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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022185168
(43)【公開日】2022-12-14
(54)【発明の名称】受光素子およびその駆動方法、並びに、測距システム
(51)【国際特許分類】
G01S 17/894 20200101AFI20221207BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20221207BHJP
H04N 5/359 20110101ALI20221207BHJP
H04N 5/376 20110101ALI20221207BHJP
【ＦＩ】
G01S17/894
G01S7/481 A
H04N5/359
H04N5/376 500
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021092650
(22)【出願日】2021-06-02
(71)【出願人】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121131
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 孝
(74)【代理人】
【識別番号】100082131
【弁理士】
【氏名又は名称】稲本 義雄
(74)【代理人】
【識別番号】100168686
【弁理士】
【氏名又は名称】三浦 勇介
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 正隆
【テーマコード（参考）】
5C024
5J084
【Ｆターム（参考）】
5C024CX11
5C024CY17
5C024EX03
5C024EX12
5C024GX03
5C024GX16
5C024GX18
5C024GY39
5C024GY41
5C024HX47
5C024HX50
5J084AA04
5J084AA05
5J084AA13
5J084AB01
5J084AB07
5J084AC02
5J084AC04
5J084AC06
5J084AC07
5J084AC08
5J084AD02
5J084AD05
5J084BA04
5J084BA20
5J084BA34
5J084BA36
5J084BA40
5J084BB02
5J084CA04
5J084CA10
5J084CA20
5J084CA34
5J084CA44
5J084CA49
5J084CA65
5J084CA67
5J084CA69
5J084EA04
5J084EA22
(57)【要約】
【課題】高速動作時の転送効率を維持しつつ、低速時の測距精度を改善する。
【解決手段】受光素子は、光電変換部と、光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、電圧VSSと電圧VSS1とを切り替え制御する電圧制御部とを備える。本開示は、例えば、被写体へ照射光を照射し、被写体からの反射光を受光することにより被写体までの距離を測定する受光素子等に適用できる。
【選択図】図９
【解決手段】受光素子は、光電変換部と、光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、電圧VSSと電圧VSS1とを切り替え制御する電圧制御部とを備える。本開示は、例えば、被写体へ照射光を照射し、被写体からの反射光を受光することにより被写体までの距離を測定する受光素子等に適用できる。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える受光素子。
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える受光素子。
【請求項2】
前記画素は、
第１および第２の転送トランジスタの２つの前記転送トランジスタと、
前記第１の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第１の電荷蓄積部と、
前記第２の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第２の電荷蓄積部と
を有し、
前記光電変換部は、所定の発光源から照射された照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光して光電変換し、
前記電圧制御部は、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧として、第１の電圧と、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とを切り替える
請求項１に記載の受光素子。
第１および第２の転送トランジスタの２つの前記転送トランジスタと、
前記第１の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第１の電荷蓄積部と、
前記第２の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第２の電荷蓄積部と
を有し、
前記光電変換部は、所定の発光源から照射された照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光して光電変換し、
前記電圧制御部は、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧として、第１の電圧と、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とを切り替える
請求項１に記載の受光素子。
【請求項3】
前記第１および第２の転送トランジスタは、所定の変調周波数で交互にオンされ、
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数に応じて、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第１の電圧または前記第２の電圧に切り替える
請求項２に記載の受光素子。
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数に応じて、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第１の電圧または前記第２の電圧に切り替える
請求項２に記載の受光素子。
【請求項4】
前記所定の変調周波数には、第１の変調周波数と、前記第１の変調周波数より低速の第２の変調周波数とがあり、
前記電圧制御部は、前記第１の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記第２の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
請求項３に記載の受光素子。
前記電圧制御部は、前記第１の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記第２の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
請求項３に記載の受光素子。
【請求項5】
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数が所定の閾値周波数より大である場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記所定の変調周波数が所定の閾値周波数以下である場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
請求項３に記載の受光素子。
請求項３に記載の受光素子。
【請求項6】
前記電圧制御部は、動作モードに応じて、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第１の電圧または前記第２の電圧に切り替える
請求項２に記載の受光素子。
請求項２に記載の受光素子。
【請求項7】
前記電圧制御部は、前記動作モードが距離を測定する測距モードである場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記動作モードが２次元の輝度画像を生成する２D画像撮影モードである場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
請求項６に記載の受光素子。
請求項６に記載の受光素子。
【請求項8】
前記電圧制御部は、受光量に応じて、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第１の電圧または前記第２の電圧に切り替える
請求項２に記載の受光素子。
請求項２に記載の受光素子。
【請求項9】
前記電圧制御部は、前記受光量が大光量ではないと判定された場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記受光量が大光量であると判定された場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
請求項８に記載の受光素子。
請求項８に記載の受光素子。
【請求項10】
前記受光量が大光量であると判定される場合は、画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和している場合である
請求項９に記載の受光素子。
請求項９に記載の受光素子。
【請求項11】
前記電圧制御部は、前記オフ制御電圧として、第１の電圧と、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とを切り替えるトランジスタを有する
請求項１に記載の受光素子。
請求項１に記載の受光素子。
【請求項12】
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を備える受光素子が、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する
受光素子の駆動方法。
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する
受光素子の駆動方法。
【請求項13】
照射光を発光する発光部と、
前記照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える
測距システム。
前記照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える
測距システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、受光素子およびその駆動方法、並びに、測距システムに関し、特に、高速動作時の転送効率を維持しつつ、低速時の測距精度を改善できるようにした受光素子およびその駆動方法、並びに、測距システムに関する。
【背景技術】
【0002】
間接ToF（Time of Flight）方式を利用した受光素子が知られている。間接ToF方式の受光素子では、反射光を光電変換して生成された信号電荷を、例えば、２つの転送ゲートによって２つの電荷蓄積部に振り分け、それらの信号電荷の配分比から距離が算出される。
【0003】
間接ToF方式の距離の測定では、２つの電荷蓄積部に振り分ける周波数（変調周波数）を複数設定して動作させることができるため、同一のデバイスで高速な周波数と低速な周波数の両方に対応しなければならない。高速な場合はフォトダイオードに蓄積される電荷が少ないが転送時間が短くなるため、転送に有利な設計をする必要がある。一方で、低速な場合はフォトダイオードに蓄積される電荷が多くなるため、電荷蓄積量を増やすことが重要となる。この２つはトレードオフの関係にあるため、同時に達成することが困難である。また、電荷蓄積量が小さい場合、デバイスは大光量の受光に弱くなる。
【0004】
例えば、２つの電荷蓄積部に転送された電荷を定期的に画素ドレイン電極にオーバーフローさせることで、フォトダイオードへ電子が逆流することを防止するようにした感度変調素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００３－２４７８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
間接ToF方式の受光素子では、上述したように、変調周波数を高速に設定して動作させる必要があり、従来のビューイングセンサと比較して、フォトダイオードの蓄積電荷量が少ない場合がある。そのため、フォトダイオードの飽和電荷量より多い余剰電荷が溢れ、本体の転送方向と異なる反対側の電荷蓄積部へ意図せず転送される場合があり得る。この場合、測距精度が低下する。
【0007】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高速動作時の転送効率を維持しつつ、低速時の測距精度を改善できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の第１の側面の受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える。
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える。
【0009】
本開示の第２の側面の受光素子の駆動方法は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を備える受光素子が、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する。
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を備える受光素子が、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する。
【0010】
本開示の第３の側面の測距システムは、
照射光を発光する発光部と、
前記照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える。
照射光を発光する発光部と、
前記照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える。
【0011】
本開示の第１乃至第３の側面においては、光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を備える受光素子において、前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値が切り替え制御される。
【0012】
受光素子及び測距システムは、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本開示の実施の形態である測距システムの構成例を示すブロック図である。
【図3】画素の回路構成例を示す図である。
【図4】照射光の発光と画素の駆動を説明する図である。
【図5】２Phase方式と４Phase方式によるデプス値の算出方法を説明する図である。
【図6】２Phase方式と４Phase方式によるデプス値の算出方法を説明する図である。
【図7】２Phase方式と４Phase方式によるデプス値の算出方法を説明する図である。
【図8】高速動作時の転送トランジスタの駆動を説明する図である。
【図9】高速動作時と比較した低速動作時の転送トランジスタの駆動を説明する図である。
【図10】転送トランジスタオフ時の印加電圧制御をまとめた図である。
【図11】オフ電圧制御部の構成例を示すブロック図である。
【図12】オフ電圧制御処理を説明するフローチャートである。
【図13】本開示の測距システムを搭載した電子機器としてのスマートフォンの構成例を示すブロック図である。
【図14】車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図15】車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付図面を参照しながら、本開示の技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。説明は以下の順序で行う。
１．測距システムの構成例
２．受光素子の構成例
３．画素回路の構成例
４．画素動作と画素信号の説明
５．転送トランジスタの駆動電圧制御
６．オフ電圧制御部の構成例
７．変形例
８．電子機器の構成例
９．移動体への応用例
１．測距システムの構成例
２．受光素子の構成例
３．画素回路の構成例
４．画素動作と画素信号の説明
５．転送トランジスタの駆動電圧制御
６．オフ電圧制御部の構成例
７．変形例
８．電子機器の構成例
９．移動体への応用例
【0015】
＜１．測距システムの構成例＞
図１は、本開示の実施の形態である測距システムの構成例を示すブロック図である。
図１は、本開示の実施の形態である測距システムの構成例を示すブロック図である。
【0016】
図１の測距システム１は、制御装置１１、受光装置１２、および、照明装置１３を備える。受光装置１２は、受光素子３１およびレンズ３２を備える。照明装置１３は、LD２１および発光部２２を備える。
【0017】
制御装置１１は、測距システム１全体の動作を制御する装置である。制御装置１１は、受光装置１２に対して、動作モードを指定して測定リクエストを供給する。また、制御装置１１は、測定リクエストに応じて受光装置１２が受光した結果に基づいて生成した測定データを、受光装置１２から取得する。制御装置１１は、測距システム１の構成の一部ではなく、測距システム１の外部に、例えば、測距システム１が組み込まれるホスト装置の制御部として設けられてもよい。
【0018】
ここで、制御装置１１が受光装置１２に対して指定可能な動作モードには、間接ToF方式による物体までの距離を測定する測距モードと、２次元の輝度画像を生成する２D画像撮影モードとがある。間接 ToF方式の測距は、照射光が発光されたタイミングから、反射光が受光されるタイミングまでの飛行時間を位相差として検出し、物体までの距離を算出する測距である。２D画像撮影モードは、通常のイメージセンサのように、受光量に応じた２次元の輝度画像を出力するモードである。
【0019】
受光装置１２の受光素子３１は、制御装置１１から測定リクエストが供給されると、発光パルスをLD２１へ供給し、発光部２２から照射光を発光させる。そして、受光素子３１は、物体４１及び物体４２等の被写体からの反射光を、レンズ３２を介して受光する。レンズ３２は、被写体から反射されてきた反射光を入射光として受光素子３１の受光面に結像させる。なお、レンズ３２の構成は任意であり、例えば、複数のレンズ群によりレンズ３２を構成することも可能である。
【0020】
発光パルスは、発光部２２の発光動作、および、受光素子３１の受光動作の基準となるタイミング信号であり、例えば、オン（High）とオフ（Low）が変調周波数Fmodで繰り返されるパルス信号である。
【0021】
受光素子３１は、動作モードが測距モードの場合には、反射光の受光結果に基づいて、被写体までの距離情報を格納したデプス画像を生成し、測定データとして、制御装置１１へ出力する。一方、動作モードが２D画像撮影モードの場合には、受光装置１２は、反射光の受光結果に基づいて、被写体の輝度画像を生成し、測定データとして、制御装置１１へ出力する。受光素子３１の具体的構成については、図２以降で詳述する。
【0022】
照明装置１３のLD２１は、例えば、発光部２２を駆動するレーザドライバであり、受光素子３１からの発光パルスに基づいて発光部２２を駆動し、発光部２２から照射光を出力させる。発光部２２は、例えば、VCSEL LED（Vertical Cavity Surface Emitting LASER LED）などで構成され、LD２１の駆動により照射光を発光する。照射光には、例えば、波長が約８５０ｎｍから９４０ｎｍの範囲の赤外光（IR光）が用いられる。
【0023】
【0024】
受光素子３１は、制御部５１、画素アレイ部５２、パルス生成回路５３，タップ駆動部５４、垂直駆動部５５、カラム処理部５６、水平駆動部５７、信号処理部５８、および、出力部５９を含んで構成される。
【0025】
制御部５１は、受光素子３１全体の動作を制御する。例えば、制御部５１は、制御装置１１から供給される動作モードおよび測定リクエストを、不図示の入力部を介して取得する。また、制御部５１は、動作モードに応じて、所定の変調周波数Fmodの発光パルスの生成をパルス生成回路５３へ指示する。制御部５１は、動作モードに応じた動作を行うための制御信号を、垂直駆動部５５、カラム処理部５６、水平駆動部５７等へ供給する。さらに、制御部５１は、動作モードに応じて信号処理部５８が行う所定の信号処理、例えば、デプス画像の生成処理や、輝度画像の生成処理などを、信号処理部５８へ指示する。
【0026】
画素アレイ部５２には、複数の画素６１が行列状に２次元配置されている。画素６１の回路構成については図３を参照して後述するが、画素アレイ部５２に２次元配置された各画素６１は、受光した光量に応じた電荷を生成する光電変換部としてのフォトダイオード７１と、フォトダイオード７１で生成された電荷を蓄積する２つのタップ（FD７３）を有している。この２つのタップを、第１タップおよび第２タップとも称する。
【0027】
パルス生成回路５３は、制御部５１の制御にしたがい、所定の変調周波数Fmodの発光パルスを生成し、照明装置１３のLD２１へ出力する。発光パルスの変調周波数Fmodは、低速駆動時には、例えば、20MHzに設定され、高速駆動時には、100MHzに設定される。なお、この変調周波数はあくまで一例であり、この数値に限られない。
【0028】
また、パルス生成回路５３は、変調周波数Fmodの発光パルスに対応した駆動信号GDAおよびGDBを生成し、タップ駆動部５４へ供給する。駆動信号GDAは、各画素６１の光電変換部で生成された電荷を第１タップへ転送するための駆動信号であり、駆動信号GDBは、各画素６１の光電変換部で生成された電荷を第２タップへ転送するための駆動信号である。駆動信号GDAと駆動信号GDBは、一方に対して他方の位相が反転した信号となっている。
【0029】
タップ駆動部５４は、パルス生成回路５３から供給される、２つの駆動信号GDAおよびGDBを分配することで画素列単位の駆動信号GDA’と駆動信号GDB’を生成して、画素アレイ部５２の各画素列に供給する。タップ駆動部５４は、画素アレイ部５２の画素列単位に駆動信号GDA’と駆動信号GDB’を供給することで、各画素６１の２つのタップへの電荷振り分けを制御する。
【0030】
画素アレイ部５２には、画素行ごとに画素駆動線６３が水平方向に沿って配線され、画素列ごとに２本の垂直信号線６４Aおよび６４Bが垂直方向に沿って配線されている。画素駆動線６３は、各画素６１から検出信号VSLを読み出す際の駆動を行うための駆動信号を伝送する。図２では、画素駆動線６３について１本の配線として示しているが、１本に限られるものではない。画素駆動線６３の一端は、垂直駆動部５５の各画素行に対応した出力端に接続されている。垂直信号線６４Aは、第１タップの検出信号VSLAをカラム処理部５６へ伝送する信号線であり、垂直信号線６４Bは、第２タップの検出信号VSLBをカラム処理部５６へ伝送する信号線である。
【0031】
垂直駆動部５５は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素行ごとに水平方向に沿って配線された画素駆動線６３を介して、画素アレイ部５２の各画素６１を、全画素同時あるいは行単位等で駆動する画素駆動部である。垂直駆動部５５によって選択走査された画素行の各画素６１から出力される検出信号VSLAおよびVSLBは、画素信号として、垂直信号線６４Aまたは６４Bを通ってカラム処理部５６に供給される。
【0032】
カラム処理部５６は、画素アレイ部５２の画素列毎に、選択行の各画素６１から垂直信号線６４Aまたは６４Bを介して入力される画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。例えば、カラム処理部５６は、信号処理として、画素信号のAD（アナログデジタル）変換処理などを実行する。
【0033】
水平駆動部５７は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部５６の画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平駆動部５７による選択走査により、カラム処理部５６で信号処理された画素信号が順番に信号処理部５８に出力される。
【0034】
信号処理部５８は、所定の演算処理機能を有し、カラム処理部５６から出力される画素信号に対して、所定の演算処理を必要に応じて行って、出力部５９を介して、制御装置１１（図１）へ出力する。
【0035】
例えば、信号処理部５８は、動作モードが測距モードの場合には、カラム処理部５６から供給される各画素６１のタップ毎の画素データ（検出信号VSLAおよびVSLB）に基づいて、被写体までの距離情報を算出し、各画素の画素値として距離情報を格納したデプス画像を生成する処理を行う。
【0036】
例えば、信号処理部５８は、動作モードが２D画像撮影モードの場合には、カラム処理部５６から供給される各画素６１のタップ毎の画素データに基づいて、被写体の輝度画像を生成する処理を行う。
【0037】
出力部５９は、例えば、ＭＩＰＩ（Mobile Industry Processor Interface）等の所定の通信インタフェース等で構成され、信号処理部５８の演算処理結果であるデプス画像や輝度画像を、測定データとして、制御装置１１へ出力する。
【0038】
以上のように構成される受光素子３１は、制御装置１１から指定された動作モードで受光動作を行う。動作モードとして測距モードが指定された場合には、受光素子３１は、発光パルスの変調周波数Fmodを、低速駆動と高速駆動の少なくとも２種類の周波数に切り替えて受光動作を行い、デプス画像を生成して出力する。本実施の形態では、高速駆動の第１の変調周波数Fmod1を、例えば100MHzとし、低速駆動の第２の変調周波数Fmod2を、例えば20MHzとする。また、動作モードとして２D画像撮影モードが指定された場合には、受光素子３１は、被写体の輝度画像を生成して出力する。２D画像撮影モードでは、測距モードと同様に所定の変調周波数Fmodで照射光を発光させてもよいし、発光させなくてもよい。照射光を発光させない場合には、発光パルスの照明装置１３への出力が停止される。本実施の形態では、低速駆動の第２の変調周波数Fmod2で照射光を発光させて、受光することとして説明する。なお、２D画像撮影モードで照射光を発光させる場合の変調周波数Fmodは、測距モードで動作させる場合のいずれかの変調周波数Fmodと同じである必要はない。
【0039】
＜３．画素回路の構成例＞
図３は、画素６１の回路構成例を示している。
図３は、画素６１の回路構成例を示している。
【0040】
図３の画素６１は、光電変換部としてフォトダイオード７１を備える。また、画素６１は、転送トランジスタ７２、FD（浮遊拡散領域）７３、FDゲートトランジスタ７４、増幅トランジスタ７５、リセットトランジスタ７６、及び、選択トランジスタ７７を、２つのタップに対応して２個ずつ有する。すなわち、画素６１は、転送トランジスタ７２Aおよび７２B、FD７３Aおよび７３B、FDゲートトランジスタ７４Aおよび７４B、増幅トランジスタ７５Aおよび７５B、リセットトランジスタ７６Aおよび７６B、並びに、選択トランジスタ７７Aおよび７７Bを有し、符号にAが付された素子が第１タップ側の素子であり、符号にBが付された素子が第２タップ側の素子である。また、FD７３Aおよび７３Bが、フォトダイオード７１で生成された電荷を蓄積する２つのタップに相当する。画素６１は、さらに、電荷排出トランジスタ７８も有している。画素６１に含まれる各トランジスタは、N型のMOSFETで構成される。
【0041】
フォトダイオード７１は、受光した反射光の光量に応じた電荷を生成して蓄積する。
【0042】
転送トランジスタ７２Aは、ゲート電極に供給される駆動信号GDA’がアクティブ状態（High）になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオード７１に蓄積されている電荷をFD７３Aに転送する。転送トランジスタ７２Bは、ゲート電極に供給される駆動信号GDB’がアクティブ状態（High）になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオード７１に蓄積されている電荷をFD７３Bに転送する。
【0043】
FD７３Aは、フォトダイオード７１から転送されてきた電荷を一時的に蓄積し保持する第１タップの電荷蓄積部である。FD７３Bは、フォトダイオード７１から転送されてきた電荷を一時的に蓄積し保持する第２タップの電荷蓄積部である。
【0044】
FDゲートトランジスタ７４Aは、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FDゲートトランジスタ７４Aとリセットトランジスタ７６Aとの間の付加容量を、FD７３Aに接続させる。FDゲートトランジスタ７４Bは、ゲート電極に供給されるFD駆動信号FDGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FDゲートトランジスタ７４Bとリセットトランジスタ７６Bとの間の付加容量を、FD７３Bに接続させる。入射光の光量に応じてFDゲートトランジスタ７４のオンオフを動的に制御することで、蓄積容量を変更することができる。図３では、簡略化のため、FD駆動信号線８１が１本で、FD駆動信号FDGをFDゲートトランジスタ７４Aおよび７４Bで共有する構成とされているが、実際にはFD駆動信号線８１は、FDゲートトランジスタ７４Aおよび７４Bそれぞれに対して個別に設けられており、それぞれが排他的に動作されるようにオンまたはオフが制御される。
【0045】
増幅トランジスタ７５Aは、ソース電極が選択トランジスタ７７Aを介して垂直信号線６４Aと接続されることにより不図示の定電流源と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。増幅トランジスタ７５Bは、ソース電極が選択トランジスタ７７Bを介して垂直信号線６４Bと接続されることにより不図示の定電流源と接続し、ソースフォロワ回路を構成する。
【0046】
リセットトランジスタ７６Aは、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FD７３Aの電位をリセットする。リセットトランジスタ７６Bは、ゲート電極に供給されるリセット駆動信号RSTがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、FD７３Bの電位をリセットする。なお、リセットトランジスタ７６Aおよび７６Bがアクティブ状態とされるとき、FDゲートトランジスタ７４Aおよび７４Bも同時にアクティブ状態とされる。図３では、簡略化のため、リセット駆動信号線８２が１本で、リセット駆動信号RSTをリセットトランジスタ７６Aおよび７６Bで共有する構成とされているが、実際にはリセット駆動信号線８２は、リセットトランジスタ７６Aおよび７６Bそれぞれに対して個別に設けられており、それぞれが排他的に動作されるようにオンまたはオフが制御される。リセットトランジスタ７６Aおよび７６Bのドレインには、所定のドレイン電圧RSTDRAINが供給されている。
【0047】
選択トランジスタ７７Aは、増幅トランジスタ７５Aと垂直信号線６４Aとの間に接続されており、ゲート電極に供給される選択信号SELがアクティブ状態になると導通し、増幅トランジスタ７５Aより出力される検出信号VSLAを、垂直信号線６４Aに出力する。選択トランジスタ７７Bは、増幅トランジスタ７５Bと垂直信号線６４Bとの間に接続されており、ゲート電極に供給される選択信号SELがアクティブ状態になると導通し、増幅トランジスタ７５Bより出力される検出信号VSLBを、垂直信号線６４Bに出力する。図３では、簡略化のため、選択信号線８３が１本で、選択信号SELを選択トランジスタ７７Aおよび７７Bで共有する構成とされているが、実際には選択信号線８３は、選択トランジスタ７７Aおよび７７Bそれぞれに対して個別に設けられており、それぞれが排他的に動作されるようにオンまたはオフが制御される。
【0048】
電荷排出トランジスタ７８は、排出駆動信号線８４を介してゲート電極に供給される排出駆動信号OFGがアクティブ状態になるとこれに応答して導通状態になることで、フォトダイオード７１に蓄積された電荷を排出する。
【0049】
＜４．画素動作と画素信号の説明＞
図３の画素６１の動作について説明する。
図３の画素６１の動作について説明する。
【0050】
まず、受光が行われる前に画素６１の電荷をリセットするリセット動作が全画素で実行される。すなわち、FDゲートトランジスタ７４Aおよび７４B、リセットトランジスタ７６Aおよび７６Bがオンにされて、FD７３Aおよび７３Bの蓄積電荷が排出され、電荷排出トランジスタ７８がオンにされて、フォトダイオード７１の蓄積電荷が排出される。
【0051】
蓄積電荷の排出後、全画素で受光が開始される。具体的には、発光部２２から、図４に示されるように、照射時間Ｔで照射のオン／オフを繰り返すように変調された照射光が出力され、被写体までの距離に応じた遅延時間ΔTだけ遅れて、フォトダイオード７１において反射光が受光される。照射光の１周期（＝２Ｔ）は、１／Fmodとなる。また、駆動信号GDA’は、転送トランジスタ７２Aのオン／オフを制御し、駆動信号GDB’は、転送トランジスタ７２Bのオン／オフを制御する。駆動信号GDA’は、例えば、照射光と同一位相の信号であり、駆動信号GDB’は、駆動信号GDA’を反転した位相となっている。
【0052】
従って、図３において、フォトダイオード７１が反射光を受光することにより発生する電荷は、駆動信号GDA’に従って転送トランジスタ７２Aがオンとなっている間ではFD７３Aに転送され、駆動信号GDB’に従って転送トランジスタ７２Bがオンとなっている間ではFD７３Bに転送される。これにより、照射時間Ｔの照射光の照射が周期的に行われる所定の期間において、転送トランジスタ７２Aを介して転送された電荷はFD７３Aに順次蓄積され、転送トランジスタ７２Bを介して転送された電荷はFD７３Bに順次蓄積される。FDゲートトランジスタ７４Aおよび７４Bがオンのときは、付加容量にも蓄積される。
【0053】
以上のように、画素６１は、フォトダイオード７１が受光した反射光により発生する電荷を、遅延時間ΔTに応じて第１タップ（FD７３A）と第２タップ（FD７３B）に振り分けて、第１タップの検出信号VSLAと、第２タップの検出信号VSLBのそれぞれを出力する。
【0054】
ただし、画素アレイ部５２では、個々の画素６１が有するフォトダイオード７１や転送トランジスタ７２等の画素トランジスタの各素子の特性のズレ（感度差）によって、画素６１ごとに異なる影響が検出信号VSLAおよび検出信号VSLBに与えられる場合がある。そのため、間接ToF方式の測距システム１では、同一の画素６１で位相を変えて反射光を受光した検出信号VSLAおよび検出信号VSLBを取得することにより、各画素６１のタップ間の感度差を除去し、SN比を向上させる手法が採用される。
【0055】
位相を変えて反射光を受光し、デプス値を算出する方式として、例えば、２Phaseによる検出方式（２Phase方式）と、４Phaseによる検出方式（４Phase方式）とについて説明する。
【0056】
４Phase方式では、受光素子３１は、図５に示されるように、照射光の照射タイミングを基準に、位相を０°、９０°、１８０°、および、２７０°だけずらした受光タイミングで反射光を受光する。より具体的には、受光素子３１は、あるフレーム期間では、照射光の照射タイミングに対して位相を０°にして受光し、次のフレーム期間では、位相を９０°にして受光し、次のフレーム期間では、位相を１８０°にして受光し、次のフレーム期間では、位相を２７０°にして受光する、というように、時分割で位相を変えて反射光を受光する。
【0057】
なお、０°、９０°、１８０°、または、２７０°の位相とは、特に言及しない限り、画素６１の第１タップにおける位相を表す。第２タップは、第１タップとは反転した位相となるので、第１タップが０°、９０°、１８０°、または、２７０°の位相のとき、第２タップは、それぞれ、１８０°、２７０°、０°、または、９０°の位相となっている。
【0058】
図６は、０°、９０°、１８０°、および、２７０°の各位相における画素６１の第１タップの露光期間を、位相差が分かり易いように並べて示した図である。
【0059】
図６に示されるように、第１タップにおいて、照射光と同一の位相（位相０°）で受光して得られる検出信号VSLAを検出信号A０、照射光と９０度ずらした位相（位相９０°）で受光して得られる検出信号VSLAを検出信号A９０、照射光と１８０度ずらした位相（位相１８０°）で受光して得られる検出信号VSLAを検出信号A１８０、照射光と２７０度ずらした位相（位相２７０°）で受光して得られる検出信号VSLAを検出信号A２７０、と呼ぶことにする。
【0060】
また、図示は省略するが、第２タップにおいて、照射光と同一の位相（位相０°）で受光して得られる検出信号VSLBを検出信号B０、照射光と９０度ずらした位相（位相９０°）で受光して得られる検出信号VSLBを検出信号B９０、照射光と１８０度ずらした位相（位相１８０°）で受光して得られる検出信号VSLBを検出信号B１８０、照射光と２７０度ずらした位相（位相２７０°）で受光して得られる検出信号VSLBを検出信号B２７０、と呼ぶことにする。
【0061】
図７は、２Phase方式と４Phase方式によるデプス値と信頼度の算出方法を説明する図である。
【0062】
間接ToF方式において、デプス値dは、次式（１）で求めることができる。
式（１）のｃは光速であり、ΔTは遅延時間であり、fは光の変調周波数Fmodを表す。また、式（１）のφは、反射光の位相ずれ量[rad]を表し、次式（２）で表される。
【数1】
【数2】
【0063】
４Phase方式では、式（２）のI,Qが、位相を０°、９０°、１８０°、２７０°に設定して得られた検出信号A０乃至A２７０および検出信号B０乃至B２７０を用いて、次式（３）で計算される。I,Qは、照射光の輝度変化をsin波と仮定し、sin波の位相を極座標から直交座標系（IQ平面）に変換した信号である。
I＝ｃ０－ｃ１８０＝（A０－B０）－（A１８０－B１８０）
Q＝ｃ９０－ｃ２７０＝（A９０－B９０）－（A２７０－B２７０） ・・・・・・・・・・（３）
I＝ｃ０－ｃ１８０＝（A０－B０）－（A１８０－B１８０）
Q＝ｃ９０－ｃ２７０＝（A９０－B９０）－（A２７０－B２７０） ・・・・・・・・・・（３）
【0064】
４Phase方式では、例えば、式（３）の“A０－A１８０”や“A９０－A２７０”のように、同じ画素での逆位相の検出信号の差分を取ることで、各画素に存在するタップ間の特性ばらつき、すなわち、タップ間の感度差を除去することができる。
【0065】
一方、２Phase方式では、位相０°と位相９０°の２つの位相の検出信号を用いて、式（２）のI,Qが計算できる。すなわち、２Phase方式における式（２）のI,Qは、次式（４）となる。
I＝ｃ０－ｃ１８０＝（A０－B０）
Q＝ｃ９０－ｃ２７０＝（A９０－B９０） ・・・・・・・・・・（４）
I＝ｃ０－ｃ１８０＝（A０－B０）
Q＝ｃ９０－ｃ２７０＝（A９０－B９０） ・・・・・・・・・・（４）
【0066】
２Phase方式では、各画素に存在するタップ間の特性ばらつきは除去することができないが、２つの位相の検出信号のみで物体までのデプス値dを求めることができるので、４Phase方式の２倍のフレームレートで測距を行うことができる。タップ間の特性ばらつきは、例えば、ゲインやオフセット等の補正パラメータで調整することができる。
【0067】
信頼度cnfは、２Phase方式および４Phase方式のいずれにおいても、次式（５）で求めることができる。
式（５）から分かるように、信頼度cnfは、画素６１で受光した反射光の大きさ、即ち輝度情報（輝度値）に相当する。
【数3】
【0068】
以下では、画素アレイ部５２の各画素６１が、０°、９０°、１８０°、または、２７０°等の１位相の画素データ（検出信号）を出力する単位を１フレーム（期間）と称する。４Phase方式では、１つの変調周波数Fmodを用いて４位相に対応する４フレームで１枚のデプス画像を生成することができ、２Phase方式の場合には、１つの変調周波数Fmodを用いて２位相に対応する２フレームで１枚のデプス画像を生成することができる。
【0069】
しかしながら、間接ToF方式の測距では、折り返し問題（エイリアシング）が発生する。すなわち、間接ToF方式の測距では、位相差を検出して距離に変換するので、発光部２２の変調周波数Fmodに応じて最大測定範囲が決定し、最大測定距離を超えると、検出される位相差が、再度、ゼロからスタートする。これにより、例えば、変調周波数Fmodが１００MHzの場合、１．５ｍと３ｍの区別がつかない。そのため、１００MHzと２０MHzのように、複数の変調周波数Fmodで測距を行う必要がある。４Phase方式では、１つの変調周波数Fmodで４フレームの受光データが必要となるため、複数の変調周波数Fmodで測距を行う場合には、１枚のデプス画像を出力するために、少なくとも８フレームの発光および受光を行う必要がある。
【0070】
受光素子３１は、動作モードとして測距モードが指定された場合、高速な第１の変調周波数Fmod1と、第１の変調周波数よりも低速な第２の変調周波数Fmod2による照射光の受光を行うことで１枚のデプス画像を生成し、測定データとして制御装置１１へ出力する。
【0071】
一方、動作モードとして２D画像撮影モードが指定された場合、受光素子３１は、低速側である第２の変調周波数Fmod2による照射光の受光を行うことで、上述した輝度情報としての信頼度cnfを算出し、画素値として格納した輝度画像を生成し、測定データとして、制御装置１１へ出力する。
【0072】
なお、受光素子３１は、２D画像撮影モードにおいて、画素値として信頼度cnfを用いるのではなく、通常のイメージセンサと同様に、第１タップの検出信号VSLAのAD変換データと、第２タップの検出信号VSLBのAD変換データを合算したデータを画素値として格納した輝度画像を生成し、測定データとして、制御装置１１へ出力してもよい。
【0073】
＜５．転送トランジスタの駆動電圧制御＞
受光素子３１が、高速な第１の変調周波数Fmod1に同期して受光動作を行う場合には、各画素６１のフォトダイオード７１に蓄積される電荷量は少なくて良いが転送時間が短くなるため、転送に有利な設計をする必要がある。一方で、受光素子３１が、低速な第２の変調周波数Fmod2に同期して受光動作を行う場合には、フォトダイオード７１に蓄積される電荷量が多くなるため、電荷蓄積量を増やすことが重要となる。また、動作モードが２D画像撮影モードの場合や、被写体が高輝度被写体である場合などにおいても、フォトダイオード７１の電荷蓄積量を増やすことが望ましい。
受光素子３１が、高速な第１の変調周波数Fmod1に同期して受光動作を行う場合には、各画素６１のフォトダイオード７１に蓄積される電荷量は少なくて良いが転送時間が短くなるため、転送に有利な設計をする必要がある。一方で、受光素子３１が、低速な第２の変調周波数Fmod2に同期して受光動作を行う場合には、フォトダイオード７１に蓄積される電荷量が多くなるため、電荷蓄積量を増やすことが重要となる。また、動作モードが２D画像撮影モードの場合や、被写体が高輝度被写体である場合などにおいても、フォトダイオード７１の電荷蓄積量を増やすことが望ましい。
【0074】
受光素子３１は、動作モードや受光量の大小に応じて、フォトダイオード７１の電荷蓄積量を変更する制御を行うことができる。
【0075】
図８は、画素６１が高速で動作する場合、換言すれば、画素６１が第１の変調周波数Fmod1で動作する場合の転送トランジスタ７２の駆動を説明する図である。
【0076】
図８において、“PD”はフォトダイオード７１を表し、“TGA”は、第１タップ側の転送トランジスタ７２Aを表し、“FDA”は、第１タップであるFD７３Aを表す。“TGB”は、第２タップ側の転送トランジスタ７２Bを表し、“FDB”は、第２タップであるFD７３Bを表す。
【0077】
図８の左側の図は、転送トランジスタ７２Aおよび７２Bの両方がオフに制御された状態を示している。転送トランジスタ７２Aおよび７２Bのゲート電極には、転送トランジスタ７２をオフするオフ電圧TGLとして、所定の電圧VSSが供給される。この状態においてフォトダイオード７１に蓄積可能な電荷量はPDQsである。
【0078】
図８の中央の図は、第１タップ側の転送トランジスタ７２Aがオンに制御された状態を示している。タップ駆動部５４は、転送トランジスタ７２Aをオンに制御する場合、転送トランジスタ７２Aのゲート電極に、オン電圧TGHとして、電圧VSSより大きい所定の電圧VDD（＞VSS）を印加する。これにより、フォトダイオード７１に蓄積された電荷が、FD７３Aに転送される。
【0079】
一方、図８の右側の図は、第２タップ側の転送トランジスタ７２Bがオンに制御された状態を示している。タップ駆動部５４は、転送トランジスタ７２Bをオンに制御する場合、転送トランジスタ７２Bのゲート電極に、オン電圧TGHとして、電圧VSSより大きい電圧VDD（＞VSS）を印加する。これにより、フォトダイオード７１に蓄積された電荷が、FD７３Bに転送される。
【0080】
図９は、高速動作時と比較した低速動作時の転送トランジスタ７２の駆動を説明する図である。
【0081】
画素６１が低速で動作する場合、換言すれば、画素６１が第２の変調周波数Fmod2で動作する場合、転送トランジスタ７２をオフするオフ電圧TGLが、高速動作時の電圧VSSよりも低い電圧VSS1（＜VSS）に変更される。これにより、図９に示されるように、転送トランジスタ７２Aおよび７２Bのオフ時の障壁が高くなるため、フォトダイオード７１に蓄積可能な電荷量PDQsを、高速動作時よりも大きくすることができる。なお、低速動作時において、転送トランジスタ７２をオンするオン電圧TGHは、高速動作時と同一の電圧VDDとされる。
【0082】
図８および図９では、動作モードが測距モードであり、高速動作時と低速動作時の転送トランジスタオフ時の印加電圧の違いについて説明したが、動作モードが２D画像撮影モードの場合や、被写体が高輝度被写体である場合においても、転送トランジスタオフ時の印加電圧が、高速動作時よりも低い電圧VSS1に変更される。
【0083】
図１０は、受光素子３１において、転送トランジスタオフ時の印加電圧が、高速動作時よりも低い電圧VSS1に変更される場合をまとめたテーブルである。
【0084】
受光素子３１のタップ駆動部５４は、動作モードが測距モードで、高速の第１の変調周波数Fmod1で受光動作を行う場合、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLを電圧VSSに設定するように制御する。一方、制御部５１は、動作モードが測距モードで、低速の第２の変調周波数Fmod2で受光動作を行う場合、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLを電圧VSSよりも低い電圧VSS1に設定するように制御する。
【0085】
また、タップ駆動部５４は、動作モードが２D画像撮影モードである場合、変調周波数Fmodにかかわらず、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLを電圧VSSよりも低い電圧VSS1に設定するように制御する。
【0086】
さらに、動作モードが測距モードまたは２D画像撮影モードのどちらであっても、画素アレイ部５２の受光量が大光量であると判定された場合に、タップ駆動部５４は、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLを電圧VSSよりも低い電圧VSS1に設定するように制御する。画素アレイ部５２の受光量が大光量であるか否かは、例えば、次のように判定される。例えば、最初の１フレームの画素データが取得され、画素アレイ部５２内の画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和した値を示している場合に、受光量が大光量であると判定することができる。あるいはまた、画素信号を取得した画素アレイ部５２内のＮｘＭ画素以上（Ｎ＞１、Ｍ＞１）の領域で画素データの飽和が発生している場合に、受光量が大光量であると判定してもよい。
【0087】
＜６．オフ電圧制御部の構成例＞
図１１は、動作モード等に応じて転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLを制御するオフ電圧制御部の構成例を示すブロック図である。
図１１は、動作モード等に応じて転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLを制御するオフ電圧制御部の構成例を示すブロック図である。
【0088】
オフ電圧制御部１０１は、例えば図１１に示されるように、タップ駆動部５４内に設けることができる。
【0089】
タップ駆動部５４は、パルス生成回路５３から供給される、２つのタップの駆動信号GDAおよびGDBを分配することで画素列単位の駆動信号GDA’と駆動信号GDB’を生成して、画素アレイ部５２の各画素列に供給する。
【0090】
オフ電圧制御部１０１は、駆動信号GDA’およびGDB’のLowレベル、すなわち、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLとして、電圧VSSまたは電圧VSS1を切り替え制御する。駆動信号GDA’およびGDB’のHighレベルは電圧VDDである。
【0091】
オフ電圧制御部１０１は、OR回路１１１、インバータ１１２、並びに、トランジスタ１１３および１１４を含む回路で構成される。トランジスタ１１３および１１４は、N型のMOSFETで構成され、転送トランジスタ７２をオフさせるオフ制御電圧として、電圧VSS1と電圧VSSとを切り替える切り替えスイッチを構成する。
【0092】
OR回路１１１には、動作モード判定信号、周波数判定信号、および、大光量判定信号が入力される。OR回路１１１は、動作モード判定信号、周波数判定信号、および、大光量判定信号の論理和を演算し、演算結果であるHigh（１）またはLow（０）の信号を、トランジスタ１１３のゲート電極と、インバータ１１２へ供給する。
【0093】
動作モード判定信号は、動作モードが２D画像撮影モードである場合にHigh（１）、測距モードである場合にLow（０）となる信号であり、例えば、制御部５１から供給される。
【0094】
周波数判定信号は、変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_TH以下である場合にHigh（１）、閾値周波数Fmod_THより大である場合にLow（０）となる信号である。周波数判定信号は、例えば、パルス生成回路５３内の分周器がX分周以上に分周する場合に必ずHighまたはLowに固定される特定のアドレス信号を参照して生成することができる。本実施の形態における第１の変調周波数Fmod1は、閾値周波数Fmod_THより大（Fmod1＞Fmod_TH）であり、第２の変調周波数Fmod2は、閾値周波数Fmod_TH以下である（Fmod2＝＜Fmod_TH）。
【0095】
大光量判定信号は、受光量が大光量である場合にHigh（１）、大光量ではない場合にLow（０）となる信号であり、例えば、信号処理部５８から取得することができる。信号処理部５８は、画素アレイ部５２内の画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和しているか否かを判定した結果を、大光量判定信号としてオフ電圧制御部１０１に供給する。受光量が大光量となる要因には、被写体までの距離が近い場合、照射光の発光量が大きい場合、被写体の反射率が高い場合などがあり得る。
【0096】
OR回路１１１の出力は、トランジスタ１１３のゲート電極にはそのまま供給され、トランジスタ１１４のゲート電極には、インバータ１１２を介して供給されるため、トランジスタ１１３がオンのときはトランジスタ１１４がオフし、トランジスタ１１３がオフのときはトランジスタ１１４がオンする。
【0097】
トランジスタ１１３のソースには、電圧VSS1が供給されている。トランジスタ１１４のソースには、電圧VSS（＞VSS1）が供給されている。電圧VSSおよびVSS1は、転送トランジスタ７２のオフ電圧制御専用に設けてもよいし、他の制御と共用してもよい。例えば、電圧VSSは、半導体基板のPwellに印加されるグランド電圧と共用し、電圧VSS1は、他の画素トランジスタ（例えば、選択トランジスタ７７）のオフ制御電圧と共用することができる。
【0098】
したがって、動作モードが２D画像撮影モードである場合、変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_TH以下である場合、または、受光量が大光量である場合のいずれか１つが成立する場合、駆動信号GDA’およびGDB’のLowレベルが電圧VSS1に制御される。反対に、動作モードが測距モードである場合、変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_THより大である場合、および、受光量が大光量ではない場合に、駆動信号GDA’およびGDB’のLowレベルが電圧VSSに制御される。
【0099】
図１２のフローチャートを参照して、オフ電圧制御部１０１が行うオフ電圧制御処理について説明する。この処理は、例えば、制御装置１１から受光装置１２に対して測定リクエストが供給され、受光素子３１が受光動作を開始したときに開始される。なお、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLの初期値は、高速駆動に対応した電圧VSSに設定されている。
【0100】
初めに、ステップＳ１において、オフ電圧制御部１０１は、動作モードが2D画像撮影モードであるかを判定する。ステップＳ１で、動作モードが2D画像撮影モードであると判定された場合、処理は後述するステップＳ４へ進む。
【0101】
一方、ステップＳ１で、動作モードが2D画像撮影モードではない、動作モードが測距モードであると判定された場合、処理はステップＳ２へ進み、オフ電圧制御部１０１は、変調周波数Fmodが低速であるか、換言すれば、変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_TH以下であるかを判定する。ステップＳ２で、変調周波数Fmodが低速であると判定された場合、処理は後述するステップＳ４へ進む。
【0102】
一方、変調周波数Fmodが低速ではない（高速である）と判定された場合、処理はステップＳ３へ進み、オフ電圧制御部１０１は、受光量が大光量であるかを判定する。ステップＳ３の判定は、少なくとも１フレーム分のデプス値ｄを取得する必要があるため、上述したステップＳ２で変調周波数Fmodが高速であると判定された場合、受光素子３１は、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLを、初期値として設定されている電圧VSSで受光動作を行う。そして、オフ電圧制御部１０１は、１フレームの受光結果に基づいて、受光量が大光量であるかを判定する。画素アレイ部５２内の画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和している場合に、受光量が大光量であると判定される。
【0103】
ステップＳ３で、受光量が大光量であると判定された場合、処理はステップＳ４に進み、受光量が大光量ではないと判定された場合、処理はステップＳ５に進む。
【0104】
ステップＳ４では、オフ電圧制御部１０１は、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLを、電圧VSSよりも低い電圧VSS1に設定するように制御する。
【0105】
ステップＳ５では、オフ電圧制御部１０１は、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLを、電圧VSSに設定するように制御する。
【0106】
以上でオフ電圧制御処理が終了する。図１２のオフ電圧制御処理は、受光動作が継続されている間、繰り返し実行することができる。
【0107】
オフ電圧制御部１０１によるオフ電圧制御処理によれば、発光パルスの変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_THより大きく、転送トランジスタ７２が高速に駆動される場合には、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLが、デフォルト（初期値）の電圧VSSに設定され、転送時間が短くなるように制御される。
【0108】
一方、発光パルスの変調周波数Fmodが所定の閾値周波数Fmod_TH以下である場合、動作モードが2D画像撮影モードである場合、または、受光量が大光量である場合には、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLが、電圧VSSよりも低い電圧VSS1に設定される。これにより、フォトダイオード７１の電荷蓄積量を増やすことができるので、飽和を防ぐことができる。また、フォトダイオード７１の蓄積電荷が、本体の転送方向と異なる逆タップ（FD７３）へ転送されることを防止することができる。したがって、受光素子３１は、高速時には転送効率を維持しつつ、低速時には逆タップ流入を防止できるので、測距精度を改善することができる。
【0109】
なお、転送トランジスタ７２のオフ電圧TGLを電圧VSS1に設定することで、フォトダイオード７１の電荷蓄積量を増やすことができるのであれば、常に電圧VSS1に設定すればよいという考えもある。しかしながら、駆動電圧の差ΔTG＝（オン電圧TGH－オフ電圧TGL）が大きくなるほど消費電力は増加するため、オフ電圧TGLを常に電圧VSS1に設定すると、消費電力が増大する。すなわち、高速駆動時のオフ電圧TGLを電圧VSSに設定する制御を基本制御とすることで、受光素子３１の消費電力を低減させることができる。また、動作電力は動作周波数に比例するため、低速動作の消費電力への影響は、動作電圧レンジが少し広くなっても、変調周波数Fmodが抑えられることで、高速動作時の消費電力を超えることはない。
【0110】
＜７．変形例＞
受光素子３１には、以下の変形例を適用することができる。
受光素子３１には、以下の変形例を適用することができる。
【0111】
上述した受光素子３１は、画素６１に２つの転送トランジスタ７２を有する構成であったが、１画素に配置される転送トランジスタ７２は１つまたは３つ以上でもよい。例えば、ビューイング用のイメージセンサのような１画素に１つの転送トランジスタ７２や、１画素に４つの転送トランジスタ７２に対しても、上記と同様のオフ電圧制御を適用することができる。１画素に１つの転送トランジスタ７２を備える受光素子３１の場合、上述の第１タップの検出信号VSLAと第２タップの検出信号VSLBが、別フレームで取得される。１画素に４つの転送トランジスタ７２を備える受光素子３１の場合、０°、９０°、１８０°、および、２７０°の４位相の検出信号VSLを１フレームで取得するように動作させることができる。
【0112】
上述した実施の形態では、転送トランジスタ７２のオフ制御電圧として電圧VSSおよびVSS1の２種類有し、電圧VSSと電圧VSS1とを切り替える例を説明した。しかしながら、転送トランジスタ７２のオフ制御電圧として３種類以上の電圧値を有してもよい。例えば、転送トランジスタ７２のオフ制御電圧として、電圧VSS、VSS1、およびVSS2（VSS＞VSS1＞VSS2）の３種類有し、変調周波数Fmodを３段階に分類したり、受光量の大きさを３段階に分類して、３種類のオフ制御電圧を切り替えるようにしてもよい。また例えば、電圧VSSを測距モード、電圧VSS1およびVSS2を２D画像撮影モードとして、２D画像撮影モードのシーンの種類に応じて、電圧VSS1およびVSS2をさらに切り替えるようにしてもよい。
【0113】
上述した実施の形態では、オフ電圧制御部１０１をタップ駆動部５４内に設けたが、オフ電圧制御部１０１は、駆動信号GDAおよびGDBを生成するパルス生成回路５３から、タップ駆動部５４までの間の経路の任意の場所に配置してよい。
【0114】
＜８．電子機器の構成例＞
上述した測距システム１は、例えば、スマートフォン、タブレット型端末、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、テレビ受像機、ウェアラブル端末、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの電子機器に搭載することができる。
上述した測距システム１は、例えば、スマートフォン、タブレット型端末、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、テレビ受像機、ウェアラブル端末、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの電子機器に搭載することができる。
【0115】
図１３は、本開示の測距システムを搭載した電子機器としてのスマートフォンの構成例を示すブロック図である。
【0116】
図１３に示すように、スマートフォン２０１は、測距モジュール２０２、撮像装置２０３、ディスプレイ２０４、スピーカ２０５、マイクロフォン２０６、通信モジュール２０７、センサユニット２０８、タッチパネル２０９、および制御ユニット２１０が、バス２１１を介して接続されて構成される。また、制御ユニット２１０では、CPUがプログラムを実行することによって、アプリケーション処理部２２１およびオペレーションシステム処理部２２２としての機能を備える。
【0117】
測距モジュール２０２には、図１の測距システム１の受光装置１２および照明装置１３が適用される。例えば、測距モジュール２０２は、スマートフォン２０１の前面に配置され、スマートフォン２０１のユーザを対象とした測距を行うことにより、そのユーザの顔や手、指などの表面形状のデプス値を測距結果として出力することができる。図１の測距システム１の制御装置１１の機能は、制御ユニット２１０が実行することができる。
【0118】
撮像装置２０３は、スマートフォン２０１の前面に配置され、スマートフォン２０１のユーザを被写体とした撮像を行うことにより、そのユーザが写された画像を取得する。なお、測距モジュール２０２および撮像装置２０３は、スマートフォン２０１の背面側に配置したり、前面側と背面側の両方に配置してもよい。
【0119】
ディスプレイ２０４は、アプリケーション処理部２２１およびオペレーションシステム処理部２２２による処理を行うための操作画面や、撮像装置２０３が撮像した画像などを表示する。スピーカ２０５およびマイクロフォン２０６は、例えば、スマートフォン２０１により通話を行う際に、相手側の音声の出力、および、ユーザの音声の収音を行う。
【0120】
通信モジュール２０７は、通信ネットワークを介した通信を行う。センサユニット２０８は、速度や加速度、近接などをセンシングし、タッチパネル２０９は、ディスプレイ２０４に表示されている操作画面に対するユーザによるタッチ操作を取得する。
【0121】
アプリケーション処理部２２１は、スマートフォン２０１によって様々なサービスを提供するための処理を行う。例えば、アプリケーション処理部２２１は、測距モジュール２０２から供給されるデプス画像に基づいて、ユーザの表情をバーチャルに再現したコンピュータグラフィックスによる顔を作成し、ディスプレイ２０４に表示する処理を行うことができる。また、アプリケーション処理部２２１は、測距モジュール２０２から供給されるデプス画像に基づいて、例えば、任意の立体的な物体の三次元形状データを作成する処理を行うことができる。
【0122】
オペレーションシステム処理部２２２は、スマートフォン２０１の基本的な機能および動作を実現するための処理を行う。例えば、オペレーションシステム処理部２２２は、測距モジュール２０２から供給されるデプス画像に基づいて、ユーザの顔を認証し、スマートフォン２０１のロックを解除する処理を行うことができる。また、オペレーションシステム処理部２２２は、測距モジュール２０２から供給されるデプス画像に基づいて、例えば、ユーザのジェスチャを認識する処理を行い、そのジェスチャに従った各種の操作を入力する処理を行うことができる。
【0123】
このように構成されているスマートフォン２０１では、上述した測距システム１を組み込むことで、例えば、測距情報の算出と２次元の輝度画像の生成を行うことができる。また、測距情報の精度を向上させることができる。
【0124】
＜９．移動体への応用例＞
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
【0125】
図１４は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
【0126】
車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１４に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
【0127】
駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
【0128】
ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【0129】
車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
【0130】
撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
【0131】
車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
【0132】
マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
【0133】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【0134】
また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
【0135】
音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１４の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
【0136】
図１５は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
【0137】
図１５では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
【0138】
撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
【0139】
なお、図１５には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
【0140】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
【0141】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
【0142】
例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
【0143】
撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。
マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
【0144】
以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、車外情報検出ユニット１２０３０や車内情報検出ユニット１２０４０に適用され得る。具体的には、車外情報検出ユニット１２０３０や車内情報検出ユニット１２０４０として測距システム１による測距情報を利用することで、運転者のジェスチャを認識する処理を行い、そのジェスチャに従った各種（例えば、オーディオシステム、ナビゲーションシステム、エアーコンディショニングシステム）の操作を実行したり、より正確に運転者の状態を検出することができる。また、測距システム１による測距情報を利用して、障害物までの距離を測定して衝突防止判定に用いたり、路面の凹凸を認識して、サスペンションの制御に反映させたりすることができる。
【0145】
本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【0146】
本明細書において複数説明した本技術は、矛盾が生じない限り、それぞれ独立に単体で実施することができる。もちろん、任意の複数の本技術を併用して実施することもできる。例えば、いずれかの実施の形態において説明した本技術の一部または全部を、他の実施の形態において説明した本技術の一部または全部と組み合わせて実施することもできる。また、上述した任意の本技術の一部または全部を、上述していない他の技術と併用して実施することもできる。
【0147】
また、例えば、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。
【0148】
さらに、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。
【0149】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
【0150】
なお、本開示の技術は、以下の構成を取ることができる。
（１）
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える受光素子。
（２）
前記画素は、
第１および第２の転送トランジスタの２つの前記転送トランジスタと、
前記第１の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第１の電荷蓄積部と、
前記第２の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第２の電荷蓄積部と
を有し、
前記光電変換部は、所定の発光源から照射された照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光して光電変換し、
前記電圧制御部は、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧として、第１の電圧と、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とを切り替える
前記（１）に記載の受光素子。
（３）
前記第１および第２の転送トランジスタは、所定の変調周波数で交互にオンされ、
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数に応じて、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第１の電圧または前記第２の電圧に切り替える
前記（２）に記載の受光素子。
（４）
前記所定の変調周波数には、第１の変調周波数と、前記第１の変調周波数より低速の第２の変調周波数とがあり、
前記電圧制御部は、前記第１の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記第２の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
前記（３）に記載の受光素子。
（５）
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数が所定の閾値周波数より大である場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記所定の変調周波数が所定の閾値周波数以下である場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
前記（３）に記載の受光素子。
（６）
前記電圧制御部は、動作モードに応じて、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第１の電圧または前記第２の電圧に切り替える
前記（２）乃至（５）のいずれかに記載の受光素子。
（７）
前記電圧制御部は、前記動作モードが距離を測定する測距モードである場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記動作モードが２次元の輝度画像を生成する２D画像撮影モードである場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
前記（６）に記載の受光素子。
（８）
前記電圧制御部は、受光量に応じて、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第１の電圧または前記第２の電圧に切り替える
前記（２）乃至（７）のいずれかに記載の受光素子。
（９）
前記電圧制御部は、前記受光量が大光量ではないと判定された場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記受光量が大光量であると判定された場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
前記（８）に記載の受光素子。
（１０）
前記受光量が大光量であると判定される場合は、画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和している場合である
前記（９）に記載の受光素子。
（１１）
前記電圧制御部は、前記オフ制御電圧として、第１の電圧と、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とを切り替えるトランジスタを有する
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の受光素子。
（１２）
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を備える受光素子が、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する
受光素子の駆動方法。
（１３）
照射光を発光する発光部と、
前記照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える
測距システム。
（１）
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える受光素子。
（２）
前記画素は、
第１および第２の転送トランジスタの２つの前記転送トランジスタと、
前記第１の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第１の電荷蓄積部と、
前記第２の転送トランジスタにより転送された前記電荷を保持する第２の電荷蓄積部と
を有し、
前記光電変換部は、所定の発光源から照射された照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光して光電変換し、
前記電圧制御部は、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧として、第１の電圧と、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とを切り替える
前記（１）に記載の受光素子。
（３）
前記第１および第２の転送トランジスタは、所定の変調周波数で交互にオンされ、
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数に応じて、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第１の電圧または前記第２の電圧に切り替える
前記（２）に記載の受光素子。
（４）
前記所定の変調周波数には、第１の変調周波数と、前記第１の変調周波数より低速の第２の変調周波数とがあり、
前記電圧制御部は、前記第１の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記第２の変調周波数である場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
前記（３）に記載の受光素子。
（５）
前記電圧制御部は、前記所定の変調周波数が所定の閾値周波数より大である場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記所定の変調周波数が所定の閾値周波数以下である場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
前記（３）に記載の受光素子。
（６）
前記電圧制御部は、動作モードに応じて、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第１の電圧または前記第２の電圧に切り替える
前記（２）乃至（５）のいずれかに記載の受光素子。
（７）
前記電圧制御部は、前記動作モードが距離を測定する測距モードである場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記動作モードが２次元の輝度画像を生成する２D画像撮影モードである場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
前記（６）に記載の受光素子。
（８）
前記電圧制御部は、受光量に応じて、前記第１および第２の転送トランジスタの前記オフ制御電圧を、前記第１の電圧または前記第２の電圧に切り替える
前記（２）乃至（７）のいずれかに記載の受光素子。
（９）
前記電圧制御部は、前記受光量が大光量ではないと判定された場合に、前記オフ制御電圧を前記第１の電圧に切り替え、前記受光量が大光量であると判定された場合に、前記オフ制御電圧を前記第２の電圧に切り替える
前記（８）に記載の受光素子。
（１０）
前記受光量が大光量であると判定される場合は、画素データを取得した画素数に対して所定数以上または所定割合以上の画素データが飽和している場合である
前記（９）に記載の受光素子。
（１１）
前記電圧制御部は、前記オフ制御電圧として、第１の電圧と、前記第１の電圧よりも低い第２の電圧とを切り替えるトランジスタを有する
前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の受光素子。
（１２）
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素を備える受光素子が、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する
受光素子の駆動方法。
（１３）
照射光を発光する発光部と、
前記照射光が物体で反射されて返ってきた反射光を受光する受光素子と
を備え、
前記受光素子は、
光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する転送トランジスタとを有する画素と、
前記転送トランジスタをオフさせるオフ制御電圧として、複数の電圧値を切り替え制御する電圧制御部と
を備える
測距システム。
【符号の説明】
【0151】
１：測距システム，１１：制御装置，１２：受光装置，１３：照明装置，２１：LD，２２：発光部，３１：受光素子，５１：制御部，５２：画素アレイ部，５３：パルス生成回路，５４：タップ駆動部，５８：信号処理部，６１：画素，６４A，６４B：垂直信号線，７１：フォトダイオード，７２A，７２B：転送トランジスタ，７４A，７４B：FDゲートトランジスタ，７５A，７５B：増幅トランジスタ，７６A，７６B：リセットトランジスタ，７７A，７７B：選択トランジスタ，１０１：オフ電圧制御部，１１１：OR回路，１１２：インバータ，１１３：トランジスタ，１１４：トランジスタ，２０１：スマートフォン，２０２：測距モジュール
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】