(57)【要約】  撮像装置（１）は、発光部（４）と、画素部（１００）と、被写体の距離情報を算出する信号処理部（２）と、を備え、画素部（１００）は、光電変換部（１０１）と、第１の読み出しゲート（１０６ａ）及び第２の読み出しゲート（１０６ｂ）と、第１の電荷蓄積部（１０２ａ）及び第２の電荷蓄積部（１０２ｂ）を含む複数の電荷蓄積部（１０２）と、を有し、第１の読み出しゲート（１０６ａ）は第１の期間で活性化すると共に第２の期間で非活性化し、第２の読み出しゲート（１０６ｂ）は、第１の期間及び第２の期間で活性化し、信号処理部（２）は、第１の期間及び第２の期間に複数の電荷蓄積部（１０２）に蓄積された信号電荷の総量と、第１の期間及び第２の期間に第２の電荷蓄積部（１０２ｂ）に蓄積された信号電荷の量と、第１の期間に第１の電荷蓄積部（１０２ａ）に蓄積された信号電荷の量と、の差と、に基づいて距離情報を算出する。
2020166572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に対してパルス状の光を照射する発光部と、
半導体基板上に形成された画素部を有する固体撮像装置と、
前記被写体までの距離に係る距離情報を算出する信号処理部と、を備え、
前記画素部は、
受光した光を信号電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す第１の読み出しゲート及び第２の読み出しゲートと、
前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対となる第１の電荷蓄積部及び第２の電荷蓄積部を含む複数の電荷蓄積部であって、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートから読み出される前記信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、を有し、
前記第１の読み出しゲートは、前記発光部による前記パルス状の光の照射が停止するまでに開始される第１の期間で活性化すると共に、前記第１の期間に続く第２の期間で非活性化し、
前記第１の期間の開始と前記第２の期間の終了との時間間隔は、前記パルス状の光の照射期間よりも長く、
前記第２の読み出しゲートは、前記第１の期間及び前記第２の期間で活性化し、
前記第１の電荷蓄積部は、前記第１の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記第２の電荷蓄積部は、前記第１の期間及び前記第２の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記信号処理部は、前記光電変換部が受光した場合に、
前記第１の期間及び前記第２の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、
前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出する
撮像装置。
【請求項２】
前記第１の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングと、前記第２の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングとが等しい
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングの方が、前記第２の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングよりも早い
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像装置は、行列状に配置されて画素アレイを構成する複数の前記画素部を有し、
前記複数の画素部の全てにおいて、
前記光電変換部に対する、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートの相対位置が等しく、
前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートの活性化及び非活性化のタイミングが等しい
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の読み出しゲートは、更に、前記発光部から照射された前記パルス状の光の反射光を前記光電変換部が受光しない第１の反射光非受光期間において、前記第１の期間と同じ時間間隔の第３の期間で活性化すると共に、前記第３の期間に続く前記第２の期間と同じ時間間隔の第４の期間で非活性化し、
前記第２の読み出しゲートは、更に、前記第１の反射光非受光期間において、前記第３の期間及び前記第４の期間で活性化し、
前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第３の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第３の期間及び前記第４の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記信号処理部は、前記第３の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第３の期間及び前記第４の期間に前記第２電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の量と、に基づいて、前記距離情報を算出する
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記画素部は、更に、前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷と前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷とを、前記第１の電荷蓄積部と前記第２の電荷蓄積部との間で入れ替えるために利用される信号入替部を有し、
前記発光部は、更に、前記信号入替部が利用されて前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷と前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷との入れ替えが行われた後に、前記被写体に対する前記パルス状の光の再度の照射を行い、
前記第２の読み出しゲートは、更に、前記発光部による前記パルス状の光の再度の照射に対する位相差が、前記発光部による前記パルス状の光の照射に対する前記第１の期間の位相差と等しい第５の期間で活性化すると共に、前記発光部による前記パルス状の光の再度の照射に対する位相差が、前記発光部による前記パルス状の光の照射に対する前記第２の期間の位相差と等しい第６の期間で非活性化し、
前記第１の読み出しゲートは、更に、前記第５の期間及び前記第６の期間で活性化し、
前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第５の期間及び前記第６の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第５の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記信号処理部は、前記変換部が更に受光した場合に、
前記第１の期間、前記第２の期間、前記第５の期間及び前記第６の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、
前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷及び前記第５の期間及び前記第６の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷及び前記第５の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出する
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第２の読み出しゲートは、更に、前記発光部から再度照射された前記パルス状の光の反射光を前記光電変換部が受光しない第２の反射光非受光期間において、前記第５の期間と同じ時間間隔の第７の期間で活性化すると共に、前記第７の期間に続く前記第６の期間と同じ時間間隔の第８の期間で非活性化し、
前記第１の読み出しゲートは、更に、前記第２の反射光非受光期間において、前記第７の期間及び前記第８の期間で活性化し、
前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第７の期間及び第８の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第７の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記信号処理部は、前記第７の期間及び第８の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第７の期間に前記第２電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の量と、に基づいて、前記距離情報を算出する
請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記複数の電荷蓄積部には、更に、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対になる第３の電荷蓄積部及び第４の電荷蓄積部が含まれる
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
被写体に対してパルス状の光を照射する発光部と、半導体基板上に形成された画素部を有する固体撮像装置と、前記被写体までの距離に係る距離情報を算出する信号処理部と、を備え、前記画素部は、受光した光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す第１の読み出しゲート及び第２の読み出しゲートと、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対となる第１の電荷蓄積部及び第２の電荷蓄積部を含む複数の電荷蓄積部であって、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートから読み出される前記信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、を有する撮像装置が行う距離情報算出方法であって、
前記第１の読み出しゲートが、前記発光部による前記パルス状の光の照射が停止するまでに開始される第１の期間で活性化すると共に、前記第１の期間に続く第２の期間であって、前記第１の期間の開始と前記第２の期間の終了との時間間隔が、前記パルス状の光の照射期間よりも長くなる前記第２の期間で非活性化する第１ステップと、
前記第２の読み出しゲートが、前記第１の期間及び前記第２の期間で活性化する第２ステップと、
前記第１の電荷蓄積部が、前記第１の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積する第３ステップと、
前記第２の電荷蓄積部が、前記第１の期間及び前記第２の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積する第４ステップと、
前記信号処理部が、前記光電変換部が受光した場合に、
前記第１の期間及び前記第２の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、
前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出する第５ステップと、を含む
距離情報算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、被写体の距離情報を取得する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式を利用して測距を行う撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３６９５７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＴＯＦ方式を利用して測距を行う場合、被写体までの距離が比較的短いと、被写体からの反射光による光電変換で生じる信号電荷が比較的多くなる。このため、信号電荷を蓄積する電荷蓄積部が飽和してしまうことがある。【０００５】
そこで、本開示は、電荷蓄積部の飽和を抑制することができる撮像装置等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】
本開示の一態様に係る撮像装置は、被写体に対してパルス状の光を照射する発光部と、半導体基板上に形成された画素部を有する固体撮像装置と、前記被写体までの距離に係る距離情報を算出する信号処理部と、を備え、前記画素部は、受光した光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す第１の読み出しゲート及び第２の読み出しゲートと、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対となる第１の電荷蓄積部及び第２の電荷蓄積部を含む複数の電荷蓄積部であって、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートから読み出される前記信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、を有し、前記第１の読み出しゲートは、前記発光部による前記パルス状の光の照射が停止するまでに開始される第１の期間で活性化すると共に、前記第１の期間に続く第２の期間で非活性化し、前記第１の期間の開始と前記第２の期間の終了との時間間隔は、前記パルス状の光の照射期間よりも長く、前記第２の読み出しゲートは、前記第１の期間及び前記第２の期間で活性化し、前記第１の電荷蓄積部は、前記第１の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記第２の電荷蓄積部は、前記第１の期間及び前記第２の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記信号処理部は、前記光電変換部が受光した場合に、前記第１の期間及び前記第２の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出する。【０００７】
本開示の一態様に係る距離情報算出方法は、被写体に対してパルス状の光を照射する発光部と、半導体基板上に形成された画素部を有する固体撮像装置と、前記被写体までの距離に係る距離情報を算出する信号処理部と、を備え、前記画素部は、受光した光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す第１の読み出しゲート及び第２の読み出しゲートと、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対となる第１の電荷蓄積部及び第２の電荷蓄積部を含む複数の電荷蓄積部であって、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートから読み出される前記信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、を有する撮像装置が行う距離情報算出方法であって、前記第１の読み出しゲートが、前記発光部による前記パルス状の光の照射が停止するまでに開始される第１の期間で活性化すると共に、前記第１の期間に続く第２の期間であって、前記第１の期間の開始と前記第２の期間の終了との時間間隔が、前記パルス状の光の照射期間よりも長くなる前記第２の期間で非活性化する第１ステップと、前記第２の読み出しゲートが、前記第１の期間及び前記第２の期間で活性化する第２ステップと、前記第１の電荷蓄積部が、前記第１の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積する第３ステップと、前記第２の電荷蓄積部が、前記第１の期間及び前記第２の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積する第４ステップと、前記信号処理部が、前記光電変換部が受光した場合に、前記第１の期間及び前記第２の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出する第５ステップと、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
電荷蓄積部の飽和を抑制することができる撮像装置等が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る画素部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る撮像装置が行う測距の概要（基本原理）を示すタイミングチャートである。
【図４】図４は、実施の形態１に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る画素部の構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る撮像装置が行う動作の動作シーケンス図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る第１の露光シーケンスに係るタイミングチャートである。
【図８】図８は、実施の形態１に係る信号電荷入替駆動の様子を示す概略平面図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る信号電荷入替駆動における駆動パルスのタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る第２の露光シーケンスに係るタイミングチャートである。
【図１１】図１１は、実施の形態１に係る信号電荷入替駆動の様子を示す概略平面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１に係る第３の露光シーケンスに係るタイミングチャートである。
【図１３】図１３は、実施の形態１に係る第４の露光シーケンスに係るタイミングチャートである。
【図１４】図１４は、実施の形態２に係る変形第１の露光シーケンスに係るタイミングチャートである。
【図１５】図１５は、実施の形態２に係る変形第３の露光シーケンスに係るタイミングチャートである。
【図１６】図１６は、実施の形態２に係る画素部の構成例を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、実施の形態３に係る撮像装置が行う動作の動作シーケンス図である。
【図１８】図１８は、信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１と信号電荷Ａ２と信号電荷Ａ３との配置関係を示す概略平面図である。
【図１９】図１９は、実施の形態４に係る画素部の構成例を示すブロック図である。
【図２０】図２０は、実施の形態４に係る第１の露光シーケンスに係るタイミングチャートである。
【図２１】図２１は、実施の形態４に係る第１の露光シーケンスに係るタイミングチャートである。
【図２２】図２２は、実施の形態４に係る第３の露光シーケンスに係るタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の一態様に係る撮像装置は、被写体に対してパルス状の光を照射する発光部と、半導体基板上に形成された画素部を有する固体撮像装置と、前記被写体までの距離に係る距離情報を算出する信号処理部と、を備え、前記画素部は、受光した光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す第１の読み出しゲート及び第２の読み出しゲートと、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対となる第１の電荷蓄積部及び第２の電荷蓄積部を含む複数の電荷蓄積部であって、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートから読み出される前記信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、を有し、前記第１の読み出しゲートは、前記発光部による前記パルス状の光の照射が停止するまでに開始される第１の期間で活性化すると共に、前記第１の期間に続く第２の期間で非活性化し、前記第１の期間の開始と前記第２の期間の終了との時間間隔は、前記パルス状の光の照射期間よりも長く、前記第２の読み出しゲートは、前記第１の期間及び前記第２の期間で活性化し、前記第１の電荷蓄積部は、前記第１の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記第２の電荷蓄積部は、前記第１の期間及び前記第２の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記信号処理部は、前記光電変換部が受光した場合に、前記第１の期間及び前記第２の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出する。
【００１１】
上記構成の撮像装置によると、発光部から照射されたパルス状の光の、被写体からの反射光による光電変換で生じる信号電荷は、第１の電荷蓄積部と第２の電荷蓄積部とに分散されて蓄積される。このため、上記構成の撮像装置によると、電荷蓄積部の飽和を抑制することができる。
【００１２】
また、前記第１の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングと、前記第２の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングとが等しいとしてもよい。
【００１３】
また、前記第１の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングの方が、前記第２の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングよりも早いとしてもよい。
【００１４】
また、前記固体撮像装置は、行列状に配置されて画素アレイを構成する複数の前記画素部を有し、前記複数の画素部の全てにおいて、前記光電変換部に対する、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートの相対位置が等しく、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートの活性化及び非活性化のタイミングが等しいとしてもよい。
【００１５】
また、前記第１の読み出しゲートは、更に、前記発光部から照射された前記パルス状の光の反射光を前記光電変換部が受光しない第１の反射光非受光期間において、前記第１の期間と同じ時間間隔の第３の期間で活性化すると共に、前記第３の期間に続く前記第２の期間と同じ時間間隔の第４の期間で非活性化し、前記第２の読み出しゲートは、更に、前記第１の反射光非受光期間において、前記第３の期間及び前記第４の期間で活性化し、前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第３の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第３の期間及び前記第４の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記信号処理部は、前記第３の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第３の期間及び前記第４の期間に前記第２電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の量と、に基づいて、前記距離情報を算出するとしてもよい。
【００１６】
また、前記画素部は、更に、前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷と前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷とを、前記第１の電荷蓄積部と前記第２の電荷蓄積部との間で入れ替えるために利用される信号入替部を有し、前記発光部は、更に、前記信号入替部が利用されて前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷と前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷との入れ替えが行われた後に、前記被写体に対する前記パルス状の光の再度の照射を行い、前記第２の読み出しゲートは、更に、前記発光部による前記パルス状の光の再度の照射に対する位相差が、前記発光部による前記パルス状の光の照射に対する前記第１の期間の位相差と等しい第５の期間で活性化すると共に、前記発光部による前記パルス状の光の再度の照射に対する位相差が、前記発光部による前記パルス状の光の照射に対する前記第２の期間の位相差と等しい第６の期間で非活性化し、前記第１の読み出しゲートは、更に、前記第５の期間及び前記第６の期間で活性化し、前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第５の期間及び前記第６の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第５の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記信号処理部は、前記変換部が更に受光した場合に、前記第１の期間、前記第２の期間、前記第５の期間及び前記第６の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷及び前記第５の期間及び前記第６の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷及び前記第５の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出するとしてもよい。
【００１７】
また、前記第２の読み出しゲートは、更に、前記発光部から再度照射された前記パルス状の光の反射光を前記光電変換部が受光しない第２の反射光非受光期間において、前記第５の期間と同じ時間間隔の第７の期間で活性化すると共に、前記第７の期間に続く前記第６の期間と同じ時間間隔の第８の期間で非活性化し、前記第１の読み出しゲートは、更に、前記第２の反射光非受光期間において、前記第７の期間及び前記第８の期間で活性化し、前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第７の期間及び第８の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第７の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記信号処理部は、前記第７の期間及び第８の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第７の期間に前記第２電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の量と、に基づいて、前記距離情報を算出するとしてもよい。
【００１８】
また、前記複数の電荷蓄積部には、更に、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対になる第３の電荷蓄積部及び第４の電荷蓄積部が含まれるとしてもよい。
【００１９】
本開示の一態様に係る距離情報算出方法は、被写体に対してパルス状の光を照射する発光部と、半導体基板上に形成された画素部を有する固体撮像装置と、前記被写体までの距離に係る距離情報を算出する信号処理部と、を備え、前記画素部は、受光した光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す第１の読み出しゲート及び第２の読み出しゲートと、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対となる第１の電荷蓄積部及び第２の電荷蓄積部を含む複数の電荷蓄積部であって、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートから読み出される前記信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、を有する撮像装置が行う距離情報算出方法であって、前記第１の読み出しゲートが、前記発光部による前記パルス状の光の照射が停止するまでに開始される第１の期間で活性化すると共に、前記第１の期間に続く第２の期間であって、前記第１の期間の開始と前記第２の期間の終了との時間間隔が、前記パルス状の光の照射期間よりも長くなる前記第２の期間で非活性化する第１ステップと、前記第２の読み出しゲートが、前記第１の期間及び前記第２の期間で活性化する第２ステップと、前記第１の電荷蓄積部が、前記第１の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積する第３ステップと、前記第２の電荷蓄積部が、前記第１の期間及び前記第２の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積する第４ステップと、前記信号処理部が、前記光電変換部が受光した場合に、前記第１の期間及び前記第２の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出する第５ステップと、を含む。
【００２０】
上記構成の距離算出方法によると、発光部から照射されたパルス状の光の、被写体からの反射光による光電変換で生じる信号電荷は、第１の電荷蓄積部と第２の電荷蓄積部とに分散されて蓄積される。このため、上記構成の撮像装置によると、電荷蓄積部の飽和を抑制することができる。
【００２１】
以下、本開示の一態様に係る撮像装置の具体例について、図面を参照しながら説明する。ここで示す実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であって本開示を限定するものではない。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る撮像装置について説明する。この撮像装置は、被写体まで光が往復する飛行時間を利用して測距を行うＴＯＦ方式により測距を行う。ここでは、まず、実施の形態１に係る撮像装置が行う測距の基本原理について説明し、その後、実施の形態１に係る撮像装置の具体的構成について説明する。実施の形態１に係る撮像装置は、被写体までの測距を行うため、測距撮像装置と呼ばれることもある。
【００２３】
１．基本原理
図１は、実施の形態１に係る撮像装置１の構成例を示すブロック図である。図２は、撮像装置１に含まれる画素部１００の概略構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示すように、撮像装置１は、発光部４と、固体撮像装置１０と、信号処理部２と、制御部３とを備える。
【００２５】
制御部３は、被写体への光の照射を指示する発光信号と、当該被写体からの反射光及び太陽光等に起因する背景光の露光を指示する露光信号とを出力する。制御部３は、例えば、メモリと、メモリに記憶されるプログラムを実行するプロセッサによって実現される。
【００２６】
発光部４は、発光素子を有し、制御部３から出力される発光信号に従って、被写体に対してパルス状の光を照射する。発光素子は、例えば、レーザダイオード、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light emitting device）等により実現される。照射光は、例えば、赤外光である。
【００２７】
固体撮像装置１０は、行列状に配置された複数の画素部１００（図２参照。）により構成される画素アレイ２０を有する。固体撮像装置１０は、例えば、ＣＯＭＳイメージセンサにより実現される。
【００２８】
画素アレイ２０は、発光部４から照射されたパルス状の光の、被写体による反射光を受光する。また、画素アレイ２０は、太陽光等に起因する背景光も受光する。画素アレイ２０は、制御部３から出力される露光信号に従って露光する。以下、画素アレイ２０は、行列状に配置された複数の画素部１００により構成されるとして説明するが、画素アレイ２０は、少なくとも１つの画素部１００を有する構成であれば、必ずしも、行列状に配置された複数の画素部１００により構成される例に限定されない。例えば、画素アレイ２０は、１つの画素部１００により構成されるとしてもよい。
【００２９】
画素部１００は、半導体基板上に形成される。図２に示すように、画素部１００は、光電変換部１０１と、第１の読み出しゲート１０６ａと、第２の読み出しゲート１０６ｂと、第１の電荷蓄積部１０２ａと、第２の電荷蓄積部１０２ｂとを有する。
【００３０】
光電変換部１０１は、受光した光を信号電荷に変換する。光電変換部１０１は、例えば、フォトダイオードにより実現される。
【００３１】
第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂは、光電変換部１０１から信号電荷を読み出す。第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂは、活性化された状態、すなわち導通状態と、非活性化された状態、すなわち非導通状態とのいずれかの状態となる。第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂは、活性化された状態において上記信号電荷の読み出しを行い、非活性化された状態において上記信号電荷の読み出しを行わない。第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂは、制御部３から出力される露光信号により、個別に導通状態と非導通状態とを制御される。
【００３２】
第１の電荷蓄積部１０２ａ及び第２の電荷蓄積部１０２ｂは、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂにそれぞれ対となる電荷蓄積部であって、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂから読み出される信号電荷を蓄積する。ここでは、便宜上、第１の電荷蓄積部１０２ａが、第１の読み出しゲート１０６ａから読み出される信号電荷を蓄積し、第２の電荷蓄積部１０２ｂが、第２の読み出しゲート１０６ｂから読み出される信号電荷を蓄積するとして説明する。
【００３３】
再び図１に戻って、撮像装置１の構成についての説明を続ける。
【００３４】
信号処理部２は、第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積された信号電荷及び第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積された信号電荷に基づいて、被写体までの距離に係る距離情報を算出する。信号処理部２は、例えば、メモリと、メモリに記憶されるプログラムを実行するプロセッサによって実現される。
【００３５】
なお、ここでは、信号処理部２、制御部３は、固体撮像装置１０の外部の構成要素として説明するが、信号処理部２により実現される機能の一部又は全部が固体撮像装置１０により実現されるとしてもよいし、制御部３により実現される機能の一部または全部が固体撮像装置１０により実現されるとしてもよい。
【００３６】
図３は、上記構成の撮像装置１が行う測距の概要（基本原理）を示すタイミングチャートである。
【００３７】
制御部３の指示により発光部４から照射した時間幅Ｔｐのパルス状の照射光は、被写体で反射した反射光として、照射光の発光タイミングから時間Ｔｄだけ遅れて画素部１００へ到達する。
【００３８】
被写体までの距離をＤとし、光速（２９９，７９２，４５８ｍ／ｓ）をｃとすると、時間Ｔｄと距離Ｄの間には下式の関係がある。
【００３９】
Ｄ＝ｃ×Ｔｄ／２                                     ・・・（式０）
【００４０】
制御部３は、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂを活性化させる第１の露光期間（「第１の期間」とも称する）と、第１の露光期間に続く期間であって、第２の読み出しゲート１０６ｂのみを活性化させる第２の露光期間（「第２の期間」とも称する）とを制御する。ここでは、第１の露光期間は、発光部４の発光開始から発光終了までの期間であるとし、第２の露光期間は、発光部の発光終了から更に時間Ｔｐ経過するまでの期間であるとする。また、ここでは、第１の読みしゲート１０６ａによる信号電荷の読み出し能力と、第２の読み出しゲート１０６ｂによる信号電荷の読み出し能力とが等しいとする。
【００４１】
図３の「第１の電荷蓄積部の信号電荷」と「第２の電荷蓄積部の信号電荷」とに図示するように、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとが両方とも活性化された状態となる第１の露光期間に光電変換部１０１で発生した電荷は、第１の電荷蓄積部１０２ａと第２の電荷蓄積部１０２ｂとにそれぞれ半分の電荷量が分配されて転送され、第２の読み出しゲート１０６ｂのみが活性化された状態となる第２の露光期間に光電変換部１０１で発生した電荷は、全て第２の電荷蓄積部１０２ｂに転送される。
【００４２】
上述のような動作となることから１回のパルス状の照射光に対して、光電変換部１０１でパルス状の反射光全てから発生する信号電荷をＳｒとし、第１の電荷蓄積部１０２ａで蓄積される信号電荷をＳａとし、第２の電荷蓄積部１０２ｂで蓄積される信号電荷をＳｂとすると、信号電荷Ｓａと信号電荷Ｓｂの和は信号電荷Ｓｒに相当し、信号電荷Ｓａと信号電荷Ｓｂの差は第２の露光期間に画素部１００へ到達した反射光に相当する信号電荷（以後、Ｓｄと表す）となる。
【００４３】
上述の時間Ｔｐと時間Ｔｄの比は信号電荷Ｓｒと信号電荷Ｓｄの比と等しいことから、信号処理部２は、被写体までの距離Ｄを、下式から算出することができる。
【００４４】
Ｄ＝ｃ×Ｔｐ／２×（Ｓｄ／Ｓｒ）                     ・・・（式１）
【００４５】
Ｄ＝ｃ×Ｔｐ／２×（Ｓｂ−Ｓａ）／（Ｓｂ＋Ｓａ）     ・・・（式２）
【００４６】
以下、上記概要（基本原理）の測距を行う撮像装置１の具体的構成について説明する。
【００４７】
２．具体的構成
図４は、実施の形態１に係る固体撮像装置１０の構成例を示すブロック図である。
【００４８】
図４に示すように、固体撮像装置１０は、画素アレイ２０と、画素アレイ制御部１１と、垂直走査部１２と、列処理部１３と、水平走査部１４と、出力バッファ１５とを備える。
【００４９】
画素アレイ２０は、行列状に配置された複数の画素部１００と、列毎に配置された複数の垂直信号線１６とを含んで構成される。ここで、画素アレイ２０を構成する複数の画素部１００は、複数の画素部１００の全てにおいて、光電変換部１０１に対する第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂの相対位置が等しくなるように、行列状に配置される。
【００５０】
画素アレイ２０には、列方向に並ぶ画素部１００に含まれる転送チャネル１０４（後述）が列方向に直線状に連結されることで、列毎に転送チャネル１７が形成される。
【００５１】
画素アレイ制御部１１は、制御部３から出力される露光信号に基づいて、画素アレイ２０を構成する複数の画素部１００を制御する。ここで、画素アレイ制御部１１は、画素アレイ２０を構成する複数の画素部１００の全てにおいて、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂの活性化及び非活性化のタイミングが等しくなるように、複数の画素部１００の制御を行う。
【００５２】
垂直走査部１２は、画素アレイ２０を構成する複数の画素部１００から読み出される信号電荷を行単位で走査する、つまり、１列ずつ順に選択して、列毎に配置された複数の垂直信号線１６に出力する。
【００５３】
列処理部１３は、複数の垂直信号線１６に出力された信号電荷を受信し、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：correlated double sampling）を実施して画素信号として出力する。
【００５４】
水平走査部１４は、列処理部１３から出力される画素信号を走査する、つまり、１つずつ順に選択して出力する。列処理部１３は、複数の垂直信号線１６の列毎にデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路を有する場合もある。
【００５５】
出力バッファ１５は、水平走査部１４から受けた画素信号を出力する。
【００５６】
図５は、画素部１００の構成例を示す模式図である。
【００５７】
図５に示すように、画素部１００は、光電変換部１０１と、複数の電荷蓄積部１０２（一例として、第１の電荷蓄積部１０２ａ、第２の電荷蓄積部１０２ｂ）と、複数の読み出しゲート１０６（一例として、第１の読み出しゲート１０６ａ、第２の読み出しゲート１０６ｂ）と、出力制御ゲート１１３と、浮遊拡散層１１４と、リセットゲート１１５と、リセットドレイン１１６と、読み出し回路１１７と、複数の露光制御ゲート１０８（一例として、露光制御ゲート１０８ａ、露光制御ゲート１０８ｂ）と、複数のオーバーフロードレイン１０９（一例として、オーバーフロードレイン１０９ａ、オーバーフロードレイン１０９ｂ）と、信号入替部１１０とを備える。
【００５８】
光電変換部１０１は、受光した光を信号電荷に変換する。
【００５９】
読み出しゲート１０６は、光電変換部１０１から信号電荷を読み出す。
【００６０】
電荷蓄積部１０２は、読み出しゲート１０６から読み出される信号電荷を蓄積する。電荷蓄積部１０２は、ゲート絶縁膜下の、信号電荷を転送するための転送チャネル１０４（ＣＣＤチャネル１０４）と、ゲート絶縁膜上の転送電極１０５（一例として、転送電極１０５ａ、転送電極１０５ｂ、転送電極１０５ｃ、転送電極１０５ｄ、転送電極１０５ｅのいずれか）で構成される。すなわち、電荷蓄積部１０２は、図５に示されるように、転送チャネル１０４の一部と、半導体基板の平面視において転送チャネル１０４の一部に重なる、転送電極１０５の一部とを含む。また、図５に示されるように、転送チャネル１０４は、１つの画素部１００ａ当たり１本である。前述したように、画素アレイ２０において、列方向に並ぶ各画素部１００の転送チャネル１０４は、列方向に直線状に連結される。これにより、画素アレイ２０には、列毎に転送チャネル１７が形成される。
【００６１】
本実施の形態では、転送電極１０５ａ、転送電極１０５ｂ、転送電極１０５ｃ、転送電極１０５ｄ、転送電極１０５ｅに印加される電圧を、それぞれ、ＶＧ１、ＶＧ２、ＶＧ３、ＶＧ４、ＶＧ５とする。
【００６２】
第１の電荷蓄積部１０２ａと第２の電荷蓄積部１０２ｂとは、５相駆動を行う。第１の電荷蓄積部１０２ａと第２の電荷蓄積部１０２ｂとは、画素アレイ制御部１１からＨｉｇｈ電圧となるＶＧ１とＶＧ３とが印加されると、それぞれ、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとに隣接して、転送電極１０５の深さ方向で下（ここでは、転送電極１０５ａと転送電極１０５ｃとの深さ方向で下）に形成される。
【００６３】
オーバーフロードレイン１０９は、光電変換部１０１から、信号電荷を排出する。
【００６４】
露光制御ゲート１０８は、オーバーフロードレイン１０９への上記排出を制御する。
【００６５】
信号入替部１１０は、複数の電荷蓄積部１０２（ここでは、第１の電荷蓄積部１０２ａ、第２の電荷蓄積部１０２ｂ）のうちの１つから、その電荷蓄積部１０２に蓄積される信号電荷の転送を受けて保持し、保持する信号電荷を、複数の電荷蓄積部１０２（ここでは、第１の電荷蓄積部１０２ａ、第２の電荷蓄積部１０２ｂ）のうちの１つに転送する。信号入替部１１０は、電荷保持ゲート１１１と、信号入替部１１０の転送制御を行う転送制御ゲート１１２とを備える。信号入替部１１０は、後述するように、複数の電荷蓄積部１０２のうちの一の電荷蓄積部（ここでは、第１の電荷蓄積部１０２ａ又は第２の電荷蓄積部１０２ｂ）に蓄積された信号電荷と、複数の電荷蓄積部１０２のうちの他の一の電荷蓄積部（ここでは、第２の電荷蓄積部１０２ｂ又は第１の電荷蓄積部１０２ａ）に蓄積された信号電荷とを、一の電荷蓄積部（ここでは、第１の電荷蓄積部１０２ａ又は第２の電荷蓄積部１０２ｂ）と、他の一の電荷蓄積部（ここでは、第２の電荷蓄積部１０２ｂ又は第１の電荷蓄積部１０２ａ）との間で入れ替えるために利用される。
【００６６】
浮遊拡散層１１４は、複数の電荷蓄積部１０２（ここでは、第１の電荷蓄積部１０２ａ、第２の電荷蓄積部１０２ｂ）のうちの１つから、その電荷蓄積部１０２に蓄積される信号電荷の転送を受けて保持する。
【００６７】
出力制御ゲート１１３は、浮遊拡散層１１４への転送制御を行う。
【００６８】
読み出し回路１１７は、浮遊拡散層１１４に保持される信号電荷を電圧に変換して、画素部１００から垂直信号線１６へ読み出す。例えば、読み出し回路１１７は、浮遊拡散層１１４にゲートが接続されるソースフォロアトランジスタと、ソースフォロアトランジスタに直列接続される選択トランジスタとを含んで構成される。例えば、選択トランジスタによって読み出し回路１１７が選択されることで、浮遊拡散層１１４に保持される信号電荷は、その読み出し回路１１７により、電圧信号へ変換されて垂直信号線１６へ読み出される。
【００６９】
露光制御ゲート１０８ａ及び露光制御ゲート１０８ｂにはそれぞれ駆動パルスＯＤＧが、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂにはそれぞれ駆動パルスＴＧ１、ＴＧ２が、転送電極１０５ａ〜１０５ｅにはそれぞれ駆動パルスＶＧ１〜ＶＧ５が、画素アレイ制御部１１から印加される。露光時にはＶＧ１とＶＧ３にＨｉｇｈ電圧が印加され、他電極にＬｏｗ電圧が印加されることでＨｉｇｈ電圧を印加した転送電極１０５下に電荷蓄積が可能となる。すなわち、Ｈｉｇｈ電圧が印加された転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ａ、転送電極１０５ｃ）と、その下に重なる転送チャネル１０４とによって、電荷蓄積部１０２（ここでは、第１の電荷蓄積部１０２ａ、第２の電荷蓄積部１０２ｂ）が形成される。
【００７０】
初期状態として、ＯＤＧはＨｉｇｈ状態であり、光電変換部１０１はリセット状態にある。また、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂはＬｏｗ状態であり、転送電極１０５ａ及び転送電極１０５ｃがＨｉｇｈ状態に保持されている第１の電荷蓄積部１０２ａ及び第２の電荷蓄積部１０２ｂと、光電変換部１０１とは電気的に遮断されている。この状態において光電変換部１０１で生成した信号電荷は露光制御ゲート１０８を介してオーバーフロードレイン１０９へ排出される。
【００７１】
以下、撮像装置１が行う動作について図面を参照しながら説明する。
【００７２】
図６は、撮像装置１が行う動作の動作シーケンス図である。
【００７３】
図６に示すように、撮像装置１は、第１の露光シーケンス、信号電荷入替駆動、第２の露光シーケンス、発光露光信号読み出し、第３の露光シーケンス、信号電荷入替駆動、第４の露光シーケンス、無発光露光信号読み出し、距離算出の各ステップを、この順に実行する。
【００７４】
まず、第１の露光シーケンスについて説明する。
【００７５】
図７は、第１の露光シーケンスにおける、発光部４の発光タイミングと、画素部１００の露光および信号蓄積タイミングと、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂそれぞれを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積される信号電荷の露光状態とを示すタイミングチャートである。
【００７６】
第１の露光シーケンスは、制御部３でタイミング制御される発光部４のパルス状の光の照射開始から照射終了までの時間Ｔｐと同期する第１の露光期間（「第１の期間」とも称する）と、パルス状の光の照射終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第２の露光期間（「第２の期間」とも称する）とで構成される。図７に図示されるように、第１の期間は、発光部４によるパルス状の光の照射が停止するまでに開始される。また、第２の期間は、第１の露光期間に続く期間であって、第１の露光期間の開始と第２の期間の終了との時間間隔が、パルス状の光の照射期間Ｔｐよりも長くなる期間である。
【００７７】
第１の露光シーケンスが開始されると、制御部３の指示により、発光部４から、時間Ｔｐの間隔のパルス状の光が照射される。照射されたパルス状の光の被写体による反射光は、撮像装置１からの距離に応じた時間Ｔｄの遅延の後に、画素部１００に到達し、光電変換部１０１において信号電荷に変換される。
【００７８】
制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第１の露光期間が開始される時刻ｔ１１に同期してＯＤＧをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へ遷移させ、並行して、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとを共に、Ｌｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）に遷移させる。
【００７９】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、光電変換部１０１からオーバーフロードレイン１０９への信号電荷の排出が停止されると共に、発光部４から照射されたパルス状の光の反射光のうち、第１の露光期間中に光電変換部１０１に到達した光の受光の先行成分と、第１の露光期間中に到達した当該反射光以外の背景光の受光とによって光電変換部１０１で発生し信号電荷が、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａへ蓄積され、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。
【００８０】
次に、第２の露光期間では、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、開始タイミングの時刻ｔ１２に、第１の読み出しゲート１０６ａをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）に遷移させる。これにより、第１の電荷蓄積部１０２ａへの信号電荷の蓄積が停止される。
【００８１】
上述の制御動作により、時刻ｔ１２以降の第２の露光期間に光電変換部１０１に到達した反射光の受光の後行成分と、第２の露光期間中に到達した背景光の受光とによって光電変換部１０１で発生した信号電荷が、全て第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。
【００８２】
第２の露光期間終了の時刻ｔ１３時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第２の読み出しゲート１０６ｂをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第２の電荷蓄積部１０２ｂへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＧＤをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【００８３】
第１の露光シーケンス終了時点で、第１の読み出しゲート１０６ａを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積された信号電荷をＳ１Ａとし、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積された信号電荷をＳ１Ｂとし、第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積された信号電荷をＡ０とし、第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積された信号電荷をＡ１とすると、下式が成り立つ。
【００８４】
Ａ０＝Ｓ１Ａ                                         ・・・（式３）
【００８５】
Ａ１＝Ｓ１Ｂ                                         ・・・（式４）
【００８６】
さらに信号電荷Ｓ１Ａは、パルス状の反射光の受光により光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ１Ａｒと、当該パルス状の反射光以外の背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ１Ａｂとから形成されており、信号電荷Ｓ１Ｂは、パルス状の反射光の受光により光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ１Ｂｒと、当該パルス状の反射光以外の背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ１Ｂｂとから形成されていることから、下式の関係がある。
【００８７】
Ａ０＝Ｓ１Ａｒ＋Ｓ１Ａｂ                             ・・・（式５）
【００８８】
Ａ１＝Ｓ１Ｂｒ＋Ｓ１Ｂｂ                             ・・・（式６）
【００８９】
上記で説明した通り第１の露光シーケンスでは、第１の露光期間で第１の電荷蓄積部１０２ａと、第２の電荷蓄積部１０２ｂの２個所の電荷蓄積部１０２へ並行して電荷転送していることから、第１の露光期間に光電変換部１０１で発生する信号電荷のおおよそ半分に分配された電荷量がそれぞれの電荷蓄積部１０２へ蓄積されるため、電荷蓄積部１０２の信号飽和が抑制される。
【００９０】
さらに、被写体までの距離Ｄに対して反射光の強度が１／Ｄ２に比例し、近距離にある被写体ほど反射光の遅延時間Ｔｄが小さくなり第１の露光期間に含まれる反射光の先行成分の比率が大きくなる原理的な現象がある。このため、より近い距離の被写体でより増大する特性がある第１の露光期間に含まれる反射光の先行成分により光電変換部１０１で発生する信号電荷をおおよそ半分に分配して各電荷蓄積部１０２に蓄積させることから、上記第１の露光シーケンスにおける発光と露光との制御は、近距離の被写体に対する電荷蓄積部１０２の信号飽和の抑制効果が高いことが分かる。
【００９１】
但し、半導体製造工程における特性のバラつきによる、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとの電荷転送特性の差異等に起因して、第１の露光期間に第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積される信号電荷の量と、第１の露光期間に第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される信号電荷の量とは、完全な５０％：５０％にならない可能性がある。
【００９２】
次に、信号電荷入替駆動について説明する。
【００９３】
図８は、信号電荷入替駆動の動作の様子を示す概略平面図である。
【００９４】
図９は、信号電荷入替駆動における駆動パルスのタイミングチャートである。
【００９５】
図８において、転送電極１０５ａ〜転送電極１０５ｅには、それぞれ、ＶＧ１〜ＶＧ５の駆動パルスが画素アレイ制御部１１から印加される。これにより、信号電荷を所望の位置に転送することができる。また、電荷保持ゲート１１１、転送制御ゲート１１２には、それぞれ、ＶＳ、ＶＢの駆動パルスが画素アレイ制御部１１から印加される。
【００９６】
図８において、転送される信号電荷の位置の変化を容易に理解できるよう特定の画素部１００で生成された信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１とに対して、信号電荷の位置を模した楕円形にハッチングをかけている。
【００９７】
まず、第１の露光シーケンスが完了した時刻ｔｔ１（すなわち図７における時刻ｔ１３）に、ＶＧ１とＶＧ３とがＨｉｇｈ電圧となる。これにより、ＶＧ１とＶＧ３とが印加される転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ａ及び転送電極１０５ｃ）下に、それぞれ、信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１とが蓄積されている。
【００９８】
次に、時刻ｔｔ２に、ＶＧ５とＶＧ２とがＨｉｇｈ電圧となる。これにより、ＶＧ５、ＶＧ２が印加される転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ｅ及び転送電極１０５ｂ）下に、それぞれ、信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１とが蓄積される。すなわち、時刻ｔｔ１においてＶＧ１が印加される転送電極（ここでは転送電極１０５ａ）下に蓄積されていた信号電荷Ａ０が、ＶＧ５が印加される転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ｅ）下に転送され、時刻ｔｔ１においてＶＧ３が印加される転送電極（ここでは転送電極１０５ｃ）下に蓄積されていた信号電荷Ａ１が、ＶＧ２が印加される転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ｂ）下に転送される。次に、図９に示すように、ＶＳがＨｉｇｈ電圧となり、続いてＶＢがＨｉｇｈ電圧となることで、ＶＧ５が印加される転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ｅ）の電荷蓄積部１０２と、信号入替部１１０との間に電荷転送の経路が作成される。そして、その後、ＶＧ５とＶＢとにＬｏｗ電圧が順次印加され、信号電荷Ａ０が電荷保持ゲート１１１下に転送される（ｔｔ３）。このように、画素アレイ制御部１１は、複数の電荷蓄積部１０２のうちの１つから、その電荷蓄積部１０２に蓄積される信号電荷を、信号入替部１１０に転送させる第１信号を出力する。
【００９９】
次に、時刻ｔｔ３に、電荷保持ゲート１１１下の信号電荷Ａ０に対して、図８における下方に位置していた信号電荷Ａ１が５相駆動にて上方に転送され、信号電荷Ａ０は、電荷保持ゲート１１１を越えてＶＧ３が印加される転送電極１０５下に移動される（ｔｔ４）。
【０１００】
その後、再び、ＶＧ５とＶＢとがＨｉｇｈ電圧となることで、ＶＧ５が印加される転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ｅ）の電荷蓄積部１０２と、信号入替部１１０との間に電荷転送の経路が作成される。そして、その後、ＶＳとＶＢとにＬｏｗ電圧が順次印加され、信号電荷Ａ０が、ＶＧ５が印加されている転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ｅ）下に転送される（ｔｔ５）。このように、画素アレイ制御部１１は、信号入替部１１０から、蓄積される信号電荷を、複数の電荷蓄積部１０２のうちの１つに転送させる第２信号を出力する。
【０１０１】
次に、５相駆動にて信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１とが図８における下方向に転送され、信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１とが、時刻ｔｔ１における位置と入れ替わった位置に移動される。以降この一連の動作を信号電荷入替動作と呼ぶ。このように、画素アレイ制御部１１は、第１信号と第２信号とを含む駆動信号を出力することで、第１の露光シーケンスで第１の読み出しゲート１０６ａによって電荷蓄積部１０２に蓄積された信号電荷Ａ０を、第２の電荷蓄積部１０２ｂへ移動し、第２の読み出しゲート１０６ｂによって電荷蓄積部１０２に蓄積された信号電荷Ａ１を第１の電荷蓄積部１０２ａへ移動させることができる。
【０１０２】
次に、第２の露光シーケンスについて説明する。
【０１０３】
図１０は、第２の露光シーケンスにおける、発光部４の発光タイミングと、画素部１００の露光および信号蓄積タイミングと、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂそれぞれを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積される信号電荷の露光状態とを示すタイミングチャートである。
【０１０４】
第２の露光シーケンス開始直前は、第１の電荷蓄積部１０２ａに第一の露光シーケンスで生成された信号電荷Ａ１が保持されており、第２の電荷蓄積部１０２ｂに第一の露光シーケンスで生成された信号電荷Ａ０が保持されている。
【０１０５】
第２の露光シーケンスは、第１の露光シーケンスと同様に、制御部３でタイミング制御される発光部４のパルス状の光の照射開始から照射終了までの時間Ｔｐと同期する第１の露光期間（「第５の期間」とも称する）と、パルス状の光の照射終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第２の露光期間（「第６の期間」とも称する）とで構成される。図７及び図１０に示すように、発光部４によるパルス状の光の照射に対する第５の期間の位相差は、発光部４によるパルス状の光の照射に対する第１の期間の位相差と等しい。また、発光部４によるパルス状の光の照射に対する第６の期間の位相差は、発光部４によるパルス状の光の照射に対する第２の期間の位相差と等しい。
【０１０６】
第１の露光期間が開始されると、制御部３の指示により、発光部４から、時間Ｔｐの間隔のパルス状の光が照射される。照射されたパルス状の光の被写体による反射光は、撮像装置１からの距離に応じた時間Ｔｄの遅延の後に、画素部１００に到達し、光電変換部１０１において信号電荷に変換される。
【０１０７】
制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第１の露光期間が開始される時刻ｔ１１に同期してＯＤＧをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へ遷移させ、並行して、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとを共に、Ｌｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）に遷移させる。
【０１０８】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、光電変換部１０１からオーバーフロードレイン１０９への信号電荷の排出が停止されると共に、発光部４から照射されたパルス状の光の反射光のうち、第１の露光期間中に光電変換部１０１に到達した光の受光の先行成分と、第１の露光期間中に到達した当該反射光以外の背景光の受光とによって光電変換部１０１で発生し信号電荷が、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａへ蓄積され、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。
【０１０９】
次に、第２の露光期間では、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、開始タイミングの時刻ｔ２２に、第２の読み出しゲート１０６ｂをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）に遷移させる。これにより、第２の電荷蓄積部１０２ｂへの信号電荷の蓄積が停止される。
【０１１０】
上述の制御動作により、時刻ｔ２２以降の第２の露光期間に光電変換部１０１に到達した反射光の受光の後行成分と、第２の露光期間中に到達した背景光の受光とによって光電変換部１０１で発生した信号電荷が、全て第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積される。
【０１１１】
第２の露光期間終了の時刻ｔ２３時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第１の読み出しゲート１０６ａをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第１の電荷蓄積部１０２ａへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＧＤをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【０１１２】
第２の露光シーケンス終了時点で、第１の読み出しゲート１０６ａを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積された信号電荷をＳ２Ａとし、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積された信号電荷をＳ２Ｂとすると、第１の電荷蓄積部１０２ａには、第２の露光シーケンス開始前に第１の露光シーケンスで蓄積された信号電荷Ａ１が蓄積されており、第２の電荷蓄積部１０２ｂには、第２の露光シーケンス開始前に第１の露光シーケンスで蓄積された信号電荷Ａ０が蓄積されていることから、第２の露光シーケンス完了後の信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１とは、下式が成り立つ。
【０１１３】
Ａ０＝Ｓ１Ａ＋Ｓ２Ｂ
【０１１４】
Ａ１＝Ｓ１Ｂ＋Ｓ２Ａ
【０１１５】
さらに信号電荷Ｓ２Ａは、パルス状の反射光の受光により光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ２Ａｒと、当該パルス状の反射光以外の背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ２Ａｂとから形成されており、信号電荷Ｓ２Ｂは、パルス状の反射光の受光により光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ２Ｂｒと、当該パルス状の反射光以外の背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ２Ｂｂとから形成されていることから、下式の関係がある。
【０１１６】
Ａ０＝（Ｓ１Ａｒ＋Ｓ２Ｂｒ）＋（Ｓ１Ａｂ＋Ｓ２Ｂｂ）・・・（式７）
【０１１７】
Ａ１＝（Ｓ１Ｂｒ＋Ｓ２Ａｒ）＋（Ｓ１Ｂｂ＋Ｓ２Ａｂ）・・・（式８）
【０１１８】
第１の露光シーケンスと第２の露光シーケンスとの結果得られる信号電荷Ａ０は、第１の露光期間にパルス状の反射光の受光により光電変換部１０１で発生した信号電荷を第１の読み出しゲート１０６ａを介して蓄積された信号電荷Ｓ１Ａｒと第２の読み出しゲート１０６ｂを介して蓄積された信号電荷Ｓ２Ｂｒとの加算平均成分と、第１の露光期間に当該パルス状の反射光以外の背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷を第１の読み出しゲート１０６ａを介して蓄積された信号電荷Ｓ１Ａｂと第２の読み出しゲート１０６ｂを介して蓄積された信号電荷Ｓ２Ｂｂとの加算平均成分と、で形成される。このことから、第１の露光シーケンスと第２の露光シーケンスの結果得られる信号電荷Ａ０は、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとの間の半導体製造工程における特性のバラつきによる転送特性の差異等が平滑化されてキャンセルされた信号電荷となっている。
【０１１９】
第１の露光シーケンスと第２の露光シーケンスの結果得られる信号電荷Ａ１も、信号電荷Ａ０と同様に、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとの間の半導体製造工程における特性のバラつきによる転送特性の差異等が平滑化されてキャンセルされた信号電荷となっている。
【０１２０】
以上のことから、信号電荷Ａ０の反射光の先行成分に該当する（Ｓ１Ａｒ＋Ｓ２Ｂｒ）と、信号電荷Ａ１の反射光成分（Ｓ１Ｂｒ＋Ｓ２Ａｒ）の内で第１の露光期間に蓄積された成分は、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂの転送特性の差異等がキャンセルされて同一の電荷量となっている。
【０１２１】
図１１は、ＶＧ１が印加される転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ａ）下に信号電荷Ａ１が蓄積され、ＶＧ３が印加される転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ｃ）下に信号電荷Ａ０が蓄積されている場合における、信号電荷入駆動の様子を示す概略平面図である。
【０１２２】
第２の露光シーケンス終了後に、図１１に示す信号電荷の入替動作を行えば、信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１との蓄積位置を、第１の露光シーケンス時の蓄積位置に戻すことができる。この信号電荷の入替動作のことを、信号電荷戻し入替駆動とも呼ぶ。
【０１２３】
「第１の露光シーケンス」、「信号電荷入替駆動」、「第２の露光シーケンス」、及び、「信号電荷戻し入替駆動」を複数回繰り返すことで、複数回の反射光の露光動作を行うことができる。これにより、例えば、背景光の光量が時間とともに変動する場合における、背景光成分の信号電荷の偏りを低減することができる。
【０１２４】
次に、発光露光信号読み出しについて説明する。
【０１２５】
発光露光信号読み出しは、第１の露光シーケンス及び第２の露光シーケンスの実施により各画素部１００で得られた信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１とを固体撮像装置１０から信号処理部２へ出力するステップであり、第２の露光シーケンスの完了後に開始される。
【０１２６】
制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、全ての画素部１００に対して、第２の電荷蓄積部１０２ｂに保持されている信号電荷Ａ０を、転送電極１０５ａ〜１０５ｅに印加されるＶＧ１〜ＶＧ４の５相駆動パルス印加に伴う電荷転送により、ＶＧ４が印加される転送電極１０５ｄの下へ移動させる。
【０１２７】
画素アレイ制御部１１の指示により、垂直走査部１２は、所定の１行の画素部１００に対して、出力制御ゲート１１３を非活性化された状態でリセットゲート１１５を活性化させて浮遊拡散層１１４に残存する不要電荷をリセットドレイン１１６へ排出した後に、読み出し回路１１７を活性化させて無信号電圧出力を垂直信号線１６へ出力させる。
【０１２８】
垂直走査部１２の指示により、列処理部１３は、各列の垂直信号線１６へ出力された無信号電圧を保持する。
【０１２９】
次に、垂直走査部１２は、同行の画素部１００に対して、出力制御ゲート１１３を非活性化された状態でリセットゲート１１５を活性化させて浮遊拡散層１１４に残存する不要電荷をリセットドレイン１１６へ排出した後に、出力制御ゲート１１３を活性化させることで転送電極１０５ｄ下に保持されていた信号電荷Ａ０を浮遊拡散層１１４へ転送させた後に、読み出し回路１１７を活性化させて信号電荷Ａ０の信号電圧出力を垂直信号線１６へ出力させる。
【０１３０】
垂直走査部１２の指示により、列処理部１３は、各列の先に保持した無信号電圧と、信号電荷Ａ０の信号電圧とから相関二重サンプリングを実施して、各列の画素信号Ａ０を水平走査部１４へ出力保持する。
【０１３１】
垂直走査部１２の指示により、水平走査部１４は、列処理部１３から出力保持される一行分の画素信号Ａ０群を順次走査することで、所定の行の画素部１００に対応する画素信号Ａ０を水平方向に順次に選択して出力バッファ１５を介して信号処理部２に出力する。
【０１３２】
垂直走査部１２は、上述の無信号電圧の出力制御から水平走査部１４による一行分の画素信号Ａ０の出力制御までの一連の動作を各行毎に逐次実施し、各画素部１００に対応する全ての画素信号Ａ０を、出力バッファ１５を介して固体撮像装置１０からラスタースキャンで出力させる。
【０１３３】
制御部３の指示により、信号処理部２は、固体撮像装置１０からラスタースキャンで出力される全ての画素部１００の画素信号Ａ０を一時保持する。
【０１３４】
次に、画素アレイ制御部１１は、全ての画素部１００に対して、第２の電荷蓄積部１０２ｂに保持されている信号電荷Ａ１を、転送電極１０５ａ〜１０５ｅに印加されるＶＧ１〜ＶＧ４の５相駆動パルス印加に伴う電荷転送により、ＶＧ４が印加される転送電極１０５ｄの下へ移動させる。その後、画素信号Ａ０の出力制御と同様の動作が行われ、各画素部１００に対応する全ての画素信号Ａ１が、出力バッファ１５を介して固体撮像装置１０からラスタースキャンで出力される。
【０１３５】
制御部３の指示により、信号処理部２は、固体撮像装置１０からラスタースキャンで出力される全ての画素部１００の画素信号Ａ１を一時保持する。
【０１３６】
次に、第３の露光シーケンスについて説明する。
【０１３７】
図１２は、第３の露光シーケンスにおける、発光部４の発光タイミングと、画素部１００の露光および信号蓄積タイミングと、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂそれぞれを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積される信号電荷の露光状態とを示すタイミングチャートである。
【０１３８】
第３の露光シーケンスは、第１の露光シーケンスにおける、発光部４のパルス状の光の照射開始から照射終了までの時間Ｔｐと同じ長さの第１の露光期間（「第３の期間」とも称する）と、第１の露光期間の終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第２の露光期間（「第４の期間」とも称する）とで構成される。図７及び図１１に示すように、第３の期間は、第１の期間と同じ時間間隔の期間であり、第４の期間は、第２の期間と同じ時間間隔の期間である。
【０１３９】
第３の露光シーケンスでは、発光部４からパルス状の光は照射されない。
【０１４０】
第３の露光シーケンスが開始されると、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第１の露光期間が開始される時刻ｔ３１に同期してＯＤＧをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へ遷移させ、並行して、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとを共に、Ｌｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）に遷移させる。
【０１４１】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、光電変換部１０１からオーバーフロードレイン１０９への信号電荷の排出が停止されると共に、第１の露光期間中に到達した背景光の受光によって光電変換部１０１で発生し信号電荷が、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａへ蓄積され、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。
【０１４２】
次に、第２の露光期間では、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、開始タイミングの時刻ｔ３２に、第１の読み出しゲート１０６ａをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）に遷移させる。これにより、第１の電荷蓄積部１０２ａへの信号電荷の蓄積が停止される。
【０１４３】
上述の制御動作により、時刻ｔ３２以降の第２の露光期間に光電変換部１０１に到達した背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷が、全て第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。
【０１４４】
第２の露光期間終了の時刻ｔ３３時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第２の読み出しゲート１０６ｂをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第２の電荷蓄積部１０２ｂへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＧＤをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【０１４５】
第３の露光シーケンス終了時点で、第１の読み出しゲート１０６ａを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積された信号電荷をＳ３Ａとし、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積された信号電荷をＳ３Ｂとし、第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積された信号電荷をＡ２とし、第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積された信号電荷をＡ３とすると、下式が成り立つ。
【０１４６】
Ａ２＝Ｓ３Ａ                                       ・・・（式９）
【０１４７】
Ａ３＝Ｓ３Ｂ                                       ・・・（式１０）
【０１４８】
さらに信号電荷Ｓ３Ａは、背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ３Ａｂから形成されており、信号電荷Ｓ３Ｂは、背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ３Ｂｂから形成されていることから、下式が成り立つ。
【０１４９】
Ａ２＝Ｓ３Ａｂ                                     ・・・（式１１）
【０１５０】
Ａ３＝Ｓ３Ｂｂ                                     ・・・（式１２）
【０１５１】
上記で説明した通り第３の露光シーケンスでは、第１の露光期間で第１の電荷蓄積部１０２ａと第２の電荷蓄積部１０２ｂとの２個所の電荷蓄積部１０２へ並行して電荷転送していることから、第１の露光期間に光電変換部１０１で発生する信号電荷のおおよそ半分に分配された電荷量がそれぞれの電荷蓄積部１０２へ蓄積される。
【０１５２】
第１の露光シーケンスで説明したように、第１の露光期間に第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積される信号電荷の量と、第１の露光期間に第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される信号電荷の量とは、完全な５０％：５０％にならない可能性がある。
【０１５３】
図６に示すように、第３の露光シーケンスが終了すると、前述した信号入替駆動が再び実行される。そして、信号入替駆動が終了すると、第４の露光シーケンスが実行される。これにより、第４の露光シーケンス開始前には、第３の露光シーケンスで第１の読み出しゲート１０６ａを介して電荷蓄積部１０２に蓄積された信号電荷Ａ２が第２の電荷蓄積部１０２ｂへ移動され、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して電荷蓄積部１０２に蓄積された信号電荷Ａ３が第１の電荷蓄積部１０２ａへ移動された状態となる。
【０１５４】
次に、第４の露光シーケンスについて説明する。
【０１５５】
図１３は、第４の露光シーケンスにおける、発光部４の発光タイミングと、画素部１００の露光および信号蓄積タイミングと、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂそれぞれを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積される信号電荷の露光状態とを示すタイミングチャートである。
【０１５６】
第４の露光シーケンスは、第３の露光シーケンスと同様に、第１の露光シーケンスにおける、発光部４のパルス状の光の照射開始から照射終了までの時間Ｔｐと同じ長さの第１の露光期間（「第７の期間」とも称する）と、第１の露光期間の終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第２の露光期間（「第８の期間」とも称する）とで構成される。図１０及び図１３に示すように、第７の期間は、第５の期間と同じ時間間隔の期間であり、第８の期間は、第６の期間と同じ時間間隔の期間である。
【０１５７】
第４の露光シーケンスでは、発光部４からパルス状の光は照射されない。
【０１５８】
第４の露光シーケンスが開始されると、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第１の露光期間が開始される時刻ｔ４１に同期してＯＤＧをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へ遷移させ、並行して、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとを共に、Ｌｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）に遷移させる。
【０１５９】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、光電変換部１０１からオーバーフロードレイン１０９への信号電荷の排出が停止されると共に、第１の露光期間中に到達した背景光の受光によって光電変換部１０１で発生し信号電荷が、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａへ蓄積され、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。
【０１６０】
次に、第２の露光期間では、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、開始タイミングの時刻ｔ４２に、第２の読み出しゲート１０６ｂをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）に遷移させる。これにより、第２の電荷蓄積部１０２ｂへの信号電荷の蓄積が停止される。
【０１６１】
上述の制御動作により、時刻ｔ４２以降の第２の露光期間に光電変換部１０１に到達した背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷が、全て第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積される。
【０１６２】
第２の露光期間終了の時刻ｔ４３時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第１の読み出しゲート１０６ａをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第１の電荷蓄積部１０２ａへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＧＤをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【０１６３】
第４の露光シーケンス終了時点で、第１の読み出しゲート１０６ａを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積された信号電荷をＳ４Ａとし、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積された信号電荷をＳ４Ｂとすると、第１の電荷蓄積部１０２ａには第３の露光シーケンスで蓄積された信号電荷Ａ３が蓄積されており、第２の電荷蓄積部１０２ｂには第３の露光シーケンスで蓄積された信号電荷Ａ２が蓄積されていることから、第４の露光シーケンス完了後の信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１とは、下式が成り立つ。
【０１６４】
Ａ２＝Ｓ３Ａ＋Ｓ４Ｂ                              ・・・（式１３）
【０１６５】
Ａ３＝Ｓ３Ｂ＋Ｓ４Ａ                              ・・・（式１４）
【０１６６】
さらに信号電荷Ｓ４Ａは背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ４Ａｂから形成されており、信号電荷Ｓ４Ｂは背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ４Ｂｂから形成されていることから、下式の関係がある。
【０１６７】
Ａ２＝（Ｓ３Ａｂ＋Ｓ４Ｂｂ）                      ・・・（式１５）
【０１６８】
Ａ３＝（Ｓ３Ｂｂ＋Ｓ４Ａｂ）                      ・・・（式１６）
【０１６９】
第３の露光シーケンスと第４の露光シーケンスの結果得られる信号電荷Ａ２は、１の露光期間に背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷を第１の読み出しゲート１０６ａを介して蓄積された信号電荷Ｓ１Ａｂと第２の読み出しゲート１０６ｂを介して蓄積された信号電荷Ｓ２Ｂｂとの加算平均成分で形成される。このことから、第３の露光シーケンスと第４の露光シーケンスの結果得られる信号電荷Ａ２は、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとの間の半導体製造工程における特性のバラつきによる転送特性の差異等が平滑化されてキャンセルされた信号電荷となっている。
【０１７０】
第３の露光シーケンスと第４の露光シーケンスの結果得られる信号電荷Ａ３も、信号電荷Ａ２と同様に、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとの間の半導体製造工程における特性のバラつきによる転送特性の差異等が平滑化されてキャンセルされた信号電荷となっている。
【０１７１】
次に、無発光露光信号読み出しについて説明する。
【０１７２】
無発光露光信号読み出しは、第３の露光シーケンス及び第４の露光シーケンスの実施により各画素部１００で得られた信号電荷Ａ２と信号電荷Ａ３とを固体撮像装置１０から信号処理部２へ出力するステップであり、第４の露光シーケンスの完了後に開始される。
【０１７３】
無発光露光信号読み出しは、前述の発光露光信号読み出しと同様のステップである。すなわち、無発光露光信号読み出しは、各画素部１００に対応する全ての画素信号Ａ１と画素信号Ａ３とを、出力バッファ１５を介して固体撮像装置１０からラスタースキャンで出力し、出力された全ての画素信号Ａ１と画素信号Ａ３とを、信号処理部２が保持するステップである。
【０１７４】
次に、距離算出について説明する。
【０１７５】
距離算出は、信号処理部２が、発光露光信号読み出しのステップと無発光露光信号読み出しのステップとにおいて保持した画素信号Ａ０、画素信号Ａ１、画素信号Ａ２、画素信号Ａ３から、各画素部１００に対応する距離信号Ｄｏｕｔを算出するステップである。
【０１７６】
信号処理部２は、第１の手順として、各画素部１００に対応する画素信号Ａ０から背景光の成分を除去した画素信号Ａ０ｃを（式１７）から算出し、画素信号Ａ１から背景光の成分を除去した画素信号Ａ１ｃを（式１８）から算出する。
【０１７７】
Ａ０ｃ＝Ａ０−Ａ２                                 ・・・（式１７）
【０１７８】
Ａ１ｃ＝Ａ１−Ａ３                                 ・・・（式１８）
【０１７９】
（式１７）は（式７）と（式１５）から下式の（式１９）へ変形でき、（式１８）は（式８）と（式１６）から下式の（式２０）へ変形できる。
【０１８０】
Ａ０ｃ＝（Ｓ１Ａｒ＋Ｓ２Ｂｒ）＋（Ｓ１Ａｂ＋Ｓ２Ｂｂ）−（Ｓ３Ａｂ
＋Ｓ４Ｂｂ）                                         ・・・（式１９）
【０１８１】
Ａ１ｃ＝（Ｓ１Ｂｒ＋Ｓ２Ａｒ）＋（Ｓ１Ｂｂ＋Ｓ２Ａｂ）−（Ｓ３Ｂｂ
＋Ｓ４Ａｂ）                                         ・・・（式２０）
【０１８２】
ここで（式１９）の画素信号Ｓ１Ａｂと画素信号Ｓ３Ａｂとの組合せと、画素信号Ｓ２Ｂｂと画素信号Ｓ４Ｂｂとの組合せとは、それぞれ同一の読み出しゲート１０６から同じ蓄積条件で得られた背景光成分に対応する同一量の信号の組合せのため（式１９）の第２項と第３項の減算結果はゼロとなり（式２１）で表すことができる。このことから（式１７）の演算で得られる画素信号Ａ０ｃは画素信号Ａ０から背景光の成分を除去した画素信号であることが分かる。
【０１８３】
Ａ０ｃ＝（Ｓ１Ａｒ＋Ｓ２Ｂｒ）                     ・・・（式２１）
【０１８４】
（式２０）についても、画素信号Ｓ１Ｂｂと画素信号Ｓ３Ｂｂの組合せと、画素信号Ｓ２Ａｂと画素信号Ｓ４Ａｂの組合せに着目すれば、上述と同様に（式２２）で表すことができることから、（式１８）の演算で得られる画素信号Ａ１ｃは画素信号Ａ１から背景光の成分を除去した画素信号であることが分かる。
【０１８５】
Ａ１ｃ＝（Ｓ１Ｂｒ＋Ｓ２Ａｒ）                     ・・・（式２２）
【０１８６】
信号処理部２は、第２の手順として、（式１７）および（式１８）から得られた画素信号Ａ０ｃと画素信号Ａ１ｃとを用いて定数Ｋを使用する下式の（式２３）でＤｏｕｔを算出する。（式２３）で算出されるＤｏｕｔは、（式２）と等価であることから、被写体までの距離に相当する距離信号であることが明白である。
【０１８７】
Ｄｏｕｔ＝Ｋ×（Ａ１ｃ−Ａ０ｃ）／（Ａ１ｃ＋Ａ０ｃ）
・・・（式２３）
【０１８８】
（式２３）の定数Ｋは、（式２）におけるｃ×Ｔｐ／２に相当し、距離信号Ｄｏｕｔの有限なダイナミックレンジに合わせて設定されることが望ましい。
【０１８９】
以上の実施の形態１の説明から明確なように、撮像装置１によれば、予備測距を必要とせず、小電力でありながら移動している対象物を含む距離の近い被写体から受ける反射光の信号電荷の飽和を抑制でき、合わせて半導体製造工程におけるバラつきによる誤差を除去した高精度な被写体までの距離情報を得ることができる。
【０１９０】
なお、実施の形態１の例示では、第１の露光期間の開始タイミングと発光部４のパルス状の光の照射開始と、第１の露光期間の終了タイミング及び第２の露光期間の開始タイミングと、が時間的に一致しているが、本開示は当該例示に囚われない。
【０１９１】
例えば、第１の露光期間と第２の露光期間のタイミングを照射光に対して位相を時間的に前後にシフトさせても、原理的に被写体の距離変化に対して切片を持った単調増加の距離情報を得ることができる。
【０１９２】
また、例えば、第１の露光期間の終了タイミングを時間Ｔｓだけ照射光の停止タイミングに先んじて終了し、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとを第１の露光期間終了に同期して非活性化し、時間Ｔｓ後に読み出しゲート１０６を再度活性化することも可能であり、この場合は測距可能な距離範囲がｃ×（Ｔｐ−Ｔｓ）／２となる被写体の距離変化に対して単調増加の距離情報を得ることができる。
【０１９３】
（実施の形態２）
以下、実施の形態２に係る撮像装置について説明する。この撮像装置は、実施の形態１に係る撮像装置１と同様の構成である一方で、第１の露光シーケンスの代わりに変形第１の露光シーケンスを行い、第２の露光シーケンスの代わりに変形第２の露光シーケンスを行い、第３の露光シーケンスの代わりに変形第３の露光シーケンスを行い、第４の露光シーケンスの代わりに変形第４の露光シーケンスを行う。
【０１９４】
まず、変形第１の露光シーケンスについて説明する。
【０１９５】
図１４は、変形第１の露光シーケンスにおける、発光部４の発光タイミングと、画素部１００の露光および信号蓄積タイミングと、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂそれぞれを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積される信号電荷の露光状態とを示すタイミングチャートである。
【０１９６】
変形第１の露光シーケンスは、制御部３でタイミング制御される発光部４のパルス状の光の照射開始から時間Ｔｓ経過するまでの第０の露光期間（図示せず）と、時間Ｔｓ経過した時点からパス状の光の照射終了までの第１の露光期間（「第１の期間」とも称する）と、パルス状の光の照射終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第２の露光期間（「第２の期間」とも称する）とで構成される。図７に図示されるように、第１の期間は、発光部４によるパルス状の光の照射が停止するまでに開始される。また、第２の期間は、第１の露光期間に続く期間であって、第１の露光期間の開始と第２の期間の終了との時間間隔が、パルス状の光の照射期間Ｔｐよりも長くなる期間である。
【０１９７】
変形第１の露光シーケンスが開始されると、制御部３の指示により、発光部４から、時間Ｔｐの間隔のパルス状の光が照射される。照射されたパルス状の光の被写体による反射光は、撮像装置１からの距離に応じた時間Ｔｄの遅延の後に、画素部１００に到達し、光電変換部１０１において信号電荷に変換される。
【０１９８】
制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第０の露光期間が開始される時刻ｔ１１に同期してＯＤＧをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へ遷移させ、並行して、第１の読み出しゲート１０６ａを、Ｌｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）に遷移させる。
【０１９９】
制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、ｔ１１から時間Ｔｓ経過したタイミングで、第２の読み出しゲート１０６ｂを、Ｌｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）に遷移させる。
【０２００】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、発光部４から照射されたパルス状の光の反射光のうち、第１の露光期間中に光電変換部１０１に到達した光の受光による信号電荷は、おおよそ半分が第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積され、おおよそ半分が第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。これに対して、第０の露光期間の背景光の受光による信号電荷は、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａのみに蓄積され、第１の期間の背景光成分の受光による信号電荷は、おおよそ半分が第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積され、おおよそ半分が第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。
【０２０１】
変形第１の露光シーケンスの第２の露光期間の動作は、実施の形態１に係る第１の露光シーケンスの第２の露光期間の動作と同様である。
【０２０２】
次に、変形第３の露光シーケンスについて説明する。
【０２０３】
図１５は、変形第３の露光シーケンスにおける、発光部４の発光タイミングと、画素部１００の露光および信号蓄積タイミングと、第１の読み出しゲート１０６ａ及び第２の読み出しゲート１０６ｂそれぞれを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積される信号電荷の露光状態とを示すタイミングチャートである。
【０２０４】
変形第３の露光シーケンスは、変形第１の露光シーケンスにおける時間Ｔｓと同じ長さの第０の露光期間（図示せず）と、第０の露光期間の終了から時間Ｔｐ−時間Ｔｓ経過するまでの期間である第１の露光期間（「第３の期間」とも称する）と、第１の露光期間の終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第２の露光期間（「第４の期間」とも称する）とで構成される。図１４及び図１５に示すように、第３の期間は、第１の期間と同じ時間間隔の期間であり、第４の期間は、第２の期間と同じ時間間隔の期間である。
【０２０５】
変形第３の露光シーケンスでは、発光部４からパルス状の光は照射されない。
【０２０６】
変形第３の露光シーケンスが開始されると、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第０の露光期間が開始される時刻ｔ３１に同期してＯＤＧをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へ遷移させ、並行して、第１の読み出しゲート１０６ａを、Ｌｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）に遷移させる。
【０２０７】
制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、ｔ３１から時間Ｔｓ経過したタイミングで、第２の読み出しゲート１０６ｂを、Ｌｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）に遷移させる。
【０２０８】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、第０の露光期間の背景光の受光による信号電荷は、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａのみに蓄積され、第１の期間の背景光成分の受光による信号電荷は、おおよそ半分が第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積され、おおよそ半分が第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。
【０２０９】
変形第３の露光シーケンスの第２の露光期間の動作は、実施の形態１に係る第３の露光シーケンスの第２の露光期間の動作と同様である。
【０２１０】
変形第１の露光シーケンスで第１の電荷蓄積部１０２ａにて得られた信号電荷Ａ０´は、発光部４から照射されたパルス状の光の反射光のうち、第１の露光期間中に光電変換部１０１に到達した光の受光の先行成分によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ１Ｃｒと、第１の露光期間中に到達した当該反射光以外の背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ１Ｃｂとから形成される。
【０２１１】
変形第３の露光シーケンスで第１の電荷蓄積部１０２ａにて得られた信号電荷Ａ２´は、第１の露光期間中に到達した当該反射光以外の背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷Ｓ３Ｃｂから形成されている。この信号電荷Ｓ３Ｃｂは、上述の信号電荷Ｓ１Ｃｂと同じ第１の読み出しゲート１０６ａから同じ蓄積条件で得られた成分であるから、下式の（式２４）により求められる信号電荷Ａ０ｃ´は背景光成分が除去されている。
【０２１２】
Ａ０ｃ´＝Ａ０´−Ａ２´（＝Ｓ１Ｃｒ＋Ｓ１Ｃｂ−Ｓ３Ｃｂ）
・・・（式２４）
【０２１３】
変形第１の露光シーケンスで第２の電荷蓄積部１０２ｂにて得られた信号電荷Ａ１´と変形第３の露光シーケンスで第２の電荷蓄積部１０２ｂにて得られた信号電荷Ａ３´についても上述と同様に背景光成分である信号電荷Ｓ１Ｄｂと信号電荷Ｓ３Ｄｂが等しいことから、下式の（式２５）により求められる信号電荷Ａ１ｃ´は背景光成分が除去されている。
【０２１４】
Ａ１ｃ´＝Ａ１´−Ａ３´（＝Ｓ１Ｄｒ＋Ｓ１Ｄｂ−Ｓ３Ｄｂ）
・・・（式２５）
【０２１５】
上記の説明の通り、第１の読み出しゲート１０６ａの活性化タイミングに対して第２の読み出しゲート１０６ｂの活性化開始を時間Ｔｓだけ遅らせても、正しく背景光が除去された画素信号を得ることができることから、変形第２の露光シーケンスと変形第４の露光シーケンスも同様に時間Ｔｓだけ第２の読み出しゲート１０６ｂの導通開始を遅らせて得られた画素信号から、実施の形態１と同様に信号処理部２にて演算した距離信号が得られる。
【０２１６】
画素信号Ａ０´に対して露光時間が長いことにより相対的に信号量が大きくなる画素信号Ａ１の背景光の受光成分が軽減される。これにより、実施の形態２に係る撮像装置によると、電荷蓄積部１０２の信号飽和がより抑制される。
【０２１７】
なお時間Ｔｐは、要求される測距可能な最も近い測定可能距離をＤｃｌとする場合に、下式の（式２６）を満たす範囲で設定することが望ましい。
【０２１８】
Ｔｓ＜２×Ｄｃｌ／ｃ                              ・・・（式２６）
【０２１９】
（式２６）の右辺は、距離Ｄｃｌの対象物に対する光の往復時間に相当する。
【０２２０】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３に係る撮像装置について説明する。この撮像装置は、実施の形態１に係る撮像装置１から、画素部１００が画素部１００ｂに変更されて構成される。以下の説明において、実施の形態３に係る撮像装置の構成要素について、実施の形態１に係る画素部１００と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略する。
【０２２１】
図１６は、画素部１００ｂの構成例を示す模式図である。
【０２２２】
実施の形態１に係る画素部１００が５個の転送電極１０５（転送電極１０５ａ、転送電極１０５ｂ、転送電極１０５ｃ、転送電極１０５ｄ、転送電極１０５ｅ）を備えている（図５参照）のに対して、画素部１００ｂは、図１６に示すように、１０個の転送電極１０５（転送電極１０５ａ、転送電極１０５ｂ、転送電極１０５ｃ、転送電極１０５ｄ、転送電極１０５ｅ、転送電極１０５ｆ、転送電極１０５ｇ、転送電極１０５ｈ、転送電極１０５ｉ、転送電極１０５ｊ）を備える。
【０２２３】
本実施の形態では、転送電極１０５ａ、転送電極１０５ｂ、転送電極１０５ｃ、転送電極１０５ｄ、転送電極１０５ｅ、転送電極１０５ｆ、転送電極１０５ｇ、転送電極１０５ｈ、転送電極１０５ｉ、転送電極１０５ｊに印加される電圧を、それぞれ、ＶＧ１、ＶＧ２、ＶＧ３、ＶＧ４、ＶＧ５、ＶＧ６、ＶＧ７、ＶＧ８、ＶＧ９、ＶＧ０とする。
【０２２４】
画素部１００ｂは、上記構成により、１つの画素部１００ｂに、４つの分離された電荷蓄積部１０２（ここでは、第１の電荷蓄積部１０２ａ、第２の電荷蓄積部１０２ｂ、第３の電荷蓄積部１０２ｃ、第４の電荷蓄積部１０２ｄ）が生成可能である。
【０２２５】
第１の電荷蓄積部１０２ａと第２の電荷蓄積部１０２ｂと第３の電荷蓄積部１０２ｃと第４の電荷蓄積部１０２ｄとは、画素アレイ制御部１１からＨｉｇｈ電圧となるＶＧ１とＶＧ３とＶＧ５とＶＧ７とが印加されると、それぞれ、転送電極１０５の深さ方向で下（ここでは、転送電極１０５ａと転送電極１０５ｃと転送電極１０５ｅと転送電極１０５ｇとの深さ方向で下）に形成される。
【０２２６】
第１の電荷蓄積部１０２ａと第２の電荷蓄積部１０２ｂとは、それぞれ、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとに隣接しており、それぞれ、活性化された状態の第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとを介して、光電変換部１０１の信号電荷が蓄積される。
【０２２７】
図１７は、実施の形態３に係る撮像装置が行う動作の動作シーケンス図である。
【０２２８】
図１７に示すように、実施の形態３に係る撮像装置は、第１の露光シーケンス、第１の信号電荷入替駆動、第２の露光シーケンス、信号電荷移動、第３の露光シーケンス、第２の信号電荷入替駆動、第４の露光シーケンス、信号読み出し、距離算出の各ステップを、この順に実行する。
【０２２９】
実施の形態３に係る第１の露光シーケンスと、第２の露光シーケンスと、第３の露光シーケンスと、第４の露光シーケンスと、距離算出とは、それぞれ、実施の形態１に係る第１の露光シーケンスと、第２の露光シーケンスと、第３の露光シーケンスと、第４の露光シーケンスと、距離算出と同様である。
【０２３０】
実施の形態３に係る撮像装置では、画素部１００ｂにおいて信号電荷を４か所に蓄積可能なことから、信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１と信号電荷Ａ２と信号電荷Ａ３とを、途中で読み出すことなく連続して生成することが可能となる。
【０２３１】
図１８は、信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１と信号電荷Ａ２と信号電荷Ａ３との配置関係を示す概略平面図である。
【０２３２】
図１８において、第１の電荷蓄積部状態は、第１の露光シーケンスが完了した時刻ｔｔ４１における各信号電荷の配置位置関係を示し、第２の電荷蓄積部状態は、第２の露光シーケンスが開始した時刻ｔｔ４２における各信号電荷の配置位置関係を示し、第３の電荷蓄積部状態は、第３の露光シーケンスが完了した時刻ｔｔ４３における各信号電荷の配置位置関係を示し、第４の電荷蓄積部状態は、第４の露光シーケンスが開始した時刻ｔｔ４４における各信号電荷の配置位置関係を示す。
【０２３３】
第１の信号電荷入替駆動では、画素アレイ制御部１１による、転送電極１０５への１０相駆動制御と、実施の形態１と同様な転送制御ゲート１１２及び電荷保持ゲート１１１への電圧制御とにより、第１の電荷蓄積部状態から第２の電荷蓄積部状態へと、信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１との位置関係を入れ替える。
【０２３４】
信号電荷移動では、画素アレイ制御部１１による、転送電極１０５への駆動制御により、第２の電荷蓄積部状態から第３の電荷蓄積部状態へと、信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１と信号電荷Ａ２と信号電荷Ａ３とを５電極分上方へ移動させる。
【０２３５】
第２の信号電荷入替駆動では、画素アレイ制御部１１による、転送電極１０５への１０相駆動制御と、実施の形態１と同様な転送制御ゲート１１２及び電荷保持ゲート１１１への電圧制御とにより、第３の電荷蓄積部状態から第４の電荷蓄積部状態へと、信号電荷Ａ２と信号電荷Ａ３との位置関係を入れ替える。
【０２３６】
信号読み出しでは、第１の露光シーケンス〜第４の露光シーケンスによって各画素部１００ｂで得られた信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１と信号電荷Ａ２と信号電荷Ａ３とを読み出して、全ての画素部１００ｂについての画素信号Ａ０と画素信号Ａ１と画素信号Ａ２と画素信号Ａ３とを固体撮像装置１０から信号処理部２へ出力するステップである。すなわち、画素アレイ制御部１１と垂直走査部１２とが同一行の画素部１００ｂに対して、信号電荷Ａ０と信号電荷Ａ１と信号電荷Ａ２と信号電荷Ａ３とを、水平走査部１４の水平走査を間に実施しつつ逐次に列処理部１３へ出力することで、同一行の画素部１００ｂの画素信号Ａ０と画素信号Ａ１と画素信号Ａ２と画素信号Ａ３とを連続した水平同期期間で全て出力させる。そして、当動作の終了後に他の行の画素部１００ｂの出力処理へ移行していくいことで全ての画素部１００ｂに対応する画素信号Ａ０と画素信号Ａ１と画素信号Ａ２と画素信号Ａ３とを固体撮像装置１０から出力する。
【０２３７】
画素部１００ｂの上記構成と、実施の形態３に係る撮像装置が行う上記動作とにより、実施の形態３に係る撮像装置において、実施の形態１と同一特性の、画素信号Ａ０と画素信号Ａ１と画素信号Ａ２と画素信号Ａ３とを、第４の露光シーケンス後に一括して出力することが可能となる。これにより、第１の露光シーケンス及び第２の露光シーケンスの間の時間差と、第３の露光シーケンス及び第４の露光シーケンスの間の時間差とが短縮される。このため、実施の形態３に係る撮像装置によると、特に背景光が時間的に変化する状況下において、より高い精度の背景光除去を実現することができる。
【０２３８】
さらに、実施の形態３に係る撮像装置によると、連続した４期間の水平同期期間で同一行の画素部１００ｂの画素信号Ａ０と画素信号Ａ１と画素信号Ａ２と画素信号Ａ３とが全て信号処理部２へ入力できることが明白であることから、信号処理部２は、４種類の画素信号を記録保持するフレームバッファーが不要となり、４行分の画素部１００ｂに対応する画素信号Ａ０と画素信号Ａ１と画素信号Ａ２と画素信号Ａ３とを保持するラインバッファーを３行分または４行分備えることでパイプライン処理が可能となる。このため、実施の形態３に係る撮像装置によると、小規模でありながら時間的に最後の第４の露光シーケンス終了時点から短時間で距離信号の出力開始が可能となる。
【０２３９】
（実施の形態４）
以下、実施の形態４に係る撮像装置について説明する。この撮像装置は、実施の形態１に係る撮像装置１から、画素部１００が画素部１００ｃに変更されて構成される。以下の説明において、実施の形態３に係る撮像装置の構成要素について、実施の形態に係る画素部１００と同様の構成要素については、既に説明済みであるとして同じ符号を振ってその詳細な説明を省略する。
【０２４０】
図１９は、画素部１００ｃの構成例を示す模式図である。
【０２４１】
実施の形態１に係る画素部１００が５個の転送電極１０５（転送電極１０５ａ、転送電極１０５ｂ、転送電極１０５ｃ、転送電極１０５ｄ、転送電極１０５ｅ）を備えている（図５参照）のに対して、画素部１００ｃは、図１９に示すように、７個の転送電極１０５（転送電極１０５ａ、転送電極１０５ｂ、転送電極１０５ｃ、転送電極１０５ｄ、転送電極１０５ｅ、転送電極１０５ｆ、転送電極１０５ｇ）を備える。
【０２４２】
本実施の形態では、転送電極１０５ａ、転送電極１０５ｂ、転送電極１０５ｃ、転送電極１０５ｄ、転送電極１０５ｅ、転送電極１０５ｆ、転送電極１０５ｇに印加される電圧を、それぞれ、ＶＧ１、ＶＧ２、ＶＧ３、ＶＧ４、ＶＧ５、ＶＧ６、ＶＧ７とする。
【０２４３】
画素部１００ｃは、上記構成により、１つの画素部１００ｃに、３つの分離された電荷蓄積部１０２（ここでは、第１の電荷蓄積部１０２ａ、第２の電荷蓄積部１０２ｂ、第３の電荷蓄積部１０２ｃ）が生成可能である。
【０２４４】
第１の電荷蓄積部１０２ａと第２の電荷蓄積部１０２ｂと第３の電荷蓄積部１０２ｃとは、画素アレイ制御部１１からＨｉｇｈ電圧となるＶＧ１とＶＧ３とＶＧ５とが印加されると、それぞれ、転送電極１０５の深さ方向で下（ここでは、転送電極１０５ａと転送電極１０５ｃと転送電極１０５ｅとの深さ方向で下）に形成される。
【０２４５】
また、図１９に示すように、画素部１００ｃは、実施の形態１に係る画素部１００から、光電変換部１０１が、光電変換部１０１ａに変更されて構成される。
【０２４６】
実施の形態１に係る画素部１００が２つの読み出しゲート１０６（第１の読み出しゲート１０６ａ、第２の読み出しゲート１０６ｂ）を備えている（図５参照）のに対して、光電変換部１０１ａは、３つの読み出しゲート１０６（第１の読み出しゲート１０６ａ、第２の読み出しゲート１０６ｂ、第３の読み出しゲート１０６ｃ）を備えている。
【０２４７】
第１の電荷蓄積部１０２ａと第２の電荷蓄積部１０２ｂと第３の電荷蓄積部１０２ｃとは、それぞれ、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂと第３の読み出しゲート１０６ｃとに隣接しており、それぞれ、活性化された状態の第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂと第３の読み出しゲート１０６ｃとを介して、光電変換部１０１の信号電荷が蓄積される。
【０２４８】
図２０、図２１は、実施の形態４に係る第１の露光シーケンスにおける、発光部４の発光タイミングと、画素部１００ｃの露光および信号蓄積タイミングと、第１の読み出しゲート１０６ａ、第２の読み出しゲート１０６ｂ、及び第３の読み出しゲート１０６ｃそれぞれを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積される信号電荷の露光状態とを示すタイミングチャートである。
【０２４９】
第１の露光シーケンスは、制御部３でタイミング制御される発光部４のパルス状の光の照射開始から照射終了までの時間Ｔｐと同期する第１の露光期間と、パルス状の光の照射終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第２の露光期間と、第２の露光期間の終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第３の露光期間とで構成される。
【０２５０】
第１の露光シーケンスが開始されると、制御部３の指示により、発光部４から、時間Ｔｐの間隔のパルス状の光が照射される。照射されたパルス状の光の被写体による反射光は、実施の形態４に係る撮像装置からの距離に応じた時間Ｔｄの遅延の後に、画素部１００ｃに到達し、光電変換部１０１ａにおいて信号電荷に変換される。
【０２５１】
図２０は、パルス状の反射光が、第１の露光期間と第２の露光期間とにまたがって、光電変換部１０１ａにより受光されるケース１の場合のタイミングチャートである。図２１は、パルス状の反射光が、第２の露光期間と第３の露光期間とにまたがって、光電変換部１０１ａにより受光されるケース２の場合のタイミングチャートである。
【０２５２】
制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第１の露光期間が開始される時刻ｔ１１に同期してＯＤＧをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へ遷移させ、並行して、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂと第３の読み出しゲート１０６ｃとを全て、Ｌｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）に遷移させる。
【０２５３】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、光電変換部１０１ａからオーバーフロードレイン１０９への信号電荷の排出が停止されると共に、発光部４から照射されたパルス状の光の反射光のうち、第１の露光期間中に光電変換部１０１ａに到達した光の受光と、第１の露光期間中に到達した当該反射光以外の背景光の受光とによって光電変換部１０１ａで発生した信号電荷が、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａへ蓄積され、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積され、第３の読み出しゲート１０６ｃを介して第３の電荷蓄積部１０２ｃに蓄積される。これにより、第１の電荷蓄積部１０２ａと第２の電荷蓄積部１０２ｂと第３の電荷蓄積部１０２ｃとには、それぞれ、光電変換部１０１ａで発生した信号電荷がおおよそ１／３に分配されて蓄積される。
【０２５４】
次に、第２の露光期間では、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、開始タイミングの時刻ｔ１２に、第１の読み出しゲート１０６ａをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）に遷移させる。これにより、第１の電荷蓄積部１０２ａへの信号電荷の蓄積が停止される。
【０２５５】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、第２の露光期間中に光電変換部１０１ａに到達した反射光の受光と、第２の露光期間中に到達した背景光の受光とによって光電変換部１０１で発生した信号電荷が、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積され、第３の読み出しゲート１０６ｃを介して第３の電荷蓄積部１０２ｃに蓄積される。これにより、第２の電荷蓄積部１０２ｂと第３の電荷蓄積部１０２ｃとには、それぞれ、光電変換部１０１ａで発生した信号電荷がおおよそ半分に分配されて蓄積される。
【０２５６】
次に、第３の露光期間では、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、開始タイミングの時刻ｔ１３に、第２の読み出しゲート１０６ｂをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）に遷移させる。これにより、第２の電荷蓄積部１０２ｂへの信号電荷の蓄積が停止される。
【０２５７】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、第３の露光期間中に光電変換部１０１ａに到達した反射光の受光と、第３の露光期間中に到達した背景光の受光とによって光電変換部１０１ａで発生した信号電荷が、全て第３の読み出しゲート１０６ｃを介して第３の電荷蓄積部１０２ｃに蓄積される。
【０２５８】
第３の露光期間終了の時刻ｔ１４時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第３の読み出しゲート１０６ｃをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第３の電荷蓄積部１０２ｃへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＧＤをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【０２５９】
以下、第１の露光シーケンスの終了時点において、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積された信号電荷をＰ０とし、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積された信号電荷をＰ１とし、第３の読み出しゲート１０６ｃを介して第３の電荷蓄積部１０２ｃに蓄積された信号電荷をＰ２とする。
【０２６０】
信号電荷Ｐ０と、信号電荷Ｐ１と、信号電荷Ｐ２とは、信号電荷の読み出し動作により、各画素部１００ｃからラスタースキャン順で、それぞれ、画素信号Ｐ０と、画素信号Ｐ１と、画素信号Ｐ２として信号処理部２へ出力され、信号処理部２で保持される。
【０２６１】
図２０に示すように、比較的近い距離に被写体があり反射光の強度が比較的大きいケース１の場合において、第１の露光期間にて光電変換部１０１ａで発生する信号電荷は、３つの電荷蓄積部１０２におおよそ１／３に分配されて蓄積される。これにより、実施の形態４に係る撮像装置によると、電荷蓄積部１０２の信号飽和がより抑制される。
【０２６２】
図２２は、実施の形態４に係る第３の露光シーケンスにおける、画素部１００ｃの露光および信号蓄積タイミングと、第１の読み出しゲート１０６ａ、第２の読み出しゲート１０６ｂ、及び第３の読み出しゲート１０６ｃそれぞれを介して電荷蓄積部１０２へ蓄積される信号電荷の露光状態とを示すタイミングチャートである。
【０２６３】
第３の露光シーケンスは、第１の露光シーケンスにおける、発光部４のパルス状の光の照射開始から照射終了までの時間Ｔｐと同じ長さの第１の露光期間と、第１の露光期間の終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第２の露光期間と、第２の露光期間の終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第３の露光期間とで構成される。
【０２６４】
第３の露光シーケンスでは、発光部４からパルス状の光は照射されない。
【０２６５】
制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第１の露光期間が開始される時刻ｔ３１に同期してＯＤＧをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へ遷移させ、並行して、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂと第３の読み出しゲート１０６ｃとを全て、Ｌｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）に遷移させる。
【０２６６】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、光電変換部１０１ａからオーバーフロードレイン１０９への信号電荷の排出が停止されると共に、背景光の受光によって光電変換部１０１ａで発生した信号電荷が、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａへ蓄積され、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積され、第３の読み出しゲート１０６ｃを介して第３の電荷蓄積部１０２ｃに蓄積される。これにより、第１の電荷蓄積部１０２ａと第２の電荷蓄積部１０２ｂと第３の電荷蓄積部１０２ｃとには、それぞれ、光電変換部１０１ａで発生した信号電荷がおおよそ１／３に分配されて蓄積される。
【０２６７】
次に、第２の露光期間では、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、開始タイミングの時刻ｔ３２に、第１の読み出しゲート１０６ａをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）に遷移させる。これにより、第１の電荷蓄積部１０２ａへの信号電荷の蓄積が停止される。
【０２６８】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、第２の露光期間中に到達した背景光の受光によって光電変換部１０１ａで発生した信号電荷が、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積され、第３の読み出しゲート１０６ｃを介して第３の電荷蓄積部１０２ｃに蓄積される。これにより、第２の電荷蓄積部１０２ｂと第３の電荷蓄積部１０２ｃとには、それぞれ、光電変換部１０１ａで発生した信号電荷がおおよそ半分に分配されて蓄積される。
【０２６９】
次に、第３の露光期間では、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、開始タイミングの時刻ｔ３３に、第２の読み出しゲート１０６ｂをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）に遷移させる。これにより、第２の電荷蓄積部１０２ｂへの信号電荷の蓄積が停止される。
【０２７０】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、第３の露光期間中に到達した背景光の受光によって光電変換部１０１ａで発生した信号電荷が、全て第３の読み出しゲート１０６ｃを介して第３の電荷蓄積部１０２ｃに蓄積される。
【０２７１】
第３の露光期間終了の時刻ｔ３４時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第３の読み出しゲート１０６ｃをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第３の電荷蓄積部１０２ｃへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＧＤをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【０２７２】
以下、第３の露光シーケンスの終了時点において、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａに蓄積された信号電荷をＢ０とし、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積された信号電荷をＢ１とし、第３の読み出しゲート１０６ｃを介して第３の電荷蓄積部１０２ｃに蓄積された信号電荷をＢ２とする。
【０２７３】
信号電荷Ｂ０と、信号電荷Ｂ１と、信号電荷Ｂ２とは、信号電荷の読み出し動作により、各画素部１００ｃからラスタースキャン順で、それぞれ、画素信号Ｂ０と、画素信号Ｂ１と、画素信号Ｂ２として信号処理部２へ出力され、信号処理部２で保持される。
【０２７４】
画素信号Ｂ０は、画素信号Ｐ０に含まれる背景光成分（図２０又は図２１における信号電荷Ｓ１Ｘｂ）と等しく、画素信号Ｂ１は、画素信号Ｐ１に含まれる背景光成分（図２０又は図２１における信号電荷Ｓ１Ｙｂ）と等しく、画素信号Ｂ２は、画素信号Ｐ２に含まれる背景光成分（図２０又は図２１における信号電荷Ｓ１Ｚｂ）と等しくなる。
【０２７５】
信号処理部２は、保持する画素信号Ｐ０、画素信号Ｐ１、及び、画素信号Ｐ２と、画素信号Ｂ０、画素信号Ｂ１、及び、画素信号Ｂ２とから、各画素部１００ｃに対応する距離信号Ｄｏｕｔを算出する。
【０２７６】
信号処理部２は、第１の手順として、各画素部１００ｃに対応する各画素信号Ｐ０から背景光の成分を除去した画素信号Ｐ０ｃを（式２７）から算出し、画素信号Ｐ１から背景光の成分を除去した画素信号Ｐ１ｃを（式２８）から算出し、画素信号Ｐ２から背景光の成分を除去した画素信号Ｐ２ｃを（式２９）から算出する。
【０２７７】
Ｐ０ｃ＝Ｐ０−Ｂ０                                 ・・・（式２７）
【０２７８】
Ｐ１ｃ＝Ｐ１−Ｂ１                                 ・・・（式２８）
【０２７９】
Ｐ２ｃ＝Ｐ２−Ｂ２                                 ・・・（式２９）
【０２８０】
信号処理部２は、第２の手順として、第１の露光シーケンス実行時に被写体から反射した反射光が、画素部１００ｃにて、第１の露光期間と第２の露光期間との両期間内に電荷蓄積されるケース１に該当するか、第２の露光期間と第３の露光期間の両期間内に電荷蓄積されるケース２に該当するかを判別して距離信号Ｄｏｕｔを算出する。
【０２８１】
下式の（式３０）の条件を満たす場合は、第３の露光期間では画素部１００ｃで反射光が受光されなかったと判断できるため、下式の（式３１）で距離信号Ｄｏｕｔを算出する。
【０２８２】
Ｐ０ｃ≧Ｐ２ｃ−Ｐ１ｃ                             ・・・（式３０）
【０２８３】
Ｄｏｕｔ＝Ｋ´×（Ｐ２ｃ＋Ｐ１ｃ−２×Ｐ０ｃ）／（Ｐ２ｃ＋Ｐ１ｃ＋
Ｐ０ｃ）                                             ・・・（式３１）
【０２８４】
下式の（式３２）の条件を満たす場合は、第一の露光期間では画素部１００ｃで反射光が受光されなかったと判断できるため、下式の（式３３）で距離信号Ｄｏｕｔを算出する。
【０２８５】
Ｐ０ｃ＜Ｐ２ｃ−Ｐ１ｃ                             ・・・（式３２）
【０２８６】
Ｄｏｕｔ＝Ｋ´×｛１＋（Ｐ２ｃ−Ｐ１ｃ）／（Ｐ２ｃ＋Ｐ１ｃ）｝
・・・（式３３）
【０２８７】
（式３１）と（式３３）のＫ´は、ｃ×Ｔｐ／２に相当する定数である。
【０２８８】
以上の実施の形態４の説明から明確なように、実施の形態４に係る撮像装置によれば、発光部４から照射する照射光のパルス幅である時間Ｔｐによって原理的に決まる遠距離側の測距限界距離がｃ×Ｔｐとなる。このため、遠距離側の測距限界距離がｃ×Ｔｐ／２となる実施の形態１に係る撮像装置１と比較して、２倍遠い距離まで測距可能となる。
【０２８９】
なお、実施の形態４の開示の中では、実施の形態１で開示した「信号電荷入替駆動」に対応するステップが含まれていないが、図１９で示した転送電極１０５の電極数を最大でも４つ増加させることで、本開示の技術（例えば、実施の形態１の信号電荷入替駆動と同様のステップ）にて容易に実現可能である。
【０２９０】
以上、本開示の一態様に係る撮像装置について、実施の形態１〜実施の形態４に基づいて説明してきたが、本開示は、これら実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形をこれら実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２９１】
本発明は、被写体の距離画像を取得する撮像装置に広く利用可能である。
【符号の説明】
【０２９２】
１  撮像装置
２  信号処理部
３  制御部
４  発光部
１０  固体撮像装置
１１  画素アレイ制御部
１２  垂直走査部
１３  列処理部
１４  水平走査部
１５  出力バッファ
１６  垂直信号線
１７、１０４  転送チャネル
２０  画素アレイ
１００、１００ｂ  画素部
１０１  光電変換部
１０２  電荷蓄積部
１０２ａ  第１の電荷蓄積部
１０２ｂ  第２の電荷蓄積部
１０２ｃ  第３の電荷蓄積部
１０２ｄ  第４の電荷蓄積部
１０５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅ、１０５ｆ、１０５ｇ、１０５ｈ、１０５ｉ、１０５ｊ  転送電極
１０６  読み出しゲート
１０６ａ  第１の読み出しゲート
１０６ｂ  第２の読み出しゲート
１０６ｃ  第３の読み出しゲート
１０８、１０８ａ、１０８ｂ  露光制御ゲート
１０９、１０９ａ、１０９ｂ  オーバーフロードレイン
１１０  信号入替部
１１１  電荷保持ゲート
１１２  転送制御ゲート
１１３  出力制御ゲート
１１４  浮遊拡散層
１１５  リセットゲート
１１６  リセットドレイン
１１７  読み出し回路
【図１】
2020166572.tif 000003
【図２】
2020166572.tif 000004
【図３】
2020166572.tif 000005
【図４】
2020166572.tif 000006
【図５】
2020166572.tif 000007
【図６】
2020166572.tif 000008
【図７】
2020166572.tif 000009
【図８】
2020166572.tif 000010
【図９】
2020166572.tif 000011
【図１０】
2020166572.tif 000012
【図１１】
2020166572.tif 000013
【図１２】
2020166572.tif 000014
【図１３】
2020166572.tif 000015
【図１４】
2020166572.tif 000016
【図１５】
2020166572.tif 000017
【図１６】
2020166572.tif 000018
【図１７】
2020166572.tif 000019
【図１８】
2020166572.tif 000020
【図１９】
2020166572.tif 000021
【図２０】
2020166572.tif 000022
【図２１】
2020166572.tif 000023
【図２２】
2020166572.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】令和3年8月11日(2021.8.11)
【手続補正１】
【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】
被写体に対してパルス状の光を照射する発光部と、
半導体基板上に形成された画素部を有する固体撮像装置と、
前記被写体までの距離に係る距離情報を算出する信号処理部と、を備え、
前記画素部は、
受光した光を信号電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す第１の読み出しゲート及び第２の読み出しゲートと、
前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対となる第１の電荷蓄積部及び第２の電荷蓄積部を含む複数の電荷蓄積部であって、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートから読み出される前記信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、を有し、
前記第１の読み出しゲートは、前記発光部による前記パルス状の光の照射が停止するまでに開始される第１の期間で活性化すると共に、前記第１の期間に続く第２の期間で非活性化し、
前記第１の期間の開始と前記第２の期間の終了との時間間隔は、前記パルス状の光の照射期間よりも長く、
前記第２の読み出しゲートは、前記第１の期間及び前記第２の期間で活性化し、
前記第１の電荷蓄積部は、前記第１の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記第２の電荷蓄積部は、前記第１の期間及び前記第２の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記信号処理部は、前記光電変換部が受光した場合に、
前記第１の期間及び前記第２の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、
前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出する
撮像装置。
【請求項２】
前記第１の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングと、前記第２の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングとが等しい
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングの方が、前記第２の読み出しゲートの活性化の開始のタイミングよりも早い
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像装置は、行列状に配置されて画素アレイを構成する複数の前記画素部を有し、
前記複数の画素部の全てにおいて、
前記光電変換部に対する、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートの相対位置が等しく、
前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートの活性化及び非活性化のタイミングが等しい
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の読み出しゲートは、更に、前記発光部から照射された前記パルス状の光の反射光を前記光電変換部が受光しない第１の反射光非受光期間において、前記第１の期間と同じ時間間隔の第３の期間で活性化すると共に、前記第３の期間に続く前記第２の期間と同じ時間間隔の第４の期間で非活性化し、
前記第２の読み出しゲートは、更に、前記第１の反射光非受光期間において、前記第３の期間及び前記第４の期間で活性化し、
前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第３の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第３の期間及び前記第４の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記信号処理部は、前記第３の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第３の期間及び前記第４の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の量と、に基づいて、前記距離情報を算出する
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記画素部は、更に、前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷と前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷とを、前記第１の電荷蓄積部と前記第２の電荷蓄積部との間で入れ替えるために利用される信号入替部を有し、
前記発光部は、更に、前記信号入替部が利用されて前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷と前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷との入れ替えが行われた後に、前記被写体に対する前記パルス状の光の再度の照射を行い、
前記第２の読み出しゲートは、更に、前記発光部による前記パルス状の光の再度の照射に対する位相差が、前記発光部による前記パルス状の光の照射に対する前記第１の期間の位相差と等しい第５の期間で活性化すると共に、前記発光部による前記パルス状の光の再度の照射に対する位相差が、前記発光部による前記パルス状の光の照射に対する前記第２の期間の位相差と等しい第６の期間で非活性化し、
前記第１の読み出しゲートは、更に、前記第５の期間及び前記第６の期間で活性化し、
前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第５の期間及び前記第６の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第５の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記信号処理部は、前記光電変換部が更に受光した場合に、
前記第１の期間、前記第２の期間、前記第５の期間及び前記第６の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、
前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷及び前記第５の期間及び前記第６の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷及び前記第５の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出する
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第２の読み出しゲートは、更に、前記発光部から再度照射された前記パルス状の光の反射光を前記光電変換部が受光しない第２の反射光非受光期間において、前記第５の期間と同じ時間間隔の第７の期間で活性化すると共に、前記第７の期間に続く前記第６の期間と同じ時間間隔の第８の期間で非活性化し、
前記第１の読み出しゲートは、更に、前記第２の反射光非受光期間において、前記第７の期間及び前記第８の期間で活性化し、
前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第７の期間及び第８の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第７の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、
前記信号処理部は、前記第７の期間及び第８の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第７の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の量と、に基づいて、前記距離情報を算出する
請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記複数の電荷蓄積部には、更に、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対になる第３の電荷蓄積部及び第４の電荷蓄積部が含まれる
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
被写体に対してパルス状の光を照射する発光部と、半導体基板上に形成された画素部を有する固体撮像装置と、前記被写体までの距離に係る距離情報を算出する信号処理部と、を備え、前記画素部は、受光した光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す第１の読み出しゲート及び第２の読み出しゲートと、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートにそれぞれ対となる第１の電荷蓄積部及び第２の電荷蓄積部を含む複数の電荷蓄積部であって、前記第１の読み出しゲート及び前記第２の読み出しゲートから読み出される前記信号電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、を有する撮像装置が行う距離情報算出方法であって、
前記第１の読み出しゲートが、前記発光部による前記パルス状の光の照射が停止するまでに開始される第１の期間で活性化すると共に、前記第１の期間に続く第２の期間であって、前記第１の期間の開始と前記第２の期間の終了との時間間隔が、前記パルス状の光の照射期間よりも長くなる前記第２の期間で非活性化する第１ステップと、
前記第２の読み出しゲートが、前記第１の期間及び前記第２の期間で活性化する第２ステップと、
前記第１の電荷蓄積部が、前記第１の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積する第３ステップと、
前記第２の電荷蓄積部が、前記第１の期間及び前記第２の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積する第４ステップと、
前記信号処理部が、前記光電変換部が受光した場合に、
前記第１の期間及び前記第２の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、
前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出する第５ステップと、を含む
距離情報算出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、前記第１の読み出しゲートは、更に、前記発光部から照射された前記パルス状の光の反射光を前記光電変換部が受光しない第１の反射光非受光期間において、前記第１の期間と同じ時間間隔の第３の期間で活性化すると共に、前記第３の期間に続く前記第２の期間と同じ時間間隔の第４の期間で非活性化し、前記第２の読み出しゲートは、更に、前記第１の反射光非受光期間において、前記第３の期間及び前記第４の期間で活性化し、前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第３の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第３の期間及び前記第４の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記信号処理部は、前記第３の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第３の期間及び前記第４の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の量と、に基づいて、前記距離情報を算出するとしてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、前記画素部は、更に、前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷と前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷とを、前記第１の電荷蓄積部と前記第２の電荷蓄積部との間で入れ替えるために利用される信号入替部を有し、前記発光部は、更に、前記信号入替部が利用されて前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷と前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷との入れ替えが行われた後に、前記被写体に対する前記パルス状の光の再度の照射を行い、前記第２の読み出しゲートは、更に、前記発光部による前記パルス状の光の再度の照射に対する位相差が、前記発光部による前記パルス状の光の照射に対する前記第１の期間の位相差と等しい第５の期間で活性化すると共に、前記発光部による前記パルス状の光の再度の照射に対する位相差が、前記発光部による前記パルス状の光の照射に対する前記第２の期間の位相差と等しい第６の期間で非活性化し、前記第１の読み出しゲートは、更に、前記第５の期間及び前記第６の期間で活性化し、前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第５の期間及び前記第６の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第５の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記信号処理部は、前記光電変換部が更に受光した場合に、前記第１の期間、前記第２の期間、前記第５の期間及び前記第６の期間に前記複数の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、前記第１の期間及び前記第２の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷及び前記第５の期間及び前記第６の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、前記第１の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷及び前記第５の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の総量と、の差と、に基づいて、前記距離情報を算出するとしてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、前記第２の読み出しゲートは、更に、前記発光部から再度照射された前記パルス状の光の反射光を前記光電変換部が受光しない第２の反射光非受光期間において、前記第５の期間と同じ時間間隔の第７の期間で活性化すると共に、前記第７の期間に続く前記第６の期間と同じ時間間隔の第８の期間で非活性化し、前記第１の読み出しゲートは、更に、前記第２の反射光非受光期間において、前記第７の期間及び前記第８の期間で活性化し、前記第１の電荷蓄積部は、更に、前記第７の期間及び第８の期間に、活性化された前記第１の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記第２の電荷蓄積部は、更に、前記第７の期間に、活性化された前記第２の読み出しゲートにより読み出される前記信号電荷を蓄積し、前記信号処理部は、前記第７の期間及び第８の期間に前記第１の電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量と、前記第７の期間に前記第２の電荷蓄積部に蓄積された信号電荷の量と、に基づいて、前記距離情報を算出するとしてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
発光部４は、発光素子を有し、制御部３から出力される発光信号に従って、被写体に対してパルス状の光を照射する。発光素子は、例えば、レーザダイオード、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等により実現される。照射光は、例えば、赤外光である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
固体撮像装置１０は、行列状に配置された複数の画素部１００（図２参照。）により構成される画素アレイ２０を有する。固体撮像装置１０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサにより実現される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
垂直走査部１２は、画素アレイ２０を構成する複数の画素部１００から読み出される信号電荷を行単位で走査する、つまり、１行ずつ順に選択して、列毎に配置された複数の垂直信号線１６に出力する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
電荷蓄積部１０２は、読み出しゲート１０６から読み出される信号電荷を蓄積する。電荷蓄積部１０２は、ゲート絶縁膜下の、信号電荷を転送するための転送チャネル１０４（ＣＣＤチャネル１０４）と、ゲート絶縁膜上の転送電極１０５（一例として、転送電極１０５ａ、転送電極１０５ｂ、転送電極１０５ｃ、転送電極１０５ｄ、転送電極１０５ｅのいずれか）で構成される。すなわち、電荷蓄積部１０２は、図５に示されるように、転送チャネル１０４の一部と、半導体基板の平面視において転送チャネル１０４の一部に重なる、転送電極１０５の一部とを含む。また、図５に示されるように、転送チャネル１０４は、１つの画素部１００当たり１本である。前述したように、画素アレイ２０において、列方向に並ぶ各画素部１００の転送チャネル１０４は、列方向に直線状に連結される。これにより、画素アレイ２０には、列毎に転送チャネル１７が形成される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、光電変換部１０１からオーバーフロードレイン１０９への信号電荷の排出が停止されると共に、発光部４から照射されたパルス状の光の反射光のうち、第１の露光期間中に光電変換部１０１に到達した光の受光の先行成分と、第１の露光期間中に到達した当該反射光以外の背景光の受光とによって光電変換部１０１で発生した信号電荷が、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａへ蓄積され、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
第２の露光期間終了の時刻ｔ１３時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第２の読み出しゲート１０６ｂをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第２の電荷蓄積部１０２ｂへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＤＧをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
次に、時刻ｔｔ３に、電荷保持ゲート１１１下の信号電荷Ａ０に対して、図８における下方に位置していた信号電荷Ａ１が５相駆動にて上方に転送され、信号電荷Ａ１は、電荷保持ゲート１１１を越えてＶＧ３が印加される転送電極１０５下に移動される（ｔｔ４）。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０８】
画素アレイ制御部１１の当該動作により、光電変換部１０１からオーバーフロードレイン１０９への信号電荷の排出が停止されると共に、発光部４から照射されたパルス状の光の反射光のうち、第１の露光期間中に光電変換部１０１に到達した光の受光の先行成分と、第１の露光期間中に到達した当該反射光以外の背景光の受光とによって光電変換部１０１で発生した信号電荷が、第１の読み出しゲート１０６ａを介して第１の電荷蓄積部１０２ａへ蓄積され、第２の読み出しゲート１０６ｂを介して第２の電荷蓄積部１０２ｂに蓄積される。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１１】
第２の露光期間終了の時刻ｔ２３時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第１の読み出しゲート１０６ａをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第１の電荷蓄積部１０２ａへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＤＧをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２１】
図１１は、ＶＧ１が印加される転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ａ）下に信号電荷Ａ１が蓄積され、ＶＧ３が印加される転送電極１０５（ここでは、転送電極１０５ｃ）下に信号電荷Ａ０が蓄積されている場合における、信号電荷入替駆動の様子を示す概略平面図である。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２６】
制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、全ての画素部１００に対して、第２の電荷蓄積部１０２ｂに保持されている信号電荷Ａ０を、転送電極１０５ａ〜１０５ｅに印加されるＶＧ１〜ＶＧ５の５相駆動パルス印加に伴う電荷転送により、ＶＧ４が印加される転送電極１０５ｄの下へ移動させる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３４】
次に、画素アレイ制御部１１は、全ての画素部１００に対して、第２の電荷蓄積部１０２ｂに保持されている信号電荷Ａ１を、転送電極１０５ａ〜１０５ｅに印加されるＶＧ１〜ＶＧ５の５相駆動パルス印加に伴う電荷転送により、ＶＧ４が印加される転送電極１０５ｄの下へ移動させる。その後、画素信号Ａ０の出力制御と同様の動作が行われ、各画素部１００に対応する全ての画素信号Ａ１が、出力バッファ１５を介して固体撮像装置１０からラスタースキャンで出力される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４４】
第２の露光期間終了の時刻ｔ３３時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第２の読み出しゲート１０６ｂをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第２の電荷蓄積部１０２ｂへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＤＧをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６２】
第２の露光期間終了の時刻ｔ４３時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第１の読み出しゲート１０６ａをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第１の電荷蓄積部１０２ａへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＤＧをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６９】
第３の露光シーケンスと第４の露光シーケンスの結果得られる信号電荷Ａ２は、第１の露光期間に背景光の受光によって光電変換部１０１で発生した信号電荷を第１の読み出しゲート１０６ａを介して蓄積された信号電荷Ｓ１Ａｂと第２の読み出しゲート１０６ｂを介して蓄積された信号電荷Ｓ２Ｂｂとの加算平均成分で形成される。このことから、第３の露光シーケンスと第４の露光シーケンスの結果得られる信号電荷Ａ２は、第１の読み出しゲート１０６ａと第２の読み出しゲート１０６ｂとの間の半導体製造工程における特性のバラつきによる転送特性の差異等が平滑化されてキャンセルされた信号電荷となっている。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９６】
変形第１の露光シーケンスは、制御部３でタイミング制御される発光部４のパルス状の光の照射開始から時間Ｔｓ経過するまでの第０の露光期間（図示せず）と、時間Ｔｓ経過した時点からパルス状の光の照射終了までの第１の露光期間（「第１の期間」とも称する）と、パルス状の光の照射終了から時間Ｔｐ経過するまでの期間である第２の露光期間（「第２の期間」とも称する）とで構成される。図１４に図示されるように、第１の期間は、発光部４によるパルス状の光の照射が停止するまでに開始される。また、第２の期間は、第１の露光期間に続く期間であって、第１の露光期間の開始と第２の期間の終了との時間間隔が、パルス状の光の照射期間Ｔｐよりも長くなる期間である。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５８】
第３の露光期間終了の時刻ｔ１４時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第３の読み出しゲート１０６ｃをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第３の電荷蓄積部１０２ｃへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＤＧをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２７１】
第３の露光期間終了の時刻ｔ３４時点で、制御部３の指示により、画素アレイ制御部１１は、第３の読み出しゲート１０６ｃをＨｉｇｈ状態（活性化された状態）からＬｏｗ状態（非活性化された状態）へと遷移させることで、第３の電荷蓄積部１０２ｃへの信号電荷の蓄積を停止すると共に、ＯＤＧをＬｏｗ状態（非活性化された状態）からＨｉｇｈ状態（活性化された状態）へと遷移させることで、露光制御ゲート１０８を導通状態とさせる。これにより、光電変換部１０１はリセット状態に復帰する。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2020166572.tif 000025
【手続補正２４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２０】
2020166572.tif 000026
【手続補正２５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２２】
2020166572.tif 000027
【国際調査報告】
2020166572.tif 000028
2020166572.tif 000029
2020166572.tif 000030
2020166572.tif 000031