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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】P2022188478
(43)【公開日】2022-12-21
(54)【発明の名称】距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法
(51)【国際特許分類】
G01S 7/4861 20200101AFI20221214BHJP
G01S 17/894 20200101ALI20221214BHJP
【ＦＩ】
G01S7/4861
G01S17/894
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021096537
(22)【出願日】2021-06-09
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-02-15
(71)【出願人】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】凸版印刷株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100139686
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 史朗
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(72)【発明者】
【氏名】大久保 優
(72)【発明者】
【氏名】畠山 邦広
(72)【発明者】
【氏名】高橋 聡
【テーマコード（参考）】
5J084
【Ｆターム（参考）】
5J084AA05
5J084AD05
5J084BA20
5J084BA34
5J084CA03
5J084DA08
5J084EA02
5J084EA11
(57)【要約】
【課題】電荷蓄積部の各々から読み出す電荷量の転送トランジスタによるバラツキを補正する際、ノイズ電荷の電荷量分の変動を除去し、距離計算の精度を向上させて正確な距離画像を撮像する距離画像撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明は、光パルスを照射する光源部と、入射光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、電荷を蓄積する電荷蓄積部を備える画素回路と、光パルスに同期して転送トランジスタのオンオフ処理を行い電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、背景光で生成されて光電変換素子から転送トランジスタにより振分けて電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、背景光により生成されて電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を用いてノイズ電荷量を推定するノイズ電荷量推定部と、電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量からノイズ電荷量を減算し、被写体との距離の計算を行う距離演算部とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、光パルスを照射する光源部と、入射光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、電荷を蓄積する電荷蓄積部を備える画素回路と、光パルスに同期して転送トランジスタのオンオフ処理を行い電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、背景光で生成されて光電変換素子から転送トランジスタにより振分けて電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、背景光により生成されて電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を用いてノイズ電荷量を推定するノイズ電荷量推定部と、電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量からノイズ電荷量を減算し、被写体との距離の計算を行う距離演算部とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定空間に光パルスを照射する光源部と、
前記測定空間から入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、
前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定するノイズ電荷量推定部と、
前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量を用いて、被写体との距離の計算を行う距離演算部と
を備える
ことを特徴とする距離画像撮像装置。
前記測定空間から入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、
前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定するノイズ電荷量推定部と、
前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量を用いて、被写体との距離の計算を行う距離演算部と
を備える
ことを特徴とする距離画像撮像装置。
【請求項2】
前記画素駆動回路が、前記距離を計測する前記フレーム周期の実行前において、前記光パルスを照射せずに、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させて参照蓄積電荷量を取得する第１比取得フレームと、前記光パルスを照射せずに、かつ転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わず、前記電荷蓄積部の各々に流入して蓄積される参照ノイズ電荷量を取得する第２比取得フレームと実行し、
前記ノイズ電荷量推定部が、前記参照蓄積電荷量から前記参照ノイズ電荷量を減算した結果の参照背景光電荷量と、当該参照ノイズ電荷量とから、前記ノイズ電荷流入比を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
前記ノイズ電荷量推定部が、前記参照蓄積電荷量から前記参照ノイズ電荷量を減算した結果の参照背景光電荷量と、当該参照ノイズ電荷量とから、前記ノイズ電荷流入比を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項3】
前記ノイズ電荷量推定部が、
前記第１比取得フレームにおける振分け回数である第１振分回数及び前記転送トランジスタがオンされている第１オン時間を乗算した総転送時間で前記参照背景光電荷量を除算して単位参照背景光電荷量を求め、当該単位参照背景光電荷量と前記第１比取得フレームにおける電荷を蓄積する第１蓄積期間とを乗算した乗算結果により前記参照ノイズ電荷量を除算し、除算結果を前記ノイズ電荷流入比とする
ことを特徴とする請求項２に記載の距離画像撮像装置。
前記第１比取得フレームにおける振分け回数である第１振分回数及び前記転送トランジスタがオンされている第１オン時間を乗算した総転送時間で前記参照背景光電荷量を除算して単位参照背景光電荷量を求め、当該単位参照背景光電荷量と前記第１比取得フレームにおける電荷を蓄積する第１蓄積期間とを乗算した乗算結果により前記参照ノイズ電荷量を除算し、除算結果を前記ノイズ電荷流入比とする
ことを特徴とする請求項２に記載の距離画像撮像装置。
【請求項4】
前記ノイズ電荷量推定部が、
前記参照背景光電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該参照背景光電荷量を、前記ノイズ電荷流入比の算出に用いる
ことを特徴とする請求項３に記載の距離画像撮像装置。
前記参照背景光電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該参照背景光電荷量を、前記ノイズ電荷流入比の算出に用いる
ことを特徴とする請求項３に記載の距離画像撮像装置。
【請求項5】
前記ノイズ電荷量推定部が、
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量から前記背景光電荷量を減算して前記調整ノイズ電荷量を求める第１の一次式と、前記背景光電荷量に対して、前記フレーム周期における第２蓄積期間と前記ノイズ電荷流入比との乗算結果を、前記フレーム周期における転送トランジスタの第２オン時間と第２振分回数との乗算結果により除算して前記調整ノイズ電荷量を求める第２の一次式とからなる二元一次方程式を解き、未知数である前記調整ノイズ電荷量及び前記背景光電荷量を求める
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量から前記背景光電荷量を減算して前記調整ノイズ電荷量を求める第１の一次式と、前記背景光電荷量に対して、前記フレーム周期における第２蓄積期間と前記ノイズ電荷流入比との乗算結果を、前記フレーム周期における転送トランジスタの第２オン時間と第２振分回数との乗算結果により除算して前記調整ノイズ電荷量を求める第２の一次式とからなる二元一次方程式を解き、未知数である前記調整ノイズ電荷量及び前記背景光電荷量を求める
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項6】
前記ノイズ電荷量推定部が、
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量と、前記ノイズ電荷流入比と、前記フレーム周期における第２蓄積期間と、前記フレーム周期における前記転送トランジスタの第２オン時間と、前記フレーム周期における前記転送トランジスタの第２振分回数との乗算結果とを入力変数とし、前記調整ノイズ電荷量を出力とするルックアップテーブルを用い、当該調整ノイズ電荷量を求める
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量と、前記ノイズ電荷流入比と、前記フレーム周期における第２蓄積期間と、前記フレーム周期における前記転送トランジスタの第２オン時間と、前記フレーム周期における前記転送トランジスタの第２振分回数との乗算結果とを入力変数とし、前記調整ノイズ電荷量を出力とするルックアップテーブルを用い、当該調整ノイズ電荷量を求める
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項7】
前記ノイズ電荷量推定部が、
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該最小電荷量を、前記調整ノイズ電荷量の算出に用いる
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の距離画像撮像装置。
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該最小電荷量を、前記調整ノイズ電荷量の算出に用いる
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の距離画像撮像装置。
【請求項8】
前記距離演算部が、
前記補正電荷量の各々に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、当該乗算の結果である調整補正電荷量を用いて前記距離の計算を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
前記補正電荷量の各々に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、当該乗算の結果である調整補正電荷量を用いて前記距離の計算を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項9】
光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、画素駆動回路と、距離演算部と、ノイズ電荷量推定部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、
前記画素駆動回路が、光パルスの照射に同期した所定の蓄積周期で、測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、フレーム周期においてＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、
ノイズ電荷量推定部が、前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定する過程と、
距離演算部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量を用いて被写体との距離の計算を行う過程と
を含む
ことを特徴とする距離画像撮像方法。
前記画素駆動回路が、光パルスの照射に同期した所定の蓄積周期で、測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、フレーム周期においてＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、
ノイズ電荷量推定部が、前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定する過程と、
距離演算部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量を用いて被写体との距離の計算を行う過程と
を含む
ことを特徴とする距離画像撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、光の速度が既知であることを利用し、光の飛行時間に基づいて被写体との距離を測定するタイム・オブ・フライト(Time of Fright以下「ＴｏＦ」と記す)方式の距離画像撮像装置がある（例えば、特許文献１参照）。
ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、光を照射する光源部と、距離を測定するための光を検出する画素回路が二次元の行列状(アレイ状)に複数配置された画素アレイを含む撮像部を備えている。上記画素回路の各々は、光の強度に対応する電荷を発生する光電変換素子（例えば、フォトダイオード）を構成要素として有している。
この構成により、ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、測定空間（三次元空間）において、自身と被写体との間の距離の情報や、被写体の画像を取得(撮像)することができる。
ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、光を照射する光源部と、距離を測定するための光を検出する画素回路が二次元の行列状(アレイ状)に複数配置された画素アレイを含む撮像部を備えている。上記画素回路の各々は、光の強度に対応する電荷を発生する光電変換素子（例えば、フォトダイオード）を構成要素として有している。
この構成により、ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、測定空間（三次元空間）において、自身と被写体との間の距離の情報や、被写体の画像を取得(撮像)することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１５－２９０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
スマートフォンやタブレット端末などの携帯端末に用いるため、距離画像撮像装置の筐体（撮像装置）の小型化、低背化（薄型化）が求められている。
また、距離画像撮像装置の撮像する画像をより高精細化するため、撮像部における画素数の増加が求められている。
このため、上記画素アレイの中で端部に配置されている画素回路に入射する入射光の入射角が、中央近傍に配置された画素回路に入射する入射光の入射角に比較して大きくなる。
また、距離画像撮像装置の撮像する画像をより高精細化するため、撮像部における画素数の増加が求められている。
このため、上記画素アレイの中で端部に配置されている画素回路に入射する入射光の入射角が、中央近傍に配置された画素回路に入射する入射光の入射角に比較して大きくなる。
【0005】
画素回路に入射する入射光の入射角が大きくなるに従い、画素回路における光電変換素子のみでなく、当該光電変換素子の周辺の回路、例えば電荷を蓄積する電荷蓄積部などに照射される。
そして、光電変換素子のみでなく周辺回路（電荷蓄積部も含む）においても、光電効果により照射される光に対応した電荷（以下、ノイズ電荷）が発生し、これらが電位の高い電荷蓄積部に流入する。
そして、光電変換素子のみでなく周辺回路（電荷蓄積部も含む）においても、光電効果により照射される光に対応した電荷（以下、ノイズ電荷）が発生し、これらが電位の高い電荷蓄積部に流入する。
【0006】
また、光電変換素子から電荷蓄積部の各々に電荷を振分ける転送トランジスタの特性がそれぞれ異なっているため、転送トランジスタの特性を補正する必要がある。
この補正は、転送トランジスタ毎に設定された感度補正係数を、電荷蓄積部から読み出した電荷量に対して乗算する処理で行われる。
ここで、ノイズ電荷は、半導体基板で発生して、転送トランジスタを介さずに、電荷蓄積部の各々に流入するため、電荷蓄積部のそれぞれに蓄積される電荷量としては同一であると推定される。
この補正は、転送トランジスタ毎に設定された感度補正係数を、電荷蓄積部から読み出した電荷量に対して乗算する処理で行われる。
ここで、ノイズ電荷は、半導体基板で発生して、転送トランジスタを介さずに、電荷蓄積部の各々に流入するため、電荷蓄積部のそれぞれに蓄積される電荷量としては同一であると推定される。
【0007】
しかしながら、電荷蓄積部毎に設定された感度補正係数を、電荷蓄積部から読み出された電荷に対して乗算することにより、電荷量の各々におけるノイズ電荷による電荷量分をも補正してしまう。
すなわち、転送トランジスタの特性のバラツキの影響を受けないため、各電荷蓄積部で同一である、ノイズ電荷による電荷量分を感度補正係数により過剰に補正してしまう。
この結果、各電荷蓄積部から読み出した電荷量において、ノイズ電荷による電荷量分がばらつくことにより、距離計算の精度が低下してしまう。
すなわち、転送トランジスタの特性のバラツキの影響を受けないため、各電荷蓄積部で同一である、ノイズ電荷による電荷量分を感度補正係数により過剰に補正してしまう。
この結果、各電荷蓄積部から読み出した電荷量において、ノイズ電荷による電荷量分がばらつくことにより、距離計算の精度が低下してしまう。
【0008】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、電荷蓄積部の各々から読み出す電荷量における転送トランジスタによるバラツキを補正する際、上記電荷量に感度補正係数を乗算することによるノイズ電荷の電荷量分の変動を除去し、距離計算の精度を向上し、より正確な距離画像を撮像する距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述した課題を解決するために、本発明の距離画像撮像装置は、測定空間に光パルスを照射する光源部と、前記測定空間から入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定するノイズ電荷量推定部と、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量を用いて、被写体との距離の計算を行う距離演算部とを備えることを特徴とする。
【0010】
本発明の距離画像撮像装置は、前記画素駆動回路が、前記距離を計測する前記フレーム周期の実行前において、前記光パルスを照射せずに、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させて参照蓄積電荷量を取得する第１比取得フレームと、前記光パルスを照射せずに、かつ転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わず、前記電荷蓄積部の各々に流入して蓄積される参照ノイズ電荷量を取得する第２比取得フレームと実行し、前記ノイズ電荷量推定部が、前記参照蓄積電荷量から前記参照ノイズ電荷量を減算した結果の参照背景光電荷量と、当該参照ノイズ電荷量とから、前記ノイズ電荷流入比を求めることを特徴とする。
【0011】
本発明の距離画像撮像装置は、前記ノイズ電荷量推定部が、前記第１比取得フレームにおける振分け回数である第１振分回数及び前記転送トランジスタがオンされている第１オン時間を乗算した総転送時間で前記参照背景光電荷量を除算して単位参照背景光電荷量を求め、当該単位参照背景光電荷量と前記第１比取得フレームにおける電荷を蓄積する第１蓄積期間とを乗算した乗算結果により前記参照ノイズ電荷量を除算し、除算結果を前記ノイズ電荷流入比とすることを特徴とする。
【0012】
本発明の距離画像撮像装置は、前記ノイズ電荷量推定部が、前記参照背景光電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該参照背景光電荷量を、前記ノイズ電荷流入比の算出に用いることを特徴とする。
【0013】
本発明の距離画像撮像装置は、前記ノイズ電荷量推定部が、前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量から前記背景光電荷量を減算して前記調整ノイズ電荷量を求める第１の一次式と、前記背景光電荷量に対して、前記フレーム周期における第２蓄積期間と前記ノイズ電荷流入比との乗算結果を、前記フレーム周期における転送トランジスタの第２オン時間と第２振分回数との乗算結果により除算して前記調整ノイズ電荷量を求める第２の一次式とからなる二元一次方程式を解き、未知数である前記調整ノイズ電荷量及び前記背景光電荷量を求めることを特徴とする。
【0014】
本発明の距離画像撮像装置は、前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量と、前記ノイズ電荷流入比と、前記フレーム周期における第２蓄積期間と、前記フレーム周期における前記転送トランジスタの第２オン時間と、前記フレーム周期における前記転送トランジスタの第２振分回数との乗算結果とを入力変数とし、前記調整ノイズ電荷量を出力とするルックアップテーブルを用い、当該調整ノイズ電荷量を求めることを特徴とする。
【0015】
本発明の距離画像撮像装置は、前記ノイズ電荷量推定部が、前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該最小電荷量を、前記調整ノイズ電荷量の算出に用いることを特徴とする。
【0016】
本発明の距離画像撮像装置は、前記ノイズ電荷量推定部が、前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該最小電荷量を、前記調整ノイズ電荷量の算出に用いることを特徴とする。
【0017】
本発明の距離画像撮像装置は、前記距離演算部が、前記補正電荷量の各々に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、当該乗算の結果である調整補正電荷量を用いて前記距離の計算を行うことを特徴とする。
【0018】
本発明の距離画像撮像方法は、光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、画素駆動回路と、距離演算部と、ノイズ電荷量推定部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、前記画素駆動回路が、光パルスの照射に同期した所定の蓄積周期で、測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、フレーム周期においてＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、ノイズ電荷量推定部が、前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定する過程と、距離演算部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量を用いて被写体との距離の計算を行う過程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
以上説明したように、本発明によれば、電荷蓄積部の各々から読み出す電荷量における転送トランジスタによるバラツキを補正する際、上記電荷量に感度補正係数を乗算することによるノイズ電荷の電荷量分の変動を除去し、距離計算の精度を向上し、より正確な距離画像を撮像する距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の一実施形態の距離画像撮像装置の概略構成を示したブロック図である。
【図2】フレーム周期における電荷の蓄積期間における電荷蓄積部ＣＳの各々に蓄積される蓄積電荷量Ｑのそれぞれを示す図である。
【図3】調整ノイズ電荷量ＱＦＰによって調整した後の蓄積電荷量Ｑのそれぞれを示す図である。
【図4】本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置における距離画像センサ３２に配置された画素回路３２１の構成の一例を示した回路図である。
【図5】光電変換素子ＰＤで生成された電荷を電荷蓄積部ＣＳの各々に転送するタイミングチャートを示す図である。
【図6】制御電荷とノイズ電荷との各々が電荷蓄積部ＣＳに蓄積される時間関係を説明する概念図である。
【図7】ノイズ電荷量取得モードにおけるノイズ電荷流入比αの取得を説明する図である。
【図8】本実施形態によるノイズ電荷量取得モードにおけるノイズ電荷流入比αの算出の処理の動作を示すフローチャートである。
【図9】本実施形態による測距離電荷量取得モードにおける距離画像の取得処理の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態の距離画像撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図１に示した構成の距離画像撮像装置１は、光源部２と、受光部３と、距離画像処理部４とを備える。なお、図１には、距離画像撮像装置１において距離を測定する対象物である被写体Ｓも併せて示している。距離画像撮像素子は、例えば、受光部３における距離画像センサ３２（後述）である。
図１は、本発明の一実施形態の距離画像撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図１に示した構成の距離画像撮像装置１は、光源部２と、受光部３と、距離画像処理部４とを備える。なお、図１には、距離画像撮像装置１において距離を測定する対象物である被写体Ｓも併せて示している。距離画像撮像素子は、例えば、受光部３における距離画像センサ３２（後述）である。
【0022】
光源部２は、距離画像処理部４からの制御に従って、距離画像撮像装置１において距離を測定する対象の被写体Ｓが存在する撮影対象の空間に光パルスＰＯを照射する。光源部２は、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）などの面発光型の半導体レーザーモジュールである。光源部２は、光源装置２１と、拡散板２２とを備える。
【0023】
光源装置２１は、被写体Ｓに照射する光パルスＰＯとなる近赤外の波長帯域（例えば、波長が８５０ｎｍ～９４０ｎｍの波長帯域）のレーザー光を発光する光源である。光源装置２１は、例えば、半導体レーザー発光素子である。光源装置２１は、タイミング制御部４１からの制御に応じて、パルス状のレーザー光を発光する。
拡散板２２は、光源装置２１が発光した近赤外の波長帯域のレーザー光を、被写体Ｓに照射する面の広さに拡散する光学部品である。拡散板２２が拡散したパルス状のレーザー光が、光パルスＰＯとして出射され、被写体Ｓに照射される。
拡散板２２は、光源装置２１が発光した近赤外の波長帯域のレーザー光を、被写体Ｓに照射する面の広さに拡散する光学部品である。拡散板２２が拡散したパルス状のレーザー光が、光パルスＰＯとして出射され、被写体Ｓに照射される。
【0024】
受光部３は、距離画像撮像装置１において距離を測定する対象の被写体Ｓによって反射された光パルスＰＯの反射光ＲＬを受光し、受光した反射光ＲＬに応じた画素信号を出力する。受光部３は、レンズ３１と、距離画像センサ３２とを備える。
レンズ３１は、入射した反射光ＲＬを距離画像センサ３２に導く光学レンズである。レンズ３１は、入射した反射光ＲＬを距離画像センサ３２側に出射して、距離画像センサ３２の受光領域に備えた画素回路に受光（入射）させる。
レンズ３１は、入射した反射光ＲＬを距離画像センサ３２に導く光学レンズである。レンズ３１は、入射した反射光ＲＬを距離画像センサ３２側に出射して、距離画像センサ３２の受光領域に備えた画素回路に受光（入射）させる。
【0025】
距離画像センサ３２は、距離画像撮像装置１に用いられる撮像素子である。距離画像センサ３２は、二次元の受光領域に複数の画素回路３２１、画素回路３２１の各々を制御する画素駆動回路３２２とを備える。
上記画素回路３２１は、１つの光電変換素子（例えば、後述する光電変換素子ＰＤ）と、この１つの光電変換素子に対応する複数の電荷蓄積部（例えば、後述する電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４）と、それぞれの電荷蓄積部に電荷を振り分ける構成要素とが設けられている。
上記画素回路３２１は、１つの光電変換素子（例えば、後述する光電変換素子ＰＤ）と、この１つの光電変換素子に対応する複数の電荷蓄積部（例えば、後述する電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４）と、それぞれの電荷蓄積部に電荷を振り分ける構成要素とが設けられている。
【0026】
距離画像センサ３２は、タイミング制御部４１からの制御に応じて、光電変換素子が発生した電荷をそれぞれの電荷蓄積部に振り分ける。また、距離画像センサ３２は、電荷蓄積部に振り分けられた電荷量に応じた画素信号を出力する。距離画像センサ３２には、複数の画素回路が二次元の行列状に配置されており、それぞれの画素回路の対応する１フレーム分の画素信号を出力する。
【0027】
距離画像処理部４は、距離画像撮像装置１を制御し、被写体Ｓまでの距離を演算する。
距離画像処理部４は、タイミング制御部４１と、ノイズ電荷量推定部４２、距離演算部４３と、測定制御部４４とを備える。
タイミング制御部４１は、測定制御部４４の制御に応じて、距離の測定に要する様々な制御信号を出力するタイミングを制御する。ここでの様々な制御信号とは、例えば、光パルスＰＯの照射を制御する信号や、反射光ＲＬを複数の電荷蓄積部に振り分ける信号、１フレームあたりの振り分け回数を制御する信号などである。振り分け回数とは、電荷蓄積部ＣＳ（図５参照）に電荷を振り分ける処理を繰返す回数である。
距離画像処理部４は、タイミング制御部４１と、ノイズ電荷量推定部４２、距離演算部４３と、測定制御部４４とを備える。
タイミング制御部４１は、測定制御部４４の制御に応じて、距離の測定に要する様々な制御信号を出力するタイミングを制御する。ここでの様々な制御信号とは、例えば、光パルスＰＯの照射を制御する信号や、反射光ＲＬを複数の電荷蓄積部に振り分ける信号、１フレームあたりの振り分け回数を制御する信号などである。振り分け回数とは、電荷蓄積部ＣＳ（図５参照）に電荷を振り分ける処理を繰返す回数である。
【0028】
ノイズ電荷量推定部４２は、測定空間における背景光により生成されて光電変換素子ＰＤから転送トランジスタＧにより振分けられて電荷蓄積部ＣＳで蓄積される背景光電荷量（後述する背景光電荷量ＱＢ）と、背景光により生成されて転送トランジスタＧを介さずに電荷蓄積部ＣＳに流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比αを用いて、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される蓄積電荷量Ｑを補正するための蓄積ノイズ電荷量として、背景光電荷量から調整ノイズ電荷量（後述する調整ノイズ電荷量ＱＦＰ）を推定する。電荷蓄積部ＣＳに蓄積される蓄積電荷量Ｑは、背景光電荷量及びノイズ電荷量を含んでいる。
【0029】
距離演算部４３は、測定制御部４４の制御に応じて、距離画像センサ３２から出力された画素信号（後述する蓄積電荷量Ｑに対応する電圧値）から上記調整ノイズ電荷量を減算した補正電荷量ＢＣに基づいて、被写体Ｓまでの距離を演算した距離情報を出力する。距離演算部４３は、複数の電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷量に基づいて、光パルスＰＯを照射してから反射光ＲＬを受光するまでの遅延時間Ｔｄを算出する。距離演算部４３は、算出した遅延時間Ｔｄに応じて、距離画像撮像装置１から被写体Ｓまでの距離を演算する。
【0030】
測定制御部４４は、フレーム周期で繰返されるフレームの各々のモードを、ノイズ電荷量を推定するために用いるノイズ電荷流入比αを取得するフレームである比取得フレームを実行するモードであるノイズ電荷流入比取得モードと、測距離を行う通常のフレームとする測距電荷量取得モードとを選択する。
そして、測定制御部４４は、ノイズ電荷量取得モードと測距離電荷量取得モードとの各々のモードに対応して、タイミング制御部４１におけるタイミングの制御、距離演算部４３における演算の制御を行う（後に詳述する）。
そして、測定制御部４４は、ノイズ電荷量取得モードと測距離電荷量取得モードとの各々のモードに対応して、タイミング制御部４１におけるタイミングの制御、距離演算部４３における演算の制御を行う（後に詳述する）。
【0031】
ここで、上記ノイズ電荷とは、光電変換素子ＰＤ以外の半導体基板の領域において、測定空間からの入射光（背景光及び反射光）により発生し、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷である。
このノイズ電荷は、転送トランジスタＧのオンオフ処理によって振り分けて蓄積される電荷以外の電荷、すなわち転送トランジスタＧを介さずに電荷蓄積部ＣＳに流入して蓄積される電荷である。
このノイズ電荷は、転送トランジスタＧのオンオフ処理によって振り分けて蓄積される電荷以外の電荷、すなわち転送トランジスタＧを介さずに電荷蓄積部ＣＳに流入して蓄積される電荷である。
【0032】
すなわち、本実施形態による距離画像撮像装置は、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷により、被写体と距離画像センサ３２との距離を算出する。このため、計算測距の計算において、光電変換素子から所定のタイミングで読み出される電荷とは関係なく、各フレームにおいて読み出す時点まで、背景光などによるノイズ電荷が電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるため、計算される距離の精度が低下する。
【0033】
また、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳの各々に対して、電荷を振分ける転送トランジスタＧのそれぞれの特性（オン抵抗、スイッチング特性など）が異なる。
このため、光電変換素子ＰＤが、一定の強度の入射光により一定の電荷を生成した場合でも、転送トランジスタＧの特性バラツキにより、それぞれの電荷蓄積部ＣＳに異なる量の電荷が振分けられてしまう。
このため、光電変換素子ＰＤが、一定の強度の入射光により一定の電荷を生成した場合でも、転送トランジスタＧの特性バラツキにより、それぞれの電荷蓄積部ＣＳに異なる量の電荷が振分けられてしまう。
【0034】
上記転送トランジスタＧによるバラツキを抑制するため、電荷蓄積部ＣＳ毎に補正係数βが設定されている。この補正係数βは、各画素回路３２１における転送トランジスタＧ毎に設定されており、転送トランジスタＧ間のバラツキをキャンセルする。
ここで、転送トランジスタＧ１に対しては補正係数β１、転送トランジスタＧ２に対しては補正係数β２、転送トランジスタＧ３に対しては補正係数β３、転送トランジスタＧ４に関しては補正係数β４が設定されている。
ここで、転送トランジスタＧ１に対しては補正係数β１、転送トランジスタＧ２に対しては補正係数β２、転送トランジスタＧ３に対しては補正係数β３、転送トランジスタＧ４に関しては補正係数β４が設定されている。
【0035】
例えば、光電変換素子ＰＤが、一定の強度の入射光により一定の電荷を生成し、転送トランジスタＧの各々により、それぞれ電荷蓄積部たＣＳに電荷を振分けた場合、電荷蓄積部ＣＳの各々から読み出した蓄積電荷量に補正係数βを乗算することにより、各蓄積電荷量Ｑが同一の電荷量に調整される。
したがって、距離演算部４３は、電荷蓄積部ＣＳから読み出した蓄積電荷量Ｑに対して補正係数βを乗算することによって、高い精度で被写体Ｓと距離画像撮像装置１との距離を算出できる。
したがって、距離演算部４３は、電荷蓄積部ＣＳから読み出した蓄積電荷量Ｑに対して補正係数βを乗算することによって、高い精度で被写体Ｓと距離画像撮像装置１との距離を算出できる。
【0036】
一方、課題でも説明したが、各電荷蓄積部ＣＳに流入して蓄積されるノイズ電荷量ＧＦの各々は、画素回路３２１における電荷蓄積部ＣＳのそれぞれにおいて同一である。
電荷蓄積部ＣＳから読み出される蓄積電荷量Ｑには、光電変換素子ＰＤから転送トランジスタＧにより振分けられた電荷（以下、制御電荷）による電荷量ＱＣ（以下、制御電荷量ＱＣ）当該電荷蓄積部ＣＳに転送トランジスタＧを介さずに流入したノイズ電荷が蓄積されたノイズ電荷量ＱＦも含まれている。
電荷蓄積部ＣＳから読み出される蓄積電荷量Ｑには、光電変換素子ＰＤから転送トランジスタＧにより振分けられた電荷（以下、制御電荷）による電荷量ＱＣ（以下、制御電荷量ＱＣ）当該電荷蓄積部ＣＳに転送トランジスタＧを介さずに流入したノイズ電荷が蓄積されたノイズ電荷量ＱＦも含まれている。
【0037】
したがって、距離演算部４３が電荷蓄積部ＣＳから読み出した蓄積電荷量Ｑに補正係数βを乗算した場合、制御電荷量ＱＣだけでなく、蓄積電荷量Ｑに含まれるノイズ電荷量ＧＦも補正される。
この補正係数βの補正より、逆に転送トランジスタＧの各々の特性のバラツキに対応して、蓄積電荷量Ｑに含まれるノイズ電荷量ＱＦがばらつくことになり、被写体Ｓと距離画像撮像装置１との距離を高い精度で算出することができない。
この補正係数βの補正より、逆に転送トランジスタＧの各々の特性のバラツキに対応して、蓄積電荷量Ｑに含まれるノイズ電荷量ＱＦがばらつくことになり、被写体Ｓと距離画像撮像装置１との距離を高い精度で算出することができない。
【0038】
図２は、フレーム周期における電荷の蓄積期間における電荷蓄積部ＣＳの各々に蓄積される蓄積電荷量Ｑのそれぞれを示す図である。図２においては、光パルスＰＯに対する被写体Ｓからの反射光ＲＬが、電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３の各々にに蓄積される場合を示している。
図２（ａ）は、電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４（図）の各々における蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれを示している。
図２（ａ）は、電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４（図）の各々における蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれを示している。
【0039】
ここで、蓄積電荷量Ｑ１には、背景光電荷量ＱＢ１と、ノイズ電荷量ＱＦ１とが含まれている。
また、蓄積電荷量Ｑ２には、背景光電荷量ＱＢ２と、ノイズ電荷量ＱＦ２と、反射光電荷量ＱＬ２とが含まれている。
また、蓄積電荷量Ｑ２には、背景光電荷量ＱＢ２と、ノイズ電荷量ＱＦ２と、反射光電荷量ＱＬ２とが含まれている。
【0040】
蓄積電荷量Ｑ３には、背景光電荷量ＱＢ３と、ノイズ電荷量ＱＦ３と、反射光電荷量ＱＬ３とが含まれている。
蓄積電荷量Ｑ４には、背景光電荷量ＱＢ４と、ノイズ電荷量ＱＦ４とが含まれている。
ノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３及びＱＦ４の各々は、すでに述べたように、同様の電荷量である。
蓄積電荷量Ｑ４には、背景光電荷量ＱＢ４と、ノイズ電荷量ＱＦ４とが含まれている。
ノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３及びＱＦ４の各々は、すでに述べたように、同様の電荷量である。
【0041】
また、背景光により光電変換素子ＰＤにより発生する電荷による背景光電荷量ＱＢ１からＱＢ４の各々は、背景光の強度が同一であるため、実際に光電変換素子ＰＤで生成される電荷量も同一のため、それぞれが等しい。
しかしながら、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に、光電変換素子ＰＤから電荷を振分ける転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれの特性が異なる。
しかしながら、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に、光電変換素子ＰＤから電荷を振分ける転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれの特性が異なる。
【0042】
このため、図２（ａ）に示されているように、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積される背景光電荷量ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３、ＱＢ４のそれぞれが異なってしまう。
一方、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積されるノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３、ＱＦ４のそれぞれは同一である。
一方、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積されるノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３、ＱＦ４のそれぞれは同一である。
【0043】
図２（ｂ）は、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々に対して、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれに対応した補正係数βを乗算した結果を示している。
補正係数ββ１、β２、β３及びβ４の各々を乗算する補正の結果、背景光電荷量ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３及びＱＢ４の各々が同一となることが判る。
一方、補正係数β１、β２、β３及びβ４の各々を乗算する補正の結果、同一であったノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３及びＱＦ４の各々は、それぞれが異なってバラツイてしまうことが判る。
補正係数ββ１、β２、β３及びβ４の各々を乗算する補正の結果、背景光電荷量ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３及びＱＢ４の各々が同一となることが判る。
一方、補正係数β１、β２、β３及びβ４の各々を乗算する補正の結果、同一であったノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３及びＱＦ４の各々は、それぞれが異なってバラツイてしまうことが判る。
【0044】
図３は、調整ノイズ電荷量ＱＦＰによって調整した後の蓄積電荷量Ｑのそれぞれを示す図である。
図３（ａ）は、図２（ａ）に示す蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々から、調整ノイズ電荷量ＱＦＰ（ノイズ電荷量ＱＦに相当）をそれぞれ減算した後を示している。このため、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々には、ノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３、ＱＦ４のそれぞれが含まれていない。
図３（ａ）は、図２（ａ）に示す蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々から、調整ノイズ電荷量ＱＦＰ（ノイズ電荷量ＱＦに相当）をそれぞれ減算した後を示している。このため、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々には、ノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３、ＱＦ４のそれぞれが含まれていない。
【0045】
図３（ｂ）は、図２（ｂ）と同様に、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々に対して、補正係数β１、β２、β３、β４のそれぞれを乗じて、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の特性バラツキを補正した後の蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３及びＱ'４を示している。
図３（ａ）の蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々における背景光電荷量ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３、ＱＢ４のそれぞれのバラツキが、図３（ｂ）の蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３、Ｑ'４では解消されている。
また、蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３、Ｑ'４において、ノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３、ＱＦ４のそれぞれが除去され、制御電荷量ＱＣとされているため、被写体Ｓと距離画像撮像装置１との距離を、高い精度で求めることができる。
図３（ａ）の蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々における背景光電荷量ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３、ＱＢ４のそれぞれのバラツキが、図３（ｂ）の蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３、Ｑ'４では解消されている。
また、蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３、Ｑ'４において、ノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３、ＱＦ４のそれぞれが除去され、制御電荷量ＱＣとされているため、被写体Ｓと距離画像撮像装置１との距離を、高い精度で求めることができる。
【0046】
すなわち、蓄積電荷量Ｑの各々に、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに対応して設定されている補正係数βを乗算して、転送トランジスタＧの各々の特性のバラツキを抑制する補正を行う場合、予め蓄積電荷量Ｑからノイズ電荷量ＱＦを減算して、蓄積電荷量Ｑを制御電荷量ＱＣのみの成分とする必要がある。
このため、本実施形態においては、距離演算部４３が、ノイズ電荷量推定部４２が推定した調整ノイズ電荷量ＱＦＰ（ノイズ電荷量ＱＦに相当）を蓄積電荷量Ｑから減算し、減算結果に補正係数βを乗算して、補正後の蓄積電荷量Ｑ’（すなわち、制御電荷量ＱＣ）を用いて被写体Ｓと距離画像撮像装置１との距離を算出する（詳細は後述）。
このため、本実施形態においては、距離演算部４３が、ノイズ電荷量推定部４２が推定した調整ノイズ電荷量ＱＦＰ（ノイズ電荷量ＱＦに相当）を蓄積電荷量Ｑから減算し、減算結果に補正係数βを乗算して、補正後の蓄積電荷量Ｑ’（すなわち、制御電荷量ＱＣ）を用いて被写体Ｓと距離画像撮像装置１との距離を算出する（詳細は後述）。
【0047】
このような構成によって、距離画像撮像装置１では、光源部２が被写体Ｓに照射した近赤外の波長帯域の光パルスＰＯが被写体Ｓによって反射された反射光ＲＬを受光部３が受光し、距離画像処理部４が、被写体Ｓと距離画像撮像装置１との距離を測定した距離情報を出力する。
なお、図１においては、距離画像処理部４を内部に備えた構成の距離画像撮像装置１を示しているが、距離画像処理部４は、距離画像撮像装置１の外部に備える構成要素であってもよい。
なお、図１においては、距離画像処理部４を内部に備えた構成の距離画像撮像装置１を示しているが、距離画像処理部４は、距離画像撮像装置１の外部に備える構成要素であってもよい。
【0048】
ここで、距離画像センサ３２における画素回路３２１の構成について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置における距離画像センサ３２に配置された画素回路３２１の構成の一例を示した回路図である。図４の画素回路３２１は、４つの画素信号読み出し部ＲＵ１からＲＵ４を備えた構成例である。
【0049】
画素回路３２１は、１つの光電変換素子ＰＤと、電荷排出トランジスタＧＤ（後述するＧＤ１、ＧＤ２）と、対応する出力端子Ｏから電圧信号を出力する４つの画素信号読み出し部ＲＵ（ＲＵ１からＲＵ４）とを備える。画素信号読み出し部ＲＵのそれぞれは、転送トランジスタＧと、フローティングディフュージョンＦＤと、電荷蓄積容量Ｃと、リセットトランジスタＲＴと、ソースフォロアトランジスタＳＦと、選択トランジスタＳＬとを備える。フローティングディフュージョンＦＤと電荷蓄積容量Ｃとは、電荷蓄積部ＣＳを構成している。
【0050】
図４に示した画素回路３２１において、出力端子Ｏ１から電圧信号を出力する画素信号読み出し部ＲＵ１は、転送トランジスタＧ１（転送ＭＯＳトランジスタ）と、フローティングディフュージョンＦＤ１と、電荷蓄積容量Ｃ１と、リセットトランジスタＲＴ１と、ソースフォロアトランジスタＳＦ１と、選択トランジスタＳＬ１とを備える。画素信号読み出し部ＲＵ１では、フローティングディフュージョンＦＤ１と電荷蓄積容量Ｃ１とによって電荷蓄積部ＣＳ１が構成されている。画素信号読み出し部ＲＵ２、ＲＵ３及びＲＵ４も同様の構成である。
【0051】
光電変換素子ＰＤは、入射した光を光電変換して、入射した光（入射光）に応じた電荷を発生させ、発生させた電荷を蓄積する埋め込み型のフォトダイオードである。本実施形態においては、入射光は測定対象の空間から入射される。
画素回路３２１では、光電変換素子ＰＤが入射光を光電変換して発生させた電荷を４つの電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１からＣＳ４）のそれぞれに振り分け、振り分けられた電荷の電荷量に応じたそれぞれの電圧信号を、距離画像処理部４に出力する。
画素回路３２１では、光電変換素子ＰＤが入射光を光電変換して発生させた電荷を４つの電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１からＣＳ４）のそれぞれに振り分け、振り分けられた電荷の電荷量に応じたそれぞれの電圧信号を、距離画像処理部４に出力する。
【0052】
また、距離画像センサ３２に配置される画素回路の構成は、図４に示したような、４つの画素信号読み出し部ＲＵ（ＲＵ１からＲＵ４）を備えた構成に限定されるものではなく、画素信号読み出し部ＲＵが１個以上の複数の画素信号読み出し部ＲＵを備えた構成の画素回路でもよい。
【0053】
上記距離画像撮像装置１の画素回路３２１の駆動において、光パルスＰＯが照射時間Ｔｏで照射され、遅延時間Ｔｄ遅れて反射光ＲＬが距離画像センサ３２に受光される。画素駆動回路３２２は、タイミング制御部４１に制御により、光パルスＰＯの照射に同期させて、光電変換素子ＰＤに発生する電荷を、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４に対して、蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４をそれぞれのタイミングにより供給して振り替えて、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４の順に蓄積させる。
【0054】
そして、画素駆動回路３２２は、リセットトランジスタＲＴ及び選択トランジスタＳＬの各々を、駆動信号ＲＳＴ、ＳＥＬそれぞれにより制御し、電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷を、ソースフォロアトランジスタＳＦにより電気信号に変換し、生成された電気信号を端子Ｏを介して距離演算部４３に出力する。
また、画素駆動回路３２２は、タイミング制御部４１に制御により、駆動信号ＲＳＴＤにより、光電変換素子ＰＤにおいて発生された電荷を電源ＶＤＤに流して放電する（電荷を消去する）。
また、画素駆動回路３２２は、タイミング制御部４１に制御により、駆動信号ＲＳＴＤにより、光電変換素子ＰＤにおいて発生された電荷を電源ＶＤＤに流して放電する（電荷を消去する）。
【0055】
図５は、光電変換素子ＰＤで生成された電荷を電荷蓄積部ＣＳの各々に転送するタイミングチャートを示す図である。
図５のタイミングチャートにおいて、縦軸はパルスのレベルを示し、横軸は時間を示している。光パルスＰＯ及び反射光ＲＬの時間軸における相対関係と、転送トランジスタＧ１からＧ４の各々に供給する蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４それぞれのタイミングと、電荷排出トランジスタＧＤに供給する駆動信号ＲＳＴＤのタイミングとを示している。
図５のタイミングチャートにおいて、縦軸はパルスのレベルを示し、横軸は時間を示している。光パルスＰＯ及び反射光ＲＬの時間軸における相対関係と、転送トランジスタＧ１からＧ４の各々に供給する蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４それぞれのタイミングと、電荷排出トランジスタＧＤに供給する駆動信号ＲＳＴＤのタイミングとを示している。
【0056】
タイミング制御部４１は、光源部２に対して光パルスＰＯを測定空間に対して照射させる。これにより、光パルスＰＯが被写体に反射し、反射光ＲＬとして受光部３に受光される。そして、光電変換素子ＰＤは、背景光及び反射光ＲＬの各々に対応した電荷を発生する。画素駆動回路３２２は、光電変換素子ＰＤの発生した電荷を、電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４の各々に対して転送するため、転送トランジスタＧ１からＧ４の各々のオンオフを制御する。
【0057】
すなわち、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４の各々を、所定の時間幅（照射時間Ｔｏと同一の幅）の「Ｈ」レベルの信号として、転送トランジスタＧ１からＧ４それぞれに供給する。
【0058】
画素駆動回路３２２は、例えば、光電変換素子ＰＤから電荷を電荷蓄積部ＣＳ１に転送する転送経路上に設けられた転送トランジスタＧ１をオン状態にする。これにより、光電変換素子ＰＤにより光電変換された電荷が、転送トランジスタＧ１を介して電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される。その後、画素駆動回路３２２は、転送トランジスタＧ１をオフ状態にする。これにより、電荷蓄積部ＣＳ１への電荷の転送が停止される。このようにして、画素駆動回路３２２は、電荷蓄積部ＣＳ１に電荷を蓄積させる。他の電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４においても同様である。
【0059】
このとき、電荷蓄積部ＣＳに電荷の振り分けを行なう電荷蓄積期間（フレームにおける電荷蓄積部ＣＳの各々に電荷を蓄積する期間）において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４の各々が、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４それぞれに供給される蓄積周期が繰返される。
そして、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々を介して、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、光電変換素子ＰＤから入射光に対応した電荷が転送される。電荷蓄積期間に複数の蓄積周期が繰返される。
これにより、電荷蓄積期間における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の蓄積周期毎に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに電荷が蓄積される。
そして、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々を介して、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、光電変換素子ＰＤから入射光に対応した電荷が転送される。電荷蓄積期間に複数の蓄積周期が繰返される。
これにより、電荷蓄積期間における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の蓄積周期毎に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに電荷が蓄積される。
【0060】
また、画素駆動回路３２２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の蓄積周期を繰返す際、電荷蓄積部ＣＳ４に対する電荷の転送（振替）が終了した後、光電変換素子ＰＤから電荷を排出する排出経路上に設けられた電荷排出トランジスタＧＤに対して、「Ｈ」レベルの駆動信号ＲＳＴＤを供給してオンさせる。
【0061】
これにより、電荷排出トランジスタＧＤは、電荷蓄積部ＣＳ１に対する蓄積周期が開始される前に、直前の電荷蓄積部ＣＳ４の蓄積周期の後に光電変換素子ＰＤに発生した電荷を破棄する（すなわち、光電変換素子ＰＤをリセットさせる）。すなわち、電荷排出トランジスタＧＤは、一個あるいは複数個（一個以上）設けられ、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の各々に、光電変換素子ＰＤから、入射光により発生した電荷を振分けて蓄積させる期間以外おいて、光電変換素子ＰＤから電荷を排出する。
【0062】
そして、画素駆動回路３２２は、受光部３内に配置された全ての画素回路３２１の各々から、それぞれ電圧信号を画素回路３２１の行（横方向の配列）単位で、順次Ａ／Ｄ変換処理などの信号処理を行なう。
その後、画素駆動回路３２２は、信号処理を行った後の電圧信号を、受光部３において配置された列の順番に、順次、距離演算部４３に対して出力させる。
その後、画素駆動回路３２２は、信号処理を行った後の電圧信号を、受光部３において配置された列の順番に、順次、距離演算部４３に対して出力させる。
【0063】
上述したような、画素駆動回路３２２による電荷蓄積部ＣＳへ電荷の蓄積と光電変換素子ＰＤが光電変換した電荷の破棄とが、１フレームに渡って繰り返し行われる。これにより、所定の時間区間に距離画像撮像装置１に受光された光量に相当する電荷が、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに蓄積される。画素駆動回路３２２は、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに蓄積された、１フレーム分の電荷量に相当する電気信号を、距離演算部４３に出力する。
【0064】
光パルスＰＯを照射するタイミングと、電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１からＣＳ４）のそれぞれに電荷を蓄積させるタイミングとの関係から、電荷蓄積部ＣＳ１には、光パルスＰＯを照射する前の背景光などの外光成分に相当する電荷量が保持される。また、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４には、反射光ＲＬ、及び外光成分に相当する電荷量が振り分けられて保持される。電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３、あるいは電荷蓄積部ＣＳ３及びＣＳ４に振り分けられる電荷量の配分（振り分け比率）は、光パルスＰＯが被写体Ｓに反射して距離画像撮像装置１に入射されるまでの遅延時間Ｔｄ（図５）に応じた比率となる。
【0065】
図１に戻り、距離演算部４３は、この原理を利用して、以下の（１）あるいは（２）式により、遅延時間Ｔｄを算出する。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（Ｑ'３－Ｑ'１）／（Ｑ'２＋Ｑ'３－２×Ｑ'１） …（１）
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ'４－Ｑ'１）／（Ｑ'３＋Ｑ'４－２×Ｑ'１） …（２）
ここで、Ｔｏは光パルスＰＯが照射された期間である。Ｑ'１は、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量Ｑ１から調整ノイズ電荷量ＱＦＰを減算した結果に補正係数β１を乗算して求めた蓄積電荷量である。また、Ｑ'２は、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量Ｑ２から調整ノイズ電荷量ＱＦＰを減算した結果に補正係数β２を乗算して求めた蓄積電荷量である。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（Ｑ'３－Ｑ'１）／（Ｑ'２＋Ｑ'３－２×Ｑ'１） …（１）
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ'４－Ｑ'１）／（Ｑ'３＋Ｑ'４－２×Ｑ'１） …（２）
ここで、Ｔｏは光パルスＰＯが照射された期間である。Ｑ'１は、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量Ｑ１から調整ノイズ電荷量ＱＦＰを減算した結果に補正係数β１を乗算して求めた蓄積電荷量である。また、Ｑ'２は、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量Ｑ２から調整ノイズ電荷量ＱＦＰを減算した結果に補正係数β２を乗算して求めた蓄積電荷量である。
【0066】
Ｑ'３は、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された電荷量Ｑ３から調整ノイズ電荷量ＱＦＰを減算した結果に補正係数β３を乗算して求めた蓄積電荷量である。Ｑ'４は、電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された電荷量Ｑ４から調整ノイズ電荷量ＱＦＰを減算した結果に補正係数β４を乗算して求めた蓄積電荷量である。
距離演算部４３は、例えば、Ｑ'４＝Ｑ'１である場合、（１）式で遅延時間Ｔｄを算出し、一方、Ｑ'２＝Ｑ'１である場合、（２）式で遅延時間Ｔｄを算出する。
距離演算部４３は、例えば、Ｑ'４＝Ｑ'１である場合、（１）式で遅延時間Ｔｄを算出し、一方、Ｑ'２＝Ｑ'１である場合、（２）式で遅延時間Ｔｄを算出する。
【0067】
（１）式においては、電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３には反射光により発生された電荷が蓄積されるが、電荷蓄積部ＣＳ４には蓄積されない。一方、（２）式においては、電荷蓄積部ＣＳ３及びＣＳ４には反射光により発生された電荷が蓄積されるが、電荷蓄積部ＣＳ２には蓄積されない。
なお、（１）式あるいは（２）式では、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４に蓄積される電荷量のうち、外光成分に相当する成分が、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量と同量であることを前提とする。
なお、（１）式あるいは（２）式では、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４に蓄積される電荷量のうち、外光成分に相当する成分が、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量と同量であることを前提とする。
【0068】
距離演算部４３は、（１）式あるいは（２）式で求めた遅延時間に、光速（速度）を乗算させることにより、被写体Ｓまでの往復の距離を算出する。
そして、距離演算部４３は、上記で算出した往復の距離を１／２とする（遅延時間Ｔｄ×ｃ（光速度）／２）ことにより、距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離を求める。
そして、距離演算部４３は、上記で算出した往復の距離を１／２とする（遅延時間Ｔｄ×ｃ（光速度）／２）ことにより、距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離を求める。
【0069】
図６は、制御電荷とノイズ電荷との各々が電荷蓄積部ＣＳに蓄積される時間関係を説明する概念図である。
図６に示すように、フレーム周期は、蓄積期間と読み出し期間とから構成されている。
これにより、フレーム毎に、蓄積期間において電荷蓄積部ＣＳの各々に蓄積電荷量Ｑのそれぞれを蓄積させる。
そして、読み出し期間において、画素回路３２１の各々の電荷蓄積部ＣＳのそれぞれから、蓄積された蓄積電荷量が、距離画像処理部４に対して出力され、距離画像処理部４が各画素における被写体Ｓと当該画素との距離を算出する。
図６に示すように、フレーム周期は、蓄積期間と読み出し期間とから構成されている。
これにより、フレーム毎に、蓄積期間において電荷蓄積部ＣＳの各々に蓄積電荷量Ｑのそれぞれを蓄積させる。
そして、読み出し期間において、画素回路３２１の各々の電荷蓄積部ＣＳのそれぞれから、蓄積された蓄積電荷量が、距離画像処理部４に対して出力され、距離画像処理部４が各画素における被写体Ｓと当該画素との距離を算出する。
【0070】
また、光電変換素子ＰＤから転送トランジスタＧを介して、光電変換素子ＰＤで発生した電荷が制御電荷（反射光ＲＬにより生成された電荷及び背景光により生成された電荷）として電荷蓄積部ＣＳに対して振分けられる期間は、転送トランジスタＧをオン状態とする蓄積駆動信号ＴＸのパルス幅である。
そして、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳに対する振分けは、フレームにおける蓄積期間において所定の回数（振分回数）で行われる。
そして、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳに対する振分けは、フレームにおける蓄積期間において所定の回数（振分回数）で行われる。
【0071】
一方、ノイズ電荷は、入射光により半導体基板において発生して、転送トランジスタＧを介さずに電荷蓄積部ＣＳに流入するため、画素回路３２１の各々における電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに、蓄積電荷量Ｑとして読み出されるまで、すなわち蓄積期間において連続的に流入して蓄積される。
また、入射光として反射光ＲＬが含まれない期間の方が長いことと、光電変換素子ＰＤ及び半導体基板の各々に入射する背景光の強度が同一であることから、反射光電荷量ＱＬとノイズ電荷量ＱＦとの間には相関がある。
また、入射光として反射光ＲＬが含まれない期間の方が長いことと、光電変換素子ＰＤ及び半導体基板の各々に入射する背景光の強度が同一であることから、反射光電荷量ＱＬとノイズ電荷量ＱＦとの間には相関がある。
【0072】
このため、本実施形態においては、調整ノイズ電荷量ＱＦＰの推定に用いるノイズ電荷流入比αを、予め、反射光電荷量ＱＬとノイズ電荷量ＱＦとから求めている。
転送トランジスタＧで転送する際の蓄積駆動信号ＴＸのパルス幅に対して、振分回数を乗算することにより、光電変換素子ＰＤが発生する電荷を各電荷蓄積部ＣＳに供給する時間幅ＴＡＬＬが求められる。この時間幅ＴＡＬＬは、光電変換素子ＰＤが電荷蓄積部ＣＳの各々に供給する電荷を生成する時間に相当する。
転送トランジスタＧで転送する際の蓄積駆動信号ＴＸのパルス幅に対して、振分回数を乗算することにより、光電変換素子ＰＤが発生する電荷を各電荷蓄積部ＣＳに供給する時間幅ＴＡＬＬが求められる。この時間幅ＴＡＬＬは、光電変換素子ＰＤが電荷蓄積部ＣＳの各々に供給する電荷を生成する時間に相当する。
【0073】
したがって、背景光電荷量ＱＢを時間幅ＴＡＬＬで除算することにより、光電変換素子ＰＤで単位時間に生成される電荷量が求められる。
そして、電荷蓄積部ＣＳに流入して蓄積されたノイズ電荷量を、光電変換素子ＰＤで単位時間に生成される電荷量に蓄積期間の時間を乗算した結果で除算することにより、ノイズ電荷流入比αが求められる。
そして、電荷蓄積部ＣＳに流入して蓄積されたノイズ電荷量を、光電変換素子ＰＤで単位時間に生成される電荷量に蓄積期間の時間を乗算した結果で除算することにより、ノイズ電荷流入比αが求められる。
【0074】
図７は、ノイズ電荷量取得モードにおけるノイズ電荷流入比αの取得を説明する図である。ノイズ電荷量取得モードにおいては、第１比取得フレームと第２比取得フレームとが実行される。
すなわち、測定制御部４４は、例えば距離画像撮像装置１が起動された際、あるいは任意に実行が指示された際に、測距離電荷量取得モードからノイズ電荷量取得モードに動作状態を遷移させる。そして、測定制御部４４は、タイミング制御部４１におけるタイミングの制御、距離演算部４３における演算の制御を行う。
すなわち、測定制御部４４は、例えば距離画像撮像装置１が起動された際、あるいは任意に実行が指示された際に、測距離電荷量取得モードからノイズ電荷量取得モードに動作状態を遷移させる。そして、測定制御部４４は、タイミング制御部４１におけるタイミングの制御、距離演算部４３における演算の制御を行う。
【0075】
図７（ａ）は、第１比取得フレームの動作を示しており、光パルスＰＯを照射させずに、入射光として背景光のみとし、上記ノイズ電荷流入比αの算出に用いる蓄積電荷量として参照蓄積電荷量ＱＲを取得する。
また、図７（ａ）の場合、フレーム周期における蓄積期間において、所定の振分回数としてＳ回、パルス幅がＴＳの蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれをオンオフして、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４に対して電荷を振り分け、参照蓄積電荷量ＱＲ１、ＱＲ２、ＱＲ３、ＱＲ４を蓄積させる。
また、図７（ａ）の場合、フレーム周期における蓄積期間において、所定の振分回数としてＳ回、パルス幅がＴＳの蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれをオンオフして、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４に対して電荷を振り分け、参照蓄積電荷量ＱＲ１、ＱＲ２、ＱＲ３、ＱＲ４を蓄積させる。
【0076】
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、第１比取得フレームの読み出し期間において、画素駆動回路３２２の制御により、画素回路３２１毎に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々から、参照蓄積電荷量ＱＲ１、ＱＲ２、ＱＲ３、ＱＲ４のそれぞれを取得する。
取得された参照蓄積電荷量ＱＲ１、ＱＲ２、ＱＲ３及びＱＲ４の各々には、参照背景光電荷量ＱＢＲ１、ＱＢＲ２、ＱＢＲ３、ＱＢＲ４と、参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４とがそれぞれ含まれている。
取得された参照蓄積電荷量ＱＲ１、ＱＲ２、ＱＲ３及びＱＲ４の各々には、参照背景光電荷量ＱＢＲ１、ＱＢＲ２、ＱＢＲ３、ＱＢＲ４と、参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４とがそれぞれ含まれている。
【0077】
図７（ｂ）は、第２比取得フレームの動作を示しており、光パルスＰＯを照射させずに、入射光として背景光のみとし、上記ノイズ電荷流入比αの算出に用いる蓄積電荷量として参照蓄積電荷量ＱＲを取得する。
また、図７（ｂ）の場合、フレーム周期における蓄積期間において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を供給せず、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれをオフ状態のままとし、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれに対してノイズ電荷を流入させ、参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４としてノイズ電荷を蓄積させる。
また、図７（ｂ）の場合、フレーム周期における蓄積期間において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を供給せず、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれをオフ状態のままとし、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれに対してノイズ電荷を流入させ、参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４としてノイズ電荷を蓄積させる。
【0078】
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、第２比取得フレームの読み出し期間において、画素駆動回路３２２の制御により、画素回路３２１毎に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々から、参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４のそれぞれを取得する。ここで、参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３及びＱＦＲ４の各々は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれに流入して蓄積される電荷量のため、同一である。
ノイズ電荷量推定部４２は、第１比取得フレームで取得した参照蓄積電荷量ＱＲ１、ＱＲ２、ＱＲ３及びＱＲ４の各々から、参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４のそれぞれを減算して、参照背景光電荷量ＱＢＲ１、ＱＢＲ２、ＱＢＲ３、ＱＢＲ４を求める。
ノイズ電荷量推定部４２は、第１比取得フレームで取得した参照蓄積電荷量ＱＲ１、ＱＲ２、ＱＲ３及びＱＲ４の各々から、参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４のそれぞれを減算して、参照背景光電荷量ＱＢＲ１、ＱＢＲ２、ＱＢＲ３、ＱＢＲ４を求める。
【0079】
ノイズ電荷量推定部４２は、参照背景光電荷量ＱＢＲ１、ＱＢＲ２、ＱＢＲ３及びＱＢＲ４の各々から最小の電荷量を、最小参照背景光電荷量として抽出する。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、最小参照背景光電荷量に対して、対応する補正係数βを乗算し、調整参照背景光電荷量を取得する。
ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積駆動信号ＴＸのパルス幅（第１オン時間ＴＰ１）と振分回数（第１振分回数、Ｍ１）とを乗算し、乗算結果として総転送時間を算出する。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、最小参照背景光電荷量に対して、対応する補正係数βを乗算し、調整参照背景光電荷量を取得する。
ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積駆動信号ＴＸのパルス幅（第１オン時間ＴＰ１）と振分回数（第１振分回数、Ｍ１）とを乗算し、乗算結果として総転送時間を算出する。
【0080】
ノイズ電荷量推定部４２は、この総転送時間により調整参照背景光電荷量を除算して、単位時間あたりに光電変換素子ＰＤ背景光により生成される電荷量に相当する単位参照背景光電荷量を求める。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３及びＱＦＲ４のいずれかを参照ノイズ電荷量ＱＦＲとし、蓄積期間の時間により除算し、単位時間当りに電荷蓄積部ＣＳに流入して蓄積される単位時間流入電荷量を算出する。
これにより、ノイズ電荷量推定部４２は、単位時間流入電荷量を単位参照背景光電荷量により除算し、ノイズ電荷流入比αを求める。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３及びＱＦＲ４のいずれかを参照ノイズ電荷量ＱＦＲとし、蓄積期間の時間により除算し、単位時間当りに電荷蓄積部ＣＳに流入して蓄積される単位時間流入電荷量を算出する。
これにより、ノイズ電荷量推定部４２は、単位時間流入電荷量を単位参照背景光電荷量により除算し、ノイズ電荷流入比αを求める。
【0081】
すなわち、背景光の強度が同様のため、光電変換素子ＰＤで生成される単位時間当りに生成される電荷量と、反射光により生成されて単位時間当りに電荷蓄積部ＣＳに流入する電荷量とは相関がある。
すなわち、距離を計測する際において、光電変換素子ＰＤで背景光により単位時間あたりに生成され電荷量が求められた場合、ノイズ電荷量推定部４２は、この電荷量と上記ノイズ電荷流入比αとにより、単位時間当りに電荷蓄積部ＣＳに流入するノイズ電荷の電荷量を推定できる。
すなわち、距離を計測する際において、光電変換素子ＰＤで背景光により単位時間あたりに生成され電荷量が求められた場合、ノイズ電荷量推定部４２は、この電荷量と上記ノイズ電荷流入比αとにより、単位時間当りに電荷蓄積部ＣＳに流入するノイズ電荷の電荷量を推定できる。
【0082】
また、測定制御部４４は、上述した図７におけるノイズ電荷量取得モードが終了した場合、ノイズ電荷量取得モードから測距離電荷量取得モードに動作状態を遷移させる。そして、測定制御部４４は、タイミング制御部４１におけるタイミングの制御、距離演算部４３における演算の制御を行う。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、フレーム周期の読み出し期間において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々から、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれを読み込む。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、フレーム周期の読み出し期間において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々から、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれを読み込む。
【0083】
ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４において、最小の電荷量を最小電荷量（反射光ＲＬによる電荷成分がなく、背景光のみで生成された電荷成分）として抽出する。
この最小電荷量ＱＰは、光電変換素子ＰＤから転送トランジスタＧにより振分けられた制御電荷の背景光電荷量ＱＢと、転送トランジスタＧを介さずに流入したノイズ電荷によるノイズ電荷量ＱＦ（調整ノイズ電荷量ＱＦＰ）とが含まれた電荷量である。
したがって最小電荷量ＱＰは、以下の（３）式として表される。
ＱＰ＝ＱＢ＋ＱＦ …（３）
この最小電荷量ＱＰは、光電変換素子ＰＤから転送トランジスタＧにより振分けられた制御電荷の背景光電荷量ＱＢと、転送トランジスタＧを介さずに流入したノイズ電荷によるノイズ電荷量ＱＦ（調整ノイズ電荷量ＱＦＰ）とが含まれた電荷量である。
したがって最小電荷量ＱＰは、以下の（３）式として表される。
ＱＰ＝ＱＢ＋ＱＦ …（３）
【0084】
また、調整ノイズ電荷量ＱＦＰは、測距離電荷量取得モードにおけるフレーム周期における第２蓄積期間Ｔ２と、蓄積駆動信号ＴＸのパルス幅（第２オン時間）ＴＰ２（本実施形態において照射時間Ｔｏ）と、振分回数Ｍ２と、背景光電荷量ＱＢと、ノイズ電荷流入比αとから以下の（４）式として表される。
ＱＦＰ＝（ＱＢ／（ＴＰ２×Ｍ２））×α×Ｔ２ …（４）
ノイズ電荷量推定部４２は、上記（３）式及び（４）式の各々による連立一次方程式において、未知数である背景光電荷量ＱＢと調整ノイズ電荷量ＱＦＰとを求める。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、算出した調整ノイズ電荷量ＱＦＰを距離演算部４３に対して出力する。
ＱＦＰ＝（ＱＢ／（ＴＰ２×Ｍ２））×α×Ｔ２ …（４）
ノイズ電荷量推定部４２は、上記（３）式及び（４）式の各々による連立一次方程式において、未知数である背景光電荷量ＱＢと調整ノイズ電荷量ＱＦＰとを求める。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、算出した調整ノイズ電荷量ＱＦＰを距離演算部４３に対して出力する。
【0085】
距離演算部４３は、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々から、それぞれ調整ノイズ電荷量ＱＦＰを減算し、修正蓄積電荷量ＣＱ１（＝Ｑ１－ＱＦ）、ＣＱ２（＝Ｑ２－ＱＦ）、ＣＱ３（＝Ｑ３－ＱＦ）、ＣＱ４（＝Ｑ４－ＱＦ）のそれぞれを求める。
距離演算部４３は、修正蓄積電荷量ＣＱ１、ＣＱ２、ＣＱ３及びＣＱ４の各々に対して、補正係数β１、β２、β３、β４のそれぞれを乗算し、蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３、Ｑ'４を算出する。
そして、距離演算部４３は、すでに説明した（１）式及び（２）式から、遅延時間Ｔｄを算出して、この遅延時間Ｔｄにより距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を算出する。
距離演算部４３は、修正蓄積電荷量ＣＱ１、ＣＱ２、ＣＱ３及びＣＱ４の各々に対して、補正係数β１、β２、β３、β４のそれぞれを乗算し、蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３、Ｑ'４を算出する。
そして、距離演算部４３は、すでに説明した（１）式及び（２）式から、遅延時間Ｔｄを算出して、この遅延時間Ｔｄにより距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を算出する。
【0086】
図８は、本実施形態によるノイズ電荷量取得モードにおけるノイズ電荷流入比αの算出の処理の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１：
測定制御部４４は、図７（ａ）に示すように、光パルスＰＯを照射させずに、参照蓄積電荷量ＱＲを取得するために、タイミング制御部４１を制御して、第１比取得フレームを実行させる。
ステップＳ１０１：
測定制御部４４は、図７（ａ）に示すように、光パルスＰＯを照射させずに、参照蓄積電荷量ＱＲを取得するために、タイミング制御部４１を制御して、第１比取得フレームを実行させる。
【0087】
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積期間Ｔ１において、光電変換素子ＰＤで背景光により生成された電荷を、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４により振分けて蓄積させる。
ノイズ電荷量推定部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対して、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれにより振分ける。
ノイズ電荷量推定部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対して、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれにより振分ける。
【0088】
ノイズ電荷量推定部４２は、第２比取得フレームで、蓄積期間Ｔ１において流入して蓄積された参照蓄積電荷量ＱＲ１、ＱＲ２、ＱＲ３、ＱＲ４のそれぞれを、読み出し期間において取得する。
ここで、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々に対する、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４は、等しいパルス幅ＴＰ１である。また、振分回数は、Ｍ１回である。
ここで、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々に対する、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４は、等しいパルス幅ＴＰ１である。また、振分回数は、Ｍ１回である。
【0089】
ステップＳ１０２：
測定制御部４４は、第１比取得フレームが終了後、図７（ｂ）に示すように、光パルスＰＯを照射させず、かつ転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を駆動せずに参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４のそれぞれを取得するため、タイミング制御部４１を制御して、第２比取得フレームを実行させる。
ノイズ電荷量推定部４２は、第２比取得フレームで、蓄積期間Ｔ１において電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４に流入して蓄積された参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４のそれぞれを、読み出し期間において取得する。
測定制御部４４は、第１比取得フレームが終了後、図７（ｂ）に示すように、光パルスＰＯを照射させず、かつ転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を駆動せずに参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４のそれぞれを取得するため、タイミング制御部４１を制御して、第２比取得フレームを実行させる。
ノイズ電荷量推定部４２は、第２比取得フレームで、蓄積期間Ｔ１において電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４に流入して蓄積された参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４のそれぞれを、読み出し期間において取得する。
【0090】
ステップＳ１０３：
ノイズ電荷量推定部４２は、第１比取得フレームで取得した参照蓄積電荷量ＱＲ１、ＱＲ２、ＱＲ３及びＱＲ４の各々から、第２比取得フレームで取得した参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４のそれぞれを減算する。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積期間Ｔ１において、光電変換素子ＰＤから転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４に振分けて電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４に蓄積された参照背景光電荷量ＱＢＲ１、ＱＢＲ２、ＱＢＲ３及びＱＢＲ４の各々を求める。
ノイズ電荷量推定部４２は、第１比取得フレームで取得した参照蓄積電荷量ＱＲ１、ＱＲ２、ＱＲ３及びＱＲ４の各々から、第２比取得フレームで取得した参照ノイズ電荷量ＱＦＲ１、ＱＦＲ２、ＱＦＲ３、ＱＦＲ４のそれぞれを減算する。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積期間Ｔ１において、光電変換素子ＰＤから転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４に振分けて電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４に蓄積された参照背景光電荷量ＱＢＲ１、ＱＢＲ２、ＱＢＲ３及びＱＢＲ４の各々を求める。
【0091】
ステップＳ１０４：
ノイズ電荷量推定部４２は、参照背景光電荷量ＱＢＲ１、ＱＢＲ２、ＱＢＲ３及びＱＢＲ４の各々から、最小の電荷量を最小参照背景光電荷量として抽出する。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、最小参照背景光電荷量に対して対応する補正係数βを乗算し、調整参照背景光電荷量とする。
このとき、ノイズ電荷量推定部４２は、例えば最小参照背景光電荷量が参照背景光電荷量ＱＢＲ１の場合、転送トランジスタＧ１を用いて電荷蓄積部ＣＳ１に振分けているため、補正係数β１を参照背景光電荷量ＱＢＲ１に乗算し、乗算結果を調整参照背景光電荷量とする。
ノイズ電荷量推定部４２は、参照背景光電荷量ＱＢＲ１、ＱＢＲ２、ＱＢＲ３及びＱＢＲ４の各々から、最小の電荷量を最小参照背景光電荷量として抽出する。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、最小参照背景光電荷量に対して対応する補正係数βを乗算し、調整参照背景光電荷量とする。
このとき、ノイズ電荷量推定部４２は、例えば最小参照背景光電荷量が参照背景光電荷量ＱＢＲ１の場合、転送トランジスタＧ１を用いて電荷蓄積部ＣＳ１に振分けているため、補正係数β１を参照背景光電荷量ＱＢＲ１に乗算し、乗算結果を調整参照背景光電荷量とする。
【0092】
ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積駆動信号ＴＸのパルス幅ＴＰ１と、転送トランジスタＧによる振分回数Ｍ１とを乗算し、総転送時間としてＴＰ１×Ｍ１を算出する。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、調整参照背景光電荷量を総転送時間ＴＰ１×Ｍ１により除算することにより、単位参照背景光電荷量を求める。
ノイズ電荷量推定部４２は、単位参照背景光電荷量及び蓄積期間Ｔ１の各々を乗算し、この乗算結果により、参照ノイズ電荷量ＱＦを除算して、ノイズ電荷流入比αを求める。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、調整参照背景光電荷量を総転送時間ＴＰ１×Ｍ１により除算することにより、単位参照背景光電荷量を求める。
ノイズ電荷量推定部４２は、単位参照背景光電荷量及び蓄積期間Ｔ１の各々を乗算し、この乗算結果により、参照ノイズ電荷量ＱＦを除算して、ノイズ電荷流入比αを求める。
【0093】
図９は、本実施形態による測距離電荷量取得モードにおける距離画像の取得処理の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ２０１：
測定制御部４４は、図５に示すように、フレーム周期における第２蓄積期間Ｔ２において、所定のタイミングで光パルスＰＯ（パルス幅Ｔo）を照射させ、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々において、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれを蓄積させるため、タイミング制御部４１を制御して、所定のフレーム周期を実行させる。
ステップＳ２０１：
測定制御部４４は、図５に示すように、フレーム周期における第２蓄積期間Ｔ２において、所定のタイミングで光パルスＰＯ（パルス幅Ｔo）を照射させ、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々において、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれを蓄積させるため、タイミング制御部４１を制御して、所定のフレーム周期を実行させる。
【0094】
ステップＳ２０２：
そして、画素駆動回路３２２は、フレーム周期における第２蓄積期間Ｔ２において、所定のタイミング照射される光パルスＰＯの反射光ＲＬを受光する状態で、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に、光電変換素子ＰＤから転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４により、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれを蓄積させる。
ここで、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々に対する、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４は、等しいパルス幅ＴＰ２である。また、振分回数は、Ｍ２回である。
そして、画素駆動回路３２２は、フレーム周期における第２蓄積期間Ｔ２において、所定のタイミング照射される光パルスＰＯの反射光ＲＬを受光する状態で、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に、光電変換素子ＰＤから転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４により、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれを蓄積させる。
ここで、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々に対する、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４は、等しいパルス幅ＴＰ２である。また、振分回数は、Ｍ２回である。
【0095】
ステップＳ２０３：
画素駆動回路３２２は、フレーム周期における読み出し期間において、画素回路３２１の各々から順番に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれの蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を、距離画像処理部４に対して出力する。
ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々から最小の電荷量を、反射光ＲＬの電荷が含まれておらず、背景光の電荷のみを含む蓄積電荷量である最小電荷量を抽出する。
画素駆動回路３２２は、フレーム周期における読み出し期間において、画素回路３２１の各々から順番に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれの蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を、距離画像処理部４に対して出力する。
ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々から最小の電荷量を、反射光ＲＬの電荷が含まれておらず、背景光の電荷のみを含む蓄積電荷量である最小電荷量を抽出する。
【0096】
ステップＳ２０４：
ノイズ電荷量推定部４２は、抽出した最小電荷量ＱＰが上記（３）式に示すように、制御電荷である背景光電荷量ＱＢと、制御によらずに流入するノイズ電荷量ＱＦ（すなわち、調整ノイズ電荷量ＱＦＰ）とを含んでいる。この背景光電荷量ＱＢとノイズ電荷量ＱＦとは未知数である。
ここで、背景光電荷量ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３及びＱＢ４の各々は、背景光により光電変換素子ＰＤで生成された電荷を、同一のパルス幅ＴＰ２の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４で振分けているため、同一の電荷量である。
ノイズ電荷量推定部４２は、抽出した最小電荷量ＱＰが上記（３）式に示すように、制御電荷である背景光電荷量ＱＢと、制御によらずに流入するノイズ電荷量ＱＦ（すなわち、調整ノイズ電荷量ＱＦＰ）とを含んでいる。この背景光電荷量ＱＢとノイズ電荷量ＱＦとは未知数である。
ここで、背景光電荷量ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３及びＱＢ４の各々は、背景光により光電変換素子ＰＤで生成された電荷を、同一のパルス幅ＴＰ２の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４で振分けているため、同一の電荷量である。
【0097】
また、ノイズ電荷量ＱＦ１、ＱＦ２、ＱＦ３及びＱＦ４の各々は、同一の蓄積期間Ｔ２において電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれに、画素駆動回路３２２の制御によらずに流入されるノイズ電荷の電荷量であるため、同一である。
ノイズ電荷量推定部４２は、最小電荷量ＱＰと、パルス幅ＴＰ２と、蓄積期間Ｔ２と、振分回数Ｍ２と、ノイズ電荷流入比αとを既知とし、背景光電荷量ＱＢと、調整ノイズ電荷量ＱＦＰを未知数とする（３）式及び（４）式を解き、調整ノイズ電荷量ＱＦＰ及び背景光電荷量ＱＢの各々を算出する。
ノイズ電荷量推定部４２は、最小電荷量ＱＰと、パルス幅ＴＰ２と、蓄積期間Ｔ２と、振分回数Ｍ２と、ノイズ電荷流入比αとを既知とし、背景光電荷量ＱＢと、調整ノイズ電荷量ＱＦＰを未知数とする（３）式及び（４）式を解き、調整ノイズ電荷量ＱＦＰ及び背景光電荷量ＱＢの各々を算出する。
【0098】
ステップＳ２０５：
ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の各々から、調整ノイズ電荷量ＱＦＰをそれぞれ減算して、修正蓄積電荷量ＣＱ１、ＣＱ２、ＣＱ３、ＣＱ４のそれぞれを求める。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、修正蓄積電荷量ＣＱ１、ＣＱ２、ＣＱ３及びＣＱ４の各々に対して、それぞれ補正係数β１、β２、β３、β４のそれぞれを乗算し、蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３、Ｑ'４を求める。
ノイズ電荷量推定部４２は、蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の各々から、調整ノイズ電荷量ＱＦＰをそれぞれ減算して、修正蓄積電荷量ＣＱ１、ＣＱ２、ＣＱ３、ＣＱ４のそれぞれを求める。
そして、ノイズ電荷量推定部４２は、修正蓄積電荷量ＣＱ１、ＣＱ２、ＣＱ３及びＣＱ４の各々に対して、それぞれ補正係数β１、β２、β３、β４のそれぞれを乗算し、蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３、Ｑ'４を求める。
【0099】
ステップＳ２０６：
そして、距離演算部４３は、蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３及びＱ'４の各々を用いて、説明した（１）式または（２）式から、遅延時間Ｔｄを算出する。
距離演算部４３は、算出した遅延時間Ｔｄに対して光速（速度）を乗算させることにより、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの間の往復の距離を算出する。
そして、距離演算部４３は、上記で算出した往復の距離を１／２とする（遅延時間Ｔｄ×ｃ（光速度）／２）ことにより、距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離を求める。
そして、距離演算部４３は、蓄積電荷量Ｑ'１、Ｑ'２、Ｑ'３及びＱ'４の各々を用いて、説明した（１）式または（２）式から、遅延時間Ｔｄを算出する。
距離演算部４３は、算出した遅延時間Ｔｄに対して光速（速度）を乗算させることにより、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの間の往復の距離を算出する。
そして、距離演算部４３は、上記で算出した往復の距離を１／２とする（遅延時間Ｔｄ×ｃ（光速度）／２）ことにより、距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離を求める。
【0100】
ステップＳ２０７：
距離演算部４３は、距離画像センサ３２における全ての画素回路３２１（すなわち、画素）における距離の算出が終了したか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４３は、全ての画素回路３２１における距離の算出が終了した場合、処理をステップＳ２０８に進める。
一方、距離演算部４３は、全ての画素回路３２１における距離の算出が終了していない場合、処理をステップＳ２０３に進める。
距離演算部４３は、距離画像センサ３２における全ての画素回路３２１（すなわち、画素）における距離の算出が終了したか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４３は、全ての画素回路３２１における距離の算出が終了した場合、処理をステップＳ２０８に進める。
一方、距離演算部４３は、全ての画素回路３２１における距離の算出が終了していない場合、処理をステップＳ２０３に進める。
【0101】
ステップＳ２０８：
距離演算部４３は、距離画像センサ３２における全ての画素回路３２１から供給された蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々により、それぞれの画素における、当該画素と被写体Ｓとの距離を階調度として表した画像である距離画像を生成する。
そして、距離演算部４３は、作成した距離画像を所定の外部装置などに出力、または図示しない距離画像を格納する記憶部に、作成した距離画像を書き込んで記憶させる。
距離演算部４３は、距離画像センサ３２における全ての画素回路３２１から供給された蓄積電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々により、それぞれの画素における、当該画素と被写体Ｓとの距離を階調度として表した画像である距離画像を生成する。
そして、距離演算部４３は、作成した距離画像を所定の外部装置などに出力、または図示しない距離画像を格納する記憶部に、作成した距離画像を書き込んで記憶させる。
【0102】
ステップＳ２０９：
測定制御部４４は、距離画像の撮像を終了する測定終了の制御信号が供給されたか否かの判定を行う。
このとき、測定制御部４４は、測定終了の制御信号が供給された場合、距離画像の撮像（測距の処理）を終了する。
一方、測定制御部４４は、測定終了の制御信号が供給されていない場合、処理をステップＳ２０１へ進める。
測定制御部４４は、距離画像の撮像を終了する測定終了の制御信号が供給されたか否かの判定を行う。
このとき、測定制御部４４は、測定終了の制御信号が供給された場合、距離画像の撮像（測距の処理）を終了する。
一方、測定制御部４４は、測定終了の制御信号が供給されていない場合、処理をステップＳ２０１へ進める。
【0103】
上述したように、本実施形態によれば、電荷蓄積部ＣＳの各々から読み出す蓄積電荷量に対して感度を補正する補正係数βを乗算する前に、蓄積電荷量Ｑに含まれるノイズ電荷（すなわち、調整ノイズ電荷量ＱＦＰ）を減算するため、転送トランジスタＧによる転送効率のバラツキを補正する際、蓄積電荷量に含まれるノイズ電荷の電荷量分のバラツキを抑制することが可能となり、距離計算の精度を向上させることができ、従来に比較してより正確な測距の情報を有する距離画像を撮像することができる。
【0104】
また、本実施形態においては、ノイズ電荷量取得モードにおいて、単位時間当りに電荷蓄積部ＣＳに流入するノイズ電荷の単位時間流入電荷量を、、単位時間当りにおける光電変換素子ＰＤが入射光（本実施形態においては反射光）により生成する電荷量である単位参照背景光電荷量により除算して、ノイズ電荷流入比αを算出している。
このため、本実施形態においては、ノイズ電荷量取得モードにおけるフレーム周期と異なるノイズ電荷量取得モードにおいて、ノイズ電荷流入比αを用いることで、ノイズ電荷量取得モードにおける蓄積期間、蓄積駆動信号ＴＸのパルス幅ＴＰ２と、転送トランジスタＧによる振分回数Ｍ２と、実測した蓄積電荷量Ｑを用いた連立方程式により、容易に調整ノイズ電荷量ＱＦＰ（すなわち、ノイズ電荷量ＱＦ）を求めることができる。
このため、本実施形態においては、ノイズ電荷量取得モードにおけるフレーム周期と異なるノイズ電荷量取得モードにおいて、ノイズ電荷流入比αを用いることで、ノイズ電荷量取得モードにおける蓄積期間、蓄積駆動信号ＴＸのパルス幅ＴＰ２と、転送トランジスタＧによる振分回数Ｍ２と、実測した蓄積電荷量Ｑを用いた連立方程式により、容易に調整ノイズ電荷量ＱＦＰ（すなわち、ノイズ電荷量ＱＦ）を求めることができる。
【符号の説明】
【0105】
１…距離画像撮像装置
２…光源部
３…受光部
３１…レンズ
３２…距離画像センサ（距離画像撮像素子）
３２１…画素回路
３２２…画素駆動回路
４…距離画像処理部
４１…タイミング制御部
４２…ノイズ電荷量推定部
４３…距離演算部
４４…測定制御部
ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４…電荷蓄積部
ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３，ＦＤ４…フローティングディフュージョン
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…転送トランジスタ
ＧＤ…電荷排出トランジスタ
ＭＬ…マイクロレンズ
ＰＤ…光電変換素子
ＰＯ…光パルス
ＲＴ１，ＲＴ２，ＲＴ３，ＲＴ４…リセットトランジスタ
Ｓ…被写体
ＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３，ＳＦ４…ソースフォロアトランジスタ
ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３，ＳＬ４…選択トランジスタ
２…光源部
３…受光部
３１…レンズ
３２…距離画像センサ（距離画像撮像素子）
３２１…画素回路
３２２…画素駆動回路
４…距離画像処理部
４１…タイミング制御部
４２…ノイズ電荷量推定部
４３…距離演算部
４４…測定制御部
ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４…電荷蓄積部
ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３，ＦＤ４…フローティングディフュージョン
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…転送トランジスタ
ＧＤ…電荷排出トランジスタ
ＭＬ…マイクロレンズ
ＰＤ…光電変換素子
ＰＯ…光パルス
ＲＴ１，ＲＴ２，ＲＴ３，ＲＴ４…リセットトランジスタ
Ｓ…被写体
ＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３，ＳＦ４…ソースフォロアトランジスタ
ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３，ＳＬ４…選択トランジスタ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2021-11-30
【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】
測定空間に光パルスを照射する光源部と、
前記測定空間から入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、
前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定するノイズ電荷量推定部と、
前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量の各々に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、当該乗算の結果である調整補正電荷量を用いて、被写体との距離の計算を行う距離演算部と
を備える
ことを特徴とする距離画像撮像装置。
前記測定空間から入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、
前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定するノイズ電荷量推定部と、
前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量の各々に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、当該乗算の結果である調整補正電荷量を用いて、被写体との距離の計算を行う距離演算部と
を備える
ことを特徴とする距離画像撮像装置。
【請求項2】
前記画素駆動回路が、前記距離を計測する前記フレーム周期の実行前において、前記光パルスを照射せずに、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させて参照蓄積電荷量を取得する第１比取得フレームと、前記光パルスを照射せずに、かつ転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わず、前記電荷蓄積部の各々に流入して蓄積される参照ノイズ電荷量を取得する第２比取得フレームと実行し、
前記ノイズ電荷量推定部が、前記参照蓄積電荷量から前記参照ノイズ電荷量を減算した結果の参照背景光電荷量と、当該参照ノイズ電荷量とから、前記ノイズ電荷流入比を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
前記ノイズ電荷量推定部が、前記参照蓄積電荷量から前記参照ノイズ電荷量を減算した結果の参照背景光電荷量と、当該参照ノイズ電荷量とから、前記ノイズ電荷流入比を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項3】
前記ノイズ電荷量推定部が、
前記第１比取得フレームにおける振分け回数である第１振分回数及び前記転送トランジスタがオンされている第１オン時間を乗算した総転送時間で前記参照背景光電荷量を除算して単位参照背景光電荷量を求め、当該単位参照背景光電荷量と前記第１比取得フレームにおける電荷を蓄積する第１蓄積期間とを乗算した乗算結果により前記参照ノイズ電荷量を除算し、除算結果を前記ノイズ電荷流入比とする
ことを特徴とする請求項２に記載の距離画像撮像装置。
前記第１比取得フレームにおける振分け回数である第１振分回数及び前記転送トランジスタがオンされている第１オン時間を乗算した総転送時間で前記参照背景光電荷量を除算して単位参照背景光電荷量を求め、当該単位参照背景光電荷量と前記第１比取得フレームにおける電荷を蓄積する第１蓄積期間とを乗算した乗算結果により前記参照ノイズ電荷量を除算し、除算結果を前記ノイズ電荷流入比とする
ことを特徴とする請求項２に記載の距離画像撮像装置。
【請求項4】
前記ノイズ電荷量推定部が、
前記参照背景光電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該参照背景光電荷量を、前記ノイズ電荷流入比の算出に用いる
ことを特徴とする請求項３に記載の距離画像撮像装置。
前記参照背景光電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該参照背景光電荷量を、前記ノイズ電荷流入比の算出に用いる
ことを特徴とする請求項３に記載の距離画像撮像装置。
【請求項5】
前記ノイズ電荷量推定部が、
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量から前記背景光電荷量を減算して前記調整ノイズ電荷量を求める第１の一次式と、前記背景光電荷量に対して、前記フレーム周期における第２蓄積期間と前記ノイズ電荷流入比との乗算結果を、前記フレーム周期における転送トランジスタの第２オン時間と第２振分回数との乗算結果により除算して前記調整ノイズ電荷量を求める第２の一次式とからなる二元一次方程式を解き、未知数である前記調整ノイズ電荷量及び前記背景光電荷量を求める
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量から前記背景光電荷量を減算して前記調整ノイズ電荷量を求める第１の一次式と、前記背景光電荷量に対して、前記フレーム周期における第２蓄積期間と前記ノイズ電荷流入比との乗算結果を、前記フレーム周期における転送トランジスタの第２オン時間と第２振分回数との乗算結果により除算して前記調整ノイズ電荷量を求める第２の一次式とからなる二元一次方程式を解き、未知数である前記調整ノイズ電荷量及び前記背景光電荷量を求める
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項6】
前記ノイズ電荷量推定部が、
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量と、前記ノイズ電荷流入比と、前記フレーム周期における第２蓄積期間と、前記フレーム周期における前記転送トランジスタの第２オン時間と、前記フレーム周期における前記転送トランジスタの第２振分回数との乗算結果とを入力変数とし、前記調整ノイズ電荷量を出力とするルックアップテーブルを用い、当該調整ノイズ電荷量を求める
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量と、前記ノイズ電荷流入比と、前記フレーム周期における第２蓄積期間と、前記フレーム周期における前記転送トランジスタの第２オン時間と、前記フレーム周期における前記転送トランジスタの第２振分回数との乗算結果とを入力変数とし、前記調整ノイズ電荷量を出力とするルックアップテーブルを用い、当該調整ノイズ電荷量を求める
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項7】
前記ノイズ電荷量推定部が、
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該最小電荷量を、前記調整ノイズ電荷量の算出に用いる
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の距離画像撮像装置。
前記蓄積電荷量のうち最小の電荷量である最小電荷量に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、調整された当該最小電荷量を、前記調整ノイズ電荷量の算出に用いる
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の距離画像撮像装置。
【請求項8】
光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、画素駆動回路と、距離演算部と、ノイズ電荷量推定部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、
前記画素駆動回路が、光パルスの照射に同期した所定の蓄積周期で、測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、フレーム周期においてＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、
ノイズ電荷量推定部が、前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定する過程と、
距離演算部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量の各々に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、当該乗算の結果である調整補正電荷量を用いて、被写体との距離の計算を行う過程と
を含む
ことを特徴とする距離画像撮像方法。
前記画素駆動回路が、光パルスの照射に同期した所定の蓄積周期で、測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、フレーム周期においてＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、
ノイズ電荷量推定部が、前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定する過程と、
距離演算部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量の各々に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、当該乗算の結果である調整補正電荷量を用いて、被写体との距離の計算を行う過程と
を含む
ことを特徴とする距離画像撮像方法。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0009】
上述した課題を解決するために、本発明の距離画像撮像装置は、測定空間に光パルスを照射する光源部と、前記測定空間から入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定するノイズ電荷量推定部と、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量の各々に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、当該乗算の結果である調整補正電荷量を用いて、被写体との距離の計算を行う距離演算部とを備えることを特徴とする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0018】
本発明の距離画像撮像方法は、光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、画素駆動回路と、距離演算部と、ノイズ電荷量推定部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、前記画素駆動回路が、光パルスの照射に同期した所定の蓄積周期で、測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、フレーム周期においてＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、ノイズ電荷量推定部が、前記測定空間における背景光により生成されて前記光電変換素子から前記転送トランジスタにより振分けられて前記電荷蓄積部で蓄積される背景光電荷量と、前記背景光により生成されて前記転送トランジスタを介さずに前記電荷蓄積部に流入して蓄積されるノイズ電荷量との比を示すノイズ電荷流入比を用いて、前記背景光電荷量から調整ノイズ電荷量を推定する過程と、距離演算部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された蓄積電荷量のそれぞれから前記調整ノイズ電荷量を減算し、減算結果の補正電荷量の各々に対して、前記転送トランジスタのそれぞれのオン特性によるバラツキを補正する調整係数を乗算し、当該乗算の結果である調整補正電荷量を用いて、被写体との距離の計算を行う過程とを含むことを特徴とする。