特許 7535704 撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-08

(45)【発行日】2024-08-19

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/70 20230101AFI20240809BHJP

   H04N 25/76 20230101ALI20240809BHJP

【ＦＩ】

H04N25/70

H04N25/76

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021543658

(86)(22)【出願日】2020-07-30

(86)【国際出願番号】 JP2020029235

(87)【国際公開番号】W WO2021044771

(87)【国際公開日】2021-03-11

【審査請求日】2023-05-30

(31)【優先権主張番号】P 2019163238

(32)【優先日】2019-09-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111383

【弁理士】

【氏名又は名称】芝野 正雅

(74)【代理人】

【識別番号】100170922

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 誠

(72)【発明者】

【氏名】山田 翔太

(72)【発明者】

【氏名】石井 基範

(72)【発明者】

【氏名】春日 繁孝

(72)【発明者】

【氏名】竹本 征人

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 裕

【審査官】松永 隆志

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１８５７００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／２１６４００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１０２６３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－１４４７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９１７６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ２３／００－２５／７９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の画素セルが受光面に行列状に配置された固体撮像素子と、
前記各画素セルから出力される検出信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記画素セルは、
アバランシェフォトダイオードを備え、
前記アバランシェフォトダイオードにより受光されたフォトンのカウント数に応じた電圧を前記検出信号として出力し、
前記信号処理部は、
前記複数の画素セルに対する電気制御によりアバランシェ増倍相当の電荷を擬似的に蓄積させた場合に、前記各画素セルから出力される検出信号の前記画素セル間のばらつきを算出するばらつき算出部と、
前記ばらつき算出部により算出されたばらつきに基づいて前記各画素セルから出力される検出信号を補正する補正演算部と、を備える、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

複数の画素セルが受光面に行列状に配置された固体撮像素子と、
前記各画素セルから出力される検出信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記画素セルは、
アバランシェフォトダイオードを備え、
前記アバランシェフォトダイオードにより受光されたフォトンのカウント数に応じた電圧を前記検出信号として出力し、
前記信号処理部は、
前記複数の画素セルに対する光の照射によりアバランシェ増倍相当の電荷を擬似的に蓄積させた場合に、前記各画素セルから出力される検出信号の前記画素セル間のばらつきを算出するばらつき算出部と、
前記ばらつき算出部により算出されたばらつきに基づいて前記各画素セルから出力される検出信号を補正する補正演算部と、を備える、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記ばらつき算出部は、全ての前記画素セルから出力されるフォトンのカウント数に応じた前記検出信号を決定する基準値を取得し、前記基準値と前記各画素セルの前記検出信号の差分に基づいて、各画素セルに対する前記ばらつきを算出する、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項4】

請求項３に記載の撮像装置において、
前記基準値は、前記全ての前記画素セルから出力された前記検出信号をヒストグラム化したときのモード、中央値および平均値の何れか一つにより決定される、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項5】

請求項３または４に記載の撮像装置において、
前記信号処理部は、前記基準値と前記検出信号との差分を前記画素セルごとに記憶するテーブル記憶部をさらに備え、
前記補正演算部は、前記画素セルごとに前記差分を前記検出信号に加算して前記検出信号の補正を行う、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項6】

請求項１ないし５の何れか一項に記載の撮像装置において、
前記ばらつき算出部は、異なるタイミングで複数回、前記ばらつきを算出し、
前記補正演算部は、算出された複数回の前記ばらつきに基づいて、前記各画素セルからの前記検出信号に対する前記ばらつきの補正を行う、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項7】

請求項１ないし６の何れか一項に記載の撮像装置において、
前記ばらつき算出部は、所定の更新条件が充足された場合に、前記ばらつきの算出を行って、前記各画素セルにおける前記ばらつきを更新する、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項8】

複数の画素セルが行列状に配置された固体撮像素子と、
前記各画素セルから出力される検出信号を処理する信号処理部と、を備え、
前記画素セルは、
アバランシェフォトダイオードを備え、
前記アバランシェフォトダイオードにより受光されたフォトンのカウント数に応じた電圧を前記検出信号として出力し、
前記信号処理部は、
前記カウント数と前記検出信号との相関関係を前記画素セルごとに抽出する相関抽出部と、
前記相関抽出部により抽出された前記相関関係に基づいて、前記各画素セルからの検出信号に応じた前記カウント数を取得するカウント数取得部と、を備える、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項9】

請求項８に記載の撮像装置において、
前記相関抽出部は、前記カウント数と前記検出信号との相関関係を規定する相関テーブルを前記画素セルごとに設定する、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項10】

請求項９に記載の撮像装置において、
前記相関抽出部は、各カウント数に対応する電荷を前記画素セルに擬似的に蓄積させた場合に、前記各画素セルから出力される前記検出信号に基づいて、前記相関テーブルを設定する、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の撮像装置において、
前記相関抽出部は、複数種類の前記相関テーブルを予め保持し、前記各画素セルから出力される前記検出信号と前記カウント数との相関関係に最も近い相関関係の前記相関テーブルを、前記各画素セルに対応づける、
ことを特徴とする撮像装置。

【請求項12】

請求項８に記載の撮像装置において、
前記相関抽出部は、各カウント数に対応する電荷を前記画素セルに擬似的に蓄積させた場合に、前記各画素セルから出力される前記検出信号に基づいて、前記カウント数と前記検出信号との相関関係を規定する相関関数を前記画素セルごと設定する、
ことを特徴とする撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、固体撮像素子を用いた撮像装置が、医療や放射線計測等の種々の分野で用いられている。最近では、目標領域に光を投射し、その反射光の有無に基づいて、目標領域における物体の有無を検出する物体検出装置にも、撮像装置が用いられている。この場合、目標領域に対する光の投射タイミングと反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、物体までの距離が測定される。固体撮像素子の画素ごとに、反射光の有無が検出され、物体までの距離が測定される。測定された距離を各画素位置にマッピングすることにより、目標領域に対する距離画像を生成できる。

【0003】

微弱な光の検出が必要な機器では、アバランシェフォトダイオード（以下、「ＡＰＤ」という）がアレイ状に配置された固体撮像素子が用いられ得る。たとえば、上記物体検出装置では、反射光の強度が物体までの距離の２乗に反比例するため、測距範囲が長くなると、固体撮像素子で受光される反射光の強度は、かなり減衰する。このような場合に、ＡＰＤがアレイ状に配置された固体撮像素子が用いられると有利である。ＡＰＤは、フォトンの衝突により発生する電子（電荷）をアバランシェ増倍により増幅させる。これにより、微弱な光を検出可能である。この種の固体撮像素子では、画素セルごとに、ＡＰＤと、その処理回路が配置されている。

【0004】

ここで、固体撮像素子を用いた撮像装置では、各画素セルからの信号にノイズが生じることが課題となっている。このようなノイズを低減する方法の一例として、以下の特許文献１には、単位画素のフローティングディフュージョンと、単位画素から読み出された信号を転送する信号線との接続を制御する第１の接続制御部と、フィードバック用の増幅部の入力と信号線との接続を制御する第２の接続制御部と、フィードバック用の増幅部の出力と信号線との接続を制御する第３の接続制御部と、単位画素、フィードバック用の増幅部、並びに、第１の接続制御部乃至第３の接続制御部を制御し、フィードバック用の増幅部の出力をフローティングディフュージョンにフィードバックさせるフィードバック制御部と、を備える信号処理装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－５８７６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記特許文献１の構成では、フィードバック用の増幅部の出力をフローティングディフュージョンにフィードバックさせる構成が画素ごとに必要となるため、固体撮像素子の構成が複雑になってしまう。

【0007】

かかる課題に鑑み、本発明は、フィードバック回路を設けることなく、各画素セルからの検出信号のばらつきに対応することが可能な撮像装置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】

【0008】

本発明の第１の態様は、撮像装置に関する。本態様に係る撮像装置は、複数の画素セルが受光面に行列状に配置された固体撮像素子と、前記各画素セルから出力される検出信号を処理する信号処理部と、を備える。ここで、前記画素セルは、アバランシェフォトダイオードを備え、前記アバランシェフォトダイオードにより受光されたフォトンのカウント数に応じた電圧を前記検出信号として出力する。前記信号処理部は、前記複数の画素セルに対する電気制御によりアバランシェ増倍相当の電荷を擬似的に蓄積させた場合に、前記各画素セルから出力される検出信号の前記画素セル間のばらつきを算出するばらつき算出部と、前記ばらつき算出部により算出されたばらつきに基づいて前記各画素セルから出力される検出信号を補正する補正演算部と、を備える。
本発明の第２の態様は、撮像装置に関する。本態様に係る撮像装置は、複数の画素セルが受光面に行列状に配置された固体撮像素子と、前記各画素セルから出力される検出信号を処理する信号処理部と、を備える。ここで、前記画素セルは、アバランシェフォトダイオードを備え、前記アバランシェフォトダイオードにより受光されたフォトンのカウント数に応じた電圧を前記検出信号として出力する。前記信号処理部は、前記複数の画素セルに対する光の照射によりアバランシェ増倍相当の電荷を擬似的に蓄積させた場合に、前記各画素セルから出力される検出信号の前記画素セル間のばらつきを算出するばらつき算出部と、前記ばらつき算出部により算出されたばらつきに基づいて前記各画素セルから出力される検出信号を補正する補正演算部と、を備える。

【0009】

第１および第２の態様に係る撮像装置によれば、各画素セルから出力される検出信号を処理する信号処理部において、画素セルから出力される検出信号のばらつきが算出され、算出されたばらつきに基づいて、各画素セルから出力される検出信号が補正される。よって、各画素セルからの検出信号のばらつきを補正することができる。

【0010】

本発明の第３の態様は、撮像装置に関する。本態様に係る撮像装置は、複数の画素セルが行列状に配置された固体撮像素子と、前記各画素セルから出力される検出信号を処理する信号処理部と、を備える。ここで、前記画素セルは、アバランシェフォトダイオードを備え、前記アバランシェフォトダイオードにより受光されたフォトンのカウント数に応じた電圧を前記検出信号として出力する。前記信号処理部は、前記カウント数と前記検出信号との相関関係を前記画素セルごとに抽出する相関抽出部と、前記相関抽出部により抽出された前記相関関係に基づいて、前記各画素セルからの検出信号に応じた前記カウント数を取得するカウント数取得部と、を備える。

【0011】

第３の態様に係る撮像装置によれば、予め、相関抽出部により、アバランシェフォトダイオードにより受光されたフォトンのカウント数と画素セルの検出信号との間の相関関係が抽出され、通常動作時には、当該相関関係に基づいて、各画素セルからの検出信号に応じたカウント数が取得される。よって、各画素セルからの検出信号にばらつきが生じても、フォトンのカウント数を適正に取得することができる。

【発明の効果】

【0012】

以上のとおり、本発明によれば、フィードバック回路を設けることなく、各画素セルからの検出信号のばらつきに対応することが可能な撮像装置を提供することができる。

【0013】

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態１に係る、距離測定装置の構成を示す図である。

【図2】図２は、実施形態１に係る、画素セルの構成を示す図である。

【図3】図３（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、実施形態１に係る、画素セルの動作シーケンスを説明する図である。

【図4】図４（ａ）は、実施形態１に係る、画素セルの動作シーケンスを説明する図である。図４（ｂ）は、実施形態１に係る、フローティングディフュージョン部に蓄積される電荷量を所定レベルに調整するための摺り切りレベルの他の設定方法を説明する図である。図４（ｃ）は、実施形態１に係る、画素セルの動作シーケンスを実行するためのフローチャートである。

【図5】図５は、実施形態１に係る、信号処理部の構成を示す図である。

【図6】図６（ａ）は、実施形態１に係る、補正テーブルの更新動作時に信号処理部により実行される処理を示すフローチャートである。図６（ｂ）は、実施形態１に係る、補正テーブルの更新動作時に信号処理部により実行される処理の変更例を示すフローチャートである。

【図7】図７は、実施形態１に係る、補正テーブルの更新条件の充足の有無を判定するフローチャートである。

【図8】図８（ａ）は、実施形態１に係る、各画素セルから取得した検出信号の状態を模式的に示す図である。図８（ｂ）は、実施形態１に係る、ばらつき算出部における基準値の算出方法を説明する図である。

【図9】図９は、変更例１に係る、補正テーブルの更新動作時に信号処理部により実行される処理を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、変更例２に係る、センサチップの構成を模式的に示す図である。

【図11】図１１は、実施形態２に係る、画素セルの構成を示す図である。

【図12】図１２（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、実施形態２に係る、画素セルの動作シーケンスを説明する図である。

【図13】図１３（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、実施形態２に係る、画素セルの動作シーケンスを説明する図である。

【図14】図１４（ａ）は、実施形態２に係る、画素セルの動作シーケンスを実行するためのフローチャートである。図１４（ｂ）は、実施形態２に係る、画素セルにおけるフォトンのカウント数と出力電圧との関係の一例を示すグラフである。

【図15】図１５は、実施形態２に係る、信号処理部の構成を示す図である。

【図16】図１６（ａ）は、実施形態２に係る、相関関係の更新動作時に信号処理部により実行される処理を示すフローチャートである。図１６（ｂ）は、実施形態２に係る、相関テーブルの構成を示す図である。

【図17】図１７（ａ）は、実施形態２の変更例１に係る、相関関係の更新動作時に信号処理部により実行される処理を示すフローチャートである。図１７（ｂ）は、実施形態２の変更例１に係る、図１７（ａ）の処理により相関記憶部に記憶される情報を示す図である。

【図18】図１８（ａ）は、実施形態２の変更例２に係る、相関関係の更新動作時に信号処理部により実行される処理を示すフローチャートである。図１８（ｂ）は、実施形態２の変更例２に係る、図１８（ａ）の処理により相関記憶部に記憶される相関関数を模式的に示す図である。

【図19】図１９は、実施形態３に係る、距離測定装置の構成を示すブロック図である。

【0015】

ただし、図面はもっぱら説明のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

【0017】

＜実施形態１＞
本実施形態では、撮像装置が、物体までの距離を測定するための距離測定装置に搭載される場合の構成例が示されている。

【0018】

図１は、実施形態１に係る、距離測定装置１の構成を示す図である。

【0019】

距離測定装置１は、投光装置１０と、撮像装置２０とを備える。投光装置１０は、目標領域に光を投射する。撮像装置２０は、投光装置１０から出射された光が目標領域中の物体で反射された反射光を受光する。

【0020】

投光装置１０は、光源１１と、投射光学系１２と、発光制御部１３とを備える。光源１１は、レーザ光源やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等により構成され、所定波長の光を出射する。投射光学系１２は、光源１１から出射された光を所定の広がり角で目標領域に投射する。投射光学系１２は、単一または複数のレンズで構成される。投射光学系１２が、凹面ミラー等を含んでいてもよい。発光制御部１３は、信号処理部２５からの制御により、光源１１をパルス発光させる。

【0021】

撮像装置２０は、受光光学系２１と、フィルタ２２と、固体撮像素子２３と、撮像制御部２４と、信号処理部２５と、を備える。受光光学系２１は、投光装置１０から出射された光が目標領域中の物体で反射された反射光を、固体撮像素子２３の受光面に結像させる。受光光学系２１は、単一または複数のレンズで構成される。受光光学系２１が、凹面ミラー等を含んでいてもよい。フィルタ２２は、光源１１から出射された光を透過し、その他の波長の光を除去する。

【0022】

固体撮像素子２３は、複数の画素セルが行列状に配置された構成である。すなわち、複数の画素セルが、行方向および列方向に、それぞれ直線状に隣接して並ぶように、固体撮像素子２３に配置されている。固体撮像素子２３には、画素セルごとに、ＡＰＤと、その処理回路が実装されている。

【0023】

撮像制御部２４は、信号処理部２５からの制御により、各画素セルを駆動する。信号処理部２５は、発光制御部１３および撮像制御部２４を制御して、目標領域に存在する物体までの距離を測定する。すなわち、信号処理部２５は、発光制御部１３を介して光源１１をパルス発光させ、このパルス発光に基づく反射光を、撮像制御部２４を介して、固体撮像素子２３に受光させる。そして、信号処理部２５は、パルス発光のタイミングと各画素セルにおける反射光の受光タイミングとの時間差に基づいて、各画素セルに対応する目標領域上の位置に存在する物体までの距離を測定する。

【0024】

図１の構成において、固体撮像素子２３は、画素セルごとに反射光の検出信号を撮像制御部２４に出力する。各画素セルは、反射光を受光した場合に、アバランシェ増倍に基づく電圧レベルの検出信号を撮像制御部２４に出力する。各画素セルに入射する反射光の光量は、物体までの距離の２乗に反比例して減衰する。また、各画素セルに入射する反射光の光量は、物体の反射率によっても変化する。各画素セルは、このように反射光の光量が変化しても、アバランシェ増倍による所定電圧レベルの検出信号を撮像制御部２４に出力する。

【0025】

具体的には、各画素セルに配置されたＡＰＤにフォトンが入射すると、ＡＰＤは、フォトンの衝突により発生する電子（電荷）をアバランシェ増倍により飽和電荷量まで増幅させる。各セルは、飽和電荷量を電圧に変換し、変換した電圧を検出信号として出力する。これにより、各セルから出力される検出信号は、飽和電荷量に応じた電圧に揃うことなる。こうして、各画素セルは、受光した反射光の光量に拘わらず、一定電圧レベルの検出信号を撮像制御部２４に出力する。

【0026】

しかしながら、各画素セルでは、種々の要因により、アバランシェ増倍による通常の飽和電荷量とは異なる電荷が生じることが起こり得る。このため、各画素セルから出力される検出信号は、飽和電荷量に応じた電圧に対してばらつきが生じ得る。このように、画素セルごとに検出信号がばらつくと、撮像制御部２４以降の回路部の処理が不安定になることが起こり得る。各画素セルの検出信号は、なるべくばらつきが抑制されることが好ましい。

【0027】

そこで、本実施形態１では、各画素セルの検出信号のばらつきを抑制するための構成が用いられる。以下、この構成について説明する。

【0028】

まず、図２を参照して、画素セル１００の構成を説明する。

【0029】

画素セル１００は、ＡＰＤ１０１と、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２と、転送トランジスタ１０３と、ＦＤリセットトランジスタ１０４と、増幅トランジスタ１０５と、選択トランジスタ１０６とを備える。

【0030】

ＡＰＤ１０１は、フォトンの衝突により発生する電子（電荷）をアバランシェ増倍により飽和電荷量まで増幅させるアバランシェフォトダイオードである。ＡＰＤ１０１は、ガイガー増幅モードで使用される。ＡＰＤ１０１のアノードには、ガイガー増幅モードに応じた逆バイアス電圧ＶＳＵＢ（たとえば２５Ｖ）が印加される。ＡＰＤ１０１にフォトンが入射すると、ＡＰＤ１０１のカソードに電子（電荷）が蓄積される。

【0031】

ＡＰＤリセットトランジスタ１０２は、ＡＰＤ１０１のカソードに蓄積された電荷をリセットするためのトランジスタである。ＡＰＤリセットトランジスタ１０２のゲートにリセット信号ＯＶＦを印加することにより、ＡＰＤ１０１のカソードに蓄積された電荷が、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２を介して、リセットドレイン電源ＰＩＸＲＳＤに排出される。これにより、ＡＰＤ１０１のカソードに蓄積された電荷がリセットされる。

【0032】

転送トランジスタ１０３は、ＡＰＤ１０１のカソードに蓄積された電荷をフローティングディフュージョン部１１０に転送するためのトランジスタである。転送トランジスタ１０３のゲートに転送信号ＴＲＮを印加することにより、ＡＰＤ１０１のカソードに蓄積された電荷が、転送トランジスタ１０３を介して、フローティングディフュージョン部１１０に転送される。

【0033】

ＦＤリセットトランジスタ１０４は、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷をリセットするためのトランジスタである。ＦＤリセットトランジスタ１０４のゲートにリセット信号ＲＳＴを印加することにより、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷が、ＦＤリセットトランジスタ１０４を介して、リセットドレイン電源ＲＳＤに排出される。これにより、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷がリセットされる。

【0034】

増幅トランジスタ１０５は、ドレインに印加される一定電圧ＶＤＤに基づいて、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷の電荷量を電圧に変換するためのトランジスタである。選択トランジスタ１０６は、増幅トランジスタ１０５により変換された電圧を、垂直信号線Ｖｓｉｇに出力するためのトランジスタである。選択トランジスタ１０６のゲートに選択信号ＳＥＬを印加することにより、増幅トランジスタ１０５により変換された電圧が、垂直信号線Ｖｓｉｇに出力される。垂直信号線Ｖｓｉｇに出力された電圧は、当該画素セル１００の検出信号として、図１の撮像制御部２４に出力される。

【0035】

本実施形態１では、フローティングディフュージョン部１１０の容量が、ＡＰＤ１０１のカソードの電荷蓄積領域の容量の半分程度に設定される。但し、フローティングディフュージョン部１１０の容量の設定方法は、これに限られるものではなく、種々の設定方法が適用され得る。

【0036】

図３（ａ）～（ｄ）は、画素セル１００の動作シーケンスを説明する図である。

【0037】

図３（ａ）～（ｄ）には、図２のリセットドレイン電源ＰＩＸＲＳＤから、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２、転送トランジスタ１０３、フローティングディフュージョン部１１０およびＦＤリセットトランジスタ１０４を介して、リセットドレイン電源ＲＳＤへと続く回路部分のポテンシャル図が示されている。縦軸は、矢印の方向が低電位の方向である。

【0038】

図３（ａ）～（ｄ）において、“ＰＩＸＲＳＤ”は、リセットドレイン電源ＰＩＸＲＳＤの電位を示し、“ＡＰＤ”は、ＡＰＤ１０１のカソードの電位を示し、“ＦＤ”は、フローティングディフュージョン部１１０の電位を示し、“ＲＳＤ”は、リセットドレイン電源ＲＳＤの電位を示している。また、“ＯＶＦ”は、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２の電位を示し、“ＴＲＮ”は、転送トランジスタ１０３の電位を示し、“ＲＳＴ”は、ＦＤリセットトランジスタ１０４の電位を示している。

【0039】

図３（ａ）の初期状態は、ＡＰＤ１０１のカソードとフローティングディフュージョン部１１０がリセットされた後の状態を示している。初期状態では、ＰＩＸＲＳＤおよびＲＳＤが電位Ｖｒｓｄに設定される。

【0040】

また、この初期状態において、撮像制御部２４は、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２を低電圧で駆動し、これにより、ＯＶＦにポテンシャル障壁を生じさせる。さらに、撮像制御部２４は、転送トランジスタ１０３およびＦＤリセットトランジスタ１０４をオフに設定し、これにより、ＴＲＮとＲＳＴに電位０Ｖの高さのポテンシャル障壁を生じさせる。

【0041】

この状態から、撮像制御部２４は、光源１１のパルス発光に応じて、所定時間、各画素セル１００に対する露光を行う。これにより、ＡＰＤ１０１に反射光が入射すると、ＡＰＤ１０１のカソードに電荷（電子）が蓄積され、図３（ｂ）に示すように、ＡＰＤの電位が変化する。図３（ｂ）では、電荷の蓄積が、ハッチングで示されている。アバランシェ増倍により通常の飽和電荷量の電荷が生じた場合、ＡＰＤの電位は、電位Ｖｑ（以下、「クエンチング電位Ｖｑ」という）となる。

【0042】

飽和電荷量には、ＡＰＤ１０１ごとにばらつきが生じ得る。このため、クエンチング電位Ｖｑにも、ＡＰＤ１０１ごとに分散±σの範囲でばらつきが生じ得る。図３（ｂ）には、このばらつきにより、典型的な飽和電荷量に対してやや多い電荷量で電荷が生じた場合が図示されている。また、図３（ｂ）には、典型的なクエンチング電位がＶｑとして示されている。以下、「クエンチング電位Ｖｑ」の記載は、特に言及がない限り、典型的なクエンチング電位を意味する。

【0043】

ＯＶＦの電位を超える電荷量で電荷が生じた場合、超過分の電荷がＯＶＦのポテンシャル障壁を越えてＰＩＸＲＳＤに移動し、リセットドレイン電源ＰＩＸＲＳＤに排出される。

【0044】

こうして、ＡＰＤ１０１のカソードに対する電荷の蓄積が終了すると、撮像制御部２４は、転送トランジスタ１０３をオンに設定する。これにより、図３（ｃ）に示すように、ＴＲＮのポテンシャル障壁が降下し、ＡＰＤ１０１のカソードに蓄積された電荷が、転送トランジスタ１０３を介して、フローティングディフュージョン部１１０に分配される。

【0045】

図３（ｃ）において、電位Ｖｑ’は、図３（ｂ）の蓄積工程において、ＡＰＤ１０１のカソードに通常の飽和電荷量の電荷（クエンチング電位Ｖｑに対応する電荷）が蓄積された場合に、フローティングディフュージョン部１１０に分配される電荷の電位である。以下、この電位Ｖｑ’のことを基準蓄積電位と称する。ここでは、図３（ｂ）の工程において、ＡＰＤ１０１のカソードに典型的な飽和電荷量を超える電荷量で電荷が蓄積されているため、フローティングディフュージョン部１１０に分配される電荷量も、図３（ｃ）に示すように、基準蓄積電位Ｖｑ’をやや超えた電荷量となっている。飽和電荷量のばらつきに応じて、図３（ｃ）の工程で蓄積される電荷量に応じた電圧も、典型的な基準蓄積電位Ｖｑ’に対して分散±σ’の範囲でばらつく。以下、「基準蓄積電位Ｖｑ’」の記載は、特に言及がない限り、典型的なクエンチング電位Ｖｑに対応する基準蓄積電位を意味する。

【0046】

その後、撮像制御部２４は、転送トランジスタ１０３をオフに切り替え、さらに、ＦＤリセットトランジスタ１０４をハーフオンに設定する。これにより、図３（ｄ）に示すように、ＴＲＮのポテンシャル障壁が上昇し、ＲＳＴのポテンシャル障壁が降下する。

【0047】

ここで、撮像制御部２４は、ＲＳＴのポテンシャル障壁が基準蓄積電位Ｖｑ’となるように、ＦＤリセットトランジスタ１０４のゲートに印加する電圧を設定する。これにより、図３（ｄ）に示すように、フローティングディフュージョン部１１０に分配された電荷のうち、基準蓄積電位Ｖｑ’を超える部分の電荷が、ＲＳＴのポテンシャル障壁を超えてＲＳＤに移動する。すなわち、基準蓄積電位Ｖｑ’を超える部分の電荷が、ＦＤリセットトランジスタ１０４を介して、リセットドレイン電源ＲＳＤに排出される。これにより、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積される電荷が一定量（基準蓄積電位Ｖｑ’に応じた量）に固定される。

【0048】

その後、撮像制御部２４は、ＦＤリセットトランジスタ１０４をオフに設定する。これにより、ＲＳＴのポテンシャル障壁が上昇し、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積される電荷量が所定の電荷量（ここでは、基準蓄積電位Ｖｑ’に対応する電荷量）に確定する。そして、撮像制御部２４は、選択トランジスタ１０６をオンに設定し、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷量に対応する電圧信号を、垂直信号線Ｖｓｉｇに出力する。これにより、画素セル１００における検出信号の出力が完了する。

【0049】

こうして、検出信号を出力した後、撮像制御部２４は、ＡＰＤ１０１のカソードとフローティングディフュージョン部１１０にそれぞれ蓄積されている電荷をリセットする初期化処理を行う。すなわち、撮像制御部２４は、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２とＦＤリセットトランジスタ１０４をオンに設定する。

【0050】

これにより、図４（ａ）に示すように、ＯＶＦおよびＲＳＴのポテンシャル障壁が降下し、ＡＰＤ１０１のカソードとフローティングディフュージョン部１１０にそれぞれ蓄積されている電荷が、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２およびＦＤリセットトランジスタ１０４を介して、リセットドレイン電源ＰＩＸＲＳＤおよびリセットドレイン電源ＲＳＤに排出される。その後、撮像制御部２４は、図３（ａ）～（ｄ）および図４（ａ）の処理を繰り返し実行して、画素セル１００における検出信号の出力を継続する。

【0051】

なお、図３（ｄ）の摺り切り工程では、ＦＤリセットトランジスタ１０４がハーフオンに設定された場合のポテンシャル障壁の高さが基準蓄積電位Ｖｑ’と同電位に設定されたが、ハーフオン時のポテンシャル障壁の高さは、これに限られるものではない。たとえば、図４（ｂ）に示すように、フローティングディフュージョン部１１０に分配される電荷の電位が基準蓄積電位Ｖｑ’に対してばらつき得る範囲は、分散をσとしたとき、Ｖｑ’±σで表現できる。この分散を含めた最大値、すなわち、基準蓄積電位Ｖｑ’に対して＋σだけ高い電位に、ハーフオン時のポテンシャル障壁の高さが設定されてもよい。

【0052】

この場合、摺り切り工程後にフローティングディフュージョン部１１０に残る電荷の量は、図３（ｄ）の場合に比べて減少するもの、摺り切り工程後にフローティングディフュージョン部１１０に残る電荷の量をより確実に一定量に固定することができる。この他、ＦＤリセットトランジスタ１０４がハーフオンの場合のポテンシャル障壁の高さが、基準蓄積電位Ｖｑ’にばらつきを加算した電位よりもやや高く設定されてもよく、あるいは、ばらつきの範囲内の他の電位に設定されてもよい。

【0053】

但し、摺り切り工程後にフローティングディフュージョン部１１０に残る電荷の量をより確実に一定量に固定するためには、ＦＤリセットトランジスタ１０４がハーフオンの場合のポテンシャル障壁の高さを、基準蓄積電位Ｖｑ’以上に設定することが好ましく、基準蓄積電位Ｖｑ’にばらつきを加算した電位以上に設定することがさらに好ましい。

【0054】

図４（ｃ）は、上記処理を実行するためのフローチャートである。

【0055】

まず、撮像制御部２４は、画素セル１００に対する初期化を実行する（Ｓ１１）。これにより、各部の電位が図４（ａ）の状態に設定され、ＡＰＤ１０１のカソードおよびフローティングディフュージョン部１１０の電荷がリセットされる。次に、撮像制御部２４は、各部の電位を図３（ａ）の初期状態に設定した後、露光を行って、ＡＰＤ１０１のカソードに電荷を蓄積させる（Ｓ１２）。なお、この工程において反射光がＡＰＤ１０１に入射しない場合は、ＡＰＤ１０１のカソードに電荷が蓄積されない。

【0056】

その後、撮像制御部２４は、転送トランジスタ１０３をオンに設定する（Ｓ１３）。これにより、図３（ｃ）に示すように、ＡＰＤ１０１のカソードに蓄積された電荷がフローティングディフュージョン部１１０に分配される。そして、撮像制御部２４は、転送トランジスタ１０３をオフに設定し（Ｓ１４）、さらに、ＦＤリセットトランジスタ１０４をハーフオンに設定する（Ｓ１５）。これにより、図３（ｄ）に示すように、余剰な電荷が、フローティングディフュージョン部１１０から、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２を介して、リセットドレイン電源ＰＩＸＲＳＤに排出される。

【0057】

その後、撮像制御部２４は、ＦＤリセットトランジスタ１０４をオフに設定し（Ｓ１６）、さらに、選択トランジスタ１０６をオンに設定する（Ｓ１７）。これにより、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷量に応じた電圧が、検出信号として、垂直信号線Ｖｓｉｇに出力される。こうして、画素セル１００に対する１シーケンスが終了する。

【0058】

その後、撮像制御部２４は、処理をステップＳ１１に戻して、同様の処理を繰り返す。各シーケンスにおいて反射光がＡＰＤ１０１に入射する場合に、基準蓄積電位Ｖｑ’に対応する電圧が、検出信号として、画素セル１００から撮像制御部２４に出力される。反射光がＡＰＤ１０１に入射しない場合、図３（ｃ）の転送工程において、ＡＰＤ１０１のカソードからフローティングディフュージョン部１１０に電荷が転送されない。この場合、ノイズ等による電荷がＡＰＤ１０１のカソードに蓄積されていても、転送工程において設定された転送トランジスタ１０３のポテンシャル障壁により、この電荷がフローティングディフュージョン部１１０に分配されることが防止される。

【0059】

なお、図３（ｄ）の摺り切り工程では、ＴＲＮのポテンシャル障壁が立ち上げられた状態で、ＲＳＴのポテンシャル障壁が基準蓄積電位Ｖｑ’に立ち下げられたが、図３（ｃ）の転送工程の間に、ＲＳＴのポテンシャル障壁が基準蓄積電位Ｖｑ’に立ち下げられて、基準蓄積電位Ｖｑ’を超える部分の電荷の摺り切りが行われてもよい。これにより、電荷の転送と電荷の摺り切りを同時に行い得る。この場合、図３（ｄ）の摺り切り工程は省略される。

【0060】

あるいは、図３（ｂ）の蓄積工程の間に、ＴＲＮのポテンシャル障壁とＲＳＴのポテンシャル障壁が、それぞれ、図３（ｃ）、（ｄ）のレベルに立ち下げられてもよい。これにより、ＡＰＤ１０１のカソードに電荷が蓄積される間に、フローティングディフュージョン部１１０に対する電荷の転送と、基準蓄積電位Ｖｑ’を超える部分の電荷の摺り切りを同時に行い得る。この場合、図３（ｃ）の転送工程と図３（ｄ）の摺り切り工程は省略される。

【0061】

垂直信号線Ｖｓｉｇに出力された検出信号が撮像制御部２４に入力されると、撮像制御部２４は、各画素セル１００から順次入力される検出信号を信号処理部２５に送信する。信号処理部２５は、検出信号を受信したタイミングと、光源１１に発光パルスを出射させたタイミングとの時間差に基づいて、各画素セル１００に対応する位置に存在する物体までの距離を測定する。こうして、目標領域に存在する物体までの距離が測定される。

【0062】

ここで、各画素セル１００から撮像制御部２４に出力される検出信号は、上記の摺り切り工程によって均一化されたとしても、回路部の特性等に起因して、変動することが起こり得る。たとえば、図３（ｄ）の摺り切り工程では、ＲＳＴのポテンシャル障壁のレベルが、ＦＤリセットトランジスタ１０４の電気的な特性等に起因して、画素セル１００ごとに微妙に変動することが起こり得る。

【0063】

本実施形態では、さらに、このように画素セル１００ごとに検出信号がばらつくことを補正するための構成が、信号処理部２５に設けられている。

【0064】

図５は、信号処理部２５の構成を示す図である。

【0065】

信号処理部２５は、ＡＤＣ２０１と、切替部２０２と、ばらつき算出部２０３と、テーブル記憶部２０４と、補正演算部２０５と、中央処理部２０６とを備える。

【0066】

ＡＤＣ２０１は、撮像制御部２４から入力される画素セル１００ごとのアナログの検出信号をデジタル信号に変換する。切替部２０２は、ＡＤＣ２０１から入力されるデジタルの検出信号を、中央処理部２０６からの制御により、ばらつき算出部２０３と補正演算部２０５の何れか一方に出力する。

【0067】

ばらつき算出部２０３は、切替部２０２から入力される１画面分の検出信号（全ての画素セル１００からの検出信号）に基づいて、各画素セル１００からの検出信号のばらつきを算出する。テーブル記憶部２０４は、ばらつき算出部２０３により算出された各画素セル１００における検出信号のばらつきを示すデータを、各画素セル１００に対応付けて記憶する。これにより、テーブル記憶部２０４は、画素セル１００ごとにばらつきデータを対応付けた補正テーブルを構成する。

【0068】

補正演算部２０５は、切替部２０２から入力される各画素の検出信号を、テーブル記憶部２０４に保持された補正テーブルに基づいて補正し、補正後の検出信号を中央処理部２０６に出力する。中央処理部２０６は、所定のプログラムに従って各部を制御する。また、中央処理部２０６は、上述のように、発光制御部１３および撮像制御部２４を制御して、物体までの距離を測定する処理を実行する。

【0069】

たとえば、中央処理部２０６は、異なる距離に対応付けられたｎ個（たとえば、２０個）の区間を設定する。中央処理部２０６は、各区間において、区間の開始から同一タイミングで光源１１をパルス発光させる。また、中央処理部２０６は、各区間において、パルス発光のタイミングから、各区間に対応付けられた距離を光が往復する時間長が経過したタイミングで、各画素セル１００に一定期間露光を行われせる。これにより、これら区間のうち所定の区間に対応付けられた距離の位置に物体が存在する場合に、当該区間において画素セル１００が物体からの反射光を受光し、その他の区間では、画素セル１００は反射光を受光しない。したがって、何れの区間で検出信号が生じているかを画素セル１００ごとに検出することによって、画素セル１００ごとに、物体までの距離を取得できる。

【0070】

すなわち、中央処理部２０６は、各画素セル１００からの検出信号をｎ個の全区間で対照し、そのうち検出信号が生じている区間を、画素セル１００ごとに特定する。そして、中央処理部２０６は、特定した区間に対応付けられている距離を、当該画素セル１００に入射する反射光の光線方向における物体までの距離として取得する。

【0071】

なお、距離の測定方法は、上記の方法に限られるものではなく、ＴＯＦ（Time OfFlight）を用いた他の方法であってもよい。

【0072】

中央処理部２０６は、こうして画素セル１００ごとに取得した距離を各画素セル１００の位置にマッピングした距離画像を生成してもよく、この距離画像を他の処理装置に出力してもよい。

【0073】

なお、図５に示した構成は、ソフトウエアの機能によって実現されてもよく、あるいは、ハードウエアの組み合わせにより実現されてもよい。図５に示した構成がソフトウエアの機能によって実現される場合、図５の各構成は、当該ソフトウエアで実行される各機能を機能ブロックとした示したものである。また、図５に示した構成がハードウエアの機能によって実現される場合、図５の各構成は、各ハードウエアの構成に対応する。図５の構成が、ソフトウエアによる機能とハードウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。

【0074】

通常動作時において、中央処理部２０６は、切替部２０２を補正演算部２０５側に設定する。これにより、ＡＤＣ２０１から切替部２０２に入力される検出信号は、補正演算部２０５に入力される。この場合、補正演算部２０５によって補正された検出信号が中央処理部２０６に入力され、測距の処理に供される。

【0075】

補正テーブルの更新動作時において、中央処理部２０６は、切替部２０２をばらつき算出部２０３側に設定する。これにより、ＡＤＣ２０１から切替部２０２に入力される検出信号は、ばらつき算出部２０３に入力される。この場合、ばらつき算出部２０３により算出されたばらつきデータが、各画素セル１００に対応付けられて、補正テーブルに登録される。これにより、補正テーブルが更新される。

【0076】

図６（ａ）は、補正テーブルの更新動作時に信号処理部２５により実行される処理を示すフローチャートである。

【0077】

中央処理部２０６は、まず、補正テーブルの更新条件が充足されたか否かを判定する（Ｓ２１）。

【0078】

図７は、補正テーブルの更新条件の充足の有無を判定するフローチャートである。

【0079】

中央処理部２０６は、前回の更新時から通常動作により所定フレーム数の処理が行われた場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、前回の更新時から所定時間が経過した場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、固体撮像素子２３の温度が含まれる温度範囲が前回更新時の温度範囲から変化した場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、およびダークカウントレート（暗電流の大きさ）が基準値の範囲から外れて基板電圧を修正した場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）に、補正テーブルの更新条件が充足されたと判定する（Ｓ３５）。

【0080】

ステップＳ３２の処理を実行するため、中央処理部２０６は計時機能を備える。また、ステップＳ３３の処理を実行するため、中央処理部２０６は、固体撮像素子２３の温度を検出するための温度センサから検出信号を取得する機能を備える。この場合、撮像装置２０は、図１の構成とともに、固体撮像素子２３の温度を検出するための温度センサ（図示せず）をさらに備える。

【0081】

なお、図７には、補正テーブルの更新条件として、ステップＳ３１～Ｓ３４を示したが、更新条件は、必ずしもこれらの条件に限られるものではなく、各画素セル１００から出力される検出信号のばらつき度合いが変動し得る条件である限りにおいて、他の条件が追加されてもよく、あるいは、ステップＳ３１～Ｓ３４のうち１つまたは２つの条件のみであってもよい。また、ステップＳ３１、Ｓ３２における所定フレーム数および所定時間は、典型的には、固体撮像素子２３の経時変化を想定して設定されるが、必ずしも、複数の所定フレーム数や、比較的長い時間が設定されなくてもよい。たとえば、より確実にばらつきを補正するためには、ステップＳ３１の所定フレーム数が１フレームであってもよい。

【0082】

図６（ａ）に戻り、補正テーブルの更新条件が充足されると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、中央処理部２０６は、撮像制御部２４に対して、電気的制御指示を送信する（Ｓ２２）。電気的制御指示とは、フォトンがＡＰＤ１０１に入射した場合と同様の電荷をフローティングディフュージョン部１１０に電気的に蓄積させて、検出信号を送信させる指示である。図３（ｄ）の摺り切り工程が行われる場合、基準蓄積電位Ｖｑ’に対応する電荷が、電気的制御指示に基づいて、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積される。

【0083】

具体的には、撮像制御部２４は、電気的制御指示の受信に応じて、図２に示したリセットドレイン電源ＰＩＸＲＳＤをＡＰＤ１０１の飽和電荷量に対応する電位よりやや高めの電位に設定し、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２をオンに設定する。これにより、ＡＰＤ１０１のカソードに、図３（ｂ）と同様の電荷が蓄積される。その後、撮像制御部２４は、図３（ｃ）、（ｄ）の転送工程および摺り切り工程を実行する。これにより、フローティングディフュージョン部１１０に基準蓄積電位Ｖｑ’に対応する電荷が蓄積される。そして、撮像制御部２４は、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷に応じた電圧（検出信号）を垂直信号線Ｖｓｉｇに出力させる工程を実行する。これにより、基準蓄積電位Ｖｑ’と同電位の検出信号が撮像制御部２４に出力される。撮像制御部２４は、入力された検出信号を信号処理部２５に転送する。

【0084】

電気的制御指示の受信に応じて撮像制御部２４が実行する制御は、上記の制御に限られず、少なくとも垂直信号線Ｖｓｉｇに出力される検出信号のばらつきを確認可能な他の制御であってもよい。

【0085】

たとえば、撮像制御部２４は、電気的制御指示の受信に応じて、図２に示したリセットドレイン電源ＲＳＤを基準蓄積電位Ｖｑ’よりやや高めの電位に設定し、ＦＤリセットトランジスタ１０４をオンに設定する制御を行ってもよい。これにより、フローティングディフュージョン部１１０に基準蓄積電位Ｖｑ’よりやや高めの電位に対応する電荷量の電荷が蓄積される。その後、撮像制御部２４は、図３（ｄ）の摺り切り工程を実行する。これにより、フローティングディフュージョン部１１０に基準蓄積電位Ｖｑ’に対応する電荷が蓄積される。そして、撮像制御部２４は、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷に応じた電圧（検出信号）を垂直信号線Ｖｓｉｇに出力させる工程を実行する。これにより、基準蓄積電位Ｖｑ’と同電位の検出信号が撮像制御部２４に出力される。

【0086】

撮像制御部２４は、電気的制御指示の受信に応じて、上記の処理を、全ての画素セル１００に対して順番に実行する。これにより、各画素セル１００からの検出信号が、順次、撮像制御部２４から信号処理部２５に出力される。このとき、図５の切替部２０２は、上記のようにばらつき算出部２０３側に設定されている。したがって、各画素セル１００からの検出信号は、順次、ばらつき算出部２０３に出力される。こうして、ばらつき算出部２０３は、全ての画素セル１００について、検出信号を取得する（Ｓ２３）。

【0087】

ばらつき算出部２０３は、取得した全画素セル１００の検出信号に基づいて、検出信号の基準値Ｖ０を算出する（Ｓ２４）。

【0088】

図８（ａ）、（ｂ）は、ばらつき算出部２０３における基準値Ｖ０の算出方法を説明する図である。

【0089】

図８（ａ）は、各画素セル１００から取得した検出信号の状態を模式的に示している。ここでは、各画素セル１００から取得した検出信号の電圧レベルが、各画素セル１００に付されたハッチングで示されている。図８（ａ）では、便宜上、画素セル１００が、行列に１０個ずつ配置されている。ここでは、数個の画素セル１００を除いて、検出信号の電圧レベルが略同じとなっている。数個の画素セル１００では、残りの大半の画素セル１００に比べて、検出信号の電圧レベルが高くまたは低くなっている。

【0090】

図６（ａ）のステップＳ２４において、ばらつき算出部２０３は、図８（ｂ）に示すように、全ての画素セル１００から取得した検出信号に基づいて、ヒストグラム３００を生成する。図８（ｂ）の横軸は、検出信号の電圧値を示している。ばらつき算出部２０３は、生成したヒストグラム３００からモード、すなわち、度数が最大となる電圧値を取得し、取得したモードを基準値Ｖ０に設定する。

【0091】

なお、ステップＳ２４で算出される基準値Ｖ０は、モードに限らず、全画素セル１００から取得された検出信号の全体的傾向を指標し得る値である限りにおいて、他の値であってもよい。たとえば、ヒストグラム３００の中央値が基準値Ｖ０として算出されてもよく、あるいは、全画素セル１００から取得された検出信号の平均値が基準値Ｖ０として算出されてもよい。

【0092】

図６（ａ）に戻り、ばらつき算出部２０３は、上記のように、全ての画素セル１００から出力されるフォトンのカウント数に応じた検出信号を決定する基準値Ｖ０を取得し、取得した基準値に基づいて、各画素セルの検出信号のばらつきを算出する（Ｓ２５）。具体的には、ばらつき算出部２０３は、基準値と各画素セル１００の検出信号との間の差分、すなわち、検出信号から基準値を減算した値を、各画素セル１００の検出信号のばらつきとして算出する。ばらつき算出部２０３は、算出したばらつきを、テーブル記憶部２０４に出力する。テーブル記憶部２０４は、入力されたばらつきを、各画素セル１００に対応付けて補正テーブルに記憶させる（Ｓ２６）。これにより、補正テーブルの更新処理が終了する。

【0093】

通常動作時において、補正演算部２０５は、ＡＤＣ２０１から切替部２０２に入力される各画素セル１００の検出信号に、補正テーブルに記憶されている各画素セル１００のばらつきを加算して、各画素セル１００の検出信号を補正する。この補正により、各画素セル１００が反射光を受光した場合に、信号処理部２５の補正演算部２０５において、全ての画素セル１００からの検出信号が均一化される。補正演算部２０５は、補正後の検出信号を中央処理部２０６に出力する。こうして、中央処理部２０６において測距の処理が円滑に行われる。

【0094】

なお、図６（ａ）の処理では、ステップＳ２２において、電気的制御によりフローティングディフュージョン部１１０に電荷が蓄積されたが、標準光源（入射フォトン数が分かっているもの）からの光を各画素セル１００に入射させて、フローティングディフュージョン部１１０に電荷を蓄積させてもよい。

【0095】

この場合、図６（ａ）のフローチャートは、図６（ｂ）のように変更される。図６（ｂ）のフローチャートでは、図６（ａ）のステップＳ２２がステップＳ２２’に置き換えられている。ステップＳ２２’以外のステップは、図６（ａ）と同様である。

【0096】

ステップＳ２２’において、中央処理部２０６は、発光制御部１３および撮像制御部２４に対して、光学的制御指示を送信する。中央処理部２０６は、ステップＳ２１の判定がＹＥＳとなった後の通常動作において、各画素セル１００からの検出信号を監視し、全ての画素セル１００において反射光が受光された状態にあるタイミングにおいて、光学的制御指示を送信する。

【0097】

発光制御部１３は、光学的制御指示を受信すると、所定強度で光源１１をパルス発光させる。このときの発光強度は、通常動作時の発光強度と同じであってよく、あるいは、より確実に全ての画素セル１００が反射光を受光するように、通常動作時の発光強度よりも高く設定されてもよい。

【0098】

撮像制御部２４は、光学的制御指示を受信すると、所定時間、全画素セル１００に露光を行わせる。これにより、全画素セル１００のＡＰＤ１０１のカソードに電荷が蓄積される。その後、撮像制御部２４は、全画素セル１００に対して、図３（ａ）～（ｄ）の処理工程を実行し、さらに、全画素セル１００に検出信号を出力させる。これにより、全画素セル１００からの検出信号が、信号処理部２５に入力される。

【0099】

このとき、図５の切替部２０２は、上記と同様、ばらつき算出部２０３側に設定されている。これにより、全画素セル１００からの検出信号が、ばらつき算出部２０３に入力される（Ｓ２３）。何れかの画素セル１００からの検出信号が反射光を受光しないときの電圧レベルであった場合、ステップＳ２２’の処理が再度実行されてもよい。

【0100】

以下、ステップＳ２４～Ｓ２６の処理が、図６（ａ）のフローチャートと同様に実行される。これにより、補正テーブルが更新される。その後の通常動作において、補正演算部２０５は、更新後の補正テーブルを用いて、各画素セル１００からの検出信号を補正する。

【0101】

なお、図６（ａ）、（ｂ）の処理が行われることにより、各画素セル１００からの検出信号のばらつきが抑制されるため、図３（ｄ）の摺り切り工程は、必ずしも行われなくてもよい。但し、図３（ｄ）の摺り切り工程が行われない場合は、信号処理部２５に入力される各画素セル１００からの検出信号のばらつきが大きくなる。このため、基準値Ｖ０と各検出信号との差分が、真値からずれやすくなることが想定され得る。したがって、より正確に差分を検出して検出信号を適正に均一化するためには、図３（ｄ）の摺り切り工程が行われた上で、図６（ａ）、（ｂ）の均一化処理を行うことが好ましい。

【0102】

＜実施形態１の効果＞
実施形態１によれば、以下の効果が奏され得る。

【0103】

各画素セル１００から出力される検出信号を処理する信号処理部２５において、画素セル１００から出力される検出信号のばらつきが算出され、算出されたばらつきに基づいて、各画素セル１００から出力される検出信号が補正される。よって、フィードバック回路を設けることなく、各画素セル１００からの検出信号のばらつきを補正することができる。

【0104】

ばらつき算出部２０３は、全ての画素セル１００から出力された検出信号に基づいて、これら画素セル１００から出力されるフォトンのカウント数に応じた検出信号を決定する基準値Ｖ０を取得し、基準値Ｖ０と各画素セル１００の検出信号の差分に基づいて、各画素セル１００に対するばらつきを算出する。これにより、各検出信号のばらつきを円滑に算出できる。

【0105】

信号処理部２５は、基準値Ｖ０と検出信号との差分を画素セル１００ごとに記憶するテーブル記憶部２０４を備える。これにより、テーブル記憶部２０４に記憶された補正テーブルから各画素セル１００のばらつきを容易に取得できる。

【0106】

補正演算部２０５は、画素セル１００ごとに差分を検出信号に加算して検出信号の補正を行う。これにより、各画素セル１００からの検出信号を円滑に均一化できる。

【0107】

図６（ａ）のフローチャートにおいて、ばらつき算出部２０３は、複数の画素セル１００に対する電気制御により電荷を擬似的に蓄積させた場合（Ｓ２２）に、各画素セル１００から出力される検出信号に基づいて、ばらつきを算出する。これにより、任意のタイミングで円滑に、各画素セル１００からの検出信号のばらつきを算出できる。

【0108】

図６（ｂ）のフローチャートにおいて、ばらつき算出部２０３は、複数の画素セル１００に対する光の照射により電荷を擬似的に蓄積させた場合（Ｓ２２’）に、各画素セル１００から出力される検出信号に基づいて、ばらつきを算出する。このように、実際に光を照射した場合に各画素セル１００から出力される検出信号を評価することにより、検出信号のばらつきを正確に算出できる。

【0109】

図７に示したように、ばらつき算出部２０３は、所定の更新条件（Ｓ３１～Ｓ３４）が充足された場合に、ばらつきの算出を行って、各画素セル１００におけるばらつきを更新する。このように、ばらつきの変動要因が生じたことに応じてばらつきの検出結果が更新されることにより、各画素セル１００からの検出信号を、より適正に補正することができる。

【0110】

＜実施形態１の変更例１＞
上記実施形態１では、補正テーブルの更新時に、ばらつき算出部２０３によるばらつきの算出が１回だけ行われた。これに対し、変更例１では、補正テーブルの更新時に、ばらつき算出部２０３によるばらつきの算出が複数回行われる。

【0111】

図９は、変更例１に係る、補正テーブルの更新動作時に信号処理部２５により実行される処理を示すフローチャートである。

【0112】

図９のフローチャートでは、図６（ａ）のフローチャートに比べて、ステップＳ２７～Ｓ２９が追加されている。その他のステップの処理は、図６（ａ）の場合と同様である。

【0113】

テーブル記憶部２０４は、ステップＳ２５においてばらつき算出部２０３が算出した各画素セル１００からの検出信号のばらつきを、画素セル１００ごとに記憶する（Ｓ２７）。その後、中央処理部２０６は、ばらつきの算出および記憶が予め決められた複数回（たとえば、５～１０回程度）行われたか否かを判定する（Ｓ２８）。この処理が複数回行われていない場合（Ｓ２８：ＮＯ）、中央処理部２０６は、処理をステップＳ２２に戻す。これにより、各回のばらつきが画素セル１００ごとにテーブル記憶部２０４に記憶される。

【0114】

こうして、ばらつきの算出および記憶が所定の複数回実行されると（Ｓ２８：ＹＥＳ）、テーブル記憶部２０４は、各回の処理で記憶されたばらつきを画素セル１００ごとに平均化し（Ｓ２９）、平均化した値を各画素セル１００に対応付けて補正テーブルに記憶させる（Ｓ２６）。こうして、補正テーブルの更新が行われる。その後の通常動作において、補正演算部２０５は、更新後の補正テーブルを用いて、各画素セル１００からの検出信号を補正する。

【0115】

なお、ステップＳ２９の処理では、他の検出信号の値から大きく乖離する検出信号が平均化の対象から除外されてもよい。これにより、ノイズによる影響を抑制でき、平均化後の検出信号の値を真値に近づけることができる。

【0116】

また、ステップＳ２９における平均化の処理が補正演算部２０５において行われてもよい。この場合、テーブル記憶部２０４は、各回のばらつき算出により算出された各画素セル１００からの検出信号のばらつきを補正テーブルとして記憶する。すなわち、この場合、テーブル記憶部２０４には、複数の補正テーブルが記憶される。補正演算部２０５は、通常動作時に、これら複数の補正テーブルを参照して、各画素セル１００の検出信号のばらつきの平均値を算出し、算出した平均値に基づいて、各画素セル１００からの検出信号を補正する。

【0117】

本変更例１によれば、複数回のばらつきに基づいて、各画素セル１００からの検出信号に対するばらつきの補正が行われるため、補正に用いるばらつきの値がノイズ等によって真値からずれることを抑制できる。よって、より適正に、各画素セル１００からの検出信号を均一化することができる。

【0118】

＜実施形態１の変更例２＞
上記実施形態１では、テーブル記憶部２０４が信号処理部２５に配置された。これに対し、本変更例２では、テーブル記憶部２０４が、固体撮像素子２３のセンサチップ４００内に配置される。

【0119】

図１０は、変更例２に係る、センサチップ４００の構成を模式的に示す図である。

【0120】

図１０に示すように、センサチップ４００には、固体撮像素子２３の他、回路部（集積回路）の構成として、撮像制御部２４と、テーブル記憶部２０４とが搭載されている。この構成では、センサチップ４００の外周に配置された端子（図示せず）を介して、テーブル記憶部２０４および撮像制御部２４と信号処理部２５とが接続される。

【0121】

この構成によれば、たとえば、製造時に取得された検出信号のばらつきの初期値を、予め、センサチップ４００側のテーブル記憶部２０４に記憶させておくことができる。ばらつき算出部２０３や補正演算部２０５が、さらにセンサチップ４００側に配置されてもよい。

【0122】

＜実施形態２＞
上記実施形態１では、１回の動作シーケンスによりフローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷が、電圧に変換されて、垂直信号線Ｖｓｉｇに出力された。これに対し、実施形態２では、複数回の動作シーケンスによりフローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷が、メモリ部に積算された後、メモリ部の電荷が、電圧に変換されて、垂直信号線Ｖｓｉｇに出力される。すなわち、実施形態２では、複数回の動作シーケンスにおいて、ＡＰＤ１０１に反射光（フォトン）が入射した回数が、メモリ部に蓄積された電荷量によって、カウントされる。メモリ部に蓄積される電荷量は、ＡＰＤ１０１に反射光（フォトン）が入射した回数に対応する電荷量となる。

【0123】

図１１は、実施形態２に係る、画素セル１００の構成を示す図である。

【0124】

実施形態２では、図２の構成に対して、カウントトランジスタ１０７と、メモリ部１０８とが追加されている。メモリ部１０８は、電荷を蓄積するキャパシタである。カウントトランジスタ１０７は、フローティングディフュージョン部１１０とメモリ部１０８とを接続する。カウントトランジスタ１０７のゲートにカウント信号ＣＮＴを印加することにより、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷が、カウントトランジスタ１０７を介して、メモリ部１０８に転送される。

【0125】

メモリ部１０８の容量は、フローティングディフュージョン部１１０の容量に比べて大きい。たとえば、メモリ部１０８の容量は、フローティングディフュージョン部１１０の容量の５倍程度に設定される。但し、メモリ部１０８の容量の設定方法はこれに限られるものではなく、種々の設定方法が適用され得る。

【0126】

図１２（ａ）～（ｄ）および図１３（ａ）～（ｄ）は、画素セル１００の動作シーケンスを説明する図である。

【0127】

図１２（ａ）～（ｄ）および図１３（ａ）～（ｄ）には、図１１のリセットドレイン電源ＰＩＸＲＳＤから、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２、転送トランジスタ１０３、フローティングディフュージョン部１１０、カウントトランジスタ１０７を介して、メモリ部１０８へと続く回路部分のポテンシャル図が示されている。縦軸は、矢印の方向が低電位の方向である。

【0128】

図１２（ａ）～（ｄ）および図１３（ａ）～（ｄ）において、“ＰＩＸＲＳＤ”、“ＡＰＤ”、“ＦＤ”は、図３（ａ）～（ｄ）と同様、それぞれ、リセットドレイン電源ＰＩＸＲＳＤの電位、ＡＰＤ１０１のカソードの電位、およびフローティングディフュージョン部１１０の電位を示している。また、“ＯＶＦ”および“ＴＲＮ”は、図３（ａ）～（ｄ）と同様、それぞれ、ＡＰＤリセットトランジスタ１０２の電位、および転送トランジスタ１０３の電位を示している。この他、“ＭＥＭ”は、メモリ部１０８の電位を示し、ＣＮＴは、カウントトランジスタ１０７の電位を示している。

【0129】

実施形態２においても、各動作シーケンスにおいて、図４（ａ）の初期化工程が行われた後、図３（ａ）～（ｄ）の工程が実行されて、フローティングディフュージョン部１１０に電荷が蓄積される。上記実施形態１で述べたように、摺り切り工程が転送工程と同時に行われる制御がなされてもよく、あるいは、摺り切り工程と転送工程が蓄積工程と同時に行われる制御がなされてもよい。

【0130】

図１２（ａ）は、図３（ｄ）の摺り切り工程が行われた後、ＦＤリセットトランジスタ１０４がオフに設定された状態を示している。このとき、カウントトランジスタ１０７はオフに設定され、ＣＮＴにポテンシャル障壁が生じている。

【0131】

その後、撮像制御部２４は、カウントトランジスタ１０７をオンに設定する。これにより、図１２（ｂ）に示すように、ＣＮＴのポテンシャル障壁が消失し、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷がメモリ部１０８に分配される。こうして、メモリ部１０８への電荷の分配（転送）を行った後、撮像制御部２４は、カウントトランジスタ１０７をオフに設定する。これにより、図１２（ｃ）に示すように、ＣＮＴにポテンシャル障壁が生じ、メモリ部１０８に蓄積された電荷量が、１回のフォトン入射に対応する電荷量に確定する。

【0132】

こうして、メモリ部１０８に電荷を蓄積するための１シーケンスが終了すると、撮像制御部２４は、次のシーケンスを実行する。これにより、図３（ａ）～（ｄ）の動作が実行される。このとき、ＡＰＤ１０１に反射光（フォトン）が入射すると、図１２（ｄ）に示すように、フローティングディフュージョン部１１０に、基準蓄積電位Ｖｑ’に対応する電荷量が蓄積される。

【0133】

上記と同様、撮像制御部２４は、カウントトランジスタ１０７をオンに設定する。これにより、図１３（ａ）に示すように、ＣＮＴのポテンシャル障壁が消失し、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷がメモリ部１０８に分配される。これにより、メモリ部１０８に蓄積される電荷量が、１回のフォトンカウントに応じた電荷量だけ増加する。その後、撮像制御部２４は、カウントトランジスタ１０７をオフに設定する。これにより、図１３（ｂ）に示すように、ＣＮＴにポテンシャル障壁が生じ、メモリ部１０８に蓄積された電荷量が、２回のフォトン入射に対応する電荷量に確定する。

【0134】

撮像制御部２４は、予め決められた回数だけ、同様のシーケンスを繰り返す。これにより、各シーケンスにおいて、反射光（フォトン）がＡＰＤ１０１に入射するごとに、１回のフォトンカウントに応じた電荷量の電荷が、メモリ部１０８に積算されていく。こうして、予め決められた回数のシーケンスが終了すると、たとえば、図１３（ｃ）に示す電荷量の電荷がメモリ部１０８に蓄積される。

【0135】

その後、撮像制御部２４は、カウントトランジスタ１０７をオンに設定する。これにより、図１３（ｄ）に示すように、ＣＮＴのポテンシャル障壁が消失し、メモリ部１０８に蓄積された電荷がフローティングディフュージョン部１１０に分配される。そして、撮像制御部２４は、選択トランジスタ１０６をオンに設定する。これにより、メモリ部１０８に蓄積された電荷に応じた電圧が、検出信号として、垂直信号線Ｖｓｉｇに出力される。この検出信号は、反射光（フォトン）がＡＰＤ１０１に入射した回数に応じた大きさとなる。

【0136】

図１４（ａ）は、上記処理を実行するためのフローチャートである。

【0137】

撮像制御部２４は、画素セル１００に対して、初期化から摺り切りまでの工程を行う（Ｓ４１）。この工程において、ＡＰＤ１０１に反射光（フォトン）が入射すると、図１２（ａ）に示すように、フローティングディフュージョン部１１０に１回のフォトンカウントに応じた電荷量の電荷が蓄積される。

【0138】

次に、撮像制御部２４は、カウントトランジスタ１０７をオンに設定する（Ｓ４２）。これにより、図１２（ｂ）に示すように、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷がメモリ部１０８に分配される。そして、撮像制御部２４は、カウントトランジスタ１０７をオフに設定する（Ｓ４３）。これにより、図１２（ｃ）に示すように、メモリ部１０８に分配された電荷が確定する。

【0139】

その後、撮像制御部２４は、予め決められた回数だけステップＳ４１～Ｓ４３のシーケンスを繰り返す（Ｓ４４）。当該回数のシーケンスが終了すると（Ｓ４４：ＹＥＳ）、撮像制御部２４は、カウントトランジスタ１０７をオンに設定する（Ｓ４５）。これにより、メモリ部１０８に積算された電荷がフローティングディフュージョン部１１０に分配される。そして、撮像制御部２４は、選択トランジスタ１０６を所定時間オンに設定して、フローティングディフュージョン部１１０の電荷量に応じた電圧を垂直信号線Ｖｓｉｇに出力させる（Ｓ４６）。

【0140】

こうして、フォトンのカウント数に応じた電圧値の検出信号を垂直信号線Ｖｓｉｇに出力させた後、撮像制御部２４は、ＦＤリセットトランジスタ１０４をオンに設定して、フローティングディフュージョン部１１０およびメモリ部１０８に蓄積された電荷をリセットドレイン電源ＲＳＤに排出させる（Ｓ４７）。これにより、フォトンカウンティングのための１シーケンスが終了する。その後、撮像制御部２４は、処理をステップＳ４１に戻して、同様の処理を繰り返す。

【0141】

なお、実施形態２の構成は、たとえば、撮像装置２０が、目標領域に光を照射して目標領域の反射率を測定する測定装置に搭載される場合に好適である。この場合、目標領域に存在する物体の反射率が低いと、たとえば、１０回のパルス発光のうち数回しか反射光（フォトン）がＡＰＤ１０１に入射しない。すなわち、各画素セル１００において取得されるフォトンのカウント数（メモリ部１０８に蓄積される電荷量に応じた電圧）は、物体の反射率に対応し得る。したがって、測定装置は、撮像装置２０から入力される各画素セル１００の検出信号、すなわち、フォトンのカウント数に応じた電圧（メモリ部１０８に蓄積された電荷量に応じた電圧）に基づいて、各画素セル１００に対応する目標領域上の位置の反射率を測定できる。これにより、測定装置は、目標領域上の各画素セル１００に対応する位置に反射率をマッピングした画像を生成できる。

【0142】

しかしながら、各画素セル１００から撮像制御部２４に出力される検出信号（フォトンのカウント数に応じた電圧）には、画素セル１００ごとにばらつきが生じ得る。すなわち、図１４（ａ）のステップＳ４１において、フローティングディフュージョン部１１０の電荷が、摺り切り工程によって均一化された後、メモリ部１０８に蓄積されたとしても、回路部の特性等に起因して、各回のシーケンスにおいてメモリ部１０８に蓄積される電荷量が、画素セル１００ごとに変動することが起こり得る。たとえば、摺り切り工程の際に、ＲＳＴのポテンシャル障壁のレベルが、ＦＤリセットトランジスタ１０４の電気的な特性等に起因して、画素セル１００ごとに微妙に変動することが起こり得る。

【0143】

この場合、この微妙な変動がメモリ部１０８において積み重なることにより、各画素セル１００において同じフォトンがカウントされたとしても、これら画素セル１００間において、メモリ部１０８に蓄積された電荷量に大きな差異が生じてしまう。これにより、各画素セル１００から出力される検出信号（フォトンのカウント数に応じた電圧）にばらつきが生じる。

【0144】

図１４（ｂ）は、画素セル１００におけるフォトンのカウント数と出力電圧との関係の一例を示すグラフである。ここでは、便宜上、３つの画素セルＡ、Ｂ、Ｃについてグラフが示されている。

【0145】

図１４（ｂ）に示すように、フォトンのカウント数が増えるに伴い、画素セルＡ、Ｂ、Ｃ間の出力電圧（検出信号）の差異が大きくなっている。カウント数が１５回になると、図１４（ｂ）に矢印で示すように、画素セルＡ、Ｂ、Ｃ間の出力電圧（検出信号）の差異がかなり大きくなる。このように、出力電圧に差異が生じると、同じ出力電圧であるにも拘わらずカウント数が互いに相違する結果となってしまう。このため、出力電圧に基づいてフォトンのカウント数を正確に取得することが困難になる。

【0146】

そこで、本実施形態２では、このように画素セル１００ごとに検出信号（フォトンのカウント数に応じた電圧）がばらつく場合も、検出信号からフォトンのカウント数を適正に取得するための構成が、信号処理部２５に設けられている。

【0147】

図１５は、実施形態２に係る、信号処理部２５の構成を示す図である。

【0148】

信号処理部２５は、ＡＤＣ５０１と、切替部５０２と、相関抽出部５０３と、相関記憶部５０４と、カウント数取得部５０５と、中央処理部５０６とを備える。

【0149】

ＡＤＣ５０１は、撮像制御部２４から入力される画素セル１００ごとのアナログの検出信号（フォトンのカウント数に応じた電圧）をデジタル信号に変換する。切替部５０２は、ＡＤＣ５０１から入力されるデジタルの検出信号を、中央処理部２０６からの制御により、相関抽出部５０３とカウント数取得部５０５の何れか一方に出力する。

【0150】

相関抽出部５０３は、フォトンのカウント数と検出信号（メモリ部１０８に蓄積された電荷に応じた電圧）との相関関係を、画素セル１００ごとに抽出する。相関記憶部５０４は、相関抽出部５０３で抽出された相関関係を画素セル１００ごとに記憶する。カウント数取得部５０５は、相関記憶部５０４に記憶された相関関係に基づいて、各画素セル１００から出力された検出信号に対応するカウント数を取得し、取得したカウント数を中央処理部５０６に出力する。

【0151】

なお、図１５に示した構成は、ソフトウエアの機能によって実現されてもよく、あるいは、ハードウエアの組み合わせにより実現されてもよい。図１５に示した構成がソフトウエアの機能によって実現される場合、図１５の各構成は、当該ソフトウエアで実行される各機能を機能ブロックとした示したものである。また、図１５に示した構成がハードウエアの機能によって実現される場合、図１５の各構成は、各ハードウエアの構成に対応する。図１５の構成が、ソフトウエアによる機能とハードウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。

【0152】

通常動作時において、中央処理部５０６は、切替部５０２をカウント数取得部５０５側に設定する。これにより、ＡＤＣ５０１から切替部５０２に入力される検出信号は、カウント数取得部５０５に入力される。この場合、検出信号と相関記憶部５０４に記憶された相関関係に基づいてカウント数取得部５０５により取得されたカウント数が中央処理部５０６に入力され、反射率測定等の処理に供される。

【0153】

相関関係の更新動作時において、中央処理部５０６は、切替部５０２を相関抽出部５０３側に設定する。これにより、ＡＤＣ５０１から切替部５０２に入力される検出信号は、相関抽出部５０３に入力される。この場合、相関抽出部５０３により抽出された相関関係が、画素セル１００ごとに相関記憶部５０４に記憶される。ここでは、カウント数と検出信号とを対応づけた相関テーブルが、画素セル１００ごとに、相関記憶部５０４に記憶される。これにより、カウント数と検出信号との相関関係が更新される。

【0154】

図１６（ａ）は、相関関係の更新動作時に信号処理部２５により実行される処理を示すフローチャートである。

【0155】

中央処理部２０６は、まず、相関関係の更新条件が充足されたか否かを判定する（Ｓ５１）。この判定は、たとえば、図７のフローチャートと同様に行われる。上記実施形態１と同様、更新条件は、図７のステップＳ３１～Ｓ３４の条件に限られるものではない。

【0156】

相関関係の更新条件が充足されると（Ｓ５１：ＹＥＳ）、中央処理部２０６は、変数Ｋに１を設定し（Ｓ５２）、擬似電圧出力指示を、撮像制御部２４に対して送信する（Ｓ５３）。擬似電圧出力指示とは、カウント数がＫ回である場合の電荷量の電荷をメモリ部１０８に擬似的に蓄積させて、当該電荷量に応じた検出信号（電圧）を画素セル１００から擬似的に出力させる指示である。

【0157】

これに応じて、撮像制御部２４は、図１１のメモリ部１０８にカウント数がＫ回である場合の電荷量の電荷を擬似的に蓄積させる擬似蓄積工程と、蓄積された電荷に応じた電圧を垂直信号線Ｖｓｉｇに出力させる擬似出力工程とを実行する。

【0158】

たとえば、擬似蓄積工程において、撮像制御部２４は、図１１のリセットドレイン電源ＰＩＸＲＳＤとＡＰＤリセットトランジスタ１０２とを制御して、ＡＰＤ１０１のカソードに飽和電荷量の電荷を蓄積させる処理を実行し、さらに、蓄積した電荷をフローティングディフュージョン部１１０に転送させる工程と、転送された電荷を基準蓄積電位Ｖｑ’に応じた電荷量に摺り切る工程とを実行する。そして、撮像制御部２４は、図１２（ａ）～（ｃ）の工程を実行して、フローティングディフュージョン部１１０に擬似的に蓄積された電荷をメモリ部１０８に転送する。擬似蓄積工程において、撮像制御部２４は、以上の工程をＫ回繰り返す。これにより、フォトンのカウント数がＫ回である場合と等価な電荷量の電荷が、メモリ部１０８に蓄積される。

【0159】

擬似蓄積工程において撮像制御部２４が実行する制御は、上記の制御に限られず、少なくともフォトンのカウント数がＫ回である場合と等価な電荷量の電荷をメモリ部１０８に蓄積可能な他の制御であってもよい。

【0160】

たとえば、擬似蓄積工程において、撮像制御部２４は、図１１に示したリセットドレイン電源ＲＳＤを基準蓄積電位Ｖｑ’と同等の電位に設定し、ＦＤリセットトランジスタ１０４をオンに設定する制御を行ってもよい。これにより、フローティングディフュージョン部１１０に基準蓄積電位Ｖｑ’と同等の電位に対応する電荷量の電荷が蓄積される。その後、撮像制御部２４は、摺り切り工程を実行した上で、フローティングディフュージョン部１１０の電荷をメモリ部１０８に転送させる。擬似蓄積工程において、撮像制御部２４は、以上の工程をＫ回繰り返す。これにより、フォトンのカウント数がＫ回である場合と等価な電荷量の電荷が、メモリ部１０８に蓄積される。

【0161】

あるいは、擬似蓄積工程において、撮像制御部２４は、図１１に示したリセットドレイン電源ＲＳＤを、フォトンのカウント数がＫ回である場合と等価な電荷量の電位に設定し、ＦＤリセットトランジスタ１０４およびカウントトランジスタ１０７をオンに設定する制御を行ってもよい。これにより、フォトンのカウント数がＫ回である場合と等価な電荷量の電荷が、メモリ部１０８に蓄積される。

【0162】

なお、図６（ｂ）の場合と同様、フローティングディフュージョン部１１０に対する擬似的な電荷の蓄積が光学的に行われてもよい。

【0163】

こうして、擬似蓄積工程を実行した後、撮像制御部２４は、メモリ部１０８に擬似的に蓄積された電荷に応じた電圧を垂直信号線Ｖｓｉｇに出力させる擬似出力工程を実行する。具体的には、撮像制御部２４は、図１１のカウントトランジスタ１０７をオンに設定してメモリ部１０８に蓄積された電荷をフローティングディフュージョン部１１０に転送した後、選択トランジスタ１０６を所定時間オンに設定して、フローティングディフュージョン部１１０に蓄積された電荷量に応じた電圧（擬似的な検出信号）を垂直信号線Ｖｓｉｇに出力させる。

【0164】

撮像制御部２４は、擬似電圧出力指示の受信に応じて、上記の擬似蓄積工程と擬似出力工程を、全ての画素セル１００に対して順番に実行する。これにより、各画素セル１００からの擬似的な検出信号が、順次、撮像制御部２４から信号処理部２５に出力される。このとき、図１５の切替部５０２は、上記のように相関抽出部５０３側に設定されている。したがって、各画素セル１００からの擬似的な検出信号は、順次、相関抽出部５０３に算出される。こうして、相関抽出部５０３は、全ての画素セル１００について、検出信号を取得する（Ｓ５４）。

【0165】

相関抽出部５０３は、各画素セル１００の検出信号の電圧値を、カウント値（変数Ｋと同じ値）に対応付けて、相関記憶部５０４に保持された相関テーブルに記憶させる（Ｓ５５）。

【0166】

図１６（ｂ）は、相関テーブルの構成を示す図である。

【0167】

相関テーブルは、画素セル１００ごとに準備される。相関テーブルは、カウント値と電圧値とを対応付けたテーブルである。ステップＳ５５において、相関抽出部５０３は、各画素セル１００の検出信号の電圧値を相関記憶部５０４に出力する。相関記憶部５０４は、入力された各画素セル１００の電圧値を、カウント値（変数Ｋと同じ値）に対応付けて、対応する画素セル１００の相関テーブルに記憶させる。

【0168】

こうして、相関テーブルに対する記憶がなされると、中央処理部５０６は、変数Ｋが設定回数Ｎに到達したか否かを判定する（Ｓ５６）。ここで、設定回数Ｎは、予め設定されたカウント値の上限である。すなわち、フォトンをカウントする範囲の上限が、設定回数Ｎである。変数Ｋが設定回数Ｎに到達していない場合（Ｓ５６：ＮＯ）、中央処理部５０６は、変数Ｋに１を加算し（Ｓ５７）、処理をステップＳ５３に戻す。これにより、１つ増加したカウント値に対応する検出信号（電圧）がステップＳ５３、Ｓ５４の処理により画素セル１００ごとに取得され、取得された検出信号の電圧値がステップＳ５５において相関テーブルに記憶される。

【0169】

こうして、カウント値が１～Ｎであるときの電圧値が、画素セル１００ごとに、相関テーブルに記憶される。これにより、ステップＳ５６の判定がＹＥＳとなると、中央処理部５０６は、相関テーブルの更新処理を終了する。

【0170】

なお、図１６（ａ）の処理が行われることにより、各画素セル１００からの検出信号とカウント値との相関関係が抽出されるため、相関テーブルの更新処理および通常動作において、図３（ｄ）の摺り切り工程は、必ずしも行われなくてもよい。但し、図３（ｄ）の摺り切り工程を行って各カウント値に対する検出信号（電圧）のばらつきを抑制することにより、より正確に、相関関係を抽出することができる。

【0171】

＜実施形態２の効果＞
実施形態２によれば、以下の効果が奏され得る。

【0172】

予め、相関関係の更新処理が実行されることにより、ＡＰＤ１０１により受光されたフォトンのカウント数と画素セル１００の検出信号との間の相関関係（相関テーブル）が抽出されて相関記憶部５０４に記憶される。そして、通常動作時には、カウント数取得部５０５により、当該相関関係（相関テーブル）に基づいて、各画素セル１００からの検出信号に応じたカウント数が取得される。これにより、各画素セル１００からの検出信号にばらつきが生じても、フィードバック回路を設けることなく、フォトンのカウント数を適正に取得することができる。

【0173】

相関抽出部５０３は、カウント数と検出信号との相関関係を規定する相関テーブルを画素ごとに相関記憶部５０４に記憶させる。これにより、カウント数取得部５０５は、通常動作時に入力された各画素セル１００からの検出信号（電圧値）に対応するカウント数を相関テーブルから読み出すだけでよく、簡素な処理により円滑にカウント数を取得することができる。

【0174】

図１６（ａ）を参照して説明したとおり、相関抽出部５０３は、各カウント数に対応する電荷を画素セル１００のメモリ部１０８に擬似的に蓄積させた場合に、各画素セル１００から出力される検出信号に基づいて、相関テーブルを設定する。より詳細には、図１６（ｂ）に示すように、各カウント数に対応する電荷を画素セル１００のメモリ部１０８に擬似的に蓄積させた場合に、各画素セル１００から出力される検出信号の値（電圧値）を、当該カウント数に対応付けて、相関テーブルに登録する。このように、更新テーブルの設定に擬似的な蓄積処理を用いることにより、所望のタイミングにおいて円滑に、相関テーブルを更新することができる。

【0175】

＜実施形態２の変更例１＞
上記実施形態２では、相関テーブルの更新処理において、各画素セル１００から出力された検出信号（電圧値）がそのまま相関テーブルに登録された。これに対し、変更例１では、予め、カウント値と電圧値とを対応付けた相関テーブルが複数種類準備される。そして、これら複数種類の相関テーブルのうち、相関テーブルの更新処理において各画素セル１００から出力された検出信号（電圧値）とカウント値との相関関係に最もマッチングする相関テーブルが、当該画素セル１００に用いる相関テーブルに設定される。

【0176】

図１７（ａ）は、実施形態２の変更例１に係る、相関関係の更新動作時に信号処理部２５により実行される処理を示すフローチャートである。

【0177】

図１７（ａ）のフローチャートは、図１６（ａ）のフローチャートのステップＳ５５がステップＳ５８に置き換えられ、ステップＳ５９が新たに追加されている。その他のステップの処理は、図１６（ａ）の対応するステップの処理と同様である。

【0178】

ステップＳ５８において、相関抽出部５０３は、各画素セル１００からの検出信号の電圧値をカウント数（変数Ｋと同じ値）に対応付けて、相関記憶部５０４に記憶させる。変数Ｋが設定回数Ｎに到達するまでステップＳ５３～Ｓ５７の処理が繰り返されることにより、画素セル１００ごとに、全てのカウント数と電圧値とが互いに対応付けられて、相関記憶部５０４に記憶される。

【0179】

こうして、変数Ｋが設定回数Ｎに到達すると（Ｓ５６：ＹＥＳ）、相関抽出部５０３は、ステップＳ５３～Ｓ５７に処理により相関記憶部５０４に記憶された各画素セル１００のカウント数と電圧値のデータ群と、相関記憶部５０４に予め記憶されている複数種類の相関テーブルとを対照し、各画素セル１００のデータ群に最もマッチングする相関テーブルを、各画素セル１００に用いる相関テーブルに設定する（Ｓ５９）。ここで、マッチングの判定は、たとえば、データ群側の電圧値と相関テーブル側の電圧値との差分をカウント数ごとに求め、これら差分を合計した値が最も小さくなる相関テーブルを、最もマッチングする相関テーブルとして判定する方法により行われる。但し、マッチングの判定方法はこれに限られるものではなく、他の判定方法が用いられてもよい。

【0180】

相関抽出部５０３は、こうして画素セル１００ごとに設定した相関テーブルの識別情報を、画素セル１００に対応付けて、相関記憶部５０４に記憶させる。その後、相関記憶部５０４は、ステップＳ５３～Ｓ５７の処理により記憶したデータ群を消去する。

【0181】

図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のステップＳ５９において相関記憶部５０４に記憶される情報を示す図である。

【0182】

図１７（ｂ）に示すように、相関記憶部５０４には、各画素セル１００に用いられる相関テーブルの識別情報が、各画素セル１００に対応付けて記憶される。通常動作時には、カウント数取得部５０５において、図１７（ｂ）の対応表が参照され、各画素セル１００に用いる相関テーブルが特定される。カウント数取得部５０５は、特定した相関テーブルを用いて、上記実施形態２と同様、画素セル１００ごとに、検出信号（電圧値）に応じたカウント数を取得し、取得したカウント数を中央処理部５０６に出力する。

【0183】

この構成によれば、全ての画素セル１００について個別に相関テーブルを作成して記憶しておく必要がないので、通常動作時における相関記憶部５０４の記憶容量の消費を抑制できる。すなわち、通常動作時において、相関記憶部５０４は、予め設定された複数種類の相関テーブルと、画素セル１００ごとに対応付けられた相関テーブルの識別情報を記憶するだけでよい。よって、上記実施形態２に比べて、相関記憶部５０４における容量消費を顕著に抑制できる。

【0184】

なお、相関記憶部５０４に予め記憶される相関テーブルは、各画素セル１００において生じ得る検出信号（電圧値）のばらつきに対応可能なパターンが準備されればよい。たとえば、相関テーブルは、１０種類程度準備され得る。

【0185】

＜実施形態２の変更例２＞
上記実施形態２では、検出信号とカウント数の相関関係が相関テーブルによって規定された。これに対し、変更例２では、検出信号とカウント数の相関関係が相関関数によって規定される。

【0186】

図１８（ａ）は、実施形態２の変更例２に係る、相関関係の更新動作時に信号処理部２５により実行される処理を示すフローチャートである。

【0187】

図１８（ａ）のフローチャートは、上記実施形態２の変更例１に係る図１７（ａ）のフローチャートのステップＳ５９がステップＳ６０に置き換えられている。その他のステップの処理は、図１７（ａ）の対応するステップの処理と同様である。

【0188】

ステップＳ５３、Ｓ５４、Ｓ５８、Ｓ５７の処理がＮ回繰り返され、ステップＳ５６の判定がＹＥＳとなると、上記のように、画素セル１００ごとに、全てのカウント数と電圧値とが互いに対応付けられて、相関記憶部５０４に記憶される。

【0189】

その後、相関抽出部５０３は、ステップＳ５３～Ｓ５７に処理により相関記憶部５０４に記憶された各画素セル１００のカウント数と電圧値のデータ群に基づいて、画素セル１００ごとに、カウント数と電圧値の相関関係を規定する相関関数を生成する（Ｓ６０）。相関抽出部５０３は、当該相関関数を生成するためのアルゴリズムを保持している。

【0190】

相関抽出部５０３は、こうして画素セル１００ごとに設定した相関関数を、画素セル１００に対応付けて、相関記憶部５０４に記憶させる。相関抽出部５０３は、基本となる相関関数と、画素セル１００ごとに設定された相関係数を記憶してもよい。その後、相関記憶部５０４は、ステップＳ５３～Ｓ５７の処理により記憶したデータ群を消去する。

【0191】

図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のステップＳ６０において相関記憶部５０４に記憶される相関関数を模式的に示す図である。ここでは、便宜上、３つの画素セルＡ、Ｂ、Ｃの相関関数が示されている。

【0192】

図１８（ｂ）では、横軸のカウント数が変数ｘに設定されている。出力電圧ｙからカウント数ｘを求めるために、相関関数が逆関数として示されている。通常動作時には、カウント数取得部５０５において、図１８（ｂ）に例示した各画素セル１００の相関関数が特定される。カウント数取得部５０５は、特定した相関関数を用いて、画素セル１００ごとに、検出信号（電圧値）に応じたカウント数を算出し、算出したカウント数を中央処理部５０６に出力する。

【0193】

この構成によれば、相関記憶部５０４に各画素セル１００の相関関数を記憶させるだけでよいので、上記実施形態２に比べて、通常動作時における相関記憶部５０４のメモリ容量の消費を顕著に抑制できる。

【0194】

なお、図１８（ａ）のステップＳ６０では、画素セル１００ごとに相関関数が生成されたが、これに代えて、予め複数種類の相関関数を準備しておき、各画素セル１００における検出信号とカウント数の相関関係に最もマッチングする相関関数を各画素セル１００に対応付ける処理がステップＳ６０において行われてもよい。

【0195】

＜実施形態３＞
上記実施形態２では、撮像装置２０が物体の反射率の測定装置に用いられたが、実施形態３では、撮像装置２０が距離測定装置に用いられる。上記実施形態２に記載の撮像装置２０を利用した距離測定装置２の全体像について説明する。

【0196】

図１９は、実施形態３に係る距離測定装置２の構成例を示すブロック図である。図１９の構成では、発光装置１０以外の構成ブロックが、撮像装置２０に対応する。

【0197】

実施形態３では、撮像制御部２４が投光装置１０を制御する。撮像制御部２４は、発光制御部１３を制御して光源１１をパルス発光させるとともに、固体撮像素子２３を制御して、各画素セル１００から検出信号を出力させる。画素信号出力部６０１は、各画素セル１００から垂直信号線Ｖｓｉｇに出力された検出信号に対し、増幅、ノイズ除去およびＡ／Ｄ変換等の処理を施して出力する。

【0198】

相関抽出部６０３は、上記実施形態２およびその変更例と同様、各画素セル１００から出力される検出信号（電圧値）とカウント値との相関関係を取得し、取得した相関関係を相関記憶部６０４に記憶させる。カウント数取得部６０５は、上記実施形態２およびその変更例と同様、相関記憶部６０４に記憶された相関関係に基づいて、各画素セル１００から出力された検出信号（電圧値）をカウント値に変換する。

【0199】

信号処理演算部６０６は、カウント数取得部６０５から入力される各画素セル１００のカウント値に基づいて、距離画像および輝度画像を生成する。生成された距離画像および輝度画像は、適宜、他の情報処理装置に出力される。

【0200】

以下、図１９の距離測定装置２における距離画像および輝度画像の生成処理について説明する。

【0201】

撮像制御部２４は、パルス状の発光および露光の組をＮ（Ｎは３以上の整数）回繰り返すことによって、測距範囲を分割したＮ（Ｎは３以上の整数）個の区分距離に対応するＮ個の区分画像を撮像する。ここで、測距範囲とは、距離測定装置２から被写体までの測定可能な全距離範囲のことである。たとえば、測距範囲は、０～Ｄｍａｘ（ｍ）に設定される。Ｎ個の区間距離は、たとえば、測距範囲をＮ等分して得られる部分的な距離範囲である。なお、Ｎ個の区分距離は、Ｎ等分に限らず、測距範囲を不均等に分割した部分的な距離範囲であってもよい。たとえば、距離測定装置２の測定対象および測定環境に応じて、Ｎ個の区分距離は、小さい距離範囲の区分距離と大きい距離範囲の区分距離を含むように定められてもよい。

【0202】

撮像制御部２４は、発光制御信号を発光制御部１３に供給し、露光制御信号を固体撮像素子２３に供給することによって、Ｎ個の区分画像を撮像するように光源１１および固体撮像素子２３を制御する。具体的には、撮像制御部２４は、１フレームの距離画像あたり、発光パルスおよび露光パルスの組をＮ組生成するように、発光制御信号および露光制御信号を生成することによって、光源１１および固体撮像素子２３を制御する。

【0203】

撮像制御部２４は、第１測定期間（Ｔｍ１）～第Ｎ測定期間（ＴｍＮ）において、発光タイミングと露光タイミングとの時間差が徐々に大きくなるように、露光パルスを生成する。発光タイミングと露光タイミングとの時間差は、当該測定期間に固体撮像素子２３で受光される反射光を生じさせた被写体の距離（距離範囲）に対応する。つまり、当該測定期間で反射光が受光された場合は、距離測定装置２から被写体までの距離が当該時間差に対応する。

【0204】

すなわち、撮像制御部２４は、測定期間ＴｍｋにおいてタイムスロットＴｓｋの区間で露光を指示する露光パルスを生成する。ここで、ｋは１～Ｎの何れかの整数である。

【0205】

たとえば、撮像制御部２４は、第１測定期間Ｔｍ１においてタイムスロットＴｓ１の区間で露光を指示する露光パルスを生成する。固体撮像素子２３は、タイムスロットＴｓ１での露光による画像を区分画像＃１として生成し、メモリに保持する。たとえば、各タイムスロットの期間が１０ｎＳであると仮定した場合、固体撮像素子２３は、タイムスロットＴｓ１ではパルス発光の開始から１０ｎＳ以内に現れる反射光を受光できるが、それ以降に現れる反射光を受光できない。つまり、以下の式（１）から、タイムスロットＴｓ１では、固体撮像素子２３は、区分距離＃１＝０～１．５ｍの距離範囲にある被写体からの反射光を受光でき、区分距離＃１以外にある被写体からの反射光を受光できない。

【0206】

２×Ｌ１＜１０ｎＳ×ｃ …（１）

【0207】

ここで、ｃは光速（３×１０^８ｍ／ｓ）である。Ｌ１は、区分距離＃１の距離範囲を示す。２×Ｌ１は、照射光の往復距離である。

【0208】

このように、第１測定期間Ｔｍ１で、被写体からの反射光を受光した場合は、被写体の区分距離＃１（例えば０～１．５ｍ）の範囲内の距離にあることを意味する。

【0209】

同様に、撮像制御部２４は、第ｋ測定期間ＴｍｋにおいてタイムスロットＴｓｋの区間で露光を指示する露光パルスを生成する。固体撮像素子２３は、タイムスロットＴｓｋでの露光による画像を区分画像＃ｋとして生成する。たとえば、各タイムスロットの期間が１０ｎＳである場合、第ｋ測定期間Ｔｍｋでは、固体撮像素子２３は、タイムスロットＴｓｋの区間に現れる反射光を受光できるが、その区間外に現れる反射光を受光できない。つまり、以下の式（２）から、第ｋ測定期間Ｔｍｋでは、固体撮像素子２３は、距離範囲Ｌｋ＝（（ｋ－１）×１.５ｍからｋ×１．５ｍまでの距離範囲）にある被写体からの反射光を受光でき、それ以外の距離にある被写体らの反射光を受光できない。

【0210】

（ｋ－１）×１０ｎＳ×ｃ ＜ ２×Ｌｋ ＜ ｋ×１０ｎＳ×ｃ …（２）

【0211】

ここで、２×Ｌｋは照射光の往復距離である。

【0212】

このように、第ｋ測定期間Ｔｍｋで、被写体からの反射光を受光した場合は、被写体の区分距離＃ｋ（例えば（ｋ－１）×１.５ｍからｋ×１．５ｍまでの距離範囲）内の距離にあることを意味する。

【0213】

ここで、撮像制御部２４は、１つの区分画像を取得するために、発光と露光とを連続的に複数回（たとえば１０回）繰り返す。すなわち、撮像制御部２４は、第ｋ測定期間の処理を連続的に複数回実行し、図１１に示したメモリ部１０８に電荷を蓄積させる。こうしてメモリ部１０８に電荷が蓄積された後、上記実施形態２において説明したように、メモリ部１０８の電荷に応じた電圧値が、検出信号として垂直信号線Ｖｓｉｇに出力される。これにより、第ｋ測定期間に対応する区分画像♯ｋが取得される。その後、撮像制御部２４は、次の第ｋ＋１測定期間の処理を連続的に複数回実行して、第ｋ＋１測定期間に対応する区分画像♯ｋ＋１を取得する。撮像制御部２４は、順次取得した区分画像を、メモリ部６０２に記憶させる。

【0214】

こうして得られたＮ個の区分画像がメモリ部６０２に記憶された後、各区分画像の各画素位置にマッピングされている検出信号の信号値（電圧値）が、カウント数取得部６０５によって、相関記憶部６０４に保持された相関関係に準拠したカウント数に変換される。カウント数取得部６０５は、変換後のカウント数を信号処理演算部６０６に出力する。これにより、信号処理演算部６０６において、各画素位置にカウント数がマッピングされたカウント画像が、区分画像ごとに取得される。

【0215】

信号処理演算部６０６は、取得した各区分画像のカウント画像に基づいて、距離画像と輝度画像を生成する。距離画像の生成は、信号処理演算部６０６の距離画像生成部６０６ａの機能により生成される。また、輝度画像の生成は、信号処理演算部６０６の輝度画像生成部６０６ｂの機能により生成される。

【0216】

距離画像生成部６０６ａは、各カウント画像にマッピングされた各画素のカウント値と所定の閾値とを比較し、当該閾値以上のカウント値を有する画素に所定の色を付す。ここで、距離画像生成部６０６ａは、カウント画像ごとに異なる色を設定する。たとえば、区分距離♯１の距離画像♯１から取得されたカウント画像♯１の場合は、カウント値が閾値を超える画素に青色が付され、区分距離♯２の距離画像♯２から取得されたカウント画像♯２の場合は、カウント値が閾値を超える画素に水色が付される。これにより、距離ごとに異なる色が付された画像が画像ごとに得られる。距離画像生成部６０６ａは、こうして取得した全てのカウント画像の画像を、１フレームの画像に合成する。これにより、１フレーム分の距離画像が生成される。距離画像生成部６０６ａは、生成した距離画像を、外部の情報処理装置等に出力する。

【0217】

輝度画像生成部６０６ｂは、上記と同様に取得したカウント画像に対し、各画素のカウント値の大きさに応じた輝度値を各画素に設定して、カウント画像ごとに輝度画像を生成する。輝度画像生成部６０６ｂは、生成した各輝度画像を、外部の情報処理装置等に出力する。なお、輝度画像生成部６０６ｂは、全ての輝度画像を合成して１フレーム分の輝度画像を生成し、生成した１フレーム分の輝度画像を外部の情報処理装置等に出力してもよい。

【0218】

＜その他の変更例＞
以上、本発明の実施形態１～３およびその変更例について説明したが、本発明は、上記実施形態１～３およびその変更例に限定されるものではなく、また、本発明の実施形態も、上記実施形態１～３およびその変更例以外に種々の変更が可能である。

【0219】

たとえば、実施形態２においても、図１０に示すように、撮像制御部２４と相関記憶部５０４がセンサチップ４００に実装されてもよい。

【0220】

また、実施形態２においても、図９に示した実施形態１の変更例と同様、同一の画素セル１００に対して複数回、検出信号（電圧値）とカウント値のデータ群を取得し、取得した複数の検出信号（電圧値）をカウント値ごとに平均化した値を、相関テーブルの登録するようにしてもよい。

【0221】

また、図３（ａ）～（ｄ）、図４（ａ）、（ｂ）、図１２（ａ）～（ｄ）および図１３（ａ）、（ｂ）に示した各部の電位や容量は、一例であって、他の電位や容量に適宜変更され得る。

【0222】

また、撮像装置２０の構成は、図１に示した構成に限られるものではなく、種々の変更が可能である。たとえば、所定波長の光のみを受光する必要がない場合は、フィルタ２２が省略され得る。信号処理部２５の構成も、適宜、変更可能である。

【0223】

また、撮像制御部２４は、さらにチップ外部からの制御信号によって、より高い自由度で制御することも可能である。

【0224】

また、固体撮像装置１に含まれる各処理部は、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。また、集積回路化は、ＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

【0225】

また、上記実施形態１～３に係る、固体撮像装置、およびそれらの変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。

【0226】

また、上記説明では、ＭＯＳトランジスタを用いた例を示したが、他のトランジスタを用いてもよい。

【0227】

また、上記実施形態１には、撮像装置２０が距離測定装置１に搭載され、実施形態２では、撮像装置２０が反射率の測定装置に用いられ、実施形態３では、撮像装置２０が距離測定装置２に用いられたが、撮像装置２０の適用形態はこれに限られるものではない。たとえば、医療や放射線計測等の分野で用いられる撮像装置に、本発明が適用されてもよい。

【0228】

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0229】

２０ … 撮像装置
２３ … 固体撮像素子
２５ … 信号処理部
１００ … 画素セル
１０１ … アバランシェフォトダイオード
２０３ … ばらつき算出部
２０４ … テーブル記憶部
２０５ … 補正演算部
５０３ … 相関抽出部
５０５ … カウント数取得部
Ｖ０ … 基準値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】