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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】P2023140448
(43)【公開日】2023-10-05
(54)【発明の名称】距離画像撮像装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/497 20060101AFI20230928BHJP
G01S 7/4863 20200101ALI20230928BHJP
G01S 17/894 20200101ALI20230928BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20230928BHJP
G01C 3/06 20060101ALI20230928BHJP
【ＦＩ】
G01S7/497
G01S7/4863
G01S17/894
G01S7/481 A
G01C3/06 120Q
G01C3/06 140
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022046293
(22)【出願日】2022-03-23
(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】高橋 聡
(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
2F112CA12
2F112DA28
2F112EA05
2F112FA03
2F112FA07
2F112FA21
2F112FA23
2F112FA45
2F112FA50
2F112GA01
5J084AA04
5J084AA05
5J084AD01
5J084BA04
5J084BA05
5J084BA20
5J084BA36
5J084BA40
5J084CA03
5J084CA20
5J084CA31
5J084DA05
5J084EA12
(57)【要約】
【課題】光源以外のセンサ部分に設けた温度センサにより測定した温度を使用して容易に且つ精度よく距離を補正する。
【解決手段】光源部と、受光した光量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、及び前記電荷を排出する電荷排出部とを有する複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した蓄積タイミングで前記電荷蓄積部の各々に前記光電変換素子で発生した前記電荷を振分けて蓄積させ、前記蓄積タイミングでない期間に前記電荷排出部に前記電荷を排出させる画素駆動回路と、を有する受光部と、距離演算部と、前記受光部または前記距離演算部のいずれかである非光源部に設けられた温度センサと、前記光源部と、前記非光源部との温度差を小さくするための機構と、を備え、前記距離演算部は、前記温度センサによって測定された温度を用いて、前記計算した距離を補正する。
【選択図】図４
【解決手段】光源部と、受光した光量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、及び前記電荷を排出する電荷排出部とを有する複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した蓄積タイミングで前記電荷蓄積部の各々に前記光電変換素子で発生した前記電荷を振分けて蓄積させ、前記蓄積タイミングでない期間に前記電荷排出部に前記電荷を排出させる画素駆動回路と、を有する受光部と、距離演算部と、前記受光部または前記距離演算部のいずれかである非光源部に設けられた温度センサと、前記光源部と、前記非光源部との温度差を小さくするための機構と、を備え、前記距離演算部は、前記温度センサによって測定された温度を用いて、前記計算した距離を補正する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象である測定空間に光パルスを照射する光源部と、
受光した光量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、及び前記電荷を排出する電荷排出部とを有する複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した蓄積タイミングで前記電荷蓄積部の各々に前記光電変換素子で発生した前記電荷を振分けて蓄積させ、前記蓄積タイミングでない期間に前記電荷排出部に前記電荷を排出させる画素駆動回路と、を有する受光部と、
前記電荷蓄積部の各々に蓄積される電荷量のそれぞれに基づく電荷比から被写体と前記受光部との距離の計算を行う距離演算部と、
前記受光部または前記距離演算部のいずれかである非光源部に設けられた温度センサと、
前記光源部と、前記非光源部との温度差を小さくするための機構と、
を備え、
前記距離演算部は、前記温度センサによって測定された温度を用いて、前記計算した距離を補正する
距離画像撮像装置。
受光した光量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、及び前記電荷を排出する電荷排出部とを有する複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した蓄積タイミングで前記電荷蓄積部の各々に前記光電変換素子で発生した前記電荷を振分けて蓄積させ、前記蓄積タイミングでない期間に前記電荷排出部に前記電荷を排出させる画素駆動回路と、を有する受光部と、
前記電荷蓄積部の各々に蓄積される電荷量のそれぞれに基づく電荷比から被写体と前記受光部との距離の計算を行う距離演算部と、
前記受光部または前記距離演算部のいずれかである非光源部に設けられた温度センサと、
前記光源部と、前記非光源部との温度差を小さくするための機構と、
を備え、
前記距離演算部は、前記温度センサによって測定された温度を用いて、前記計算した距離を補正する
距離画像撮像装置。
【請求項2】
前記機構は、前記光源部において発生した熱を、前記非光源部における前記温度センサの近傍に伝導する
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項3】
前記機構は、前記光源部と前記非光源部を接続する熱伝導体である
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項4】
前記光源部は、熱を放熱する放熱板を有し、
前記機構は、前記放熱板と前記非光源部を接続する熱伝導体である
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
前記機構は、前記放熱板と前記非光源部を接続する熱伝導体である
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項5】
前記光源部は、光源を複数有し、
前記機構は、前記複数の光源のうち第１光源と前記非光源部を接続する第１熱伝導体と、前記複数の光源のうち第１光源とは異なる第２光源と前記非光源部を接続する第２熱伝導体であり、
前記第１熱伝導体と前記第２熱伝導体とは、前記非光源部までの熱伝導経路の長さが同等となるように配置される
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
前記機構は、前記複数の光源のうち第１光源と前記非光源部を接続する第１熱伝導体と、前記複数の光源のうち第１光源とは異なる第２光源と前記非光源部を接続する第２熱伝導体であり、
前記第１熱伝導体と前記第２熱伝導体とは、前記非光源部までの熱伝導経路の長さが同等となるように配置される
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項6】
前記光源部と前記非光源部とが同一基板に配置され、
前記機構は、前記光源部と前記非光源部を接続する熱伝導体である
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
前記機構は、前記光源部と前記非光源部を接続する熱伝導体である
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項7】
前記受光部において前記複数の画素回路が二次元的に配置され、
前記温度センサは、前記受光部に二次元的に配置された前記複数の画素回路の列又は行に沿って配置され、
前記距離演算部は、前記複数の画素回路の列又は行ごとに前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量に応じた画素信号を取得し、前記画素信号を取得した列又は行に前記温度センサが配置されている場合、前記温度センサに測定された温度に応じた温度信号を取得する
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。
前記温度センサは、前記受光部に二次元的に配置された前記複数の画素回路の列又は行に沿って配置され、
前記距離演算部は、前記複数の画素回路の列又は行ごとに前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量に応じた画素信号を取得し、前記画素信号を取得した列又は行に前記温度センサが配置されている場合、前記温度センサに測定された温度に応じた温度信号を取得する
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、距離画像撮像装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光の速度が既知であることを利用し、空間（測定空間）における光の飛行時間に基づいて測定器と対象物との距離を測定する、タイム・オブ・フライト（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ、以下「ＴＯＦ」という）方式の距離画像撮像装置が実現されている（例えば、特許文献１参照）。このような距離画像撮像装置では、光パルスを照射した時点から被写体に反射した光パルスが戻ってくるまでの遅延時間を光電変換素子が発生した電荷を複数の電荷蓄積部に蓄積させることによって求め、遅延時間と光速とを用いて被写体までの距離を計算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第４２３５７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ショートパルス方式（以下、ＳＰ方式）では、光パルスを照射したタイミング、反射した光パルスが受光されたタイミング、受光した光量に応じた電荷を蓄積させるタイミング（振り分けタイミング）、電荷を蓄積させた時間（振り分け期間）によって距離が決定される。距離の測定においては、光源の起動及び停止を長時間繰り返す必要がある。長時間光源の起動及び停止を繰り返すことにより、光源の温度が上昇する。光源の温度が上昇すると、照射する光パルスのタイミングや形状に変化が起こる。また、距離画像撮像装置を長時間起動させることにより、距離画像撮像装置における環境温度に変化が発生する。環境温度が変化することにより、光源以外のセンサ部分、例えば、電荷を蓄積させる距離画像センサ（距離画像撮像素子）や、距離画像センサに電荷を蓄積させるタイミングを制御するセンサ制御基板などが影響を受け、電荷を蓄積させる信号のタイミングや形状に変化が起こる。このため、光源及びセンサ部分のそれぞれが別々に影響を受け、電荷蓄積部に蓄積させる電荷量に誤差が生じ、計算して求めた距離に誤差が生じてしまう。
【0005】
この対策として光源及びセンサ部分の両方又は一方に温度センサを設け、それぞれの温度センサにより測定された温度に基づいて、計算により求めた距離を補正することが考えられる。しかし、一方のみに温度センサを設けた場合には、温度センサを設けていない方の影響を考慮した補正を行うことができず、両方に温度センサを設けた場合には補正が複雑になってしまうという問題があった。
【0006】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、光源以外のセンサ部分に設けた温度センサにより測定した温度を使用して容易に且つ精度よく距離を補正することができる距離画像撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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、測定対象である測定空間に光パルスを照射する光源部と、受光した光量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、及び前記電荷を排出する電荷排出部とを有する複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した蓄積タイミングで前記電荷蓄積部の各々に前記光電変換素子で発生した前記電荷を振分けて蓄積させ、前記蓄積タイミングでない期間に前記電荷排出部に前記電荷を排出させる画素駆動回路と、を有する受光部と、前記電荷蓄積部の各々に蓄積される電荷量のそれぞれに基づく電荷比から被写体と前記受光部との距離の計算を行う距離演算部と、前記受光部または前記距離演算部のいずれかである非光源部に設けられた温度センサと、前記光源部と、前記非光源部との温度差を小さくするための機構と、を備え、前記距離演算部は、前記温度センサによって測定された温度を用いて、前記計算した距離を補正する。
【発明の効果】
【0008】
以上説明したように、本発明によれば、光源以外のセンサ部分に設けた温度センサにより測定した温度を使用して容易に且つ精度よく距離を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１の実施形態の距離画像撮像装置１の構成を示すブロック図である。
【図2】第１の実施形態の距離画像センサ３２の構成を示すブロック図である。
【図3】第１の実施形態の画素回路３２１の構成の例を示す回路図である。
【図4】第１の実施形態における距離画像撮像装置１の構成要素の配置の例を示す図である。
【図5】第２の実施形態における距離画像撮像装置１の構成要素の配置の例を示す図である。
【図6】第２の実施形態における距離画像撮像装置１の放熱板１２０の例を示す図である。
【図7】第３の実施形態における距離画像撮像装置１の構成要素の配置の例を示す図である。
【図8】第４の実施形態における距離画像撮像装置１の構成要素の配置の例を示す図である。
【図9】第５の実施形態における距離画像撮像装置１の構成要素の配置の例を示す図である。
【図10】実施形態の距離画像撮像装置１が行う補正を説明する図である。
【図11】実施形態の距離画像撮像装置１が行う補正を説明する図である。
【図12】実施形態の距離画像撮像装置１が行う補正を説明する図である。
【図13】実施形態の変形例における距離画像センサ３２の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜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、距離画像撮像装置１の概略構成を示したブロック図である。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。
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、距離画像撮像装置１の概略構成を示したブロック図である。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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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を備える。距離画像センサ３２のそれぞれの画素回路（画素回路３２１）の中に、１つの光電変換素子と、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る。
【0015】
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。
【0016】
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、距離演算部４２とを備える。
タイミング制御部４１は、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３参照）に電荷を振り分ける処理を繰返す回数である。
タイミング制御部４１は、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３参照）に電荷を振り分ける処理を繰返す回数である。
【0017】
距離演算部４２は、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までの距離を演算する。
【0018】
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。
【0019】
次に、距離画像撮像装置１において撮像素子として用いられる距離画像センサ３２の構成について説明する。図２は、撮像素子（距離画像センサ３２）の概略構成を示したブロック図である。
図２に示すように、距離画像センサ３２は、例えば、複数の画素回路３２１が配置された受光領域３２０と、制御回路３２２（画素駆動回路）と、振り分け動作を有した垂直走査回路３２３と、水平走査回路３２４と、画素信号処理回路３２５と、温度センサ３２６を備える。
図２に示すように、距離画像センサ３２は、例えば、複数の画素回路３２１が配置された受光領域３２０と、制御回路３２２（画素駆動回路）と、振り分け動作を有した垂直走査回路３２３と、水平走査回路３２４と、画素信号処理回路３２５と、温度センサ３２６を備える。
【0020】
受光領域３２０は、複数の画素回路３２１が配置された領域であって、図２では、８行８列に二次元の行列状に配置された例を示している。画素回路３２１は、受光した光量に相当する電荷を蓄積する。制御回路３２２は、例えば、距離画像処理部４のタイミング制御部４１からの指示に応じて、距離画像センサ３２の構成要素の動作を制御する。
【0021】
垂直走査回路３２３は、制御回路３２２からの制御に応じて、受光領域３２０に配置された画素回路３２１を行ごとに制御する回路である。垂直走査回路３２３は、画素回路３２１の電荷蓄積部ＣＳそれぞれに蓄積された電荷量に応じた電圧信号を画素信号処理回路３２５に出力させる。
【0022】
画素信号処理回路３２５は、制御回路３２２からの制御に応じて、それぞれの列の画素回路３２１から出力された電圧信号に対して、予め定めた信号処理（例えば、ノイズ抑圧処理やＡ／Ｄ変換処理など）を行う。
水平走査回路３２４は、制御回路３２２からの制御に応じて、画素信号処理回路３２５から出力される信号を、順次、時系列に出力させる回路である。これにより、１フレーム分蓄積された電荷量に相当する画素信号が、距離画像処理部４に順次出力される。以下の説明においては、画素信号処理回路３２５がＡ／Ｄ変換処理を行い、画素信号がデジタル信号であるものとして説明する。
水平走査回路３２４は、制御回路３２２からの制御に応じて、画素信号処理回路３２５から出力される信号を、順次、時系列に出力させる回路である。これにより、１フレーム分蓄積された電荷量に相当する画素信号が、距離画像処理部４に順次出力される。以下の説明においては、画素信号処理回路３２５がＡ／Ｄ変換処理を行い、画素信号がデジタル信号であるものとして説明する。
【0023】
温度センサ３２６は、温度を測定する。温度センサ３２６は、制御回路３２２又は距離画像処理部４からの制御に応じて、測定した温度を距離画像処理部４に出力する。なお、ここでは、距離画像センサ３２が温度センサ３２６を備える構成について説明したがこれに限定されない。温度センサ３２６は、光源部２でないセンサ部分、例えば、距離画像処理部４に設けられていてもよい。この場合、温度センサ３２６は、距離画像処理部４からの制御に応じて、測定した温度を距離画像処理部４に出力する。
【0024】
ここで、距離画像センサ３２に備える受光領域３２０内に配置された画素回路３２１の構成について説明する。図３は、画素回路３２１の構成の一例を示した回路図である。図３の画素回路３２１は、４つの画素信号読み出し部を備えた構成例である。
【0025】
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。
【0026】
図３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からＲＵ４も同様の構成である。
【0027】
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、画素信号処理回路３２５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３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２Ｍ（Ｍは整数であり、Ｍ≧２）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。すなわち、２Ｍ（Ｍは整数であり、Ｍ≧２）個以上の転送トランジスタＧが備えられ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、画素信号処理回路３２５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３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２Ｍ（Ｍは整数であり、Ｍ≧２）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。すなわち、２Ｍ（Ｍは整数であり、Ｍ≧２）個以上の転送トランジスタＧが備えられた構成の画素回路でもよい。
【0028】
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。垂直走査回路３２３は、光パルスＰＯの照射に同期させて、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の順に、光電変換素子ＰＤに発生する電荷を振り替えて、それぞれに蓄積させる。
このとき、垂直走査回路３２３は、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、垂直走査回路３２３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、垂直走査回路３２３は、電荷蓄積部ＣＳ１に電荷を蓄積させる。電荷蓄積部ＣＳ２からＣＳ４においても同様である。
このとき、垂直走査回路３２３は、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、垂直走査回路３２３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、垂直走査回路３２３は、電荷蓄積部ＣＳ１に電荷を蓄積させる。電荷蓄積部ＣＳ２からＣＳ４においても同様である。
【0029】
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において、蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４の各々が、転送トランジスタＧ１から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からＧ４の各々を介して、電荷蓄積部ＣＳ１から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からＣＳ４の各々の蓄積周期毎に、電荷蓄積部ＣＳ１から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からＧ４の各々を介して、電荷蓄積部ＣＳ１から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からＣＳ４の各々の蓄積周期毎に、電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４それぞれに電荷が蓄積される。
【0030】
また、垂直走査回路３２３は、電荷蓄積部ＣＳ１から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をオンさせる。
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）。
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）。
【0031】
そして、垂直走査回路３２３は、受光領域３２０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信号処理回路３２５に、画素回路３２１の行（横方向の配列）単位で順次出力させる。
そして、画素信号処理回路３２５は、入力される電圧信号の各々に対してＡ／Ｄ変換処理などの信号処理を行ない、水平走査回路３２４に対して出力する。
水平走査回路３２４は、信号処理を行った後の電圧信号を、受光領域３２０の列の順番に、順次、距離演算部４２に出力させる。
そして、画素信号処理回路３２５は、入力される電圧信号の各々に対してＡ／Ｄ変換処理などの信号処理を行ない、水平走査回路３２４に対して出力する。
水平走査回路３２４は、信号処理を行った後の電圧信号を、受光領域３２０の列の順番に、順次、距離演算部４２に出力させる。
【0032】
上述したような、垂直走査回路３２３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。水平走査回路３２４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。
【0033】
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。
【0034】
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、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、Ｑ４＝Ｑ１である場合、（１）式で遅延時間Ｔｄを算出し、一方、Ｑ２＝Ｑ１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、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、Ｑ４＝Ｑ１である場合、（１）式で遅延時間Ｔｄを算出し、一方、Ｑ２＝Ｑ１である場合、（２）式で遅延時間Ｔｄを算出する。
【0035】
（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。
【0036】
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とすることにより、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とすることにより、被写体Ｓまでの距離を求める。
【0037】
図４は、第１の実施形態における距離画像撮像装置１の構成要素の配置の例を示す図である。ここでの構成要素は、レンズ３１、光源装置２１、センサ基板３２Ａ、及びセンサ制御基板４Ａである。センサ基板３２Ａは距離画像センサ３２が配置された基板である。センサ制御基板４Ａは、距離画像センサ３２を制御する機能、すなわち距離画像処理部４が配置された基板である。図４には、距離画像撮像装置１の構成要素が筐体に収容された様子が側面視にて模式的に示されている。
【0038】
図４に示すように、光源装置２１は、レンズ３１を囲むように配置される。光源装置２１は、複数の光源２１Ａ（光源２１Ａ－１、光源２１Ａ－２）と光源基板２１Ｂからなる。複数の光源２１Ａの各々は、光源基板２１Ｂに配置され、レンズ３１の光軸に対して点対象となるように配置される。
センサ基板３２Ａには、レンズ３１に受光された光が、距離画像センサ３２の画素回路３２１における光電変換素子ＰＤに入射されるように、距離画像センサ３２が配置されている。
センサ制御基板４Ａは、センサ基板３２Ａと同じ基板であるか、或いは、センサ基板３２Ａに近接して配置されている。
光源基板２１Ｂとセンサ基板３２Ａとは物理的に離れた位置に配置されている。
センサ基板３２Ａには、レンズ３１に受光された光が、距離画像センサ３２の画素回路３２１における光電変換素子ＰＤに入射されるように、距離画像センサ３２が配置されている。
センサ制御基板４Ａは、センサ基板３２Ａと同じ基板であるか、或いは、センサ基板３２Ａに近接して配置されている。
光源基板２１Ｂとセンサ基板３２Ａとは物理的に離れた位置に配置されている。
【0039】
本実施形態の距離画像撮像装置１は、光源部２と、非光源部との温度差を小さくするための機構を備える。ここでの非光源部とは受光部３及び距離画像処理部４の少なくとも一方である。このような温度差を小さくするための機構を備えることにより、光源部２と非光源部との温度差を小さくして、光源部２と非光源部とをほぼ同じ温度に維持する。したがって、非光源部（例えば、受光部３）に設けた温度センサによって測定された温度に基づいて、距離画像処理部４が計算により求めた距離を補正する場合において、光源部２における温度の影響を考慮した補正を行うことが可能となる。
【0040】
例えば、温度差を小さくするための機構として、熱伝導体１００を用いることができる。熱伝導体１００は、光源部２において発生した熱を温度センサ３２６が設けられた距離画像センサ３２に伝導する。熱伝導体１００として、例えば、金属パーツ、又は金属配線など、熱伝導性が高い物質を用いることができる。
【0041】
図４では、熱伝導体１００（熱伝導体１００－１、１００－２）は、光源基板２１Ｂと、センサ基板３２Ａとを接続する。
熱伝導体１００－１は、光源基板２１Ｂにおける光源２１Ａ－１とセンサ基板３２Ａとを接続する。熱伝導体１００－２は、光源基板２１Ｂにおける光源２１Ａ－２とセンサ基板３２Ａとを接続する。熱伝導体１００－１と１００－２とは、光源からセンサ基板３２Ａまでの熱伝導経路の長さが同等となるように配置される。これにより、光源部２において発生した熱をほぼ均等にセンサ基板３２Ａに伝えることができる。
熱伝導体１００－１は、光源基板２１Ｂにおける光源２１Ａ－１とセンサ基板３２Ａとを接続する。熱伝導体１００－２は、光源基板２１Ｂにおける光源２１Ａ－２とセンサ基板３２Ａとを接続する。熱伝導体１００－１と１００－２とは、光源からセンサ基板３２Ａまでの熱伝導経路の長さが同等となるように配置される。これにより、光源部２において発生した熱をほぼ均等にセンサ基板３２Ａに伝えることができる。
【0042】
熱伝導体１００は、例えば、光源２１０が照射する光を遮らないように、光源基板２１Ｂにおける光が照射される側（正面）とは反対にある面（裏面）と、センサ基板３２Ａとを接続する。
【0043】
熱伝導体１００は、少なくとも熱を伝導すればよく、導電性は必要としない。このため、例えば、金属パーツ、又は金属配線の表面を非導電性物質で被膜したものを熱伝導体１００として適用してもよい。
【0044】
また、熱伝導体１００は、光源基板２１Ｂにて発生した熱を、距離画像センサ３２の近傍まで伝導できる機構であればよい。熱伝導体１００は、光源基板２１Ｂ、及びセンサ基板３２Ａに必ずしも接続していなくとも、熱が伝導する経路が形成できればよい。例えば、光源基板２１Ｂの熱が伝わる程度に近接する位置から、距離画像センサ３２に熱が伝わる程度にセンサ基板３２Ａに近接する位置まで熱伝導体１００が配置されていてもよい。また、熱伝導体１００は、光源基板２１Ｂ及びセンサ基板３２Ａのいずれか一方に接続し、他方に熱が伝わる程度に近接する位置に配置されていてもよい。
【0045】
以上説明したように、第１の実施形態の距離画像撮像装置１では、受光部３（非光源部）に温度センサ３２６が設けられる。また、第１の実施形態の距離画像撮像装置１では、光源部２と受光部３（非光源部）との温度差を小さくするための機構を備える。温度差を小さくするための機構として、光源部２において発生した熱を受光部３（非光源部）における温度センサ３２６の近傍に伝導する機構、例えば、光源部２（光源基板２１Ｂ）と受光部３（センサ基板３２Ａ）とを接続する熱伝導体１００が設けられる。距離画像処理部４は、温度センサ３２６によって測定された温度を用いて、距離画像処理部４が電荷比に基づいて計算した距離を補正する。
【0046】
比較例として、光源部２と受光部３（非光源部）との温度差が大きく、光源部２と受光部３とが受ける温度変化の影響が互いに異なる傾向となる構成を考える。この場合、光源部２側の影響と、受光部３（非光源部）側の影響とが複合的に重なった誤差が生じる。このため、受光部３（非光源部）に設けた温度センサ３２６により測定された温度のみでは精度よく距離を補正することが難しい。また、光源部２と受光部３（非光源部）のそれぞれに温度センサを設け、それぞれの温度センサにより測定された温度に基づいて補正を行おうとすると処理が複雑になる。
【0047】
これに対し、第１の実施形態の距離画像撮像装置１では、光源部２において発生した熱を受光部３（非光源部）に伝導することができる。したがって、光源部２と受光部３（非光源部）との温度差を小さくしてほぼ同じ温度にすることができ、光源部２と受光部３とが受ける温度変化の影響を同等にすることができる。すなわち、受光部３（非光源部）に設けた１つの温度センサ３２６により測定された温度のみに基づいて、容易に且つ精度よく距離を補正することができる。
【0048】
＜第２の実施形態＞
ここで、第２の実施形態について説明する。本実施形態では光源部２に放熱板１２０が設けられている点において上述した実施形態と相違する。以下では、本実施形態において上述した実施形態と相違する構成について説明し、上述した実施形態と同等な構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
ここで、第２の実施形態について説明する。本実施形態では光源部２に放熱板１２０が設けられている点において上述した実施形態と相違する。以下では、本実施形態において上述した実施形態と相違する構成について説明し、上述した実施形態と同等な構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0049】
【0050】
図５の例では、図４の例と同様に、光源装置２１は、レンズ３１を囲むように配置される。センサ基板３２Ａには、レンズ３１に受光された光が、距離画像センサ３２の画素回路３２１における光電変換素子ＰＤに入射されるように、距離画像センサ３２が配置されている。センサ制御基板４Ａは、センサ基板３２Ａと同じ基板であるか、或いは、センサ基板３２Ａに近接して配置されている。光源基板２１１と距離画像センサ３２とは物理的に離れた位置に配置されている。
【0051】
図５に示すように、光源基板２１Ｂに放熱板１２０が設けられている。放熱板１２０は、接続パーツ１１０を介して、光源基板２１Ｂに近接するようにして、光源基板２１Ｂと平行に設置される。放熱板１２０が光源基板２１Ｂに近接して設けられることにより、放熱板１２０は、光源部２において発生した熱を吸熱し、吸熱した熱を外部へ放熱することができる。
【0052】
図６は、第２の実施形態における距離画像撮像装置１の放熱板１２０の例を示す図である。図６に示すように、放熱板１２０は、レンズ３１に受光される光、及び、光源２１Ａから照射される光を遮らないように、レンズ３１及び光源２１Ａが配置される箇所に、レンズ３１及び光源２１Ａのそれぞれの形状に応じた穴（レンズ用穴１２１、及び光源用穴１２２）が形成される。
【0053】
図５に戻り、熱伝導体１００は、放熱板１２０と、センサ基板３２Ａとを接続する。これにより、光源部２において発生した熱が、放熱板１２０を介して熱伝導体１００に伝わり、熱伝導体１００を介して距離画像センサ３２に伝わる。したがって、光源部２と、受光部３（非光源部）との温度差を小さくすることができる。
【0054】
なお、図５の例では、放熱性を重視して、光源基板２１Ｂにおける正面側に放熱板１２０を設置した例を示したがこれに限定されない。放熱板１２０は、他の構成要素（レンズ３１、光源装置２１、センサ基板３２Ａ、センサ制御基板４Ａなど）に干渉しなければ、筐体内のいずれの位置に設置されてもよい。また、放熱板１２０として、放熱するための専用の機構を設けなくともよく、例えば、筐体に金属など熱伝導性が大きい物質を用いることによって、筐体を放熱板１２０として利用することもできる。
【0055】
熱伝導体１００は、放熱板１２０が吸熱した熱を、距離画像センサ３２の近傍まで伝導すればよく、熱伝導体１００は、放熱板１２０及びセンサ基板３２Ａに必ずしも接続していなくとも、熱が伝導する経路が形成されるように配置されていればよい。例えば、光源基板２１１の熱が伝わる程度に近接する位置から、距離画像センサ３２に設けられた距離画像センサ３２に熱が伝わる程度に近接する位置まで熱伝導体１００が配置されていてもよい。また、熱伝導体１００の一方の端部が、放熱板１２０及びセンサ基板３２Ａのいずれか一方に接続し、他方の端部が他方の基板に熱が伝わる程度に近接する位置に配置されていてもよい。
【0056】
以上説明したように、第２の実施形態の距離画像撮像装置１では、光源部２に放熱板１２０が設けられる。熱伝導体１００は放熱板１２０と受光部３（非光源部）とを接続する。これにより第２の実施形態の距離画像撮像装置１では、光源部２において発生した熱を受光部３（非光源部）に伝導することができる。したがって、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0057】
＜第３の実施形態＞
ここで、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、光源基板２１Ｂとセンサ基板３２Ａとが同一の基板であるか、又は近接して配置されている点において上述した実施形態と相違する。以下では、本実施形態において上述した実施形態と相違する構成について説明し、上述した実施形態と同等な構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
ここで、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、光源基板２１Ｂとセンサ基板３２Ａとが同一の基板であるか、又は近接して配置されている点において上述した実施形態と相違する。以下では、本実施形態において上述した実施形態と相違する構成について説明し、上述した実施形態と同等な構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0058】
【0059】
図７の例に示すように、本実施形態において、光源基板２１Ｂとセンサ基板３２Ａとは同一の基板であるか、又は光源基板２１Ｂとセンサ基板３２Ａとが近接して配置されている。この点を除けば、図４の例と同様に、光源装置２１は、レンズ３１を囲むように配置される。センサ基板３２Ａには、レンズ３１に受光された光が、距離画像センサ３２の画素回路３２１における光電変換素子ＰＤに入射されるように、距離画像センサ３２が配置されている。センサ制御基板４Ａは、センサ基板３２Ａと同じ基板であるか、或いは、センサ基板３２Ａに近接して配置されている。
【0060】
熱伝導体１００は、光源２１Ａの近傍と、センサ基板３２Ａとを接続する。熱伝導体１００は、光源部２と受光部３の温度差を少なくするために、光源２１Ａにおいて発生した熱をセンサ基板３２Ａに伝えられればよい。すなわち、熱伝導体１００は放熱できなくともよい。このため、この図の例に示すように、光源２１Ａからセンサ基板３２Ａまでの間を、光源基板２１Ｂとセンサ制御基板４Ａとの隙間を埋めるように熱伝導体１００が配置されてもよい。この場合、熱伝導体１００は、光源２１Ａにおいて発生した熱を、センサ基板３２Ａ及びセンサ制御基板４Ａに伝えることができる。
【0061】
以上説明したように、第３の実施形態の距離画像撮像装置１では、光源部２と受光部３（非光源部）とが同一基板に配置される。或いは近接して配置される。熱伝導体１００は光源部２と受光部３（非光源部）を接続する。これにより第３の実施形態の距離画像撮像装置１では、光源部２において発生した熱を受光部３（非光源部）に伝導することができる。したがって、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0062】
＜第４の実施形態＞
ここで、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、光源基板２１Ｂとセンサ基板３２Ａとが同一の基板であるか又は近接して配置されている点、及び、センサ基板３２Ａとセンサ制御基板４Ａとが物理的に離れて配置されている点において上述した実施形態と相違する。以下では、本実施形態において上述した実施形態と相違する構成について説明し、上述した実施形態と同等な構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
ここで、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、光源基板２１Ｂとセンサ基板３２Ａとが同一の基板であるか又は近接して配置されている点、及び、センサ基板３２Ａとセンサ制御基板４Ａとが物理的に離れて配置されている点において上述した実施形態と相違する。以下では、本実施形態において上述した実施形態と相違する構成について説明し、上述した実施形態と同等な構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0063】
【0064】
距離画像撮像装置１を携帯電話やスマートフォンなどに組込む場合、距離画像撮像装置１の小型化が求められる。この図では、このような事情を鑑み、筐体を小型化するために、距離画像センサ３２と距離画像処理部４とを物理的に離れた位置に配置した例が示されている。
【0065】
図８の例に示すように、光源基板２１Ｂとセンサ基板３２Ａとは同一の基板に配置されている。また、センサ制御基板４Ａは、センサ基板３２Ａと物理的に離れて配置され、センサ制御基板４Ａとセンサ基板３２Ａとは情報伝達を行う配線１３０を介して電気的に接続されている。これらの点を除けば、図４の例と同様に、光源装置２１は、レンズ３１を囲むように配置される。センサ基板３２Ａには、レンズ３１に受光された光が、距離画像センサ３２の画素回路３２１における光電変換素子ＰＤに入射されるように、距離画像センサ３２が配置されている。
【0066】
熱伝導体１００は、光源２１Ａの近傍と、センサ基板３２Ａとを接続する。本実施形態では、センサ基板３２Ａとセンサ制御基板４Ａとが物理的に離れて配置されている。このため、熱伝導体１００が光源２１Ａの近傍とセンサ基板３２Ａとを接続した場合において、図７の例に示すようにセンサ基板３２Ａとセンサ制御基板４Ａの隙間が埋まらず、熱伝導体１００が放熱の役割を果たすことも可能である。しかしながら、熱伝導体１００が放熱機構として作用し得るか否かに関わらず、熱伝導体１００は、少なくとも光源部２と受光部３の温度差を少なくするために機能すればよい。すなわち、熱伝導体１００は、光源２１Ａにおいて発生した熱を少なくともセンサ基板３２Ａに伝えられればよい。
また、図７及び図８では、同じ筐体に、光源２１Ａとセンサ基板３２Ａとセンサ制御基板４Ａが収容されている例を示したが、これに限定されない。少なくとも、光源２１Ａと距離画像センサ３２と、距離画像センサ３２を駆動させるために必要最低限の機能が同じの筐体に収容されていればよい。例えば、距離画像処理部４や電源等の他の機能が、光源２１Ａが収容されている筐体（第１筐体）とは別の筐体（第２筐体）に収容されており、第１筐体に収容された光源２１Ａ及び距離画像センサ３２と、第２筐体に収容された距離画像処理部４とを物理的に距離を離して配置するように構成されてもよい。
また、図７及び図８では、同じ筐体に、光源２１Ａとセンサ基板３２Ａとセンサ制御基板４Ａが収容されている例を示したが、これに限定されない。少なくとも、光源２１Ａと距離画像センサ３２と、距離画像センサ３２を駆動させるために必要最低限の機能が同じの筐体に収容されていればよい。例えば、距離画像処理部４や電源等の他の機能が、光源２１Ａが収容されている筐体（第１筐体）とは別の筐体（第２筐体）に収容されており、第１筐体に収容された光源２１Ａ及び距離画像センサ３２と、第２筐体に収容された距離画像処理部４とを物理的に距離を離して配置するように構成されてもよい。
【0067】
以上説明したように、第４の実施形態の距離画像撮像装置１では、光源部２と受光部３（非光源部）とが同一基板に配置される。或いは近接して配置される。距離画像処理部４は、受光部３と物理的に離れて配置される。温度センサ３２６は受光部３に配置される。熱伝導体１００は光源部２と受光部３（非光源部）を接続する。これにより第４の実施形態の距離画像撮像装置１では、光源部２において発生した熱を受光部３（非光源部）に伝導することができる。したがって、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0068】
＜第５の実施形態＞
ここで、第５の実施形態について説明する。本実施形態では、距離画像撮像装置１が複数ではなく一つの光源２１Ａのみを備える点、及び、光源２１Ａとセンサ基板３２Ａとが同一の基板であるか又は近接して配置されている点において上述した実施形態と相違する。以下では、本実施形態において上述した実施形態と相違する構成について説明し、上述した実施形態と同等な構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
ここで、第５の実施形態について説明する。本実施形態では、距離画像撮像装置１が複数ではなく一つの光源２１Ａのみを備える点、及び、光源２１Ａとセンサ基板３２Ａとが同一の基板であるか又は近接して配置されている点において上述した実施形態と相違する。以下では、本実施形態において上述した実施形態と相違する構成について説明し、上述した実施形態と同等な構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0069】
【0070】
図９の例に示すように、１つの光源２１Ａが光源基板２１Ｂに配置されている。また、光源基板２１Ｂとセンサ基板３２Ａとは同一の基板に配置されている。これら点を除けば、図４の例と同様に、センサ基板３２Ａには、レンズ３１に受光された光が、距離画像センサ３２の画素回路３２１における光電変換素子ＰＤに入射されるように、距離画像センサ３２が配置されている。センサ制御基板４Ａは、センサ基板３２Ａと同じ基板であるか、或いは、センサ基板３２Ａに近接して配置されている。
【0071】
熱伝導体１００は、光源２１Ａの近傍と、センサ基板３２Ａとを接続する。これにより熱伝導体１００は、光源２１Ａにおいて発生した熱をセンサ基板３２Ａ及びセンサ制御基板４Ａに伝える。
【0072】
以上説明したように、第５の実施形態の距離画像撮像装置１では、光源部２と受光部３（非光源部）とが同一基板に配置される。或いは近接して配置される。光源部２は１つの光源２１Ａを備える。熱伝導体１００は光源部２と受光部３（非光源部）を接続する。これにより第５の実施形態の距離画像撮像装置１では、光源部２において発生した熱を受光部３（非光源部）に伝導することができる。したがって、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0073】
＜実施形態の補正について＞
ここで、実施形態（第１の実施形態から第５の実施形態）において、距離画像撮像装置１が行う補正について説明する。図１０から図１２は、実施形態の距離画像撮像装置１が行う補正を説明する図である。
ここで、実施形態（第１の実施形態から第５の実施形態）において、距離画像撮像装置１が行う補正について説明する。図１０から図１２は、実施形態の距離画像撮像装置１が行う補正を説明する図である。
【0074】
図１０には、横軸を実距離、縦軸を測定距離として、実距離と測定距離の関係が示されている。ここでの実距離は実際の距離である。測定距離は距離画像処理部４が電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷量に基づいて計算した距離である。
【0075】
図１０には、高温時における実距離と測定距離の関係が示された関数Ｌ１、常温時における実距離と測定距離の関係が示された関数Ｌ０、及び低温時における実距離と測定距離の関係が示された関数Ｌ２が示されている。ここでの高温とは、温度センサ３２６により測定された温度が高温閾値以上となる場合である。低温とは、温度センサ３２６により測定された温度が低温閾値未満となる場合である。常温とは、温度センサ３２６により測定された温度が、低温閾値以上、且つ高温閾値未満となる場合である。
【0076】
まず、距離画像処理部４は、電荷蓄積部ＣＳ（電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４）に蓄積された電荷量Ｑ（電荷量Ｑ１からＱ４）を取得する。距離画像処理部４は、電荷量Ｑ（電荷量Ｑ１に、（１）式又は（２）式を適用することにより距離を計算する。
次に、距離画像処理部４は、温度センサ３２６により測定された温度を取得する。距離画像処理部４は、取得した温度が高温閾値以上であるか否かを判定する。
次に、距離画像処理部４は、温度センサ３２６により測定された温度を取得する。距離画像処理部４は、取得した温度が高温閾値以上であるか否かを判定する。
【0077】
距離画像処理部４は、温度が高温閾値以上である場合、高温時の補正を行う。具体的には、距離画像処理部４は、高温時の補正関数（例えば、図１０における関数Ｌ１）に基づいて、計算により求めた距離を補正する。より具体的には、距離画像処理部４は、計算により求めた距離（測定距離ＳＫ）を、高温時における補正に用いる関数（関数Ｌ１）を用いて、実距離（実距離ＪＫ１）に補正する。
【0078】
温度が高温閾値未満である場合、距離画像処理部４は、温度が低温閾値以上であるか否かを判定する。温度が低温閾値以上である場合、距離画像処理部４は、必要に応じて、常温時の補正を行う。具体的には、距離画像処理部４は、常温時の補正関数（例えば、図１０における関数Ｌ０）に基づいて、計算により求めた距離を補正する。より具体的には、距離画像処理部４は、計算により求めた距離（測定距離ＳＫ）を、常温時における補正に用いる関数（関数Ｌ０）を用いて、実距離（実距離ＪＫ０）に補正する。
なお、関数Ｌ０において、測定距離ＳＫと実距離ＪＫ０とが等しいことが示されている場合、補正を行う必要はない。
なお、関数Ｌ０において、測定距離ＳＫと実距離ＪＫ０とが等しいことが示されている場合、補正を行う必要はない。
【0079】
温度が低温閾値未満である場合、距離画像処理部４は、低温時の補正を行う。具体的には、距離画像処理部４は、低温時の補正関数（例えば、図１０における関数Ｌ２）に基づいて、計算により求めた距離を補正する。より具体的には、距離画像処理部４は、計算により求めた距離（測定距離ＳＫ）を、低温時における補正に用いる関数（関数Ｌ２）を用いて、実距離（実距離ＪＫ２）に補正する。
【0080】
上記では、関数Ｌ（関数Ｌ０からＬ２）を用いて補正を行う場合を例示したが、関数を用いずに、補正を行うようにしてもよい。例えば、測定距離と実距離との対応関係が示されたテーブルを用いて補正を行うようにしてもよい。この場合、例えば、高温時に行う補正に用いる高温時用の補正テーブルと、低温時に行う補正に用いる低温時用の補正テーブルとが生成される。また、必要に応じて、具体的には、常温時において補正を行う場合、常温時に行う補正に用いる常温時用の補正テーブルが生成される。
【0081】
図１１及び図１２には光パルスが温度変化により受ける影響の例が示されている。
図１１の中段に示すように、高温時において、光パルスの照射タイミングが遅れる場合がある。この場合、電荷量Ｑ２は常温時と比べて減少し、電荷量Ｑ３は常温時と比べて増加する。このため、計算により求めた距離は常温時と比べて大きくなり、距離が遠くなったかのような誤差が発生する。
図１１の下段に示すように、低温時において、光パルスの照射タイミングが早まる場合がある。この場合、電荷量Ｑ２は常温時と比べて増加し、電荷量Ｑ３は常温時と比べて減少する。このため、計算により求めた距離は常温時と比べて小さくなり、距離が近くなったかのような誤差が発生する。
図１１の中段に示すように、高温時において、光パルスの照射タイミングが遅れる場合がある。この場合、電荷量Ｑ２は常温時と比べて減少し、電荷量Ｑ３は常温時と比べて増加する。このため、計算により求めた距離は常温時と比べて大きくなり、距離が遠くなったかのような誤差が発生する。
図１１の下段に示すように、低温時において、光パルスの照射タイミングが早まる場合がある。この場合、電荷量Ｑ２は常温時と比べて増加し、電荷量Ｑ３は常温時と比べて減少する。このため、計算により求めた距離は常温時と比べて小さくなり、距離が近くなったかのような誤差が発生する。
【0082】
図１２の中段に示すように、低温時において、光パルスの照射幅が広がる場合がある。この場合、例えば、電荷量Ｑ２は常温時と比べて変化しないが、電荷量Ｑ３は常温時と比べて増加する。このため、計算により求めた距離は常温時と比べて大きくなり、距離が遠くなったかのような誤差が発生する。
図１２の下段に示すように、高温時において、光パルスの照射幅が短くなる場合がある。この場合、例えば、電荷量Ｑ２は常温時と比べて変化しないが、電荷量Ｑ３は常温時と比べて減少する。このため、計算により求めた距離は常温時と比べて小さくなり、距離が近くなったかのような誤差が発生する。
図１２の下段に示すように、高温時において、光パルスの照射幅が短くなる場合がある。この場合、例えば、電荷量Ｑ２は常温時と比べて変化しないが、電荷量Ｑ３は常温時と比べて減少する。このため、計算により求めた距離は常温時と比べて小さくなり、距離が近くなったかのような誤差が発生する。
【0083】
上述したような誤差が発生した場合に、温度に応じた補正を行うことにより、計算により求めた距離を精度よく補正することができる。
【0084】
＜実施形態の変形例＞
実施形態の変形例について説明する。本変形例では、温度センサ３２６が、画素回路３２１の列又は行に沿って配置される点において上述した実施形態と相違する。以下では、本実施形態において上述した実施形態と相違する構成について説明し、上述した実施形態と同等な構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
実施形態の変形例について説明する。本変形例では、温度センサ３２６が、画素回路３２１の列又は行に沿って配置される点において上述した実施形態と相違する。以下では、本実施形態において上述した実施形態と相違する構成について説明し、上述した実施形態と同等な構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0085】
図１３は、実施形態の変形例における距離画像センサ３２の構成を示すブロック図である。
図１３に示すように、図２と同様に、受光部３において、画素回路３２１が二次元的に配置される。温度センサ３２６は、二次元的に配置された画素回路３２１の行又は列に沿って配置される。
距離画像処理部４は、二次元的に配置された画素回路３２１の行又は列ごとに、電荷蓄積部ＣＳの各々に蓄積された電荷量Ｑに応じた画素信号を読み出して取得する。そして、距離画像処理部４は、画素信号を取得した列又は行に、温度センサ３２６が配置されている場合、温度センサに測定された温度に応じた温度信号を、その列又は行に配置された画素回路３２１の画素信号を取得するタイミングで、読み出して取得する。
図１３に示すように、図２と同様に、受光部３において、画素回路３２１が二次元的に配置される。温度センサ３２６は、二次元的に配置された画素回路３２１の行又は列に沿って配置される。
距離画像処理部４は、二次元的に配置された画素回路３２１の行又は列ごとに、電荷蓄積部ＣＳの各々に蓄積された電荷量Ｑに応じた画素信号を読み出して取得する。そして、距離画像処理部４は、画素信号を取得した列又は行に、温度センサ３２６が配置されている場合、温度センサに測定された温度に応じた温度信号を、その列又は行に配置された画素回路３２１の画素信号を取得するタイミングで、読み出して取得する。
【0086】
或いは、距離画像処理部４は、画素回路３２１の行又は列ごとに画素信号を読み出す際に、読み出す行または列を一つ増やし、その増やした一行又は一列の読み出しにおいて、温度信号を読み出すようにしてもよい。
【0087】
図１３では、温度センサ３２６が画素回路３２１の行又は列に沿って配置される場合を例示して説明したが、これに限定されない。本変形例では、少なくとも、画素信号を取得するタイミング、例えば１フレーム毎、或いは数フレーム毎に、距離画像処理部４が、温度センサ３２６により測定された温度を取得できればよい。
【0088】
例えば、画素回路３２１の行又は列とは別に、温度センサ３２６が設けられた行又は列を、受光領域３２０に設けるように構成されてもよい。或いは、受光領域３２０に設けられた画素回路３２１の何れが配置されていた位置に、温度センサ３２６を配置するようにしてもよい。
【0089】
以上説明したように、実施形態における変形例の距離画像撮像装置１では、受光部３において、画素回路３２１が二次元的に配置される。温度センサ３２６は、二次元的に配置された画素回路３２１の行又は列に沿って配置される。距離画像処理部４は、二次元的に配置された画素回路３２１の行又は列ごとに、電荷蓄積部ＣＳの各々に蓄積された電荷量Ｑに応じた画素信号を読み出して取得する。距離画像処理部４は、画素信号を取得した列又は行に、温度センサ３２６が配置されている場合、温度センサに測定された温度に応じた温度信号を、その列又は行に配置された画素回路３２１の画素信号を取得するタイミングで、読み出して取得する。
【0090】
この構成により、実施形態における変形例の距離画像撮像装置１では、距離を計算する単位、つまりフレーム毎に、画素信号と共に温度信号を読み出すことができる。したがって、計算により求めた距離の補正に用いる温度信号を、計算により求める距離ごとに取得することができる。
【0091】
なお、上述した複数の実施形態において、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成を組み合わせてもよい。例えば、第３の実施形態に第２の実施形態を組み合わせて、放熱板１２０を有し、且つ、光源２１Ａと受光部３とが同一基板に配置された距離画像撮像装置１に、放熱板１２０とセンサ基板３２Ａを接続する熱伝導体１００が適用されてもよい。
【0092】
また、上述した実施形態において、距離画像撮像装置１が、光源等（光源部２、距離画像センサ３２、距離画像処理部４）とは異なる機能部であって、熱源となり得る機能部を有する場合、その機能部と光源部等との温度差を小さくするための機構を備えるようにしてもよい。
【0093】
例えば、光源等とは異なる機能部であって、熱源となり得る機能部として、電源部がある。電源部は、例えば、距離画像撮像装置１の各機能部に電源を供給したり、各機能部に供給する信号の電圧を調整したりする。距離画像撮像装置１がカメラモジュールである場合、電源部がカメラの筐体の内部に設けられる場合がある。若しくは、外部から一定の電源電圧が供給されることにより、電源電圧を各機能部に供給する信号の電圧に調整するような機構を、距離画像処理部４、又は距離画像センサ３２の周辺回路に備える構成とする場合がある。このような場合、距離画像撮像装置１が、電源部と温度センサと接続する熱伝導物質を備えるようにしてもよい。これにより、電源と光源部等との温度差を小さくすることが可能となる。
【0094】
上述した実施形態における距離画像撮像装置１、距離画像処理部４の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【0095】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【0096】
１…距離画像撮像装置
１００…熱伝導体
１２０…放熱板
２…光源部
２１…光源装置
２１Ａ…光源
２１Ｂ…光源基板
３…受光部
３１…レンズ
３２…距離画像センサ
３２Ａ…センサ基板
３２１…画素回路
４…距離画像処理部
４Ａ…センサ制御基板
１００…熱伝導体
１２０…放熱板
２…光源部
２１…光源装置
２１Ａ…光源
２１Ｂ…光源基板
３…受光部
３１…レンズ
３２…距離画像センサ
３２Ａ…センサ基板
３２１…画素回路
４…距離画像処理部
４Ａ…センサ制御基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】