(57)【要約】  発光部（９１）と、対象物（９２）からの反射光を受光する受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域、受光領域で光電変換された信号電荷を振り分け転送する振分ゲート構造にオフセット時間を挟んだ異なるタイミングで転送信号を供給する駆動回路（９４）と、複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷を信号として入力し、対象物（９２）までの距離を算出する距離演算回路（７１）と、距離演算回路（７１）が出力した演算結果から駆動回路（９４）の動作を制御する信号を生成し、駆動回路（９４）に供給する制御演算回路（７３ａ）を備える。
2020008962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に光パルスを投影する発光部と、
前記対象物からの前記光パルスの反射光を受光する受光領域と、
前記受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域と、
前記受光領域で光電変換された信号電荷を、前記複数の電荷蓄積領域に順に振り分け転送する複数の振分ゲート構造と、
前記発光部に制御信号を供給し、且つ前記複数の振分ゲート構造のそれぞれに、オフセット時間を挟んだ異なるタイミングで、順次転送信号を供給する駆動回路と、
前記複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ独立に読み出す読出増幅回路と、
前記読出増幅回路を経由した信号を入力し、前記対象物までの距離を算出する距離演算回路と、
前記距離演算回路が出力した演算結果から前記駆動回路の動作を制御する信号を生成し、前記駆動回路に供給する制御演算回路と
を備え、前記制御演算回路は
前記距離演算回路が出力した演算結果としきい値を比較し、前記駆動回路の駆動条件が適正か否かを判定する設定値判定回路と、
前記光パルスの光投影時間及び繰り返し周期時間を設定し前記設定値判定回路の判定結果に応じて前記光投影時間及び繰り返し周期時間を変更する時間設定論理回路
を有することを特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記時間設定論理回路は、前記光投影時間及び繰り返し周期時間を変更する際に、前記転送信号のオン時間を一定に維持することを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記時間設定論理回路は、前記光投影時間及び繰り返し周期時間の変更にともない、前記転送信号のオン時間を変更することを特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項４】
撮像光学系と、
対象物に光パルスを投影する発光部と、
前記撮像光学系を介し前記対象物からの前記光パルスの反射光を受光する受光領域、前記受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域、前記受光領域で光電変換された信号電荷を前記複数の電荷蓄積領域に順に振り分け転送する複数の振分ゲート構造、前記発光部に制御信号を供給し且つ前記複数の振分ゲート構造のそれぞれに、オフセット時間を挟んだ異なるタイミングで、順次転送信号を供給する駆動回路及び前記複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ独立に読み出す読出増幅回路を集積化した固体撮像装置と、
前記撮像光学系を制御し、且つ前記読出増幅回路を経由した信号を入力し前記対象物までの距離を算出する距離演算回路、前記距離演算回路が出力した演算結果から前記駆動回路の動作を制御する信号を生成し前記駆動回路に供給する制御演算回路を有する制御部と
を備え、前記制御演算回路は前記距離演算回路が出力した演算結果としきい値を比較し前記駆動回路の駆動条件が適正か否かを判定する設定値判定回路と、前記光パルスの光投影時間及び繰り返し周期時間を設定し前記設定値判定回路の判定結果に応じて、前記光投影時間及び繰り返し周期時間を変更する時間設定論理回路を有することを特徴とするカメラ。
【請求項５】
受光領域、前記受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域、前記受光領域で光電変換された信号電荷を前記複数の電荷蓄積領域に順に振り分け転送する複数の振分ゲート構造、前記発光部に制御信号を供給し且つ前記複数の振分ゲート構造のそれぞれに、オフセット時間を挟んだ異なるタイミングで、順次転送信号を供給する駆動回路、前記複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ独立に読み出す読出増幅回路を有する固体撮像装置を検査調整する検査調整装置であって、
前記駆動回路によって駆動され、対象物に光パルスを投影し、前記対象物からの前記光パルスの反射光を受光領域に入射させる発光部と、
前記読出増幅回路がそれぞれ出力した出力差を演算する出力差演算回路と、
前記出力差の演算結果としきい値を比較し、前記出力差が適正か否かを判定する出力差判定回路と、
該出力差判定回路の判定結果から、前記複数の振分ゲート構造のうちの特定の振分ゲート構造に印加する転送信号のオン時間を変更し、変更した前記転送信号を出力するように駆動回路に制御信号を出力する時間設定論理回路と
を備えることを特徴とする検査調整装置。
【請求項６】
対象物に光パルスを投影する発光部、前記対象物からの前記光パルスの反射光を受光する受光領域、前記受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域、前記受光領域で光電変換された信号電荷を前記複数の電荷蓄積領域に順に振り分け転送する複数の振分ゲート構造、前記発光部に制御信号を供給し且つ前記複数の振分ゲート構造のそれぞれにオフセット時間を挟んだ異なるタイミングで順次転送信号を供給する駆動回路、前記複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ独立に読み出す読出増幅回路、前記読出増幅回路を経由した信号を入力し、前記対象物までの距離を算出する距離演算回路を有する測距装置の駆動調整方法であって、
前記距離演算回路が出力した演算結果としきい値を比較し、前記駆動回路の駆動条件が適正か否かを判定するステップと、
前記光パルスの光投影時間及び繰り返し周期時間を設定し前記設定値判定回路の判定結果に応じて前記光投影時間及び繰り返し周期時間を変更するステップと  
を含む測距装置の駆動調整方法。
【請求項７】
前記光投影時間及び繰り返し周期時間を変更する際に、前記転送信号のオン時間を一定に維持することを特徴とする請求項６に記載の測距装置の駆動調整方法。
【請求項８】
前記光投影時間及び繰り返し周期時間を変更にともない、前記転送信号のオン時間を変更することを特徴とする請求項６に記載の測距装置の駆動調整方法。
【請求項９】
受光領域、前記受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域、前記受光領域で光電変換された信号電荷を前記複数の電荷蓄積領域に順に振り分け転送する複数の振分ゲート構造、前記発光部に制御信号を供給し且つ前記複数の振分ゲート構造のそれぞれに、オフセット時間を挟んだ異なるタイミングで、順次転送信号を供給する駆動回路、前記複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ独立に読み出す読出増幅回路を有する固体撮像装置を検査調整する検査調整方法であって、
対象物に光パルスを投影し、前記対象物からの前記光パルスの反射光を受光領域に入射させるように前記駆動回路を駆動するステップと、
前記読出増幅回路がそれぞれ出力した出力差を演算するステップと、
前記演算結果としきい値を比較し、出力差が適正か否かを判定するステップと、
前記判定結果から、前記複数の振分ゲート構造のうちの特定の振分ゲート構造に印加する転送信号のオン時間を変更し、変更した前記転送信号を出力するように駆動回路に制御信号を出力するステップと
を含むことを特徴とする検査調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距素子及び３Ｄ撮像装置等の測距装置に関し、特に、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）又はこのＣＩＳの画素を用いた測距装置、この測距装置を搭載したカメラ、測距装置の検査調整装置、測距装置の駆動調整方法及び検査調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のロックインピクセル型の固体撮像装置の駆動方法は、画素に備えられた複数の電荷転送ゲートのオン／オフ期間の切り替えを、殆ど同時に行っていた。そのため、切り替えの瞬間に、一瞬、電荷の向かう方向が不定となり、所望の電荷転送ゲートを電荷が通らず、精度が少し低下するという課題があった。このような背景から、オン／オフ期間の切り替え時に、殆ど同時ではなく、オン時間を少し短くすることにより、正確な電荷振り分けを行う固体撮像装置の駆動方法が提案されている（非特許文献１参照。）。【０００３】
従来のロックインピクセルを用いた、ＴＯＦ型３Ｄ撮像装置のオン／オフの切れ目がなかったため、サイクルタイムが長くなれば、複数の電荷転送ゲートのオン期間も長くなる。逆に、サイクルタイムが短くなれば、複数の電荷転送ゲートのオン期間も短くなっていた。この技術的課題は、非特許文献１に記載された発明においても同様であり、サイクルタイムが長くなれば、複数の電荷転送ゲートのオン期間も長くなり、サイクルタイムが短くなれば、複数の電荷転送ゲートのオン期間も短くなる。このため、非特許文献１に記載された発明では、電荷振り分けを実行する転送ゲート電極に正確で素早い電圧スイッチング（オン／オフ切り替え）が必要となるため、駆動回路の動作マージンが小さく、設計及び製造が難しいという課題があった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】安富啓太他５名、「３タップ横方向電界電荷変調器を備えた高分解能光飛行時間型距離イメージセンサ(A high-resolution time-of-flight range image sensor with a 3-tap lateral electric field charge modulator」２０１７国際イメージセンサ・ワークショップ（ＩＩＳＷ）、Ｒ２４、ｐ２５４−２５７、広島市，２０１７年５月３１日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の問題点を鑑み、本発明は、駆動回路の動作マージンをひろげることが可能で、駆動回路のトランジスタの構造を微細にし、チップ面積の縮小を図ることができる測距装置、この測距装置を搭載したカメラ、測距装置の検査調整装置、測距装置の駆動調整方法及び検査調整方法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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、(a)対象物に光パルスを投影する発光部と、(b)対象物からの光パルスの反射光を受光する受光領域と、(c)受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域と、(d)受光領域で光電変換された信号電荷を、複数の電荷蓄積領域に順に振り分け転送する複数の振分ゲート構造と、(e)発光部に制御信号を供給し、且つ複数の振分ゲート構造のそれぞれに、オフセット時間を挟んだ異なるタイミングで、順次転送信号を供給する駆動回路と、(f)複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ独立に読み出す読出増幅回路と、(g)読出増幅回路を経由した信号を入力し、対象物までの距離を算出する距離演算回路と、(h)距離演算回路が出力した演算結果から駆動回路の動作を制御する信号を生成し、駆動回路に供給する制御演算回路を備える測距装置であることを要旨とする。この第１の態様に係る測距装置の制御演算回路は、距離演算回路が出力した演算結果としきい値を比較し、駆動回路の駆動条件が適正か否かを判定する設定値判定回路と、光パルスの光投影時間及び繰り返し周期時間を設定し設定値判定回路の判定結果に応じて光投影時間及び繰り返し周期時間を変更する時間設定論理回路を有する。【０００７】
本発明の第２の態様は、(a)撮像光学系と、(b)対象物に光パルスを投影する発光部と、(c)撮像光学系を介し対象物からの光パルスの反射光を受光する受光領域、受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域、受光領域で光電変換された信号電荷を複数の電荷蓄積領域に順に振り分け転送する複数の振分ゲート構造、発光部に制御信号を供給し且つ複数の振分ゲート構造のそれぞれに、オフセット時間を挟んだ異なるタイミングで、順次転送信号を供給する駆動回路及び複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ独立に読み出す読出増幅回路を集積化した固体撮像装置と、(d)撮像光学系を制御し、且つ読出増幅回路を経由した信号を入力し対象物までの距離を算出する距離演算回路、距離演算回路が出力した演算結果から駆動回路の動作を制御する信号を生成し駆動回路に供給する制御演算回路を有する制御部を備えるカメラであることを要旨とする。この第２の態様に係るカメラの制御演算回路は、距離演算回路が出力した演算結果としきい値を比較し駆動回路の駆動条件が適正か否かを判定する設定値判定回路と、光パルスの光投影時間及び繰り返し周期時間を設定し設定値判定回路の判定結果に応じて、光投影時間及び繰り返し周期時間を変更する時間設定論理回路を有する。【０００８】
本発明の第３の態様は、受光領域、受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域、受光領域で光電変換された信号電荷を複数の電荷蓄積領域に順に振り分け転送する複数の振分ゲート構造、発光部に制御信号を供給し且つ複数の振分ゲート構造のそれぞれに、オフセット時間を挟んだ異なるタイミングで、順次転送信号を供給する駆動回路、複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ独立に読み出す読出増幅回路を有する固体撮像装置を検査調整する検査調整装置に関する。第３の態様に係る検査調整装置は、(a) 駆動回路によって駆動され、対象物に光パルスを投影し、対象物からの光パルスの反射光を受光領域に入射させる発光部と、(b)読出増幅回路がそれぞれ出力した出力差を演算する出力差演算回路と、(c)出力差の演算結果としきい値を比較し、出力差が適正か否かを判定する出力差判定回路と、(d)この出力差判定回路の判定結果から、複数の振分ゲート構造のうちの特定の振分ゲート構造に印加する転送信号のオン時間を変更し、変更した転送信号を出力するように駆動回路に制御信号を出力する時間設定論理回路を備える。【０００９】
本発明の第４の態様は、対象物に光パルスを投影する発光部、対象物からの光パルスの反射光を受光する受光領域、受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域、受光領域で光電変換された信号電荷を複数の電荷蓄積領域に順に振り分け転送する複数の振分ゲート構造、発光部に制御信号を供給し且つ複数の振分ゲート構造のそれぞれにオフセット時間を挟んだ異なるタイミングで順次転送信号を供給する駆動回路、複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ独立に読み出す読出増幅回路、読出増幅回路を経由した信号を入力し、対象物までの距離を算出する距離演算回路を有する測距装置の駆動調整方法に関する。第４の態様に係る測距装置の駆動調整方法は、(a)距離演算回路が出力した演算結果としきい値を比較し、駆動回路の駆動条件が適正か否かを判定するステップと、(b)光パルスの光投影時間及び繰り返し周期時間を設定し設定値判定回路の判定結果に応じて光投影時間及び繰り返し周期時間を変更するステップを含む。【００１０】
本発明の第５の態様は、受光領域、受光領域の周りに配置された複数の電荷蓄積領域、受光領域で光電変換された信号電荷を複数の電荷蓄積領域に順に振り分け転送する複数の振分ゲート構造、発光部に制御信号を供給し且つ複数の振分ゲート構造のそれぞれに、オフセット時間を挟んだ異なるタイミングで、順次転送信号を供給する駆動回路、複数の電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷をそれぞれ独立に読み出す読出増幅回路を有する固体撮像装置を検査調整する検査調整方法に関する。第５の態様に係る検査調整方法は、(a) 対象物に光パルスを投影し、対象物からの光パルスの反射光を受光領域に入射させるように駆動回路を駆動するステップと、(b)読出増幅回路がそれぞれ出力した出力差を演算するステップと、(c)演算結果としきい値を比較し、出力差が適正か否かを判定するステップと、(d)判定結果から、複数の振分ゲート構造のうちの特定の振分ゲート構造に印加する転送信号のオン時間を変更し、変更した転送信号を出力するように駆動回路に制御信号を出力するステップを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、駆動回路の動作マージンをひろげることが可能で、駆動回路のトランジスタの構造を微細にし、チップ面積の縮小を図ることができる測距装置、この測距装置を搭載したカメラ、測距装置の検査調整装置、測距装置の駆動調整方法及び検査調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る測距装置の主要部の概略を説明する模式的なブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る測距装置の周辺回路に含まれる制御演算回路の内部構造をハードウェア資源として説明する論理的なブロック図である。
【図３】図２に示した制御演算回路を中心とした、第１の実施形態に係る測距装置の周辺回路による調整動作の流れの概略を説明するフローチャートである。
【図４】第１の実施形態に係る測距装置のそれぞれの画素（測距素子）の光電変換転送部に着目した構造の一例を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）は、第１の実施形態に係る測距装置の画素において、第１転送ゲート電極に印加される第１転送信号ＴＸ１と第２転送ゲート電極に印加される第２転送信号ＴＸ２の理想的な波形をそれぞれ示す図である。図５（ｂ）は、第１転送信号ＴＸ１及び第２転送信号ＴＸ２にＣＲ遅延のある場合の実波形をそれぞれ示し、図５（ｃ）は、第１転送信号ＴＸ１及び第２転送信号ＴＸ２にリンギングのある場合の実波形をそれぞれ示す図である。
【図６】被写体までの距離が近い場合の第１の実施形態に係る測距装置を調整する際の動作を説明する駆動タイミング図である。
【図７】被写体までの距離が中程度の第１の実施形態に係る測距装置を調整する際の動作を説明する駆動タイミング図である。
【図８】被写体までの距離が遠い場合の第１の実施形態に係る測距装置を調整する際の動作を説明する駆動タイミング図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の変形例に係る測距装置の３タップ型画素の構造の概略を説明する平面図である。
【図１０】被写体までの距離が近い場合において、図９に示した第１の実施形態の変形例に係る測距装置を調整する際の動作を説明する駆動タイミング図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る測距装置の周辺回路による調整動作の流れの概略を説明するフローチャートである。
【図１２】図１１のフローチャートに従った、第２の実施形態に係る測距装置の調整動作の流れの概略を説明する駆動タイミング図である。
【図１３】図１１のフローチャートに従った、第２の実施形態の変形例（３タップの場合）に係る固体撮像装置の調整動作の流れの概略を説明する駆動タイミング図である。
【図１４】図１１のフローチャートに従った、第３の実施形態に係る測距装置の調整動作の流れの概略を説明する駆動タイミング図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る測距装置と、これを検査調整する検査調整装置,の主要部の概略を説明する模式的なブロック図である。
【図１６】第４の実施形態に係る検査調整装置に含まれる制御演算回路の内部構造をハードウェア資源として説明する論理的なブロック図である。
【図１７】第４の実施形態に係る検査調整装置の検査調整対象としての固体撮像装置の画素（測距素子）が、製造工程のバラツキによって非対称の断面構造になった例を示す模式的な断面図である。
【図１８】図１７に示した非対称の断面構造を有する画素（測距素子）のポテンシャルプロファイルを示す模式図である。
【図１９】図１６に示した制御演算回路を中心とした、第４の実施形態に係る検査調整装置による固体撮像装置の検査調整動作の流れの概略を説明するフローチャートである。
【図２０】図１９に示したフローチャートに従って、第４の実施形態に係る検査調整装置によって非対称の断面構造を有する画素（測距素子）の特性を調整する場合の駆動タイミング図である。
【図２１】図１９に示したフローチャートに従って、第４の実施形態態の第１変形例に係る測距装置を検査調整装置によって調整する場合の駆動タイミング図である。
【図２２】図１９に示したフローチャートに従って、第４の実施形態態の第２変形例に係る測距装置を検査調整装置によって調整する場合の駆動タイミング図である。
【図２３】図１９に示したフローチャートに従って、第４の実施形態態の第３変形例に係る測距装置を検査調整装置によって調整する場合の駆動タイミング図である。
【図２４】図１９に示したフローチャートに従って、第４の実施形態態の第４変形例に係る測距装置を検査調整装置によって調整する場合の駆動タイミング図である。
【図２５】本発明の第５の実施形態に係る連続波（ＣＷ）変調型の測距素子の動作を説明する波形図である。
【図２６】図２５に示したＣＷ変調型の測距素子の従来の動作を説明する駆動タイミング図である。
【図２７】図２５に示したＣＷ変調型の測距素子の第５の実施形態に係る調整動作を説明する駆動タイミング図である。
【図２８】本発明の第６の実施形態に係る測距装置のリング構造の画素の構造の概略を説明する平面図である。
【図２９】図２８に示した第６の実施形態の係る固体撮像装置を調整する際の動作を説明する駆動タイミング図である。
【図３０】第６の実施形態の第１変形例に係る測距装置を調整する際の動作を説明する駆動タイミング図である。
【図３１】本発明の第１〜第６の実施形態に係る測距装置を利用分野としての一例であるカメラの構造の概略を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１〜第６の実施形態に係る図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。もっとも、第１〜第６の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、回路素子や回路ブロックの構成や配置、或いは半導体チップ上でのレイアウト等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
尚、以下の第１〜第６の実施形態の説明では、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型として説明するが、第１導電型がｎ型、第２導電型をｐ型としても、電気的な極性を反対にすれば同様な効果が得られることは容易に理解できるであろう。この場合、パルス波形のハイレベルとローレベルも、当業者の技術常識に応じて、適宜反転する必要が発生する場合もあることは勿論である。
【００１５】
例えば、以下の図１や図１５では、説明の便宜上、複数の画素（測距素子）が画素アレイ部に２次元マトリクス状に配置された３Ｄ撮像装置を基礎とする測距装置を示すが、単なる例示に過ぎない。画素アレイ部に１次元的に測距素子が画素として配列されたラインセンサのレイアウトでも構わない。又、画素アレイ部に単一の測距素子のみが配置された単純な構造の距離センサであっても構わない。
【００１６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る測距装置は、図１に示すように、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）と周辺回路部（７１〜７６，９４〜９６，ＮＣ１〜ＮＣｍ）とを同一の半導体チップ上に集積化した２次元イメージセンサ（３Ｄ撮像装置）を基礎とする。画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）には、２次元マトリクス状に多数の画素Ｘij（ｉ＝１〜ｍ；ｊ＝１〜ｎ：ｍ，ｎはそれぞれ２以上の正の整数である。）が配列されており、方形状の撮像領域を構成している。
【００１７】
そして、この画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の上辺部には駆動回路９４が、下辺部には水平シフトレジスタ９６が、それぞれ画素行Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm方向に沿って設けられ、画素アレイ部の右辺部には画素列Ｘ11〜Ｘn1；Ｘ12〜Ｘn2；……；Ｘ1j〜Ｘnj；……；Ｘ1m〜Ｘnm方向に沿って垂直シフトレジスタ及び垂直走査回路９５が設けられている。駆動回路９４には各画素Ｘijが測距素子として距離測定を行うに必要な光を繰り返しパルス信号として投影する発光部９１が接続されている。
【００１８】
この駆動回路９４にはインターフェイス７５を介して制御演算回路７３ａから駆動回路９４を制御する制御信号が伝達される。制御演算回路７３ａには制御演算回路７３ａの動作を命令するプログラムを記憶したプログラム記憶装置７６と、制御演算回路７３ａにおける論理演算に必要なデータやしきい値等を記憶するデータ記憶装置７２が接続される。制御演算回路７３ａには更に、制御演算回路７３ａにおける論理演算の結果を出力する出力ユニット７４が接続されている。データ記憶装置７２には画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）からの出力信号を、出力バッファ９７，９８を介して入力し、距離画像の形成に必要な演算処理を実施する距離演算回路７１が接続されている。尚、図１において、画素Ｘn1に内部構造をブロック図として模式的に例示したように、それぞれの画素Ｘijは、光電変換素子と信号電荷転送部を備える光電変換転送部８１及びソースフォロア型の読出増幅回路８２等を含む。
【００１９】
駆動回路９４、水平シフトレジスタ９６、垂直シフトレジスタ及び垂直走査回路９５によって画素アレイ部内の画素Ｘijが順次走査され、画素信号の読み出しや電子シャッタ動作が実行される。即ち、本発明の第１の実施形態に係る測距装置では、画素アレイ部を各画素行Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm単位で垂直方向に走査することにより、各画素行Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnmの画素信号を各画素列Ｘ11〜Ｘn1；Ｘ12〜Ｘn2；……；Ｘ1j〜Ｘnj；……；Ｘ1m〜Ｘnm毎に設けられた垂直出力信号線によって画素信号を読み出す構成となっている。尚、図１では、距離演算回路７１、インターフェイス７５、制御演算回路７３ａ、プログラム記憶装置７６、データ記憶装置７２及び出力ユニット７４が同一半導体チップに集積された構造が示されているが、単なる例示に過ぎない。図１に示したトポロジやレイアウトに限定されず、距離演算回路７１、インターフェイス７５、制御演算回路７３ａ、プログラム記憶装置７６、データ記憶装置７２及び出力ユニット７４の少なくとも一部の回路等が別々のチップや基板に搭載される態様でも構わない。
【００２０】
測距素子としての各画素Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnmからの信号読み出しについては、おおむね通常のＣＭＯＳイメージセンサと同様である。但し、各画素Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnmのそれぞれのフォトダイオードからの信号電荷転送させるための転送信号ＴＸ１、ＴＸ２は、駆動回路９４から全画素Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnmに同時に与えられ、しかも高い周波数の信号であるので、その期間には、スイッチングノイズが発生する。したがって画素部からの信号読み出しは、ノイズ処理回路ＮＣ１〜ＮＣｍによる処理が終了した後に読み出し期間を設けて行う。
【００２１】
制御演算回路７３ａは図２に論理的なブロック図を示すように、時間設定論理回路７３１、設定値判定回路７３２、時間設定値出力制御回路７３３、距離画像出力制御回路７３４及びシーケンス制御回路７３５をハードウェア資源として備える。時間設定論理回路７３１は、後述する図５〜図８に示す繰り返し周期時間Ｔｃ、光投影時間Ｔｏ、電荷蓄積時間Ｔａ、及び電荷転送時間Ｔon等の値を設定し、或いは、設定値判定回路７３２の出力信号に応じて、時間設定論理回路７３１は、後述する図５〜図８に示す繰り返し周期時間Ｔｃ、光投影時間Ｔｏ、電荷蓄積時間Ｔａ、及び電荷転送時間Ｔon等の値を適宜変更する論理回路である。この際、時間設定論理回路７３１は、振分ゲート構造に印加する転送信号ＴＸ１、ＴＸ２が図５〜図８に示すように、オフセット時間を挟んだ異なるタイミングとなるように時間設定をする。
【００２２】
設定値判定回路７３２は、距離演算回路７１が算出した距離の検出値がデータ記憶装置７２に予め格納されたしきい値を下回り、且つ繰り返し周期時間Ｔｃが最小値ではないか否かを判定し、判定結果を時間設定論理回路７３１又は距離画像出力制御回路７３４に出力する論理回路である。時間設定値出力制御回路７３３は、時間設定論理回路７３１が設定若しくは変更した繰り返し周期時間Ｔｃ、光投影時間Ｔｏ、電荷蓄積時間Ｔａ、及び電荷転送時間Ｔon等が、インターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力されるようにする論理回路である。転送信号ＴＸ１、ＴＸ２のパルス幅として定義される電荷転送時間Ｔonは、図５〜図８に示すようにオフセット時間を挟んだ異なるタイミングに時間設定されている。距離画像出力制御回路７３４は、設定値判定回路７３２が距離の検出値がしきい値以上であると判定した場合、距離演算回路７１が算出した距離の検出値を距離画像のデータとして合成し、出力ユニット７４に出力する論理回路である。
【００２３】
図２に示したシーケンス制御回路７３５は時間設定論理回路７３１、設定値判定回路７３２、時間設定値出力制御回路７３３、距離画像出力制御回路７３４、インターフェイス７５、プログラム記憶装置７６及びデータ記憶装置７２のそれぞれの動作をクロック信号に依拠して順次シーケンス制御する論理回路である。時間設定論理回路７３１、設定値判定回路７３２、時間設定値出力制御回路７３３、距離画像出力制御回路７３４及びシーケンス制御回路７３５のそれぞれはバス７３６を介して情報の送受信が可能である。
【００２４】
図１に示すコンピュータシステムにおいて、データ記憶装置７２は、複数のレジスタ、複数のキャッシュメモリ、主記憶装置、補助記憶装置を含む一群の内から適宜選択された任意の組み合わせとすることも可能である。又、キャッシュメモリは１次キャッシュメモリと２次キャッシュメモリの組み合わせとしてもよく、更に３次キャッシュメモリを備えるヒエラルキーを有しても構わない。図示を省略しているが、データ記憶装置７２に複数のレジスタが含まれる場合等においては、バス７３６はインターフェイス７５、プログラム記憶装置７６及びデータ記憶装置７２等にまで延長されていても構わない。
【００２５】
図２に示した制御演算回路７３ａは、マイクロチップとして実装されたマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等を使用してコンピュータシステムを構成することが可能である。又、コンピュータシステムを構成する制御演算回路７３ａとして、算術演算機能を強化し信号処理に特化したデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）や、メモリや周辺回路を搭載し組込み機器制御を目的としたマイクロコントローラ（マイコン）等を用いてもよい。或いは、現在の汎用コンピュータのメインＣＰＵを制御演算回路７３ａに用いてもよい。
【００２６】
例えば、応用例として後述するカメラに、第１の実施形態に係る測距装置の主要部を構成する３Ｄ撮像装置４５ａを搭載する場合において、図１に示した制御演算回路７３ａや距離演算回路７１等を、図３１に示した３Ｄ撮像装置４５ａを搭載するチップ搭載基板（パッケージ基板）４６に組み込んでも構わない。或いは、図１に示した制御演算回路７３ａや距離演算回路７１等を、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５１、駆動部５２、制御部５３のいずれかの一部として組み込んでも構わない。この場合、図１に示した発光部９１を図３１に示したストロボ装置６２が兼ねることが可能である。
【００２７】
更に、制御演算回路７３ａの一部の構成又はすべての構成をフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）のようなプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）で構成してもよい。ＰＬＤによって、制御演算回路７３ａの一部又はすべてを構成した場合は、データ記憶装置７２は、ＰＬＤを構成する論理ブロックの一部に含まれるメモリブロック等のメモリ要素として構成することができる。更に、制御演算回路７３ａは、ＣＰＵコア風のアレイとＰＬＤ風のプログラム可能なコアを同じチップに搭載した構造でもよい。このＣＰＵコア風のアレイは、予めＰＬＤ内部に搭載されたハードマクロＣＰＵと、ＰＬＤの論理ブロックを用いて構成したソフトマクロＣＰＵを含む。つまりＰＬＤの内部においてソフトウェア処理とハードウェア処理を混在させた構成でもよい。
【００２８】
図２に示した第１の実施形態に係る測距装置の制御演算回路７３ａの動作の概略は図３に示すようなフローチャートの流れの手順で説明できる。図３のステップＳ１１において、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１が光投影時間Ｔｏを最大値に設定する。引き続き、ステップＳ１２において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを最大値に設定する。設定された光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃを、時間設定値出力制御回路７３３が図１に示したインターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力する。制御演算回路７３ａの時間設定値出力制御回路７３３から駆動回路９４を通して与えられた制御信号に応じて、発光部９１から、パルス発光がなされる。パルス発光は、例えば、近赤外ＬＤ（レーザダイオード）や近赤外ＬＥＤが用いられる。対象物９２を反射したパルス光が、レンズ９３やＢＰＦ（バンドパスフィルタ）などを通して図１に示した画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に照射される。
【００２９】
図３のステップＳ１３において、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の各画素Ｘijの動作は、駆動回路９４によって制御される。即ち、ステップＳ１３では、各画素Ｘijにおいて受光により生成された電子（光電子）は、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１から駆動回路９４を通して与えられた制御信号に応じて動作し、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）からの出力信号が出力バッファ９７．９８を介して距離演算回路７１に送られる。この際、図５〜図８に示すように、転送信号ＴＸ１、ＴＸ２がオフセット時間を挟んだ異なるタイミングで、それぞれ印加される。ステップＳ１３では距離演算回路７１が、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の各画素Ｘijから出力された信号に応じて、距離を算出する演算を行い、距離測定をする。ステップＳ１３では、距離演算回路７１が更に、距離算出の演算結果と付帯情報を、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１に送る。ここで、付帯情報とは、例えば、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂから得られた出力データや、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データである。
【００３０】
図３のステップＳ１４において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２が、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果と付帯情報に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。Ｓ１４において、設定値判定回路７３２がＮＧと判断した場合は、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１へデータを渡す。時間設定論理回路７３１は、図３のステップＳ１５において、光投影時間Ｔｏを短縮する。引き続き、ステップＳ１６において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを短縮する。光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃが短縮され、駆動方法が変更された制御信号が、図１に示した駆動回路９４を介し、発光部９１及び画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に渡され、図３のステップＳ１３において距離が測定される。以下ステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ１５、ステップＳ１６を経てステップＳ１３に戻るループ処理が、ステップＳ１４で設定値判定回路７３２がＯＫと判断するまで、繰り返される。そして、設定値判定回路７３２がＯＫと判断すれば、ステップＳ１７において制御演算回路７３ａの距離画像出力制御回路７３４が出力ユニット７４へデータを渡し、出力ユニット７４から出力信号が出力される。
【００３１】
平面図の図示を省略しているが、第１の実施形態に係る測距装置のそれぞれの画素Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm内の光電変換転送部８１として機能する部分の断面構造の一例を、図４に示す。図４の中央に示す受光領域に、光電変換素子（測距素子）が形成され、受光領域の両側に、受光領域で光電変換された信号電荷を交互に振り分け転送する第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂが配置されている。図１の発光部９１から繰り返しパルス信号として投影（照射）された光は、対象物９２で反射され、図４の受光領域の周辺を覆う遮光膜４１の開口部４２を介して受光領域に入射する。即ち、光電変換素子の受光領域は、遮光膜４１の開口部４２を介して入射したパルス光を光信号として受光し、この光信号を信号電荷に変換する。
【００３２】
更に、第１転送ゲート電極１６ａにより転送された信号電荷を蓄積する第１電荷蓄積領域２３ａが図４の右側に浮遊ドレイン領域として配置されている。同様に、第２転送ゲート電極１６ｂにより転送された信号電荷を蓄積する第２電荷蓄積領域２３ｂが図４の左側に浮遊ドレイン領域として配置されている。図４の右側には、更に、第１電荷蓄積領域２３ａに隣接し、第１リセットゲート電極１３ａと、この第１リセットゲート電極１３ａを介して、第１電荷蓄積領域２３ａに対向する第１リセットドレイン領域２４ａが配置されている。
【００３３】
一方、図４の左側には第２電荷蓄積領域２３ｂに隣接し、第２リセットゲート電極１３ｂと、この第２リセットゲート電極１３ｂを介して、第２電荷蓄積領域２３ｂに対向する第２リセットドレイン領域２４ｂが更に配置されている。第１電荷蓄積領域２３ａ、第１リセットゲート電極１３ａ及び第１リセットドレイン領域２４ａとで第１のリセットトランジスタとなるＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が形成され、第２電荷蓄積領域２３ｂ、第２リセットゲート電極１３ｂ及び第２リセットドレイン領域２４ｂとで第２のリセットトランジスタとなるＭＯＳトランジスタが形成されている。それぞれの第１リセットゲート電極１３ａ及び第２リセットゲート電極１３ｂに対し、制御信号Ｒをすべてハイ（Ｈ）レベルにして、第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積された信号電荷を第１リセットドレイン領域２４ａ及び第２リセットドレイン領域２４ｂにそれぞれ吐き出し、第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂをリセットする。
【００３４】
図４に示されるように、第１の実施形態に係る画素（測距素子）においては、光電変換素子としての画素が生成した信号電荷が、互いに反対方向（左右方向）に転送されるように、平面パターン上、第１転送ゲート電極と第２転送ゲート電極のそれぞれの中心線（図示省略）が、同一直線上に配置されている。そして、信号電荷の転送方向に直交する方向（図４において、紙面の表裏方向）に測った第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂのそれぞれの幅が、直交する方向に測った受光領域の幅よりも狭くすることにより、受光領域の直下の受光部の面積を大きくしても、第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂによる信号電荷の完全転送が行えるようにしている。
【００３５】
図４に示す画素の断面構造では、第１導電型（ｐ型）のシリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１９と、半導体基板１９の上に配置されたｐ型の半導体層（エピタキシャル成長層）からなる機能基体層２０と、機能基体層２０の上に配置された第２導電型（ｎ型）の表面埋込領域２２と、表面埋込領域２２の表面に接して設けられた、ｐ＋型のピニング層２９が例示されている。中央部の受光領域に含まれる位置のゲート絶縁膜３３と、表面埋込領域２２と、機能基体層２０と半導体基板１９とで光電変換素子の物理的骨格構造の要部を構成している。受光領域に位置するｐ型の機能基体層２０の一部が、光電変換素子の信号電荷生成領域として機能している。信号電荷生成領域で生成されたキャリア（電子）は、信号電荷生成領域の直上の表面埋込領域２２の一部に注入される。図４に示した表面埋込領域２２とピニング層２９からなる受光部形成領域（２９，２２）が、図１に示した光電変換転送部８１の主要部の中央に位置している。
【００３６】
ゲート絶縁膜３３は、受光領域の直下から左右の第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂの下まで延伸し、このゲート絶縁膜３３の下には、受光領域の直下から第１転送ゲート電極１６ａの左側端部及び第２転送ゲート電極１６ｂの右側端部の下まで左右に延伸するように表面埋込領域２２が配置されている。即ち、受光領域に位置する表面埋込領域２２の右側に隣接した機能基体層２０の表面側の領域が第１転送チャネルとして機能している。一方、受光領域に位置する表面埋込領域２２の左側に隣接した機能基体層２０の表面側の領域が第２転送チャネルとして機能している。そして、第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂは、第１及び第２転送チャネルの電位を、この第１及び第２転送チャネルの上部にそれぞれ形成されたゲート絶縁膜３３を介して静電的に制御する。この静電的な制御によって、信号電荷が、第１及び第２転送チャネルを介してｎ型の第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂに、交互に、それぞれ転送される。第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂは、それぞれ、表面埋込領域２２より高不純物密度の半導体領域である。
【００３７】
第１電荷蓄積領域２３ａには、図４に示すように、ソースフォロア型の読出増幅回路８２を構成する信号読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）ＭＡ１のゲート電極が接続され、第２電荷蓄積領域２３ｂには、読出増幅回路８２の信号読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）ＭＡ２のゲート電極が接続されている。信号読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）ＭＡ１のドレイン電極は電源ＶＤＤに接続され、ソース電極は画素選択用のスイッチングトランジスタＭＳ１のドレイン電極に接続されている。画素選択用のスイッチングトランジスタＭＳ１のソース電極は、第１の垂直出力信号線（右側垂直出力信号線）Ｂ12に接続され、ゲート電極には水平ラインの選択用制御信号Ｓが垂直シフトレジスタ及び垂直走査回路９５から与えられる。
【００３８】
信号読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）ＭＡ２のドレイン電極は電源ＶＤＤに接続され、ソース電極は画素選択用のスイッチングトランジスタＭＳ２のドレイン電極に接続されている。画素選択用のスイッチングトランジスタＭＳ２のソース電極は、第２の垂直出力信号線（左側垂直出力信号線）Ｂ11に接続され、ゲート電極には水平ラインの選択用制御信号Ｓが垂直シフトレジスタ及び垂直走査回路９５から与えられる。選択用制御信号Ｓをハイレベルにすることにより、スイッチングトランジスタＭＳ１，ＭＳ２が導通し、信号読み出しトランジスタ（増幅トランジスタ）ＭＡ１，ＭＡ２で増幅された第１電荷蓄積領域２３ａ，第２電荷蓄積領域２３ｂの電位に対応する電位に第１の垂直出力信号線Ｂ12及び第２の垂直出力信号線Ｂ11がなる。
【００３９】
信号電荷生成領域となる機能基体層２０の不純物密度は、半導体基板１９の不純物密度よりも低い。即ち、半導体基板１９は、不純物密度４×１０１７ｃｍ−３程度以上、１×１０２１ｃｍ−３程度以下、信号電荷生成領域となる機能基体層２０が不純物密度６×１０１１ｃｍ−３程度以上、２×１０１５ｃｍ−３程度以下程度が好ましい。
【００４０】
特に、半導体基板１９を不純物密度４×１０１７ｃｍ−３程度以上、１×１０２１ｃｍ−３程度以下のシリコン基板、機能基体層２０を不純物密度６×１０１１ｃｍ−３程度以上、２×１０１５ｃｍ−３程度以下のシリコンエピタキシャル成長層とすれば、通常のＣＭＯＳプロセスが採用できる。ゲート絶縁膜３３の周辺の領域には、素子分離に用いられるシリコン局部酸化（ＬＯＣＯＳ）法やシャロウトレンチ分離（ＳＴＩ）法等により形成されたフィールド酸化膜３１が利用可能である。工業的な意味からは、不純物密度８×１０１７ｃｍ−３程度以上、１×１０２０ｃｍ−３程度以下の半導体基板１９、不純物密度６×１０１３ｃｍ−３程度以上、１．５×１０１５ｃｍ−３程度以下のシリコンエピタキシャル成長層とすれば、市場での入手も容易で好ましい。シリコンエピタキシャル成長層の厚さは４〜２０μｍ程度、発光部９１が可視光を用いる場合は、６〜１０μｍ程度とすればよい。
【００４１】
一方、表面埋込領域２２は、不純物密度５×１０１４ｃｍ−３程度以上、５×１０１６ｃｍ−３程度以下、代表的には、例えば１×１０１５ｃｍ−３程度の不純物密度の値が採用可能であり、その厚さは０．１〜３μｍ程度、好ましくは０．５〜１．５μｍ程度とすることが可能である。
【００４２】
ゲート絶縁膜３３を熱酸化膜で形成する場合は、熱酸化膜の厚さは、１ｎｍ程度以上、３０ｎｍ程度以下、好ましくは３ｎｍ程度以上、１５ｎｍ程度以下とすればよい。ゲート絶縁膜３３を熱酸化膜以外の誘電体膜とする場合は、熱酸化膜の比誘電率εｒ（１ＭＨｚでεｒ＝３．８）で換算した等価な厚さとすればよい。例えば、比誘電率εｒ＝４．４であるＣＶＤ酸化膜を用いるのであれば上記厚さを４．４／３．８＝１．１６倍した厚さを、比誘電率εｒ＝７であるシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）膜を用いるのであれば上記厚さを７／３．８＝１．８４倍した厚さを採用すればよい。但し、標準的なＣＭＯＳ技術で形成される酸化膜（ＳｉＯ２膜）を用いるのが好ましい。
【００４３】
ゲート絶縁膜３３上に形成した第１転送ゲート電極１６ａには、図５〜図８の第１転送信号ＴＸ１を、第２転送ゲート電極１６ｂには、図５〜図８の第２転送信号ＴＸ２を与える。例えば第１転送信号ＴＸ１＝３．３Ｖ(ＶＤＤ)を第１転送ゲート電極１６ａに，第２転送信号ＴＸ２＝０Ｖ(ＧＮＤ)を第２転送ゲート電極１６ｂに与えたとき、表面埋込領域２２中に形成される電位分布によって、光信号により生成された電子は、右側の電荷蓄積領域２３ａに転送される。逆に、第１転送信号ＴＸ１＝０Ｖ(ＧＮＤ)を第１転送ゲート電極１６ａに，第２転送信号ＴＸ２＝３．３Ｖ(ＶＤＤ)を第２転送ゲート電極１６ｂに与えると、光信号により生成された電子は、左側の電荷蓄積領域２３ｂに転送される。
【００４４】
図５（ａ）の上段は第１転送ゲート電極１６ａに印加される第１転送信号ＴＸ１を、図５（ａ）の下段は第２転送ゲート電極１６ｂに印加される第２転送信号ＴＸ２の理想的な波形を示す。第１の実施形態に係る測距用光電変換素子による推定距離Ｌは、式（１）で示されるように、右側の第１転送電極ＴＸ１を通り電荷蓄積領域２３ａに転送され蓄積された信号電荷Ｑ１と、左側の第２転送電極ＴＸ２を通り電荷蓄積領域２３ｂに転送され、蓄積された信号電荷Ｑ２との配分比から与えられる：
Ｌ＝（ｃＴｏ／２）（Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２））        ……（１）
ここで、ｃは光速、Ｔｏは、パルス光の光投影時間（パルス幅）である。
【００４５】
推定距離Ｌを測定するために必要な電荷蓄積時間Ｔａは、第１転送信号ＴＸ１，第２転送信号ＴＸ２がハイレベルの時間ではなく、図５（ａ）の上段に示した前の第１転送信号ＴＸ１がローレベルに遷移した時刻ｔｉから、図５（ａ）の下段に示した次の第２転送信号ＴＸ２がローレベルに遷移した時刻ｔi+1の時間で定義される。第１転送信号ＴＸ１，第２転送信号ＴＸ２がオン（ハイレベル）の電荷転送時間Ｔonは、第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂを信号電荷が通り過ぎるだけの時間以上あればよい。よって、第１転送ゲート電極１６ａに印加される第１転送信号ＴＸ１及び第２転送ゲート電極１６ｂに印加される第２転送信号ＴＸ２がハイレベルとなる電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃに関わらず、同じ時間あればよい。図５（ａ）の上段と下段を比較すれば分かるように、第１転送信号ＴＸ１と第２転送信号ＴＸ２の間にオフセット時間が存在するように、互いに異なるタイミングで、第１転送ゲート電極１６ａと第２転送ゲート電極１６ｂにそれぞれ印加される。
【００４６】
図５（ｂ）の上段は第１転送ゲート電極１６ａに印加される典型的な第１転送信号ＴＸ１のＣＲ遅延がある実波形を、図５（ｂ）の下段は第２転送ゲート電極１６ｂに印加される典型的な第２転送信号ＴＸ２のＣＲ遅延のある実波形を示す。図５（ｂ）の第１転送信号ＴＸ１，第２転送信号ＴＸ２の遅れは、駆動回路９４の能力と画素Ｘij及び画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の配線等の寄生容量Ｃ及び寄生抵抗Ｒで決まるため、毎回同じように遅れる。従って、これらのＣＲ遅延が生じても、図５（ｂ）の下段に示した前の第１転送信号ＴＸ１がＣＲ遅延を経てローレベルに遷移した時刻ｔｉ+Δｄ１から、図５（ｂ）の下段に示した次の第２転送信号ＴＸ２がＣＲ遅延を経てローレベルに遷移した時刻ｔi+1+Δｄ１の時間で、電荷蓄積時間Ｔａが定義される。図５（ｂ）の波形によれば、典型的なＣＲ遅延の遅れだけでなく、システマティックに毎回遅れる時間、即ち、第１転送信号ＴＸ１，第２転送信号ＴＸ２のＣＲ遅延を経たローレベルへの遷移が確定するまでの時間だけ、第１転送信号ＴＸ１，第２転送信号ＴＸ２がともにオフとなるオフセット時間を設ければよいことが分かる。図５（ｂ）から分かるように、第１転送信号ＴＸ１と第２転送信号ＴＸ２の間に、ＣＲ遅延が生じても、オフセット時間が存在するように、互いに異なるタイミングで、第１転送ゲート電極１６ａと第２転送ゲート電極１６ｂにそれぞれ印加される。
【００４７】
図５（ｃ）の上段は第１転送ゲート電極１６ａに印加される典型的な第１転送信号ＴＸ１のリンギングがある実波形を、図５（ｃ）の下段は第２転送ゲート電極１６ｂに印加される典型的な第２転送信号ＴＸ２のリンギングのある実波形を示す。これらのリンギングが生じても、図５（ｃ）の上段に示した前の第１転送信号ＴＸ１がリンギングを経てローレベルに遷移した時刻ｔｉ+Δｄ２から、図５（ｃ）の下段に示した次の第２転送信号ＴＸ２がリンギングを経てローレベルに遷移した時刻ｔi+1+Δｄ２の時間で、電荷蓄積時間Ｔａが定義される。図５（ｃ）の波形によれば、システマティックに第１転送信号ＴＸ１，第２転送信号ＴＸ２のリンギングを経たローレベルへの遷移が確定するまでの時間だけ、第１転送信号ＴＸ１，第２転送信号ＴＸ２がともにオフとなるオフセット時間を設ければよいことが分かる。図５（ａ）〜（ｃ）に示したように、第１の実施形態に係る測距装置によれば、第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂにそれぞれ印加される第１転送信号ＴＸ１と第２転送信号ＴＸ２との間にオフセット時間が設けられ、早い電圧スイッチング（オン／オフ切り替え）が緩和されるため、駆動回路９４の動作マージンが広くなり、３Ｄ撮像装置の設計及び製造が容易になる。
【００４８】
以下においては、第１の実施形態に係る測距装置の調整動作を図６〜図８を用いて説明する。図６は、図３に示したフローチャートの流れとなるプログラムの命令に従って、駆動方法が変化する駆動タイミング図を例示した図である。まず、図３に示したフローチャートのステップＳ１１において図２の制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１が光投影時間Ｔｏを最大値に設定する。引き続き、ステップＳ１２において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを最大値に設定する。設定された光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃを、時間設定値出力制御回路７３３が図１に示したインターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力し、発光部９１からパルス発光させて、第１の実施形態に係る測距装置を駆動させる。
【００４９】
図６に示した第１の実施形態に係る測距装置の調整時の動作を説明する駆動タイミング図は、図１に示した対象物９２までの距離が近い場合であるため、受信光の遅延時間Ｔｄが非常に小さい。図３のステップＳ１３において、第１の実施形態に係る測距装置の駆動により、第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルを通る信号電荷の違いにより、距離演算回路７１が式（１）を用いて距離を算出する演算を実行する。距離演算回路７１の距離算出の演算結果は付帯情報と共に一旦、データ記憶装置７２に格納される。ここで、付帯情報とは、例えば、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂから得られた出力データや、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データである。
【００５０】
図３のステップＳ１４において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２から距離演算回路７１の距離算出の演算結果、付帯情報をしきい値とともに読み出す。設定値判定回路７３２は、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果と付帯情報に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。図６（ａ）の条件では、駆動タイミング図より分かるように、距離演算はできるが、第１転送ゲート電極１６ａを通して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合よりも第２転送ゲート電極１６ｂを通して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合が非常に小さく、距離精度が低くなる。この信号電荷量の割合でしきい値を決定し、データ記憶装置７２に格納しておけば、ステップＳ１４において、図６（ａ）の条件の駆動は、適切な駆動条件ではないと判定される。或いは、例えば、演算された距離に対して、各々の駆動条件で、しきい値が決められている場合は、それらをデータ記憶装置７２に格納しておけば、設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２からそれらのしきい値を読み出して、光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃが適切であるかを判断してもよい。
【００５１】
ステップＳ１４において、設定値判定回路７３２が、図６（ａ）の条件ではＮＧ、即ち、図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定されると、データは出力ユニット７４に出力されない。図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、図３のステップＳ１５において、光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏmaxを短縮する。引き続き、ステップＳ１６において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃmaxを短縮する。光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏmax及び繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃmaxが短縮され、駆動方法が変更された制御信号が、図１に示した駆動回路９４を介し、発光部９１及び画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に渡され、図３のステップＳ１３において、図６（ｂ）の条件で再び距離が測定される。
【００５２】
図６（ｂ）の条件、繰り返し周期時間Ｔｃ（ｉ）の半分が、光投影時間Ｔｏ（ｉ）であり、電荷蓄積時間Ｔａ（ｉ）であるため、繰り返し周期時間Ｔｃ（ｉ）に同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃ（ｉ）とは同期せず、変化させない。図６（ｂ）の条件でも、距離演算はできるが、第１転送ゲート電極１６ａの直下を通過して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合よりも第２転送ゲート電極１６ｂの直下を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合が依然として小さく、距離精度が低くなる。このため、図３のステップＳ１４では設定値判定回路７３２が、図６（ｂ）の条件での駆動も、適切な駆動条件ではないと判定する。図６（ｂ）の条件ではＮＧ、即ち、図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、出力ユニット７４にデータは出力されない。
【００５３】
ステップＳ１４において、設定値判定回路７３２が、図６（ｂ）の条件ではＮＧと判定された場合は、再び制御演算回路７３ａにデータが送られる。制御演算回路７３ａでは、ステップＳ１５及びステップＳ１６において、図６（ｃ）の条件に示すように、更に光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃを短くする駆動に変更させ、その後、再びステップＳ１３において距離を算出する演算を行い、距離測定をする。図６（ｃ）の条件では、繰り返し周期時間Ｔｃ（i+1）の半分が、光投影時間Ｔｏ（i+1）であり、電荷蓄積時間Ｔａ（i+1）であるため、繰り返し周期時間Ｔｃ（i+1）に同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃとは同期せず、変化させない。又、ここでは、図６（ｃ）の条件の条件が、設定できる最小の繰り返し周期時間Ｔｃである。
【００５４】
図６（ｃ）の条件では、駆動タイミング図から分かるように、距離演算ができ、第１転送ゲート電極１６ａの直下を通過して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合と、第２転送ゲート電極１６ｂの直下を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合の違いが小さいため、距離精度が高くなる。このため、図３のステップＳ１４において、設定値判定回路７３２は、図６（ｃ）の条件の駆動は適切と判断し、距離画像出力制御回路７３４が距離算出の演算結果を出力ユニット７４に出力する。このとき、付帯情報も同時に出力ユニット７４に出力してもよい。
【００５５】
図７は、図３に示したフローチャートの流れとなるプログラムの命令に従って、駆動方法が変化する駆動タイミング図を例示した図である。まず、図３に示したフローチャートのステップＳ１１において図２の制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１が光投影時間Ｔｏを最大値に設定する。引き続き、ステップＳ１２において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを最大値に設定する。設定された光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃを、時間設定値出力制御回路７３３が図１に示したインターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力し、発光部９１からパルス発光させて、第１の実施形態に係る測距装置を駆動させる。
【００５６】
図７に示した第１の実施形態に係る測距装置の調整時の動作を説明する駆動タイミング図は、図１に示した対象物９２までの距離が図６よりも遠い（中距離の）場合であるため、受信光の遅延時間Ｔｄが、図６よりもやや大きい。図３のステップＳ１３において、第１の実施形態に係る測距装置の駆動により、第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルを通る信号電荷の違いにより、距離演算回路７１が式（１）を用いて距離を算出する演算を実行する。距離演算回路７１の距離算出の演算結果は付帯情報と共に一旦、データ記憶装置７２に格納される。ここで、付帯情報とは、例えば、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂから得られた出力データや、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データである。
【００５７】
図３のステップＳ１４において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２から距離演算回路７１の距離算出の演算結果、付帯情報をしきい値とともに読み出す。設定値判定回路７３２は、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果と付帯情報に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。図７（ａ）の条件では、駆動タイミング図より分かるように、距離演算はできるが、第１転送ゲート電極１６ａを通して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合よりも第２転送ゲート電極１６ｂを通して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合が比較的小さく、距離精度が低くなる。この信号電荷量の割合でしきい値を決定し、データ記憶装置７２に格納しておけば、ステップＳ１４において、図７（ａ）の条件の駆動は、適切な駆動条件ではないと判定される。或いは、例えば、演算された距離に対して、各々の駆動条件で、しきい値が決められている場合は、それらをデータ記憶装置７２に格納しておけば、設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２からそれらのしきい値を読み出して、光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃが適切であるかを判断してもよい。
【００５８】
ステップＳ１４において、設定値判定回路７３２が、図７（ａ）の条件ではＮＧ、即ち、図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定されると、データは出力ユニット７４に出力されない。図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、図３のステップＳ１５において、光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏmaxを短縮する。引き続き、ステップＳ１６において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃmaxを短縮する。光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃが短縮され、駆動方法が変更された制御信号が、図１に示した駆動回路９４を介し、発光部９１及び画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に渡され、図３のステップＳ１３において、図７（ｂ）の条件で再び距離が測定される。
【００５９】
図７（ｂ）の条件、繰り返し周期時間Ｔｃ（ｊ）の半分が、光投影時間Ｔｏ（ｊ）であり、電荷蓄積時間Ｔａ（ｊ）であるため、繰り返し周期時間Ｔｃに同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃ（ｊ）とは同期せず、変化させない。図７（ｂ）の条件の条件が、設定できる最小の繰り返し周期時間Ｔｃ（ｊ）である。
【００６０】
図７（ｂ）の条件の条件では、駆動タイミング図から分かるように、距離演算ができ、第１転送ゲート電極１６ａの直下を通過して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量、第２転送ゲート電極１６ｂの直下を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合の違いが小さいため、距離精度が高くなる。このため、図３のステップＳ１４において、設定値判定回路７３２は、図７（ｂ）の条件の駆動は適切と判断し、距離画像出力制御回路７３４が距離算出の演算結果を出力ユニット７４に出力する。このとき、付帯情報も同時に出力ユニット７４に出力してもよい。
【００６１】
図８は、図３に示したフローチャートの流れとなるプログラムの命令に従って、駆動方法が変化する駆動タイミング図を例示した図である。まず、図３に示したフローチャートのステップＳ１１において図２の制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１が光投影時間Ｔｏを最大値Ｔｏmaxに設定する。引き続き、ステップＳ１２において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを最大値Ｔｃmaxに設定する。設定された光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃを、時間設定値出力制御回路７３３が図１に示したインターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力し、発光部９１からパルス発光させて、第１の実施形態に係る測距装置を駆動させる。
【００６２】
図８に示した第１の実施形態に係る測距装置の調整時の動作を説明する駆動タイミング図は、図１に示した対象物９２までの距離が図７よりも遠い（長距離の）場合であるため、受信光の遅延時間Ｔｄが、図７よりも大きい。図３のステップＳ１３において、第１の実施形態に係る測距装置の駆動により、第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルを通る信号電荷の違いにより、距離演算回路７１が式（１）を用いて距離を算出する演算を実行する。距離演算回路７１の距離算出の演算結果は付帯情報と共に一旦、データ記憶装置７２に格納される。ここで、付帯情報とは、例えば、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂから得られた出力データや、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データである。
【００６３】
図３のステップＳ１４において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２から距離演算回路７１の距離算出の演算結果、付帯情報をしきい値とともに読み出す。設定値判定回路７３２は、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果と付帯情報に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。
【００６４】
図８の条件では、駆動タイミング図から分かるように、距離演算ができ、第１転送ゲート電極１６ａの直下を通過して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量、第２転送ゲート電極１６ｂの直下を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合の違いが小さいため、距離精度が高くなる。このため、図３のステップＳ１４において、設定値判定回路７３２は、図８の条件の駆動は適切と判断し、距離画像出力制御回路７３４が距離算出の演算結果を出力ユニット７４に出力する。このとき、付帯情報も同時に出力ユニット７４に出力してもよい。
【００６５】
以上のとおり、本発明の第１の実施形態に係る測距装置によれば、図３に示すフローチャートの手順に従い、繰り返し周期時間Ｔｃを変更させたときに、オン時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃに関わらず変化させない駆動調整方法により、第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂによる正確な電荷振り分けを実現することができる。更に、本発明の第１の実施形態に係る測距装置によれば、駆動回路９４の動作マージンをひろげることができ、ロックインピクセル型の３Ｄ撮像装置を高性能化ができる。本発明の第１の実施形態に係る測距装置によれば、電荷振り分けを実行する第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂでの、早い電圧スイッチング（オン／オフ切り替え）が緩和されるため、駆動回路９４の動作マージンが広くなり、３Ｄ撮像装置の設計及び製造が容易になる。このため、例えば、３Ｄ撮像装置を構成している画素のグローバル配線を細くし、各画素の開口率を上げることができる。更に、例えば、駆動回路９４のトランジスタの構造を微細にすることでチップ面積の縮小を図ることができる。
【００６６】
（第１の実施形態の変形例）
本発明の「振分ゲート構造」は、図４に示したようなＭＯＳ型の第１転送ゲート電極１６ａや第２転送ゲート電極１６ｂに限定されるものではない。本発明の「振分ゲート構造」は図９に示すような横方向電界制御ゲート（ＬＥＦＭ）の構造でも構わない。断面図の図示を省略しているが、本発明の第１の実施形態の変形例に係る測距装置の各画素は、図４に示した断面構造と同様に、ｐ型の半導体からなる機能基体層２０、機能基体層２０の上部の一部に設けられたｎ型の表面埋込領域２２、及び表面埋込領域２２の表面に接して設けられた、ｐ＋型のピニング層２９を含む受光部形成領域（２９，２２）と、受光部形成領域（２９，２２）上に設けられたゲート絶縁膜３３と、受光部形成領域（２９，２２）の中央部を受光領域としている。そして、図９の平面図に示すように、受光領域を囲むように受光領域の中心位置に関して対称となる４つの位置のそれぞれに互いに離間して設けられた、機能基体層２０よりも高不純物密度でｎ＋型の第１の電荷蓄積領域２３ａ、第２の電荷蓄積領域２３ｂ、第３の電荷蓄積領域２３ｃ及び第４の電荷蓄積領域２３ｄを備える。そして、更に受光領域を囲む位置において、ゲート絶縁膜３３上に受光領域の中心位置から第１の電荷蓄積領域２３ａ、第２の電荷蓄積領域２３ｂ、第３の電荷蓄積領域２３ｃ及び第４の電荷蓄積領域２３ｄのそれぞれに向かって対角線方向に伸びる電荷移動経路の両側に対をなして配置された第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）、第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）及び第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）を備える。
【００６７】
各画素を構成している光電変換素子の第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）は、フック状（鉤型）の第１静電誘導電極３１ａと、フック状の第２静電誘導電極３１ｂとを対角線方向に伸びる電荷移動経路を、互いに島状に挟んで互いに対峙させた電極ペアである。第１静電誘導電極３１ａに所定の駆動電圧を印加した状態においては、左上に向かう対角線方向に伸びる電荷移動経路の信号電荷に対する電位障壁の高さが低下し、電荷移動経路の導通状態を補助する横方向電界制御によるポテンシャルプロファイルが実現できる。第２静電誘導電極３１ｂに所定の駆動電圧を印加した状態においても、対角線方向に伸びる電荷移動経路の信号電荷に対する電位障壁の高さが低下し、電荷移動経路の導通状態を補助するポテンシャルプロファイルが実現できる。
【００６８】
第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）は、フック状の第３静電誘導電極３２ａと、フック状の第４静電誘導電極３２ｂとを左下に向かう対角線方向に伸びる電荷移動経路を、互いに島状に挟んで互いに対峙させた電極ペアである。第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）は、フック状の第５静電誘導電極３３ａと、フック状の第６静電誘導電極３３ｂとを右上方向に向かう対角線方向に伸びる電荷移動経路を、互いに島状に挟んで互いに対峙させた電極ペアである。第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）は、フック状の第７静電誘導電極３４ａと、フック状の第８静電誘導電極３４ｂとを右下に向かう対角線方向に伸びる電荷移動経路を、互いに島状に挟んで互いに対峙させた電極ペアである。
【００６９】
図９の平面図から分かるように、第１の電荷蓄積領域２３ａ、第２の電荷蓄積領域２３ｂ、第３の電荷蓄積領域２３ｃ及び第４の電荷蓄積領域２３ｄの配置トポロジは、受光領域の中心位置に関して４回回転対称である。図９に示すように、第１の実施形態の変形例に係る測距装置の画素は、更に、受光領域を囲む周辺部に、機能基体層２０よりも高不純物密度でｎ型の電荷排出補助領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄが、互いに離間して設けられている。
【００７０】
第１静電誘導電極３１ａと第２静電誘導電極３１ｂは、第１の電荷蓄積領域２３ａに向かう電荷移動経路の両側に、鏡像関係で対向配置されている。第３静電誘導電極３２ａと第４静電誘導電極３２ｂは、第２の電荷蓄積領域２３ｂに向かう電荷移動経路の両側に、鏡像関係で対向配置されている。第５静電誘導電極３３ａと第６静電誘導電極３３ｂは、第３の電荷蓄積領域２３ｃに向かう電荷移動経路の両側に、鏡像関係で対向配置されている。第７静電誘導電極３４ａと第８静電誘導電極３４ｂは、第４の電荷蓄積領域２３ｄに向かう電荷移動経路の両側に、鏡像関係で対向配置されている。
【００７１】
第１の実施形態の変形例に係る測距装置の画素は、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）、第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）及び第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）に対し第１転送信号Ｇ１、第２転送信号Ｇ２、第３転送信号Ｇ３及び排出信号ＧＤを電界制御パルスとして、周期的に印加し、表面埋込領域２２の空乏化電位を交互に変化させることにより、電荷移動経路のいずれかに、電荷を輸送する方向に向かう電位勾配を交互に形成して、表面埋込領域２２中で発生した信号電荷の移動先を第１の電荷蓄積領域２３ａ、第２の電荷蓄積領域２３ｂ、第３の電荷蓄積領域２３ｃ及び第４の電荷蓄積領域２３ｄのいずれかに順次設定するように制御する。又、図９に示すように周辺部に電荷排出補助領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを設けてあるので、電荷移動経路を設定する際に用いる第１電位レベルの駆動電圧Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，ＧＤより大きな第２電位レベルの電荷排出パルスを第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）に印加することにより、第１の電荷排出補助領域２７ａ及び第４の電荷排出補助領域２７ｄに、背景光等に起因した測距に対するノイズ電流成分となる電荷を排出することができる。
【００７２】
同様に、第２電位レベルの電荷排出パルスを第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）に印加することにより、第２の電荷排出補助領域２７ｂ及び第１の電荷排出補助領域２７ａに測距に対するノイズ電流成分となる電荷を排出することができ、第２電位レベルの電荷排出パルスを第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）に印加することにより、第３の電荷排出補助領域２７ｃ及び第４の電荷排出補助領域２７ｄに測距に対するノイズ電流成分となる電荷を排出することができ、第２電位レベルの電荷排出パルスを第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）に印加することにより、第２の電荷排出補助領域２７ｂ及び第３の電荷排出補助領域２７ｃに測距に対するノイズ電流成分となる電荷を排出することができる。例えば駆動電圧Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，ＧＤの電圧を２．０Ｖとした場合に、電荷排出パルスとしての第２電位レベルの電圧を５Ｖ程度に設定すればよい。
【００７３】
第１の実施形態の変形例に係る測距装置の画素では、受光領域の中心で互いにクロスするＸ型を構成するように電荷移動経路が設定される。それぞれの電荷移動経路を横断する方向に、静電誘導効果で電界制御を行う第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）及び第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ），第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ），第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）によって、受光領域で発生した光電子を、Ｘ型を構成する電荷移動経路に沿って、Ｘ字の４つの方向に電界制御により高速に移動させて、電荷変調を行うことができる。
【００７４】
第１の実施形態の変形例に係る測距装置の画素において、受光領域で発生した電子を、Ｘ字をなす電荷移動経路に沿って、図９の左上方向に移動させ、第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）の間を通過させる場合は、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）、第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）及び第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）を、それぞれゼロバイアス（接地電位ＧＮＤ）として、第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）に駆動電圧Ｇ１＝２．０Ｖの第１電界制御パルスＧ１を与えれば、電荷蓄積領域２３ｄから第１の電荷蓄積領域２３ａに向かう左上がりの対角方向に沿って電位勾配が形成される。逆に、受光領域で発生した電子を、Ｘ字をなす電荷移動経路沿って、図９の右下方向に移動させ、第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）の間を通過させる場合は、第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）及び第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）をゼロバイアス（接地電位ＧＮＤ）として、第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）に駆動電圧ＧＤ＝２．０Ｖの第４電界制御パルスＧDを与えれば右下方向に向かう電位勾配が形成される。
【００７５】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態の変形例に係る測距装置の調整時の動作を説明する駆動タイミング図である。第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）に与える駆動パルスＧ１、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）に与える駆動パルスＧ２、及び第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）に与える駆動パルスＧ３のオン／オフ周期は同じであり、各々蓄積時間Ｔａずつずらしてある。第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）に与える駆動パルスＧＤのオン時間はＧ１、Ｇ２、Ｇ３よりも長く、ＧＤが、オン／オフする期間が繰り返し周期(Ｔｃ)である。図に示すとおり投影光は、Ｇ２蓄積時間に同期しており、Ｇ２及びＧ３蓄積時間の間に受信光が得られる領域で距離測定ができる。Ｇ１は、背景光や暗電流等を排除(オフセット)するための蓄積時間で有り、ＧＤは、Ｇ３蓄積時間以降の受信光が距離測定のノイズにならないように光電子を排出するための排出ゲートである。
【００７６】
第１の実施形態の変形例に係る測距用光電変換素子による推定距離Ｌは、式（１）を変形して、式(２)(３)で示されるように、第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）Ｇ１を通り電荷蓄積領域２３ａに転送され蓄積された信号電荷Ｑ１、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）Ｇ２を通り電荷蓄積領域２３ｂに転送され蓄積された信号電荷Ｑ２と、第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）Ｇ３を通り電荷蓄積領域２３ｃに転送され蓄積された信号電荷Ｑ３との配分比から与えられる：
Ｑ２’＝ Ｑ２−Ｑ１、Ｑ３’＝ Ｑ３−Ｑ１              ……（２）
Ｌ＝（ｃＴｏ／２）（Ｑ３’／（Ｑ２’＋ Ｑ３’））      ……（３）
ここで、ｃは光速、Ｔｏは、パルス光の光投影時間（パルス幅）である。
【００７７】
図１０（ａ）〜（ｃ）に示した駆動タイミング図は、図１に示した対象物９２までの距離が近い場合であるため、受信光の遅延時間Ｔｄが非常に小さい。図３のステップＳ１３において、第１の実施形態の変形例に係る測距装置の駆動により、第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）及び第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ），第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ），第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）間に定義される電荷移動経路を通る信号電荷の違いにより、距離演算回路７１が式（２、３）を用いて距離を算出する演算を実行する。距離演算回路７１の距離算出の演算結果は付帯情報と共に一旦、データ記憶装置７２に格納される。
【００７８】
図３のステップＳ１４において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２から距離演算回路７１の距離算出の演算結果、付帯情報をしきい値とともに読み出す。設定値判定回路７３２は、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果と付帯情報に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。図１０（ａ）は、図１０（ｃ）に対して、４つの第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）及び第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ），第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ），第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）のオン／オフで決まる繰り返し周期時間Ｔｃが図１０（ｃ）の４倍のときの駆動タイミング図である。
【００７９】
図１０（ａ）の条件では、駆動タイミング図より分かるように、距離演算はできるが、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）の間の電荷移動経路を経由して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合よりも第３の電界制御電極対（３２ｃ，３２ｃ）の間の電荷移動経路を経由して第３電荷蓄積領域２３ｃに蓄積される信号電荷量の割合が非常に小さく、距離精度が低くなる。この信号電荷量の割合でしきい値を決定し、データ記憶装置７２に格納しておけば、ステップＳ１４において、図１０（ａ）の条件の駆動は、適切な駆動条件ではないと判定される。或いは、例えば、演算された距離に対して、各々の駆動条件で、しきい値が決められている場合は、それらをデータ記憶装置７２に格納しておけば、設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２からそれらのしきい値を読み出して、光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃが適切であるかを判断してもよい。
【００８０】
ステップＳ１４において、設定値判定回路７３２が、図１０（ａ）の条件ではＮＧ、即ち、図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定されると、データは出力ユニット７４に出力されない。図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、図３のステップＳ１５において、光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏmaxを短縮する。引き続き、ステップＳ１６において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃmaxを短縮する。光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃが短縮され、駆動方法が変更された制御信号が、図１に示した駆動回路９４を介し、発光部９１及び画素アレイ部に渡され、図３のステップＳ１３において、図１０（ｂ）の条件で再び距離が測定される。図１０（ｂ）は、繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃ（ｉｂ）が図１０（ｃ）の２倍のときの駆動タイミング図である。繰り返し周期時間Ｔｃが２倍、４倍は例示に過ぎない。繰り返し周期時間Ｔｃは任意に変化させて駆動タイミング図が説明できるという意味での例示的倍数である。
【００８１】
図１０（ｂ）の条件、繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃ（ｉｂ）の半分が、光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏ（ｉｂ）であり、電荷蓄積時間Ｔａであるため、繰り返し周期時間Ｔｃに同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃとは同期せず、変化させない。図１０（ｂ）の条件でも、距離演算はできるが、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）の間を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合よりも第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）の間を通過して第３電荷蓄積領域２３ｃに蓄積される信号電荷量の割合が依然として小さく、距離精度が低くなる。このため、図３のステップＳ１４では設定値判定回路７３２が、図１０（ｂ）の条件での駆動も、適切な駆動条件ではないと判定する。図１０（ｂ）の条件ではＮＧ、即ち、図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、出力ユニット７４にデータは出力されない。
【００８２】
ステップＳ１４において、設定値判定回路７３２が、図１０（ｂ）の条件ではＮＧと判定された場合は、再び制御演算回路７３ａにデータが送られる。制御演算回路７３ａでは、ステップＳ１５及びステップＳ１６において、図１０（ｃ）の条件に示すように、更に光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃを短くする駆動に変更させ、その後、再びステップＳ１３において距離を算出する演算を行い、距離測定をする。図１０（ｃ）の条件では、繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃ（ｉｂ＋１）の半分が、光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏ（ｉｂ＋１）であり、電荷蓄積時間Ｔａであるため、繰り返し周期時間Ｔｃに同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃとは同期せず、変化させない。光パルス同期型ロックインピクセルでは、多くの場合、電荷蓄積時間Ｔａ＝光投影時間Ｔｏである。又、図１０（ｃ）は、この例において、動作させうる最短の繰り返し周期時間Ｔｃである。
【００８３】
図１０（ｃ）の条件では、駆動タイミング図から分かるように、距離演算ができ、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）の間の電荷移動経路を経由して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合と第３の電界制御電極対（３２ｃ，３２ｃ）の間の電荷移動経路を経由して第３電荷蓄積領域２３ｃに蓄積される信号電荷量の割合の違いが小さいため、距離精度が高くなる。このため、図３のステップＳ１４において、設定値判定回路７３２は、図１０（ｃ）の条件の駆動は適切と判断し、距離画像出力制御回路７３４が距離算出の演算結果を出力ユニット７４に出力する。このとき、付帯情報も同時に出力ユニット７４に出力してもよい。
【００８４】
図５（ａ）〜（ｃ）で説明したように、電荷蓄積時間Ｔａは、駆動電圧Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３のハイレベルの時間ではない。図１０（ａ）〜（ｃ）に示す、前の駆動電圧ＧＤがローレベルになった時刻から次の駆動電圧Ｇ１がローレベルになった時刻間の時間であり、前の駆動電圧Ｇ１がローレベルになった時刻から次の駆動電圧Ｇ２がローレベルになった時刻間の時間であり、或いは前の駆動電圧Ｇ２がローレベルになった時刻から次の駆動電圧Ｇ３がローレベルになった時刻間の時間である。このため、駆動電圧Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３のハイレベルとなる電荷転送時間Ｔonは、第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）及び第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ），第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）を信号電荷が通り過ぎるだけの時間以上あればよい。
【００８５】
このことから、第１の実施形態の変形例に係る測距装置の駆動調整方法においては、図１０（ａ）〜（ｃ）に示す様に、駆動電圧Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３のハイレベルとなる電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃに関わらず、同じ時間あればよい。第１の実施形態の変形例に係る測距装置の駆動調整方法によれば、従来駆動よりも精度が上げられ、特に距離センサ（測距素子）ならば距離精度が上げられる。
【００８６】
以上のように、第１の実施形態の変形例に係る測距装置によれば、それぞれの画素（光電変換素子）が従来のＭＯＳ構造を用いてゲート電極直下のポテンシャルを縦方向（垂直方向）に制御する場合に比し、横方向（電荷移動経路の方向に直交する）の静電誘導効果による電界制御を用いているので、電荷移動経路の長い距離にわたって電界がほぼ一定になるようにして、信号電荷が対称性を維持しながら高速に輸送される。このため、第１の実施形態の変形例に係る測距装置をＴＯＦ型距離センサ（測距素子）に応用すると、より正確な距離測定が可能となる。更に、電荷移動経路の対称性が優れている結果製造工程におけるマスク合わせのずれの影響も受けにくくなる。又、従来の埋込フォトダイオードを用いた距離画像センサに比しても、当然ながら、電荷移動経路のトポロジを対称性の高いＸ型にして、しかも、電荷移動経路の長さを長くとることができ、更に実質的な受光領域の面積が大きくなるので、高感度化が図れる。
【００８７】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る測距装置は、図１及び図２に示した第１の実施形態に係る測距装置の構成とほぼ同様である。しかし、第２の実施形態に係る測距装置の制御演算回路７３ａの動作の概略は、図１１に示すようなフローチャートに従った動作になるので、図３に示した第１の実施形態に係る測距装置の調整動作とは異なる。図１１のステップＳ２１において、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１が光投影時間Ｔｏを最大値に設定する。引き続き、ステップＳ２２において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを最大値に設定する。
【００８８】
更に、ステップＳ２３において、時間設定論理回路７３１が電荷転送時間Ｔonを最大値に設定する。設定された光投影時間Ｔｏ、繰り返し周期時間Ｔｃ及び電荷転送時間Ｔonを、時間設定値出力制御回路７３３が図１に示したインターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力する。制御演算回路７３ａの時間設定値出力制御回路７３３から駆動回路９４を通して与えられた制御信号に応じて、発光部９１から、パルス発光がなされる。パルス発光は、例えば、近赤外ＬＤ（レーザダイオード）や近赤外ＬＥＤが用いられる。対象物９２を反射したパルス光が、レンズ９３やＢＰＦ（バンドパスフィルタ）などを通して図１に示した画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に照射される。
【００８９】
図１１のステップＳ２４において、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の各画素Ｘijの動作は、駆動回路９４によって制御される。即ち、ステップＳ２４では、各画素Ｘijにおいて受光により生成された電子（光電子）が、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１から駆動回路９４を通して与えられた制御信号に応じて動作するように制御される。この結果、ステップＳ２４において、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）からの出力信号が、出力バッファ９７．９８を介して距離演算回路７１に送られる。ステップＳ２４では距離演算回路７１が、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の各画素Ｘijから出力された信号に応じて、距離を算出する演算を行い、距離測定をする。ステップＳ２４では、距離演算回路７１が更に距離算出の演算結果と付帯情報を制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１に送る。ここで、付帯情報とは、例えば、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂから得られた出力データや、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データである。
【００９０】
図１１のステップＳ２５において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２が、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果と付帯情報に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。ステップＳ２５において、設定値判定回路７３２がＮＧと判断した場合は、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１へデータを渡す。時間設定論理回路７３１は、図１１のステップＳ２６において、光投影時間Ｔｏを短縮する。引き続き、ステップＳ２７において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを短縮する。更にステップＳ２８において、時間設定論理回路７３１が電荷転送時間Ｔonを短縮する。
【００９１】
光投影時間Ｔｏ、繰り返し周期時間Ｔｃ及び電荷転送時間Ｔonが短縮され、駆動方法が変更された制御信号が、図１に示した駆動回路９４を介し、発光部９１及び画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に渡され、図１１のステップＳ２４において距離が測定される。以下ステップＳ２４、ステップＳ２５、ステップＳ２６、ステップＳ２７、ステップＳ２８を経てステップＳ２４に戻るループ処理が、ステップＳ２５で設定値判定回路７３２がＯＫと判断するまで、繰り返される。そして、設定値判定回路７３２がＯＫと判断すれば、ステップＳ２９において制御演算回路７３ａの距離画像出力制御回路７３４が出力ユニット７４へデータを渡し、出力ユニット７４から出力信号が出力される。
【００９２】
図１２は、図１１に示したフローチャートの流れとなるプログラムの命令に従って、第２の実施形態に係る測距装置の駆動方法が変化する駆動タイミング図を例示した図である。まず、図１１に示したフローチャートのステップＳ２１において図２の制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１が光投影時間Ｔｏを最大値に設定する。引き続き、ステップＳ２２において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを最大値に設定する。設定された光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃを、時間設定値出力制御回路７３３が図１に示したインターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力し、発光部９１からパルス発光させて、第２の実施形態に係る測距装置を駆動させる。
【００９３】
図１２に示した第２の実施形態に係る測距装置の調整時の動作を説明する駆動タイミング図は、図１に示した対象物９２までの距離が近い場合であるため、受信光の遅延時間Ｔｄが非常に小さい。図１１のステップＳ２４において、第２の実施形態に係る測距装置の駆動により、振分ゲート構造である第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルを通る信号電荷の違いにより、距離演算回路７１が式（１）を用いて距離を算出する演算を実行する。距離演算回路７１の距離算出の演算結果は付帯情報と共に一旦、データ記憶装置７２に格納される。ここで、付帯情報とは、例えば、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂから得られた出力データや、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データである。
【００９４】
図１１のステップＳ２５において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２から距離演算回路７１の距離算出の演算結果、付帯情報をしきい値とともに読み出す。設定値判定回路７３２は、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果と付帯情報に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。図１２（ａ）の条件では、駆動タイミング図より分かるように、距離演算はできるが、第１転送ゲート電極１６ａを通して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合よりも第２転送ゲート電極１６ｂを通して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合が非常に小さく、距離精度が低くなる。
【００９５】
この信号電荷量の割合でしきい値を決定し、データ記憶装置７２に格納しておけば、ステップＳ２５において、図１２（ａ）の条件の駆動は、適切な駆動条件ではないと判定される。或いは、例えば、演算された距離に対して、各々の駆動条件で、しきい値が決められている場合は、それらをデータ記憶装置７２に格納しておけば、設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２からそれらのしきい値を読み出して、光投影時間Ｔｏ、繰り返し周期時間Ｔｃ及び電荷転送時間Ｔonが適切であるかを判断してもよい。
【００９６】
ステップＳ２５において、設定値判定回路７３２が、図１２（ａ）の条件ではＮＧ、即ち、図１１に示したフローチャートで諾(Yes)と判定されると、データは出力ユニット７４に出力されない。図１１に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、図１１のステップＳ２６において、光投影時間Ｔｏを短縮する。引き続き、ステップＳ２７において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃmaxを短縮し、電荷転送時間Ｔon＝Ｔonmaxを短縮する。光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏmax及び繰り返し周期時間Ｔｃ及び電荷転送時間Ｔonが短縮され、駆動方法が変更された制御信号が、図１に示した駆動回路９４を介し、発光部９１及び画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に渡され、図１１のステップＳ２４において、図１２（ｂ）の条件で再び距離が測定される。
【００９７】
図１２（ｂ）の条件、繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃ（ｋ）の半分が、光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏ（ｋ）であり、電荷蓄積時間Ｔａであるため、繰り返し周期時間Ｔｃに同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃとは同期せず、別の変化をさせる。第２の実施形態に係る測距装置では、繰り返し周期時間Ｔｃは、例えば図１２（ａ）から図１２（ｂ）の条件へと、１／２の割合で小さくさせているが、電荷転送時間Ｔonは、図１２（ａ）から図１２（ｂ）の条件へ７０％程度の割合で小さくさせている。図１２（ｂ）の条件でも、距離演算はできるが、第１転送ゲート電極１６ａの直下を通過して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合よりも第２転送ゲート電極１６ｂの直下を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合が依然として小さく、距離精度が低くなる。このため、図１１のステップＳ２５では設定値判定回路７３２が、図１２（ｂ）の条件での駆動も、適切な駆動条件ではないと判定する。図１２（ｂ）の条件ではＮＧ、即ち、図１１に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、出力ユニット７４にデータは出力されない。
【００９８】
ステップＳ２５において、設定値判定回路７３２が、図１２（ｂ）の条件ではＮＧと判定された場合は、再び制御演算回路７３ａにデータが送られる。制御演算回路７３ａでは、ステップＳ２６及びステップＳ２７、ステップＳ２８において、図１２（ｃ）の条件に示すように、更に光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏ（ｋ）及び繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃ（ｋ）、電荷転送時間Ｔon（ｋ）を短くする駆動に変更させ、その後、再びステップＳ２４において距離を算出する演算を行い、距離測定をする。図１２（ｃ）の条件では、繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃ（ｋ＋１）の半分が、光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏ（ｋ＋１）であり、電荷蓄積時間Ｔａであるため、繰り返し周期時間Ｔｃに同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃとは同期せず、別の変化をさせる。
【００９９】
第２の実施形態に係る測距装置では、繰り返し周期時間Ｔｃは、例えば図１２（ｂ）条件から図１２（ｃ）の条件へと、１／２の割合で小さくさせているが、電荷転送時間Ｔonは、図１２（ａ）から図１２（ｃ）の条件で１／２の割合としており、図１２（ｂ）から図１２（ｃ）の条件へは、７０％程度の割合で小さくさせている。そして、最小の繰り返し周期時間となる図１２（ｃ）の条件のとき、電荷転送時間Ｔonも、その素子で動作させうる最小の電荷転送時間Ｔonに設定している。
【０１００】
図１２（ｃ）の条件の条件では、駆動タイミング図から分かるように、距離演算ができ、第１転送ゲート電極１６ａの直下を通過して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合と、第２転送ゲート電極１６ｂの直下を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合の違いが小さいため、距離精度が高くなる。このため、図１１のステップＳ２５において、設定値判定回路７３２は、図１２（ｃ）の条件の駆動は適切と判断し、距離画像出力制御回路７３４が距離算出の演算結果を出力ユニット７４に出力する。このとき、付帯情報も同時に出力ユニット７４に出力してもよい。
【０１０１】
以上のとおり、本発明の第２の実施形態に係る測距装置によれば、図１１に示すフローチャートの手順に従い、振分ゲート構造である第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂのオン／オフ期間の内、オン時間Ｔonを意図的に短くできる。本発明の第２の実施形態に係る測距装置によれば、電荷振り分けを実行する第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂでの、早い電圧スイッチング（オン／オフ切り替え）が緩和されるため、駆動回路９４の動作マージンが広くなり、３Ｄ撮像装置の設計及び製造が容易になる。本発明の第２の実施形態に係る測距装置によれば、例えば、３Ｄ撮像装置を構成している画素のグローバル配線を細くし、各画素の開口率を上げることができる。更に、例えば、駆動回路９４のトランジスタの構造を微細にすることでチップ面積の縮小を図ることができる。
【０１０２】
（第２の実施形態の変形例）
本発明の第２の実施形態の変形例に係る測距装置の各画素は、図示を省略しているが、図９の平面図に示したのと同様に、受光領域を囲むように受光領域の中心位置に関して対称となる４つの位置のそれぞれに互いに離間して設けられた、Ｘ字の対角線方向に伸びる電荷移動経路の両側に対をなして配置された第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）、第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）及び第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）を備える。
【０１０３】
第２の実施形態の変形例に係る測距装置の画素は、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の電界制御電極対（３１ａ，３１ｂ）、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）、第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）及び第４の電界制御電極対（３４ａ，３４ｂ）に対し第１転送信号Ｇ１、第２転送信号Ｇ２、第３転送信号Ｇ３及び排出信号ＧＤを電界制御パルスとして、周期的に印加し、表面埋込領域２２の空乏化電位を交互に変化させることにより、電荷移動経路のいずれかに、電荷を輸送する方向に向かう電位勾配を交互に形成して、表面埋込領域２２中で発生した信号電荷の移動先を第１の電荷蓄積領域２３ａ、第２の電荷蓄積領域２３ｂ、第３の電荷蓄積領域２３ｃ及び第４の電荷蓄積領域２３ｄのいずれかに順次設定するように制御する。
【０１０４】
図１３（ａ）〜（ｃ）に示した駆動タイミング図は、図１に示した対象物９２までの距離が近い場合であるため、受信光の遅延時間Ｔｄが非常に小さい。図１１のステップＳ２１において、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１が光投影時間Ｔｏを最大値に設定する。引き続き、ステップＳ２２において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを最大値に設定する。更に、ステップＳ２３において、時間設定論理回路７３１が電荷転送時間Ｔonを最大値に設定する。設定された光投影時間Ｔｏ、繰り返し周期時間Ｔｃ及び電荷転送時間Ｔonを、時間設定値出力制御回路７３３が図１に示したインターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力する。制御演算回路７３ａの時間設定値出力制御回路７３３から駆動回路９４を通して与えられた制御信号に応じて、発光部９１から、パルス発光がなされる。
【０１０５】
図１１のステップＳ２４において、画素アレイ部の各画素Ｘijの動作は、駆動回路９４によって制御される。即ち、ステップＳ２４では、各画素Ｘijにおいて受光により生成された電子（光電子）が、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１から駆動回路９４を通して与えられた制御信号に応じて動作するように制御される。この結果、ステップＳ２４において、画素アレイ部からの出力信号が、出力バッファ９７．９８を介して距離演算回路７１に送られる。ステップＳ２４では距離演算回路７１が、画素アレイ部の各画素Ｘijから出力された信号に応じて、距離を算出する演算を行い、距離測定をする。ステップＳ２４では、距離演算回路７１が更に距離算出の演算結果と付帯情報を制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１に送る。ここで、付帯情報とは、例えば、各画素Ｘijの第１の電荷蓄積領域２３ａ、第２の電荷蓄積領域２３ｂ、第３の電荷蓄積領域２３ｃ及び第４の電荷蓄積領域２３ｄから得られた出力データや、各画素Ｘijの第１の電荷蓄積領域２３ａ、第２の電荷蓄積領域２３ｂ、第３の電荷蓄積領域２３ｃ及び第４の電荷蓄積領域２３ｄの出力値の差分データである。
【０１０６】
図１１のステップＳ２５において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２から距離演算回路７１の距離算出の演算結果、付帯情報をしきい値とともに読み出す。設定値判定回路７３２は、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果と付帯情報に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。図１３（ａ）の条件では、駆動タイミング図より分かるように、距離演算はできるが、振分ゲート構造である第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）の間の電荷移動経路を経由して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合よりも第３の電界制御電極対（３２ｃ，３２ｃ）の間の電荷移動経路を経由して第３電荷蓄積領域２３ｃに蓄積される信号電荷量の割合が非常に小さく、距離精度が低くなる。この信号電荷量の割合でしきい値を決定し、データ記憶装置７２に格納しておけば、ステップＳ２４において、図１３（ａ）の条件の駆動は、適切な駆動条件ではないと判定される。或いは、例えば、演算された距離に対して、各々の駆動条件で、しきい値が決められている場合は、それらをデータ記憶装置７２に格納しておけば、設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２からそれらのしきい値を読み出して、光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃが適切であるかを判断してもよい。
【０１０７】
ステップＳ２５において、設定値判定回路７３２が、図１３（ａ）の条件ではＮＧ、即ち、図１１に示したフローチャートで諾(Yes)と判定されると、データは出力ユニット７４に出力されない。図１１に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、図１１のステップＳ２６において、光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏmaxを短縮する。引き続き、ステップＳ２７において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃmaxを短縮し、ステップＳ２８において、時間設定論理回路７３１が電荷転送時間Ｔon＝Ｔonmaxを短縮する。第２の実施形態の変形例に係る測距装置では、繰り返し周期時間Ｔｃは、例えば図１３（ｂ）条件から図１３（ｃ）の条件へと、１／２の割合で小さくさせている。光投影時間Ｔｏ、繰り返し周期時間Ｔｃ及び電荷転送時間Ｔonが短縮され、駆動方法が変更された制御信号が、図１に示した駆動回路９４を介し、発光部９１及び画素アレイ部に渡され、図１１のステップＳ２３において、図１３（ｂ）の条件で再び距離が測定される。図１３（ｂ）は、繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃ（ｋｂ）が図１３（ｃ）のＴｃ（ｋｂ＋１）２倍のときの駆動タイミング図である。繰り返し周期時間Ｔｃが２倍、４倍は例示に過ぎない。繰り返し周期時間Ｔｃは任意に変化させて駆動タイミング図が説明できるという意味での例示的倍数である。
【０１０８】
図１３（ｂ）の条件の条件でも、距離演算はできるが、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）の間の電荷移動経路を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合よりも第３の電界制御電極対（３３ａ，３３ｂ）の間の電荷移動経路を通過して第３電荷蓄積領域２３ｃに蓄積される信号電荷量の割合が依然として小さく、距離精度が低くなる。このため、図１１のステップＳ２４では設定値判定回路７３２が、図１３（ｂ）の条件での駆動も、適切な駆動条件ではないと判定する。図１３（ｂ）の条件ではＮＧ、即ち、図１１に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、出力ユニット７４にデータは出力されない。
【０１０９】
ステップＳ２４において、設定値判定回路７３２が、図１３（ｂ）の条件ではＮＧと判定された場合は、再び制御演算回路７３ａにデータが送られる。制御演算回路７３ａでは、ステップＳ２５及びステップＳ２６において、図１３（ｃ）の条件に示すように、更に光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏ（ｋｂ）及び繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃ（ｋｂ）を短くする駆動に変更させる。更に、ステップＳ２８において、時間設定論理回路７３１が電荷転送時間Ｔon＝Ｔon（ｋｂ）を短縮する。電荷転送時間Ｔonは、図１３（ａ）から図１３（ｃ）の条件で１／２の割合としており、図１３（ｂ）から図１３（ｃ）の条件へは、７０％程度の割合で小さくさせている。そして、最小の繰り返し周期時間となる図１３（ｃ）の条件のとき、電荷転送時間Ｔon＝Ｔon（ｋｂ＋１）も、その素子で動作させうる最小の電荷転送時間Ｔon＝Ｔonminに設定している。
【０１１０】
その後、再びステップＳ２４において距離を算出する演算を行い、距離測定をする。図１３（ｃ）の条件の条件では、駆動タイミング図から分かるように、距離演算ができ、第２の電界制御電極対（３２ａ，３２ｂ）の間の電荷移動経路を経由して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合と、第３の電界制御電極対（３２ｃ，３２ｃ）の間の電荷移動経路を経由して第３電荷蓄積領域２３ｃに蓄積される信号電荷量の割合の違いが小さいため、距離精度が高くなる。このため、図１１のステップＳ２４において、設定値判定回路７３２は、図１３（ｃ）の条件の駆動は適切と判断し、距離画像出力制御回路７３４が距離算出の演算結果を出力ユニット７４に出力する。このとき、付帯情報も同時に出力ユニット７４に出力してもよい。
【０１１１】
以上のように、第２の実施形態の変形例に係る測距装置によれば、それぞれの画素（光電変換素子）が従来のＭＯＳ構造を用いてゲート電極直下のポテンシャルを縦方向（垂直方向）に制御する場合に比し、横方向（電荷移動経路の方向に直交する）の静電誘導効果による電界制御を用いているので、電荷移動経路の長い距離にわたって電界がほぼ一定になるようにして、信号電荷が対称性を維持しながら高速に輸送される。このため、第２の実施形態の変形例に係る測距装置をＴＯＦ型距離センサ（測距素子）に応用すると、より正確な距離測定が可能となる。更に、電荷移動経路の対称性が優れている結果製造工程におけるマスク合わせのずれの影響も受けにくくなる。又、従来の埋込フォトダイオードを用いた距離画像センサに比しても、当然ながら、電荷移動経路のトポロジを対称性の高いＸ型にして、しかも、電荷移動経路の長さを長くとることができ、更に実質的な受光領域の面積が大きくなるので、高感度化が図れる。
【０１１２】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る測距装置は、図１及び図２に示した本発明の第１の実施形態に係る測距装置の構成とほぼ同様である。しかし、第３の実施形態に係る測距装置の制御演算回路７３ａの動作の概略は、図１１に示すようなフローチャートに従った動作になるので、図３に示した第１の実施形態に係る測距装置の調整動作とは異なる。図１１のステップＳ２１において、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１が光投影時間Ｔｏを最大値に設定する。引き続き、ステップＳ２２において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを最大値に設定する。
【０１１３】
更に、ステップＳ２３において電荷転送時間Ｔonを最大値に設定する。設定された光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏmax、繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃmax、電荷蓄積時間Ｔａ、及び電荷転送時間Ｔonを、時間設定値出力制御回路７３３が図１に示したインターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力する。制御演算回路７３ａの時間設定値出力制御回路７３３から駆動回路９４を通して与えられた制御信号に応じて、発光部９１から、パルス発光がなされる。パルス発光は、例えば、近赤外ＬＤ（レーザダイオード）や近赤外ＬＥＤが用いられる。対象物９２を反射したパルス光が、レンズ９３やＢＰＦ（バンドパスフィルタ）などを通して図１に示した画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に照射される。
【０１１４】
図１１のステップＳ２４において、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の各画素Ｘijの動作は、駆動回路９４によって制御される。即ち、ステップＳ２４では、各画素Ｘijにおいて受光により生成された電子（光電子）が、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１から駆動回路９４を通して与えられた制御信号に応じて動作するように制御される。この結果、ステップＳ２４において、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）からの出力信号が出力バッファ９７．９８を介して距離演算回路７１に送られる。ステップＳ３５では距離演算回路７１が、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の各画素Ｘijから出力された信号に応じて、距離を算出する演算を行い、距離測定をする。ステップＳ２４では、距離演算回路７１が更に距離算出の演算結果と付帯情報を制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１に送る。ここで、付帯情報とは、例えば、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂから得られた出力データや、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データである。
【０１１５】
図１１のステップＳ２５において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２が、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果と付帯情報に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。ステップＳ２５において、設定値判定回路７３２がＮＧと判断した場合は、制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１へデータを渡す。時間設定論理回路７３１は、図１１のステップＳ２６において、光投影時間Ｔｏを短縮する。引き続き、ステップＳ２７において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを短縮する。
【０１１６】
更にステップＳ２８において、時間設定論理回路７３１が電荷転送時間Ｔonを短縮する。光投影時間Ｔｏ、繰り返し周期時間Ｔｃ、電荷蓄積時間Ｔａ、及び電荷転送時間Ｔonが短縮され、駆動方法が変更された制御信号が、図１に示した駆動回路９４を介し、発光部９１及び画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に渡され、図１１のステップＳ２４において距離が測定される。以下ステップＳ２４、ステップＳ２５、ステップＳ２６、ステップＳ２７、ステップＳ２８を経てステップＳ２４に戻るループ処理が、ステップＳ２５で設定値判定回路７３２がＯＫと判断するまで、繰り返される。そして、設定値判定回路７３２がＯＫと判断すれば、ステップＳ２９において制御演算回路７３ａの距離画像出力制御回路７３４が出力ユニット７４へデータを渡し、出力ユニット７４から出力信号が出力される。
【０１１７】
図１４は、図１１に示したフローチャートの流れとなるプログラムの命令に従って、第３の実施形態に係る測距装置の駆動方法が変化する駆動タイミング図を例示した図である。まず、図１１に示したフローチャートのステップＳ２１において図２の制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１が光投影時間Ｔｏを最大値に設定する。引き続き、ステップＳ２２において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを最大値に設定する。設定された光投影時間Ｔｏ、電荷蓄積時間Ｔａ及び繰り返し周期時間Ｔｃを、時間設定値出力制御回路７３３が図１に示したインターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力し、発光部９１からパルス発光させて、第３の実施形態に係る測距装置を駆動させる。
【０１１８】
図１４に示した第３の実施形態に係る測距装置の調整時の動作を説明する駆動タイミング図は、図１に示した対象物９２までの距離が近い場合であるため、受信光の遅延時間Ｔｄが非常に小さい。図１１のステップＳ２４において、第３の実施形態に係る測距装置の駆動により、振分ゲート構造である第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルを通る信号電荷の違いにより、距離演算回路７１が式（１）を用いて距離を算出する演算を実行する。距離演算回路７１の距離算出の演算結果は付帯情報と共に一旦、データ記憶装置７２に格納される。ここで、付帯情報とは、例えば、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂから得られた出力データや、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データである。
【０１１９】
図１１のステップＳ２５において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２から距離演算回路７１の距離算出の演算結果、付帯情報をしきい値とともに読み出す。設定値判定回路７３２は、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果と付帯情報に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。図１４（ａ）の条件では、駆動タイミング図より分かるように、距離演算はできるが、第１転送ゲート電極１６ａを通して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合よりも第２転送ゲート電極１６ｂを通して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合が非常に小さく、距離精度が低くなる。
【０１２０】
この信号電荷量の割合でしきい値を決定し、データ記憶装置７２に格納しておけば、ステップＳ２５において、図１４（ａ）の条件の駆動は、適切な駆動条件ではないと判定される。或いは、例えば、演算された距離に対して、各々の駆動条件で、しきい値が決められている場合は、それらをデータ記憶装置７２に格納しておけば、設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２からそれらのしきい値を読み出して、光投影時間Ｔｏ、繰り返し周期時間Ｔｃ、電荷蓄積時間Ｔａ、及び電荷転送時間Ｔonが適切であるかを判断してもよい。
【０１２１】
ステップＳ２５において、設定値判定回路７３２が、図１４（ａ）の条件ではＮＧ、即ち、図１１に示したフローチャートで諾(Yes)と判定されると、データは出力ユニット７４に出力されない。図１１に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、図１１のステップＳ２６において、光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏmaxを短縮する。引き続き、ステップＳ２７において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃmaxを短縮する。光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃ、電荷蓄積時間Ｔａ、及び電荷転送時間Ｔonが短縮され、駆動方法が変更された制御信号が、図１に示した駆動回路９４を介し、発光部９１及び画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に渡され、図１１のステップＳ２５において、図１４（ｂ）の条件で再び距離が測定される。
【０１２２】
図１４（ｂ）の条件、繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃ（ｎ）の半分が、光投影時間Ｔｏ＝Ｔｏ（ｎ）であり、電荷蓄積時間Ｔａ＝Ｔａ（ｎ）であるため、繰り返し周期時間Ｔｃに同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃとは同期せず、別の変化をさせる。第３の実施形態に係る測距装置では、繰り返し周期時間Ｔｃは、例えば図１４（ａ）から図１４（ｂ）の条件へと、１／２の割合で小さくさせているが、電荷転送時間Ｔonは、図１４（ａ）から図１４（ｂ）の条件へＴoff時間が変化しないように増加させている。
【０１２３】
図１４（ｂ）の条件でも、距離演算はできるが、第１転送ゲート電極１６ａの直下を通過して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合よりも第２転送ゲート電極１６ｂの直下を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合が依然として小さく、距離精度が低くなる。このため、図１４のステップＳ３６では設定値判定回路７３２が、図１４（ｂ）の条件での駆動も、適切な駆動条件ではないと判定する。図１４（ｂ）の条件ではＮＧ、即ち、図１４に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、出力ユニット７４にデータは出力されない。
【０１２４】
ステップＳ２５において、設定値判定回路７３２が、図１４（ｂ）の条件ではＮＧと判定された場合は、再び制御演算回路７３ａにデータが送られる。制御演算回路７３ａでは、ステップＳ２６及びステップＳ２７において、図１４（ｃ）の条件に示すように、更に光投影時間Ｔｏ、電荷蓄積時間Ｔａ及び繰り返し周期時間Ｔｃを短くする駆動に変更させ、その後、再びステップＳ２４において距離を算出する演算を行い、距離測定をする。図１４（ｃ）の条件では、繰り返し周期時間Ｔｃ＝Ｔｃ（ｎ＋１）の半分が、光投影時間Ｔｏであり、電荷蓄積時間Ｔａ＝Ｔａ（ｎ＋１）であるため、繰り返し周期時間Ｔｃに同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃとは同期せず、別の変化をさせる。
【０１２５】
第３の実施形態に係る測距装置では、繰り返し周期時間Ｔｃは、例えば図１４（ｂ）条件から図１４（ｃ）の条件へと、１／２の割合で小さくさせているが、電荷転送時間Ｔonは、Ｔoff時間が変化しないように増加させている。そして、最小の繰り返し周期時間となる図１４（ｃ）の条件のとき、電荷転送時間Ｔonも、その素子で動作させうる最小の電荷転送時間Ｔonに設定している。
【０１２６】
図１４（ｃ）の条件の条件では、駆動タイミング図から分かるように、距離演算ができ、第１転送ゲート電極１６ａの直下を通過して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合と、第２転送ゲート電極１６ｂの直下を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合の違いが小さいため、距離精度が高くなる。このため、図１４のステップＳ３６において、設定値判定回路７３２は、図１４（ｃ）の条件の駆動は適切と判断し、距離画像出力制御回路７３４が距離算出の演算結果を出力ユニット７４に出力する。このとき、付帯情報も同時に出力ユニット７４に出力してもよい。
【０１２７】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る検査調整装置は、測距装置の主要部をなす３Ｄ撮像装置の出荷前検査や、出荷後のキャリブレーション時の調整を実施し、製造工程のバラツキ等に依拠した３Ｄ撮像装置の駆動条件を改善し、３Ｄ撮像装置の特性の調整、その設定を行うものである。図１５に示すように、３Ｄ撮像装置は、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）と周辺回路部（９４〜９６，９９，ＮＣ１〜ＮＣｍ）とを同一の半導体チップ６の上に集積化した構造である。
【０１２８】
検査又は調整の対象となる３Ｄ撮像装置の画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に図１５に示すように、２次元マトリクス状に多数の画素Ｘij（ｉ＝１〜ｍ；ｊ＝１〜ｎ：ｍ，ｎはそれぞれ２以上の正の整数である。）が配列されており、方形状の撮像領域を構成している点は、図１に示した構造と概略として同様である。そして、この画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の上辺部には駆動回路９４が、下辺部には水平シフトレジスタ９６が、それぞれ画素行Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm方向に沿って設けられ、画素アレイ部の右辺部には画素列Ｘ11〜Ｘn1；Ｘ12〜Ｘn2；……；Ｘ1j〜Ｘnj；……；Ｘ1m〜Ｘnm方向に沿って垂直シフトレジスタ及び垂直走査回路９５が設けられている。駆動回路９４には各画素Ｘijが距離測定を行うに必要な光を発光部９１が接続されている。検査又は調整の対象となる半導体チップ６の上の駆動回路９４には、検査調整装置７から送信された調整データを保存する調整データ記憶装置９９が接続されている。
【０１２９】
半導体チップ６の上に集積化された調整データ記憶装置９９にはインターフェイス７５を介して、検査調整装置７の制御演算回路７３ｂから駆動回路９４を制御する制御信号が伝達される。制御演算回路７３ｂには制御演算回路７３ｂの動作を命令するプログラムを記憶したプログラム記憶装置７６と、制御演算回路７３ｂにおける論理演算に必要なデータやしきい値等を記憶するデータ記憶装置７２が接続される。データ記憶装置７２には、バス７３６を介して出力差演算回路７３８が接続されている。出力差演算回路７３８は、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）からの出力信号が、出力バッファ９７，９８を介して入力されるように制御する。振分ゲート構造である第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との出力差の演算に必要な演算処理を実施する出力差演算回路７３８がバス７３６を介して接続されている。尚、図１５において、画素Ｘnjに内部構造をブロック図として模式的に例示したように、それぞれの画素Ｘijは、光電変換素子と信号電荷転送部を備える光電変換転送部８１及びソースフォロア型の読出増幅回路８２等を含む。
【０１３０】
駆動回路９４、水平シフトレジスタ９６、垂直シフトレジスタ及び垂直走査回路９５によって画素アレイ部内の画素Ｘijが順次走査され、画素信号の読み出しや電子シャッタ動作が実行される点では通常の３Ｄ撮像装置と同様である。即ち、本発明の第４の実施形態に係る検査調整装置の検査又は調整の対称となる３Ｄ撮像装置では、画素アレイ部を各画素行Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm単位で垂直方向に走査することにより、各画素行Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnmの画素信号を各画素列Ｘ11〜Ｘn1；Ｘ12〜Ｘn2；……；Ｘ1j〜Ｘnj；……；Ｘ1m〜Ｘnm毎に設けられた垂直出力信号線によって画素信号を読み出す構成となっている。
【０１３１】
尚、図１５に示した検査調整装置７を構成する出力差演算回路７３８、インターフェイス７５及び７７、制御演算回路７３ｂ、プログラム記憶装置７６及びデータ記憶装置７２は、同一半導体チップにモノリシックに集積された構造であっても、複数のチップに分割して集積化であっても構わない。更に、異なる基板に搭載されるハイブリッド集積回路やモジュール等の構成でも構わない。モノリシックに集積化するか、ハイブリッドな構成にするかは設計仕様による、単なる設計的事項であるが、装置の小型化にはモノリシックな集積化構造が好ましい。
【０１３２】
例えば、後述するカメラに、第４の実施形態で検査又は調整の対象として説明する３Ｄ撮像装置４５ａを搭載する場合において、図１５に示した制御演算回路７３ｂを、図３１に示した３Ｄ撮像装置４５ａを搭載するチップ搭載基板（パッケージ基板）４６に組み込んで、カメラの操作の一部として調整できるようにしても構わない。カメラの操作の一部として３Ｄ撮像装置４５ａの特性を調整できるようにするためには、図１５に示した制御演算回路７３ｂを、図３１に示したタイミングジェネレータ（ＴＧ）５１、駆動部５２、制御部５３のいずれかの一部として組み込んでも構わない。カメラに適用した場合、図１５に示した発光部９１の機能を、図３１に示したストロボ装置６２に持たせて、ストロボ装置６２から測距用の発光を行わせることにより、３Ｄ撮像装置４５ａの特性を調整するようにしてもよい。
【０１３３】
第４の実施形態に係る検査調整装置による測距装置の主要部をなす３Ｄ撮像装置の出荷前検査や、出荷後のキャリブレーション時の調整に際しては、検査調整装置７をインターフェイス７５及び７７を介して半導体チップ６に接続する。半導体チップ６上に集積化された各画素Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnmのそれぞれのフォトダイオードからの信号電荷転送させるための転送信号ＴＸ１、ＴＸ２は、検査調整装置７からの駆動信号によって、駆動回路９４から全画素Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnmに同時に与えられる。駆動回路９４からの駆動信号は、高い周波数の信号であるので、その期間には、スイッチングノイズが発生する。したがって画素部からの信号読み出しは、ノイズ処理回路ＮＣ１〜ＮＣｍによる処理が終了した後に読み出し期間を設けて行う。
【０１３４】
制御演算回路７３ｂは図１６に論理的なブロック図を示すように、時間設定論理回路７３１、出力差判定回路７３７、時間設定値出力制御回路７３３、出力差演算回路７３８及びシーケンス制御回路７３５をハードウェア資源として備える。時間設定論理回路７３１は、繰り返し周期時間Ｔｃ、光投影時間Ｔｏ、電荷蓄積時間Ｔａ、及び電荷転送時間Ｔon等の値を設定し、或いは、出力差判定回路７３７の出力信号に応じて、時間設定論理回路７３１は、繰り返し周期時間Ｔｃ、光投影時間Ｔｏ、電荷蓄積時間Ｔａ、及び電荷転送時間Ｔon等の値を適宜変更する論理回路である。
【０１３５】
出力差判定回路７３７は、第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との出力差演算回路７３８が算出した出力差がデータ記憶装置７２に予め格納されたしきい値を上回るか否かを判定し、判定結果を時間設定論理回路７３１に出力する論理回路である。時間設定値出力制御回路７３３は、時間設定論理回路７３１が設定若しくは変更した繰り返し周期時間Ｔｃ、光投影時間Ｔｏ、電荷蓄積時間Ｔａ及び電荷転送時間Ｔon等が、インターフェイス７５を介して調整データ記憶装置９９に制御信号として出力されるようにする論理回路である。
【０１３６】
図１６に示したシーケンス制御回路７３５は時間設定論理回路７３１、出力差判定回路７３７、時間設定値出力制御回路７３３、出力差演算回路７３８、インターフェイス７５、プログラム記憶装置７６及びデータ記憶装置７２のそれぞれの動作をクロック信号に依拠して順次シーケンス制御する論理回路である。時間設定論理回路７３１、出力差判定回路７３７、時間設定値出力制御回路７３３、出力差演算回路７３８及びシーケンス制御回路７３５のそれぞれはバス７３６ｂを介して情報の送受信が可能である。図１５に示す検査調整装置７を構成するコンピュータシステムにおいて、データ記憶装置７２は、複数のレジスタ、複数のキャッシュメモリ、主記憶装置、補助記憶装置を含む一群の内から適宜選択された任意の組み合わせとすることも可能である。図示を省略しているが、データ記憶装置７２に複数のレジスタが含まれる場合等においては、バス７３６ｂはインターフェイス７５、プログラム記憶装置７６及びデータ記憶装置７２等にまで延長されていても構わない。
【０１３７】
図１６に示した制御演算回路７３ｂは、マイクロチップとして実装されたＭＰＵ等を使用してコンピュータシステムを構成することが可能である。又、コンピュータシステムを構成する制御演算回路７３ｂとして、算術演算機能を強化し信号処理に特化したＤＳＰや、メモリや周辺回路を搭載し組込み機器制御を目的としたマイクロコントローラ（マイコン）等を用いてもよい。或いは、現在の汎用コンピュータのメインＣＰＵを制御演算回路７３ｂに用いてもよい。更に、制御演算回路７３ｂの一部の構成又はすべての構成をＦＰＧＡのようなＰＬＤで構成してもよい。
【０１３８】
ＰＬＤによって、制御演算回路７３ｂの一部又はすべてを構成した場合は、データ記憶装置７２は、ＰＬＤを構成する論理ブロックの一部に含まれるメモリブロック等のメモリ要素として構成することができる。更に、制御演算回路７３ｂは、ＣＰＵコア風のアレイとＰＬＤ風のプログラム可能なコアを同じチップに搭載した構造でもよい。このＣＰＵコア風のアレイは、予めＰＬＤ内部に搭載されたハードマクロＣＰＵと、ＰＬＤの論理ブロックを用いて構成したソフトマクロＣＰＵを含む。つまりＰＬＤの内部においてソフトウェア処理とハードウェア処理を混在させた構成でもよい。
【０１３９】
第４の実施形態に係る検査調整装置の動作の概略は、図１９に示すようなフローチャートの流れの手順で説明できる。図１９のステップＳ５１において、検査調整装置７を構成している制御演算回路７３ｂの時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを所定の検査調整値に設定し、ステップＳ５２において電荷蓄積時間Ｔａを所定の検査調整値に設定する。更にステップＳ５３において、第１転送ゲート電極１６ａの電荷転送時間Ｔon1及び第２転送ゲート電極１６ｂの電荷転送時間Ｔon2を同じに設定する。設定された電荷蓄積時間Ｔａ、繰り返し周期時間Ｔｃ及び電荷転送時間Ｔon1＝Ｔon2＝Ｔonを、時間設定値出力制御回路７３３が図１５に示したインターフェイス７５及び調整データ記憶装置９９を介して駆動回路９４に制御信号として出力する。
【０１４０】
制御演算回路７３ｂの時間設定値出力制御回路７３３から駆動回路９４を通して与えられた制御信号に応じて、発光部９１から、図２０の上段に示したような一定光（連続光）が投影される。対象物９２を反射した一定光が、レンズ９３やＢＰＦ（バンドパスフィルタ）などを通して図１５に示した被検査対象の画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に照射される。尚、発光部９１からの投影光はパルス光でもよいが、以下の説明では、一定光として説明する。又、発光部９１から発光させず、輝度箱等の均一光を画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）が受光してもよい。  
【０１４１】
図１９のステップＳ５４において、被検査対象の画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の各画素Ｘijの動作は、駆動回路９４によって制御される。即ち、ステップＳ５４では、各画素Ｘijにおいて受光により生成された電子（光電子）が、制御演算回路７３ｂの時間設定論理回路７３１から駆動回路９４を通して与えられた制御信号に応じて動作するように制御される。この結果、ステップＳ５４において、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）からの出力信号が出力バッファ９７．９８を介して出力差演算回路７３８に送られる。ステップＳ５４では出力差演算回路７３８が、画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の各画素Ｘijから出力された信号に応じて、第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との出力差を求める演算を行う。ステップＳ５４では、出力差演算回路７３８が、第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との差分を求める演算結果を制御演算回路７３ｂの時間設定論理回路７３１に送る。
【０１４２】
図１９のステップＳ５５において、制御演算回路７３ｂの出力差判定回路７３７が、出力差演算回路７３８から送信された出力差の演算結果に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。ステップＳ５５において、出力差判定回路７３７がＮＧと判断した場合は、制御演算回路７３ｂの時間設定論理回路７３１へデータを渡す。時間設定論理回路７３１は、図１９のステップＳ５６において、時間設定論理回路７３１が第１転送ゲート電極１６ａの電荷転送時間Ｔon1のみを初期設定の電荷転送時間Ｔonよりも長くなるように設定する。変更された電荷転送時間Ｔon1＞Ｔon2＝Ｔonを用いて駆動方法が変更された制御信号が、調整データ記憶装置９９を介して駆動回路９４に送信される。
【０１４３】
変更された制御信号によって、図１９のステップＳ５４において画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）の第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との出力差が測定される。以下ステップＳ５４、ステップＳ５５、ステップＳ５６を経てステップＳ５４に戻るループ処理が、ステップＳ５５で出力差判定回路７３７がＯＫと判断するまで、繰り返される。そして、出力差判定回路７３７がＯＫと判断すれば図１９に示したフローチャートの処理が終了する。こうして検査／調整対象としての測距装置の主要部をなす３Ｄ撮像装置の出荷前検査や、出荷後のキャリブレーション時の調整が実現できる。変更された駆動回路９４の制御信号は調整データ記憶装置９９に格納される。
【０１４４】
第４の実施形態に係る検査調整装置の検査／調整対象となる測距装置の主要部をなす３Ｄ撮像装置の画素Ｘijとして機能する測距素子の断面構造の一例を図１７に示す。図１７の中央に示す受光領域の両側に、受光領域いで光電変換された信号電荷を交互に振り分け転送する第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂが配置されている。この第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂの配置は、フォトリソグラフィー工程におけるマスク合わせのずれ等による製造工程のバラツキによって非対称の断面構造になる危険性がある。図１７は、そのような非対称な構造を例示している。
【０１４５】
図１７に示す断面構造では、ｐ型の半導体基板１９と、半導体基板１９の上に配置されたｐ型の半導体層からなる機能基体層２０と、機能基体層２０の上に配置されたｎ型の表面埋込領域２２が例示されている。中央部の受光領域に含まれる位置のゲート絶縁膜３３と、表面埋込領域２２と、機能基体層２０と半導体基板１９とで光電変換素子の物理的骨格構造を構成している。受光領域に位置するｐ型の機能基体層２０の一部が、光電変換素子の信号電荷生成領域として機能している。信号電荷生成領域で生成されたキャリア（電子）は、信号電荷生成領域の直上の表面埋込領域２２の一部に注入される。
【０１４６】
ゲート絶縁膜３３は、受光領域の直下から左右の第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂの下まで延伸し、このゲート絶縁膜３３の下には、受光領域の直下から第１転送ゲート電極１６ａの左側端部及び第２転送ゲート電極１６ｂの右側端部の下まで左右に延伸するように表面埋込領域２２が配置されている。そして、第１転送ゲート電極１６ａにより転送された信号電荷を蓄積する第１電荷蓄積領域２３ａが図１７の右側に浮遊ドレイン領域として配置されている。同様に、第２転送ゲート電極１６ｂにより転送された信号電荷を蓄積する第２電荷蓄積領域２３ｂが図１７の左側に浮遊ドレイン領域として配置されている。
【０１４７】
図１７に示す断面構造では受光領域に位置する表面埋込領域２２の右側に隣接した機能基体層２０の表面側の領域が、転送長ｌ１の第１転送チャネルとして機能している。この第１転送チャネルとの転送長ｌ１よりも、受光領域に位置する表面埋込領域２２の左側に隣接した機能基体層２０の表面側の領域が第２転送チャネルの転送長ｌ２の方が短い（ｌ１＞ｌ２）。そして、第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂは、第１及び第２転送チャネルの電位を、この第１及び第２転送チャネルの上部にそれぞれ形成されたゲート絶縁膜３３を介して静電的に制御する。この静電的な制御によって、信号電荷が、第１及び第２転送チャネルを介してｎ型の第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂに、交互に、それぞれ転送される。第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂは、それぞれ、表面埋込領域２２より高不純物密度の半導体領域である。
【０１４８】
ゲート絶縁膜３３上に形成した第１転送ゲート電極１６ａには、図１９の第１転送信号ＴＸ１を、第２転送ゲート電極１６ｂには第２転送信号ＴＸ２を与える。例えば第１転送信号ＴＸ１＝３．３Ｖ(ＶＤＤ)を第１転送ゲート電極１６ａに，第２転送信号ＴＸ２＝０Ｖ(ＧＮＤ)を第２転送ゲート電極１６ｂに与えたとき、表面埋込領域２２中に形成される電位分布によって、光信号により生成された電子は、右側の電荷蓄積領域２３ａに転送される。逆に、第１転送信号ＴＸ１＝０Ｖ(ＧＮＤ)を第１転送ゲート電極１６ａに，第２転送信号ＴＸ２＝３．３Ｖ(ＶＤＤ)を第２転送ゲート電極１６ｂに与えると、光信号により生成された電子は、左側の電荷蓄積領域２３ｂに転送される。
【０１４９】
第１の実施形態の図４に示したように、第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂが正確に対称構造をなし、第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルを通る信号電荷の違いはなく、第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との出力差はない状態が理想的である。ところが、実際の製造工程の現場では、図１７に示す様に、例えば、製造プロセスのバラツキにより、第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂが正確に対称構造をなさない場合が発生する。
【０１５０】
この場合は、図１８（ａ）に示すように、第１転送ゲート電極１６ａの直下の第１転送チャネルの転送長ｌ１に対応した実効的なポテンシャル障壁の厚さが、第２転送ゲート電極１６ｂの直下の第２転送チャネルの転送長ｌ２に対応した実効的なポテンシャル障壁の厚さよりも厚くなる。この結果、図１８（ｂ）に示す第１転送ゲート電極１６ａの直下の第１転送チャネルが導通状態となった右下がりのポテンシャルの傾きよりも、図１８（ｃ）に示す第２転送ゲート電極１６ｂの直下の第２転送チャネルが導通状態となった左下がりのポテンシャルの傾きの方が急峻になる。このため第１転送チャネル中を転送される信号電荷の転送速度が、第２転送チャネルの転送速度より遅くなる。
【０１５１】
しかも、第１転送チャネルの転送長ｌ１が第２転送チャネルの転送長ｌ２より長い（ｌ１＞ｌ２）ので、第１転送チャネル中を転送される信号電荷の転送時間が、第２転送チャネル中を転送される信号電荷の転送時間よりも長くなる。このようにして、製造プロセスのバラツキによって、第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルを通る信号電荷の量に差が発生するので、第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との出力差が大きくなる。
【０１５２】
図２０は、図１９に示したフローチャートの流れとなるプログラムの命令に従って、駆動方法が変化する駆動タイミング図を例示した図である。まず、図１９に示したフローチャートのステップＳ５１において図１６の制御演算回路７３ｂの時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃをデフォルト値として選択された所定の検査調整値に設定する。引き続き、ステップＳ５２において、時間設定論理回路７３１が電荷蓄積時間Ｔａを所定の検査調整値に設定する。更にステップＳ５３において、第１転送ゲート電極１６ａの電荷転送時間Ｔon1及び第２転送ゲート電極１６ｂの電荷転送時間Ｔon2を同じに設定する。設定された電荷蓄積時間Ｔａ、繰り返し周期時間Ｔｃ及び電荷転送時間Ｔon1＝Ｔon2＝Ｔonを、時間設定値出力制御回路７３３が図１５に示したインターフェイス７５及び調整データ記憶装置９９を介して駆動回路９４に制御信号として出力する。駆動回路９４は、発光部９１から図２０の上段に示すように、一定光を発光させて、第４の実施形態に係る検査調整装置を駆動させる。
【０１５３】
図１９のステップＳ５４において、第４の実施形態に係る検査調整装置の駆動により、第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルを通る信号電荷の違いにより、第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との出力差演算回路７３８が第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との差分を求める演算を実行する。出力差演算回路７３８が演算した出力値の差分データは一旦、データ記憶装置７２に格納される。
【０１５４】
次に、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａの出力値と第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データについて、ステップＳ５５において出力差判定回路７３７で判定する。即ち、ステップＳ５５において、制御演算回路７３ｂの出力差判定回路７３７はデータ記憶装置７２から出力値の差分データをしきい値とともに読み出す。出力差判定回路７３７は、出力差演算回路７３８が演算した出力値の差分データに対して、最初に設定したデフォルトの駆動設定が適切かどうかの判定を行う。ステップＳ５５では、各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データが、設定したしきい値より大きければ諾(Yes)と判定し、小さければ否（NO）と判定する。
【０１５５】
図２０（ａ）の駆動タイミング図が示す条件が、ステップＳ５５の判断で諾(Yes)と判定された場合、シーケンス制御回路７３５は、図２０のステップＳ５６に進ませる。ステップＳ５６では時間設定論理回路７３１が片方、例えば、図２０（ｂ）の駆動タイミング図が示すように、第１転送ゲート電極１６ａ側の電荷転送時間Ｔon1を少し長くする駆動に変更させる。変更された電荷転送時間Ｔon1（ｍ），Ｔon2（ｍ）を時間設定値出力制御回路７３３が図１５に示したインターフェイス７５及び調整データ記憶装置９９を介して駆動回路９４に制御信号として出力し再びステップＳ５４に戻る。ステップＳ５４では、出力差演算回路７３８が再び、第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との出力差の測定を行う。尚、長くする片方は、第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルを通る信号電荷の内で主に出力が小さい側を選ぶが、逆であっても構わない。
【０１５６】
出力差演算回路７３８が演算した出力値の差分データは一旦、データ記憶装置７２に格納される。ステップＳ５５において、制御演算回路７３ｂの出力差判定回路７３７はデータ記憶装置７２から出力値の差分データをしきい値とともに読み出す。出力差判定回路７３７は、出力差演算回路７３８が演算した出力値の差分データに対して、ステップＳ５６で時間設定論理回路７３１が変更した、図２０（ｂ）の駆動タイミング図が示す駆動設定が適切かどうかの判定を行う。各画素Ｘijの第１電荷蓄積領域２３ａ及び第２電荷蓄積領域２３ｂの出力値の差分データが、設定したしきい値より大きければ諾(Yes)とし、小さければ否（NO）と、ステップＳ５５で判定する。
【０１５７】
図２０（ｂ）の駆動タイミング図が示す駆動設定が、ステップＳ５５の判断で諾(Yes)と判定された場合、シーケンス制御回路７３５は、ステップＳ５６に進ませる。ステップＳ５６では時間設定論理回路７３１が片方、例えば、図２０（ｃ）の駆動タイミング図が示すように、第１転送ゲート電極１６ａ側の電荷転送時間Ｔon1を少し長くする駆動に変更させる。変更された電荷転送時間Ｔon1（ｍ＋１），Ｔon2（ｍ＋１）を時間設定値出力制御回路７３３が図１５に示したインターフェイス７５及び調整データ記憶装置９９を介して駆動回路９４に制御信号として出力し再びステップＳ５４に戻る。ステップＳ５４では、出力差演算回路７３８が再び、第１転送ゲート電極１６ａ側の出力値と，第２転送ゲート電極１６ｂ側の出力値との出力差の測定を行う。出力差演算回路７３８が演算した出力値の差分データは一旦、データ記憶装置７２に格納される。
【０１５８】
ステップＳ５５において、制御演算回路７３ｂの出力差判定回路７３７はデータ記憶装置７２から出力値の差分データをしきい値とともに読み出す。出力差判定回路７３７は、出力差演算回路７３８が演算した出力値の差分データに対して、ステップＳ５６で時間設定論理回路７３１が変更した、図２０（ｃ）の駆動タイミング図が示す駆動設定が適切かどうかの判定を行う。図２０（ｃ）の駆動タイミング図が示す駆動設定でＯＫ、即ち、ステップＳ５５で否（NO）と判定された場合、電荷転送時間Ｔonの設定が完了し、調整データ記憶装置９９に格納されたデータが保存される。これにより、３Ｄ撮像装置の出荷前検査や、出荷後のキャリブレーション時の調整が完了する。
【０１５９】
第４の実施形態に係る検査調整装置によれば、従来の３Ｄ撮像装置の駆動方法よりも精度が上げられ、特に距離センサ（測距素子）の距離精度が上げられる。そして、３Ｄ撮像装置の製造バラツキ等があっても、３Ｄ撮像装置の高精度な動作が可能になり、３Ｄ撮像装置の製造マージンが大きくなることも同時に実現できる。尚、図１７では、２つの転送ゲート電極を有する３Ｄ撮像装置を検査／調整対象とする例を説明したが、３つの転送ゲート電極を有する３Ｄ撮像装置を検査／調整対象とする場合も同様に実施できる。より一般的には、Ｎを２以上の正の整数として、Ｎ個の転送ゲート電極を有する３Ｄ撮像装置を検査／調整対象とする場合にも、同様に実施できる。
【０１６０】
（第４の実施形態の第１変形例）
図２１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施形態の第１変形例に係る測距装置の調整時の動作を説明する図で、第４の実施形態で電荷転送時間Ｔonの設定がされた後の第４の実施形態に係る測距装置を、更に調整する場合である。図２１（ｃ）の駆動タイミング図は、第４の実施形態の図２０（ｃ）に示した３Ｄ撮像装置を検査及び調整したときの駆動タイミング図と同じである。図２１（ａ）は、繰り返し周期時間Ｔｃが図２１（ｃ）の４倍のときの駆動タイミング図である。図２１（ａ）は、図１又は図１５に示した対象物９２までの距離が近い場合であるため、受信光の遅延時間Ｔｄが非常に小さい。第１の実施形態に係る測距装置で説明した図３のフローチャートのステップＳ１１において図２の制御演算回路７３ａの時間設定論理回路７３１が光投影時間Ｔｏを最大値に設定する。光パルス同期型ロックインピクセルでは、多くの場合、電荷蓄積時間Ｔａ＝光投影時間Ｔｏであるので、電荷蓄積時間Ｔａも同様に最大値に設定する。
【０１６１】
引き続き、ステップＳ１２において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを最大値に設定する。設定された光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃを、時間設定値出力制御回路７３３が図１に示したインターフェイス７５を介して駆動回路９４に制御信号として出力し、発光部９１からパルス発光させて、第１の実施形態に係る測距装置を駆動させる。第１の実施形態に係る測距装置の調整動作で説明した図３のステップＳ１３において、振分ゲート構造である第１転送ゲート電極１６ａ，第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルを通る信号電荷の違いにより、距離演算回路７１が式（１）を用いて距離を算出する演算を実行する。距離演算回路７１の距離算出の演算結果は一旦、データ記憶装置７２に格納される。
【０１６２】
図３のステップＳ１４において、制御演算回路７３ａの設定値判定回路７３２はデータ記憶装置７２から距離演算回路７１の距離算出の演算結果をしきい値とともに読み出す。設定値判定回路７３２は、距離演算回路７１から出力された距離算出の演算結果に対して、駆動設定が適切かどうかの判定を行う。図２１（ａ）の条件では、駆動タイミング図より分かるように、距離演算はできるが、第１転送ゲート電極１６ａを通して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合よりも第２転送ゲート電極１６ｂを通して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合が非常に小さく、距離精度が低くなる。この信号電荷量の割合でしきい値を決定し、データ記憶装置７２に格納しておけば、ステップＳ１４において、図２１（ａ）の条件の駆動は、適切な駆動条件ではないと判定される。
【０１６３】
ステップＳ１４において、設定値判定回路７３２が、図２１（ａ）の条件ではＮＧ、即ち、図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定されると、データは出力ユニット７４に出力されない。図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、図３のステップＳ１５において、光投影時間Ｔｏを短縮する。引き続き、ステップＳ１６において、時間設定論理回路７３１が繰り返し周期時間Ｔｃを短縮する。光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃが短縮され、駆動方法が変更された制御信号が、図１に示した駆動回路９４を介し、発光部９１及び画素アレイ部（Ｘ11〜Ｘ1m；Ｘ21〜Ｘ2m；……；Ｘn1〜Ｘnm）に渡され、図３のステップＳ１３において、図２１（ｂ）の条件で再び距離が測定される。
【０１６４】
図２１（ｂ）は、繰り返し周期時間Ｔｃが図２１（ｃ）の２倍のときの駆動タイミング図である。即ち、図２１（ｂ）の条件、繰り返し周期時間Ｔｃの半分が、光投影時間Ｔｏであり、電荷蓄積時間Ｔａであるため、繰り返し周期時間Ｔｃに同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、既に第４の実施形態で、３Ｄ撮像装置の製造バラツキに依拠するパターンレイアウトの非対称の補正をした後であるので、繰り返し周期時間Ｔｃとは同期させず、変化させない。図２１（ｂ）の条件でも、距離演算はできるが、第１転送ゲート電極１６ａの直下を通過して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量の割合よりも第２転送ゲート電極１６ｂの直下を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合が依然として小さく、距離精度が低くなる。このため、図３のステップＳ１４では設定値判定回路７３２が、図２１（ｂ）の条件での駆動も、適切な駆動条件ではないと判定する。図２１（ｂ）の条件ではＮＧ、即ち、図３に示したフローチャートで諾(Yes)と判定された場合は、出力ユニット７４にデータは出力されない。
【０１６５】
ステップＳ１４において、設定値判定回路７３２が、図２１（ｂ）の条件ではＮＧと判定された場合は、再び制御演算回路７３ａにデータが送られる。制御演算回路７３ａでは、ステップＳ１５及びステップＳ１６において、図２１（ｃ）の条件に示すように、更に光投影時間Ｔｏ及び繰り返し周期時間Ｔｃを短くする駆動に変更させ、その後、再びステップＳ１３において距離を算出する演算を行い、距離測定をする。図２１（ｃ）の条件では、繰り返し周期時間Ｔｃの半分が、光投影時間Ｔｏであり、電荷蓄積時間Ｔａであるため、繰り返し周期時間Ｔｃに同期して変化する。一方、電荷転送時間Ｔonは、既に第４の実施形態における検査／調整において非対称の補正をした後であるので繰り返し周期時間Ｔｃとは同期して変化させない。又、ここでは、図２１（ｃ）の条件の条件が、設定できる最小の繰り返し周期時間Ｔｃである。
【０１６６】
図２１（ｃ）の条件の条件では、駆動タイミング図から分かるように、距離演算ができ、第１転送ゲート電極１６ａの直下を通過して第１電荷蓄積領域２３ａに蓄積される信号電荷量、第２転送ゲート電極１６ｂの直下を通過して第２電荷蓄積領域２３ｂに蓄積される信号電荷量の割合の違いが小さいため、距離精度が高くなる。このため、図３のステップＳ１４において、設定値判定回路７３２は、図２１（ｃ）の条件の駆動は適切と判断し、距離画像出力制御回路７３４が距離算出の演算結果を出力ユニット７４に出力する。尚、図２１の駆動タイミング図に示したような、繰り返し周期時間Ｔｃを２倍、４倍と変更する手順や構成は、例示に過ぎない。繰り返し周期時間Ｔｃを変化させたときの駆動タイミング図という意味であり、２倍や４倍に限定されるものではない。
【０１６７】
又、図２１（ｃ）は第４の実施形態の第１変形例においては、動作させうる最短の繰り返し周期時間Ｔｃである。ＴＯＦ型距離センサ（測距素子）では、繰り返し周期時間Ｔｃを伸ばすことで、より長い距離の測定が可能になる。そのため、受信光の遅延時間Ｔｄは、図２１（ｃ）から図２１（ｂ）更に図２１（ａ）に行くほど、順に大きく示してある。電荷転送時間Ｔonは、第４の実施形態に係る検査調整装置と同様な手法で調整され設定されている。第４の実施形態の第１変形例に係る測距装置においても、繰り返し周期時間Ｔｃに関わらず、同じ時間あればよいため、図２１（ｃ）〜図２１（ａ）では、設定済みの電荷転送時間Ｔon1（ｍ＋１），Ｔon2（ｍ＋１）として、それぞれ一定の値であると仮定している。
【０１６８】
第４の実施形態の第１変形例に係る測距装置によれば、従来駆動よりも３Ｄ撮像装置の精度を上げられ、特に距離センサ（測距素子）ならば距離精度を上げられる。更に、第４の実施形態で説明した手順で、電荷転送時間Ｔon1（ｍ＋１）及び電荷転送時間Ｔon2（ｍ＋１）をそれぞれ別々の時間に設定することで、３Ｄ撮像装置の製造マージンが大きくなることも同時に実現できる。
【０１６９】
（第４の実施形態の第２変形例）
図２２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施形態の第２変形例に係る測距装置の調整時の動作を説明する駆動タイミング図である。図２２（ｃ）は、第４の実施形態で検査／調整の完了した状態を示す図２０（ｃ）の駆動タイミング図と同じである。図２２（ａ）は繰り返し周期時間Ｔｃが図２２（ｃ）の４倍のときの駆動タイミング図である。図２２（ｂ）は繰り返し周期時間Ｔｃが図２２（ｃ）の２倍のときの駆動タイミング図である。繰り返し周期時間Ｔｃが２倍、４倍は、例示に過ぎない。繰り返し周期時間Ｔｃが任意に変更できるという意味であり、２倍や４倍に限定されるものではない。ここで、光パルス同期型ロックインピクセルでは、多くの場合、電荷蓄積時間Ｔａ＝光投影時間Ｔｏである。又、図２２（ｃ）は、第４の実施形態の第２変形例に係る測距装置において、動作させうる最短の繰り返し周期時間Ｔｃである。
【０１７０】
ＴＯＦ型距離センサ（測距素子）では、繰り返し周期時間Ｔｃを伸ばすことで、より長い距離の測定が可能になる。そのため、第４の実施形態の第２変形例に係る測距装置においては、受信光の遅延時間Ｔｄは、図２２（ｃ）から図２２（ｂ）更に図２２（ａ）に行くほど、順に大きく示してある。図２１（ａ）〜（ｃ）に示した第４の実施形態の第１変形例に係る測距装置の調整動作との違いは、第１転送信号ＴＸ１及び第２転送信号ＴＸ２のハイレベル時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃに関わらず、同じではなく、繰り返し周期時間Ｔｃの大きさに合わせて、少しずつ大きくなっている点である。例えば繰り返し周期時間Ｔｃを長くすると、露光量が増え、受光領域に蓄積され、振分ゲート構造である第１転送ゲート電極１６ａ及び第２転送ゲート電極１６ｂの直下の転送チャネルが導通状態に変わるのを待つ電荷量が増える場合が多い。それに対応するためには、電荷転送時間Ｔonを少しだけ長くしてやればよい。
【０１７１】
尚、図２２（ａ）及び（ｂ）では、繰り返し周期時間Ｔｃに対して略比例するように電荷転送時間Ｔonを変化させているが、例えば、繰り返し周期時間Ｔｃが４倍になるごとに、第１転送信号ＴＸ１及び第２転送信号ＴＸ２のハイレベル時間Ｔonを２倍に増やすという階段的な増加方法や、その他、様々な方法で増加させればよい。又、図２２（ａ）及び（ｂ）での、第１転送信号ＴＸ１及び第２転送信号ＴＸ２のハイレベル時間Ｔonの長さの上限は、繰り返し周期時間Ｔｃを変化させても、第１転送信号ＴＸ１及び第２転送信号ＴＸ２が互いにオフセット時間Ｔoffを、同じに設定することである。
【０１７２】
第４の実施形態の第２変形例に係る測距装置の調整動作によれば、従来の３Ｄ撮像装置の駆動よりも精度が上げられ、特に距離センサ（測距素子）の場合は距離精度が上げられるだけでなく、第１転送信号ＴＸ１及び第２転送信号ＴＸ２のハイレベルの期間を、各々別々の時間に設定することで、製造マージンが大きくなることも同時に実現できる。
【０１７３】
（第４の実施形態の第３変形例）
図２３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施形態の第３変形例に係る測距装置の調整動作を示す駆動タイミング図である。図２３（ｃ）は、図２１（ａ）〜（ｃ）で説明した第４の実施形態の第１変形例を３タップの構造に適用したものである。図２３（ａ）は、繰り返し周期時間Ｔｃが図２３（ｃ）の４倍のときの駆動タイミング図である。図２３（ｂ）は、繰り返し周期時間Ｔｃが図２３（ｃ）の２倍のときの駆動タイミング図である。繰り返し周期時間Ｔｃが２倍、４倍は、例示に過ぎない。繰り返し周期時間Ｔｃが任意に変更できるという意味であり、２倍や４倍に限定されるものではない。ここで、光パルス同期型ロックインピクセルでは、多くの場合、電荷蓄積時間Ｔａ＝光投影時間Ｔｏである。図２３（ｃ）は、この例において、動作させうる最短の繰り返し周期時間Ｔｃである。
【０１７４】
ＴＯＦ型距離センサ（測距素子）では、繰り返し周期時間Ｔｃを伸ばすことで、より長い距離の測定が可能になる。そのため、受信光の遅延時間Ｔｄは、図２３（ｃ）から図２３（ｂ）、更には図２３（ａ）に行くほど、大きく示してある。電荷転送時間Ｔonは、繰り返し周期時間Ｔｃに関わらず、同じ時間あればよいため、図２３（ａ）〜（ｃ）では、第１転送信号ＴＸ１、第２転送信号ＴＸ２及び第３転送信号ＴＸ３のハイレベル時間は、同じにしてある。
【０１７５】
第４の実施形態の第３変形例に係る測距装置の調整動作によれば、従来の３Ｄ撮像装置の駆動よりも精度が上げられ、特に距離センサ（測距素子）の場合は距離精度が上げられるだけでなく、第１転送信号ＴＸ１、第２転送信号ＴＸ２及び第３転送信号ＴＸ３のハイレベルの期間を、各々別々の時間に設定することで、製造マージンが大きくなることも同時に実現できる。
【０１７６】
（第４の実施形態の第４変形例）
図２４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４の実施形態の第４変形例に係る測距装置の調整動作を示す駆動タイミング図である。図２４（ｃ）は、図２２（ａ）及び（ｂ）で説明した第４の実施形態の第２変形例を３タップの構造に適用したものである。図２４（ａ）は、繰り返し周期時間Ｔｃが図２４（ｃ）の４倍のときの駆動タイミング図である。図２４（ｂ）は、繰り返し周期時間Ｔｃが図２４（ｃ）の２倍のときの駆動タイミング図である。繰り返し周期時間Ｔｃが２倍、４倍は、例示に過ぎない。繰り返し周期時間Ｔｃが任意に変更できるという意味であり、２倍や４倍に限定されるものではない。
【０１７７】
光パルス同期型ロックインピクセルでは、多くの場合、電荷蓄積時間Ｔａ＝光投影時間Ｔｏである。図２４（ｃ）は、第４の実施形態の第４変形例に係る測距装置の調整動作において、動作させうる最短の繰り返し周期時間Ｔｃである。ＴＯＦ型距離センサ（測距素子）では、繰り返し周期時間Ｔｃを伸ばすことで、より長い距離の測定が可能になる。そのため、受信光の遅延時間Ｔｄは、図２４（ｃ）から図２４（ｂ）、更には図２４（ａ）に行くほど、大きく示してある。
【０１７８】
図２３（ａ）〜（ｃ）との違いは、第１転送信号ＴＸ１、第２転送信号ＴＸ２及び第３転送信号ＴＸ３のハイレベル時間は、繰り返し周期時間Ｔｃに関わらず、同じではなく、繰り返し周期時間Ｔｃの大きさに合わせて、少しずつ変化している点である。例えば繰り返し周期時間Ｔｃを長くすると、露光量が増え、受光領域に蓄積され、第１転送信号ＴＸ１、第２転送信号ＴＸ２及び第３転送信号ＴＸ３のハイレベルに変わるのを待つ電荷量が増える場合が多い。それに対応するためには、第１転送信号ＴＸ１、第２転送信号ＴＸ２及び第３転送信号ＴＸ３のハイレベル時間を少しだけ長くしてやればよい。
【０１７９】
尚、図２４では、繰り返し周期時間Ｔｃに対して略比例するように電荷転送時間Ｔonを変化させているが、例えば、繰り返し周期時間Ｔｃが４倍になるごとに、第１転送信号ＴＸ１、第２転送信号ＴＸ２及び第３転送信号ＴＸ３のハイレベル期間Ｔonを２倍に増やすという階段的な増加方法や、その他、様々な方法で増加させればよい。又、図２４での、第１転送信号ＴＸ１、第２転送信号ＴＸ２及び第３転送信号ＴＸ３のハイレベル期間Ｔonの長さの上限は、繰り返し周期時間Ｔｃを変化させても、第１転送信号ＴＸ１、第２転送信号ＴＸ２及び第３転送信号ＴＸ３のハイレベル期間Ｔonが互いにオフセット時間Ｔoffを、同じに設定することである。
【０１８０】
第４の実施形態の第４変形例に係る測距装置の調整動作によれば、従来の３Ｄ撮像装置の駆動よりも精度が上げられ、特に距離センサ（測距素子）の場合は距離精度が上げられるだけでなく、第１転送信号ＴＸ１、第２転送信号ＴＸ２及び第３転送信号ＴＸ３のハイレベルの期間を、各々別々の時間に設定することで、製造マージンが大きくなることも同時に実現できる。尚、第４の実施形態及び第４の実施形態の第１〜第４変形例において、振分ゲート構造として、２つの転送ゲート電極の例、３つの転送ゲート電極と１つの電荷排出ゲートの例を説明してきたが、後述するＮ個の転送ゲート電極の場合にも、同様に実施できる。
【０１８１】
（第５の実施形態）
図２５及び図２６は、連続波（ＣＷ）変調型のロックインピクセルの従来駆動方法を示している。図２６に示したように、ＣＷ型のロックインピクセルの従来駆動方法も、光パルス同期型のロックインピクセルの従来駆動方法と同じように、複数の電荷転送ゲートのオン／オフ期間の切り替えを、殆ど同時に行っており、切り替えの瞬間に、一瞬、電荷の向かう方向が不定となり、所望のゲートを電荷が通らないことがあり、精度が低下することがある、という課題がある。
【０１８２】
図２７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第５の実施形態に係る測距装置の調整動作を示す駆動タイミング図である。図２５及び図２６に示した課題を無くすためには、図２７（ａ）及び（ｂ）に示すように、４つのゲートのオン／オフ期間の同時切り替えを明確に無くし、且つ、４つのゲートのオン／オフで決まる繰り返し周期時間Ｔｃを、例えば、２倍、４倍と増やした場合でも、４つの振分ゲート構造である転送ゲート電極のオン期間を、変化させないようにすればよい。
【０１８３】
尚、図２７（ａ）及び（ｂ）では、繰り返し周期時間Ｔｃを、例えば、２倍、４倍と増やした場合でも、４つの転送ゲート電極のオン期間を、変化させない図を示しているが、前述してきたように、繰り返し周期時間Ｔｃの大きさに合わせて、オン期間を少しずつ大きくさせてもよく、そのときの第１転送信号ＴＷ１、第２転送信号ＴＷ２、第３転送信号ＴＷ３及び第４転送信号ＴＷ４のハイレベル時間の長さの上限は、繰り返し周期時間Ｔｃを変化させても、第１転送信号ＴＷ１、第２転送信号ＴＷ２、第３転送信号ＴＷ３及び第４転送信号ＴＷ４が互いにオフセット時間Ｔoffを、同じ設定にすることである。又、図２７（ａ）及び（ｂ）では、第１転送信号ＴＷ１、第２転送信号ＴＷ２、第３転送信号ＴＷ３及び第４転送信号ＴＷ４のハイレベル期間を同じにしているが、各々のゲートで変化させてもよい。
【０１８４】
（第６の実施形態）
図２８は、本発明の第６の実施形態に係る測距装置の画素の構造を説明する模式的な平面図である。第１〜第５の実施形態に係る測距装置では、振分ゲート構造である転送ゲート電極が２つの場合又は３つの場合を、排出ゲート電極が１つある場合を含めて説明してきた。転送ゲート電極及び排出ゲート電極の配置できる数は、現実には、画素サイズやレイアウト上の制限等を受け、無限にはできないが、原理上は、無限に増やしてもよい。即ち、Ｎを２以上の正の整数（自然数），Ｍを１以上の正の整数として、Ｎ個の転送ゲート電極と、Ｍ個の排出ゲート電極を有する画素構造とすることが可能である。
【０１８５】
図２８では、図示を省略した遮光膜で遮光された穴あき型の８角形の受光領域（フォトダイオード）２６の外周の各辺に７つのＭＯＳ型の転送ゲート電極３３ｐ，３３ｑ，３３ｒ，……３３ｖと１つのＭＯＳ型の排出ゲート電極３３ｗが、互いに隣接して連続して配置されている。平面パターン上の配置としては、７つの振分ゲート構造である転送ゲート電極３３ｐ，３３ｑ，３３ｒ，……３３ｖのそれぞれの放射状の外側端部には、電荷蓄積領域２３ｐ，２３ｑ，２３ｒ，……２３ｖが配置され、排出ゲート電極３３ｗの外側端部には排出ドレイン領域２３ｄが配置された構造に見なせる。図示を省略しているが、７つの電荷蓄積領域２３ｐ，２３ｑ，２３ｒ，……２３ｖのそれぞれには、キャパシタ及びソースフォロア型の読出増幅回路が配線等を介して電気的に接続されている。
【０１８６】
図２９（ａ）及び（ｂ）は、第６の実施形態に係る測距装置を示す駆動タイミング図である。図２９（ａ）は、繰り返し周期時間Ｔｃが図２９（ｂ）の２倍のときの駆動タイミング図である。繰り返し周期時間Ｔｃが２倍は、例示に過ぎない。繰り返し周期時間Ｔｃが任意に変更できるという意味であり、２倍や４倍に限定されるものではない。前述してきたとおり、この場合も、第１転送信号Ｇ１、第２転送信号Ｇ２、第３転送信号Ｇ３、……第７転送信号Ｇ７がハイレベルとなる時間は、繰り返し周期時間Ｔｃに関わらず、同じ時間あればよい。又、図２９（ａ）及び（ｂ）では、第１転送信号Ｇ１、第２転送信号Ｇ２、第３転送信号Ｇ３、……第７転送信号Ｇ７がハイレベルの時間を同じにしているが、第１転送ゲート電極３３ｐ、第２転送ゲート電極３３ｑ、第３転送ゲート電極３３ｒ、……第７転送ゲート電極３３ｖで変化させてもよい。
【０１８７】
７つの転送ゲート電極３３ｐ，３３ｑ，３３ｒ，……３３ｖのそれぞれには第１転送信号Ｇ１、第２転送信号Ｇ２、第３転送信号Ｇ３、……第７転送信号Ｇ７が、図２９（ａ）及び（ｂ）に示したように順に印加される。又、排出ゲート電極３３ｗには排出信号ＧＤが印加される。図２８に示した第６の実施形態に係る測距装置の画素構造の場合にも、図２９（ａ）及び（ｂ）の駆動タイミング図に示す様に、複数の第１転送信号Ｇ１、第２転送信号Ｇ２、第３転送信号Ｇ３、……第７転送信号Ｇ７及び排出信号ＧＤのオン／オフ期間の同時切り替えを、オフセット時間を間に挟むことで、明確に無くせばよい。より具体的には、第１転送信号Ｇ１、第２転送信号Ｇ２、第３転送信号Ｇ３、……第７転送信号Ｇ７及び排出信号ＧＤのオン期間を、その間にオフセット時間を設けて明確にわければよい。
【０１８８】
穴あき型の受光領域に収集された信号電荷は、受光領域を囲むように、受光領域の周辺に隣接した７つの転送ゲート電極３３ｐ，３３ｑ，３３ｒ，……３３ｖの内の１つ、例えば第１転送ゲート電極３３ｐに、ハイレベルの第１転送信号Ｇ１を与えると、受光領域から、その外側の第１電荷蓄積領域２３ｐに信号電荷が放射状方向に移動する。同様に  第２転送ゲート電極３３ｑに、ハイレベルの第２転送信号Ｇ２を与えると受光領域から、その外側の第２電荷蓄積領域２３ｑに信号電荷が放射状方向に移動し、第３転送ゲート電極３３ｒに、ハイレベルの第３転送信号Ｇ３を与えると受光領域から，第３電荷蓄積領域２３ｒに信号電荷が放射状方向に移動する。そして、第４転送ゲート電極３３ｓ，第５転送ゲート電極３３ｔ，第６転送ゲート電極３３ｕ，第７転送ゲート電極３３ｖに、それぞれハイレベルの第４転送信号Ｇ４，第５転送信号Ｇ５，第６転送信号Ｇ６，第７転送信号Ｇ７を順に与えると受光領域から、その外側の第４電荷蓄積領域２３ｓ，第５電荷蓄積領域２３ｔ，第６電荷蓄積領域２３ｕ，第７電荷蓄積領域２３ｖに、それぞれ信号電荷が放射状方向に移動する。
【０１８９】
信号電荷の移動により、７つの電荷蓄積領域２３ｐ，２３ｑ，２３ｒ，……２３ｖ、及び電荷蓄積領域２３ｐ，２３ｑ，２３ｒ，……２３ｖにそれぞれ電気的に接続された配線と、これらの配線に接続された読出増幅回路を構成する信号読み出しトランジスタ（図４参照。）のゲート電極の電位が変化する。即ち、７つの電荷蓄積領域２３ｐ，２３ｑ，２３ｒ，……２３ｖに蓄積された電荷に応じて、図示を省略した第１〜第７の垂直出力信号線の電位が各々変化する。
【０１９０】
図１に例示したのと同様に、第６の実施形態に係る測距装置とほぼ同じ位置から、発光部９１からパルス光を出射（投射光）し、対象物９２からの反射光を第６の実施形態に係る測距装置の各画素で受光する。発光部９１から投射するパルス光は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）を用い、例えば、ナノ秒（ｎｓ）レベルからフェムト秒（ＦＳ）レベルの極短時間なパルス光を投影させる。第６の実施形態に係る測距装置の各画素が受光した受信光は、対象物９２の位置に応じて、投射光よりもわずかに遅れる。例えば、対象物９２が比較的近い場合には、遅延時間Ｔdnだけ遅れ、比較的遠い場合には、遅延時間Ｔdfだけ遅れる。
【０１９１】
投射光の光投影時間Ｔｏと、第１転送ゲート電極３３ｐ、第２転送ゲート電極３３ｑ、第３転送ゲート電極３３ｒ、……第７転送ゲート電極３３ｖに応じたオン／オフ電圧パルスを同期させれば、対象物９２が比較的近い場合には、第２転送ゲート電極３３ｑのパルスに合わせて第２の垂直出力信号線（図示省略。）へ、第３転送ゲート電極３３ｒのパルスに合わせて第３の垂直出力信号線（図示省略。）へと、受信光の遅れ（遅延時間Ｔdn）、即ち対象物９２までの距離に応じて、各々のゲートに対応した出力レベルに違いが生じ、対象物９２までの距離が求められる。
【０１９２】
同様に、対象物９２が比較的遠い場合には、第５転送ゲート電極３３ｔのパルスに合わせて第５の垂直出力信号線（図示省略。）へ、第６転送ゲート電極３３ｕのパルスに合わせて第６の垂直出力信号線（図示省略。）へと、受信光の遅れ（遅延時間Ｔdf）、即ち対象物９２までの距離に応じて、各々のゲートに対応した出力レベルに違いが生じ、対象物９２までの距離が求められる。このとき、第１転送ゲート電極３３ｐは受信光が当たらないように設定しているので、第１転送ゲート電極３３ｐを通した第１の垂直出力信号線の出力（図示省略。）には、ノイズを含む受信光以外の電荷のみの出力が得られる。
【０１９３】
即ち、測定環境の出力が得られる。したがって、対象物９２が比較的近い場合には、第１の垂直出力信号線の出力を第２の垂直出力信号線の出力及び第３の垂直出力信号線の出力から減算してやれば、測定環境が明るい場合でも、受信光のみの信号が得られ、明るい場合の対象物９２までの距離を正確に得ることができ、対象物９２が比較的遠い場合には、第１の垂直出力信号線の出力を第５の垂直出力信号線の出力及び第６の垂直出力信号線の出力から減算してやれば、測定環境が明るい場合でも、受信光のみの信号が得られ、明るい場合の対象物９２までの距離を正確に得ることができる。
【０１９４】
更に、排出ゲート電極３３ｗは、受信光を撮像している第１転送ゲート電極３３ｐ、第２転送ゲート電極３３ｑ、第３転送ゲート電極３３ｒ、……第７転送ゲート電極３３ｖがオン／オフする７Ｔａ時間以外の時間に、受光領域に収集された電荷を排出ドレイン領域２３ｄに排出する。第６の実施形態に係る測距装置によれば、受信光以外の光電子を信号とする割合が更に減らせるため、より明るい環境でも対象物９２までの距離が正確に求められるようになる。第６の実施形態に係る測距装置のように、転送ゲート電極数を増加させると、電荷蓄積時間Ｔａが同じ周期であれば、転送ゲート電極数が多くなった分、長い距離の測定が可能になり、同じ距離を測ろうとすれば、転送ゲート電極数が多くなった分、測定距離の分解能を上げることができる。
【０１９５】
（第６の実施形態の第１変形例）
図３０（ａ）及び（ｂ）は本発明の第６の実施形態の第１変形例に係る測距装置を示す駆動タイミング図である。図３０（ｂ）は、第６の実施形態で説明した図２９（ｂ）の駆動タイミング図と同じものである。図３０（ａ）は、繰り返し周期時間Ｔｃが図３０（ｂ）２倍のときの駆動タイミング図である。繰り返し周期時間Ｔｃが２倍は、例示に過ぎない。繰り返し周期時間Ｔｃが任意に変更できるという意味であり、２倍や４倍に限定されるものではない。第２及び第３の実施形態に係る測距装置等で既に説明してきたとおり、繰り返し周期時間Ｔｃを増やした場合、第１転送信号Ｇ１、第２転送信号Ｇ２、第３転送信号Ｇ３、……第７転送信号Ｇ７のオン期間を大きくしてもよい。そして、このとき第１転送信号Ｇ１、第２転送信号Ｇ２、第３転送信号Ｇ３、……第７転送信号Ｇ７のそれぞれのオン期間の長さの上限は、繰り返し周期時間Ｔｃを変化させても、Ｇが互いにオフセット時間Ｔoffを、同じ設定にすることである。
【０１９６】
又、図３０（ａ）及び（ｂ）では第１転送信号Ｇ１、第２転送信号Ｇ２、第３転送信号Ｇ３、……第７転送信号Ｇ７のそれぞれのオン期間を同じにしているが、各々のゲートで変化させてもよい。
【０１９７】
このように、第６の実施形態の第１変形例に係る測距装置によれば、振分ゲート構造である転送ゲート電極の数を増加させると、電荷蓄積時間Ｔａが同じ周期であれば、転送ゲート電極の数が多くなった分、長い距離の測定が可能になり、同じ距離を測ろうとすれば、転送ゲート電極の数が多くなった分、測定距離の分解能を上げることができる。
【０１９８】
（第６の実施形態の第２変形例）
測定環境の影響を取り除く距離測定は、原理的には２つの連続した転送ゲート電極と、測定環境のみの出力を得られる１つの転送ゲート電極の３つが振分ゲート構造としてあればよい。換言すれば、３つの転送ゲート電極構造の場合、測定環境のみの出力を得る１つのゲートは、１つめ（最初）か３つめ（最後）を用いればよい。しかし、現実的には、出射光の発光時間遅れや、受信光を光電変換したのちの光電子が受光領域に蓄積されるまでの移動時間等の遅れが生じるため、３つの転送ゲート電極構造の場合、測定環境のみの出力を得る１つのゲートは、１つめ（最初）とするのがよい。一方、４つ以上の転送ゲート電極になれば、測定環境のみの出力を得る１つのゲートは、１つめ（最初）か４つめ（最後）を用いれば良くなる。
【０１９９】
したがって、駆動タイミング図の図示を省略しているが、本発明の第６の実施形態の第２変形例に係る測距装置の駆動調整方法として、第１転送ゲート電極３３ｐに印加する第１転送信号Ｇ１に同期させて投射光を発光させてもよい。これにより、同じ構成のまま、距離測定に使える転送ゲート電極数を１つ増やすことができる。例えば、対象物９２が比較的近い場合には、第１の垂直出力信号線と第２の垂直出力信号線に、受信光の出力があるため、上記説明したように、１つ飛ばして、第４の垂直出力信号線を測定環境のみの出力と見なせばよい。同様に、対象物９２が比較的遠い場合には、第４の垂直出力信号線と第５の垂直出力信号線に、受信光の出力があるため、上記説明したように、１つ飛ばして、第７の垂直出力信号線を測定環境のみの出力と見なせばよい。
【０２００】
そして、対象物９２が比較的近い場合には、第４の垂直出力信号線を第１の垂直出力信号線の出力及び第２の垂直出力信号線の出力から減算してやれば、測定環境が明るい場合でも、受信光のみの信号が得られ、明るい場合の対象物９２までの距離を正確に得ることができ、対象物９２が比較的遠い場合には、第７の垂直出力信号線を第４の垂直出力信号線及び第５の垂直出力信号線の出力から減算してやれば、測定環境が明るい場合でも、受信光のみの信号が得られ、明るい場合の対象物９２までの距離を正確に得ることができる。
【０２０１】
他にも、多数の転送ゲート電極を振分ゲート構造として有する場合、例えば、第１〜第７の垂直出力信号線の出力の出力を比較し、単純に最も小さい出力を測定環境の出力と見なすなど、測定環境の出力を求めるには、様々な方法が可能となる。更に、排出ゲート電極３３ｗは、受信光を撮像している第１転送ゲート電極３３ｐ、第２転送ゲート電極３３ｑ、第３転送ゲート電極３３ｒ、……第７転送ゲート電極３３ｖがオン／オフする７Ｔａ時間以外の時間に、受光領域に収集された電荷を排出ドレイン領域２３ｄに排出する。第６の実施形態の第２変形例に係る測距装置によれば、受信光以外の光電子を信号とする割合が更に減らせるため、より明るい環境でも対象物９２までの距離が正確に求められるようになる。
【０２０２】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１〜第６の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、既に述べた第１〜第６の実施形態の説明では、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型として説明したが、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としても、電気的な極性を反対にすれば同様な効果が得られることは容易に理解できるであろう。
【０２０３】
本発明の第１の実施形態の変形例に係る測距装置の説明では、図９を用いて本発明の「振分ゲート構造」が横方向電界制御ゲート（ＬＥＦＭ）で構成される例を示した。そして、本発明の第１〜第６の実施形態に係る測距装置の説明の多くは、振分ゲート構造がＭＯＳ型若しくはＭＩＳ型のゲート電極構造の場合を例示した。しかし、振分ゲート構造や電荷排出電極は、ＭＯＳ型やＭＩＳ型のゲート電極構造に限定されるものではなく、例えば、ＬＥＦＭでもよいし、その他、同様な信号電荷を輸送や転送ができる機能を備える構成であればよい。第１〜第６の実施形態の記載では、光電変換部は、ｐｎ接合型のフォトダイオードを構成する受光領域を用いて説明してきた。しかし、光電変換部も、ｐｎ接合型のフォトダイオードに限定されるものではなく、例えば、透明電極をゲート電極としたＭＯＳ構造を用いた光電変換部を有する所謂「フォトゲート（ＰＧ）」の構造を備えるものでもよいし、その他、同様な光電変換機能を備える構成でも構わない。
【０２０４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【０２０５】
本発明の第１〜第６の実施形態に係る測距装置は、例えば図３１に例示的に示すカメラ等の技術分野に３Ｄ撮像装置として利用可能である。図３１に例示的に示すように、技術分野として利用可能性のあるビデオカメラ等のカメラは、単一の撮像光学系（４３，４４）と、撮像光学系（４３，４４）の光軸に沿って入射する対象物９２（図１参照。）の像を撮像する第１〜第６の実施形態に係る測距装置の主要部を構成する３Ｄ撮像装置４５ａと、オートフォーカス（ＡＦ）に用いる第１〜第６の実施形態に係る測距装置を用いた距離センサ（測距素子）５５を備える。【０２０６】
本発明を利用する可能性のあるカメラは、第１〜第６の実施形態に係る測距装置の主要部を構成する３Ｄ撮像装置４５ａから出力された画像データをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路４７と、Ａ／Ｄ変換回路４７がデジタルデータに変換した画像データを格納するメモリ（半導体記憶装置）４８と、メモリ４８から画像データを受信する制御部５３と、制御部５３を介して画像データを受信して画像データを処理する受信する画像処理部５４とを備える。そして、画像処理部５４には、３Ｄ撮像装置４５ａ及び距離センサ（測距素子）５５の調整データを保存する調整データ記憶装置９９extが接続され、図１９に例示したようなフローチャートに従った調整を可能にしている。尚、図３１は例示に過ぎず、３Ｄ撮像装置４５ａ又は距離センサ（測距素子）５５が搭載される半導体チップ上に、図１５に示した構造と同様に、制御部５３から送信された調整データを保存する調整データ記憶装置９９が接続され、半導体チップ上の駆動回路に調整データを供給するような構造でもよい。本発明を利用する可能性のあるカメラとしては、更に、制御部５３に接続された駆動部５２、メディアコントローラ等のメモリカード・インターフェイス５９、操作部５８、ＬＣＤ駆動回路５６、モータドライバ５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ、ストロボ制御回路６１を備えることができる。ＬＣＤ駆動回路５６にはＬＣＤからなる表示部５７が接続され、ストロボ制御回路６１にはストロボ装置６２が接続されている。ストロボ装置６２は図１及び図１５に示した発光部９１を構成することが可能である。【０２０７】
図３１に例示したカメラの制御部５３は、制御部５３に接続された画像処理部５４、駆動部５２、メモリ４８，メモリカード・インターフェイス５９、操作部５８、ＬＣＤ駆動回路５６、距離センサ（測距素子）５５、モータドライバ５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ、ストロボ制御装置のそれぞれの動作や処理を制御する命令や電気信号を出力する。図示を省略しているが、制御部５３には、画像処理部５４、駆動部５２、メモリ４８，メモリカード・インターフェイス５９、操作部５８、ＬＣＤ駆動回路５６、距離センサ（測距素子）５５、モータドライバ５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ、ストロボ制御装置のそれぞれの動作をそれぞれ実行させる命令出力回路の他、オートホワイトバランス（ＡＷＢ）調整を施すＷＢ調整命令出力回路等の種々の論理回路等が論理的なハードウェア資源として組み込まれている。【０２０８】
撮像光学系（４３，４４）を構成する撮影レンズ４３は、図３１に示すように、例えば主レンズ４３ａと、主レンズ４３ａに隣接したズームレンズ４３ｂと、ズームレンズ４３ｂに隣接したフォーカスレンズ４３ｃ等を備えることができる。図３１に例示した構造では、ズームレンズ４３ｂにはズームモータ４９ｂが、フォーカスレンズ４３ｃにはフォーカスモータ４９ｃが接続されている。フォーカスレンズ４３ｃと３Ｄ撮像装置４５ａの間には撮像光学系（４３，４４）を構成する絞り４４が配置されている。例えば、５枚の絞り羽根からなる絞り４４には、絞り羽根を駆動するアイリスモータ５０が接続されている。ズームモータ４９ｂ、フォーカスモータ４９ｃ及びアイリスモータ５０はステッピングモータからなり、制御部５３に接続されたモータドライバ５１ｂ，５１ｃ，５１ｄから送信される駆動パルスにより動作制御され、レリーズボタン等の操作部５８からの信号により撮像準備処理を行う。【０２０９】
ズームモータ４９ｂは、ズームレンズ４３ｂを例えば４３段階でワイド側又はテレ側に移動させ、撮影レンズ４３のズーミングを行う。フォーカスモータ４９ｃは、対象物９２からの距離やズームレンズ４３ｂの変倍に応じてフォーカスレンズ４３ｃを移動させ、カメラの撮像条件が最適となるように撮影レンズ４３の焦点調整を行う。アイリスモータ５０は、絞り４４の絞り羽根を動作させて絞り４４の開口面積を変化し、例えば、絞り値Ｆ２．８〜Ｆ４３まで１ＡＶ刻みで５段階に撮影レンズ４３の露光調整を行う。【０２１０】
撮影レンズ４３は図３１に例示する構成に限定されるものではなく、例えば、カメラに対して着脱できる交換式レンズであっても構わない。撮影レンズ４３は、主レンズ４３ａ、ズームレンズ４３ｂ及びフォーカスレンズ４３ｃ等の複数の光学レンズ群から構成されることにより、対象物９２からの光束をその焦点面近傍に配置された３Ｄ撮像装置４５ａの表面に結像させる。【０２１１】
第１〜第６の実施形態に係る測距装置の主要部を構成する３Ｄ撮像装置４５ａは、ガラスやセラミックからなるチップ搭載基板（パッケージ基板）４６に搭載されている。３Ｄ撮像装置４５ａには、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５１が接続され、タイミングジェネレータ５１は駆動部５２を介して制御部５３に接続されている。制御部５３から駆動部５２を介して送られる信号により、タイミングジェネレータ５１がタイミング信号（クロックパルス）を発生し、タイミング信号はチップ搭載基板４６を介して３Ｄ撮像装置４５ａを構成する半導体チップ上に周辺回路として設けられた駆動回路からの電子シャッタ用信号として各行のピクセルに送られる。【０２１２】
即ち制御部５３は駆動部５２を介してタイミングジェネレータ５１を制御し、３Ｄ撮像装置４５ａの電子シャッタのシャッタ速度を制御する。尚、タイミングジェネレータ５１は、３Ｄ撮像装置４５ａを構成する半導体チップ上の周辺回路として、モノリシックに集積化しても構わない。【０２１３】
３Ｄ撮像装置４５ａを構成する半導体チップの中央の画素アレイ部から出力された撮像信号は、半導体チップの周辺部に周辺回路として設けられた相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）に入力され、３Ｄ撮像装置４５ａの各ピクセルの蓄積電荷量に正確に対応したＲ、Ｇ、Ｂの画像データとして３Ｄ撮像装置４５ａから出力される。３Ｄ撮像装置４５ａから出力された画像データは、図示を省略した増幅器で増幅され、Ａ／Ｄ変換回路４７でデジタルデータに変換される。３Ｄ撮像装置４５ａは、駆動部５２によりタイミング制御されて、３Ｄ撮像装置４５ａの受光面上に結像された対象物９２像を画像信号に変換してＡ／Ｄ変換回路４７へ出力する。【０２１４】
図示を省略しているが、図３１に例示したカメラの画像処理部５４は、ホワイトバランス調整に用いるＷＢ制御量を算出するＷＢ制御量演算回路、画面全体のＧ信号を積算し、又は画面中央部と周辺部とで異なる重みづけをしたＧ信号を積算し、その積算値を出力する自動露出（ＡＥ）検出用論理演算回路、ＡＥ検出用論理演算回路が出力した積算値からＡＥに必要な対象物９２の明るさ（撮影Ｅｖ値）を算出する撮影Ｅｖ値算出回路、更には、階調変換処理回路、ホワイトバランス補正処理回路、γ補正処理回路等の、各種画像処理や画像処理に伴う演算を画像データに対し施す種々の論理回路（ハードウェア・モジュール）を、論理構成上のハードウェア資源として備えることも可能である。【０２１５】
第１の実施の形態に係る画像処理部５４は、画像処理エンジン等があれば実現可能である。又、特徴量生成や識別処理に演算負荷が高い場合、ハードウェアに実装してもよい。例えば、マイクロチップとして実装されたＭＰＵ等を使用してコンピュータシステムで画像処理部５４を構成することも可能である。又、コンピュータシステムを構成する画像処理部５４として、算術演算機能を強化し信号処理に特化したＤＳＰや、メモリや周辺回路を搭載し組み込み機器制御を目的としたマイコン等を用いてもよい。或いは、現在の汎用コンピュータのメインＣＰＵを画像処理部５４に用いてもよい。更に、画像処理部５４の一部の構成又はすべての構成をＦＰＧＡのようなＰＬＤで構成してもよい。
【符号の説明】
【０２１６】
６…半導体チップ，７…検査調整装置，１３ａ…第１リセットゲート電極，１３ｂ…第２リセットゲート電極，１６ａ，３３ｐ…第１転送ゲート電極（振分ゲート構造），１６ｂ，３３ｑ…第２転送ゲート電極（振分ゲート構造），１９…半導体基板，２０…機能基体層，２２…表面埋込領域，２３ａ…第１電荷蓄積領域，２３ｂ…第２電荷蓄積領域，２３ｄ…排出ドレイン領域，２３ｐ…第１電荷蓄積領域，２３ｑ…第２電荷蓄積領域，２３ｒ…第３電荷蓄積領域，２３ｓ…第４電荷蓄積領域，２３ｔ…第５電荷蓄積領域，２３ｕ…第６電荷蓄積領域，２３ｖ…第７電荷蓄積領域，２４ａ…第１リセットソース領域，２４ｂ…第２リセットソース領域，３１…フィールド酸化膜，３３…ゲート絶縁膜，３３ｒ…第３転送ゲート電極（振分ゲート構造），３３ｓ…第４転送ゲート電極（振分ゲート構造），３３ｔ…第５転送ゲート電極（振分ゲート構造），３３ｕ…第６転送ゲート電極（振分ゲート構造），３３ｖ…第７転送ゲート電極（振分ゲート構造），３３ｗ…排出ゲート電極，４１…遮光膜，４２…開口部，４３…撮影レンズ，４３ａ…主レンズ，４３ｂ…ズームレンズ，４３ｃ…フォーカスレンズ，４５ａ…３Ｄ撮像装置，４６…チップ搭載基板，４７…Ａ／Ｄ変換回路，４８…メモリ，４９ｂ…ズームモータ，４９ｃ…フォーカスモータ，５０…アイリスモータ，５１…タイミングジェネレータ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ…モータドライバ，５２…駆動部，５３…制御部，５４…画像処理部，５５…距離センサ（測距素子），５６…ＬＣＤ駆動回路，５７…表示部、５８…操作部，５９，７５，７７…インターフェイス、６１…ストロボ制御回路，６２…ストロボ装置，７１…距離演算回路，７２…データ記憶装置，７３ａ，７３ｂ…制御演算回路，７３１…時間設定論理回路，７３２…設定値判定回路，７３３…時間設定値出力制御回路，７３４…距離画像出力制御回路，７３５…シーケンス制御回路，７３６，７３６ｂ…バス，７３７…出力差判定回路，７３８…出力差演算回路，７３ｂ…制御演算回路，７４…出力ユニット，７６…プログラム記憶装置，８１…光電変換転送部，８２…読出増幅回路，８７，９７，９８…出力バッファ，９１…発光部，９２…対象物，９３…レンズ，９４…駆動回路，９５…垂直走査回路，９６…水平シフトレジスタ，９９，９９ext…調整データ記憶装置
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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