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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】P2022191793
(43)【公開日】2022-12-28
(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 20200101AFI20221221BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20221221BHJP
【ＦＩ】
G01S7/4861
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021100240
(22)【出願日】2021-06-16
(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】山本 和人
【テーマコード（参考）】
2F112
5J084
【Ｆターム（参考）】
2F112AD01
2F112BA06
2F112BA07
2F112CA12
2F112DA04
2F112DA21
2F112DA25
2F112DA28
2F112EA03
2F112FA07
2F112FA12
2F112FA27
2F112GA01
5J084AA05
5J084AD02
5J084BA04
5J084BA07
5J084BA40
5J084CA55
(57)【要約】
【課題】電荷蓄積部の容量を増加させず、撮像画像の解像度及び入射光に対する感度を維持し、入射光の強度の増加による飽和を抑制する距離画像撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明は、測定対象の空間の測定空間から入射する入射光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期で電荷を蓄積するＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部と、光電変換素子から電荷蓄積部に電荷を転送する転送トランジスタとを備える複数の画素回路と、光パルスの照射に同期した蓄積周期で、電荷蓄積部に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、光電変換素子が発生する電荷を、電荷蓄積サイクルのいずれかの転送周期において、前記電荷蓄積部の組み合わせの各々に分割して振り分けて蓄積させる測定制御部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷量により、測定空間の被写体までの距離を測定距離として求める距離演算部とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、測定対象の空間の測定空間から入射する入射光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期で電荷を蓄積するＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部と、光電変換素子から電荷蓄積部に電荷を転送する転送トランジスタとを備える複数の画素回路と、光パルスの照射に同期した蓄積周期で、電荷蓄積部に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、光電変換素子が発生する電荷を、電荷蓄積サイクルのいずれかの転送周期において、前記電荷蓄積部の組み合わせの各々に分割して振り分けて蓄積させる測定制御部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷量により、測定空間の被写体までの距離を測定距離として求める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】
測定対象の空間である測定空間から入射する光である入射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Ｎ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部と、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を転送する転送トランジスタとを備える複数の画素回路と、
光パルスの照射に対応した所定の蓄積周期で、前記電荷蓄積部の各々に前記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
前記画素駆動回路に対し、前記フレーム周期における第１フレーム周期において、前記光パルスの照射に同期した第１蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせ、前記フレーム周期における他のフレーム周期において、所定の時間ずらした他の蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせて前記電荷蓄積部に前記電荷を振り分けさせる測定制御部と、
前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を、前記第１フレーム周期及び前記他のフレーム周期の各々において、それぞれ第１測定距離、他の測定距離として求め、前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、前記第１測定距離及び他の測定距離のいずれを画素回路のそれぞれにおける距離画像撮像装置と被写体との距離とするかを判定する距離演算部と
を備える
ことを特徴とする距離画像撮像装置。
光パルスの照射に対応した所定の蓄積周期で、前記電荷蓄積部の各々に前記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
前記画素駆動回路に対し、前記フレーム周期における第１フレーム周期において、前記光パルスの照射に同期した第１蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせ、前記フレーム周期における他のフレーム周期において、所定の時間ずらした他の蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせて前記電荷蓄積部に前記電荷を振り分けさせる測定制御部と、
前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を、前記第１フレーム周期及び前記他のフレーム周期の各々において、それぞれ第１測定距離、他の測定距離として求め、前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、前記第１測定距離及び他の測定距離のいずれを画素回路のそれぞれにおける距離画像撮像装置と被写体との距離とするかを判定する距離演算部と
を備える
ことを特徴とする距離画像撮像装置。
【請求項2】
前記測定制御部が、
前記第１蓄積周期に対して前記他の蓄積周期である第２蓄積周期を、所定の時間遅延させる場合、
前記距離演算部が、
前記第１フレーム周期において、前記光電変換素子から前記第１蓄積周期によって、被写体からの前記光パルスの反射光による電荷が、前記光電変換素子から順次振分けられる前記電荷蓄積部である第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部との各々に蓄積される電荷量の比が、予め設定された第１閾値以上の場合、前記他の測定距離である第２測定距離を前記距離とする
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
前記第１蓄積周期に対して前記他の蓄積周期である第２蓄積周期を、所定の時間遅延させる場合、
前記距離演算部が、
前記第１フレーム周期において、前記光電変換素子から前記第１蓄積周期によって、被写体からの前記光パルスの反射光による電荷が、前記光電変換素子から順次振分けられる前記電荷蓄積部である第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部との各々に蓄積される電荷量の比が、予め設定された第１閾値以上の場合、前記他の測定距離である第２測定距離を前記距離とする
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】
前記測定制御部が、
前記画素駆動回路による前記他のフレーム周期である第２フレーム周期における光電変換素子からの振分け回数を、前記第１フレーム周期の振分け回数より多くさせている
ことを特徴とする請求項２に記載の距離画像撮像装置。
前記画素駆動回路による前記他のフレーム周期である第２フレーム周期における光電変換素子からの振分け回数を、前記第１フレーム周期の振分け回数より多くさせている
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】
前記測定制御部が、
前記第１蓄積周期に対して前記他の蓄積周期である第３蓄積周期を、所定の時間早める場合、
前記距離演算部が、
前記第１フレーム周期において、前記光電変換素子から前記第１蓄積周期によって、被写体からの前記光パルスの反射光による電荷が、前記光電変換素子から順次振分けられる前記電荷蓄積部である第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部との各々に蓄積される電荷量の比が、予め設定された第２閾値以下の場合、前記他の測定距離である第３測定距離を前記距離とする
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
前記第１蓄積周期に対して前記他の蓄積周期である第３蓄積周期を、所定の時間早める場合、
前記距離演算部が、
前記第１フレーム周期において、前記光電変換素子から前記第１蓄積周期によって、被写体からの前記光パルスの反射光による電荷が、前記光電変換素子から順次振分けられる前記電荷蓄積部である第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部との各々に蓄積される電荷量の比が、予め設定された第２閾値以下の場合、前記他の測定距離である第３測定距離を前記距離とする
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5】
前記測定制御部が、
前記画素駆動回路による前記他のフレーム周期である第３フレーム周期における光電変換素子からの振分け回数が、前記第１フレーム周期の振分け回数より少くさせている
ことを特徴とする請求項４に記載の距離画像撮像装置。
前記画素駆動回路による前記他のフレーム周期である第３フレーム周期における光電変換素子からの振分け回数が、前記第１フレーム周期の振分け回数より少くさせている
ことを特徴とする請求項４に記載の距離画像撮像装置。
【請求項6】
前記測定制御部が、
前記他のフレーム周期として、前記第１フレーム周期の前記第１蓄積周期に対して所定の時間遅延させた第２蓄積周期の第２フレーム周期と、前記第１フレーム周期の前記第１蓄積周期に対して所定の時間早めた第３蓄積周期の第３フレーム周期とを設け、前記第１フレーム周期、前記第２フレーム周期及び前記第３フレーム周期の各々において、前記画素駆動回路により前記電荷蓄積部の各々に電荷を振分けさせ、
前記距離演算部が、
前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を、前記第１フレーム周期、前記第２フレーム周期及び前記第３フレーム周期の各々において、それぞれ第１測定距離、第２測定距離、第３測定距離として求め、前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、それぞれの画素回路における距離を、前記第１測定距離、前記第２測定距離、前記第３測定距離のいずれとするかを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
前記他のフレーム周期として、前記第１フレーム周期の前記第１蓄積周期に対して所定の時間遅延させた第２蓄積周期の第２フレーム周期と、前記第１フレーム周期の前記第１蓄積周期に対して所定の時間早めた第３蓄積周期の第３フレーム周期とを設け、前記第１フレーム周期、前記第２フレーム周期及び前記第３フレーム周期の各々において、前記画素駆動回路により前記電荷蓄積部の各々に電荷を振分けさせ、
前記距離演算部が、
前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を、前記第１フレーム周期、前記第２フレーム周期及び前記第３フレーム周期の各々において、それぞれ第１測定距離、第２測定距離、第３測定距離として求め、前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、それぞれの画素回路における距離を、前記第１測定距離、前記第２測定距離、前記第３測定距離のいずれとするかを判定する
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7】
前記距離演算部が、
前記第１フレーム周期において、前記光電変換素子から前記第１蓄積周期によって、被写体からの前記光パルスの反射光による電荷が、前記光電変換素子から順次振分けられる前記電荷蓄積部である第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部との各々に蓄積される電荷量の比が、予め設定された第１閾値以上の場合、前記第３測定距離を前記距離とし、予め設定された第２閾値以下の場合、前記第２測定距離を前記距離とする
ことを特徴とする請求項６に記載の距離画像撮像装置。
前記第１フレーム周期において、前記光電変換素子から前記第１蓄積周期によって、被写体からの前記光パルスの反射光による電荷が、前記光電変換素子から順次振分けられる前記電荷蓄積部である第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部との各々に蓄積される電荷量の比が、予め設定された第１閾値以上の場合、前記第３測定距離を前記距離とし、予め設定された第２閾値以下の場合、前記第２測定距離を前記距離とする
ことを特徴とする請求項６に記載の距離画像撮像装置。
【請求項8】
前記測定制御部が、
前記第１フレーム周期において、前記光パルスの照射に同期した第１蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせ、当該第１フレーム周期における判定領域の画素回路における前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、前記他のフレーム周期における前記他の蓄積周期を、前記第１蓄積周期に対して所定の時間遅延させるか、早めるかの判定を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
前記第１フレーム周期において、前記光パルスの照射に同期した第１蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせ、当該第１フレーム周期における判定領域の画素回路における前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、前記他のフレーム周期における前記他の蓄積周期を、前記第１蓄積周期に対して所定の時間遅延させるか、早めるかの判定を行う
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9】
前記測定制御部が、
前記判定領域の画素回路における２個の前記電荷蓄積部において、前記第１フレーム周期における連続する第１蓄積周期の各々において、先の第１蓄積周期で蓄積される第１電荷蓄積部の電荷量、後の第１蓄積周期で蓄積される第２電荷蓄積部の電荷量との比が、予め設定された第１閾値以上の場合、前記他の蓄積周期を前記第１蓄積周期に対して遅延させ、予め設定された第２閾値以下の場合、前記他の蓄積周期を前記第１蓄積周期に対して早める
ことを特徴とする請求項８に記載の距離画像撮像装置。
前記判定領域の画素回路における２個の前記電荷蓄積部において、前記第１フレーム周期における連続する第１蓄積周期の各々において、先の第１蓄積周期で蓄積される第１電荷蓄積部の電荷量、後の第１蓄積周期で蓄積される第２電荷蓄積部の電荷量との比が、予め設定された第１閾値以上の場合、前記他の蓄積周期を前記第１蓄積周期に対して遅延させ、予め設定された第２閾値以下の場合、前記他の蓄積周期を前記第１蓄積周期に対して早める
ことを特徴とする請求項８に記載の距離画像撮像装置。
【請求項10】
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、測定制御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、
前記測定制御部が、測定制御部前記画素駆動回路に対し、前記フレーム周期における第１フレーム周期において、前記光パルスの照射に同期した第１蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせ、前記フレーム周期における他のフレーム周期において、所定の時間ずらした他の蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせて前記電荷を前記電荷蓄積部に振り分けさせる過程と、
前記距離演算部が、距離演算部前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を、前記第１フレーム周期及び前記他のフレーム周期の各々において、それぞれ第１測定距離、他の測定距離として求め、前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、それぞれの画素回路における距離を、前記第１測定距離及び前記他の測定距離のいずれとするかを判定する過程と
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、
前記測定制御部が、測定制御部前記画素駆動回路に対し、前記フレーム周期における第１フレーム周期において、前記光パルスの照射に同期した第１蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせ、前記フレーム周期における他のフレーム周期において、所定の時間ずらした他の蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせて前記電荷を前記電荷蓄積部に振り分けさせる過程と、
前記距離演算部が、距離演算部前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を、前記第１フレーム周期及び前記他のフレーム周期の各々において、それぞれ第１測定距離、他の測定距離として求め、前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、それぞれの画素回路における距離を、前記第１測定距離及び前記他の測定距離のいずれとするかを判定する過程と
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。
【0003】
ＴＯＦ方式距離画像撮像装置は、放射光を放射したタイミングから、被写体により反射した反射光を受光したタイミングまでの遅延時間により距離の計測を行う。
ここで、光パルスを用いた間接ＴＯＦ方式においては、被写体からの反射光により光電変換素子に生じた電荷を、２つの電荷蓄積部の各々に振分ける。
そして、ＴＯＦ方式距離画像撮像装置は、電荷蓄積部のそれぞれに蓄積される電荷量の比により、被写体までの距離を算出する。
ここで、光パルスを用いた間接ＴＯＦ方式においては、被写体からの反射光により光電変換素子に生じた電荷を、２つの電荷蓄積部の各々に振分ける。
そして、ＴＯＦ方式距離画像撮像装置は、電荷蓄積部のそれぞれに蓄積される電荷量の比により、被写体までの距離を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００４－２９４４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、一方の電荷蓄積部に蓄積される電荷量が他方の電荷蓄積部に比較して少ない場合、蓄積された電荷量の小さい電荷蓄積部のノイズが、算出した距離における誤差に対して支配的となる。
すなわち、電荷蓄積部から電荷が読み出される際にランダムに発生するノイズは、読みだされる電荷量の平方根に比例して増加する。
このため、電荷量が少ないほど、電荷蓄積部から読み出される電圧信号に対するノイズの割合が増加して、電圧信号のＳ(signal) ／Ｎ (noise) 比が低下し、この電圧信号により算出する距離の精度が低下する。
すなわち、電荷蓄積部から電荷が読み出される際にランダムに発生するノイズは、読みだされる電荷量の平方根に比例して増加する。
このため、電荷量が少ないほど、電荷蓄積部から読み出される電圧信号に対するノイズの割合が増加して、電圧信号のＳ(signal) ／Ｎ (noise) 比が低下し、この電圧信号により算出する距離の精度が低下する。
【0006】
３個以上の複数の電荷蓄積部において、電荷が振分けられる２個の電荷蓄積部の各々において、蓄積された電荷量が１：１の比率の場合が最もＳ／Ｎ比が高くなる。
そして、上述した電荷量の比率が１：１の距離から、被写体がより遠くなる、または近くなる場合、どちらかの電荷蓄積部に偏って振分けられて蓄積されることにより、電圧信号のＳ／Ｎ比が低下する。
そして、上述した電荷量の比率が１：１の距離から、被写体がより遠くなる、または近くなる場合、どちらかの電荷蓄積部に偏って振分けられて蓄積されることにより、電圧信号のＳ／Ｎ比が低下する。
【0007】
このため、上述した電荷量の比率が１：１の場合、電荷蓄積部の各々に蓄積される電荷により算出可能な距離範囲の中央であり、最も算出される距離の精度が高くなる。
一方、電荷量の比率が最も偏る、距離範囲が上限近傍及び下限近傍の各々の近傍の場合、Ｓ／Ｎ比が低下し、測定される距離の精度が低下する。
一方、電荷量の比率が最も偏る、距離範囲が上限近傍及び下限近傍の各々の近傍の場合、Ｓ／Ｎ比が低下し、測定される距離の精度が低下する。
【0008】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、複数の電荷蓄積部の各々に蓄積される電荷量が他の電荷蓄積部に比較して少ない場合においても、電荷蓄積部の各々に蓄積される電荷により算出可能な距離範囲の上限近傍及び下限近傍において求められる距離の精度を、当該距離範囲の中央近傍において求められる精度と同様と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、測定対象の空間である測定空間から入射する光である入射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Ｎ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部と、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を転送する転送トランジスタとを備える複数の画素回路と、光パルスの照射に対応した所定の蓄積周期で、前記電荷蓄積部の各々に前記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、前記画素駆動回路に対し、前記フレーム周期における第１フレーム周期において、前記光パルスの照射に同期した第１蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせ、前記フレーム周期における他のフレーム周期において、所定の時間ずらした他の蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせて前記電荷蓄積部に前記電荷を振り分けさせる測定制御部と、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を、前記第１フレーム周期及び前記他のフレーム周期の各々において、それぞれ第１測定距離、他の測定距離として求め、前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、前記第１測定距離及び他の測定距離のいずれを画素回路のそれぞれにおける距離画像撮像装置と被写体との距離とするかを判定する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、前記測定制御部が、前記第１蓄積周期に対して前記他の蓄積周期である第２蓄積周期を、所定の時間遅延させる場合、前記距離演算部が、前記第１フレーム周期において、前記光電変換素子から前記第１蓄積周期によって、被写体からの前記光パルスの反射光による電荷が、前記光電変換素子から順次振分けられる前記電荷蓄積部である第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部との各々に蓄積される電荷量の比が、予め設定された第１閾値以上の場合、前記他の測定距離である第２測定距離を前記距離とすることを特徴とする。
【0011】
本発明の距離画像撮像装置は、前記測定制御部が、前記画素駆動回路による前記他のフレーム周期である第２フレーム周期における光電変換素子からの振分け回数を、前記第１フレーム周期の振分け回数より多くさせていることを特徴とする。
【0012】
本発明の距離画像撮像装置は、前記測定制御部が、前記第１蓄積周期に対して前記他の蓄積周期である第３蓄積周期を、所定の時間早める場合、前記距離演算部が、前記第１フレーム周期において、前記光電変換素子から前記第１蓄積周期によって、被写体からの前記光パルスの反射光による電荷が、前記光電変換素子から順次振分けられる前記電荷蓄積部である第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部との各々に蓄積される電荷量の比が、予め設定された第２閾値以下の場合、前記他の測定距離である第３測定距離を前記距離とすることを特徴とする。
【0013】
本発明の距離画像撮像装置は、前記測定制御部が、前記画素駆動回路による前記他のフレーム周期である第３フレーム周期における光電変換素子からの振分け回数を、前記第１フレーム周期の振分け回数より少くさせていることを特徴とする。
【0014】
本発明の距離画像撮像装置は、前記測定制御部が、前記他のフレーム周期として、前記第１フレーム周期の前記第１蓄積周期に対して所定の時間遅延させた第２蓄積周期の第２フレーム周期と、前記第１フレーム周期の前記第１蓄積周期に対して所定の時間早めた第３蓄積周期の第３フレーム周期とを設け、前記第１フレーム周期、前記第２フレーム周期及び前記第３フレーム周期の各々において、前記画素駆動回路により前記電荷蓄積部の各々に電荷を振分けさせ、前記距離演算部が、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を、前記第１フレーム周期、前記第２フレーム周期及び前記第３フレーム周期の各々において、それぞれ第１測定距離、第２測定距離、第３測定距離として求め、前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、それぞれの画素回路における距離を、前記第１測定距離、前記第２測定距離、前記第３測定距離のいずれとするかを判定することを特徴とする。
【0015】
本発明の距離画像撮像装置は、前記距離演算部が、前記第１フレーム周期において、前記光電変換素子から前記第１蓄積周期によって、被写体からの前記光パルスの反射光による電荷が、前記光電変換素子から順次振分けられる前記電荷蓄積部である第１電荷蓄積部と第２電荷蓄積部との各々に蓄積される電荷量の比が、予め設定された第１閾値以上の場合、前記第３測定距離を前記距離とし、予め設定された第２閾値以下の場合、前記第２測定距離を前記距離とすることを特徴とする。
【0016】
本発明の距離画像撮像装置は、前記測定制御部が、前記第１フレーム周期において、前記光パルスの照射に同期した第１蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせ、当該第１フレーム周期における判定領域の画素回路における前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、前記他のフレーム周期における前記他の蓄積周期を、前記第１蓄積周期に対して所定の時間遅延させるか、早めるかの判定を行うことを特徴とする。
【0017】
本発明の距離画像撮像装置は、前記測定制御部が、前記判定領域の画素回路における２個の前記電荷蓄積部において、前記第１フレーム周期における連続する第１蓄積周期の各々において、先の第１蓄積周期で蓄積される第１電荷蓄積部の電荷量、後の第１蓄積周期で蓄積される第２電荷蓄積部の電荷量との比が、予め設定された第１閾値以上の場合、前記他の蓄積周期を前記第１蓄積周期に対して遅延させ、予め設定された第２閾値以下の場合、前記他の蓄積周期を前記第１蓄積周期に対して早めることを特徴とする。
【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、測定制御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、前記測定制御部が、測定制御部前記画素駆動回路に対し、前記フレーム周期における第１フレーム周期において、前記光パルスの照射に同期した第１蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせ、前記フレーム周期における他のフレーム周期において、所定の時間ずらした他の蓄積周期で、前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行わせて前記電荷を前記電荷蓄積部に振り分けさせる過程と、前記距離演算部が、距離演算部前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を、前記第１フレーム周期及び前記他のフレーム周期の各々において、それぞれ第１測定距離、他の測定距離として求め、前記電荷蓄積部に蓄積される電荷量に応じて、それぞれの画素回路における距離を、前記第１測定距離及び前記他の測定距離のいずれとするかを判定する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、複数の電荷蓄積部の各々に蓄積される電荷量が他の電荷蓄積部に比較して少ない場合においても、電荷蓄積部の各々に蓄積される電荷により算出可能な距離範囲の上限近傍及び下限近傍において求められる距離の精度を、当該距離範囲の中央近傍において求められる精度と同様と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】本発明の第１の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】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3】所定のフレーム周期（後述する第１フレーム周期）における光電変換素子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4】第１の実施形態における第１フレーム周期及び第２フレーム周期の各々における光電変換素子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】第１の実施形態における第１フレーム周期及び第２フレーム周期における距離分解能を説明する図である。
【図6】第１の実施形態の距離画像撮像装置１による距離画像センサ３２と被写体Ｓとの距離の算出の処理の動作例を示すフローチャートである。
【図7】第２の実施形態における第１フレーム周期及び第２フレーム周期の各々における光電変換素子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8】第２の実施形態における第１フレーム周期及び第２フレーム周期における距離分解能を説明する図である。
【図9】第２の実施形態の距離画像撮像装置１による距離画像センサ３２と被写体Ｓとの距離の算出の処理の動作例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】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の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、ＴｏＦ方式の距離画像撮像装置であり、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。
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の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、ＴｏＦ方式の距離画像撮像装置であり、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と、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（後述）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、受光部３から供給される画素信号により、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までの距離を演算する。
距離画像処理部４は、タイミング制御部４１と、距離演算部４２と、測定制御部４３との各々を備える。
距離画像処理部４は、タイミング制御部４１と、距離演算部４２と、測定制御部４３との各々を備える。
【0028】
タイミング制御部４１は、測定制御部４３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２参照）に電荷を振り分ける処理を繰返す回数である。
【0029】
距離演算部４２は、測定制御部４３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４２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４２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（測定距離）を演算する。
【0030】
測定制御部４３は、フレーム周期で繰返されるフレームにおいて、撮像画像を撮像する際、２つのフレーム周期（後述する第１フレーム周期及び第２フレーム周期の各々）を用いて、一枚の撮像画像を撮像するように、タイミング制御部４１、距離演算部４２及び画素駆動回路３２２の各々の動作を制御する。
ここで、測定制御部４３は、上記第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４のそれぞれに対して、所定の時間だけシフトさせる制御を行う。
ここで、測定制御部４３は、上記第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４のそれぞれに対して、所定の時間だけシフトさせる制御を行う。
【0031】
また、本実施形態による距離画像撮像装置１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。
すなわち、測定制御部４３は、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に振分けるタイミングを、第１フレーム周期に対して第２フレーム周期においてずらしている。
例えば、電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３の各々に蓄積された電荷量で距離を求める場合、第１フレーム周期、第２フレーム周期のいずれかにおいて、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３に蓄積された電荷量Ｑが等しい状態に近い方を用いて距離の算出を行う（詳細は、後述）。電荷蓄積部ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量で距離を求める場合も同様である。
すなわち、測定制御部４３は、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に振分けるタイミングを、第１フレーム周期に対して第２フレーム周期においてずらしている。
例えば、電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３の各々に蓄積された電荷量で距離を求める場合、第１フレーム周期、第２フレーム周期のいずれかにおいて、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３に蓄積された電荷量Ｑが等しい状態に近い方を用いて距離の算出を行う（詳細は、後述）。電荷蓄積部ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量で距離を求める場合も同様である。
【0032】
ここで、１枚の距離画像を撮像する２つのフレーム周期間において、いずれか一方のフレーム周期で電荷量Ｑが電荷蓄積部ＣＳ間で偏っても、他方のフレーム周期において電荷蓄積部ＣＳ間における電荷量Ｑが等しい状態に近くなる。
このため、電荷量Ｑが減少することによるＳ／Ｎ比の低下に起因する空間分解能の悪化を低減することができ、画素毎に第１フレーム周期及び第２フレーム周期の各々において等しい電荷量による距離の算出を行うことで、空間分解能の高い距離画像を撮像することができる。
このため、電荷量Ｑが減少することによるＳ／Ｎ比の低下に起因する空間分解能の悪化を低減することができ、画素毎に第１フレーム周期及び第２フレーム周期の各々において等しい電荷量による距離の算出を行うことで、空間分解能の高い距離画像を撮像することができる。
【0033】
すなわち、距離画像センサ３２の駆動において、ランダムノイズは、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷量の平方根に比例して増加するため、電荷量が低くなるに従って、ノイズの割合が増加することでＳ／Ｎ比が低下することになる。
したがって、２個の電荷蓄積部ＣＳの各々における電荷量の比が１：１に近くなるに従ってＳ／Ｎ比が高くなり、一方、当該電荷量の比が１：１から離れるに従ってＳ／Ｎ比が低くなる。
したがって、２個の電荷蓄積部ＣＳの各々における電荷量の比が１：１に近くなるに従ってＳ／Ｎ比が高くなり、一方、当該電荷量の比が１：１から離れるに従ってＳ／Ｎ比が低くなる。
【0034】
このため、上記電荷蓄積部ＣＳのいずれか一方に偏って電荷量が振分けられた場合、他方に振分けられる電荷量は低下してしまい、測定する距離の距離分解能が悪化する。
すでに述べたように、本実施形態においては、測定距離を伸ばす目的で、３つ以上の電荷蓄積部ＣＳを用いて、タイムウィンドウ（ＴＷ，Time Window）駆動を行い、距離画像撮像装置１及び被写体Ｓの各々の間の距離を測定する。
すでに述べたように、本実施形態においては、測定距離を伸ばす目的で、３つ以上の電荷蓄積部ＣＳを用いて、タイムウィンドウ（ＴＷ，Time Window）駆動を行い、距離画像撮像装置１及び被写体Ｓの各々の間の距離を測定する。
【0035】
このタイムウィンドウ駆動を行う際、隣接するタイムウィンドウの繋ぎ目近傍における距離は、いずれか一方の電荷蓄積部ＣＳに多くの電荷が振分けられて、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷量が偏ってしまい、最もＳ／Ｎ比が低下する。
本実施形態は、上述したランダムノイズによる距離分解能の低下を防止するため、すでに述べたように、第１フレーム周期及び第２フレーム周期により、一枚の距離画像を撮像している。
本実施形態は、上述したランダムノイズによる距離分解能の低下を防止するため、すでに述べたように、第１フレーム周期及び第２フレーム周期により、一枚の距離画像を撮像している。
【0036】
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との測定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。
【0037】
次に、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２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２の画素回路３２１は、例えば、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。本実施形態における画素回路３２１の構成は、一例であり、画素信号読み出し部は３個以上の複数個、すなわちｎ個（ｎ≧３）の構成を有する。
図２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２の画素回路３２１は、例えば、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。本実施形態における画素回路３２１の構成は、一例であり、画素信号読み出し部は３個以上の複数個、すなわちｎ個（ｎ≧３）の構成を有する。
【0038】
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、読み出しゲートトランジスタ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（ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３、ＦＤ４）と電荷蓄積容量Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）とは、電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４）を構成している。
【0039】
図２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、読み出しゲートトランジスタ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。
【0040】
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。
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２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。
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。
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２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。
【0041】
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（パルス幅、時間とも示す）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による制御により、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、読み出しゲートトランジスタ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。
【0042】
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出力端子Ｏを介して距離演算部４２に出力する。
また、画素駆動回路３２２は、タイミング制御部４１の制御により、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の制御により、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）。
【0043】
図３は、所定のフレーム周期（後述する第１フレーム周期）における光電変換素子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３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。また、図３においては、フレームにおける電荷の蓄積期間に繰返される蓄積周期を示している。通常モードにおける、光パルスＰＯ及び反射光ＲＬの時間軸における相対関係と、読み出しゲートトランジスタ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３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。また、図３においては、フレームにおける電荷の蓄積期間に繰返される蓄積周期を示している。通常モードにおける、光パルスＰＯ及び反射光ＲＬの時間軸における相対関係と、読み出しゲートトランジスタ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。
【0044】
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、読み出しゲートトランジスタＧ１からＧ４の各々のオンオフを制御する。
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、すなわちパルス幅と同一の幅）の「Ｈ」レベルの信号として、読み出しゲートトランジスタＧ１からＧ４それぞれに供給する。
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、すなわちパルス幅と同一の幅）の「Ｈ」レベルの信号として、読み出しゲートトランジスタＧ１からＧ４それぞれに供給する。
【0045】
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読み出しゲートトランジスタ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、読み出しゲートトランジスタ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、読み出しゲートトランジスタ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。
【0046】
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、蓄積周期において、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４それぞれに供給される転送周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４（電荷を蓄積して積算する周期、転送順番）が繰返される。
ここで、例えば、転送周期Ｔ１において入射光（背景光のみ）により発生した電荷が電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積され、転送周期Ｔ２において入射光（背景光＋反射光）により発生した電荷が電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積され、転送周期Ｔ３において入射光（背景光＋反射光）により発生した電荷が電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積され、転送周期Ｔ４において入射光（背景光＋反射光）により発生した電荷が電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される。
ここで、例えば、転送周期Ｔ１において入射光（背景光のみ）により発生した電荷が電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積され、転送周期Ｔ２において入射光（背景光＋反射光）により発生した電荷が電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積され、転送周期Ｔ３において入射光（背景光＋反射光）により発生した電荷が電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積され、転送周期Ｔ４において入射光（背景光＋反射光）により発生した電荷が電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される。
【0047】
そして、読み出しゲートトランジスタ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。すなわち、各フレーム周期の電荷蓄積期間において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の転送順番毎に電荷の転送が行われる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、転送周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４の各々において電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに電荷が蓄積される。
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、転送周期Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３及びＴ４の各々において電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに電荷が蓄積される。
【0048】
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（振り分け）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。
これにより、電荷排出トランジスタＧＤは、電荷蓄積部ＣＳ１に対する転送周期Ｔ１が開始される前に、直前の電荷蓄積部ＣＳ４の転送周期Ｔ４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）。
これにより、電荷排出トランジスタＧＤは、電荷蓄積部ＣＳ１に対する転送周期Ｔ１が開始される前に、直前の電荷蓄積部ＣＳ４の転送周期Ｔ４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）。
【0049】
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（電荷蓄積部ＣＳの各々に蓄積される電荷量のそれぞれに対応する電圧）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４２に出力させる。
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（電荷蓄積部ＣＳの各々に蓄積される電荷量のそれぞれに対応する電圧）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４２に出力させる。
【0050】
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４２に出力する。
【0051】
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に応じた比率となる。
【0052】
図１に戻り、距離演算部４２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×（Ｑ３－Ｑ１）／（Ｑ２＋Ｑ３－２×Ｑ１） …（１）
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ４－Ｑ１）／（Ｑ３＋Ｑ４－２×Ｑ１） …（２）
ここで、Ｔｏは光パルスＰＯが照射された期間（パルス幅）、Ｑ１は電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量、Ｑ２は電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量、Ｑ３は電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された電荷量、Ｑ４は電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された電荷量を示す。距離演算部４２は、例えば、Ｑ２≧Ｑ４である場合、（１）式で遅延時間Ｔｄを算出し、一方、Ｑ２＜Ｑ４である場合、（２）式で遅延時間Ｔｄを算出する。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（Ｑ３－Ｑ１）／（Ｑ２＋Ｑ３－２×Ｑ１） …（１）
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ４－Ｑ１）／（Ｑ３＋Ｑ４－２×Ｑ１） …（２）
ここで、Ｔｏは光パルスＰＯが照射された期間（パルス幅）、Ｑ１は電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量、Ｑ２は電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量、Ｑ３は電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された電荷量、Ｑ４は電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された電荷量を示す。距離演算部４２は、例えば、Ｑ２≧Ｑ４である場合、（１）式で遅延時間Ｔｄを算出し、一方、Ｑ２＜Ｑ４である場合、（２）式で遅延時間Ｔｄを算出する。
【0053】
（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。
【0054】
距離演算部４２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までの往復の測定距離を算出する。
そして、距離演算部４２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４２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。
【0055】
また、時間Ｔrsは、図３における蓄積周期の１サイクルにおける電荷蓄積部ＣＳ４に対する光電変換素子ＰＤからの電荷の振分け終了後における、当該光電変換素子ＰＤに入力光により発生した電荷が留まらない（溜らない）ように、電荷排出トランジスタＧＤに供給する駆動信号ＲＳＴＤを「Ｈ」レベルとされる期間を示している。
【0056】
測定制御部４３は、画素毎の被写体との距離を示す１個（１枚）の距離画像の生成を、上述した図３のフレーム周期として、第１フレーム周期及び第２フレーム周期の２つのフレーム周期により行う。
すなわち、測定制御部４３は、第１フレームにおいて、画素駆動回路３２２が、図３に示すように、光パルスＰＯに同期した蓄積周期である第１蓄積周期で、光パルスＰＯと同一幅の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、順次、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれに供給させるようにタイミング制御部４１を制御する。
すなわち、測定制御部４３は、第１フレームにおいて、画素駆動回路３２２が、図３に示すように、光パルスＰＯに同期した蓄積周期である第１蓄積周期で、光パルスＰＯと同一幅の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、順次、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれに供給させるようにタイミング制御部４１を制御する。
【0057】
一方、測定制御部４３は、第２フレームにおいて、画素駆動回路３２２が、図３に示す光パルスＰＯに対して、光パルスＰＯの放射されるタイミングに対して、光パルスＰＯのパルス幅（時間Ｔｏ）の１／２の時間を遅延させた蓄積周期である第２蓄積周期で、光パルスＰＯと同一パルス幅の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、順次、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれに供給させるようにタイミング制御部４１を制御する。
【0058】
上述した説明において、測定制御部４３は、タイミング制御部４１に対して、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミング（第１蓄積周期）に対して、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミング（第２蓄積周期）を所定の時間だけ遅延させる制御を画素駆動回路３２２に行わせる制御をしている。
しかしながら、測定制御部４３は、第１フレーム周期及び第２フレーム周期において、蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミングを変化させず、第２フレーム周期において、光パルスＰＯの照射するタイミングを第１フレーム周期に対して、光源装置２１が当該光パルスＰＯのパルス幅（時間Ｔｏ）の１／２の時間を進める制御を、タイミング制御部４１に対して行ってもよい。この場合、光パルスＰＯの照射タイミングを基準として、相対的に、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミングに対して、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸを所定の時間として遅延させたことと同一となる。
しかしながら、測定制御部４３は、第１フレーム周期及び第２フレーム周期において、蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミングを変化させず、第２フレーム周期において、光パルスＰＯの照射するタイミングを第１フレーム周期に対して、光源装置２１が当該光パルスＰＯのパルス幅（時間Ｔｏ）の１／２の時間を進める制御を、タイミング制御部４１に対して行ってもよい。この場合、光パルスＰＯの照射タイミングを基準として、相対的に、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミングに対して、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸを所定の時間として遅延させたことと同一となる。
【0059】
図４は、本実施形態における第１フレーム周期及び第２フレーム周期の各々における光電変換素子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。
また、第１フレーム周期と第２フレーム周期との各々における、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４のそれぞれの供給されるタイミングを比較するため、図３における駆動信号ＲＳＴＤの波形は省略している。
また、第１フレーム周期と第２フレーム周期との各々における、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４のそれぞれの供給されるタイミングを比較するため、図３における駆動信号ＲＳＴＤの波形は省略している。
【0060】
ここで、図４（ａ）の第１フレーム周期は、すでに説明した図３に示すタイミングチャートと同様である。
画素駆動回路３２２は、第１フレーム周期において、光パルスＰＯに対して、蓄積駆動信号ＴＸ２が同期する蓄積周期である第１蓄積周期として、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を出力している。また、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、それぞれ連続する蓄積周期毎に順次出力している。
画素駆動回路３２２は、第１フレーム周期において、光パルスＰＯに対して、蓄積駆動信号ＴＸ２が同期する蓄積周期である第１蓄積周期として、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を出力している。また、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、それぞれ連続する蓄積周期毎に順次出力している。
【0061】
この図４（ａ）の第１フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ２に比較して長い。
一方、図４（ａ）の第２フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ２の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ３に比較して長い。
一方、図４（ａ）の第２フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ２の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ３に比較して長い。
【0062】
また、画素駆動回路３２２は、第２フレーム周期において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、第１フレームに比較して、それぞれ所定の時間遅延（パルス幅Ｔｏの１／２の時間）させている。
ここで、距離演算部４２は、第１フレーム周期において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（１）により算出した遅延時間Ｔｄから、距離として第１測定距離を求める。
ここで、距離演算部４２は、第１フレーム周期において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（１）により算出した遅延時間Ｔｄから、距離として第１測定距離を求める。
【0063】
また、距離演算部４２は、第２フレーム周期においても、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、下記（３）により算出した遅延時間Ｔｄから、距離として第２測定距離を求める。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（Ｑ３－Ｑ１）／（Ｑ２＋Ｑ３－２×Ｑ１）＋Ｒａ×Ｔｏ …（３）
ここで、係数Ｒａは、遅延（シフト）させた時間を、パルス幅Ｔｏで除算した係数である。例えば、パルス幅Ｔｏの半分の時間を遅延させた場合、係数Ｒａは、１／２である。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（Ｑ３－Ｑ１）／（Ｑ２＋Ｑ３－２×Ｑ１）＋Ｒａ×Ｔｏ …（３）
ここで、係数Ｒａは、遅延（シフト）させた時間を、パルス幅Ｔｏで除算した係数である。例えば、パルス幅Ｔｏの半分の時間を遅延させた場合、係数Ｒａは、１／２である。
【0064】
そして、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが予め設定した所定の閾値範囲内である場合、例えば、１／２を超え、かつ２未満である（１／２＜α＜２である）場合、第１フレーム周期で算出した遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0065】
図４（ｂ）においても、画素駆動回路３２２は、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、第１フレームに比較して、それぞれ所定の時間（パルス幅Ｔｏの１／２の時間）遅延させている。また、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、それぞれ連続する蓄積周期毎に順次出力している。
この図４（ｂ）の第１フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ２に比較して長い。
一方、図４（ｂ）の第２フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ２の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ３に比較して長い。
この図４（ｂ）の第１フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ２に比較して長い。
一方、図４（ｂ）の第２フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ２の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ３に比較して長い。
【0066】
ここで、距離演算部４２は、第１フレーム周期において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（１）式により距離として第１測定距離を求める。
また、距離演算部４２は、第２フレーム周期においても、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（３）式により求めた遅延時間Ｔｄから求めた第２測定距離を、対応する画素の距離とする。
また、距離演算部４２は、第２フレーム周期においても、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（３）式により求めた遅延時間Ｔｄから求めた第２測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0067】
そして、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが上記閾値範囲の外である場合、１／２＜α＜２でない（α≦１／２またはα≧２である）場合、第２フレーム周期で算出した第２測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0068】
図４（ｃ）においても、画素駆動回路３２２は、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、第１フレームに比較して、それぞれ所定の時間遅延（パルス幅Ｔｏの１／２の時間）させている。また、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、それぞれ連続する蓄積周期毎に順次出力している。図４（ｃ）の場合、電荷蓄積部ＣＳ３及びＣＳ４に反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤで発生した電荷が振分けられて蓄積されている。
【0069】
この図４（ｃ）の第１フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ３及びＴＸ４の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ４に比較して長い。
一方、図４（ｃ）の第２フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ２に比較して長い。
一方、図４（ｃ）の第２フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ２に比較して長い。
【0070】
ここで、距離演算部４２は、第１フレーム周期において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（２）により算出した遅延時間から、距離として第１測定距離を求める。
また、距離演算部４２は、第２フレーム周期においても、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、下記（４）により算出した遅延時間から、距離として第２測定距離を求める。
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ４－Ｑ１）／（Ｑ３＋Ｑ４－２×Ｑ１）＋Ｒａ×Ｔｏ…（４）
ここで、係数Ｒａは、遅延（シフト）させた時間を、パルス幅Ｔｏで除算した係数である。例えば、パルス幅Ｔｏの半分の時間を遅延させた場合、係数Ｒａは、１／２である。
また、距離演算部４２は、第２フレーム周期においても、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、下記（４）により算出した遅延時間から、距離として第２測定距離を求める。
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ４－Ｑ１）／（Ｑ３＋Ｑ４－２×Ｑ１）＋Ｒａ×Ｔｏ…（４）
ここで、係数Ｒａは、遅延（シフト）させた時間を、パルス幅Ｔｏで除算した係数である。例えば、パルス幅Ｔｏの半分の時間を遅延させた場合、係数Ｒａは、１／２である。
【0071】
そして、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される電荷量Ｑ４で除算した電荷量比βが予め設定した所定の閾値範囲内である場合、例えば、１／２を超え、かつ２未満である（１／２＜β＜２である）場合、第１フレーム周期で算出した遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される電荷量Ｑ４で除算した電荷量比βが上記閾値範囲の外である場合、１／２＜β＜２でない（β≦１／２またはβ≧２である）場合、第２フレーム周期で算出した第２測定距離を、対応する画素の距離とする。
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される電荷量Ｑ４で除算した電荷量比βが上記閾値範囲の外である場合、１／２＜β＜２でない（β≦１／２またはβ≧２である）場合、第２フレーム周期で算出した第２測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0072】
図５は、第１の実施形態における第１フレーム周期及び第２フレーム周期における距離分解能を説明する図である。
図５（ａ）は、第１フレーム周期における測定する距離及び距離分解能の各々の対応関係を示しており、横軸が測定する距離を示し、縦軸が距離分解能を示している。
第１フレーム周期において、図４（ｂ）の第１フレームに示されるように、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２が、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３に比較して、減少するに従い、図５（ａ）に示す曲線４０１における距離４ｍから５ｍの距離範囲に示されるように、距離分解能が低下していく。
図５（ａ）は、第１フレーム周期における測定する距離及び距離分解能の各々の対応関係を示しており、横軸が測定する距離を示し、縦軸が距離分解能を示している。
第１フレーム周期において、図４（ｂ）の第１フレームに示されるように、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２が、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３に比較して、減少するに従い、図５（ａ）に示す曲線４０１における距離４ｍから５ｍの距離範囲に示されるように、距離分解能が低下していく。
【0073】
一方、図５（ｂ）は、第２フレーム周期における、第１フレーム周期に対して蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、時間Ｔｏ／２遅延させた場合の距離及び距離分解能の各々の対応関係を示している。図５（ｂ）は、横軸が測定する距離を示し、縦軸が距離分解能を示している。
図５（ｂ）の第２フレーム周期で示されるように、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延させることにより、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２と、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３との比αは１／２に近づく。
これにより、図４（ｂ）の第２フレームに示されるように、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２が、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３に近づいて同等となるため、図５（ｂ）に示す曲線４０２における距離４ｍから５ｍの距離範囲に示されるように、距離分解能が低下しない。
図５（ｂ）の第２フレーム周期で示されるように、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延させることにより、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２と、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３との比αは１／２に近づく。
これにより、図４（ｂ）の第２フレームに示されるように、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２が、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３に近づいて同等となるため、図５（ｂ）に示す曲線４０２における距離４ｍから５ｍの距離範囲に示されるように、距離分解能が低下しない。
【0074】
しかしながら、第２フレーム周期において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、第１フレーム周期に対して遅延させたため、図４（ｃ）に示すように、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が低下する。
そして、図５（ｂ）に示すように、距離６ｍから８ｍにおける距離分解能が、図５（ａ）の距離６ｍから８ｍにおける距離分解能が大きくなっており、位置検出の精度に対する機能が低下している。
この図４（ｃ）の場合、距離演算部４２は、すでに説明したように、電荷量比βが上記閾値範囲内である場合、１／２＜β＜２であるため、第１フレーム周期で算出した遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
そして、図５（ｂ）に示すように、距離６ｍから８ｍにおける距離分解能が、図５（ａ）の距離６ｍから８ｍにおける距離分解能が大きくなっており、位置検出の精度に対する機能が低下している。
この図４（ｃ）の場合、距離演算部４２は、すでに説明したように、電荷量比βが上記閾値範囲内である場合、１／２＜β＜２であるため、第１フレーム周期で算出した遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0075】
上述した図５（ａ）及び図５（ｂ）の各々において示したように、測定する距離により距離分解能が変化し、また、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延させることにより、距離分解能が大きくなり、位置検出の精度が低下する領域も同様に遅延する。
したがって、距離分解能が大きくなり、位置検出の精度が低下する距離範囲に対応させ、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延させることにより、距離分解能が大きくなり、位置検出の精度が低下する距離範囲を調整することができる。
したがって、距離分解能が大きくなり、位置検出の精度が低下する距離範囲に対応させ、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延させることにより、距離分解能が大きくなり、位置検出の精度が低下する距離範囲を調整することができる。
【0076】
そして、距離演算部４２は、電荷量比α及び電荷量比βの各々と、閾値とを比較することにより、第１フレーム周期で求めた第１測定距離、第２フレーム周期で求めた第２測定距離のいずれを、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離として用いるかを判定している。
この結果、本実施形態によれば、図５（ｃ）に示すように、距離範囲５０１及び５０３は第１フレーム周期における第１測定距離を採用し、距離範囲５０２及び５０４は第２フレーム周期における第２測定距離を採用している。これにより、距離分解能の増加による距離の測定の精度の低下と測定する距離の増加とを線形に近い関係（実線の曲線４０３）とすることができ、測定する距離の精度を従来の第１フレーム周期のみの場合に比較して向上させることができる。
この結果、本実施形態によれば、図５（ｃ）に示すように、距離範囲５０１及び５０３は第１フレーム周期における第１測定距離を採用し、距離範囲５０２及び５０４は第２フレーム周期における第２測定距離を採用している。これにより、距離分解能の増加による距離の測定の精度の低下と測定する距離の増加とを線形に近い関係（実線の曲線４０３）とすることができ、測定する距離の精度を従来の第１フレーム周期のみの場合に比較して向上させることができる。
【0077】
また、距離の演算に用いる２個の電荷蓄積部ＣＳ、例えば電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３において、一方の電荷蓄積部ＣＳ２の蓄積される電荷量Ｑ２が０（最低値）に近づく場合、他方の電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が最大値に近づく。
このため、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延させる時間をＴｏ／２とすることにより、上記電荷量Ｑ２、Ｑ３のそれぞれは１：１の電荷量比に近づき、最も距離分解能が大きくて測定の精度が低い距離範囲を、最も距離分解能が小さくて測定の精度が高い距離範囲に変更することができる。
したがって、上記閾値は、１／２が最も望ましい値であるが、遅延させることにより距離分解能を改善することが可能であるため、任意の数値に設定する構成としてもよい。
このため、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延させる時間をＴｏ／２とすることにより、上記電荷量Ｑ２、Ｑ３のそれぞれは１：１の電荷量比に近づき、最も距離分解能が大きくて測定の精度が低い距離範囲を、最も距離分解能が小さくて測定の精度が高い距離範囲に変更することができる。
したがって、上記閾値は、１／２が最も望ましい値であるが、遅延させることにより距離分解能を改善することが可能であるため、任意の数値に設定する構成としてもよい。
【0078】
また、第２フレーム周期の蓄積期間における、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳへの電荷の振分け回数を、第１フレーム周期に比較して増加させる構成としてもよい。
すなわち、第２フレーム周期の第２測定距離が選択される場合、被写体Ｓまでの距離が遠いことを示している。
このため、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷量Ｑを増加させることにより、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離の測定精度を向上させることができる。
すなわち、第２フレーム周期の第２測定距離が選択される場合、被写体Ｓまでの距離が遠いことを示している。
このため、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷量Ｑを増加させることにより、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離の測定精度を向上させることができる。
【0079】
図６は、第１の実施形態の距離画像撮像装置１による距離画像センサ３２と被写体Ｓとの距離の算出の処理の動作例を示すフローチャートである。距離画像の撮像処理が第１フレーム周期及び第２フレーム周期の２個のフレーム周期により行われる。
【0080】
ステップＳ１０１：
画素駆動回路３２２は、第１フレームにおいて、測定制御部４３の制御により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する、光電変換素子ＰＤからの電荷の振分けの処理を行う。
このとき、画素駆動回路３２２は、画素回路３２１の各々（画素単位）において、図３または図４に示す第１フレーム周期の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれ対応する蓄積周期において、電荷の振り分けを行う。
ここで、すでに述べたように、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する電荷の蓄積を行う振分け回数（蓄積周期の数）は、フレーム周期における蓄積期間において複数個存在する。
画素駆動回路３２２は、第１フレームにおいて、測定制御部４３の制御により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する、光電変換素子ＰＤからの電荷の振分けの処理を行う。
このとき、画素駆動回路３２２は、画素回路３２１の各々（画素単位）において、図３または図４に示す第１フレーム周期の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれ対応する蓄積周期において、電荷の振り分けを行う。
ここで、すでに述べたように、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する電荷の蓄積を行う振分け回数（蓄積周期の数）は、フレーム周期における蓄積期間において複数個存在する。
【0081】
ステップＳ１０２：
画素駆動回路３２２は、第１フレーム周期における蓄積期間が終了した場合、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積されている電荷量Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３、Ｑ４のそれぞれに対応する電圧である画素信号を、距離演算部４２に対して出力する。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２の画素毎に設けられている画素回路３２１の各々から供給される画素信号（以下、説明のため、電荷量として記載する）に基づき、遅延時間Ｔｄの算出を行う。
画素駆動回路３２２は、第１フレーム周期における蓄積期間が終了した場合、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積されている電荷量Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３、Ｑ４のそれぞれに対応する電圧である画素信号を、距離演算部４２に対して出力する。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２の画素毎に設けられている画素回路３２１の各々から供給される画素信号（以下、説明のため、電荷量として記載する）に基づき、遅延時間Ｔｄの算出を行う。
【0082】
このとき、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ２が大きい場合、上記（１）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ４が大きい場合、上記（２）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
そして、距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに基づいて第１測定距離を算出する。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ４が大きい場合、上記（２）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
そして、距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに基づいて第１測定距離を算出する。
【0083】
ステップＳ１０３：
画素駆動回路３２２は、第２フレーム周期において、測定制御部４３の制御により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する、光電変換素子ＰＤからの電荷の振分けの処理を行う。
このとき、画素駆動回路３２２は、画素回路３２１の各々（画素単位）において、図３または図４に示す第２フレーム周期の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれに電荷の振り分けを行う。
画素駆動回路３２２は、第２フレーム周期において、測定制御部４３の制御により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する、光電変換素子ＰＤからの電荷の振分けの処理を行う。
このとき、画素駆動回路３２２は、画素回路３２１の各々（画素単位）において、図３または図４に示す第２フレーム周期の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれに電荷の振り分けを行う。
【0084】
すなわち、画素駆動回路３２２は、第１フレーム周期に対して所定の時間遅延させた蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれ対応する蓄積周期において、電荷の振り分けを行う。
ここで、すでに述べたように、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する電荷の蓄積を行う振分け回数（蓄積周期の数）は、フレーム周期における蓄積期間において複数個存在する。
ここで、すでに述べたように、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する電荷の蓄積を行う振分け回数（蓄積周期の数）は、フレーム周期における蓄積期間において複数個存在する。
【0085】
ステップＳ１０４：
画素駆動回路３２２は、第２フレーム周期における蓄積期間が終了した場合、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積されている電荷量Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３、Ｑ４のそれぞれに対応する電圧である画素信号を、距離演算部４２に対して出力する。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２の画素毎に設けられている画素回路３２１の各々から供給される画素信号（すなわち、電荷量）に基づき、遅延時間Ｔｄの算出を行う。
画素駆動回路３２２は、第２フレーム周期における蓄積期間が終了した場合、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積されている電荷量Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３、Ｑ４のそれぞれに対応する電圧である画素信号を、距離演算部４２に対して出力する。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２の画素毎に設けられている画素回路３２１の各々から供給される画素信号（すなわち、電荷量）に基づき、遅延時間Ｔｄの算出を行う。
【0086】
このとき、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ２が大きい場合、上記（３）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ４が大きい場合、上記（４）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
そして、距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに基づいて第２測定距離を算出する。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ４が大きい場合、上記（４）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
そして、距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに基づいて第２測定距離を算出する。
【0087】
ステップＳ１０５：
距離演算部４２は、処理が終了していない画素回路３２１のいずれかを処理対象の画素として選択し、当該画素回路３２１における第１フレーム周期における電荷量Ｑ２と電荷量Ｑ４とを比較し、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４を超えるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４を超えている場合、処理をステップＳ１０６へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４以下である場合、処理をステップＳ１０７へ進める。
距離演算部４２は、処理が終了していない画素回路３２１のいずれかを処理対象の画素として選択し、当該画素回路３２１における第１フレーム周期における電荷量Ｑ２と電荷量Ｑ４とを比較し、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４を超えるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４を超えている場合、処理をステップＳ１０６へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４以下である場合、処理をステップＳ１０７へ進める。
【0088】
ステップＳ１０６：
距離演算部４２は、電荷量Ｑ２を電荷量Ｑ３により除算することにより電荷量比αを求める。
そして、距離演算部４２は、電荷量比αと予め設定された閾値範囲とを比較し、電荷量比αが当該閾値範囲内であるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量比αが閾値範囲内である場合、処理をステップＳ１０８へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量比αが閾値範囲外である場合、処理をステップＳ１０９へ進める。
距離演算部４２は、電荷量Ｑ２を電荷量Ｑ３により除算することにより電荷量比αを求める。
そして、距離演算部４２は、電荷量比αと予め設定された閾値範囲とを比較し、電荷量比αが当該閾値範囲内であるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量比αが閾値範囲内である場合、処理をステップＳ１０８へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量比αが閾値範囲外である場合、処理をステップＳ１０９へ進める。
【0089】
ステップＳ１０７：
距離演算部４２は、電荷量Ｑ２を電荷量Ｑ３で除算することにより電荷量比βを求める。
そして、距離演算部４２は、電荷量比βと予め設定された閾値とを比較し、電荷量比βが当該閾値以下であるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量比βが閾値範囲内である場合、処理をステップＳ１０８へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量比βが閾値範囲外である場合、処理をステップＳ１０９へ進める。
距離演算部４２は、電荷量Ｑ２を電荷量Ｑ３で除算することにより電荷量比βを求める。
そして、距離演算部４２は、電荷量比βと予め設定された閾値とを比較し、電荷量比βが当該閾値以下であるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量比βが閾値範囲内である場合、処理をステップＳ１０８へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量比βが閾値範囲外である場合、処理をステップＳ１０９へ進める。
【0090】
ステップＳ１０８：
距離演算部４２は、電荷量比αあるいは電荷量比βが閾値範囲内であるため、第１測定距離の分解能が所定の精度を満たしているとして、第１測定距離を処理対象の画素における、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
距離演算部４２は、電荷量比αあるいは電荷量比βが閾値範囲内であるため、第１測定距離の分解能が所定の精度を満たしているとして、第１測定距離を処理対象の画素における、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
【0091】
ステップＳ１０９：
距離演算部４２は、電荷量比αあるいは電荷量比βが閾値範囲外であるため、第１測定距離の分解能が所定の精度を満たしていないとして、第２測定距離を処理対象の画素における、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
距離演算部４２は、電荷量比αあるいは電荷量比βが閾値範囲外であるため、第１測定距離の分解能が所定の精度を満たしていないとして、第２測定距離を処理対象の画素における、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
【0092】
ステップＳ１１０：
距離演算部４２は、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を求める処理を全ての画素回路３２１に対して行ったか否かの判定、すなわち距離画像センサ３２における全ての画素の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４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の距離の算出が終了した場合、処理をステップＳ１１１へ進める。
一方、距離演算部４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の距離の算出が終了していない場合、処理をステップＳ１０５へ進める。
距離演算部４２は、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を求める処理を全ての画素回路３２１に対して行ったか否かの判定、すなわち距離画像センサ３２における全ての画素の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４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の距離の算出が終了した場合、処理をステップＳ１１１へ進める。
一方、距離演算部４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の距離の算出が終了していない場合、処理をステップＳ１０５へ進める。
【0093】
ステップＳ１１１：
距離演算部４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の各々が、第１測定距離あるいは第２測定距離として決定した場合、この画素毎における距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を有する撮像画像を外部装置に出力し（外部記憶装置に書き込む処理も含む）、処理をステップＳ１０１へ進める。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の各々が、第１測定距離あるいは第２測定距離として決定した場合、この画素毎における距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を有する撮像画像を外部装置に出力し（外部記憶装置に書き込む処理も含む）、処理をステップＳ１０１へ進める。
【0094】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
第２の実施形態の距離画像撮像装置１の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様の構成である。以下、第２の実施形態においては、第１の実施形態と異なる動作のみを説明する。また、第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様に一個の撮像画像を撮像するために、第１フレーム周期及び第３フレーム周期の２個のフレーム周期を用いる。
以下、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
第２の実施形態の距離画像撮像装置１の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様の構成である。以下、第２の実施形態においては、第１の実施形態と異なる動作のみを説明する。また、第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様に一個の撮像画像を撮像するために、第１フレーム周期及び第３フレーム周期の２個のフレーム周期を用いる。
【0095】
そして、第１の実施形態と異なる動作は、第３フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を供給するタイミングである。
第１の実施形態においては、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々の出力タイミング（第１蓄積周期）に対して、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を供給する出力タイミングを遅延させる処理（第２蓄積周期とする処理）を行っている。
しかしながら、第２の実施形態においては、第１フレーム周期に対して、第３フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を供給する出力タイミングを早める処理（第３蓄積周期とする処理）を行う。
第１の実施形態においては、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々の出力タイミング（第１蓄積周期）に対して、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を供給する出力タイミングを遅延させる処理（第２蓄積周期とする処理）を行っている。
しかしながら、第２の実施形態においては、第１フレーム周期に対して、第３フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を供給する出力タイミングを早める処理（第３蓄積周期とする処理）を行う。
【0096】
第１の実施形態と同様に、測定制御部４３は、第１フレームにおいて、画素駆動回路３２２が、図３に示すように、光パルスＰＯに同期した蓄積周期である第１蓄積周期で、光パルスＰＯと同一幅の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、順次、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれに供給させるようにタイミング制御部４１を制御する。
【0097】
一方、測定制御部４３は、第３フレームにおいて、画素駆動回路３２２が、図３に示す光パルスＰＯに対して、光パルスＰＯの放射されるタイミングに対して、光パルスＰＯのパルス幅（時間Ｔｏ）の１／２の時間を早めさせた蓄積周期である第３蓄積周期で、光パルスＰＯと同一パルス幅の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、順次、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４のそれぞれに供給させるようにタイミング制御部４１を制御する。
【0098】
上述した説明において、測定制御部４３は、タイミング制御部４１に対して、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミングに対して、第３フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸを所定の時間として早めさせる制御を画素駆動回路３２２に行わせる制御をしている。
しかしながら、測定制御部４３は、第１フレーム周期及び第３フレーム周期において、蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミングを変化させず、第３フレーム周期において、光パルスＰＯの照射するタイミングを第１フレーム周期に対して、光源装置２１が当該光パルスＰＯのパルス幅（時間Ｔｏ）の１／２の時間を遅延させる制御を、タイミング制御部４１に対して行ってもよい。この場合、光パルスＰＯの照射タイミングを基準として、相対的に、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミングに対して、第３フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸを所定の時間として早めさせたことと同一となる。
しかしながら、測定制御部４３は、第１フレーム周期及び第３フレーム周期において、蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミングを変化させず、第３フレーム周期において、光パルスＰＯの照射するタイミングを第１フレーム周期に対して、光源装置２１が当該光パルスＰＯのパルス幅（時間Ｔｏ）の１／２の時間を遅延させる制御を、タイミング制御部４１に対して行ってもよい。この場合、光パルスＰＯの照射タイミングを基準として、相対的に、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸの出力タイミングに対して、第３フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸを所定の時間として早めさせたことと同一となる。
【0099】
図７は、第１の実施形態における第１フレーム周期及び第３フレーム周期の各々における光電変換素子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。
また、第１フレーム周期と第３フレーム周期との各々における、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４のそれぞれの供給されるタイミングを比較するため、図３における駆動信号ＲＳＴＤの波形は省略している。
また、第１フレーム周期と第３フレーム周期との各々における、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４のそれぞれの供給されるタイミングを比較するため、図３における駆動信号ＲＳＴＤの波形は省略している。
【0100】
ここで、図７（ａ）の第１フレーム周期は、すでに説明した図３に示すタイミングチャートと同様である。
画素駆動回路３２２は、第１フレーム周期において、光パルスＰＯに対して、蓄積駆動信号ＴＸ２が同期する蓄積周期（第１蓄積周期）として、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を出力している。また、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、それぞれ連続する蓄積周期毎に順次出力している。
画素駆動回路３２２は、第１フレーム周期において、光パルスＰＯに対して、蓄積駆動信号ＴＸ２が同期する蓄積周期（第１蓄積周期）として、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を出力している。また、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、それぞれ連続する蓄積周期毎に順次出力している。
【0101】
この図７（ａ）の第１フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ２に比較して長い。
一方、図７（ａ）の第３フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期（第３蓄積周期）における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ２の蓄積周期（第３蓄積周期）の方が、蓄積駆動信号ＴＸ３に比較して長い。
一方、図７（ａ）の第３フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期（第３蓄積周期）における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ２の蓄積周期（第３蓄積周期）の方が、蓄積駆動信号ＴＸ３に比較して長い。
【0102】
また、画素駆動回路３２２は、第３フレーム周期において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、第１フレームに比較して、それぞれ所定の時間早く供給している（パルス幅Ｔｏの１／２の時間早く供給している）。
ここで、距離演算部４２は、第１フレーム周期において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（１）により算出した遅延時間Ｔｄから、距離として第１測定距離を求める。
ここで、距離演算部４２は、第１フレーム周期において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（１）により算出した遅延時間Ｔｄから、距離として第１測定距離を求める。
【0103】
また、距離演算部４２は、第３フレーム周期においても、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、下記（５）により算出した遅延時間Ｔｄから、距離として第３測定距離を求める。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（Ｑ３－Ｑ１）／（Ｑ２＋Ｑ３－２×Ｑ１）－Ｒａ×Ｔｏ …（５）
ここで、係数Ｒａは、早めさせた（シフトさせた）時間を、パルス幅Ｔｏで除算した係数である。例えば、パルス幅Ｔｏの半分の時間を早めた場合、係数Ｒａは、１／２である。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（Ｑ３－Ｑ１）／（Ｑ２＋Ｑ３－２×Ｑ１）－Ｒａ×Ｔｏ …（５）
ここで、係数Ｒａは、早めさせた（シフトさせた）時間を、パルス幅Ｔｏで除算した係数である。例えば、パルス幅Ｔｏの半分の時間を早めた場合、係数Ｒａは、１／２である。
【0104】
そして、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが予め設定した所定の閾値範囲内である場合、例えば、１／２を超え、かつ２未満である（１／２＜α＜２である）場合、第１フレーム周期で算出した遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0105】
図７（ｂ）においても、画素駆動回路３２２は、第３フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、第１フレーム周期に比較して、それぞれ所定の時間早く供給している（パルス幅Ｔｏの１／２の時間早く供給している）。また、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、それぞれ連続する蓄積周期（第３蓄積周期）毎に順次出力している。
【0106】
この図７（ｂ）の第１フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ２の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ３に比較して長い。
一方、図７（ｂ）の第３フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ２に比較して長い。
一方、図７（ｂ）の第３フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ２に比較して長い。
【0107】
ここで、距離演算部４２は、第１フレーム周期において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（１）式により距離として第１測定距離を求める。
また、距離演算部４２は、第３フレーム周期においても、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（５）式により求めた遅延時間Ｔｄから求めた第３測定距離を、対応する画素の距離とする。
また、距離演算部４２は、第３フレーム周期においても、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（５）式により求めた遅延時間Ｔｄから求めた第３測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0108】
そして、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが上記閾値範囲の外である場合、１／２＜α＜２でない（α≦１／２またはα≧２である）場合、第３フレーム周期で算出した第３測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0109】
図７（ｃ）においても、画素駆動回路３２２は、第３フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、第１フレーム周期に比較して、それぞれ所定の時間早く供給している（パルス幅Ｔｏの１／２の時間早く供給している）。また、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、それぞれ連続する蓄積周期毎に順次出力している。図７（ｃ）の場合、電荷蓄積部ＣＳ３及びＣＳ４に反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤで発生した電荷が振分けられて蓄積されている。
【0110】
この図７（ｃ）の第１フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ２の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ３に比較して長い。
一方、図７（ｃ）の第３フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ２に比較して長い。
一方、図７（ｃ）の第３フレーム周期の場合、蓄積駆動信号ＴＸ２及びＴＸ３の各々の蓄積周期における反射光ＲＬが入射される時間は、蓄積駆動信号ＴＸ３の蓄積周期の方が、蓄積駆動信号ＴＸ２に比較して長い。
【0111】
ここで、距離演算部４２は、第１フレーム周期において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（２）式により算出した遅延時間から、距離として第１測定距離を求める。
また、距離演算部４２は、第３フレーム周期においても、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（５）式により算出した遅延時間から、距離として第３測定距離を求める。
また、距離演算部４２は、第３フレーム周期においても、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３で蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３のそれぞれを用いて、上記（５）式により算出した遅延時間から、距離として第３測定距離を求める。
【0112】
そして、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ２を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが上記閾値範囲の外である場合、１／２＜α＜２でない（α≦１／２またはα≧２である）、第１フレーム周期で算出した遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが上記閾値範囲の外である場合、１／２＜α＜２でない（α≦１／２またはα≧２である）場合、第３フレーム周期で算出した第３測定距離を、対応する画素の距離とする。
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが上記閾値範囲の外である場合、１／２＜α＜２でない（α≦１／２またはα≧２である）場合、第３フレーム周期で算出した第３測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0113】
図８は、第２の実施形態における第１フレーム周期及び第３フレーム周期における距離分解能を説明する図である。
図８（ａ）は、第１フレーム周期における測定する距離及び距離分解能の各々の対応関係を示しており、横軸が測定する距離を示し、縦軸が距離分解能を示している。
第１フレーム周期において、図７（ａ）や図７（ｂ）の第１フレームに示されるように、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２に比較して、減少するに従い、図８（ａ）に示す曲線４１１における距離４ｍから５ｍの距離範囲に示されるように、距離分解能が大きくなり、距離の測定の精度が低下していく。
図８（ａ）は、第１フレーム周期における測定する距離及び距離分解能の各々の対応関係を示しており、横軸が測定する距離を示し、縦軸が距離分解能を示している。
第１フレーム周期において、図７（ａ）や図７（ｂ）の第１フレームに示されるように、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２に比較して、減少するに従い、図８（ａ）に示す曲線４１１における距離４ｍから５ｍの距離範囲に示されるように、距離分解能が大きくなり、距離の測定の精度が低下していく。
【0114】
一方、図８（ｂ）は、第３フレーム周期における、第１フレーム周期に対して蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、時間Ｔｏ／２早めさせた場合の距離及び距離分解能の各々の対応関係を示している。図８（ｂ）は、横軸が測定する距離を示し、縦軸が距離分解能を示している。
図７（ａ）や図７（ｂ）の第３フレーム周期で示されるように、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を早めさせることにより、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３と、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２との比αは１／２に近づく。
これにより、図７（ａ）や図７（ｂ）の第３フレームに示されるように、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２に近づいて同等となるため、図８（ｂ）に示す曲線４１２における距離４ｍから５ｍの距離範囲に示されるように、距離分解能が低くなり、距離の測定の精度が低下していない。
図７（ａ）や図７（ｂ）の第３フレーム周期で示されるように、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を早めさせることにより、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３と、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２との比αは１／２に近づく。
これにより、図７（ａ）や図７（ｂ）の第３フレームに示されるように、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２に近づいて同等となるため、図８（ｂ）に示す曲線４１２における距離４ｍから５ｍの距離範囲に示されるように、距離分解能が低くなり、距離の測定の精度が低下していない。
【0115】
しかしながら、第３フレーム周期において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を、第１フレーム周期に対して早めさせたため、図７（ｃ）に示すように、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２が低下する。
そして、図８（ｂ）に示すように、距離６ｍから８ｍにおける距離分解能が、図８（ａ）の距離６ｍから８ｍにおける距離分解能に対して大きくなり、距離の測定の精度が低下する。
この図７（ｃ）の場合、距離演算部４２は、すでに説明したように、電荷量比αが、所定の閾値範囲外、例えば１／２＜α＜２の範囲外であるため、第１フレーム周期で算出した遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
そして、図８（ｂ）に示すように、距離６ｍから８ｍにおける距離分解能が、図８（ａ）の距離６ｍから８ｍにおける距離分解能に対して大きくなり、距離の測定の精度が低下する。
この図７（ｃ）の場合、距離演算部４２は、すでに説明したように、電荷量比αが、所定の閾値範囲外、例えば１／２＜α＜２の範囲外であるため、第１フレーム周期で算出した遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0116】
上述した図８（ａ）及び図８（ｂ）の各々において示したように、測定する距離により距離分解能が変化し、また、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を早めさせることにより、距離分解能が大きくなり、距離の測定の精度が低下する領域も同様に早まる。
したがって、距離分解能が低下する距離範囲に対応させ、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を早めさせることにより、距離分解能が大きくなり、距離の測定の精度が低下する距離範囲を調整することができる。
したがって、距離分解能が低下する距離範囲に対応させ、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を早めさせることにより、距離分解能が大きくなり、距離の測定の精度が低下する距離範囲を調整することができる。
【0117】
そして、距離演算部４２は、比α及び比βの各々と、閾値とを比較することにより、第１フレーム周期で求めた第１測定距離、第３フレーム周期で求めた第３測定距離のいずれを、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離として用いるかを判定している。
この結果、本実施形態によれば、図８（ｃ）に示すように、距離範囲５１１及び５１３は第１フレーム周期における第１測定距離を採用し、距離範囲５１２は第３フレーム周期における第３測定距離を採用している。これにより、距離分解能の増加による距離の測定の精度の低下と測定する距離の増加とを線形に近い関係（実線の曲線４１３）とすることができ、測定する距離の精度を従来の第１フレーム周期のみの場合に比較して向上させることができる。
この結果、本実施形態によれば、図８（ｃ）に示すように、距離範囲５１１及び５１３は第１フレーム周期における第１測定距離を採用し、距離範囲５１２は第３フレーム周期における第３測定距離を採用している。これにより、距離分解能の増加による距離の測定の精度の低下と測定する距離の増加とを線形に近い関係（実線の曲線４１３）とすることができ、測定する距離の精度を従来の第１フレーム周期のみの場合に比較して向上させることができる。
【0118】
また、距離の演算に用いる２個の電荷蓄積部ＣＳ、例えば電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３において、一方の電荷蓄積部ＣＳ２の蓄積される電荷量Ｑ２が、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤに生成される電荷の全てが振り分けられることで最低値に近づく場合、他方の電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が最小値に近づく。
このため、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を早めさせる時間をＴｏ／２とすることにより、上記電荷量Ｑ２、Ｑ３のそれぞれは１：１の電荷量比に近づき、最も距離分解能が低い距離範囲を、最も距離分解能が高い距離範囲に変更することができる。
したがって、上記閾値は、１／２が最も望ましい値であるが、早めさせることにより距離分解能を改善することが可能であるため、任意の数値に設定する構成としてもよい。
このため、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を早めさせる時間をＴｏ／２とすることにより、上記電荷量Ｑ２、Ｑ３のそれぞれは１：１の電荷量比に近づき、最も距離分解能が低い距離範囲を、最も距離分解能が高い距離範囲に変更することができる。
したがって、上記閾値は、１／２が最も望ましい値であるが、早めさせることにより距離分解能を改善することが可能であるため、任意の数値に設定する構成としてもよい。
【0119】
また、第３フレーム周期の蓄積期間における、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳへの電荷の振分け回数を、第１フレーム周期に比較して減少させる構成としてもよい。
すなわち、第３フレーム周期の第２測定距離が選択される場合、被写体Ｓまでの距離が近いことを示している。
このため、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷量Ｑを減少させることにより、蓄積される電荷量が電荷蓄積部ＣＳの容量を超えることを抑制し、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離の測定精度を向上させることができる。
すなわち、第３フレーム周期の第２測定距離が選択される場合、被写体Ｓまでの距離が近いことを示している。
このため、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷量Ｑを減少させることにより、蓄積される電荷量が電荷蓄積部ＣＳの容量を超えることを抑制し、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離の測定精度を向上させることができる。
【0120】
図９は、第２の実施形態の距離画像撮像装置１による距離画像センサ３２と被写体Ｓとの距離の算出の処理の動作例を示すフローチャートである。第１の実施形態と同様に、距離画像の撮像処理が第１フレーム周期及び第３フレーム周期の２個のフレーム周期により行われる。
【0121】
ステップＳ２０１：
画素駆動回路３２２は、第１フレームにおいて、測定制御部４３の制御により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する、光電変換素子ＰＤからの電荷の振分けの処理を行う。
このとき、画素駆動回路３２２は、画素回路３２１の各々（画素単位）において、図３または図７に示す第１フレーム周期の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれ対応する蓄積周期において、電荷の振り分けを行う。
ここで、すでに述べたように、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する電荷の蓄積を行う振分け回数（蓄積周期の数）は、フレーム周期における蓄積期間において複数個存在する。
画素駆動回路３２２は、第１フレームにおいて、測定制御部４３の制御により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する、光電変換素子ＰＤからの電荷の振分けの処理を行う。
このとき、画素駆動回路３２２は、画素回路３２１の各々（画素単位）において、図３または図７に示す第１フレーム周期の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれ対応する蓄積周期において、電荷の振り分けを行う。
ここで、すでに述べたように、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する電荷の蓄積を行う振分け回数（蓄積周期の数）は、フレーム周期における蓄積期間において複数個存在する。
【0122】
ステップＳ２０２：
画素駆動回路３２２は、第１フレーム周期における蓄積期間が終了した場合、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積されている電荷量Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３、Ｑ４のそれぞれに対応する電圧である画素信号を、距離演算部４２に対して出力する。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２の画素毎に設けられている画素回路３２１の各々から供給される画素信号（電荷量に相当）に基づき、遅延時間Ｔｄの算出を行う。
画素駆動回路３２２は、第１フレーム周期における蓄積期間が終了した場合、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積されている電荷量Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３、Ｑ４のそれぞれに対応する電圧である画素信号を、距離演算部４２に対して出力する。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２の画素毎に設けられている画素回路３２１の各々から供給される画素信号（電荷量に相当）に基づき、遅延時間Ｔｄの算出を行う。
【0123】
このとき、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ２が大きい場合、上記（１）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ４が大きい場合、上記（２）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
そして、距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに基づいて第１測定距離を算出する。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ４が大きい場合、上記（２）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
そして、距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに基づいて第１測定距離を算出する。
【0124】
ステップＳ２０３：
画素駆動回路３２２は、第３フレームにおいて、測定制御部４３の制御により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する、光電変換素子ＰＤからの電荷の振分けの処理を行う。
このとき、画素駆動回路３２２は、画素回路３２１の各々（画素単位）において、図７に示す第３フレーム周期の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれに電荷の振り分けを行う。
画素駆動回路３２２は、第３フレームにおいて、測定制御部４３の制御により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する、光電変換素子ＰＤからの電荷の振分けの処理を行う。
このとき、画素駆動回路３２２は、画素回路３２１の各々（画素単位）において、図７に示す第３フレーム周期の蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれに電荷の振り分けを行う。
【0125】
すなわち、画素駆動回路３２２は、第１フレーム周期に対して所定の時間早めさせた（早めた）蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれ対応する蓄積周期において、電荷の振り分けを行う。
ここで、第１の実施形態と同様に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する電荷の蓄積を行う振分け回数（蓄積周期の数）は、フレーム周期における蓄積期間において複数個存在する。
ここで、第１の実施形態と同様に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に対する電荷の蓄積を行う振分け回数（蓄積周期の数）は、フレーム周期における蓄積期間において複数個存在する。
【0126】
ステップＳ２０４：
画素駆動回路３２２は、第３フレーム周期における蓄積期間が終了した場合、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積されている電荷量Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３、Ｑ４のそれぞれに対応する電圧である画素信号を、距離演算部４２に対して出力する。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２の画素毎に設けられている画素回路３２１の各々から供給される画素信号（すなわち、電荷量）に基づき、遅延時間Ｔｄの算出を行う。
画素駆動回路３２２は、第３フレーム周期における蓄積期間が終了した場合、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積されている電荷量Ｑ１、Ｑ２，Ｑ３、Ｑ４のそれぞれに対応する電圧である画素信号を、距離演算部４２に対して出力する。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２の画素毎に設けられている画素回路３２１の各々から供給される画素信号（すなわち、電荷量）に基づき、遅延時間Ｔｄの算出を行う。
【0127】
このとき、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ２が大きい場合、上記（５）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ４が大きい場合、以下の（６）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ４－Ｑ１）／（Ｑ３＋Ｑ４－２×Ｑ１）－Ｒａ×Ｔｏ…（６）
ここで、係数Ｒａは、早めさせた時間を、パルス幅Ｔｏで除算した係数である。
そして、距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに基づいて第３測定距離を算出する。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２及びＱ４の各々を比較し、電荷量Ｑ４が大きい場合、以下の（６）式により遅延時間Ｔｄの算出を行なう。
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ４－Ｑ１）／（Ｑ３＋Ｑ４－２×Ｑ１）－Ｒａ×Ｔｏ…（６）
ここで、係数Ｒａは、早めさせた時間を、パルス幅Ｔｏで除算した係数である。
そして、距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに基づいて第３測定距離を算出する。
【0128】
ステップＳ２０５：
距離演算部４２は、処理が終了していない画素回路３２１のいずれかを処理対象の画素として選択し、当該画素回路３２１における第１フレーム周期における電荷量Ｑ２と電荷量Ｑ４とを比較し、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４を超えるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４を超えている場合、処理をステップＳ２０６へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４以下である場合、処理をステップＳ２０７へ進める。
距離演算部４２は、処理が終了していない画素回路３２１のいずれかを処理対象の画素として選択し、当該画素回路３２１における第１フレーム周期における電荷量Ｑ２と電荷量Ｑ４とを比較し、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４を超えるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４を超えている場合、処理をステップＳ２０６へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量Ｑ２が電荷量Ｑ４以下である場合、処理をステップＳ２０７へ進める。
【0129】
ステップＳ２０６：
距離演算部４２は、電荷量Ｑ２を電荷量Ｑ３により除算することにより電荷量比αを求める。
そして、距離演算部４２は、電荷量比αと予め設定された閾値範囲とを比較し、電荷量比αが当該閾値範囲内であるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量比αが閾値範囲内である場合、処理をステップＳ２０８へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量比αが閾値範囲外である場合、処理をステップＳ２０９へ進める。
距離演算部４２は、電荷量Ｑ２を電荷量Ｑ３により除算することにより電荷量比αを求める。
そして、距離演算部４２は、電荷量比αと予め設定された閾値範囲とを比較し、電荷量比αが当該閾値範囲内であるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量比αが閾値範囲内である場合、処理をステップＳ２０８へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量比αが閾値範囲外である場合、処理をステップＳ２０９へ進める。
【0130】
ステップＳ２０７：
距離演算部４２は、電荷量Ｑ２を電荷量Ｑ３により除算することにより電荷量比βを求める。
そして、距離演算部４２は、電荷量比βと予め設定された閾値範囲とを比較し、電荷量比βが当該閾値範囲内であるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量比βが閾値範囲内である場合、処理をステップＳ２０８へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量比βが閾値範囲外である場合、処理をステップＳ２０９へ進める。
距離演算部４２は、電荷量Ｑ２を電荷量Ｑ３により除算することにより電荷量比βを求める。
そして、距離演算部４２は、電荷量比βと予め設定された閾値範囲とを比較し、電荷量比βが当該閾値範囲内であるか否かの判定を行う。
このとき、距離演算部４２は、電荷量比βが閾値範囲内である場合、処理をステップＳ２０８へ進める。
一方、距離演算部４２は、電荷量比βが閾値範囲外である場合、処理をステップＳ２０９へ進める。
【0131】
ステップＳ２０８：
距離演算部４２は、電荷量比αあるいは電荷量比βが閾値範囲内であるため、第１測定距離の分解能が所定の精度を満たしているとして、第１測定距離を処理対象の画素における、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
距離演算部４２は、電荷量比αあるいは電荷量比βが閾値範囲内であるため、第１測定距離の分解能が所定の精度を満たしているとして、第１測定距離を処理対象の画素における、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
【0132】
ステップＳ２０９：
距離演算部４２は、電荷量比αあるいは電荷量比βが閾値範囲外であるため、第１測定距離の分解能が所定の精度を満たしていないとして、第３測定距離を処理対象の画素における、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
距離演算部４２は、電荷量比αあるいは電荷量比βが閾値範囲外であるため、第１測定距離の分解能が所定の精度を満たしていないとして、第３測定距離を処理対象の画素における、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
【0133】
ステップＳ２１０：
距離演算部４２は、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を求める処理を全ての画素回路３２１に対して行ったか否かの判定、すなわち距離画像センサ３２における全ての画素の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４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の距離の算出が終了した場合、処理をステップＳ２１１へ進める。
一方、距離演算部４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の距離の算出が終了していない場合、処理をステップＳ２０５へ進める。
距離演算部４２は、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を求める処理を全ての画素回路３２１に対して行ったか否かの判定、すなわち距離画像センサ３２における全ての画素の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４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の距離の算出が終了した場合、処理をステップＳ２１１へ進める。
一方、距離演算部４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の距離の算出が終了していない場合、処理をステップＳ２０５へ進める。
【0134】
ステップＳ２１１：
距離演算部４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の各々が、第１測定距離あるいは第３測定距離として決定した場合、この画素毎における距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を有する撮像画像を外部装置に出力し（外部記憶装置に書き込む処理も含む）、処理をステップＳ２０１へ進める。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２における全ての画素の各々が、第１測定距離あるいは第３測定距離として決定した場合、この画素毎における距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を有する撮像画像を外部装置に出力し（外部記憶装置に書き込む処理も含む）、処理をステップＳ２０１へ進める。
【0135】
＜第３の実施形態＞
以下、本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
第３の実施形態の距離画像撮像装置１の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様の構成である。以下、第３の実施形態においては、第１の実施形態と異なる動作のみを説明する。また、第３の実施形態においては、第１の実施形態と異なり、一個の撮像画像を撮像するために、第１フレーム周期、第２フレーム周期及び第３フレーム周期の各々の３個のフレーム周期を用いる。
以下、本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
第３の実施形態の距離画像撮像装置１の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様の構成である。以下、第３の実施形態においては、第１の実施形態と異なる動作のみを説明する。また、第３の実施形態においては、第１の実施形態と異なり、一個の撮像画像を撮像するために、第１フレーム周期、第２フレーム周期及び第３フレーム周期の各々の３個のフレーム周期を用いる。
【0136】
また、本実施形態においては、第１フレーム周期を中央のフレーム周期として、第１フレーム周期の直前のフレーム周期として第２の実施形態における第３フレーム周期が設けられ、第１フレーム周期の直後のフレーム周期として第１の実施形態における第２フレーム周期が設けられた３個のフレーム周期により、１つの距離画像の撮像を行う。
例えば、電荷蓄積部ＣＳ２及び電荷蓄積部ＣＳ３の各々に、反射光ＲＬにより発生した電荷が光電変換素子ＰＤから振り分けられる場合、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αを求める。
例えば、電荷蓄積部ＣＳ２及び電荷蓄積部ＣＳ３の各々に、反射光ＲＬにより発生した電荷が光電変換素子ＰＤから振り分けられる場合、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αを求める。
【0137】
そして、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが１／２を超え、かつ２未満である（１／２＜α＜２）場合、第１及び第２の実施形態と同様に、第１フレームにおいて遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが１／２以下（α≦１／２）の場合、第１の実施形態と同様に、第２フレームにおいて算出した遅延時間Ｔｄから求めた第２測定距離を測定距離とする。
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが２以上（α≧２）の場合、第２の実施形態と同様に、第３フレームにおいて遅延時間Ｔｄから求めた算出した第３測定距離を測定距離とする。
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが１／２以下（α≦１／２）の場合、第１の実施形態と同様に、第２フレームにおいて算出した遅延時間Ｔｄから求めた第２測定距離を測定距離とする。
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３で除算した電荷量比αが２以上（α≧２）の場合、第２の実施形態と同様に、第３フレームにおいて遅延時間Ｔｄから求めた算出した第３測定距離を測定距離とする。
【0138】
また、例えば、電荷蓄積部ＣＳ３及び電荷蓄積部ＣＳ４の各々に、反射光ＲＬにより発生した電荷が光電変換素子ＰＤから振り分けられる場合、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３を電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される電荷量Ｑ４で除算した電荷量比βを求める。
そして、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される電荷量Ｑ４で除算した電荷量比βが予め設定した所定の閾値範囲内である場合、例えば、１／２を超え、かつ２未満である（１／２＜β＜２である）場合、第１フレーム周期で算出した遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
そして、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される電荷量Ｑ４で除算した電荷量比βが予め設定した所定の閾値範囲内である場合、例えば、１／２を超え、かつ２未満である（１／２＜β＜２である）場合、第１フレーム周期で算出した遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を、対応する画素の距離とする。
【0139】
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される電荷量Ｑ４で除算した電荷量比βが上記閾値範囲の外である場合、１／２以下（β≦１／２）の場合、第１の実施形態と同様に、第２フレームにおいて算出した第２測定距離を測定距離とする。
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される電荷量Ｑ４で除算した電荷量比βが２以上（β≧２）の場合、第２の実施形態と同様に、第３フレームにおいて算出した第３測定距離を測定距離とする。
また、距離演算部４２は、第１フレーム周期における電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３を、予め設定した電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される電荷量Ｑ４で除算した電荷量比βが２以上（β≧２）の場合、第２の実施形態と同様に、第３フレームにおいて算出した第３測定距離を測定距離とする。
【0140】
そして、距離演算部４２は、比α及び比βの各々と、閾値範囲とを比較することにより、第１フレーム周期で求めた第１測定距離、第２フレーム周期で求めた第２測定距離、第３フレーム周期で求めた第３測定距離のいずれを、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離として用いるかを判定している。
この結果、本実施形態によれば、図５（ｃ）に示すように、距離範囲５０１及び５０３は第１フレーム周期における第１測定距離を採用し、距離範囲５０２及び５０４は第２時レーム周期における第２測定距離を採用している。これにより、距離分解能の増加による距離の測定の精度の低下と測定する距離の増加とを線形に近い関係（実線の曲線４０３）とすることができ、測定する距離の精度を従来の第１フレーム周期のみの場合に比較して向上させることができる。
この結果、本実施形態によれば、図５（ｃ）に示すように、距離範囲５０１及び５０３は第１フレーム周期における第１測定距離を採用し、距離範囲５０２及び５０４は第２時レーム周期における第２測定距離を採用している。これにより、距離分解能の増加による距離の測定の精度の低下と測定する距離の増加とを線形に近い関係（実線の曲線４０３）とすることができ、測定する距離の精度を従来の第１フレーム周期のみの場合に比較して向上させることができる。
【0141】
また、この結果、本実施形態によれば、図８（ｃ）に示すように、距離範囲５１１及び５１３は第１フレーム周期における第１測定距離を採用し、距離範囲５０２は第２フレーム周期における第３測定距離を採用している。これにより、距離分解能の増加による距離の測定の精度の低下と測定する距離の増加とを線形に近い関係（実線の曲線４１３）とすることができ、測定する距離の精度を従来の第１フレーム周期のみの場合に比較して向上させることができる。
【0142】
また、距離の演算に用いる２個の電荷蓄積部ＣＳ、例えば電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３において、一方の電荷蓄積部ＣＳ２の蓄積される電荷量Ｑ２が０（最低値）に近づく場合、他方の電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が最大値に近づく。
一方の電荷蓄積部ＣＳ２に対し、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤで生成される電荷の全てが振り分けられる場合（電荷量Ｑ２が最大値に近づく場合）、他方の電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が最小値に近づく。
一方の電荷蓄積部ＣＳ２に対し、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤで生成される電荷の全てが振り分けられる場合（電荷量Ｑ２が最大値に近づく場合）、他方の電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が最小値に近づく。
【0143】
このため、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延させる、あるいは早めさせる時間をＴｏ／２とすることにより、上記電荷量Ｑ２、Ｑ３のそれぞれは１：１の電荷量比に近づき、最も距離分解能が大きくて測定の精度が低い距離範囲を、最も距離分解能が小さくて測定の精度が高い距離範囲に変更することができる。
したがって、上記閾値は、１／２が最も望ましい値であるが、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延、あるいは早めさせることにより距離分解能を改善することが可能であるため、任意の数値に設定する構成としてもよい。
したがって、上記閾値は、１／２が最も望ましい値であるが、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延、あるいは早めさせることにより距離分解能を改善することが可能であるため、任意の数値に設定する構成としてもよい。
【0144】
＜第４の実施形態＞
以下、本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。
第４の実施形態の距離画像撮像装置１の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様の構成である。以下、第４の実施形態においては、第１の実施形態と異なる動作のみを説明する。また、第４の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、一個の撮像画像を撮像するために２個のフレーム周期を用いる。
しかしながら、第４の実施形態においては、第１フレーム周期及び第１フレーム周期との２個のフレーム周期を用いる場合と、第１フレーム周期及び第２フレーム周期（第１の実施形態）との２個のフレーム周期を用いる場合と、第１フレーム周期及び第３フレーム周期（第２の実施形態）との２個のフレーム周期を用いる場合との各々を、所定の条件により選択して距離画像を撮像する。
以下、本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。
第４の実施形態の距離画像撮像装置１の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様の構成である。以下、第４の実施形態においては、第１の実施形態と異なる動作のみを説明する。また、第４の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、一個の撮像画像を撮像するために２個のフレーム周期を用いる。
しかしながら、第４の実施形態においては、第１フレーム周期及び第１フレーム周期との２個のフレーム周期を用いる場合と、第１フレーム周期及び第２フレーム周期（第１の実施形態）との２個のフレーム周期を用いる場合と、第１フレーム周期及び第３フレーム周期（第２の実施形態）との２個のフレーム周期を用いる場合との各々を、所定の条件により選択して距離画像を撮像する。
【0145】
距離画像センサ３２において、予めフレーム周期の選択の判定を行う画素領域、すなわち画素回路３２１の領域（例えば、中央の画素領域）を判定領域として設定しておく。
この判定領域は、画素回路３２１において特に精度の高い測定を行いたい領域として、ユーザが任意に設定する。
そして、測定制御部４３は、距離画像を撮像する２個のフレーム周期において、１個目のフレーム周期を第１フレームとして画素駆動回路３２２が動作するように、タイミング制御部４１を制御する。
画素駆動回路３２２は、画素回路３２１の各々において、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を供給させ、光電変換素子ＰＤから入射光により発生した電荷を、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれに振り分ける。
この判定領域は、画素回路３２１において特に精度の高い測定を行いたい領域として、ユーザが任意に設定する。
そして、測定制御部４３は、距離画像を撮像する２個のフレーム周期において、１個目のフレーム周期を第１フレームとして画素駆動回路３２２が動作するように、タイミング制御部４１を制御する。
画素駆動回路３２２は、画素回路３２１の各々において、第１フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を供給させ、光電変換素子ＰＤから入射光により発生した電荷を、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４のそれぞれに振り分ける。
【0146】
以下、電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３の各々に、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤが生成した電荷が振り分けられる場合を説明する。
距離演算部４２は、上述した判定領域における画素回路３２１の各々において、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３により除算し、比αを算出する（第１の実施形態と同様）。
そして、距離演算部４２は、判定領域における画素回路３２１の各々の比αの平均値を求め、平均比α’とする。
距離演算部４２は、上述した判定領域における画素回路３２１の各々において、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷量Ｑ２を、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３により除算し、比αを算出する（第１の実施形態と同様）。
そして、距離演算部４２は、判定領域における画素回路３２１の各々の比αの平均値を求め、平均比α’とする。
【0147】
ここで、距離演算部４２は、平均比α’が１／２を超え、かつ２未満である（１／２＜α＜２）場合、第１及び第２の実施形態と同様に、第１フレーム周期において遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を算出する。
また、距離演算部４２は、平均比α’が１／２＜α＜２であることを示す制御信号を、測定制御部４３に対して出力する。
これにより、測定制御部４３は、距離画像を撮像する２個のフレームにおいて、２個目のフレーム周期を第２フレーム周期として画素駆動回路３２２が動作するように、タイミング制御部４１を制御する。
また、距離演算部４２は、平均比α’が１／２＜α＜２であることを示す制御信号を、測定制御部４３に対して出力する。
これにより、測定制御部４３は、距離画像を撮像する２個のフレームにおいて、２個目のフレーム周期を第２フレーム周期として画素駆動回路３２２が動作するように、タイミング制御部４１を制御する。
【0148】
距離演算部４２は、２個目のフレーム周期における第１フレーム周期において遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を算出する。
この平均比α’が１／２＜α’＜２である場合、距離演算部４２は、１個目の第１フレーム周期、２個目の第１フレーム周期のいずれかで求めた第１測定距離を、あるいは２個の第１フレーム周期で求めた第１測定距離の平均値を、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
この平均比α’が１／２＜α’＜２である場合、距離演算部４２は、１個目の第１フレーム周期、２個目の第１フレーム周期のいずれかで求めた第１測定距離を、あるいは２個の第１フレーム周期で求めた第１測定距離の平均値を、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
【0149】
一方、距離演算部４２は、平均比α’が１／２以下（α’≦１／２）である場合、第１及び第２の実施形態と同様に、第１フレーム周期において遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を算出する。
また、距離演算部４２は、平均比α’がα’≦１／２であることを示す制御信号を、測定制御部４３に対して出力する。
また、距離演算部４２は、平均比α’がα’≦１／２であることを示す制御信号を、測定制御部４３に対して出力する。
【0150】
これにより、測定制御部４３は、距離画像を撮像する２個のフレームにおいて、２個目のフレーム周期を第２フレーム周期として画素駆動回路３２２が動作するように、タイミング制御部４１を制御する。
距離演算部４２は、２個目のフレーム周期における第２フレーム周期において遅延時間Ｔｄから求めた第２測定距離を算出する。
そして、平均比α’がα’≦１／２である場合、距離演算部４２は、２個目の第２フレーム周期で求めた第２測定距離を、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
距離演算部４２は、２個目のフレーム周期における第２フレーム周期において遅延時間Ｔｄから求めた第２測定距離を算出する。
そして、平均比α’がα’≦１／２である場合、距離演算部４２は、２個目の第２フレーム周期で求めた第２測定距離を、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
【0151】
また、距離演算部４２は、平均比α’が２以上（α≧２）である場合、第１及び第２の実施形態と同様に、第１フレーム周期において遅延時間Ｔｄから求めた第１測定距離を算出する。
また、距離演算部４２は、平均比α’がα’≧２であることを示す制御信号を、測定制御部４３に対して出力する。
また、距離演算部４２は、平均比α’がα’≧２であることを示す制御信号を、測定制御部４３に対して出力する。
【0152】
これにより、測定制御部４３は、距離画像を撮像する２個のフレームにおいて、２個目のフレーム周期を第３フレーム周期として画素駆動回路３２２が動作するように、タイミング制御部４１を制御する。
距離演算部４２は、２個目のフレーム周期における第３フレーム周期において遅延時間Ｔｄから求めた第３測定距離を算出する。
そして、平均比α’がα’≧２である場合、距離演算部４２は、２個目の第３フレーム周期で求めた第３測定距離を、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
距離演算部４２は、２個目のフレーム周期における第３フレーム周期において遅延時間Ｔｄから求めた第３測定距離を算出する。
そして、平均比α’がα’≧２である場合、距離演算部４２は、２個目の第３フレーム周期で求めた第３測定距離を、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離とする。
【0153】
また、距離演算部４２は、上述した判定領域における画素回路３２１の各々において、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤで発生した電荷が電荷蓄積部ＣＳ３、ＣＳ４に振り分けられる場合、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３を、電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される電荷量Ｑ４により除算し、比βを算出する（第１の実施形態と同様）。
また、距離演算部４２は、撮像画像を撮像する２個のフレーム周期において、１個目の第１フレーム周期での判定領域における画素回路３２１の各々の比βの平均値を求め、平均比β’とする。
また、距離演算部４２は、撮像画像を撮像する２個のフレーム周期において、１個目の第１フレーム周期での判定領域における画素回路３２１の各々の比βの平均値を求め、平均比β’とする。
【0154】
そして、距離演算部４２は、平均比α’の場合と同様に、平均比β’と閾値と比較する処理を行い、第１測定距離を算出するとともに、比較結果を測定制御部４３に出力する。
これにより、測定制御部４３は、距離画像を撮像する２個のフレームにおいて、２個目のフレーム周期を第２フレーム周期あるいは第３フレーム周期として、画素駆動回路３２２が動作するように、タイミング制御部４１を制御する。
そして、距離演算部４２は、平均比α’の場合と同様に、距離画像における距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を求める。
これにより、測定制御部４３は、距離画像を撮像する２個のフレームにおいて、２個目のフレーム周期を第２フレーム周期あるいは第３フレーム周期として、画素駆動回路３２２が動作するように、タイミング制御部４１を制御する。
そして、距離演算部４２は、平均比α’の場合と同様に、距離画像における距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を求める。
【0155】
本実施形態によれば、上述した構成により、２個のフレーム周期における１個目の第１フレーム周期において、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷量Ｑの平均比（α’あるいはβ’）と閾値との比較結果に対応して、２個目のフレーム周期として第１フレーム周期による稼働を選択した場合、距離範囲５０１及び５０３において第１フレーム周期における第１測定距離を採用し、一方、２個目のフレーム周期として第２フレーム周期による稼働を選択した場合、距離範囲５０２及び５０４において第２フレーム周期における第２測定距離を採用している。これにより、距離分解能の増加による距離の測定の精度の低下と測定する距離の増加とを線形に近い関係（実線の曲線４０３）とすることができ、測定する距離の精度を従来の第１フレーム周期のみの場合に比較して向上させることができる。
【0156】
同様に、本実施形態によれば、２個のフレーム周期における１個目の第１フレーム周期において、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷量Ｑの平均比（α’あるいはβ’）と閾値との比較結果に対応して、２個目のフレーム周期として第１フレーム周期による稼働を選択した場合、図８（ｃ）に示すように、距離範囲５１１及び５１３において第１フレーム周期における第１測定距離を採用し、２個目のフレーム周期として第３フレーム周期による稼働を選択した場合、距離範囲５０２において第３フレーム周期における第３測定距離を採用している。これにより、距離分解能の増加による距離の測定の精度の低下と測定する距離の増加とを線形に近い関係（実線の曲線４１３）とすることができ、測定する距離の精度を従来の第１フレーム周期のみの場合に比較して向上させることができる。
【0157】
また、距離の演算に用いる２個の電荷蓄積部ＣＳ、例えば電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３において、一方の電荷蓄積部ＣＳ２の蓄積される電荷量Ｑ２が０（最低値）に近づく場合、他方の電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が最大値に近づく。
一方の電荷蓄積部ＣＳ２に対し、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤで生成される電荷の全てが振り分けられる場合（電荷量Ｑ２が最大値に近づく場合）、他方の電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が最小値に近づく。
一方の電荷蓄積部ＣＳ２に対し、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤで生成される電荷の全てが振り分けられる場合（電荷量Ｑ２が最大値に近づく場合）、他方の電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷量Ｑ３が最小値に近づく。
【0158】
このため、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延させる、あるいは早めさせる時間をＴｏ／２とすることにより、より高い測定精度が必要な判定領域に含まれる画素回路３２１の各々においては、上記電荷量Ｑ２、Ｑ３（あるいは電荷量Ｑ３及びＱ４）のそれぞれは１：１の電荷量比に近づき、最も距離分解能が低い距離範囲を、最も距離分解能が高い距離範囲に変更することができる。
したがって、上記閾値は、１／２が最も望ましい値であるが、撮像画像を撮像する２個のフレーム周期における１個目の第１フレーム周期で判定した結果に応じて、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延、あるいは早めさせることにより距離分解能を改善することが可能であるため、任意の数値に設定する構成としてもよい。
したがって、上記閾値は、１／２が最も望ましい値であるが、撮像画像を撮像する２個のフレーム周期における１個目の第１フレーム周期で判定した結果に応じて、第２フレーム周期における蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を遅延、あるいは早めさせることにより距離分解能を改善することが可能であるため、任意の数値に設定する構成としてもよい。
【符号の説明】
【0159】
１…距離画像撮像装置
２…光源部
３…受光部
２１…光源装置
２２…拡散板
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…距離演算部
４３…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…読み出しゲートトランジスタ
ＧＤ…電荷排出トランジスタ
ＰＤ…光電変換素子
ＰＯ…光パルス
ＲＬ…反射光
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
２１…光源装置
２２…拡散板
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…距離演算部
４３…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…読み出しゲートトランジスタ
ＧＤ…電荷排出トランジスタ
ＰＤ…光電変換素子
ＰＯ…光パルス
ＲＬ…反射光
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】