の水平転送部３１０及び第２の水平転送部３１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷Ａ３のみ、第１の水平転送部３１０へ転送される。
【００８３】
次に、図２１Ｅに示すように、第１の水平転送部３１０、及び第２の水平転送部３１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に２段転送される。
【００８４】
次に、図２１Ｆに示すように、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷Ｂ３が、水平間転送部３１２を通して、第２の水平転送部３１１へ転送される。その後、垂直転送部３０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部３０２において、電荷制御部３０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ４、及びＢ４は、垂直転送部３０２から電荷制御部３０３へ転送される。
【００８５】
次に、図２１Ｇに示すように、第１の水平転送部３１０及び第２の水平転送部３１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷Ｂ４のみ、水平間転送部３１２を通して、第２の水平転送部３１１へ転送される。
【００８６】
次に、図２１Ｈに示すように、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷Ａ４が、第１の水平転送部３１０へ転送される。その後、垂直転送部３０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部３０２において、電荷制御部３０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ１及びＢ１は、垂直転送部３０２から電荷制御部３０３へ転送される。
【００８７】
次に、図２１Ｉに示すように、第１の水平転送部３１０及び第２の水平転送部３１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷Ａ１のみ、第１の水平転送部３１０へ転送される。
【００８８】
その後、図２１Ｊに示すように、第１の水平転送部３１０及び第２の水平転送部３１１に蓄積された信号電荷は、第１の電荷検出部３１３及び第２の電荷検出部３１４へ順次転送される。
【００８９】
ここで、信号電荷Ａ１〜Ａ４に注目すると、図２１Ｉに示すように、信号電荷Ａ１〜Ａ４は、全て第１の電荷検出部３１３から出力される。同様に、次の水平走査期間から順次出力される信号電荷Ａ１〜Ａ４は、全て第１の電荷検出部３１３から出力される。また、１本の垂直転送部３０２に対し１つのパケット３１５をそれぞれ備えた水平転送部（第１の水平転送部３１０及び第２の水平転送部３１１）と、１つの水平間転送部を備えた、本実施形態に係る固体撮像装置において、１つの光電変換部３０１から読み出された４個の信号電荷は、水平方向に加算されることなく、１回の水平走査期間に分けて出力される。すなわち、１本の垂直転送部３０２に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部（第１の水平転送部３１０及び第２の水平転送部３１１）と、（Ｌ−１）個の水平間転送部３１２を備え、１つの光電変換部３０１から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、［（Ｋ・Ｍ）／（２・Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される。なお、信号電荷の水平方向の加算がない場合は、Ｎ＝１とする。
【００９０】
第１のフレーム走査期間を終えると、第２のフレーム走査期間に入る。図２１Ｋに示した固体撮像装置３５０は、図１９の固体撮像装置３００と比較して、パケットの数が異なり、２つの光電変換部３０１につき、２つのパケット３５４ａ及び３５４ｂが備えられている。図２１Ｌ〜図２１Ｑは、可視画像を取得する第２のフレーム走査期間における、図２１Ｋの固体撮像装置の動作を示す図である。図２１Ｌ及び図２１Ｍは、信号の読出し期間における固体撮像装置の動作、図２１Ｎ〜図２１Ｑは、水平走査期間の１周期における固体撮像装置３５０の動作を示している。
【００９１】
読出し期間では、まず、図２１Ｌに示すように、全ての光電変換部３０１から、パケット３５４ａ及び３５４ｂに信号電荷が読出され、蓄積される。ここで、Ｒ画素から読出された信号電荷をＲ、Ｇ画素から読出された信号電荷をＧ、Ｂ画素から読出された信号電荷をＢ、ＩＲ画素から読出された信号電荷をＩＲとする。
【００９２】
次に、図２１Ｍに示すように、垂直転送部３０２に蓄積された全信号電荷を、列方向に１段転送する。このとき、垂直転送部３０２において、電荷制御部３０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ｇ及びＢは、垂直転送部３０２から電荷制御部３０３へ転送され、読出し期間を終える。
【００９３】
水平転送期間では、まず、図２１Ｎに示すように、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷Ｂが、水平間転送部３１２を通して、第２の水平転送部３１１へ転送される。その後、垂直転送部３０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部３０２において、電荷制御部３０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ｇは、垂直転送部３０２から電荷制御部３０３へ転送される。
【００９４】
次に、図２１Ｏに示すように、第２の水平転送部３１１に蓄積された信号電荷Ｂが、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷Ｇは、水平間転送部３１２を通して、第２の水平転送部３１１へ転送される。
【００９５】
次に、図２１Ｐに示すように、電荷制御部３０３に蓄積されていた信号電荷Ｒ及びＩＲが、第１の水平転送部３１０へ転送される。その後、垂直転送部３０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部３０２において、電荷制御部３０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ｂ及びＧは、垂直転送部３０２から電荷制御部３０３へ転送される。
【００９６】
次に、図２１Ｑに示すように、第１の水平転送部３１０及び第２の水平転送部３１１に蓄積された信号電荷は、第１の電荷検出部３１３及び第２の電荷検出部３１４へ順次転送され、可視画像が取得される。
【００９７】
その後、第１のフレーム走査期間に戻り、以降、距離画像と可視画像の取得を繰り返す。これにより、平面画像だけでなく、３Ｄ表示などの奥行きのある画像にも対応することができる。
【００９８】
なお、固体撮像装置３００から出力された信号電荷は、信号処理部２０７（図１２参照）によって距離画像及び可視画像にそれぞれ変換される。
【００９９】
以上、第３の実施形態に係る固体撮像装置３００によれば、２×２画素配列のうち、１つの光電変換部３０１からのみ信号電荷を読み出す場合においても、１つの光電変換部３０１から読み出された複数の信号電荷は、同じ電荷検出部（第１の電荷検出部３１３及び第２の電荷検出部３１４）から出力されることが可能となる。これにより、測距精度を悪化させることなく、測距カメラのフレームレートを向上することができる。さらに、第２の実施形態に係る固体撮像装置２００と比較して、可視画像の取得が可能となるので、特定被写体の切り出し（背景分離）や、３Ｄアバターの作成等、測距カメラのアプリケーションが広がる。
【０１００】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
【０１０１】
図２２は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の構成図である。ここでは、図面の簡略化のために、垂直方向に４画素分、水平方向に４画素分のみ示している。
【０１０２】
第４の実施形態に係る固体撮像装置４００は、第２の実施形態に係る固体撮像装置２００と比較して、ＴＯＦ法が異なる。また、固体撮像装置４００は、固体撮像装置２００と比較して垂直転送部２０２の構成が異なり、それに起因して、読出し期間、及び水平走査期間の駆動方法が異なる。しかし、１つの光電変換部から読み出された複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することができる構造、及び駆動方法を提供することを目的とする点は、第２の実施形態に係る固体撮像装置２００と同様である。以下、第２の実施形態と異なる点を中心に説明し、同じ点は説明を省略する。
【０１０３】
図２２に示した固体撮像装置４００は、図１６の固体撮像装置２００と比較すると、垂直転送部４０２に、２画素あたり８つの電極が設けられている８相駆動である。また、２つの光電変換部４０１につき、３つのパケット４０４ａ〜４０４ｃが備えられている。
【０１０４】
図２３Ａ〜図２３Ｄ及び図２４Ａ〜図２４Ｅは、図２２の固体撮像装置４００の動作を示す図であり、第２のＴＯＦ法または第３のＴＯＦ法を用いている。図２３Ａ〜図２３Ｄは、信号の読出し期間における固体撮像装置の動作、図２４Ａ〜図２４Ｅは、水平走査期間の１周期における固体撮像装置の動作を示している。
【０１０５】
読出し期間では、まず、図２３Ａに示すように、光電変換部４０１から、パケット４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃに、市松状に信号電荷が読出され、水平方向に隣接する２画素分の信号電荷を加算しながら蓄積する。ここで、図中ａ行の垂直転送部４０２に蓄積された信号電荷をａ１、ａ２、ａ３、ｂ行の垂直転送部４０２に蓄積された信号電荷をｂ１、ｂ２、ｂ３とする。
【０１０６】
次に、図２３Ｂに示すように、垂直転送部４０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部４０２において、電荷制御部４０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部４０２から電荷制御部４０３へ転送される。その後、電荷制御部４０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ２は、第１の水平転送部４１０へ転送され、信号電荷ｂ３は、水平間転送部４１２を通して、第２の水平転送部４１１へ転送される。
【０１０７】
次に、図２３Ｃに示すように、第１の水平転送部４１０及び第２の水平転送部４１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。その後、垂直転送部４０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部４０２において、電荷制御部４０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部４０２から電荷制御部４０３へ転送される。その後、電荷制御部４０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ３のみ、第１の水平転送部４１０へ転送される。
【０１０８】
その後、図２３Ｄに示すように、第１の水平転送部、及び第２の水平転送部に蓄積された信号電荷が、第１の電荷検出部４１３及び第２の電荷検出部４１４へ順次転送され、読出し期間を終える。
【０１０９】
水平転送期間では、まず、図２４Ａに示すように、電荷制御部４０３に蓄積されていた信号電荷ｂ１が、水平間転送部４１２を通して、第２の水平転送部４１１へ転送される。その後、垂直転送部４０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部４０２において、電荷制御部４０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部４０２から電荷制御部４０３へ転送される。
【０１１０】
次に、図２４Ｂに示すように、第２の水平転送部４１１に蓄積された信号電荷ｂ１が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部４０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ１のみ、第１の水平転送部４１０へ転送される。
【０１１１】
次に、図２４Ｃに示すように、電荷制御部４０３に蓄積されていた信号電荷ｂ２が、水平間転送部４１２を通して第２の水平転送部４１１へ転送される。その後、垂直転送部４０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部４０２において、電荷制御部４０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部４０２から電荷制御部４０３へ転送される。
【０１１２】
次に、図２４Ｄに示すように、第１の水平転送部４１０及び第２の水平転送部４１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部４０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ２のみ、第１の水平転送部４１０へ転送される。
【０１１３】
その後、図２４Ｅに示すように、第１の水平転送部４１０及び第２の水平転送部４１１に蓄積された信号電荷は、第１の電荷検出部４１３及び第２の電荷検出部４１４へ順次転送される。
【０１１４】
ここで、信号電荷ａ１〜ａ３に注目すると、図２４Ｄに示すように、信号電荷ａ１、ａ２は、共に第１の電荷検出部４１３から出力される。同様に、次の水平走査期間から出力される信号電荷ａ３は、第１の電荷検出部４１３から出力される。また、１本の垂直転送部４０２に対し１つのパケット４１５をそれぞれ備えた水平転送部（第１の水平転送部４１０及び第２の水平転送部４１１）と、１つの水平間転送部４１２とを備えた、本実施形態に係る固体撮像装置において、１つの光電変換部４０１から読み出された３個の信号電荷は、水平方向に加算されることなく、１．５回の水平走査期間に分けて出力される。すなわち、１本の垂直転送部４０２に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部（第１の水平転送部４１０又は第２の水平転送部４１１）と、（Ｌ−１）個の水平間転送部４１２を備え、１つの光電変換部４０１から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、［（Ｋ・Ｍ）／（Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される。なお、信号電荷の水平方向の加算がない場合は、Ｎ＝１とする。
【０１１５】
また、同一の期間に露光された信号電荷ａ１及びｂ１に注目すると、図２３Ｄに示すように、垂直転送部４０２に蓄積されている期間は、蓄積されるパケットが列方向に１段ずれているが、図２４Ｄに示すように、第１の水平転送部４１０及び第２の水平転送部４１１では、信号電荷ａ１及びｂ１は行方向に揃っており、同一の期間に第１の電荷検出部４１３及び第２の電荷検出部４１４から出力される。
【０１１６】
なお、固体撮像装置４００から出力された信号電荷は、信号処理部２０７（図１２参照）によって距離画像に変換され、用途によっては可視画像にも変換される。
【０１１７】
以上、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００によれば、第２のＴＯＦ法または第３のＴＯＦ法を用いる場合においても、１つの光電変換部４０１から読み出された複数の信号電荷は、同じ電荷検出部（第１の電荷検出部４１３及び第２の電荷検出部４１４）から出力されることが可能となる。これにより、測距精度を悪化させることなく、測距カメラのフレームレートを向上することができる。さらに、信号電荷を市松状に読出し、同一の期間に露光された信号電荷の蓄積位置が行毎にずれる場合においても、同一の期間にそれらの信号電荷を出力することが可能となる。これにより、信号振幅の近い信号が、同一の期間に出力される為、２つの電荷検出部間のクロストークが抑制され、測距精度の悪化を抑制することができる。
【０１１８】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。
【０１１９】
図２５は、第５の実施形態に係る固体撮像装置の構成図である。ここでは、図面の簡略化のために、垂直方向に４画素分、水平方向に４画素分のみ示している。
【０１２０】
第５の実施形態に係る固体撮像装置５００は、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と比較して、電荷制御部５０５が追加され、それに起因して、読出し期間、及び水平走査期間の駆動方法が異なる。しかし、１つの光電変換部から読み出した複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することができる構造、及び駆動方法を提供することを目的とする点は、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と同様である。以下、第４の実施形態と異なる点を中心に説明し、同じ点は説明を省略する。
【０１２１】
図２５に示した固体撮像装置５００は、図２２の固体撮像装置と比較すると、電荷制御部４０３と第１の水平転送部４１０との間に、電荷制御部５０５が備えられ、２行毎に信号電荷を制御するよう電極が備えられている。電荷制御部５０５では、水平方向に隣接し露光期間が同じである２つの信号電荷が加算される。
【０１２２】
図２６Ａ〜図２６Ｊ及び図２７Ａ〜図２７Ｋは、図２５の固体撮像装置５００の動作を示す図であり、第２のＴＯＦ法または第３のＴＯＦ法を用いている。図２６Ａ〜図２６Ｊは、信号の読出し期間における固体撮像装置の動作、図２７Ａ〜図２７Ｋは、水平走査期間の１周期における固体撮像装置の動作を示している。
【０１２３】
読出し期間では、まず、図２６Ａに示すように、光電変換部５０１から、パケット５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃに、市松状に信号電荷が読出され、水平方向に隣接する２画素分の信号電荷を加算しながら蓄積する。ここで、図中ａ行の垂直転送部５０２に蓄積された信号電荷をａ１、ａ２、ａ３、ｂ行の垂直転送部５０２に蓄積された信号電荷をｂ１、ｂ２、ｂ３とする。
【０１２４】
次に、図２６Ｂに示すように、垂直転送部５０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部５０２において、電荷制御部５０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部５０２から電荷制御部５０３へ転送される。その後、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ２は、電荷制御部５０５へ転送され、信号電荷ｂ３は、電荷制御部５０５を通して、第１の水平転送部５１０へ転送される。
【０１２５】
次に、図２６Ｃに示すように、第１の水平転送部５１０に蓄積されていた信号電荷ｂ２が、水平間転送部５１２を通して、第２の水平転送部５１１へ転送される。その後、第２の水平転送部５１１に蓄積された信号電荷ｂ２が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部５０５に蓄積されていた信号電荷ａ２が、第１の水平転送部５１０へ転送される。
【０１２６】
次に、図２６Ｄに示すように、垂直転送部５０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷は、電荷制御部５０５へ転送され、垂直転送部５０２において、電荷制御部５０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部５０２から電荷制御部５０３へ転送される。
【０１２７】
次に、図２６Ｅに示すように、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ３及びｂ３が電荷制御部５０５へ転送され、水平方向に隣接する垂直転送部５０２に蓄積された信号電荷ａ３とａ３、及び信号電荷ｂ３とｂ３がそれぞれ混合される。
【０１２８】
次に、図２６Ｆに示すように、電荷制御部５０５に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ｂ３のみ、水平間転送部５１２を通して、第２の水平転送部５１１へ転送される。
【０１２９】
次に、図２６Ｇに示すように、第１の水平転送部５１０及び第２の水平転送部５１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部５０５に蓄積されていた信号電荷ａ３が、第１の水平転送部５１０へ転送される。
【０１３０】
次に、図２６Ｈに示すように、垂直転送部５０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷は、電荷制御部５０５へ転送され、垂直転送部５０２において、電荷制御部５０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部５０２から電荷制御部５０３へ転送される。その後、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ１及びｂ１が、電荷制御部５０５へ転送され、水平方向に隣接する垂直転送部５０２に蓄積された信号電荷ａ１とａ１、及び、信号電荷ｂ１とｂ１がそれぞれ混合される。
【０１３１】
次に、図２６Ｉに示すように、第１の水平転送部５１０及び第２の水平転送部５１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部５０５に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ１のみ、第１の水平転送部５１０へ転送される。
【０１３２】
その後、図２６Ｊに示すように、第１の水平転送部５１０及び第２の水平転送部５１１に蓄積された信号電荷が、第１の電荷検出部５１３及び第２の電荷検出部５１４へ順次転送され、読出し期間を終える。
【０１３３】
水平転送期間では、まず、図２７Ａに示すように、電荷制御部５０５に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ｂ１のみ、水平間転送部５１２を通して、第２の水平転送部５１１へ転送される。
【０１３４】
次に、図２７Ｂに示すように、垂直転送部５０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷は、電荷制御部５０５へ転送され、垂直転送部５０２において、電荷制御部５０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部５０２から電荷制御部５０３へ転送される。その後、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ２及びｂ２が、電荷制御部５０５へ転送され、水平方向に隣接する垂直転送部５０２に蓄積された信号電荷ａ２とａ２、及び信号電荷ｂ２とｂ２がそれぞれ混合される。
【０１３５】
次に、図２７Ｃに示すように、第２の水平転送部５１１に蓄積された信号電荷ｂ１が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部５０５に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ２は、第１の水平転送部５１０へ転送され、信号電荷ｂ２は、水平間転送部５１２を通して第２の水平転送部５１１へ転送される。
【０１３６】
次に、図２７Ｄに示すように、垂直転送部５０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷は、電荷制御部５０５へ転送され、垂直転送部５０２において、電荷制御部５０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部５０２から電荷制御部５０３へ転送される。その後、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ３及びｂ３が、電荷制御部５０５へ転送され、水平方向に隣接する垂直転送部５０２に蓄積された信号電荷ａ３とａ３、及び、信号電荷ｂ３とｂ３がそれぞれ混合される。
【０１３７】
次に、図２７Ｅに示すように、第１の水平転送部５１０及び第２の水平転送部５１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部５０５に蓄積されていた信号電荷ａ３が、第１の水平転送部５１０へ転送される。
【０１３８】
次に、図２７Ｆに示すように、第１の水平転送部５１０及び第２の水平転送部５１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部５０５に蓄積されていた信号電荷ｂ３が、水平間転送部５１２を通して第２の水平転送部５１１へ転送される。
【０１３９】
次に、図２７Ｇに示すように、垂直転送部５０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷は、電荷制御部５０５へ転送され、垂直転送部５０２において、電荷制御部５０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部５０２から電荷制御部５０３へ転送される。その後、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ１及びｂ１が、電荷制御部５０５へ転送され、水平方向に隣接する垂直転送部５０２に蓄積された信号電荷ａ１とａ１、及び信号電荷ｂ１とｂ１がそれぞれ混合される。
【０１４０】
次に、図２７Ｈに示すように、第１の水平転送部５１０及び第２の水平転送部５１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部５０５に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ１は、第１の水平転送部５１０へ転送され、信号電荷ｂ１は、水平間転送部５１２を通して第２の水平転送部５１１へ転送される。
【０１４１】
次に、図２７Ｉに示すように、垂直転送部５０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷は、電荷制御部５０５へ転送され、垂直転送部５０２において、電荷制御部５０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部５０２から電荷制御部５０３へ転送される。その後、電荷制御部５０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ２及びｂ２が、電荷制御部５０５へ転送され、水平方向に隣接する垂直転送部５０２に蓄積された信号電荷ａ２とａ２、及び信号電荷ｂ２とｂ２がそれぞれ混合される。
【０１４２】
次に、図２７Ｊに示すように、第１の水平転送部５１０及び第２の水平転送部５１１に蓄積された全信号電荷が、行方向に２段転送される。その後、電荷制御部５０５に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ２のみ、第１の水平転送部５１０へ転送される。
【０１４３】
その後、図２７Ｋに示すように、第１の水平転送部５１０及び第２の水平転送部５１１に蓄積された信号電荷は、第１の電荷検出部５１３及び第２の電荷検出部５１４へ順次転送される。
【０１４４】
ここで、信号電荷ａ１〜ａ３に注目すると、図２７Ｊに示すように、信号電荷ａ１〜ａ３は、全て第１の電荷検出部５１３から出力される。また、１本の垂直転送部５０２に対し１つのパケット５１５をそれぞれ備えた水平転送部（第１の水平転送部５１０及び第２の水平転送部５１１）と、１つの水平間転送部５１２とを備えた、本実施形態に係る固体撮像装置５００において、１つの光電変換部５０１から読み出した３個の信号電荷は、水平方向に２個加算され、０．７５回の水平走査期間に分けて出力される。すなわち、１本の垂直転送部５０２に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部（第１の水平転送部５１０又は第２の水平転送部５１１）と、（Ｌ−１）個の水平間転送部５１２を備え、１つの光電変換部５０１から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、［（Ｋ・Ｍ）／（Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される。なお、信号電荷の水平方向の加算がない場合は、Ｎ＝１とする。
【０１４５】
なお、固体撮像装置５００から出力された信号電荷は、信号処理部２０７（図１２参照）によって距離画像に変換され、用途によっては可視画像にも変換される。
【０１４６】
以上、第５の実施形態に係る固体撮像装置５００によれば、電荷制御部５０５で、水平方向に隣接し、露光期間が同じである２つの信号電荷が加算される場合においても、１つの光電変換部から読み出した複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することが可能となる。これにより、固体撮像装置５００は、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と比較して、信号数が半減し、信号の転送時間が短縮される為、測距精度を悪化させることなく、測距カメラのフレームレートをさらに向上することができる。
【０１４７】
また、本実施形態に係る固体撮像装置５００は、水平方向に隣接する２画素の信号電荷を電荷制御部５０３で加算しているが、第１の水平転送部５１０でこれらの信号電荷を加算しても良い。
【０１４８】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。
【０１４９】
図２８Ａは、第６の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図、図２８Ｂは、本実施形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す図である。図２８Ｂでは、図面の簡略化のために、垂直方向に４画素分、水平方向に４画素分のみ示している。
【０１５０】
第６の実施形態に係る固体撮像装置６００は、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と比較すると、第３の水平転送部６１６と、第４の水平転送部６１７と、第２の水平間転送部６１８と、第３の水平間転送部６１９と、第３の電荷検出部６２０と、第４の電荷検出部６２１とをさらに備え、それに起因して、読出し期間、及び水平走査期間の駆動方法が異なる。しかし、１つの光電変換部６０１から読み出された複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することができる構造、及び駆動方法を提供することを目的とする点は、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と同様である。以下、第４の実施形態と異なる点を中心に説明し、同じ点は説明を省略する。
【０１５１】
図２８Ｂに示した固体撮像装置６００は、図２２の固体撮像装置４００と比較すると、第１の水平間転送部６１２、第２の水平間転送部６１８、及び第３の水平間転送部６１９に、１画素につき１つの電極が備えられている。
【０１５２】
図２９Ａ〜図２９Ｅ及び図３０Ａ〜図３０Ｋは、図２８Ｂの固体撮像装置６００の動作を示す図であり、第２のＴＯＦ法または第３のＴＯＦ法を用いている。図２９Ａ〜図２９Ｅは、信号の読出し期間における固体撮像装置の動作、図３０Ａ〜図３０Ｋは、水平走査期間の１周期における固体撮像装置の動作を示している。
【０１５３】
読出し期間では、まず、図２９Ａに示すように、光電変換部６０１から、パケット６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃに、市松状に信号電荷が読出され、水平方向に隣接する２画素分の信号電荷を加算しながら蓄積する。ここで、図中ａ行の垂直転送部６０２に蓄積された信号電荷をａ１、ａ２、ａ３、ｂ行の垂直転送部６０２に蓄積された信号電荷をｂ１、ｂ２、ｂ３、ｃ行の垂直転送部６０２に蓄積された信号電荷をｃ１、ｃ２、ｃ３、ｄ行の垂直転送部６０２に蓄積された信号電荷をｄ１、ｄ２、ｄ３とする。
【０１５４】
次に、図２９Ｂに示すように、垂直転送部６０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部６０２において、電荷制御部６０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部６０２から電荷制御部６０３へ転送される。その後、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ｂ３は、第３の水平転送部６１６へ転送され、信号電荷ｄ３は、第４の水平転送部６１７へ転送される。
【０１５５】
次に、図２９Ｃに示すように、第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ２は、第１の水平転送部６１０へ転送され、信号電荷ｃ２は、第２の水平転送部６１１へ転送される。その後、垂直転送部６０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部６０２において、電荷制御部６０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部６０２から電荷制御部６０３へ転送される。
【０１５６】
次に、図２９Ｄに示すように、第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ３は、第１の水平転送部６１０へ転送され、信号電荷ｃ３は、第２の水平転送部６１１へ転送される。
【０１５７】
その後、図２９Ｅに示すように、第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７に蓄積された信号電荷が、第１の電荷検出部６１３、第２の電荷検出部６１４、第３の電荷検出部６２０、及び第４の電荷検出部６２１へ順次転送され、読出し期間を終える。
【０１５８】
水平転送期間では、まず、図３０Ａに示すように、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ｂ１は、第３の水平転送部６１６へ転送され、信号電荷ｄ１は、第４の水平転送部６１７へ転送される。その後、垂直転送部６０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部６０２において、電荷制御部６０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部６０２から電荷制御部６０３へ転送される。
【０１５９】
次に、図３０Ｂに示すように、第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ１は、第１の水平転送部６１０へ転送され、信号電荷ｃ１は、第２の水平転送部６１１へ転送される。
【０１６０】
次に、図３０Ｃに示すように、第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。
【０１６１】
次に、図３０Ｄに示すように、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ｂ２は、第３の水平転送部６１６へ転送され、信号電荷ｄ２は、第４の水平転送部６１７へ転送される。その後、垂直転送部６０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部６０２において、電荷制御部６０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部６０２から電荷制御部６０３へ転送される。
【０１６２】
次に、図３０Ｅに示すように、第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ２は、第１の水平転送部６１０へ転送され、信号電荷ｃ２は、第２の水平転送部６１１へ転送される。
【０１６３】
次に、図３０Ｆに示すように、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ｂ３は、第３の水平転送部６１６へ転送され、信号電荷ｄ３は、第４の水平転送部６１７へ転送される。その後、垂直転送部６０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部６０２において、電荷制御部６０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部６０２から電荷制御部６０３へ転送される。
【０１６４】
次に、図３０Ｇに示すように、第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ３は、第１の水平転送部６１０へ転送され、信号電荷ｃ３は、第２の水平転送部６１１へ転送される。
【０１６５】
次に、図３０Ｈに示すように、第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。
【０１６６】
次に、図３０Ｉに示すように、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ｂ１は、第３の水平転送部６１６へ転送され、信号電荷ｄ１は、第４の水平転送部６１７へ転送される。その後、垂直転送部６０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部６０２において、電荷制御部６０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部６０２から電荷制御部６０３へ転送される。
【０１６７】
次に、図３０Ｊに示すように、第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。その後、電荷制御部６０３に蓄積されていた信号電荷のうち、信号電荷ａ１は、第１の水平転送部６１０へ転送され、信号電荷ｃ１は、第２の水平転送部６１１へ転送される。
【０１６８】
その後、図３０Ｋに示すように、第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７に蓄積された信号電荷は、第１の電荷検出部６１３、第２の電荷検出部６１４、第３の電荷検出部６２０及び第４の電荷検出部６２１へ順次転送される。
【０１６９】
ここで、信号電荷ａ１〜ａ３に注目すると、図３０Ｊに示すように、信号電荷ａ１〜ａ３は、全て第１の電荷検出部６１３から出力される。また、１本の垂直転送部６０２に対し１つのパケット６１５をそれぞれ備えた水平転送部（第１の水平転送部６１０、第２の水平転送部６１１、第３の水平転送部６１６、及び第４の水平転送部６１７）と、３つの水平間転送部（第１の水平間転送部６１２、第２の水平間転送部６１８、及び第３の水平間転送部６１９）から読み出した３個の信号電荷は、水平方向に加算されることなく、０．７５回の水平走査期間に分けて出力される。すなわち、１本の垂直転送部６０２に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部（第１の水平転送部６１０又は第２の水平転送部６１１）と、（Ｌ−１）個の水平間転送部（第１の水平間転送部６１２、第２の水平間転送部６１８、及び第３の水平間転送部６１９）を備え、１つの光電変換部６０１から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、［（Ｋ・Ｍ）／（Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される。なお、信号電荷の水平方向の加算がない場合は、Ｎ＝１とする。
【０１７０】
なお、固体撮像装置６００から出力された信号電荷は、信号処理部２０７（図１２参照）によって距離画像に変換され、用途によっては可視画像にも変換される。
【０１７１】
以上、第６の実施形態に係る固体撮像装置６００によれば、水平転送部及び電荷検出部を４つ備える場合においても、１つの光電変換部６０１から読み出した複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することが可能となる。これにより、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と比較して、信号の転送時間が短縮される為、測距精度を悪化させることなく、測距カメラのフレームレートをさらに向上することができる。
【０１７２】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態について説明する。
【０１７３】
図３１は、第７の実施形態に係る固体撮像装置の概略図である。
【０１７４】
第７の実施形態に係る固体撮像装置７００は、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と比較して、画素領域が、第１の画素領域７５０と、第２の画素領域７５１に分割され、それに起因して、第３の水平転送部７１６、第４の水平転送部７１７、第３の電荷検出部７２０、第４の電荷検出部７２１が追加されている。しかし、１つの光電変換部７０１から読み出された複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することができる構造、及び駆動方法を提供することを目的とする点は、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と同様である。以下、第４の実施形態と異なる点を中心に説明し、同じ点は説明を省略する。
【０１７５】
図３１に示した固体撮像装置７００は、第１の画素領域７５０に対応して、第１の水平転送部７１０と、第２の水平転送部７１１と、第１の電荷検出部７１３と、第２の電荷検出部７１４とを備えている。また、固体撮像装置７００は、第２の画素領域７５１に対応して、第３の水平転送部７１６と、第４の水平転送部７１７と、第３の電荷検出部７２０と、第４の電荷検出部７２１とを備えている。
【０１７６】
第１の画素領域７５０に対応する部分の構成は、図２２に示した固体撮像装置４００の構成と同様であり、第２の画素領域７５１に対応する部分の構成は、図２２に示した固体撮像装置４００の構成と左右対称である。
【０１７７】
第７の実施形態に係る固体撮像装置７００の動作は、第２のＴＯＦ法または第３のＴＯＦ法を用いている。信号の読出し期間における第１の画素領域７５０に対応する部分の動作は図２３Ａ〜図２３Ｄ、水平走査期間の１周期における第１の画素領域７５０に対応する部分の動作は図２４Ａ〜図２４Ｄと同様である。また、第２の画素領域７５１に対応する部分の動作は、第１の画素領域７５０に対応する部分の動作と同様である。
【０１７８】
以上、第７の実施形態に係る固体撮像装置７００によれば、画素領域を分割し、水平転送部及び電荷検出部のそれぞれを全部で４つ備える場合においても、１つの光電変換部７０１から読み出された複数の信号電荷を、同じ電荷検出部（第１の電荷検出部７１３、第２の電荷検出部７１４、第３の電荷検出部７２０、第４の電荷検出部７２１）から出力することが可能となる。これにより、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と比較して、固体撮像装置７００は、信号の転送時間が短縮される為、測距精度を悪化させることなく、測距カメラのフレームレートをさらに向上することができる。
【０１７９】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態について説明する。
【０１８０】
図３２Ａは、第８の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図、図３２Ｂは、第８の実施形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す図である。図３２Ｂでは、図面の簡略化のために、垂直方向に４画素分、水平方向に４画素分のみ示している。
【０１８１】
第８の実施形態に係る固体撮像装置８００は、第７の実施形態に係る固体撮像装置７００と比較すると、画素領域として、第１の画素領域８５０と、第２の画素領域８５１と、第３の画素領域８５２と、第４の画素領域８５３とに分割されている。また、固体撮像装置８００では水平間転送部が省略され、それに起因して、読出し期間、及び水平走査期間の駆動方法が異なる。しかし、１つの光電変換部８０１から読み出した複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することができる構造、及び駆動方法を提供することを目的とする点は、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と同様である。以下、第７の実施形態と異なる点を中心に説明し、同じ点は説明を省略する。
【０１８２】
図３２Ｂに示した固体撮像装置８００は、図２２の固体撮像装置４００と比較して、第２の水平転送部４１１及び水平間転送部４１２が省略されている。第１の画素領域８５０に対応する部分の構成は、図２２と同様であり、第２の画素領域８５１に対応する部分の構成は、図２２と左右対称であり、第３の画素領域８５２に対応する部分の構成は、図２２と上下対称であり、第４の画素領域８５３に対応する部分の構成は、第２の画素領域８５１に対応する部分の構成と上下対称である。したがって、以下第１の画素領域８５０に対応する部分の動作について説明する。第２の画素領域８５１、第３の画素領域８５２、第４の画素領域８５３に対応する部分の動作は、第１の画素領域８５０に対応する部分の動作と同様である。
【０１８３】
図３３及び図３４Ａ〜図３４Ｃは、図３２Ｂの固体撮像装置８００の動作を示す図であり、第２のＴＯＦ法または第３のＴＯＦ法を用いている。図３３は、信号の読出し期間における固体撮像装置の動作、図３４Ａ〜図３４Ｃは、水平走査期間の１周期における固体撮像装置の動作を示している。
【０１８４】
まず、図３３のように、光電変換部８０１から、パケット８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃに、市松状に信号電荷が読出され、水平方向に隣接する２画素分の信号電荷を加算しながら蓄積し、読出し期間を終える。ここで、図中Ａ行の垂直転送部８０２に蓄積された信号電荷をａ１、ａ２、ａ３、ｂ行の垂直転送部８０２に蓄積された信号電荷をｂ１、ｂ２、ｂ３とする。
【０１８５】
水平転送期間では、まず、図３４Ａに示すように、垂直転送部８０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部８０２において、電荷制御部８０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部８０２から電荷制御部８０３へ転送される。
【０１８６】
次に、図３４Ｂに示すように、電荷制御部８０３に蓄積された全信号電荷が、第１の水平転送部８１０へ転送される。その後、垂直転送部８０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部８０２において、電荷制御部８０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部８０２から電荷制御部８０３へ転送される。
【０１８７】
その後、図３４Ｃに示すように、第１の水平転送部８１０に蓄積された信号電荷は、第１の電荷検出部８１３へ順次転送される。
【０１８８】
ここで、信号電荷ａ１〜ａ３に注目すると、図３４Ｂに示すように、信号電荷ａ１は、第１の電荷検出部８１３から出力される。同様に、次の水平走査期間から出力される信号電荷ａ２、ａ３は、第１の電荷検出部８１３から出力される。また、１本の垂直転送部８０２に対し１つのパケット８１５をそれぞれ備えた水平転送部（第１の水平転送部８１０）を備えた、本実施形態に係る固体撮像装置８００において、１つの光電変換部８０１から読み出した３個の信号電荷は、水平方向に加算されることなく、３回の水平走査期間に分けて出力される。すなわち、１本の垂直転送部８０２に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部（第１の水平転送部８１０又は第２の水平転送部８１１）と、水平間転送部を備えず（（Ｌ−１）＝０）、１つの光電変換部８０１から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、［（Ｋ・Ｍ）／（Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される。なお、信号電荷の水平方向の加算がない場合は、Ｎ＝１とする。
【０１８９】
なお、固体撮像装置８００から出力された信号電荷は、信号処理部２０７（図１２参照）によって距離画像に変換され、用途によっては可視画像にも変換される。
【０１９０】
第２の画素領域８５１、第３の画素領域８５２、第４の画素領域８５３に対応する部分の動作は、第１の画素領域８５０に対応する部分の動作と同様である。
【０１９１】
以上、第８の実施形態に係る固体撮像装置８００によれば、画素領域を分割し、水平転送部及び電荷検出部をそれぞれ４つ備える場合においても、１つの光電変換部８０１から読み出された複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することが可能となる。これにより、固体撮像装置８００は、第４の実施形態に係る固体撮像装置４００と比較して、水平走査期間が短縮される為、測距精度を悪化させることなく、測距カメラのフレームレートをさらに向上することができる。
【０１９２】
（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態について説明する。
【０１９３】
図３５Ａ及び図１５Ｂは、第９の実施形態に係る固体撮像装置の概略図である。
【０１９４】
第９の実施形態に係る固体撮像装置９００は、第３の実施形態に係る固体撮像装置３００と比較して、画素領域が、第１の画素領域９５０と、第２の画素領域９５１と、第３の画素領域９５２と、第４の画素領域９５３とに分割されている。また、固体撮像装置９００は、固体撮像装置３００と比較して、第３の水平転送部９１６と、第４の水平転送部９１７と、第５の水平転送部９２２と、第６の水平転送部９２３と、第３の電荷検出部９２０と、第４の電荷検出部９２１と、第５の電荷検出部９２４と、第６の電荷検出部９２５とが追加されている。しかし、１つの光電変換部から読み出した複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することができる構造、及び駆動方法を提供することを目的とする点は、第３の実施形態に係る固体撮像装置３００と同様である。以下、第３の実施形態と異なる点を中心に説明し、同じ点は説明を省略する。
【０１９５】
図３５Ａに示した固体撮像装置９００は、第１の画素領域９５０に対応して、第１の水平転送部９１０と、第２の水平転送部９１１と、第１の電荷検出部９１３と、第２の電荷検出部９１４とを備えている。また、固体撮像装置９００は、第３の画素領域９５２に対応して、第３の水平転送部９１６と、第４の水平転送部９１７と、第３の電荷検出部９２０と、第４の電荷検出部９２１とを備えている。また、固体撮像装置９００は、第２の画素領域９５１に対応して、第５の水平転送部９２２と、第５の電荷検出部９２４とを備え、第４の画素領域９５３に対応して、第６の水平転送部９２３と、第６の電荷検出部９２５とを備えている。
【０１９６】
第１の画素領域９５０に対応する部分の構成は、図１９と同様であり、第３の画素領域９５２に対応する部分の構成は、図１９と左右対称であり、第２の画素領域９５１に対応する部分の構成は、図３５Ｂに示すとおりであり、第４の画素領域９５３に対応する部分の構成は、図３５Ｂと左右対称である。第２の画素領域９５１に対応する部分の動作は、図３２Ａに示した、第１の画素領域９５０に対応する部分の動作と同様である。
【０１９７】
図３６Ａ及び図３６Ｂ、及び、図３７Ａ〜図３７Ｄは、距離画像を取得する第１のフレーム走査期間における、図３５Ａの固体撮像装置９００の動作を示す図であり、第１のＴＯＦ法を用いている。図３６Ａ及び図３６Ｂは、信号の読出し期間における第１の画素領域９５０に対応する部分の動作、図３７Ａ〜図３７Ｄは、水平走査期間の１周期における第１の画素領域９５０に対応する部分の動作を示している。
【０１９８】
読出し期間では、まず、図３６Ａに示すように、２×２画素配列のうち、１つの光電変換部９０１からのみ、パケット９０４ａ、９０４ｂ、９０４ｃ、９０４ｄに信号電荷が読出され、蓄積される。ここで、図中Ａ行の垂直転送部９０２に蓄積された信号電荷をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｂ行の垂直転送部９０２に蓄積された信号電荷をＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４とする。
【０１９９】
その後、図３６Ｂに示すように、垂直転送部９０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部９０２において、電荷制御部９０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷Ａ１及びＢ１は、垂直転送部９０２から電荷制御部９０３へ転送され、読出し期間を終える。
【０２００】
水平転送期間では、まず、図３７Ａに示すように、電荷制御部９０３に蓄積された全信号電荷が、第１の水平転送部９１０へ転送される。その後、垂直転送部９０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部９０２において、電荷制御部９０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部９０２から電荷制御部９０３へ転送される。
【０２０１】
次に、図３７Ｂに示すように、第１の水平転送部９１０に蓄積された全信号電荷が、行方向に１段転送される。
【０２０２】
次に、図３７Ｃに示すように、電荷制御部９０３に蓄積された全信号電荷が、第１の水平転送部９１０へ転送される。その後、垂直転送部９０２に蓄積された全信号電荷が、列方向に１段転送される。このとき、垂直転送部９０２において、電荷制御部９０３に隣接するパケットに蓄積されていた信号電荷は、垂直転送部９０２から電荷制御部９０３へ転送される。
【０２０３】
その後、図３７Ｄに示すように、第１の水平転送部９１０に蓄積された信号電荷は、第１の電荷検出部９１３へ順次転送される。
【０２０４】
ここで、信号電荷Ａ１〜Ａ４に注目すると、図３７Ｃに示すように、信号電荷Ａ１、Ａ２、共に第１の電荷検出部９１３から出力される。同様に、次の水平走査期間から順次出力される信号電荷Ａ３、Ａ４は、第１の電荷検出部９１３から出力される。また、１本の垂直転送部９０２に対し１つのパケット９１５をそれぞれ備えた水平転送部（第１の水平転送部９１０と第２の水平転送部９１１）と、本実施形態に係る固体撮像装置９００において、１つの光電変換部９０１から読み出された４個の信号電荷は、水平方向に加算されることなく、２回の水平走査期間に分けて出力される。すなわち、１本の垂直転送部９０２に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部（第１の水平転送部９１０及び第２の水平転送部９１１、または、第３の水平転送部９１６と、第４の水平転送部９１７と、第５の水平転送部９２２）と、（Ｌ−１）個の水平間転送部９１２を備え、１つの光電変換部９０１から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、［（Ｋ・Ｍ）／（２・Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される。なお、信号電荷の水平方向の加算がない場合は、Ｎ＝１とする。
【０２０５】
また、第３の画素領域９５０に対応する部分の動作は、第１の画素領域９５０に対応する部分の動作と同様である。
【０２０６】
第１のフレーム走査期間を終えると、第２のフレーム走査期間に入る。第２のフレーム走査期間では、図２１Ｌ〜図２１Ｑと同様、全光電変換部９０１から信号出力を読み出して、可視画像を取得する。
【０２０７】
なお、固体撮像装置９００から出力された信号電荷は、信号処理部２０７（図１２参照）によって距離画像及び可視画像にそれぞれ変換される。
【０２０８】
以上、第９の実施形態に係る固体撮像装置９００によれば、２×２画素配列のうち、１つの光電変換部９０１からのみ信号電荷が読み出され、距離画像生成時と、可視画像生成時とで、信号電荷が通過する水平転送部及び電荷検出部が異なる場合においても、一のフレーム走査期間内に、１つの光電変換部９０１から読み出された複数の信号電荷を、同じ電荷検出部から出力することが可能となる。これにより、水平走査期間が短縮される為、測距精度を悪化させることなく、測距カメラのフレームレートをさらに向上することができる。また、可視画像生成時は、画素領域を分割せず、並列に複数備えられた水平転送部及び電荷検出部から信号電荷を出力することにより、高画質を保ちながらフレームレートを向上することができる。
【０２０９】
なお、上記した実施形態は一例であり、本開示は上記した実施形態に限定されるものではない。
【０２１０】
例えば、水平転送部の個数は上記した例に限定されず、適宜変更してもよい。
【０２１１】
また、水平混合を行う信号電荷の個数は上記した例に限定されず、適宜変更してもよい。
【０２１２】
また、画素領域と、水平転送部との配置関係は、上記した例に限定されず、適宜変更してもよい。
【０２１３】
また、垂直転送部及び水平転送部に設けられるパケットの個数は上記した例に限定されず適宜変更してもよい。
【０２１４】
以上、撮像装置について実施形態に基づいて説明したが、本開示はこの実施形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態に施したものや、異なる実施形態における構成要素を組み合わせて得られる形態も本開示の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２１５】
本開示に係る撮像装置は、測距精度を落とすことなく、フレームレートを向上することができるので、高速に動く被写体の距離画像を、精度良く取得する撮像装置として有用である。例えば、特定被写体の切り出し（背景分離）や３Ｄアバターの作成等、測距カメラのアプリケーションを有する撮像装置に有用である。
【符号の説明】
【０２１６】
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１  光電変換部
１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７０２，８０２，９０２  垂直転送部
１０３，２０３，３０３，４０３  電荷制御部
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ，３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ，３０４ｄ，３５４ａ，３５４ｂ，４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，５０４ａ，５０４ｂ，５０４ｃ，６０４ａ，６０４ｂ，６０４ｃ，７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ，８０４ａ，８０４ｂ，８０４ｃ，９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ，９０４ｄ  パケット
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０，９１０  第１の水平転送部
１１１，２１１，３１１，４１１，５１１，６１１，７１１，８１１，９１１  第２の水平転送部
１１２，２１２，３１２，４１２，５１２，７１２，９１２  水平間転送部
１１３，２１３，３１３，４１３，５１３，６１３，７１３，８１３，９１３  第１の電荷検出部
１１４，２１４，３１４，４１４，５１４，６１４，７１４，８１４，９１４  第２の電荷検出部
１１５，２１５，３１５，４１５，５１５，６１５，７１５，８１５，９１５  パケット
１３０  ＶＳＵＢ電極
１５０  画素領域（光電変換領域）
１００，２００，２０５，３００，３５０，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１２０５  固体撮像装置
２０６  制御部
２０７  信号処理部
６１２  第１の水平間転送部
６１８  第２の水平間転送部
６１９  第３の水平間転送部
８１６，９１６  第３の水平転送部
８１７，９１７  第４の水平転送部
８２０，９２０  第３の電荷検出部
８２１，９２１  第４の電荷検出部
８５０，９５０  第１の画素領域
８５１，９５１  第２の画素領域
８５２，９５２  第３の画素領域
８５３，９５３  第４の画素領域
９２２  第５の水平転送部
９２３  第６の水平転送部
９２４  第５の電荷検出部
９２５  第６の電荷検出部
１２０１  被写体
１２０２  背景光源
１２０３  近赤外光源
１２０４  光学レンズ
【図１】
2015033497.tif 000003
【図２】
2015033497.tif 000004
【図３】
2015033497.tif 000005
【図４】
2015033497.tif 000006
【図５】
2015033497.tif 000007
【図６】
2015033497.tif 000008
【図７】
2015033497.tif 000009
【図８】
2015033497.tif 000010
【図９】
2015033497.tif 000011
【図１０】
2015033497.tif 000012
【図１１Ａ】
2015033497.tif 000013
【図１１Ｂ】
2015033497.tif 000014
【図１１Ｃ】
2015033497.tif 000015
【図１１Ｄ】
2015033497.tif 000016
【図１２】
2015033497.tif 000017
【図１３Ａ】
2015033497.tif 000018
【図１３Ｂ】
2015033497.tif 000019
【図１４】
2015033497.tif 000020
【図１５Ａ】
2015033497.tif 000021
【図１５Ｂ】
2015033497.tif 000022
【図１５Ｃ】
2015033497.tif 000023
【図１５Ｄ】
2015033497.tif 000024
【図１５Ｅ】
2015033497.tif 000025
【図１６】
2015033497.tif 000026
【図１７】
2015033497.tif 000027
【図１８Ａ】
2015033497.tif 000028
【図１８Ｂ】
2015033497.tif 000029
【図１８Ｃ】
2015033497.tif 000030
【図１８Ｄ】
2015033497.tif 000031
【図１８Ｅ】
2015033497.tif 000032
【図１９】
2015033497.tif 000033
【図２０Ａ】
2015033497.tif 000034
【図２０Ｂ】
2015033497.tif 000035
【図２０Ｃ】
2015033497.tif 000036
【図２０Ｄ】
2015033497.tif 000037
【図２１Ａ】
2015033497.tif 000038
【図２１Ｂ】
2015033497.tif 000039
【図２１Ｃ】
2015033497.tif 000040
【図２１Ｄ】
2015033497.tif 000041
【図２１Ｅ】
2015033497.tif 000042
【図２１Ｆ】
2015033497.tif 000043
【図２１Ｇ】
2015033497.tif 000044
【図２１Ｈ】
2015033497.tif 000045
【図２１Ｉ】
2015033497.tif 000046
【図２１Ｊ】
2015033497.tif 000047
【図２１Ｋ】
2015033497.tif 000048
【図２１Ｌ】
2015033497.tif 000049
【図２１Ｍ】
2015033497.tif 000050
【図２１Ｎ】
2015033497.tif 000051
【図２１Ｏ】
2015033497.tif 000052
【図２１Ｐ】
2015033497.tif 000053
【図２１Ｑ】
2015033497.tif 000054
【図２２】
2015033497.tif 000055
【図２３Ａ】
2015033497.tif 000056
【図２３Ｂ】
2015033497.tif 000057
【図２３Ｃ】
2015033497.tif 000058
【図２３Ｄ】
2015033497.tif 000059
【図２４Ａ】
2015033497.tif 000060
【図２４Ｂ】
2015033497.tif 000061
【図２４Ｃ】
2015033497.tif 000062
【図２４Ｄ】
2015033497.tif 000063
【図２４Ｅ】
2015033497.tif 000064
【図２５】
2015033497.tif 000065
【図２６Ａ】
2015033497.tif 000066
【図２６Ｂ】
2015033497.tif 000067
【図２６Ｃ】
2015033497.tif 000068
【図２６Ｄ】
2015033497.tif 000069
【図２６Ｅ】
2015033497.tif 000070
【図２６Ｆ】
2015033497.tif 000071
【図２６Ｇ】
2015033497.tif 000072
【図２６Ｈ】
2015033497.tif 000073
【図２６Ｉ】
2015033497.tif 000074
【図２６Ｊ】
2015033497.tif 000075
【図２７Ａ】
2015033497.tif 000076
【図２７Ｂ】
2015033497.tif 000077
【図２７Ｃ】
2015033497.tif 000078
【図２７Ｄ】
2015033497.tif 000079
【図２７Ｅ】
2015033497.tif 000080
【図２７Ｆ】
2015033497.tif 000081
【図２７Ｇ】
2015033497.tif 000082
【図２７Ｈ】
2015033497.tif 000083
【図２７Ｉ】
2015033497.tif 000084
【図２７Ｊ】
2015033497.tif 000085
【図２７Ｋ】
2015033497.tif 000086
【図２８Ａ】
2015033497.tif 000087
【図２８Ｂ】
2015033497.tif 000088
【図２９Ａ】
2015033497.tif 000089
【図２９Ｂ】
2015033497.tif 000090
【図２９Ｃ】
2015033497.tif 000091
【図２９Ｄ】
2015033497.tif 000092
【図２９Ｅ】
2015033497.tif 000093
【図３０Ａ】
2015033497.tif 000094
【図３０Ｂ】
2015033497.tif 000095
【図３０Ｃ】
2015033497.tif 000096
【図３０Ｄ】
2015033497.tif 000097
【図３０Ｅ】
2015033497.tif 000098
【図３０Ｆ】
2015033497.tif 000099
【図３０Ｇ】
2015033497.tif 000100
【図３０Ｈ】
2015033497.tif 000101
【図３０Ｉ】
2015033497.tif 000102
【図３０Ｊ】
2015033497.tif 000103
【図３０Ｋ】
2015033497.tif 000104
【図３１】
2015033497.tif 000105
【図３２Ａ】
2015033497.tif 000106
【図３２Ｂ】
2015033497.tif 000107
【図３３】
2015033497.tif 000108
【図３４Ａ】
2015033497.tif 000109
【図３４Ｂ】
2015033497.tif 000110
【図３４Ｃ】
2015033497.tif 000111
【図３５Ａ】
2015033497.tif 000112
【図３５Ｂ】
2015033497.tif 000113
【図３６Ａ】
2015033497.tif 000114
【図３６Ｂ】
2015033497.tif 000115
【図３７Ａ】
2015033497.tif 000116
【図３７Ｂ】
2015033497.tif 000117
【図３７Ｃ】
2015033497.tif 000118
【図３７Ｄ】
2015033497.tif 000119
【手続補正書】
【提出日】平成28年2月17日(2016.2.17)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体へ近赤外光を照射する近赤外光源と、
前記被写体からの入射光を受光する固体撮像装置とを備えた撮像装置に用いる固体撮像装置であって、
複数の光電変換部が行列状に配置された光電変換領域と、
前記光電変換部において発生した信号電荷を前記光電変換領域の行
方向に垂直な方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記信号電荷を前記光電変換領域の行方向に対して水平な方向に転送する複数の水平転送部と、
前記信号電荷を増幅して出力する複数の電荷検出部とを備え、一のフレーム走査期間内に、
前記複数の光電変換部のうちの１つにおいて発生した複数の信号電荷は、同じ前記複数の電荷検出部からそれぞれ出力される
固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像装置において、
さらに、前記複数の水平転送部のうちの一の水平転送部から他の水平転送部に信号電荷を転送する水平間転送部を有し、
前記複数の水平転送部は、水平間転送部を挟んで並列に複数配置されている
固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体撮像装置において、前記複数の水平転送部は、複数の領域に分割された前記光電変換領域の各々の領域に対応して配置される
固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記複数の電荷検出部から所定の期間に出力される信号電荷は、同一の期間に露光された信号電荷である
固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
同一の期間に露光され、水平方向に隣接する前記複数の垂直転送部に蓄積された信号電荷同士を、所定の加算数で水平加算する
固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記複数の光電変換部には、可視光を受光する複数の光電変換部と、近赤外光を受光する複数の光電変換部とが備えられ、
第１のフレーム走査期間では、前記近赤外光を受光する複数の光電変換部から発生した複数の信号電荷から距離画像を生成し、
第２のフレーム走査期間では、前記可視光を受光する複数の光電変換部から発生した複数の信号電荷から可視画像を生成する
固体撮像装置。
【請求項７】
請求項６記載の固体撮像装置において、
前記第１のフレーム走査期間では、前記信号電荷を、複数の領域に分割された前記光電変換領域の各々の領域に対応して配置された前記水平転送部から出力し、
前記第２のフレーム走査期間では、前記信号電荷を、前記水平間転送部を挟んで並列に
配置された複数の水平転送部から出力する
固体撮像装置。
【請求項８】
被写体へ近赤外光を照射する近赤外光源と、
前記被写体からの入射光を受光する固体撮像装置とを備えた撮像装置であって、
前記固体撮像装置は、
複数の光電変換部が行列状に配置された光電変換領域と、
前記光電変換部において発生した信号電荷を前記光電変換領域の行
方向に垂直な方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記信号電荷を前記光電変換領域の行方向に対して水平な方向に転送する複数の水平転送部と、
前記信号電荷を増幅して出力する複数の電荷検出部とを備え、一のフレーム走査期間内に、
前記複数の光電変換部のうちの１つにおいて発生した複数の信号電荷は、同じ前記複数の電荷検出部からそれぞれ出力される
撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像装置において、
前記複数の光電変換部には、可視光を受光する複数の光電変換部と、近赤外光を受光する複数の光電変換部とが備えられ、
第１のフレーム走査期間では、前記近赤外光を受光する複数の光電変換部から発生した複数の信号電荷から距離画像を生成し、
第２のフレーム走査期間では、前記可視光を受光する複数の光電変換部から発生した複数の信号電荷から可視画像を生成する
撮像装置。
【請求項１０】
請求項９記載の撮像装置において、
前記第１のフレーム走査期間では、前記信号電荷を、複数の領域に分割された前記光電変換領域の各々の領域に対応して配置された前記水平転送部から出力し、
前記第２のフレーム走査期間では、前記信号電荷を、前記水平間転送部を挟んで並列に
配置された複数の水平転送部から出力する
撮像装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
一の前記垂直転送部に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部と、
（Ｌ−１）個の水平間転送部を備え、
一の光電変換部から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、
［（Ｋ・Ｍ）／（Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される
撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
請求項９または請求項１０に記載の撮像装置の前記第１のフレーム走査期間における駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
一の垂直転送部に対し（１／Ｋ）個のパケットを備えた水平転送部と、
（Ｌ−１）個の水平間転送部を備え、
一の光電変換部から読み出されたＭ個の信号電荷は、水平方向にＮ個加算され、
［（Ｋ・Ｍ）／（２・Ｌ・Ｎ）］回の水平走査期間に分けて出力される
撮像装置の駆動方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2015033497.tif 000120
【国際調査報告】
2015033497.tif 000121
2015033497.tif 000122