ホーム > 特許ランキング > 国立大学法人静岡大学
(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】距離画像測定装置
(51)【国際特許分類】
G01S 7/4863 20200101AFI20240809BHJP
G01S 17/10 20200101ALI20240809BHJP
G01S 17/894 20200101ALI20240809BHJP
【ＦＩ】
G01S7/4863
G01S17/10
G01S17/894
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021527700
(86)(22)【出願日】2020-06-24
(86)【国際出願番号】 JP2020024863
(87)【国際公開番号】W WO2020262476
(87)【国際公開日】2020-12-30
【審査請求日】2023-05-16
(31)【優先権主張番号】P 2019117468
(32)【優先日】2019-06-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】304023318
【氏名又は名称】国立大学法人静岡大学
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124800
【弁理士】
【氏名又は名称】諏澤 勇司
(74)【代理人】
【識別番号】100170818
【弁理士】
【氏名又は名称】小松 秀輝
(72)【発明者】
【氏名】川人 祥二
【審査官】佐藤 宙子
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１９／０７８３６６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／２０８２１４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／０９８７２５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３３８１２７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８－ ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００－１７／９５
Ｈ０４Ｎ ５／３０－ ５／３３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
パルス光を発生させる光源と、前記パルス光を定期的に繰り返し発生させるように前記光源を制御する光源制御手段と、
光を電荷に変換する光電変換領域、前記光電変換領域に近接して互いに離間して設けられた第１～第Ｍ（Ｍは３以上の整数）の電荷読出領域、前記電荷を排出するための電荷排出領域、および前記光電変換領域と前記第１～第Ｍの電荷読出領域とに対応して設けられて前記光電変換領域と前記第１～第Ｍの電荷読出領域との間における電荷転送のための第１～第Ｍの制御パルスを受ける第１～第Ｍの制御電極を有すると共に、前記光電変換領域と前記電荷排出領域とに対応して設けられて前記光電変換領域と前記電荷排出領域との間における電荷転送のための第Ｍ＋１の制御パルスを受ける第Ｍ＋１の制御電極を有する画素回路部と、
前記光源制御手段による前記パルス光の発生に対応して、前記第１～第Ｍの制御電極に前記第１～第Ｍの制御パルスを出力し、前記第１～第Ｍの制御パルスの出力期間以外の期間に前記第Ｍ＋１の制御電極に前記第Ｍ＋１の制御パルスを出力する電荷転送制御手段と、
前記電荷転送制御手段による前記第１～第Ｍの制御パルスの出力後に、前記画素回路部の前記第１～第Ｍの電荷読出領域の電圧を第１～第Ｍの検出信号として読み出す電圧検出手段と、
前記第１～第Ｍの検出信号を基に距離を繰り返し計算する距離計算手段と、を備え、
前記電荷転送制御手段は、
前記パルス光が発生するタイミングの前、および前記第２～第Ｍの制御パルスを出力した後であり且つ前記第２～第Ｍの制御パルスを出力した後に発生する次の前記パルス光の前、の少なくとも一方に前記第１の制御パルスを出力するタイミングを設定する第１の動作と、
前記第２～第Ｍの制御パルスを出力した後であり且つ前記第２～第Ｍの制御パルスを出力した後に発生する次の前記パルス光の前に前記第１の制御パルスを出力するタイミングを設定すると共に、前記パルス光が発生するタイミングと同時以降であって前記第２～第Ｍの制御パルスを出力する前にも前記第１の制御パルスを出力するタイミングを設定する第２の動作と、を行い、
前記パルス光のＫ回分を１周期として２種類の動作パターンが繰り返されるとき、前記２種類の動作パターンのそれぞれにおいて実行されるパターンの合計回数は、変数Ｋによって示され、
前記電荷転送制御手段は、Ｋ回行われる前記パターンにおいて、前記第１の動作をＫ－１回行うと共に、前記第２の動作を１回行い、
前記距離計算手段は、前記距離の計算において、前記第１の制御パルスによって得た信号を含む演算値に対して前記変数Ｋを重み係数として乗算する距離画像測定装置。
【請求項2】
前記電荷転送制御手段は、１フレーム期間内に含まれる第１～第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のサブフレーム期間ごとに、前記パルス光が発生するタイミングに対する前記第２～第Ｍの制御パルスの遅れ時間を異なる時間にシフトさせるように、前記第２～第Ｍの制御パルスのタイミングを設定する、請求項１に記載の距離画像測定装置。
【請求項3】
前記電荷転送制御手段は、前記第２～第Ｎのサブフレーム期間の間で、前記パルス光が発生するタイミングに対する前記第２～第Ｍの制御パルスの遅れ時間が短くなるほど、前記第２～第Ｍの制御パルスのうち、少なくとも前記第２の制御パルスの出力回数のレートを下げるように設定する、請求項２に記載の距離画像測定装置。
【請求項4】
前記電荷転送制御手段は、前記第２の制御パルスを出力するタイミングを前記パルス光が発生するタイミングから前記パルス光が持続する持続時間よりも短い待機時間だけ後に設定する、請求項１～３のいずれか一項に記載の距離画像測定装置。
【請求項5】
パルス光を発生させる光源と、前記パルス光を定期的に繰り返し発生させるように前記光源を制御する光源制御手段と、
光を電荷に変換する光電変換領域、前記光電変換領域に近接して互いに離間して設けられた第１～第Ｍ（Ｍは３以上の整数）の電荷読出領域、前記電荷を排出するための電荷排出領域、および前記光電変換領域と前記第１～第Ｍの電荷読出領域とに対応して設けられて前記光電変換領域と前記第１～第Ｍの電荷読出領域との間における電荷転送のための第１～第Ｍの制御パルスを受ける第１～第Ｍの制御電極を有すると共に、前記光電変換領域と前記電荷排出領域とに対応して設けられて前記光電変換領域と前記電荷排出領域との間における電荷転送のための第Ｍ＋１の制御パルスを受ける第Ｍ＋１の制御電極を有する画素回路部と、
前記光源制御手段による前記パルス光の発生に対応して、前記第１～第Ｍの制御電極に前記第１～第Ｍの制御パルスを出力し、前記第１～第Ｍの制御パルスの出力期間以外の期間に前記第Ｍ＋１の制御電極に前記第Ｍ＋１の制御パルスを出力する電荷転送制御手段と、
前記電荷転送制御手段による前記第１～第Ｍの制御パルスの出力後に、前記画素回路部の前記第１～第Ｍの電荷読出領域の電圧を第１～第Ｍの検出信号として読み出す電圧検出手段と、
前記第１～第Ｍの検出信号を基に距離を繰り返し計算する距離計算手段と、を備え、
前記電荷転送制御手段は、前記第１の制御パルスを出力するタイミングを、前記パルス光が発生するタイミングの前および前記第２～第Ｍの制御パルスを出力した後であり且つ前記第２～第Ｍの制御パルスを出力した後に発生する次の前記パルス光の前の少なくとも一方に設定する第３の動作と、前記第１の制御パルスを出力するタイミングを、前記パルス光が発生するタイミングと同時以降であって前記第２～第Ｍの制御パルスを出力する前に設定する第４の動作と、を行い、
前記パルス光のＫ回分を１周期として前記第３の動作と前記第４の動作との２種類の動作パターンが繰り返されるとき、前記２種類の動作パターンのそれぞれにおいて実行されるパターンの合計回数は、変数Ｋによって示され、
前記電荷転送制御手段は、Ｋ回行われる前記パターンにおいて、前記第３の動作をＫ－１回行うと共に、前記第４の動作を１回行い、
前記距離計算手段は、前記距離の計算において、前記第１の制御パルスによって得た信号を含む演算値に対して前記変数Ｋを重み係数として乗算する距離画像測定装置。
【請求項6】
前記電荷転送制御手段は、前記第３の動作における前記パルス光が発生するタイミングに対する前記第２～第Ｍの制御パルスの遅れ時間と前記第４の動作における前記遅れ時間とが互いに同じになるように設定すると共に、１フレームにおいて行われる前記第３の動作の回数が前記第４の動作の回数より多くなるように設定する、請求項５に記載の距離画像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、画素ごとに距離情報を含む距離画像を生成する距離画像測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、光の飛行時間を用いて距離情報を含む距離画像を生成するセンサ装置を開示する。このセンサ装置は、時間軸に配列された第１～第５フレームにおいて第１～第５のパルスの列を照射パルスとして対象物に照射する。このセンサ装置は、照射された光に起因する対象物からの反射光を用いて距離画像を生成する。距離画像は、ピクセルアレイにおいて対象物までの距離に関する情報を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１０－３２４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
対象物が測定装置の近くに存在するとき、測定装置には対象物から強い反射光が入射することがある。この反射光は、測定装置の内部において反射した後に、光検出器において対象物の像位置とは異なる位置に入射する。このような入射は、いわゆるフレアを生じさせる。測定装置において、フレアはノイズとなり得る。
【0005】
本発明は、フレアの影響を抑制可能な距離画像測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一形態である距離画像測定装置は、パルス光を発生させる光源と、パルス光を定期的に繰り返し発生させるように光源を制御する光源制御手段と、光を電荷に変換する光電変換領域、光電変換領域に近接して互いに離間して設けられた第１～第Ｍ（Ｍは３以上の整数）の電荷読出領域、電荷を排出するための電荷排出領域、および光電変換領域と第１～第Ｍの電荷読出領域とに対応して設けられて光電変換領域と第１～第Ｍの電荷読出領域との間における電荷転送のための第１～第Ｍの制御パルスを受ける第１～第Ｍの制御電極を有すると共に、光電変換領域と電荷排出領域とに対応して設けられて光電変換領域と電荷排出領域との間における電荷転送のための第Ｍ＋１の制御パルスを受ける第Ｍ＋１の制御電極を有する画素回路部と、光源制御手段によるパルス光の発生に対応して、第１～第Ｍの制御電極に第１～第Ｍの制御パルスを出力し、第１～第Ｍの制御パルスの出力期間以外の期間に第Ｍ＋１の制御電極に第Ｍ＋１の制御パルスを出力する電荷転送制御手段と、電荷転送制御手段による第１～第Ｍの制御パルスの出力後に、画素回路部の第１～第Ｍの電荷読出領域の電圧を第１～第Ｍの検出信号として読み出す電圧検出手段と、第１～第Ｍの検出信号を基に距離を繰り返し計算する距離計算手段と、を備える。電荷転送制御手段は、第１の制御パルスを出力するタイミングを、パルス光が発生するタイミングの前および第２～第Ｍの制御パルスを出力した後の少なくとも一方に設定する。
【0007】
上記の距離画像測定装置は、第２～第Ｍの制御パルスを第２～第Ｍの制御電極に出力する。その結果、対象物からの光に起因して光電変換領域において生じた電荷が第２～第Ｍの電荷読出領域に転送される。第２～第Ｍの電荷読出領域の電荷は、電圧検出手段によって第２～第Ｍの検出信号として読み出される。読み出された電荷は、距離計算手段において距離の計算に用いられる。一方、上記の距離画像測定装置は、第１の制御パルスを第１の制御電極に出力する。ここで、第１の制御パルスを出力するタイミングは、パルス光が発生するタイミングの前および第２～第Ｍの制御パルスを出力した後の少なくとも一方に設定される。第１の制御パルスの出力に応じて第１の電荷読出領域に転送された電荷は、背景光に起因する。つまり、これらのタイミングでは、光電変換領域にパルス光に起因する光が入射することがない。または、光電変換領域に入射する光は、極めて弱い。従って、第１の電荷読出領域に転送された電荷は、フレアの影響を含んでいないとみなすことが可能である。その結果、背景光の成分を示す第１の検出信号を用いた補正によれば、補正後の信号はフレアの影響が抑制されている。従って、距離画像測定装置は、フレアの影響を抑制することができる。
【0008】
上記の形態において、電荷転送制御手段は、１フレーム期間内に含まれる第１～第Ｎ（Ｎは２以上の整数）のサブフレーム期間ごとに、パルス光が発生するタイミングに対する第２～第Ｍの制御パルスの遅れ時間を異なる時間にシフトさせるように、第２～第Ｍの制御パルスのタイミングを設定してもよい。この設定によれば、デューティ比の小さい多数の時間窓を使った電荷の検出が可能である。その結果、様々な距離測定範囲の対象物を対象にした場合であっても、検出信号における背景光の影響が低減される。その結果、距離分解能の高い距離計算が実現される。さらに、強い背景光に起因した検出信号の飽和による距離計算の精度の低下も防止できる。
【0009】
上記の形態において、電荷転送制御手段は、第２～第Ｎのサブフレーム期間の間で、パルス光が発生するタイミングに対する第２～第Ｍの制御パルスの遅れ時間が短くなるほど、第２～第Ｍの制御パルスのうち、少なくとも第２の制御パルスの出力回数のレートを下げるように設定してもよい。この設定によれば、近い距離測定範囲の対象物を対象にした場合に検出信号の飽和を防止できる。その結果、距離測定のダイナミックレンジを向上させることができる。
【0010】
上記の形態において、電荷転送制御手段は、第２～第Ｍの制御パルスを出力した後に第１の制御パルスを出力するタイミングを設定する第１の動作と、第２～第Ｍの制御パルスを出力した後に第１の制御パルスを出力するタイミングを設定すると共に、パルス光が発生するタイミングと同時以降であって第２～第Ｍの制御パルスを出力する前にも第１の制御パルスを出力するタイミングを設定する第２の動作と、を行ってもよい。この設定によれば、第１の動作によって、背景光の成分を含む第１の検出信号を得ることができる。第２の動作によって、背景光の成分を含むと共に対象物からの反射光の成分を含む第１の検出信号を得ることもできる。従って、距離の計算に用いることが可能な信号成分が増加するので、距離計算の精度を改善することができる。
【0011】
上記の形態において、電荷転送制御手段は、第２の制御パルスを出力するタイミングをパルス光が発生するタイミングからパルス光が持続する持続時間よりも短い待機時間だけ後に設定してもよい。この設定によれば、第２の制御パルスは、パルス光が発生するタイミングから待機時間だけ遅れている。従って、待機時間の間に光電変換領域に入射したフレアの成分は、信号成分として第２の電荷読出領域に転送されない。従って、第２の検出信号が受けるフレアの影響を低減することができる。
【0012】
本発明の別の形態である距離画像測定装置は、パルス光を発生させる光源と、パルス光を定期的に繰り返し発生させるように光源を制御する光源制御手段と、光を電荷に変換する光電変換領域、光電変換領域に近接して互いに離間して設けられた第１～第Ｍ（Ｍは３以上の整数）の電荷読出領域、電荷を排出するための電荷排出領域、および光電変換領域と第１～第Ｍの電荷読出領域とに対応して設けられて光電変換領域と第１～第Ｍの電荷読出領域との間における電荷転送のための第１～第Ｍの制御パルスを受ける第１～第Ｍの制御電極を有すると共に、光電変換領域と電荷排出領域とに対応して設けられて光電変換領域と電荷排出領域との間における電荷転送のための第Ｍ＋１の制御パルスを受ける第Ｍ＋１の制御電極を有する画素回路部と、光源制御手段によるパルス光の発生に対応して、第１～第Ｍの制御電極に第１～第Ｍの制御パルスを出力し、第１～第Ｍの制御パルスの出力期間以外の期間に第Ｍ＋１の制御電極に第Ｍ＋１の制御パルスを出力する電荷転送制御手段と、電荷転送制御手段による第１～第Ｍの制御パルスの出力後に、画素回路部の第１～第Ｍの電荷読出領域の電圧を第１～第Ｍの検出信号として読み出す電圧検出手段と、第１～第Ｍの検出信号を基に距離を繰り返し計算する距離計算手段と、を備える。電荷転送制御手段は、第１の制御パルスを出力するタイミングを、パルス光が発生するタイミングの前および第２～第Ｍの制御パルスを出力した後の少なくとも一方に設定する第３の動作と、第１の制御パルスを出力するタイミングを、パルス光が発生するタイミングと同時以降であって第２～第Ｍの制御パルスを出力する前に設定する第４の動作と、を行う。
【0013】
別の形態である距離画像測定装置は、一形態である距離画像測定装置と同様に、背景光の成分を示す第１の検出信号を用いた補正を行った場合に、補正後の信号におけるフレアの影響を抑制することができる。従って、距離画像測定装置は、フレアの影響を抑制することができる。
【0014】
上記の別の形態において、電荷転送制御手段は、１フレームにおいて行われる第３の動作の回数が第４の動作の回数と異なるように設定してもよい。この設定によれば、フレアの影響を低減する動作を行うことが可能になる。
【0015】
上記の別の形態において、電荷転送制御手段は、第３の動作におけるパルス光が発生するタイミングに対する第２～第Ｍの制御パルスの遅れ時間と第４の動作における遅れ時間とが互いに同じになるように設定すると共に、１フレームにおいて行われる第３の動作の回数が第４の動作の回数より多くなるように設定してもよい。第３の動作によれば、フレアの影響が無視できる第１の検出信号を得ることができる。第４の動作によれば、距離の計算に利用可能な第１の検出信号を得ることができる。第３の動作を第４の動作より多く行うことにより、第３の動作に起因する第１の検出信号を多く得ることができる。その結果、フレアの影響が低減された計算結果を得ることができる。
【0016】
上記の別の形態において、電荷転送制御手段は、第３の動作におけるパルス光が発生するタイミングに対する第２～第Ｍの制御パルスの遅れ時間と第４の動作における遅れ時間とが互いに異なるように設定すると共に、１フレームにおいて行われる第３の動作の回数が第４の動作の回数より少なくなるように設定してもよい。第３の動作によれば、フレアの影響が無視できる第１の検出信号を得ることができる。第４の動作によれば、距離の計算に利用可能な第１の検出信号を得ることができる。そして、第４の動作を第３の動作より多く行うことにより、第４の動作に起因する第１の検出信号を多く得ることができる。その結果、距離の計算に用いられる信号成分が増えるので、距離計算の精度を改善することができる。
【0017】
上記の別の形態において、電荷転送制御手段は、１フレームにおいて行われる第３の動作の回数が第４の動作の回数と等しくなるように設定してもよい。この設定によっても、フレアの影響を抑制することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、フレアの影響を低減することができる距離画像測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0021】
＜第１実施形態＞
図１を参照して、本発明の距離画像測定装置の第１実施形態に係る距離画像センサ１０の機能および構成を説明する。距離画像センサ１０は、飛行時間法を利用して画素ごとに距離情報を含む距離画像を生成する。距離画像センサ１０は、光源１１と、演算回路１２と、複数の画素回路１３（画素回路部）と、を備える。距離画像センサ１０は、飛行時間（ＴＯＦ：Time Of Flight）方式による距離測定を行う。光源１１は、対象物Ｓに照射するパルス光ＬＰを発生させる。光源１１は、例えば、発光ダイオード又はレーザダイオード等の半導体発光素子と、その半導体発光素子を駆動する駆動回路と、を有する。光源１１としては、近赤外領域、可視光領域等の波長領域の光を発生させる素子を用いることができる。距離画像センサ１０は、複数の画素回路１３を備える。複数の画素回路１３は、２次元方向（例えば、列方向および行方向）に２次元アレイ状に配列されている。複数の画素回路１３は、イメージセンサを構成する。複数の画素回路１３は、対象物Ｓによってパルス光ＬＰが反射されて生じた入射パルス光ＬＲを光電変換することにより検出信号を生成する。距離画像センサ１０は、演算回路１２も備えている。演算回路１２は、複数の画素回路１３によって生成された検出信号を用いて、対象物Ｓに関する距離情報を画素ごとに演算する。演算回路１２は、画素ごとの距離情報が反映された２次元画像情報を含む距離画像を生成および出力する。演算回路１２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、および入出力装置等を含むワンチップマイクロコンピュータ等の専用の集積回路によって構成されてもよい。また、演算回路１２は、パーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータによって構成されてもよい。
図１を参照して、本発明の距離画像測定装置の第１実施形態に係る距離画像センサ１０の機能および構成を説明する。距離画像センサ１０は、飛行時間法を利用して画素ごとに距離情報を含む距離画像を生成する。距離画像センサ１０は、光源１１と、演算回路１２と、複数の画素回路１３（画素回路部）と、を備える。距離画像センサ１０は、飛行時間（ＴＯＦ：Time Of Flight）方式による距離測定を行う。光源１１は、対象物Ｓに照射するパルス光ＬＰを発生させる。光源１１は、例えば、発光ダイオード又はレーザダイオード等の半導体発光素子と、その半導体発光素子を駆動する駆動回路と、を有する。光源１１としては、近赤外領域、可視光領域等の波長領域の光を発生させる素子を用いることができる。距離画像センサ１０は、複数の画素回路１３を備える。複数の画素回路１３は、２次元方向（例えば、列方向および行方向）に２次元アレイ状に配列されている。複数の画素回路１３は、イメージセンサを構成する。複数の画素回路１３は、対象物Ｓによってパルス光ＬＰが反射されて生じた入射パルス光ＬＲを光電変換することにより検出信号を生成する。距離画像センサ１０は、演算回路１２も備えている。演算回路１２は、複数の画素回路１３によって生成された検出信号を用いて、対象物Ｓに関する距離情報を画素ごとに演算する。演算回路１２は、画素ごとの距離情報が反映された２次元画像情報を含む距離画像を生成および出力する。演算回路１２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、および入出力装置等を含むワンチップマイクロコンピュータ等の専用の集積回路によって構成されてもよい。また、演算回路１２は、パーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータによって構成されてもよい。
【0022】
以下、画素回路１３および演算回路１２の構成について詳細に説明する。
【0023】
画素回路１３の構成について説明する。画素回路１３は、半導体素子によって構成される。画素回路１３は、光電変換領域２１と、電荷読出領域２２１～２２３と、電荷排出領域２３と、制御電極２４１～２４３と、制御電極２５と、電圧検出手段２６１～２６３とを含む。光電変換領域２１は、入射パルス光ＬＲを電荷に変換する。電荷読出領域２２１～２２３および電荷排出領域２３は、光電変換領域２１に近接する。さらに、電荷読出領域２２１～２２３および電荷排出領域２３は、互いに離間する。制御電極２４１～２４３および制御電極２５は、電荷読出領域２２１～２２３および電荷排出領域２３のそれぞれに対応して設けられる。制御電極２４１～２４３および制御電極２５は、光電変換領域２１からそれぞれの領域との間における電荷転送のための制御パルスを受ける。電圧検出手段２６１～２６３は、電荷読出領域２２１～２２３のそれぞれから検出信号を読み出す。電圧検出手段２６１～２６３は、例えば、ソースフォロワアンプを含む増幅器である。電圧検出手段２６１～２６３は、演算回路１２からの制御によって、選択的にそれぞれの電荷読出領域２２１～２２３の基準電位を基準にした電圧を検出および増幅する。電圧検出手段２６１～２６３は、増幅した電圧を検出信号として演算回路１２に出力する。
【0024】
画素回路１３は、例えば、シリコン基板等のｐ型半導体基板に形成される。光電変換領域２１は、画素形成領域の中央部に設けられる。画素形成領域は、ｐ型半導体基板に形成されている。画素形成領域は、ｐ型の半導体からなる活性領域形成層と、ｎ型の表面埋込領域と、ｐ型のピニング層と、絶縁膜と、を有する。ｎ型の表面埋込領域よりも高い不純物濃度を有するｎ型の電荷読出領域２２１～２２３および電荷排出領域２３は、光電変換領域２１に近接するように互いに離間した位置に形成されている。制御電極２４１～２４３、２５は、絶縁膜上の光電変換領域２１から電荷読出領域２２１～２２３および電荷排出領域２３のそれぞれに至る電荷移動経路上のそれぞれに設けられる。制御電極２４１～２４３、２５は、それぞれ、電荷移動経路上に設けられてもよい。制御電極２４１～２４３、２５は、電荷移動経路を両側から挟むように複数の電極部に分離して設けられてもよい。
【0025】
演算回路１２は、制御電極２４１～２４３、２５に対して、互いに位相の異なる制御パルスを出力する。これにより、表面埋込領域の空乏化電位が順次変化する。従って、電荷移動経路のいずれかに電荷が輸送されるような電位勾配が順次形成される。その結果、光電変換領域２１の表面埋込領域で発生した多数キャリア（電荷）は、電荷読出領域２２１～２２３および電荷排出領域２３のいずれかに移動する。
【0026】
次に、演算回路１２の構成について説明する。演算回路１２は、機能的な構成要素として、光源制御手段３１と、電荷転送制御手段３２と、距離データ有効性判定信号生成手段３３と、距離データ有効性判定手段３４と、無効画素識別値生成手段３５と、距離計算参照信号生成手段３６と、距離計算参照信号選択手段３７と、距離画像生成手段３８と、を含む。距離データ有効性判定信号生成手段３３、距離データ有効性判定手段３４、無効画素識別値生成手段３５、距離計算参照信号生成手段３６、距離計算参照信号選択手段３７、および距離画像生成手段３８は、本実施形態の距離計算手段を構成する。
【0027】
演算回路１２の光源制御手段３１は、光源１１によるパルス光ＬＰのタイミング、パルス光ＬＰの強度、およびパルス光ＬＰのパルス幅を制御する。具体的には、光源制御手段３１は、持続時間Ｔ０（第１の持続時間）のパルス光ＬＰを、予め設定された距離計算の繰り返し期間である１フレームの期間内で定期的に繰り返し発生させる。電荷転送制御手段３２は、制御電極２４１～２４３、２５のそれぞれに、制御パルスＧ１～Ｇ３および制御パルスＧＤを出力する。すなわち、電荷転送制御手段３２は、持続時間Ｔ０に対応する持続時間Ｔ１（第２の持続時間）の間だけ制御電極２４１～２４３に制御パルスＧ１～Ｇ３を出力する。制御パルスＧ１～Ｇ３を出力するタイミングは、１フレーム期間内のパルス光ＬＰのそれぞれの発生タイミングに対応する。本実施形態では、持続時間Ｔ１は持続時間Ｔ０と等しくてもよい。電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ１～Ｇ３を出力するタイミングを除く期間において、制御パルスＧＤを制御電極２５に出力する。制御パルスＧＤは、光電変換領域２１に蓄積された電荷を電荷排出領域２３に排出させる。
【0028】
パルス光ＬＰの飛行時間を用いた距離計算の分解能を１５ｃｍとした場合、この分解能を飛行時間に換算すると１ナノ秒に相当する。この分解能を実現するためには目安としてピコ秒オーダーの時間精度を持つ制御手段が必要である。それ故に、電荷転送制御手段３２及び光源制御手段３１は、画素回路１３と一体として形成すると共に、配線容量などを考慮した設計が必要である。従って、電荷転送制御手段３２及び光源制御手段３１は、画素回路１３と一体の半導体に形成することが望ましい。なお、「一体の半導体」とは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）技術やＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）技術を用いて積層された複数の半導体層のうちの異なる半導体も含まれる。具体的には、電荷転送制御手段３２と、電荷転送制御手段３２と制御電極２４１～２４３、２５との間の回路と、電荷転送制御手段３２と光源制御手段３１との間の回路の一部とは、画素回路１３と同一の半導体に形成されていてもよい。または、これらは、画素回路１３とともに積層された半導体層に形成されていてもよい。
【0029】
演算回路１２の距離計算手段は、画素回路１３ごとの距離の計算を予め設定された距離計算の繰り返し期間である１フレームごとに繰り返し実行する。距離計算手段は、距離情報を含む距離画像を繰り返し生成する。距離データ有効性判定信号生成手段３３は、パルス光ＬＰのタイミングに対応して画素回路１３から出力された検出信号Ｓ１～Ｓ３を基に、距離データ有効性判定信号ＳＡ１２を生成する。距離データ有効性判定信号ＳＡ１２は、検出信号Ｓ２、Ｓ３のうち、背景光の信号成分を除いた入射パルス光ＬＲから発生した電荷の信号成分の合計値である。距離データ有効性判定信号ＳＡ１２は、検出信号Ｓ２、Ｓ３が入射パルス光ＬＲを強く反映したものであるか否かを示す。距離データ有効性判定信号ＳＡ１２は、検出信号Ｓ２、Ｓ３を基にした距離の計算が有効であるか否かを判定するための信号である。距離データ有効性判定手段３４は、距離データ有効性判定信号ＳＡ１２を基に、検出信号Ｓ２、Ｓ３を基にした距離の計算が有効であるか否かを判定する。具体的には、距離データ有効性判定手段３４は、距離データ有効性判定信号ＳＡ１２を所定の閾値（第１の閾値）Ｔｈ１と比較する。距離データ有効性判定手段３４は、比較の結果、距離データ有効性判定信号ＳＡ１２が閾値Ｔｈ１を超えた場合には距離の計算が有効であると判定する。一方、距離データ有効性判定手段３４は、比較の結果、距離データ有効性判定信号ＳＡが閾値Ｔｈ１以下である場合には距離の計算が無効であると判定する。無効画素識別値生成手段３５は、距離データ有効性判定手段３４の判定結果を基に、識別値を生成する。識別値は、画素回路１３に対応する画素ごとに距離の計算が無効であるか否かを示す。
【0030】
距離計算参照信号生成手段３６は、パルス光ＬＰのタイミングに対応して画素回路１３から出力された検出信号Ｓ２、Ｓ３を基に、距離の計算の基礎となる距離計算参照信号ＤＡ１２を生成する。具体的には、距離計算参照信号生成手段３６は、２つの検出信号Ｓ２、Ｓ３の差と距離データ有効性判定信号ＳＡ１２との比を利用して、距離計算参照信号ＤＡ１２を生成する。距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号ＤＡ１２を基に対象物Ｓの位置が測定可能な範囲に含まれるか否かを判定する。距離計算参照信号選択手段３７は、判定の結果、測定可能な範囲に含まれる場合に距離計算参照信号ＤＡ１２を有効な値として距離画像生成手段３８に出力する。例えば、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号ＤＡ１２の値を所定の閾値（第２、第３の閾値）Ｔｈ２、Ｔｈ３と比較する。距離計算参照信号選択手段３７は、その比較結果に応じて距離計算参照信号ＤＡ１２が有効であるか、または無効であるかを判定する。距離画像生成手段３８は、距離計算が有効であると判定した場合は、距離計算参照信号ＤＡ１２を参照して距離情報を算出する。そして、距離画像生成手段３８は、各画素回路１３に対応する距離情報を含む距離画像を生成する。距離画像は、外部装置に出力される。出力先の外部装置としては、例えば、表示装置、通信インターフェース装置等の出力デバイスが挙げられる。距離画像生成手段３８は、距離情報が無効であることを示す識別値が生成された画素には無効値を埋め込むことができる。また、距離画像生成手段３８は、距離計算参照信号ＤＡ１２が測定可能な範囲に含まれないと判定された画素についても無効値を埋め込むことができる。
【0031】
図２は、距離画像センサ１０による距離計算の原理を説明するためのタイミングチャートである。図２は、距離画像センサ１０によって制御される各種信号のタイミングを示す。さらに、図２は、画素回路１３の各領域に電荷が蓄積されるタイミングを示す。図２は、上から順番に、パルス光ＬＰのタイミング、制御パルスＧ１～Ｇ３のタイミング、制御パルスＧＤのタイミングおよび電荷読出領域２２１～２２３における電荷が蓄積するタイミングを示している。このように、パルス光ＬＰの持続時間Ｔ０のタイミングに対応して、制御パルスＧ２～Ｇ３は、互いに重ならないように持続時間Ｔ０で出力されている。なお、制御パルスＧＤは、制御パルスＧ１、Ｇ２、Ｇ３が出力されていないタイミングにおいて出力されている。このような制御によれば、入射パルス光ＬＲが光電変換されることにより光電変換領域２１に蓄積された電荷は、入射パルス光ＬＲのパルス光ＬＰに対する遅れ時間ＴＤに対応した比率で、２つの電荷読出領域２２２、２２３に分配される。一方、制御パルスＧ１のタイミングは、パルス光ＬＰのタイミングよりも前である。その結果、電荷読出領域２２１には、制御パルスＧ１で規定される時間窓で背景光および暗電流等のノイズに起因する電荷量ＮＢの電荷のみが輸送される。これに対して、電荷読出領域２２２には、制御パルスＧ２で規定される時間窓で、電荷量ＮＢに遅れ時間ＴＤに対応して分配された電荷量Ｎｓｍ１が加算された電荷が輸送される。一方、電荷読出領域２２３には、制御パルスＧ３で規定される時間窓で、電荷量ＮＢに遅れ時間ＴＤに対応して分配された電荷量Ｎｓｍ２が加算された電荷が輸送される。このような現象を利用して、距離画像センサ１０の演算回路１２は、パルス光ＬＰのそれぞれのタイミングに応じて、電荷量ＮＢを除いた電荷量Ｎｓｍ１と、電荷量ＮＢを除いた電荷量Ｎｓｍ２と、の比率を計算する。その結果、距離画像センサ１０の演算回路１２は、遅れ時間ＴＤに対応した対象物Ｓの距離を計算することができる。
【0032】
次に、距離画像センサ１０による距離計算の手順の詳細を説明する。以下に説明する距離画像測定方法は、「３タップ１ゾーン方式」ともいう。
【0033】
図３は、距離画像センサ１０によって扱われる各種信号のタイミングチャート、および計算される各種値の遅れ時間ＴＤに対する変化を示すグラフである。図３（ａ）から図３（ｆ）は、実時間（ｔ）を基準とする。一方、図３（ｇ）から図３（ｎ）は、遅れ時間ＴＤを基準とする。遅れ時間ＴＤは、パルス光ＬＰの持続時間Ｔ０で規格化した値である。遅れ時間ＴＤは、対象物Ｓでパルス光ＬＰが反射して光電変換領域２１に入射し、光電変換領域２１から電荷が電荷読出領域２２１～２２３に入るまでの時間である。換言すると、図３（ｇ）から図３（ｎ）は、対象物Ｓまでの往復距離を光速で除した時間を基準としている。つまり、遅れ時間ＴＤの軸は、対象物Ｓまでの距離に比例する時間の軸である。図３（ａ）から図３（ｄ）は、制御パルスＧ１～Ｇ３、ＧＤのタイミングを示す。図３（ｅ）は、パルス光ＬＰが出射するタイミングを示す。このタイミングは、「パルス光ＬＰのタイミング」と呼ぶ。また、図３（ｅ）は、入射パルス光ＬＲが光電変換領域２１に入射するタイミングを示す。このタイミングは、「入射パルス光ＬＲのタイミング」と呼ぶ。図３（ｆ）は、迷光ＬＦが光電変換領域２１に入射するタイミングを示す。このタイミングは、「迷光ＬＦのタイミング」と呼ぶ。図３（ｇ）から図３（ｉ）は、検出信号Ｓ１～Ｓ３の値を示す。図３（ｊ）は、差分値Ｓ３－２の値を示す。図３（ｋ）は、距離データ有効性判定信号ＳＡ１２の値を示す。図３（ｌ）は、距離計算参照信号ＤＡ１２の値を示す。図３（ｍ）は、データ有効範囲を示す。図３（ｎ）は、測定可能範囲を示す。
【0034】
距離画像センサ１０は、距離画像の生成処理を開始する。光源制御手段３１は、１フレームの期間内でパルス光ＬＰのタイミングを制御する（光源制御ステップ）。また、電荷転送制御手段３２は、１フレームの期間内で制御パルスＧ１～Ｇ３、ＧＤを出力するタイミングを制御する（電荷転送制御ステップ）。詳細には、まず、電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ１～Ｇ３、ＧＤの持続時間をＴ１＝Ｔ０に設定する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝－２～－１の期間において、制御パルスＧ１を出力する。なお、電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ１の出力を開始するタイミングを、ｔ＝－２に厳密に一致させてもよいし、ｔ＝－２からわずかに遅らせてもよい。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝－１～０の期間において、制御パルスＧＤを出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝０～１の期間において、制御パルスＧ２を出力する。さらに、光源制御手段３１は、おおむねｔ＝０～＋１の期間において、パルス光ＬＰを光源１１から出射させる。より厳密には、光源制御手段３１は、パルス光ＬＰの出射を開始するタイミングを、ｔ＝０よりもわずかに前に設定する。そうすると、パルス光ＬＰの出射が開始されたタイミングから制御パルスＧ２の出力が開始されるタイミングまでの間には、待機時間ＴＳＢが存在する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋１～＋２の期間において、制御パルスＧ３を出力する。そして、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋２以降の期間において、制御パルスＧＤを出力する。その後、各画素回路１３の電圧検出手段２６１～２６３は、検出信号Ｓ１～Ｓ３を読み出す。それらの検出信号Ｓ１～Ｓ３は、演算回路１２に出力される（電圧検出ステップ）。
【0035】
なお、電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ２を出力するタイミングをパルス光ＬＰが発生するタイミングから待機時間ＴＳＢだけ後に設定する。待機時間ＴＳＢは、パルス光ＬＰが持続する持続時間Ｔ０よりも短い。この設定によれば、パルス光ＬＰが発生するタイミングから制御パルスＧ２が待機時間ＴＳＢだけ遅れる。従って、待機時間ＴＳＢの間に光電変換領域２１に入射した迷光ＬＦは、検出信号Ｓ２の一部として電荷読出領域２２２に転送されない。従って、検出信号Ｓ２が受ける迷光ＬＦの影響を低減することができる。
【0036】
次に、演算回路１２は、画素回路１３から出力された検出信号Ｓ１～Ｓ３を基に、画素ごとの距離情報を計算する（距離計算ステップ）。すなわち、距離データ有効性判定信号生成手段３３は、検出信号Ｓ１～Ｓ３を基に、下記式（１）、（２）を用いて、距離データ有効性判定信号ＳＡ１２の値を計算する。
Ｓ３－２＝Ｓ３－Ｓ２…（１）
ＳＡ１２＝Ｓ３＋Ｓ２－２Ｓ１…（２）
Ｓ３－２＝Ｓ３－Ｓ２…（１）
ＳＡ１２＝Ｓ３＋Ｓ２－２Ｓ１…（２）
【0037】
上記式（１）、（２）では、検出信号Ｓ１～Ｓ３の示す信号の値（電圧値）は、記号「Ｓ１」、「Ｓ２」、「Ｓ３」で示す。以下の説明においても同様である。距離データ有効性判定信号ＳＡ１２の値は、検出信号Ｓ２、Ｓ３の値の合計値から、電荷量ＮＢの成分を除いた値である。電荷量ＮＢの成分は、背景光および暗電流等のノイズに起因する。電荷量ＮＢの成分は、検出信号Ｓ１に対応する。距離データ有効性判定信号ＳＡ１２の値は、検出信号Ｓ２、Ｓ３のうちで入射パルス光ＬＲを反映した成分の合計値である。距離データ有効性判定手段３４は、距離データ有効性判定信号ＳＡ１２の値を閾値Ｔｈ１と比較する。距離データ有効性判定手段３４は、検出信号Ｓ２、Ｓ３を用いた距離の計算が有効であるか無効であるかを判定する。具体的には、距離データ有効性判定手段３４は、閾値Ｔｈ１よりも大きい値を有する距離データ有効性判定信号ＳＡ１２の期間を判定する。これにより、図３（ｍ）に示す範囲は、距離の計算が有効な範囲であると判定される。換言すると、これらの範囲は、「データ有効範囲」であると判定される。
【0038】
次に、距離計算参照信号生成手段３６は、下記式（３）を用いて、距離計算参照信号ＤＡ１２の値を計算する。
ＤＡ１２＝０．５＋Ｓ３－２／（２ＳＡ１２）…（３）
ＤＡ１２＝０．５＋Ｓ３－２／（２ＳＡ１２）…（３）
【0039】
次に、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号ＤＡ１２の値が所定範囲にあるか否かを判定する。換言すると、距離計算参照信号選択手段３７は、対象物Ｓが測定可能な範囲にあるか否かを判定する。距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号ＤＡ１２を判定するための閾値Ｔｈ２、Ｔｈ３を設定する。例えば、閾値Ｔｈ２は、０．０１である。また、閾値Ｔｈ３は、０．９９である。そして、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号ＤＡ１２が閾値Ｔｈ２以上であり、且つ、閾値Ｔｈ３以下である時間の範囲を測定可能範囲として得る（Ｔｈ２≦ＤＡ１２≦Ｔｈ３）。その結果、測定可能範囲として、ｔ＝０．３１～１．２９が得られる。このような判定により、対象物Ｓが近すぎて検出信号Ｓ２の時間窓から入射パルス光ＬＲが外れて距離計算参照信号ＤＡ１２の値に距離が反映されていない場合を距離計算から除外することができる。さらに、対象物Ｓが遠すぎて検出信号Ｓ３の時間窓から入射パルス光ＬＲが外れて距離計算参照信号ＤＡ１２の値に距離が反映されていない場合を、距離計算から除外することもできる。
【0040】
最後に、距離画像生成手段３８は、「データ有効範囲」にあると判定され、かつ、「測定可能範囲」にある距離計算参照信号ＤＡ１２を基に対象物Ｓの距離を算出する。その結果、各画素の距離情報を含む距離画像が生成および出力される。
【0041】
上記の距離画像センサ１０は、制御パルスＧ２、Ｇ３を制御電極２４２、２４３に出力する。その結果、対象物Ｓからの入射パルス光ＬＲに起因して光電変換領域２１に生じた電荷は、電荷読出領域２２２、２２３に転送される。電荷読出領域２２２、２２３の電荷は、電圧検出手段２６２、２６３によって検出信号Ｓ２、Ｓ３として読み出される。読み出された検出信号Ｓ２、Ｓ３は、演算回路１２において距離の計算に用いられる。
【0042】
ここでパルス光ＬＰに起因する光には、パルス光ＬＰが対象物Ｓにおいて反射して距離画像センサ１０に入射する入射パルス光ＬＲがある。入射パルス光ＬＲは、対象物Ｓからその像が結像される位置の画素が備える光電変換領域２１に直接入射する。換言すると、入射パルス光ＬＲは、対象物Ｓから光電変換領域２１に至るまでにさらに反射することがない。従って、入射パルス光ＬＲは、対象物Ｓから距離画像センサ１０までの距離を算出する根拠とすることができる。
【0043】
パルス光ＬＰに起因する光には、さらに迷光ＬＦがある。迷光ＬＦとは、対象物Ｓにおいて反射した光がさらに対象物Ｓとは別の物体において反射した光である。迷光ＬＦは、例えば、対象物Ｓと距離画像センサ１０との間に配置されたレンズにおける反射によって生じることがある。また、迷光ＬＦは、当該レンズおよび距離画像センサ１０などを収容する筐体５１における反射によって生じることもある。本実施形態においては、迷光ＬＦは、距離画像センサ１０の至近距離に存在する物体において、パルス光ＬＰが反射したもので特に影響が大きい。これは、特に影響が大きい。このような迷光ＬＦが入射する位置は、対象物Ｓの位置に対応しない。従って、迷光ＬＦは、対象物Ｓから距離画像センサ１０までの距離を算出する根拠とすることができない。対象物Ｓが結像される位置とは異なる位置にある画素が備える光電変換領域２１に迷光ＬＦが入射すると、フレアが生じる。つまり、本実施形態でいう迷光ＬＦは、距離算出の根拠とすることができず、距離計算においてノイズとなり得るノイズ光を意味する。
【0044】
そこで、第１実施形態の距離画像センサ１０は、マルチタップのうち、１つのタップの時間窓（制御パルスＧ１）を、パルス光ＬＰの発生タイミングから時間的に離れたところに設定する。当該時間窓（制御パルスＧ１）において得られた検出信号Ｓ１は、背景光を補正するために用いる。別の時間窓（制御パルスＧ２、Ｇ３）において得られた検出信号Ｓ２、Ｓ３は、距離を測定するために用いる。
【0045】
より詳細には、距離画像センサ１０は、制御パルスＧ１を制御電極２４１に出力する。制御パルスＧ１を出力するタイミングは、パルス光ＬＰが発生するタイミングの前である。このタイミングによれば、パルス光ＬＰに起因する入射パルス光ＬＲは、光電変換領域２１に入射しない。また、光電変換領域２１に迷光ＬＦが入射することもない。つまり、制御パルスＧ１の出力に応じて電荷読出領域２２１に転送された電荷は、背景光に起因する。従って、電荷読出領域２２１に転送された電荷は、フレアの影響を含んでいないとみなすことが可能である。その結果、背景光の成分を示す検出信号Ｓ１を用いた補正によれば、補正後の信号にはフレアの影響がないものとみなすことができる。従って、距離画像センサ１０は、フレアの影響を抑制することができる。
【0046】
＜第２実施形態＞
第１実施形態の距離画像センサ１０は、図３に示すタイミングに基づいて動作させた。図４（ａ）に示すように、第１実施形態の距離画像センサ１０は、演算回路１２による距離計算の繰り返し期間である１フレーム期間（Ｔｆ）において、図３に示す動作を繰り返し実行する。この動作によれば、距離画像センサ１０の測定範囲は、１つの範囲のみである。第２実施形態の距離画像センサ１０は、測定範囲を２以上に拡大する。測定範囲の拡大は、サブフレームの手法を導入することにより実現できる。
第１実施形態の距離画像センサ１０は、図３に示すタイミングに基づいて動作させた。図４（ａ）に示すように、第１実施形態の距離画像センサ１０は、演算回路１２による距離計算の繰り返し期間である１フレーム期間（Ｔｆ）において、図３に示す動作を繰り返し実行する。この動作によれば、距離画像センサ１０の測定範囲は、１つの範囲のみである。第２実施形態の距離画像センサ１０は、測定範囲を２以上に拡大する。測定範囲の拡大は、サブフレームの手法を導入することにより実現できる。
【0047】
つまり、第２実施形態の距離画像センサ１０は、近距離用のサブフレームと、長距離用のサブフレームと、を採用する。第２実施形態の距離画像センサ１０は、サブフレームごとに得られた結果を合成することにより、距離測定を行う。
【0048】
図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、１フレーム期間（Ｔｆ）は、２以上のサブフレーム期間ＳＺ１、ＳＺ２、ＳＺ３と、それぞれに対応する読出期間Ｒと、含んでもよい。サブフレーム期間ＳＺ１は、距離画像センサ１０からの距離が比較的近い対象物Ｓを測定対象とする。サブフレーム期間ＳＺ３は、距離画像センサ１０からの距離が比較的遠い対象物Ｓを測定対象とする。測定範囲は、パルス光ＬＰの発生タイミングを基準とした制御パルスＧ２、Ｇ３のタイミングによって制御される。
【0049】
例えば、サブフレーム期間ＳＺ１では、図３に示すタイミングに従って距離画像センサ１０が動作する。サブフレーム期間ＳＺ１よりも遠い位置にある対象物Ｓを対象とするサブフレーム期間ＳＺ２では、図５に示すタイミングに従って距離画像センサ１０が動作する。サブフレーム期間ＳＺ２よりも遠い位置にある対象物Ｓを対象とするサブフレーム期間ＳＺ３では、図６に示すタイミングに従って距離画像センサ１０が動作する。
【0050】
図５および図６は、距離画像センサ１０によって扱われる各種信号のタイミングチャート、および計算される各種値の遅れ時間ＴＤに対する変化を示すグラフである。図５（ａ）から図５（ｄ）および図６（ａ）から図６（ｄ）は、制御パルスＧ１～Ｇ３、ＧＤのタイミングを示す。図５（ｅ）および図６（ｅ）は、パルス光ＬＰのタイミングと、入射パルス光ＬＲのタイミングと、を示す。図５（ｆ）および図６（ｆ）は、迷光ＬＦのタイミングを示す。図５（ｇ）から図５（ｉ）および図６（ｇ）から図６（ｉ）は、検出信号Ｓ１～Ｓ３の値を示す。図５（ｊ）および図６（ｊ）は、差分値Ｓ３－２の値を示す。図５（ｋ）および図６（ｋ）は、距離データ有効性判定信号ＳＡ１２の値を示す。図５（ｌ）および図６（ｌ）は、距離計算参照信号ＤＡ１２の値を示す。図５（ｍ）および図６（ｍ）は、データ有効範囲を示す。図５（ｎ）および図６（ｎ）は、測定可能範囲を示す。
【0051】
図５では、ｔ＝＋１から＋３までの期間に、入射パルス光ＬＲが光電変換領域２１に入射する。つまり、入射パルス光ＬＲのタイミングは、図３に示す入射パルス光ＬＲのタイミングよりも遅い。換言すると、図５の遅れ時間ＴＤは、図３の遅れ時間ＴＤよりも長い。そこで、この入射パルス光ＬＲを捉えるため、制御パルスＧ２のタイミングは、ｔ＝＋１～＋２の期間に設定される。制御パルスＧ３のタイミングは、ｔ＝＋２～＋３の期間に設定される。そして、検出信号Ｓ１～Ｓ３を利用して、距離データ有効性判定信号ＳＡ１２および距離計算参照信号ＤＡ１２を得る。計算の内容は、第１実施形態と同様である。そして、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号ＤＡ１２の値が閾値Ｔｈ２、Ｔｈ３によって規定される所定範囲にあるか否かを判定する。この実施態様においては、閾値Ｔｈ２は１．０１である。また、閾値Ｔｈ３は１．９９である。つまり、所定範囲は、１．０１以上１．９９以下である。従って、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号ＤＡ１２の値が１．０１以上且つ１．９９以下であるか否かを判定する（Ｔｈ２≦ＤＡ１２≦Ｔｈ３）。その結果、測定可能範囲として、ｔ＝１．２１～２．１９が得られる。
【0052】
図６では、さらに遠い距離にある対象物Ｓに起因する入射パルス光ＬＲを捉える。対象物Ｓと距離画像センサ１０との間の距離が大きくなると、パルス光ＬＰが出射されてから、光電変換領域２１に入射パルス光ＬＲが入射するまでの時間が長くなる。例えば、図６の例では、ｔ＝＋２から＋４までの期間に、入射パルス光ＬＲが光電変換領域２１に入射する。つまり、入射パルス光ＬＲのタイミングは、図３および図５に示す入射パルス光ＬＲのタイミングよりも遅い。換言すると、図６の遅れ時間ＴＤは、図３および図５の遅れ時間ＴＤよりも長い。そこで、入射パルス光ＬＲを捉えるため、制御パルスＧ２のタイミングは、ｔ＝＋２～＋３の期間に設定される。制御パルスＧ３のタイミングは、ｔ＝＋３～＋４の期間に設定される。検出信号Ｓ１～Ｓ３を利用して、距離データ有効性判定信号ＳＡ１２および距離計算参照信号ＤＡ１２を得る。距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号ＤＡ１２の値が閾値Ｔｈ２、Ｔｈ３によって規定される所定範囲にあるか否かを判定する。この実施態様においては、閾値Ｔｈ２は２．０１である。閾値Ｔｈ３は２．９９である。所定範囲は、２．０１以上２．９９以下である。従って、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号ＤＡ１２の値が２．０１以上且つ２．９９以下であるか否かを判定する（Ｔｈ２≦ＤＡ１２≦Ｔｈ３）。その結果、測定可能範囲として、ｔ＝２．１１～３．０９が得られる。
【0053】
最後に、距離画像生成手段３８は、距離計算参照信号ＤＡ１２が「データ有効範囲」にあると判定され、かつ、「測定可能範囲」にあると判定された場合に、距離計算参照信号ＤＡ１２を基に対象物Ｓの距離を算出する。
【0054】
第２実施形態の動作によれば、入射パルス光ＬＲによって生じる電荷量を複数の時間窓に分配することができる。複数の時間窓は、３種類のサブフレーム期間ＳＺ１、ＳＺ２、ＳＺ３の検出信号Ｓ２、Ｓ３に対応する。その結果、遅れ時間ＴＤに対応した計算可能な範囲を広げることができる。さらに、時間窓の時間幅も小さくすることができる。そのうえ、対象物Ｓが位置する範囲に対応して適切な距離データ参照信号の値を利用して距離を計算することができる。従って、対象物Ｓの位置にかかわらず精度の高い画像信号を生成することができる。
【0055】
第２実施形態の動作によれば、デューティ比の小さい多数の時間窓を使った電荷の検出が可能である。その結果、様々な距離測定範囲の対象物Ｓを対象にした場合であっても、検出信号Ｓ１によって検出信号Ｓ２、Ｓ３における背景光の影響が低減される。その結果、距離分解能の高い距離計算が実現される。さらに、強い背景光に起因した検出信号Ｓ２、Ｓ３の飽和による距離計算の誤差も防止できる。
【0056】
＜第３実施形態＞
第１実施形態の距離画像センサ１０は、３タップ１ゾーン１サブフレーム方式を採用した。第３実施形態の距離画像センサ１０Ａは、さらに別の方式として、４タップ２時間窓方式を採用する。距離画像センサ１０Ａは、物理的な構成として、図７に示すように、４つの電荷読出領域２２１～２２４と、４つの制御電極２４１～２４４と、４つの電圧検出手段２６１～２６４と、を有する。さらに、距離画像センサ１０Ａは、２以上のサブフレームを用いてもよい。つまり、距離画像センサ１０Ａは、４タップ以上のマルチタップを採用する。さらに、距離画像センサ１０Ａは、タップの組み合わせによってレンジシフトされた距離レンジごとに処理を行う。そして、距離画像センサ１０Ａは、距離レンジごとに得られた結果を合成することにより、距離測定を行う。
第１実施形態の距離画像センサ１０は、３タップ１ゾーン１サブフレーム方式を採用した。第３実施形態の距離画像センサ１０Ａは、さらに別の方式として、４タップ２時間窓方式を採用する。距離画像センサ１０Ａは、物理的な構成として、図７に示すように、４つの電荷読出領域２２１～２２４と、４つの制御電極２４１～２４４と、４つの電圧検出手段２６１～２６４と、を有する。さらに、距離画像センサ１０Ａは、２以上のサブフレームを用いてもよい。つまり、距離画像センサ１０Ａは、４タップ以上のマルチタップを採用する。さらに、距離画像センサ１０Ａは、タップの組み合わせによってレンジシフトされた距離レンジごとに処理を行う。そして、距離画像センサ１０Ａは、距離レンジごとに得られた結果を合成することにより、距離測定を行う。
【0057】
図８は、距離画像センサ１０Ａによって扱われる各種信号のタイミングチャートである。図８（ａ）から図８（ｆ）は、近距離を測定対象範囲とする動作を示す。図８（ｇ）から図８（ｌ）は、中距離を測定対象範囲とする動作を示す。図８（ｍ）から図８（ｒ）は、遠距離を測定対象範囲とする動作を示す。
【0058】
図８（ａ）は、パルス光ＬＰのタイミングと、近距離の対象物Ｓに起因する入射パルス光ＬＲのタイミングと、を示す。図８（ｂ）から図８（ｆ）は、制御パルスＧ１～Ｇ４、ＧＤのタイミングを示す。電荷転送制御手段３２は、ｔ＝－２～―１の期間に制御パルスＧ１を出力する。電荷転送制御手段３２は、近距離の対象物Ｓに起因する入射パルス光ＬＲを捉えるため、図８の（ｃ）部から（ｅ）部に示すように、ｔ＝０～＋１の期間において制御パルスＧ２を出力し、ｔ＝＋１～＋２の期間において制御パルスＧ３を出力し、ｔ＝＋２～＋３の期間において制御パルスＧ４を出力する。電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ１～Ｇ４が出力されていない期間において、制御パルスＧＤを出力する。この動作によれば、図８（ａ）に示すように、ｔ＝０～＋３までに入射する入射パルス光ＬＲを捉えることができる。
【0059】
図８（ｇ）は、パルス光ＬＰのタイミングと、中距離の対象物Ｓに起因する入射パルス光ＬＲのタイミングと、を示す。図８（ｈ）から図８（ｌ）は、制御パルスＧ１～Ｇ４、ＧＤのタイミングを示す。電荷転送制御手段３２は、ｔ＝－２～―１の期間に制御パルスＧ１を出力する。電荷転送制御手段３２は、中距離の対象物Ｓに起因する入射パルス光ＬＲを捉えるため、図８の（ｉ）部から（ｋ）部に示すように、ｔ＝＋２～＋３の期間において制御パルスＧ２を出力し、ｔ＝＋３～＋４の期間において制御パルスＧ３を出力し、ｔ＝＋４～＋５の期間において制御パルスＧ４を出力する。電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ１～Ｇ４が出力されていない期間において、制御パルスＧＤを出力する。この動作によれば、図８（ｇ）に示すように、ｔ＝＋２～＋５までに入射する入射パルス光ＬＲを捉えることができる。
【0060】
図８（ｍ）は、パルス光ＬＰのタイミングと、遠距離の対象物Ｓに起因する入射パルス光ＬＲが入射するタイミングと、を示す。図８（ｎ）から図８（ｒ）は、制御パルスＧ１～Ｇ４、ＧＤが出力されるタイミングを示す。電荷転送制御手段３２は、ｔ＝－２～―１の期間に制御パルスＧ１を出力する。電荷転送制御手段３２は、遠距離の対象物Ｓに起因する入射パルス光ＬＲを捉えるため、図８（ｏ）から図８（ｑ）に示すように、ｔ＝＋４～＋５の期間において制御パルスＧ２を出力し、ｔ＝＋５～＋６の期間において制御パルスＧ３を出力し、ｔ＝＋６～＋７の期間において制御パルスＧ４を出力する。電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ１～Ｇ４が出力されていない期間において、制御パルスＧＤを出力する。この動作によれば、図８（ｇ）に示すように、ｔ＝＋４～＋７までに入射する入射パルス光ＬＲを捉えることができる。
【0061】
図９は、距離画像センサ１０Ａによって扱われる各種信号のタイミングチャート、および計算される各種値の遅れ時間ＴＤに対する変化を示すグラフである。図９は、図８における近距離用のサブフレームの動作を詳細に示すものである。図９（ａ）から図９（ｇ）は、実時間（ｔ）を基準とする。図９（ｈ）から図９（ｐ）は、遅れ時間ＴＤを基準とする。図９（ａ）から図９（ｅ）は、制御パルスＧ１～Ｇ４、ＧＤが出力されるタイミングを示す。図９（ｆ）は、パルス光ＬＰのタイミングと、入射パルス光ＬＲのタイミングと、を示す。図９（ｇ）は、迷光ＬＦのタイミングを示す。図９（ｈ）から図９（ｋ）は、検出信号Ｓ１～Ｓ４の値を示す。図９（ｌ）は、距離データ有効性判定信号ＳＡの値を示す。図９（ｍ）は、差分値Ｓ２４を示す。図９（ｎ）は、距離計算参照信号Ｄの値を示す。図９（ｏ）は、データ有効範囲を示す。図９（ｐ）は、測定可能範囲を示す。
【0062】
距離画像センサ１０Ａは、距離画像の生成処理を開始する。演算回路１２の光源制御手段３１および電荷転送制御手段３２は、１フレームの期間内で制御パルスＧ１～Ｇ４、ＧＤを出力するタイミングと、パルス光ＬＰのタイミングと、を制御する（光源制御ステップ、電荷転送制御ステップ）。詳細には、まず、電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ１～Ｇ４、ＧＤの持続時間をＴ１＝Ｔ０に設定する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝－２～－１の期間において、制御パルスＧ１を出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝－１～０の期間において、制御パルスＧＤを出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝０～＋１の期間において、制御パルスＧ２を出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋１～＋２の期間において、制御パルスＧ３を出力する。そして、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋２～＋３の期間において、制御パルスＧ４を出力する。そして、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋３以降の期間において、制御パルスＧＤを出力する。その後、各画素回路１３の電圧検出手段２６１～２６４は、検出信号Ｓ１～Ｓ４を読み出す。検出信号Ｓ１～Ｓ４は、演算回路１２に出力される（電圧検出ステップ）。
【0063】
次に、演算回路１２は、各画素回路１３から出力された検出信号Ｓ１～Ｓ４を基に、画素ごとの距離情報を計算する（距離計算ステップ）。距離情報を得る計算は、距離データ有効性判定信号ＳＡを得るステップと、差分値Ｓ２４を得るステップと、距離計算参照信号Ｄを得るステップと、データ有効範囲を決めるステップと、測定可能範囲を決めるステップと、対象物Ｓの距離を得るステップと、を含む。
【0064】
まず、距離データ有効性判定信号ＳＡを得る。距離データ有効性判定信号生成手段３３は、検出信号Ｓ１～Ｓ４を基に、下記式（４）を用いて距離データ有効性判定信号ＳＡを得る。
ＳＡ＝Ｓ４＋Ｓ３＋Ｓ２－３Ｓ１…（４）
ＳＡ＝Ｓ４＋Ｓ３＋Ｓ２－３Ｓ１…（４）
【0065】
次に、下記式（５）を用いて差分値Ｓ２４を得る。
Ｓ２４＝Ｓ２－Ｓ４…（５）
Ｓ２４＝Ｓ２－Ｓ４…（５）
【0066】
次に、距離データ有効性判定手段３４は、距離データ有効性判定信号ＳＡの値を閾値Ｔｈ１と比較することにより、データ有効範囲を得る。例えば閾値Ｔｈ１は、０．５としてよい。距離データ有効性判定手段３４は、閾値Ｔｈ１よりも大きい値をとる距離データ有効性判定信号ＳＡの範囲をデータ有効範囲として得る。図９（ｌ）および図９（ｏ）によれば、データ有効範囲の下限は、ｔ＝－１～０の間である。データ有効範囲の上限は、ｔ＝２～３の間である。
【0067】
次に、距離計算参照信号生成手段３６は、下記式（６）を基に距離計算参照信号Ｄを得る。
Ｄ＝１－Ｓ２４／ＳＡ…（６）
Ｄ＝１－Ｓ２４／ＳＡ…（６）
【0068】
距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号Ｄの値が閾値Ｔｈ２、Ｔｈ３によって規定される所定範囲にあるか否かを判定する。この実施態様においては、閾値Ｔｈ２は０．０１である。閾値Ｔｈ３は１．９９である。所定範囲は、０．０１以上１．９９以下である。従って、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号Ｄの値が０．０１以上且つ１．９９以下であるか否かを判定する（Ｔｈ２≦Ｄ≦Ｔｈ３）。その結果、測定可能範囲として、ｔ＝０．２１～２．１９が得られる。
【0069】
距離画像センサ１０Ａも、距離画像センサ１０と同様に、制御パルスＧ１を出力するタイミングが、パルス光ＬＰのタイミングの前に設定される。その結果、距離画像センサ１０Ａは、フレアの影響を抑制することができる。
【0070】
＜第４実施形態＞
第４実施形態の距離画像センサ１０Ａは、第３実施形態の距離画像センサ１０Ａと同様に、４タップ２時間窓方式を採用する。第３実施形態の距離画像センサ１０Ａは、距離を測定するための制御パルスＧ２～Ｇ４を常に提供していた。しかし、制御パルスＧ２～Ｇ４は、必ずしも常に提供される必要はない。例えば、図８に示す動作が繰り返し実行されるとき、一部の動作において、制御パルスＧ２～Ｇ４の一部を省略してもよい。このように、制御パルスＧ２～Ｇ４を省略する動作を、「間引き動作」と呼ぶ。以下、図１０および図１１を参照しながら、第４実施形態の距離画像センサ１０Ａが行う間引き動作の詳細について説明する。
第４実施形態の距離画像センサ１０Ａは、第３実施形態の距離画像センサ１０Ａと同様に、４タップ２時間窓方式を採用する。第３実施形態の距離画像センサ１０Ａは、距離を測定するための制御パルスＧ２～Ｇ４を常に提供していた。しかし、制御パルスＧ２～Ｇ４は、必ずしも常に提供される必要はない。例えば、図８に示す動作が繰り返し実行されるとき、一部の動作において、制御パルスＧ２～Ｇ４の一部を省略してもよい。このように、制御パルスＧ２～Ｇ４を省略する動作を、「間引き動作」と呼ぶ。以下、図１０および図１１を参照しながら、第４実施形態の距離画像センサ１０Ａが行う間引き動作の詳細について説明する。
【0071】
図１０（ａ）から図１０（ｇ）は、パターンＰ１の制御タイミングを示す。図１０（ｈ）から図１０（ｎ）は、パターンＰ２の制御タイミングを示す。図１０（ｏ）から図１０（ｕ）は、パターンＰ３の制御タイミングを示す。図１０（ａ）から図１０（ｅ）、図１０（ｈ）から図１０（ｌ）および図１０（ｏ）から図１０（ｓ）は、制御パルスＧ１～Ｇ４、ＧＤのタイミングを示す。図１０（ｆ）、図１０（ｍ）および図１０（ｔ）は、パルス光ＬＰのタイミングと、入射パルス光ＬＲのタイミングと、を示す。図１０（ｇ）、図１０（ｎ）および図１０（ｕ）は、迷光ＬＦのタイミングを示す。
【0072】
図１０（ａ）から図１０（ｄ）に示すように、電荷転送制御手段３２は、パターンＰ１として全ての制御パルスＧ１～Ｇ４を出力する。一方、図１０（ｈ）から図１０（ｋ）に示すように、電荷転送制御手段３２は、パターンＰ２として制御パルスＧ１、Ｇ３、Ｇ４を出力する。電荷転送制御手段３２は、パターンＰ２において制御パルスＧ２を出力しない。電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ２を出力していた期間（ｔ＝０～＋１）において制御パルスＧＤを出力する。図１０（ｏ）から図１０（ｒ）に示すように、電荷転送制御手段３２は、パターンＰ３として制御パルスＧ１、Ｇ４を出力する。電荷転送制御手段３２は、パターンＰ３において制御パルスＧ２、Ｇ３を出力しない。電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ２を出力していた期間（ｔ＝０～＋１）において制御パルスＧＤを出力する。さらに、電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ３を出力していた期間（ｔ＝＋１～＋２）にも制御パルスＧＤを出力する。
【0073】
例えば、図１１（ａ）に示すように、距離画像センサ１０Ａは、パターンＰ１とパターンＰ２とを含む動作を行ってもよい。図１１（ａ）に示す例では、８個のパターンのうち、１個のパターンをパターンＰ１とし、残りの７個のパターンをパターンＰ２とする。この場合、距離計算参照信号生成手段３６は、下記式（７）、（８）を基に距離計算参照信号Ｄ１、Ｄ２を得る。
Ｄ１＝（Ｓ３－Ｓ１）／（Ｓ３＋８Ｓ２－２Ｓ１）…（７）
Ｄ２＝（Ｓ４－Ｓ１）／（Ｓ４＋Ｓ３－２Ｓ１）…（８）
Ｄ１＝（Ｓ３－Ｓ１）／（Ｓ３＋８Ｓ２－２Ｓ１）…（７）
Ｄ２＝（Ｓ４－Ｓ１）／（Ｓ４＋Ｓ３－２Ｓ１）…（８）
【0074】
また、別の例として、図１１（ｂ）部に示すように、距離画像センサ１０Ａは、パターンＰ１とパターンＰ２とパターンＰ３とを含む動作を行ってもよい。図１１（ｂ）に示す例では、８個のパターンのうち、１個のパターンをパターンＰ１とし、１個のパターンをパターンＰ２とし、残りの６個のパターンをパターンＰ３とする。この場合、距離計算参照信号生成手段３６は、下記式（９）、（１０）を基に距離計算参照信号Ｄ１、Ｄ２を得る。
Ｄ１＝（４Ｓ３－Ｓ１）／（４Ｓ３＋８Ｓ２－２Ｓ１）…（９）
Ｄ２＝（Ｓ４－Ｓ１）／（Ｓ４＋４Ｓ３－２Ｓ１）…（１０）
Ｄ１＝（４Ｓ３－Ｓ１）／（４Ｓ３＋８Ｓ２－２Ｓ１）…（９）
Ｄ２＝（Ｓ４－Ｓ１）／（Ｓ４＋４Ｓ３－２Ｓ１）…（１０）
【0075】
第４実施形態の動作によれば、近い距離測定範囲の対象物Ｓを対象にした場合に検出信号Ｓ１～Ｓ４の飽和を防止できる。その結果、距離測定のダイナミックレンジを向上させることができる。
【0076】
より詳細には、第４実施形態の動作によれば、近い距離測定範囲の対象物Ｓを対象にした場合に検出信号Ｓ１～Ｓ４の飽和を防止できる。その結果、距離測定のダイナミックレンジを向上させることができる。すなわち、近距離領域の対象物Ｓを対象にした場合には、強い入射パルス光ＬＲに起因して発生する電子の数が多くなるので、画素回路１３における飽和電子数を超える可能性がある。第４実施形態の動作では、近距離領域の測定のための時間窓が設定されたサブフレーム期間においては時間窓による電荷の取り込み回数を少なくする。従って、発生する電子の数が抑制される。その結果、画素回路１３に発生する電子の数を飽和電子数の範囲に収めることができる。従って、遠距離領域の対象物Ｓを対象にした場合の距離分解能を十分に高めることができる。さらに、近距離領域の対象物Ｓを対象にした場合の距離分解能も十分な値に維持できる。
【0077】
＜第５実施形態＞
第５実施形態の距離画像センサ１０Ａは、４タップ４時間窓方式を採用する。距離画像センサ１０Ａの物理的な構成は、第３実施形態の距離画像センサ１０Ａと同じである。さらに、第５実施形態の距離画像センサ１０Ａも、２以上のサブフレームを用いてもよい。
第５実施形態の距離画像センサ１０Ａは、４タップ４時間窓方式を採用する。距離画像センサ１０Ａの物理的な構成は、第３実施形態の距離画像センサ１０Ａと同じである。さらに、第５実施形態の距離画像センサ１０Ａも、２以上のサブフレームを用いてもよい。
【0078】
第５実施形態の距離画像センサ１０Ａは、制御パルスＧ１の態様が第３実施形態の距離画像センサ１０Ａなどと相違する。例えば、第３実施形態では、制御パルスＧ１は、ｔ＝－２～－１の期間において常に出力されていた。つまり、制御パルスＧ１のタイミングは、１つであった。
【0079】
一方、図１２に示すように、第５実施形態では、制御パルスＧ１のタイミングは、２つのパターンＰ４、Ｐ５を含む。具体的には、制御パルスＧ１は、ｔ＝０～＋１の期間に出力される（パターンＰ４：第４の動作）。さらに、制御パルスＧ１は、ｔ＝＋４～＋５の期間（パターンＰ５：第３の動作）に出力される。第５実施形態の動作では、これらのパターンＰ４、Ｐ５が選択的に実行される。そして、制御パルスＧ１が出力されるタイミングは、予め定められる出力割合によって決まる。今、出力割合を示す値として変数Ｋを採用する。変数Ｋは、パターンの回数を示す。
【0080】
例えば、パターンＰ４のように、ｔ＝０～＋１の期間に制御パルスＧ１が出力される比率は、１／Ｋである。つまり、変数Ｋが８である場合には、８回に１回だけ、ｔ＝０～＋１の期間に制御パルスＧ１が出力される。一方、パターンＰ５のようにｔ＝＋４～＋５の期間に制御パルスＧ１が出力される比率は、１－１／Ｋである。つまり、変数Ｋが８である場合には、８回に７回だけ、ｔ＝＋４～＋５の期間に制御パルスＧ１が出力される。従って、上述したように、第５実施形態では、１つのパターンにおいて、制御パルスＧ１がｔ＝０～＋１の期間およびｔ＝＋４～＋５の期間の両方で出力されることはない。この動作態様は、ｔ＝０～＋１の期間に制御パルスＧ１が出力される比率（１／Ｋ）と、ｔ＝＋４～＋５の期間に制御パルスＧ１が出力される比率（１－１／Ｋ）と、の和が１となる動作であるともいえる。
【0081】
図１３は、距離画像センサ１０Ａによって扱われる各種信号のタイミングチャート、および計算値の遅れ時間ＴＤに対する変化を示すグラフである。図１３（ａ）から図１３（ｇ）は、実時間（ｔ）を基準とする。図１３（ｈ）から図１３（ｕ）は、遅れ時間ＴＤを基準とする。図１３（ａ）から図１３（ｅ）は、制御パルスＧ１～Ｇ４、ＧＤが出力されるタイミングを示す。図１３（ｆ）は、パルス光ＬＰのタイミングと、入射パルス光ＬＲのタイミングと、を示す。図１３（ｇ）は、迷光ＬＦのタイミングを示す。図１３（ｈ）から図１３（ｋ）は、検出信号Ｓ１～Ｓ４の値を示す。図１３（ｌ）および図１３（ｍ）は、差分値Ｓ１３、Ｓ２４の値を示す。図１３（ｎ）および図１３（ｏ）部は、距離データ有効性判定信号ＳＡ１の値、および距離計算参照信号Ｄ１の値を示す。図１３（ｐ）および図１３（ｑ）は、距離データ有効性判定信号ＳＡ２の値、および距離計算参照信号Ｄ２の値を示す。図１３（ｒ）は距離計算参照信号Ｄ３の値を示す。図１３（ｓ）は、比較信号Ｅ１～Ｅ４の値を示す。図１３（ｔ）は、データ有効範囲を示す。図１３（ｕ）は、測定可能範囲を示す。
【0082】
距離画像センサ１０Ａは、距離画像の生成処理を開始する。演算回路１２の光源制御手段３１および電荷転送制御手段３２は、１フレームの期間内で制御パルスＧ１～Ｇ４、ＧＤを出力するタイミングと、パルス光ＬＰのタイミングと、を制御する（光源制御ステップ、電荷転送制御ステップ）。詳細には、まず、電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ１～Ｇ４、ＧＤの持続時間をＴ１＝Ｔ０に設定する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝０～＋１の期間またはｔ＝＋４～＋５の期間のいずれか一方において、制御パルスＧ１を出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋１～＋２の期間において、制御パルスＧ２を出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋２～＋３の期間において、制御パルスＧ３を出力する。そして、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋３～＋４の期間において、制御パルスＧ４を出力する。そして、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋５以降の期間において、制御パルスＧＤを出力する。また、電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ１～Ｇ４が出力されていない期間において、制御パルスＧＤを出力する。その後、各画素回路１３の電圧検出手段２６１～２６４は、検出信号Ｓ１～Ｓ４を読み出す。読み出された検出信号Ｓ１～Ｓ４は、演算回路１２に出力される（電圧検出ステップ）。
【0083】
次に、演算回路１２は、各画素回路１３から出力された検出信号Ｓ１～Ｓ４を基に画素ごとの距離情報を計算する（距離計算ステップ）。距離情報を得る計算は、距離データ有効性判定信号ＳＡ１、ＳＡ２を得るステップと、距離計算参照信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を得るステップと、距離計算参照信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のいずれかを選択するステップと、選択された距離計算参照信号を基に対象物Ｓの距離を得るステップと、を含む。
【0084】
まず、距離データ有効性判定信号ＳＡ１、ＳＡ２を得る。すなわち、距離データ有効性判定信号生成手段３３は、検出信号Ｓ１～Ｓ４を基に、下記式（１１）から式（１４）を用いて距離データ有効性判定信号ＳＡ１、ＳＡ２を得る。
Ｓ１３＝Ｓ１－Ｓ３…（１１）
Ｓ２４＝Ｓ２－Ｓ４…（１２）
ＳＡ１＝Ｋ｜Ｓ１３｜＋｜Ｓ２４｜…（１３）
ＳＡ２＝（Ｋ／（Ｋ－１））｜Ｓ１３｜＋｜Ｓ２４｜…（１４）
Ｓ１３＝Ｓ１－Ｓ３…（１１）
Ｓ２４＝Ｓ２－Ｓ４…（１２）
ＳＡ１＝Ｋ｜Ｓ１３｜＋｜Ｓ２４｜…（１３）
ＳＡ２＝（Ｋ／（Ｋ－１））｜Ｓ１３｜＋｜Ｓ２４｜…（１４）
【0085】
次に、距離データ有効性判定手段３４は、距離データ有効性判定信号ＳＡ２の値を閾値Ｔｈ１と比較することにより、データ有効範囲を得る。例えば、閾値Ｔｈ１を０の近傍に設定する。その結果、距離データ有効性判定信号ＳＡ２と閾値Ｔｈ１との交点が、データ有効範囲の上限および下限として得られる。つまり、図１３（ｔ）に示す範囲が、「データ有効範囲」であると判定される。
【0086】
次に、距離計算参照信号生成手段３６は、下記式（１５）から式（１７）を基に距離計算参照信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を得る。
Ｄ１＝１－ＫＳ１３／ＳＡ１…（１５）
Ｄ２＝２－Ｓ２４／ＳＡ２…（１６）
Ｄ３＝３＋（Ｋ／（Ｋ－１））Ｓ１３／ＳＡ２…（１７）
Ｄ１＝１－ＫＳ１３／ＳＡ１…（１５）
Ｄ２＝２－Ｓ２４／ＳＡ２…（１６）
Ｄ３＝３＋（Ｋ／（Ｋ－１））Ｓ１３／ＳＡ２…（１７）
【0087】
次に、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算のために参照する値として、距離計算参照信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のいずれかを選択する。まず、距離計算参照信号選択手段３７は、式（１８）から（２１）を利用して、比較信号Ｅ１～Ｅ４を得る。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【0088】
次に、距離計算参照信号選択手段３７は、比較信号Ｅ１～Ｅ４および式（２２）に示す判定式を用いて、距離計算参照信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のいずれかを選択する。
【数5】
【0089】
式（２２）において、判定結果が［１００］であるとき、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号Ｄ１を選択する。判定結果が［０１０］であるとき、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号Ｄ２を選択する。判定結果が［００１］であるとき、距離計算参照信号選択手段３７は、距離計算参照信号Ｄ３を選択する。
【0090】
そして、距離画像生成手段３８は、選択された「データ有効範囲」にあると判定され、かつ、式（２２）に基づいて選択された距離計算参照信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のいずれかを基に対象物Ｓの距離を算出する。
【0091】
第１実施形態において述べたように、迷光ＬＦは、レンズ又は筐体５１によって生じることがある。これらの物体は、光源１１および距離画像センサ１０から近い距離に位置する。従って、迷光ＬＦは、光源１１からパルス光ＬＰが出射された直後に光電変換領域２１に入射する可能性が高い。そこで、第５実施形態の動作では、迷光ＬＦが入射する可能性の高い期間（ｔ＝０～＋１）において、制御パルスＧ１を出力する頻度を減らす。そして、第５実施形態の動作では、制御パルスＧ１を制御パルスＧ４の後（ｔ＝＋４～＋５）に出力する頻度を増やす。制御パルスＧ４の後（ｔ＝＋４～＋５）の期間では、パルス光ＬＰの出射から十分に時間が経過しているので、迷光ＬＦの強度は十分に減衰している。従って、制御パルスＧ４の後（ｔ＝＋４～＋５）の期間に得た検出信号Ｓ１は、迷光ＬＦの影響が抑制されている。その結果、迷光ＬＦの影響が抑制された検出信号Ｓ１の割合が増えるので、計算結果が受ける迷光ＬＦの影響を抑制することができる。
【0092】
要するに、第５実施形態の動作は、近距離に対応するタイミングで出力される制御パルスＧ１の数を減らすことにより電荷の飽和を防ぐ。さらに、第５実施形態の動作は、遠距離に対応するタイミングで出力される制御パルスＧ１によって背景光の成分を得る。その結果、検出信号に含まれるフレアの成分を背景光の成分に対して相対的に小さくすることができる。
【0093】
＜第６実施形態＞
第５実施形態のように、制御パルスＧ１を出力するタイミングが互いに異なるパターンを組み合わせる動作は、別の態様とすることもできる。そもそも、パターンＰ５は、迷光ＬＦの影響を抑制するために、パルス光ＬＰが発生するタイミングから離れた時間（ｔ＝＋４～＋５）に制御パルスＧ１のタイミングを設定していた。第２実施形態などで説明したように、中距離および遠距離を測定範囲とする場合、制御パルスＧ１～Ｇ４を出力するタイミングは、パルス光ＬＰが発生するタイミングから遅れている。つまり、中距離および遠距離を測定対象とする場合には、制御パルスＧ１～Ｇ４の順に出力しても、検出信号Ｓ１への迷光ＬＦの影響が比較的小さい。
第５実施形態のように、制御パルスＧ１を出力するタイミングが互いに異なるパターンを組み合わせる動作は、別の態様とすることもできる。そもそも、パターンＰ５は、迷光ＬＦの影響を抑制するために、パルス光ＬＰが発生するタイミングから離れた時間（ｔ＝＋４～＋５）に制御パルスＧ１のタイミングを設定していた。第２実施形態などで説明したように、中距離および遠距離を測定範囲とする場合、制御パルスＧ１～Ｇ４を出力するタイミングは、パルス光ＬＰが発生するタイミングから遅れている。つまり、中距離および遠距離を測定対象とする場合には、制御パルスＧ１～Ｇ４の順に出力しても、検出信号Ｓ１への迷光ＬＦの影響が比較的小さい。
【0094】
図１４は、第６実施形態の距離画像センサの動作を示す。図１４（ａ）～図１４（ｆ）は、第１サブフレームの動作を示す。図１４（ｈ）～図１４（ｍ）は、第２サブフレームの動作を示す。図１４（ｏ）～図１４（ｔ）は、第３サブフレームの動作を示す。また、図１４に示す「Ｌ」は、整数である。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は、それぞれサブフレーム内におけるパルス光ＬＰの繰り返し数である。
【0095】
第１サブフレームの動作は、パターンＰ４ａ、Ｐ５の２種類の動作パターンを含む。例えば、パルス光ＬＰのＫ回分を１周期として２種類の動作パターンを繰り返すとき、パターンＰ４ａは１回行われ、パターンＰ５が（Ｋ－１）回行われる。パターンＰ４ａは、制御パルスＧ１がｔ＝０～＋１の期間に出力される。パターンＰ４ａの動作によれば、制御パルスＧ１によって得た結果を、背景光の補正及び距離測定のための情報として用いることが可能である。しかし、ｔ＝０～＋１の期間は、パルス光ＬＰが照射される期間と重複するので、制御パルスＧ１によって得た結果が迷光ＬＦの成分を含む場合もあり得る。一方、パターンＰ５は、制御パルスＧ１がｔ＝＋４～＋５の期間に出力される。この期間は、制御パルスＧ２～Ｇ４が出力された後である。つまり、パルス光ＬＰが照射されたタイミングから十分に離れているので、迷光ＬＦは十分に減衰している。従って、パターンＰ５の動作によれば、背景光を精度よく補正可能な情報を得ることができる。また、第１サブフレームの動作によれば、ｔ＝０～＋４の期間に入力する入射パルス光ＬＲを捉えることができる。
【0096】
第２サブフレームの動作は、パターンＰ４ｂのみを含む。制御パルスＧ１は、ｔ＝＋３～＋４の期間に出力される。制御パルスＧ２は、ｔ＝＋４～＋５の期間に出力される。制御パルスＧ３は、ｔ＝＋５～＋６の期間に出力される。制御パルスＧ４は、ｔ＝＋６～＋７の期間に出力される。制御パルスＧ１～Ｇ４が出力されていない期間には、制御パルスＧＤが出力される。第２サブフレームの動作によれば、ｔ＝＋３～＋７の期間に入力する入射パルス光ＬＲを捉えることができる。
【0097】
第３サブフレームの動作は、パターンＰ４ｃのみを含む。制御パルスＧ１は、ｔ＝＋６～＋７の期間に出力される。制御パルスＧ２は、ｔ＝＋７～＋８の期間に出力される。制御パルスＧ３は、ｔ＝＋８～＋９の期間に出力される。制御パルスＧ４は、ｔ＝＋９～＋１０の期間に出力される。制御パルスＧ１～Ｇ４が出力されていない期間には、制御パルスＧＤが出力される。第２サブフレームの動作によれば、ｔ＝＋６～＋１０の期間に入力する入射パルス光ＬＲを捉えることができる。
【0098】
つまり、近距離を測定範囲とする場合には、パルス光ＬＰのＫ回分を１周期として２種類の動作パターンが繰り返されるとき、１回をパターンＰ４ａとし、残りの（Ｋ－１）回をパターンＰ５としてよい。そして、中距離を測定範囲とする場合には、パターンＰ４ｂを繰り返す。遠距離を測定範囲とする場合には、パターンＰ４ｂを繰り返す。
【0099】
＜第７実施形態＞
図１５および図１６を参照しながら、第７実施形態の距離画像センサ１０Ａの動作について説明する。距離画像センサ１０Ａの動作は、ｔ＝０～＋１の期間に制御パルスＧ１が出力される比率と、ｔ＝＋４～＋５の期間に制御パルスＧ１が出力される比率と、を足した場合に、比率が１とならない動作を採用することもできる。
図１５および図１６を参照しながら、第７実施形態の距離画像センサ１０Ａの動作について説明する。距離画像センサ１０Ａの動作は、ｔ＝０～＋１の期間に制御パルスＧ１が出力される比率と、ｔ＝＋４～＋５の期間に制御パルスＧ１が出力される比率と、を足した場合に、比率が１とならない動作を採用することもできる。
【0100】
具体的には、図１５に示すように、第７実施形態の動作は、制御パルスＧ１をｔ＝＋４～＋５の期間のみに出力する場合（パターンＰ５：第１の動作）と、制御パルスＧ１をｔ＝０～＋１の期間およびｔ＝＋４～＋５の期間の両方に出力する場合（パターンＰ６：第２の動作）と、を含む。ｔ＝０～＋１の期間は、パルス光ＬＰが発生するタイミングと同時以降であって、制御パルスＧ２～Ｇ４が出力される前である。パターンＰ５、Ｐ６によれば、制御パルスＧ１は、ｔ＝＋４～＋５の期間において常に出力される。換言すると、ｔ＝＋４～＋５の期間に制御パルスＧ１が出力される比率は、１である。一方、制御パルスＧ１がｔ＝０～＋１の期間に出力される比率は、１／Ｋである。従って、第７実施形態の動作は、ｔ＝０～＋１の期間に制御パルスＧ１が出力される比率（１／Ｋ）と、ｔ＝＋４～＋５の期間に制御パルスＧ１が出力される比率（１）と、の和が１＋１／Ｋであり、１ではない。
【0101】
図１６に示すように、第７実施形態の動作は、距離計算参照信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３および距離データ有効性判定信号ＳＡ１、ＳＡ２の算出に用いる式が、第６実施形態の動作と異なる。第７実施形態のその他の動作は、第６実施形態と同じである。第７実施形態では、下記式（２３）から（２７）を用いて距離計算参照信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３をする。
ＳＡ１＝Ｋ｜Ｓ１３｜＋｜Ｓ２４｜…（２３）
ＳＡ２＝｜Ｓ１３｜＋｜Ｓ２４｜…（２４）
Ｄ１＝１－ＫＳ１３／ＳＡ１…（２５）
Ｄ２＝２－Ｓ２４／ＳＡ２…（２６）
Ｄ３＝３＋Ｓ１３／ＳＡ２…（２７）
ＳＡ１＝Ｋ｜Ｓ１３｜＋｜Ｓ２４｜…（２３）
ＳＡ２＝｜Ｓ１３｜＋｜Ｓ２４｜…（２４）
Ｄ１＝１－ＫＳ１３／ＳＡ１…（２５）
Ｄ２＝２－Ｓ２４／ＳＡ２…（２６）
Ｄ３＝３＋Ｓ１３／ＳＡ２…（２７）
【0102】
第７実施形態の動作によれば、迷光ＬＦの影響が小さい期間（ｔ＝＋４～＋５）に検出信号Ｓ１を得る頻度がさらに増加する。その結果、距離計算に利用できる検出信号Ｓ１の数が増えるので、距離測定の精度をさらに向上させることができる。
【0103】
＜第８実施形態＞
第３実施形態の距離画像センサ１０Ａは、４タップ２時間窓方式を採用した。例えば、第８実施形態の距離画像センサは、５タップ３時間窓方式を採用してもよい。第８実施形態の距離画像センサは、物理的な構成として、５つの電荷読出領域と、５つの制御電極と、５つの電圧検出手段と、を有する。
第３実施形態の距離画像センサ１０Ａは、４タップ２時間窓方式を採用した。例えば、第８実施形態の距離画像センサは、５タップ３時間窓方式を採用してもよい。第８実施形態の距離画像センサは、物理的な構成として、５つの電荷読出領域と、５つの制御電極と、５つの電圧検出手段と、を有する。
【0104】
図１７は、第８実施形態の距離画像センサによって扱われる各種信号のタイミングチャート、および計算される各種値の遅れ時間ＴＤに対する変化を示すグラフである。図１７（ａ）から図１７（ｈ）は、実時間（ｔ）を基準とする。図１７（ｉ）から図１７（ｔ）は、遅れ時間ＴＤを基準とする。図１７（ａ）から図１７（ｆ）は、制御パルスＧ１～Ｇ５、ＧＤが出力されるタイミングを示す。図１７（ｇ）は、パルス光ＬＰのタイミングと、入射パルス光ＬＲのタイミングと、を示す。図１７（ｈ）は、迷光ＬＦのタイミングを示す。図１７（ｉ）から図１７（ｍ）は、検出信号Ｓ１～Ｓ５の値を示す。図１７（ｎ）は、距離データ有効性判定信号ＳＡの値を示す。図１７（ｏ）は、差分値Ｓ２４の値を示す。図１７（ｐ）は、差分値Ｓ３５の値を示す。図１７（ｑ）は、距離計算参照信号Ｄ２の値を示す。図１７（ｒ）は、距離計算参照信号Ｄ３の値を示す。図１７（ｓ）は、データ有効範囲を示す。図１７（ｔ）は、測定可能範囲を示す。
【0105】
距離画像センサは、距離画像の生成処理を開始する。演算回路１２の光源制御手段３１および電荷転送制御手段３２は、１フレームの期間内で制御パルスＧ１～Ｇ５、ＧＤを出力するタイミングと、パルス光ＬＰのタイミングと、を制御する（光源制御ステップ、電荷転送制御ステップ）。詳細には、まず、電荷転送制御手段３２は、制御パルスＧ１～Ｇ５、ＧＤの持続時間をＴ１＝Ｔ０に設定する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝－２～－１の期間において、制御パルスＧ１を出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝－１～０の期間において、制御パルスＧＤを出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝０～＋１の期間において、制御パルスＧ２を出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋１～＋２の期間において、制御パルスＧ３を出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋２～＋３の期間において、制御パルスＧ４を出力する。次に、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋３～＋４の期間において、制御パルスＧ５を出力する。そして、電荷転送制御手段３２は、ｔ＝＋４以降の期間において、制御パルスＧＤを出力する。その後、画素回路１３の電圧検出手段は、検出信号Ｓ１～Ｓ５を読み出す。読み出された検出信号Ｓ１～Ｓ５は、演算回路１２に出力される（電圧検出ステップ）。
【0106】
次に、演算回路１２は、各画素回路１３から出力された検出信号Ｓ１～Ｓ５を基に、画素ごとの距離情報を計算する（距離計算ステップ）。距離情報を得る計算は、距離データ有効性判定信号ＳＡを得るステップと、差分値Ｓ２４、Ｓ３５を得るステップと、距離計算参照信号Ｄ２、Ｄ３を得るステップと、データ有効範囲を決めるステップと、測定可能範囲を決めるステップと、対象物Ｓの距離を得るステップと、を含む。
【0107】
まず、距離データ有効性判定信号ＳＡを得る。距離データ有効性判定信号生成手段３３は、検出信号Ｓ１～Ｓ５を基に、下記式（２８）を用いて距離データ有効性判定信号ＳＡを得る。
ＳＡ＝Ｓ５＋Ｓ４＋Ｓ３＋Ｓ２－４Ｓ１…（２８）
ＳＡ＝Ｓ５＋Ｓ４＋Ｓ３＋Ｓ２－４Ｓ１…（２８）
【0108】
次に、距離データ有効性判定手段３４は、距離データ有効性判定信号ＳＡの値を閾値Ｔｈ１と比較することにより、データ有効範囲を得る。例えば閾値Ｔｈ１は、０．５としてよい。距離データ有効性判定手段３４は、閾値Ｔｈ１よりも大きい値をとる距離データ有効性判定信号ＳＡの範囲をデータ有効範囲として得る。図１７（ｌ）および図１７（ｏ）によれば、データ有効範囲の下限は、ｔ＝－１～０の間である。また、データ有効範囲の上限は、ｔ＝＋３～＋４の間である。
【0109】
次に、下記式（２９）、（３０）を用いて差分値Ｓ２４、Ｓ３５を得る。
Ｓ２４＝Ｓ２－Ｓ４…（２９）
Ｓ３５＝Ｓ３－Ｓ５…（３０）
Ｓ２４＝Ｓ２－Ｓ４…（２９）
Ｓ３５＝Ｓ３－Ｓ５…（３０）
【0110】
次に、距離計算参照信号生成手段３６は、下記式（３１）、（３２）を基に距離計算参照信号Ｄ２、Ｄ３を得る。
Ｄ２＝１－Ｓ２４／ＳＡ…（３１）
Ｄ３＝２－Ｓ３５／ＳＡ…（３２）
Ｄ２＝１－Ｓ２４／ＳＡ…（３１）
Ｄ３＝２－Ｓ３５／ＳＡ…（３２）
【0111】
距離計算参照信号選択手段３７は、閾値Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４、Ｔｈ５を用いて、距離計算参照信号Ｄ２、Ｄ３のいずれか一方を選択する。具体的には、距離計算参照信号選択手段３７は、Ｔｈ２≦Ｄ２≦Ｔｈ３を満たすとき、距離計算参照信号Ｄ２を選択する。一方、距離計算参照信号選択手段３７は、Ｔｈ４≦Ｄ３≦Ｔｈ５を満たすとき、距離計算参照信号Ｄ３を選択する。
【0112】
例えば、閾値Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４、Ｔｈ５が以下の数値であるとき、測定可能範囲として、ｔ＝０．２１～３．１９が得られる。
閾値Ｔｈ２：０．０１
閾値Ｔｈ３：１．５
閾値Ｔｈ４：１．５
閾値Ｔｈ５：２．９９
閾値Ｔｈ２：０．０１
閾値Ｔｈ３：１．５
閾値Ｔｈ４：１．５
閾値Ｔｈ５：２．９９
【0113】
第８実施形態の距離画像センサによっても、第１および第３実施形態の距離画像センサ１０、１０Ａと同様の効果を得ることができる。
【0114】
以上、距離画像センサ１０、１０Ａについて説明した。しかし、距離画像センサ１０、１０Ａは、上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施してよい。
【0115】
距離画像センサ１０、１０Ａは、要するに、フレアの影響を低減するため、２つの動作の少なくとも一方を採用する。第１の動作は、背景光を補正するために検出信号Ｓ１を、パルス光ＬＰのタイミングから時間的に離れたタイミングに設定する。第２の動作は、背景光を補正するために検出信号Ｓ１の回数を調整する。つまり、フレアの影響を受けやすいタイミングにおいて制御パルスＧ１を出力する回数を少なくし、フレアの影響を受けにくいタイミングにおいて制御パルスＧ１を出力する回数を多くする。
【0116】
距離画像センサ１０、１０Ａは、その動作にあたって、第１の動作及び第２の動作の一方または両方を含んでいればよい。従って、距離画像センサ１０、１０Ａの物理的な構成に特に限定はなく、いわゆる３タップ以上の構成を有していればよい。また、距離画像センサ１０、１０Ａの仕様に応じて、サブフレーム動作、間引き動作およびマルチゾーンといった手法を適宜採用し、組み合わせてよい。
【符号の説明】
【0117】
１０…距離画像センサ（距離画像測定装置）、１１…光源、１２…演算回路、１３…画素回路（画素回路部）、２１…光電変換領域、２２１～２２４…電荷読出領域、２４１～２４４…制御電極、２６１～２６４…電圧検出手段、３１…光源制御手段、３２…電荷転送制御手段、３３…距離データ有効性判定信号生成手段、３４…距離データ有効性判定手段、３５…無効画素識別値生成手段、３６…距離計算参照信号生成手段、３７…距離計算参照信号選択手段、３８…距離画像生成手段、Ｇ１…制御パルス（第１の制御パルス）、Ｇ２…制御パルス（第２の制御パルス）、Ｇ３…制御パルス（第３の制御パルス）、Ｇ４…制御パルス（第４の制御パルス）、Ｇ５…制御パルス（第５の制御パルス）、ＧＤ…制御パルス（第Ｍ＋１の制御パルス）、Ｓ１…検出信号（第１の検出信号）、Ｓ２…検出信号（第２の検出信号）、Ｓ３…検出信号（第３の検出信号）、Ｓ４…検出信号（第４の検出信号）、Ｓ５…検出信号（第５の検出信号）。
【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】