特許 7137735 測距装置および測距方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-06

(45)【発行日】2022-09-14

(54)【発明の名称】測距装置および測距方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/369 20110101AFI20220907BHJP

   G01S 17/894 20200101ALI20220907BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20220907BHJP

【ＦＩ】

H04N5/369

G01S17/894

G01C3/06 120Q

G01C3/06 140

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022539660

(86)(22)【出願日】2022-06-08

(86)【国際出願番号】 JP2022023093

【審査請求日】2022-06-28

(31)【優先権主張番号】P 2021108613

(32)【優先日】2021-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520133916

【氏名又は名称】ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(74)【代理人】

【識別番号】100137235

【弁理士】

【氏名又は名称】寺谷 英作

(74)【代理人】

【識別番号】100131417

【弁理士】

【氏名又は名称】道坂 伸一

(72)【発明者】

【氏名】永田 朋史

【審査官】鈴木 明

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／００２４１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１８９８０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１５０２４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１０１０４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０５４１０２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ５／３０－５／３７８

Ｇ０１Ｓ１７／８９４

Ｇ０１Ｃ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パルス光を発する光源部と、
固体撮像装置と、
制御回路と、を備え、
前記固体撮像装置は、
光電変換により信号電荷を生成する複数の画素と、
信号電荷を保持および転送するパケットが形成される複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部を覆い、前記パケットを形成する複数種類の垂直転送電極と、を有し、
前記複数の画素は、読み出し対象の第１画素と、読み出し対象でない第２画素とを含み、
前記制御回路は、
前記第１画素のそれぞれに対して、パルス光に対して互いに異なるタイミングのｎ種類の露光動作（ｎは４以上の整数）を制御し、前記ｎ種類の露光動作に対応するｎ種類の信号電荷を前記垂直転送部のｎ個のパケットに読み出し、
前記垂直転送部が配置される領域のうち前記ｎ個のパケットが形成される第１領域は、垂直方向に連続するｍ個の画素（ｍは３以上の整数）が配置される画素領域と隣り合い、
前記ｍ個の画素は、前記第１画素及び前記第２画素を含む
測距装置。

【請求項2】

前記ｎは６以上であり、
前記ｍは４以上である
請求項１に記載の測距装置。

【請求項3】

前記制御回路は、前記パルス光と１対１で組み合わされる第１露光パルスから第ｎ露光パルスを生成し、
前記パルス光と前記第１露光パルスから第ｎ露光パルスのそれぞれとの時間差は、前記第１露光パルスから第ｎの露光パルスの順に大きく、
前記制御回路は、前記ｎ種類の露光動作において、第１露光パルスから第ｎ露光パルスを、前記第１から第ｎの露光パルスの順に生成する
請求項１に記載の測距装置。

【請求項4】

前記制御回路は、前記パルス光と１対１で組み合わされる第１露光パルスから第ｎ露光パルスを生成し、
前記パルス光と前記第１露光パルスから第ｎ露光パルスのそれぞれとの時間差は、前記第１露光パルスから第ｎの露光パルスの順に大きく、
前記制御回路は、前記ｎ種類の露光動作において、第１露光パルスから第ｎの露光パルスを、第１から第ｎのうち奇数に対応する露光パルスを順に生成し、かつ、第１から第ｎのうち偶数に対応する露光パルスを順に生成する
請求項１に記載の測距装置。

【請求項5】

前記固体撮像装置から出力されるｎ個のパケットに対応するｎ個のパケット信号に基づいて距離値を算出する信号処理回路を備え、
前記信号処理回路は、前記ｎ個のパケット信号のうち、反射光のうち先頭を含む部分に対応する第１パケット信号と、反射光のうち先頭を含む部分以外の部分に対応する第２パケット信号と、を判別し、
前記ｎ個のパケット信号の中から背景光成分を示す第１背景光パケット信号と、第２背景光パケット信号とを選択し、
前記第１パケット信号から第１背景光パケット信号を減算し、
前記第２パケット信号から第２背景光パケット信号を減算し、
減算後の前記第１パケット信号と、減算後の前記第２パケット信号とから距離値を算出する
請求項１に記載の測距装置。

【請求項6】

前記ｎ（ｎは偶数）個のパケット信号は、所定の読み出し電極を通過したパケットに対応するパケット信号からなる第１グループと、所定の読み出し電極を通過していないパケットに対応するパケット信号からなる第２グループとを構成し、
前記信号処理回路は、
前記第１背景光パケット信号を、前記第１パケット信号が属するグループから選択し、
前記第２背景光パケット信号を、前記第２パケット信号が属するグループから選択する請求項５に記載の測距装置。

【請求項7】

前記第１画素は赤外光を光電変換する赤外光画素であり、
前記第２画素は可視光を光電変換する可視光画素である
請求項１から６のいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項8】

前記複数の画素は、交互に配置された第１画素行と、第２画素行とを有し、
前記第１画素行は、一次元配置された複数の前記赤外光画素を有し、
前記第２画素行は、一次元配置された複数の前記可視光画素を有する
請求項７に記載の測距装置。

【請求項9】

所定列の垂直転送部のそれぞれは、前記第１画素の読み出し動作において、所定行の前記第１画素行における、行方向に隣り合う２つの赤外光画素からの信号電荷を混合し、
前記所定列以外の垂直転送部のそれぞれは、前記第１画素の読み出し動作において、所定行以外の前記第１画素行における、行方向に隣り合う２つの赤外光画素からの信号電荷を混合し、
前記所定列は、奇数列または偶数列であり、
前記所定行は、前記第１画素行の集まりのうちの奇数番目の第１画素行または偶数番目の第１画素行である
請求項８に記載の測距装置。

【請求項10】

前記複数の画素のそれぞれは、赤外光を光電変換する赤外光画素である
請求項１から６のいずれか１項に記載の測距装置。

【請求項11】

前記第１画素は、列方向の隣り合う４画素行のうちの２画素行に属する画素であり、
前記第２画素は、前記４画素行のうちの前記第１画素以外の画素であり、
所定列の垂直転送部のそれぞれは、前記第１画素の読み出し動作において、第１所定画素行における、行方向に隣り合う２つの第１画素からの信号電荷を混合し、
前記所定列以外の垂直転送部のそれぞれは、前記第１画素の読み出し動作において、第２所定画素行における、行方向に隣り合う２つの第１画素からの信号電荷を混合し、
前記所定列は、奇数列または偶数列であり、
前記第１所定画素行は、前記２画素行のうちの１画素行であり、
前記第２所定画素行は、前記２画素行のうちの他の１画素行である
請求項１０に記載の測距装置。

【請求項12】

パルス光を発する光源部と、固体撮像装置とを有する測距装置における測距方法であって、
読み出し対象の第１画素と、読み出し対象でない第２画素とを決定し、
前記第１画素のそれぞれに対して、パルス光に対して互いに異なるタイミングのｎ種類の露光動作（ｎは４以上の整数）を制御し、
前記ｎ種類の露光動作に対応するｎ種類の信号電荷を、前記固体撮像装置内の垂直転送部のｎ個のパケットに読み出し、
前記垂直転送部が配置される領域のうち前記ｎ個のパケットが形成される第１領域は、垂直方向に連続するｍ個の画素（ｍは３以上の整数）が配置される画素領域と隣り合い、
前記ｍ個の画素は、前記第１画素及び前記第２画素を含む
測距方法。

【請求項13】

さらに、前記ｎ個のパケットのうち、反射光のうち先頭を含む第１部分による信号電荷を保持する第１パケットと、反射光のうち前記第１部分以外の部分による信号電荷を保持する第２パケットと、を判別し、
前記ｎ個のパケットの中から背景光成分を示す第１背景光パケットと、第２背景光パケットとを選択し、
前記第１パケットから第１背景光パケットを減算し、
前記第２パケットから第２背景光パケットを減算し、
減算後の前記第１パケットと、減算後の前記第２パケットとから距離値を算出する
請求項１２に記載の測距方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、距離画像を生成する測距装置および測距方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、測距装置として様々な技術が提案されている（特許文献１、２、３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１４／００２４１５号

【文献】国際公開第２０１６／１８９８０８号

【文献】国際公開第２０１８／１０１０４９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の測距装置において発光および露光のためのパルス幅を大きくすれば測距レンジを拡大できるが測距バラツキが増大するという課題がある。ここでいう測距バラツキは、繰り返し測定において生じるバラツキをいい、パルス幅に比例して大きくなる。

【0005】

そこで、本開示は、測距レンジの拡大と、測距バラツキの低減とを可能にする測距装置および測距方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る測距装置は、パルス光を発する光源部と、固体撮像装置と、制御回路と、を備え、固体撮像装置は、光電変換により信号電荷を生成する複数の画素と、信号電荷を保持および転送するパケットが形成される複数の垂直転送部と、垂直転送部を覆いパケットを形成する複数種類の垂直転送電極と、を有し、複数の画素は、所定フレームを構成する読み出し対象の第１画素と、所定フレームを構成しない読み出し対象でない第２画素とを含み、制御回路は、第１画素のそれぞれに対して、パルス光に対して互いに異なるタイミングのｎ種類の露光動作（ｎは４以上の整数）を制御し、ｎ種類の露光動作に対応するｎ種類の信号電荷を垂直転送部のｎ個のパケットに読み出し、垂直転送部が配置される領域のうちｎ個のパケットが形成される第１領域は、垂直方向に連続するｍ個の画素（ｍは３以上の整数）が配置される画素領域と隣り合い、ｍ個の画素は、第１画素及び第２画素を含む。

【0007】

また、本開示の一態様に係る測距方法は、パルス光を発する光源部と、固体撮像装置とを有する測距装置における測距方法であって、読み出し対象の第１画素と、読み出し対象でない第２画素とを決定し、第１画素のそれぞれに対して、パルス光に対して互いに異なるタイミングのｎ種類の露光動作（ｎは４以上の整数）を制御し、ｎ種類の露光動作に対応するｎ種類の信号電荷を、固体撮像装置内の垂直転送部のｎ個のパケットに読み出し、垂直転送部が配置される領域のうちｎ個のパケットが形成される第１領域は、垂直方向に連続するｍ個の画素（ｍは３以上の整数）が配置される画素領域と隣り合い、ｍ個の画素は、第１画素及び第２画素を含む。

【0008】

なお、これらの全般包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本開示の測距装置および測距方法は、測距レンジの拡大と測距バラツキの低減とを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、実施の形態１に係る測距装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】図２は、実施の形態１に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。

【図3】図３は、実施の形態１に係る測距動作時に形成される６種類のパケットの配置例を示す説明図である。

【図4A】図４Ａは、実施の形態１に係る測距装置５の動作例を示すタイムチャートである。

【図4B】図４Ｂは、実施の形態１に係る測距装置５の他の動作例を示すタイムチャートである。

【図5】図５は、実施の形態１に係る測距装置の動作例を示すフローチャートである。

【図6A】図６Ａは、実施の形態１に係る反射光のタイミングの第１例を示す説明図である。

【図6B】図６Ｂは、実施の形態１に係る反射光のタイミングの第２例を示す説明図である。

【図6C】図６Ｃは、実施の形態１に係る反射光のタイミングの第３例を示す説明図である。

【図7A】図７Ａは、実施の形態２に係る測距装置５の動作例を示すタイムチャートである。

【図7B】図７Ｂは、実施の形態２に係る測距装置５の他の動作例を示すタイムチャートである。

【図8】図８は、実施の形態２に係る測距装置の動作例を示すフローチャートである。

【図9A】図９Ａは、実施の形態２に係る反射光のタイミングの第１例を示す説明図である。

【図9B】図９Ｂは、実施の形態２に係る反射光のタイミングの第２例を示す説明図である。

【図9C】図９Ｃは、実施の形態２に係る反射光のタイミングの第３例を示す説明図である。

【図10】図１０は、実施の形態３に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。

【図11】図１１は、実施の形態３に係る測距動作時に形成される６種類のパケットの配置例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の一態様に係る測距装置および測距方法の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0012】

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0013】

（実施の形態１）
［１．１ 構成］
図１は、実施の形態１に係る測距装置５の構成例を示すブロック図である。

【0014】

測距装置５は、距離画像と可視光画像とを生成する測距カメラである。そのため、測距装置５は、光源部２０、固体撮像装置１０、制御回路３０及び信号処理回路４０を備える。

【0015】

光源部２０は、制御回路３０からの発光制御信号に従って被写体に向けて赤外光のパルス光を照射する光源である。光源部２０は、例えば、レーザダイオード又は発光ダイオード等の発光素子を含む。

【0016】

固体撮像装置１０は、制御回路３０からの露光制御信号に従って露光動作をし、露光動作により画素信号を生成するイメージセンサである。

【0017】

図２は、固体撮像装置１０の構成例を示す図である。同図のように、固体撮像装置１０は、複数の画素と、複数の垂直転送部とを含む。

【0018】

複数の画素は、行列状に配置される。各画素は、赤外光または可視光を光電変換して信号電荷を生成する。図２の複数の画素は、交互に配置された第１画素行と、第２画素行とを有する。第１画素行は、一次元配置された複数の赤外光画素１３を有する。第２画素行は、一次元配置された複数の可視光画素１２を有する。複数の画素は、距離画像用の読み出し対象の第１画素と、距離画像用の読み出し対象でない第２画素とを含む。赤外光画素１３は第１画素の具体例であり、可視光画素１２は第２画素の具体例である。第１画素は、距離画像を構成する画素に対応し、距離画像の生成動作で読み出される。また、第２画素は、距離画像の生成動作で読み出されないが、輝度画像の生成動作で読み出される。

【0019】

複数の垂直転送部は、奇数列の垂直転送部１４ａと、偶数列の垂直転送部１４ｂとを含む。以下では、垂直転送部１４ａと垂直転送部１４ｂとを特に区別しない場合は、垂直転送部１４と記す。垂直転送部１４は、信号電荷を保持および転送するパケットが形成される。ここで、パケットとは、垂直転送電極Ｖ１～Ｖ１０により形成されるポテンシャルの井戸であり、信号電荷の保持と、信号電荷の垂直転送とに用いられる。垂直転送は、垂直転送部１４の長手方向にパケットを転送することであり、双方向に可能である。そのため、各垂直転送部１４は、垂直転送部１４を覆い、パケットを形成する複数種類の垂直転送電極Ｖ１～Ｖ１０を有する。

【0020】

複数種類の垂直転送電極Ｖ１～Ｖ１０は、印加される電圧の組合せによりパケットを形成および転送する。図２では、垂直転送電極Ｖ１～Ｖ１０のうちの垂直転送電極Ｖ４は、赤外光画素１３から垂直転送部１４に信号電荷を読み出すための読み出し電極を兼用している。読み出し電極を兼用する垂直転送電極Ｖ４は、上記の第１画素行のうち例えば奇数番目の第１画素行において、２つの赤外光画素１３からの信号電荷を偶数列の垂直転送部１４ｂに読み出して加算混合するように配置されている。また、読み出し電極を兼用する垂直転送電極Ｖ４は、上記の第１画素行のうち例えば偶数番目の第１画素行において、２つの赤外光画素１３からの信号電荷を奇数列の垂直転送部１４ａに読み出して加算混合するように配置されている。

【0021】

なお、垂直転送電極Ｖ１～Ｖ１０のうちの垂直転送電極Ｖ９は、可視光画素１２から垂直転送部１４に信号電荷を読み出すための読み出し電極を兼用している。

【0022】

図１における制御回路３０は、制御回路３０にパルス光の照射を指示する発光パルスを有する発光制御信号を出力し、固体撮像装置１０に露光を指示する露光パルスを有する露光制御信号を出力する。より具体的には、制御回路３０は、発光制御信号および露光制御信号によって、第１画素（つまり赤外光画素１３）のそれぞれに対して、パルス光に対して互いに異なるタイミングのｎ種類の露光動作（ｎは４以上の整数）を制御する。このとき、制御回路３０は、ｎ種類の露光動作のそれぞれで生成される信号電荷を垂直転送部のパケットに読み出し、垂直方向に転送する。また、垂直転送部１４が配置される領域のうちｎ個のパケットが形成される第１領域は、垂直方向に連続するｍ個の画素（ｍは３以上の整数）が配置される画素領域と隣り合う。ｍ個の画素は、上記の第１画素と第２画素とを含む。なお、制御回路３０は、専用の論理回路で構成されてもよいし、プログラムを格納するメモリ、プログラムを実行するプロセッサ、および、入出力ポート等を含む構成であってもよい。

【0023】

図３は、ｎ＝６の場合のパケットの配置例を示す図である。垂直転送部１４の両側の２つの赤外光画素１３から読み出された信号電荷は、ｎ種類の露光動作に対応してｎ個のパケットに読み出されて保持される。図３のパケットＰ１～Ｐ６は、露光、読み出しおよび垂直転送を６回実行することにより生成される。

【0024】

図１における信号処理回路４０は、固体撮像装置１０からの出力されるｎ個のパケット信号に基づいて、第１画素毎に（図３では混合加算の赤外光画素１３の２つ毎に）距離値を算出する。具体的には、信号処理回路４０は、まず、ｎ個のパケット信号のうち、反射光のうち先頭を含む第１部分に対応する第１パケット信号と、反射光のうち第１部分以外の部分に対応する第２パケットとを判別する。次に、信号処理回路４０は、ｎ個のパケット信号の中から背景光成分を示す第１背景光パケット信号および第２背景光パケット信号を選択する。第１背景光パケット信号は、第１パケット信号と同等の背景光の信号電荷ＢＧ０を含むとみなすことができるパケット信号である。第２背景光パケット信号は、第２パケット信号と同等の背景光の信号電荷ＢＧ１を含むとみなすことができるパケット信号である。さらに、信号処理回路４０は、第１パケット信号から第１背景光パケット信号を減算し、第２パケット信号ら第２背景光パケット信号を減算し、減算後の前記第１パケットと、減算後の前記第２パケットとから距離値を算出する。なお、信号処理回路４０は、パケット信号等のデータおよびプログラムを格納するメモリ、プログラムを実行するプロセッサ、および、入出力ポート等を含む構成であってもよい。

【0025】

なお、測距装置５は、光学レンズ等の光学系、光学レンズを移動させる駆動機構、生成された可視光画像及び距離画像を表示するディスプレイ及び保存する補助メモリ、操作者からの指示を受け取る入力デバイス（ボタン、タッチパネル）等を備えてもよい。

【0026】

［１．２ 動作］
上記のようの構成された本実施の形態に係る測距装置５について、以下その動作を説明する。

【0027】

まず、ｎ種類の露光動作およびｎ個のパケットを生成する動作について説明する。

【0028】

図４Ａは、実施の形態１に係る測距装置５の動作例を示すタイムチャートである。同図の「Ｌ０」は、制御回路３０から光源部２０に出力される発光制御信号に含まれる、発光タイミングを指示する発光パルスを示す。この発光パルスＬ０は正論理であり、ハイレベルで発光を、ローレベルで非発光を指示する。発光パルスＬ０のパルス幅Ｔｐは、例えば１０ｎＳである。

【0029】

「Ｅ１」は、制御回路３０から光源部２０に出力される露光制御信号に含まれる、露光タイミングを示す第１露光パルスを示す。この第１露光パルスＥ１は正論理であり、ハイレベルで露光を、ローレベルで非露光を指示する。第１露光パルスのパルス幅は、発光パルスと同じパルス幅Ｔｐである。なお、第１露光パルスのパルス幅は、発光パルスと異なっていてもよい。

【0030】

第２露光パルスＥ２から第６露光パルスＥ６も、第１露光パルスＥ１と同様である。ただし、「Ｅ１」から「Ｅ６」は発光パルスＬ０対して互いに異なるタイミングで露光を指示する。

【0031】

図４Ａでは、６種類の異なるタイミングの露光動作を、便宜上１つのタイムチャートにまとめて図示してある。６種類の露光動作は、発光パルスＬ０と第１露光パルスＥ１の組（Ｌ０、Ｅ１）による露光動作、（Ｌ０、Ｅ２）、（Ｌ０、Ｅ３）、（Ｌ０、Ｅ４）、（Ｌ０、Ｅ５）、（Ｌ０、Ｅ６）による露光動作である。

【0032】

制御回路３０は、この順番に露光動作を実施するように光源部２０および固体撮像装置１０を制御する。その結果、図３に示すように、（Ｌ０、Ｅ１）による露光動作により生成される信号電荷は、パケットＰ１に転送される。同様に、（Ｌ０、Ｅ２）、（Ｌ０、Ｅ３）、（Ｌ０、Ｅ４）、（Ｌ０、Ｅ５）、（Ｌ０、Ｅ６）の露光動作によりで生成される信号電荷は、パケットＰ２からＰ６に転送される。

【0033】

また、図４ＡのパケットＰ１からＰ３からなるパケットグループを第１グループと呼ぶ。パケットＰ４からＰ６からなるパケットグループを第２グループと呼ぶ。第１グループと第２グループとは、暗電流に関して次の差異がある。すなわち、第１グループは、ｎ個のパケットのうち、垂直転送部１４内で第１の所定の読み出し電極を通過したパケットからなる。また、第２グループは、第２の所定の読み出し電極を通過したパケットからなる。第１の所定の読み出し電極とは、図２では読み出し電極を兼用する垂直転送電極Ｖ４のうち、当該パケットＰ１～Ｐ３への読み出しを行っていない読み出し電極をいい、第２の所定の読み出し電極とは、図２では読み出し電極を兼用する垂直転送電極Ｖ４のうち、当該パケットＰ４～Ｐ６への読み出しを行っていない読み出し電極をいう。第１、第２の所定の読み出し電極にも読み出し用の高電圧が印加されるので、第１、第２の所定の読み出し電極を通過したパケットは、それぞれ異なる暗電流成分が含まれることになる。すなわち、第１グループのパケットは、第２グループのパケットとは異なる暗電流成分が含まれると考えられる。また、同じグループ内のパケットは、ほぼ同じくらいの暗電流成分を含むと考えられる。

【0034】

ここで、図４Ａの動作例を、ｎ＝３、ｍ＝２のケースを比較例として説明する。この比較例は、図４Ａから、第４～第６露光パルスＥ４～Ｅ６を削除し、パケットＰ４～Ｐ６が形成されない動作に相当する。例えば、図４Ａの動作例は、露光パルス幅が比較例と同じである場合には、測距レンジを２．５倍に拡大することができる。また、図４Ｂに示すように、露光パルス幅Ｔｑが比較例のパルス幅Ｔｐ約半分である場合には、測距レンジが同じで、測距バラツキを約半分にすることができる。

【0035】

次に、測距装置における露光から距離画像の生成までの動作について説明する。

【0036】

図５は、実施の形態１に係る測距装置の動作例を示すフローチャートである。距離画像を生成する場合、測距装置５は、まず、距離画像に対応する画素を読み出し対象の第１画素と決定し、距離画像に対応しない画素を読み出し対象でない第２画素とを決定する（Ｓ１００）。図２の例では、第１画素は赤外光画素１３である。また、第２画素は可視光画素１２である。

【0037】

次に、測距装置５は、ループ１（Ｓ１０１～Ｓ１０６）におけるｎ回の処理によって画素毎にパケット１～パケットｎを生成する。ここでいう画素は、距離画像の画素であり、図３の例では、混合加算される２つの赤外光画素１３が距離画像の１画素に対応する。図５の制御変数ｉは１からｎまでの整数である。ｎは４以上の整数であり、図３の例ではｎは６である。

【0038】

ループ１において、測距装置５は、パルス光に対して第ｉ露光パルスにより露光し（Ｓ１０２）、露光により可視光画素１２で発生した信号電荷を垂直転送部１４に読み出す（Ｓ１０３）。これにより、垂直転送部１４に第ｉ露光パルスによるパケットｉが形成される。さらに、測距装置５は、垂直転送部１４の各パケットを１パケット分垂直方向に転送する（Ｓ１０４）。

【0039】

ループ１の処理により、距離画像の１画素あたりｎ種類のパケットＰ１～Ｐｎが生成される。

【0040】

固体撮像装置１０は、パケットＰ１～Ｐｎの信号電荷量を示すｎ種類のパケット信号を信号処理回路４０に出力する（Ｓ１０６）。パケット信号は、デジタル信号でもよいし、アナログ信号でもよい。

【0041】

信号処理回路４０は、ループ２（Ｓ１０７～Ｓ１１４）において、固体撮像装置１０から出力されるｎ種類のパケット信号に基づいて距離値を算出する。ループ２は、距離画像の画素毎の繰り返し処理である。

【0042】

ループ２において、信号処理回路４０は、ｎ個のパケット信号のうち、反射光のうち先頭を含む部分に対応する信号電荷Ｓ０を示す第１パケット信号と、反射光のうち先頭を含む部分以外の部分に対応する信号電荷Ｓ１を示す第２パケット信号とを判別する（Ｓ１０８）。

【0043】

ここで信号電荷Ｓ０、信号電荷Ｓ１について図６Ａ～図６Ｃを用いて説明する。図６Ａ～図６Ｃ中のＲＡ、ＲＢ、ＲＣは対象物からの反射光のタイミングを例示している。

【0044】

図６Ａの例では反射光ＲＡの先頭を含む部分は第１露光パルスＥ１で露光され、信号電荷Ｓ０を生成する。信号電荷Ｓ０はパケットＰ１に保持される。また、反射光ＲＡの先頭を含む部分以外の部分は第２露光パルスＥ２で露光され、信号電荷Ｓ１を生成する。信号電荷Ｓ１は、パケットＰ２に保持される。反射光ＲＡにより生成される全信号電荷は、Ｓ０＋Ｓ１に相当する。

【0045】

図６Ｂの例では反射光ＲＢの先頭を含む部分は第３露光パルスＥ３で露光され、信号電荷Ｓ０を生成する。信号電荷Ｓ０はパケットＰ３に保持される。また、反射光ＲＢの先頭を含む部分以外の部分は第４露光パルスＥ４で露光され、信号電荷Ｓ１を生成する。信号電荷Ｓ１は、パケットＰ４に保持される。反射光ＲＢにより生成される全信号電荷は、Ｓ０＋Ｓ１に相当する。

【0046】

図６Ｃの例では反射光ＲＣの先頭を含む部分は第５露光パルスＥ５で露光され、信号電荷Ｓ０を生成する。信号電荷Ｓ０はパケットＰ５に保持される。また、反射光ＲＣの先頭を含む部分以外の部分は第６露光パルスＥ６で露光され、信号電荷Ｓ１を生成する。信号電荷Ｓ１は、パケットＰ６に保持される。反射光ＲＢにより生成される全信号電荷は、Ｓ０＋Ｓ１に相当する。

【0047】

ｎ種類のパケット信号うち信号電荷Ｓ０を保持するパケットに対応するパケット信号を第１パケット信号と呼ぶ。また、ｎ種類のパケット信号うち信号電荷Ｓ１を保持するパケットに対応するパケット信号を第２パケット信号と呼ぶ。

【0048】

次に、信号処理回路４０は、判別した第１パケット信号が属するグループを特定し（Ｓ１０９）、特定したグループから第１背景光パケット信号を選択する（Ｓ１１０）。第１背景光パケット信号は、ｎ個のパケット信号のうち、反射光による信号電荷を含まず、背景光による信号電荷を含むパケット信号をいう。図６Ａでは、パケットＰ３～Ｐ６は反射光による信号電荷を含まず、背景光による信号電荷を含む。図６Ａでは、第１パケット信号がパケットＰ１対応し、第１グループＧ１に含まれるので、パケットＰ３に対応するパケット信号が第１背景光パケット信号として選択される。また、図６Ｂでは、パケットＰ２に対応するパケット信号が第１背景光パケット信号として選択される。なお、図６Ｂでは、パケットＰ１に対応するパケット信号が第１背景光パケット信号として選択されてもよい。図６Ｃでは、パケットＰ４に対応するパケット信号が第１背景光パケット信号として選択される。

【0049】

さらに、信号処理回路４０は、判別した第２パケット信号が属するグループを特定し（Ｓ１１１）、特定したグループから第２背景光パケット信号を選択する（Ｓ１１２）。第１背景光パケット信号は、ｎ個のパケット信号のうち、反射光による信号電荷を含まず、背景光による信号電荷を含むパケット信号をいう。図６Ａでは、パケットＰ３～Ｐ６は反射光を含まず、背景光を含む。図６Ａでは、第２パケット信号がパケットＰ２対応し、第１グループＧ１に含まれるので、パケットＰ３に対応するパケット信号が第２背景光パケット信号として選択される。また、図６Ｂでは、パケットＰ５対応するパケット信号が第２背景光パケット信号として選択される。なお、図６Ｂでは、パケットＰ６に対応するパケット信号が第２背景光パケット信号として選択されてもよい。図６Ｃでは、パケットＰ４に対応するパケット信号が第２背景光パケット信号として選択される。

【0050】

さらに、信号処理回路４０は、信号電荷Ｓ０を示す第１パケット信号から第１背景光パケット信号を減算し、信号電荷Ｓ１を示す第２パケット信号から第２背景光パケット信号を減算し、減算後の前記第１パケット信号と、減算後の前記第２パケット信号とから距離値を算出する（Ｓ１１３）。

【0051】

距離値ｚは、例えば、式１により算出される。

【0052】

z＝｛c×(i－1)×Tp＋c×((S1－BG1)/(S0－BG0＋S1－BG1)) ×Tp｝／2 ・・・（式1）

【0053】

第１パケット信号と第１背景光パケット信号とは同じグループに属するので同じくらいの暗電流成分を含んでいる。よって、第１パケット信号と第１背景光パケット信号との減算により、背景光成分をキャンセルするだけでなく、暗電流成分もキャンセルすることがるできる。

【0054】

同様に、第２パケット信号と第２背景光パケット信号とは同じグループに属するので同じくらいの暗電流成分を含んでいる。よって、第１パケット信号と第１背景光パケット信号との減算により、背景光成分をキャンセルするだけでなく、暗電流成分もキャンセルすることができる。

【0055】

このように、図５の動作例によれば、第１背景光パケット信号および第２背景光パケット信号の選択候補をグループ内に限定するので、グループによって異なる暗電流成分の大きさを、距離値の演算において適切にキャンセルすることができる。

【0056】

以上説明してきたように、実施の形態１に係る測距装置は、パルス光を発する光源部２０と、固体撮像装置１０と、制御回路３０と、を備え、固体撮像装置１０は、光電変換により信号電荷を生成する複数の画素と、信号電荷を保持および転送するパケットが形成される複数の垂直転送部１４と、垂直転送部を覆いパケットを形成する複数種類の垂直転送電極Ｖ１～Ｖ１０と、を有し、複数の画素は、所定フレームを構成する読み出し対象の第１画素（例えば赤外光画素１３）と、所定フレームを構成しない読み出し対象でない第２画素（例えば可視光画素１２）とを含み、制御回路３０は、第１画素のそれぞれに対して、パルス光に対して互いに異なるタイミングのｎ種類の露光動作（ｎは４以上の整数）を制御し、ｎ種類の露光動作に対応するｎ種類の信号電荷を垂直転送部１４のｎ個のパケットに読み出し、垂直転送部１４が配置される領域のうちｎ個のパケットが形成される第１領域は、垂直方向に連続するｍ個の画素（ｍは３以上の整数）が配置される画素領域と隣り合い、ｍ個の画素は、第１画素及び第２画素を含む。

【0057】

これによれば、測距レンジの拡大と測距バラツキの低減とを可能にする。具体的には、互いに異なるタイミングの４つ以上の露光動作で反射光を露光するので、測距レンジを拡大することを可能にする。また、４つ以上の露光動作における露光パルス幅を短くすれば、測距バラつきの低減することを可能にする。

【0058】

ここで、ｎは６以上であり、ｍは４以上であってもよい。

【0059】

これによれば、例えば、比較例としてｎ＝３、ｍ＝２のケースと比較してみれば、露光パルス幅が同じ場合は測距レンジを２．５倍以上に拡大することができ、露光パルス幅を半分にした場合は測距バラツキを半分以下にすることがでできる。

【0060】

ここで、制御回路３０は、パルス光と１対１で組み合わされる第１露光パルスから第ｎ露光パルスを生成し、パルス光と第１露光パルスから第ｎ露光パルスのそれぞれとの時間差は、第１露光パルスから第ｎの露光パルスの順に大きく、制御回路は、ｎ種類の露光動作において、第１露光パルスから第ｎ露光パルスを、第１から第ｎの露光パルスの順に生成してもよい。

【0061】

これによれば、垂直転送部におけるｎ個のパケットの並び順は、パルス光に対する時間差の順大きい順または小さい順と同じになる。言い換えれば、ｎ個のパケットは、隣接する距離区間の順と同じ順に並ぶ。よって、反射光で生じる信号電荷は、ｎ個のパケットの並びにおいて隣り合う２つのパケットに保持させることができる。

【0062】

ここで、測距装置５は、固体撮像装置１０から出力されるｎ個のパケットに対応するｎ個のパケット信号に基づいて距離値を算出する信号処理回路４０を備え、信号処理回路４０は、ｎ個のパケット信号のうち、反射光のうち先頭を含む部分に対応する第１パケット信号と、反射光のうち先頭を含む部分以外の部分に対応する第２パケット信号と、を判別し、ｎ個のパケット信号の中から背景光成分を示す第１背景光パケット信号と、第２背景光パケット信号とを選択し、第１パケット信号から第１背景光パケット信号を減算し、第２パケット信号から第２背景光パケット信号を減算し、減算後の第１パケット信号と、減算後の第２パケット信号とから距離値を算出してもよい。

【0063】

これによれば、距離値に対する背景光および暗電流の影響を抑制することができる。

【0064】

ここで、ｎ（ｎは偶数）個のパケット信号は、所定の読み出し電極を通過したパケットに対応するパケット信号からなる第１グループと、所定の読み出し電極を通過していないパケットに対応するパケット信号からなる第２グループとを構成し、信号処理回路４０は、第１背景光パケット信号を、第１パケット信号が属するグループから選択し、第２背景光パケット信号を、第２パケット信号が属するグループから選択してもよい。

【0065】

これによれば、距離値に対する背景光の影響を抑制し、暗電流の影響をさらに効果的に抑制することができる。なぜなら、第１パケット信号および第１背景光パケットは同じグループに属するので、同程度の暗電流成分を含んでいるからである。また、第２パケット信号および第２背景光パケットは同じグループに属するので、同程度の暗電流成分を含んでいるからである。

【0066】

ここで、第１画素は赤外光を光電変換する赤外光画素であり、第２画素（可視光画素１２）は可視光を光電変換する可視光画素であってもよい。

【0067】

これによれば、距離画像の他に可視光による輝度画像を生成することができる。

【0068】

ここで、複数の画素は、交互に配置された第１画素行と、第２画素行とを有し、第１画素行は、一次元配置された複数の赤外光画素１３を有し、第２画素行は、一次元配置された複数の可視光画素１２を有していてもよい。

【0069】

これによれば、測距レンジの拡大と測距バラツキの低減とを可能にする。

【0070】

ここで、所定列の垂直転送部１４のそれぞれは、第１画素の読み出し動作において、所定行の第１画素行における、行方向に隣り合う２つの赤外光画素からの信号電荷を混合し、所定列以外の垂直転送部１４のそれぞれは、第１画素の読み出し動作において、所定行以外の第１画素行における、行方向に隣り合う２つの赤外光画素からの信号電荷を混合し、所定列は、奇数列または偶数列であり、所定行は、第１画素行の集まりのうちの奇数番目の第１画素行または偶数番目の第１画素行であってもよい。

【0071】

これによれば、画素混合に伴い感度を向上させることができる。

【0072】

また、実施の形態１に係る測距方法は、パルス光を発する光源部２０と、固体撮像装置１０とを有する測距装置における測距方法であって、読み出し対象の第１画素と、読み出し対象でない第２画素とを決定し、第１画素のそれぞれに対して、パルス光に対して互いに異なるタイミングのｎ種類の露光動作（ｎは４以上の整数）を制御し、ｎ種類の露光動作に対応するｎ種類の信号電荷を、固体撮像装置内の垂直転送部１４のｎ個のパケットに読み出し、垂直転送部１４が配置される領域のうちｎ個のパケットが形成される第１領域は、垂直方向に連続するｍ個の画素（ｍは３以上の整数）が配置される画素領域と隣り合い、ｍ個の画素は、第１画素及び第２画素を含む。

【0073】

これによれば、測距レンジの拡大と測距バラツキの低減とを可能にする。具体的には、互いに異なるタイミングの４つ以上の露光動作で反射光を露光するので、３以上の距離区間の距離演算、または、４以上の距離区間の物体有無の判別が可能になり、測距レンジを拡大することを可能にする。また、４つ以上の露光動作における露光パルス幅を短くすれば、測距バラつきの低減することを可能にする。

【0074】

ここで、測距方法において、さらに、ｎ個のパケット信号のうち、反射光のうち先頭を含む部分に対応する第１パケット信号と、反射光のうち先頭を含む部分以外の部分に対応する第２パケット信号と、を判別し、ｎ個のパケット信号の中から背景光成分を示す第１背景光パケット信号と、第２背景光パケット信号とを選択し、第１パケット信号から第１背景光パケット信号を減算し、第２パケット信号から第２背景光パケット信号を減算し、減算後の第１パケット信号と、減算後の第２パケット信号とから距離値を算出してもよい。

【0075】

これによれば、距離値に対する背景光および暗電流の影響を抑制することができる。

【0076】

（実施の形態２）
実施の形態１では、反射光で生じる全信号電荷（Ｓ０＋Ｓ１）は、垂直転送部１４のｎ個のパケットの並びにおいて隣り合う２つのパケットに保持される。これに対して、実施の形態２では、反射光で生じる全信号電荷（Ｓ０＋Ｓ１）が、垂直転送部１４のｎ個のパケットの並びにおいて隣り合わない２つのパケットに保持される構成例について説明する。

【0077】

本実施の形態における測距装置５の構成は、図１～図３と同じでよい。ただし、制御回路３０によるｎ種類の露光動作の順序が主に異なっている。以下、同じ点の説明の重複を避けて、異なっている点を中心に説明する。

【0078】

図７Ａは、実施の形態２に係る測距装置５の動作例を示すタイムチャートである。同図は、図４Ａと比べて、第１露光パルスＥ１から第６露光パルスＥ６を出力する順序が異なっている。図７Ａでは、６種類の露光動作は、（Ｌ０、Ｅ１）、（Ｌ０、Ｅ３）、（Ｌ０、Ｅ５）、（Ｌ０、Ｅ２）、（Ｌ０、Ｅ４）、（Ｌ０、Ｅ６）の順序で実行される。その結果、（Ｌ０、Ｅ１）、（Ｌ０、Ｅ３）、（Ｌ０、Ｅ５）の露光動作が順に実行され、第１グループのパケットＰ１、Ｐ２、Ｐ３が生成される。（Ｌ０、Ｅ２）、（Ｌ０、Ｅ４）、（Ｌ０、Ｅ６）露光動作が順に実行され、第２グループのパケットＰ４、Ｐ５、Ｐ６が生成される。また、図７Ｂも図７Ａとパルス幅が異なる点以外同様である。

【0079】

図８は、実施の形態２に係る測距装置の動作例を示すフローチャートである。同図は、図５と比べて、ループ１の代わりにループ１ａを実行する点が異なっている。

【0080】

ループ１ａ（Ｓ１０１ａ～Ｓ１０５ａ）は、図５のループ１（Ｓ１０１～Ｓ１０５）と比べて制御変数ｉが１、３、５、２、４、６の順になっている点が異なる。制御変数ｉは第ｉ露光パルスに対応する。

【0081】

次に、実施の形態２における、第１パケット信号、第２パケット信号、第１背景光パケット信号、第２背景光パケット信号について図６Ａ～図６Ｃを用いて説明する。図９Ａ～図９Ｃ中のＲＡ、ＲＢ、ＲＣは、図６Ａ～６Ｃと同様に、対象物からの反射光のタイミングを例示している。

【0082】

図９Ａの例では反射光ＲＡの先頭を含む部分は第１露光パルスＥ１で露光され、信号電荷Ｓ０を生成する。信号電荷Ｓ０はとしてパケットＰ１に保持される。また、反射光ＲＡの先頭を含む部分以外の部分は第２露光パルスＥ２で露光され、信号電荷Ｓ１を生成する。信号電荷Ｓ１は、パケットＰ４に保持される。

【0083】

反射光ＲＡにより生成される全信号電荷（Ｓ０＋Ｓ１）は、パケットＰ１とパケットＰ４に保持される。第１パケット信号はパケットＰ１に対応する。第２パケット信号はパケットＰ４に対応する。

【0084】

また、第１背景光パケット信号は、第１パケット信号と同じグループから選択され、パケットＰ２に対応するパケット信号が選択される。なお、第１背景光パケット信号は、パケットＰ３に対応するパケット信号でもよい。第２背景光パケット信号は、第２パケット信号と同じグループから選択され、パケットＰ５に対応するパケット信号が選択される。なお、第２背景光パケット信号は、パケットＰ６に対応するパケット信号でもよい。

【0085】

このように、図９Ａでは、反射光で生じる全信号電荷（ＳＯ＋Ｓ１）が、垂直転送部１４のｎ個のパケットの並びにおいて隣り合わない２つのパケットＰ１、Ｐ４に保持される。これにより、第１背景光パケット信号の候補を２つ確保することができる。第１背景光パケット信号をより適切に選択すること可能になる。同様に、第２背景光パケット信号の候補も２つ確保することができる。この点、図６Ａでは、第１背景光パケット信号の候補も、第２背景光パケット信号の候補も１つだけである。図９Ａでは、図６Ａよりも、背景光成分のキャンセルと暗電流成分のキャンセルとをより適切に行うことができる。

【0086】

図９Ｂの例では反射光ＲＢの先頭を含む部分は第３露光パルスＥ３で露光され、信号電荷Ｓ０を生成する。信号電荷Ｓ０はパケットＰ２に保持される。また、反射光ＲＢの先頭を含む部分以外の部分は第４露光パルスＥ４で露光され、信号電荷Ｓ１を生成する。信号電荷Ｓ１は、パケットＰ５に保持される。

【0087】

反射光ＲＢにより生成される全信号電荷（Ｓ０＋Ｓ１）は、パケットＰ２とパケットＰ５に保持される。第１パケット信号はパケットＰ２に対応する。第２パケット信号はパケットＰ５に対応する。

【0088】

また、第１背景光パケット信号は、第１パケット信号と同じグループから選択され、パケットＰ３に対応するパケット信号が選択される。なお、第１背景光パケット信号は、パケットＰ１に対応するパケット信号でもよい。第２背景光パケット信号は、第２パケット信号と同じグループから選択され、パケットＰ６に対応するパケット信号が選択される。なお、第２背景光パケット信号は、パケットＰ４に対応するパケット信号でもよい。

【0089】

このように、図９Ｂでは、反射光で生じる全信号電荷（ＳＯ＋Ｓ１）が、垂直転送部１４のｎ個のパケットの並びにおいて隣り合わない２つのパケットＰ２、Ｐ５に保持される。これにより、第１背景光パケット信号の候補を２つ確保することができる。第１背景光パケット信号をより適切に選択すること可能になる。同様に、第２背景光パケット信号の候補も２つ確保することができる。この点は、図６Ｂと同様である。

【0090】

図９Ｃの例では反射光ＲＣの先頭を含む部分は第５露光パルスＥ５で露光され、信号電荷Ｓ０を生成する。信号電荷Ｓ０はパケットＰ３に保持される。また、反射光ＲＣの先頭を含む部分以外の部分は第６露光パルスＥ６で露光され、信号電荷Ｓ１を生成する。信号電荷Ｓ１は、パケットＰ６に保持される。

【0091】

反射光ＲＣにより生成される全信号電荷（Ｓ０＋Ｓ１）は、パケットＰ３とパケットＰ６に保持される。第１パケット信号はパケットＰ３に対応する。第２パケット信号はパケットＰ６に対応する。

【0092】

また、第１背景光パケット信号は、第１パケット信号と同じグループから選択され、パケットＰ２に対応するパケット信号が選択される。なお、第１背景光パケット信号は、パケットＰ１に対応するパケット信号でもよい。第２背景光パケット信号は、第２パケット信号と同じグループから選択され、パケットＰ５に対応するパケット信号が選択される。なお、第２背景光パケット信号は、パケットＰ４に対応するパケット信号でもよい。

【0093】

このように、図９Ｃでは、反射光で生じる全信号電荷（ＳＯ＋Ｓ１）が、垂直転送部１４のｎ個のパケットの並びにおいて隣り合わない２つのパケットＰ３、Ｐ６に保持される。これにより、第１背景光パケット信号の候補を２つ確保することができる。第１背景光パケット信号をより適切に選択すること可能になる。同様に、第２背景光パケット信号の候補も２つ確保することができる。第１背景光パケット信号をより適切に選択すること可能になる。同様に、第２背景光パケット信号の候補も２つ確保することができる。この点、図６Ｃでは、第１背景光パケット信号の候補も、第２背景光パケット信号の候補も１つだけである。図９Ｃでは、図６Ｃよりも、背景光成分のキャンセルと暗電流成分のキャンセルとをより適切に行うことができる。

【0094】

以上説明してきたように、実施の形態２に係る測距装置において、制御回路３０は、パルス光と１対１で組み合わされる第１露光パルスから第ｎ露光パルスを生成し、パルス光と第１露光パルスから第ｎ露光パルスのそれぞれとの時間差は、第１露光パルスから第ｎの露光パルスの順に大きく、制御回路３０は、ｎ種類の露光動作において、第１露光パルスから第ｎの露光パルスを、第１から第ｎのうち奇数に対応する露光パルスを順に生成し、かつ、第１から第ｎのうち偶数に対応する露光パルスを順に生成する。

【0095】

これによれば、垂直転送部におけるｎ個のパケットの並び順は、パルス光との時間差の順ではなく飛び飛びの順になる。これによれば、反射光で生じる信号電荷は、ｎ個のパケットの並びにおいて、隣り合わない２つのパケットに保持させることができる。この場合、反射光に対応する２つのパケットが隣り合わないので、２つのパケットそれぞれに対応する背景光成分となるパケットの候補をより多く確保することができる。その結果、測距バラツキをより抑制することができる。

【0096】

（実施の形態３）
実施の形態３では、図２の異なる画素配列を有する測距装置の構成例について説明する。

【0097】

［３．１ 構成］
本実施の形態における測距装置５の構成は、図１と同じでよい。ただし、固体撮像装置１０の複数の画素の構成が異なっている。以下異なる点を中心に説明する。

【0098】

図１０は、実施の形態３に係る固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。同図は、図２と比べて、可視光画素１２代わりに赤外光画素１３を備える点が異なっている。この固体撮像装置１０は、距離画像と輝度画像とを生成する。輝度画像は赤外光による二次元画像である。距離画像は、実施の形態１、２と同様に生成する。

【0099】

制御回路３０は、距離画像の生成において、列方向の隣り合う４つの画素行のうちの２つの画素行を使用し、のこり２つの画素行を使用しない。つまり、距離画像用の読み出し対象の第１画素は、列方向の隣り合う４画素行のうちの２画素行に属する画素である。読み出し対象でない第２画素は、列方向の隣り合う４画素行のうちの残り２画素行に属する画素である。そのため、図１０では、複数種類の垂直転送電極Ｖ１～Ｖ１０のうちＶ５Ａ、Ｖ５Ｂ、Ｖ７Ａ、Ｖ７Ｂは読み出し電極を兼用している。読み出し電極と兼用の垂直転送電極Ｖ５ＡとＶ５Ｂは、独立して制御可能である。読み出し電極と兼用の垂直転送電極Ｖ７ＡとＶ７Ｂも、独立して制御可能である。距離画像の生成動作では、垂直転送電極Ｖ５ＡとＶ７Ａを読み出し電極として使用し、垂直転送電極Ｖ５ＢとＶ７Ｂを読み出し電極として使用しない。これにより、４つの画素行のうちの２つの画素行を使用し、のこり２つの画素行を使用しないことになる。

【0100】

図１１は、図１０においてｎ＝６の場合のパケットの配置例を示す図である。垂直転送部１４の両側の２つの赤外光画素１３から読み出された信号電荷は、ｎ種類の露光動作に対応して６個のパケットに読み出されて保持される。パケットＰ１～Ｐ６は、露光、読み出しおよび垂直転送を６回実行することにより生成される。

【0101】

本実施の形態における測距動作は、実施の形態１の図５のフローチャートに従ってもよいし、実施の形態２の図８のフローチャートに従ってもよい。

【0102】

以上説明してきたように、実施の形態３に係る測距装置において、複数の画素のそれぞれは、赤外光を光電変換する赤外光画素である。

【0103】

これによれば、測距レンジの拡大と測距バラツキの低減とを可能にする。

【0104】

ここで、第１画素は、列方向の隣り合う４画素行のうちの２画素行に属する画素であり、第２画素は、４画素行のうちの第１画素以外の画素であり、所定列の垂直転送部のそれぞれは、第１画素の読み出し動作において、第１所定画素行における、行方向に隣り合う２つの第１画素からの信号電荷を混合し、所定列以外の垂直転送部のそれぞれは、第１画素の読み出し動作において、第２所定画素行における、行方向に隣り合う２つの第１画素からの信号電荷を混合し、所定列は、奇数列または偶数列であり、第１所定画素行は、２画素行のうちの１画素行であり、第２所定画素行は、２画素行のうちの他の１画素行であってもよい。

【0105】

これによれば、距離画像の他に可視光画像を生成することができる。

【0106】

なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態の測距装置５を実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。

【0107】

すなわち、このプログラムは、コンピュータに、図５または図８に示した測距方法を実行させる。

【0108】

以上、本開示の一つまたは複数の態様に係る測距装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0109】

本開示は、距離画像を生成する測距装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0110】

５ 測距装置
１０ 固体撮像装置
１２ 可視光画素
１３ 赤外光画素
１４、１４ａ、１４ｂ 垂直転送部
２０ 光源部
３０ 制御回路
４０ 信号処理回路
Ｖ１～Ｖ１０、Ｖ５Ａ、Ｖ５Ｂ、Ｖ７Ａ、Ｖ７Ｂ 垂直転送電極

【要約】

測距装置は、複数の画素は、読み出し対象の第１画素と、読み出し対象でない第２画素とを決定し、第１画素のそれぞれに対して、互いに異なるタイミングのｎ種類の露光動作（ｎは４以上の整数）を行い、ｎ種類の露光動作に対応するｎ種類の信号電荷を垂直転送部のｎ個のパケットに読み出し、垂直転送部が配置される領域のうちｎ個のパケットが形成される第１領域は、垂直方向に連続するｍ個の画素（ｍは３以上の整数）が配置される画素領域と隣り合い、ｍ個の画素は、第１の画素および第２画素を含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】