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(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】2024-12-02
(45)【発行日】2024-12-10
(54)【発明の名称】距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法
(51)【国際特許分類】
G01S 17/894 20200101AFI20241203BHJP
G01S 7/483 20060101ALI20241203BHJP
【ＦＩ】
G01S17/894
G01S7/483
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021008798
(22)【出願日】2021-01-22
(65)【公開番号】P2022112828
(43)【公開日】2022-08-03
【審査請求日】2023-12-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100139686
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 史朗
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(72)【発明者】
【氏名】中込 友洋
(72)【発明者】
【氏名】高橋 聡
【審査官】▲高▼場 正光
(56)【参考文献】
【文献】特表２０２０－５１４７３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０７８３６６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／１１０４１３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－２５６２９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／２０８２１４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／００１８８３４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０２１－１４８７４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８ － Ｇ０１Ｓ ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００ － Ｇ０１Ｓ １７／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象の空間である測定空間から入射する光である入射光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積するＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部と、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を転送する転送トランジスタとを備える複数の画素回路と、光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路と
を有する受光部と、
前記測定空間に前記光パルスを照射する光源部と、
前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める距離画像処理部と、
前記受光部からの複数の距離に対応して設定されたゾーン閾値に応じて設定される計測ゾーンのいずれに、前記測定距離が属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する測定制御部と
を備え、
前記測定制御部は、前記積算回数の増加に従って、前記光パルスのパルス幅及び前記電荷蓄積部への蓄積時間を一定として、前記電荷を振り分けた後の前記光電変換素子に前記電荷が留まらない期間を増加させて、前記パルス周期を増加させる
ことを特徴とする距離画像撮像装置。
【請求項2】
前記測定制御部が、前記画素回路の各々が配置された任意の領域内において最も近距離と測定された前記測定距離に基づき、前記ゾーン閾値の各々と比較することにより、当該測定距離の含まれる前記計測ゾーンの判定を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項3】
測定対象の空間である測定空間から入射する光である入射光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積するＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部と、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を転送する転送トランジスタとを備える複数の画素回路と、光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路と
を有する受光部と、
前記測定空間に前記光パルスを照射する光源部と、
前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める距離画像処理部と、
前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量から、前記測定空間における被写体における前記光パルスの反射光による合計電荷量を求め、当該合計電荷量に対応して設定されたゾーン閾値により、前記合計電荷量がいずれの計測ゾーンに属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する測定制御部と
を備え、
前記測定制御部は、前記積算回数の増加に従って、前記光パルスのパルス幅及び前記電荷蓄積部への蓄積時間を一定として、前記電荷を振り分けた後の前記光電変換素子に前記電荷が留まらない期間を増加させて、前記パルス周期を増加させる
ことを特徴とする距離画像撮像装置。
【請求項4】
測定対象の空間である測定空間から入射する光である入射光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積するＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部と、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を転送する転送トランジスタとを備える複数の画素回路と、
光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路と
を有する受光部と、
前記測定空間に前記光パルスを照射する光源部と、
前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める距離画像処理部と、
前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量から、前記測定空間における被写体における前記光パルスの反射光による合計電荷量を求め、当該合計電荷量に対応して設定されたゾーン閾値により、前記合計電荷量がいずれの計測ゾーンに属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する測定制御部と
を備え、
前記測定制御部が、
前記画素回路の各々が配置された任意の領域内における最も大きい合計電荷量と、任意の距離及び反射率の物体により前記光パルスが反射した反射光により発生する電荷量である基準電荷量との電荷量比を求め、当該電荷量比と前記ゾーン閾値の各々と比較することにより、当該合計電荷量の含まれる前記計測ゾーンの判定を行う
ことを特徴とする距離画像撮像装置。
【請求項5】
前記測定制御部が、前記電荷蓄積部における蓄積電荷量から背景光に対応した電荷量である背景光電荷量を求め、前記計測ゾーンの各々における前記積算回数及び前記パルス周期の複数の組合せから、前記背景光電荷量に対応する前記組合せを選択する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項6】
前記基準電荷量は、単位蓄積時間当りの光パルスのパルス幅、電荷蓄積部に振分ける際の転送トランジスタがオン状態の時間、単位蓄積時間による前記積算回数を用いて取得された、物体からの反射光による電荷量であって、前記電荷蓄積部の蓄積量以内の数値として設定されている
ことを特徴とする請求項４に記載の距離画像撮像装置。
【請求項7】
前記基準電荷量は、前記電荷蓄積部の各々に蓄積される電荷量である蓄積電荷量から、背景光により発生した電荷量をそれぞれ減算した減算結果を加算して求められる前記合計電荷量である
ことを特徴とする請求項４または請求項６に記載の距離画像撮像装置。
【請求項8】
前記計測ゾーンに対する前記積算回数の各々に対して、単位蓄積時間当りの光パルスのパルス幅、及び前記転送トランジスタがオン状態の時間の各々をそれぞれ一定時間とし、前記光パルスの照射周期を前記積算回数に対応させて、放射される光パルスによる被写体への曝露量を調整することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項9】
前記基準電荷量が、所定の距離及び所定の反射率の各々において設定されており、前記電荷量比が、前記距離による減衰率及び前記反射率による減衰率の各々に対して相関を有することを特徴とする請求項４、請求項６、請求項７のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項10】
前記測定制御部が、前記計測ゾーンにおいて選択した前記積算回数を、一定の期間もしくは、前記測定距離が現在の計測ゾーンの距離の範囲と異なる計測ゾーンにおける距離の範囲において検出されるまで使用し続ける
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の距離画像撮像装置。
【請求項11】
前記測定制御部が、前記計測ゾーンにおいて選択した前記積算回数を、一定の期間もしくは、現在の計測ゾーンと異なる計測ゾーンに含まれる前記電荷量比を検出するまで使用し続ける
ことを特徴とする請求項４、請求項６、請求項７または請求項９のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項12】
前記電荷蓄積部に前記電荷を蓄積する時間以外、前記光電変換素子が発生した前記電荷を排出する電荷排出回路が前記画素回路に備えられていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
【請求項13】
光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、光源部と、画素駆動回路と、距離画像処理部と、測定制御部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、前記光源部が、測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する過程と、
前記画素駆動回路が、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、Ｎ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、
前記距離画像処理部が、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める過程と、
前記測定制御部が、前記距離画像撮像装置からの複数の距離に対応して設定されたゾーン閾値に応じて設定される計測ゾーンのいずれに、前記測定距離が属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する過程と
を含み、
前記制御する過程において、前記測定制御部が、前記積算回数の増加に従って、前記光パルスのパルス幅及び前記電荷蓄積部への蓄積時間を一定として、前記電荷を振り分けた後の前記光電変換素子に前記電荷が留まらない期間を増加させて、前記パルス周期を増加させる
ことを特徴とする距離画像撮像方法。
【請求項14】
光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、光源部と、画素駆動回路と、距離画像処理部と、測定制御部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、前記光源部が、測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する過程と、
前記画素駆動回路が、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、Ｎ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、
前記距離画像処理部が、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記距離画像撮像装置から前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める過程と、
測定制御部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量から、前記測定空間における被写体における前記光パルスの反射光による合計電荷量を求め、当該合計電荷量に対応して設定されたゾーン閾値により、前記合計電荷量がいずれの計測ゾーンに属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する過程と
を含み、
前記制御する過程において、前記測定制御部が、前記積算回数の増加に従って、前記光パルスのパルス幅及び前記電荷蓄積部への蓄積時間を一定として、前記電荷を振り分けた後の前記光電変換素子に前記電荷が留まらない期間を増加させて、前記パルス周期を増加させる
ことを特徴とする距離画像撮像方法。
【請求項15】
光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、光源部と、画素駆動回路と、距離画像処理部と、測定制御部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、
前記光源部が、測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する過程と、
前記画素駆動回路が、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、Ｎ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、
前記距離画像処理部が、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記距離画像撮像装置から前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める過程と、
測定制御部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量から、前記測定空間における被写体における前記光パルスの反射光による合計電荷量を求め、当該合計電荷量に対応して設定されたゾーン閾値により、前記合計電荷量がいずれの計測ゾーンに属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する過程と
を含み、
前記制御する過程において、前記測定制御部が、
前記画素回路の各々が配置された任意の領域内における最も大きい合計電荷量と、任意の距離及び反射率の物体により前記光パルスが反射した反射光により発生する電荷量である基準電荷量との電荷量比を求め、当該電荷量比と前記ゾーン閾値の各々と比較することにより、当該合計電荷量の含まれる前記計測ゾーンの判定を行う
ことを特徴とする距離画像撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、光の速度が既知であることを利用し、光の飛行時間に基づいて被写体との距離を測定するタイム・オブ・フライト(Time of Fright、以下「ＴｏＦ」と記す)方式の距離画像撮像装置がある（例えば、特許文献１参照）。
ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、光を照射する光源部と、距離を測定するための光を検出する画素回路が二次元の行列状(アレイ状)に複数配置された画素アレイを含む撮像部を備えている。上記画素回路の各々は、光の強度に対応する電荷を発生する光電変換素子（例えば、フォトダイオード）を構成要素として有している。
この構成により、ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、測定空間（三次元空間）において、自身と被写体との間の距離の情報や、被写体の画像を取得(撮像)することができる。
ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、光を照射する光源部と、距離を測定するための光を検出する画素回路が二次元の行列状(アレイ状)に複数配置された画素アレイを含む撮像部を備えている。上記画素回路の各々は、光の強度に対応する電荷を発生する光電変換素子（例えば、フォトダイオード）を構成要素として有している。
この構成により、ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、測定空間（三次元空間）において、自身と被写体との間の距離の情報や、被写体の画像を取得(撮像)することができる。
【0003】
ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、放射光を放射したタイミングから、被写体により反射した反射光を受光したタイミングまでの遅延時間により距離の計測を行う。
しかし、入射される入射光の強度に応じて光センサが発生する電荷量が変化するため、被写体までの距離が増加するに従い、反射光の強度が低下してしまう（光の強度は距離の二乗に反比例）。
ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて上記遅延時間を求めるため、信号とノイズとのＳＮ比が大きくなるほど測定精度が向上する。
しかし、入射される入射光の強度に応じて光センサが発生する電荷量が変化するため、被写体までの距離が増加するに従い、反射光の強度が低下してしまう（光の強度は距離の二乗に反比例）。
ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて上記遅延時間を求めるため、信号とノイズとのＳＮ比が大きくなるほど測定精度が向上する。
【0004】
このため、ＴｏＦ方式距離画像撮像装置から被写体までの距離に対応して、光電変換素子が入射光の強度に応じて生成した電荷を電荷蓄積部に蓄積する時間である露光時間を変化させることが行われている（例えば、特許文献２参照）。
これにより、遠ければ遠くなるほど電荷を蓄積する露光時間を増加させて、ＴＯＦセンサの電荷蓄積部に蓄積される電荷量を増加させることにより、距離の計測精度を保つ。
これにより、遠ければ遠くなるほど電荷を蓄積する露光時間を増加させて、ＴＯＦセンサの電荷蓄積部に蓄積される電荷量を増加させることにより、距離の計測精度を保つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００４－２９４４２０号公報
【文献】特開２０１２－１８５１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、照射光としてパルス方式を用いるＴＯＦセンサの場合、積算回数（積算回数により露光時間が決まるため、露光時間と同様のパラメータである）を変化させることにより、レーザー光源からの発光回数も同様に変化する。
このため、距離が遠いからと言って、単純に積算回数を増加させた場合、レーザー光源から発光されるパルス光により、人体の影響を規定した安全基準（所謂アイセーフなどが規定されたＪＩＳ Ｃ ６８０１）、例えば最大許容露光量（ＭＰＥ：maximum permissible exposure）を満たせなくなる可能性がある。
したがって、安全基準を満たすために、電荷の積算回数が制限され、計測に十分な電荷量を電荷蓄積部に蓄積することができず、計測の精度を向上させられない場合がある。
このため、距離が遠いからと言って、単純に積算回数を増加させた場合、レーザー光源から発光されるパルス光により、人体の影響を規定した安全基準（所謂アイセーフなどが規定されたＪＩＳ Ｃ ６８０１）、例えば最大許容露光量（ＭＰＥ：maximum permissible exposure）を満たせなくなる可能性がある。
したがって、安全基準を満たすために、電荷の積算回数が制限され、計測に十分な電荷量を電荷蓄積部に蓄積することができず、計測の精度を向上させられない場合がある。
【0007】
また、ＴＯＦ方式距離画像撮像装置は、通常のレーザー製品が人体を避けて放射するのと異なり、距離の計測を行うために、積極的に人間を含めた被写体に対してレーザー光を意図的に照射し続ける。
このため、被写体に人間が含まれることを考慮し、人間に対するレーザー光の影響を低減させ、上記安全基準を満たす（例えば、最大許容露光量を超えない露光量に抑制するなどの）計測制御を行う必要がある。
また、長期的な期間内において、人間に対して放射されるレーザー光の暴露量の積算値を低減させる必要がある。
このため、被写体に人間が含まれることを考慮し、人間に対するレーザー光の影響を低減させ、上記安全基準を満たす（例えば、最大許容露光量を超えない露光量に抑制するなどの）計測制御を行う必要がある。
また、長期的な期間内において、人間に対して放射されるレーザー光の暴露量の積算値を低減させる必要がある。
【0008】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、パルス光が連続して照射された場合にも人体に対する安全基準（アイセーフ）を満たし、かつ電荷蓄積部に対して距離の計測に必要な電荷量を蓄積させる蓄積回数を満たすことが可能な距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述した課題を解決するために、本発明の距離画像撮像装置は、測定対象の空間である測定空間から入射する光である入射光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積するＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部と、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を転送する転送トランジスタとを備える複数の画素回路と、光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、前記測定空間に前記光パルスを照射する光源部と、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める距離画像処理部と、前記受光部からの複数の距離に対応して設定されたゾーン閾値に応じて設定される計測ゾーンのいずれに、前記測定距離が属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する測定制御部とを備え、前記測定制御部は、前記積算回数の増加に従って、前記光パルスのパルス幅及び前記電荷蓄積部への蓄積時間を一定として、前記電荷を振り分けた後の前記光電変換素子に前記電荷が留まらない期間を増加させて、前記パルス周期を増加させることを特徴とする。
【0010】
本発明の距離画像撮像装置は、前記測定制御部が、前記画素回路の各々が配置された任意の領域内において最も近距離と測定された前記測定距離に基づき、前記ゾーン閾値の各々と比較することにより、当該測定距離の含まれる前記計測ゾーンの判定を行うことを特徴とする。
【0011】
本発明の距離画像撮像装置は、測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する光源部と、前記測定空間から入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積するＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める距離画像処理部と、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量から、前記測定空間における被写体における前記光パルスの反射光による合計電荷量を求め、当該合計電荷量に対応して設定されたゾーン閾値により、前記合計電荷量がいずれの計測ゾーンに属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する測定制御部とを備え、前記測定制御部は、前記積算回数の増加に従って、前記光パルスのパルス幅及び前記電荷蓄積部への蓄積時間を一定として、前記電荷を振り分けた後の前記光電変換素子に前記電荷が留まらない期間を増加させて、前記パルス周期を増加させることを特徴とする。
【0012】
本発明の距離画像撮像装置は、測定対象の空間である測定空間から入射する光である入射光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積するＮ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部と、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を転送する転送トランジスタとを備える複数の画素回路と、光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、前記測定空間に前記光パルスを照射する光源部と、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める距離画像処理部と、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量から、前記測定空間における被写体における前記光パルスの反射光による合計電荷量を求め、当該合計電荷量に対応して設定されたゾーン閾値により、前記合計電荷量がいずれの計測ゾーンに属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する測定制御部とを備え、前記測定制御部が、前記画素回路の各々が配置された任意の領域内における最も大きい合計電荷量と、任意の距離及び反射率の物体により前記光パルスが反射した反射光により発生する電荷量である基準電荷量との電荷量比（基準値）を求め、当該電荷量比と前記ゾーン閾値の各々と比較することにより、当該合計電荷量の含まれる前記計測ゾーンの判定を行うことを特徴とする。
【0013】
本発明の距離画像撮像装置は、前記測定制御部が、前記電荷蓄積部における蓄積電荷量から背景光に対応した電荷量である背景光電荷量を求め、前記計測ゾーンの各々における前記積算回数及び前記パルス周期の複数の組合せから、前記背景光電荷量に対応する前記組合せを選択することを特徴とする。
【0014】
本発明の距離画像撮像装置は、前記基準電荷量は、単位蓄積時間当りの光パルスのパルス幅、電荷蓄積部に振分ける際の転送トランジスタがオン状態の時間、単位蓄積時間による前記積算回数を用いて取得された、物体からの反射光による電荷量であって、前記電荷蓄積部の蓄積量以内の数値として設定されていることを特徴とする。
【0015】
本発明の距離画像撮像装置は、前記基準電荷量は、前記電荷蓄積部の各々に蓄積される電荷量である蓄積電荷量から、背景光により発生した電荷量をそれぞれ減算した減算結果を加算して求められる前記合計電荷量であることを特徴とする。
【0016】
本発明の距離画像撮像装置は、前記計測ゾーンに対する前記積算回数の各々に対して、単位蓄積時間当りの光パルスのパルス幅、及び前記転送トランジスタがオン状態の時間の各々をそれぞれ一定時間とし、前記光パルスの照射周期を前記積算回数に対応させて、放射される光パルスによる被写体への曝露量を調整することを特徴とする。
【0017】
本発明の距離画像撮像装置は、前記基準電荷量が、所定の距離及び所定の反射率の各々において設定されており、前記電荷量比が、前記距離による減衰率及び前記反射率による減衰率の各々に対して相関を有することを特徴とする。
【0018】
本発明の距離画像撮像装置は、前記測定制御部が、前記計測ゾーンにおいて選択した前記積算回数を、一定の期間もしくは、前記測定距離が現在の計測ゾーンの距離の範囲と異なる計測ゾーンにおける距離の範囲において検出されるまで使用し続けることを特徴とする。
【0019】
本発明の距離画像撮像装置は、前記測定制御部が、前記計測ゾーンにおいて選択した前記積算回数を、一定の期間もしくは、現在の計測ゾーンと異なる計測ゾーンに含まれる前記電荷量比を検出するまで使用し続けることを特徴とする。
【0020】
本発明の距離画像撮像装置は、前記電荷蓄積部に前記電荷を蓄積する時間以外、前記光電変換素子が発生した前記電荷を排出する電荷排出回路が前記画素回路に備えられていることを特徴とする。
【0021】
本発明の距離画像撮像方法は、光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、光源部と、画素駆動回路と、距離画像処理部と、測定制御部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、前記光源部が、測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する過程と、前記画素駆動回路が、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、Ｎ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、前記距離画像処理部が、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める過程と、前記測定制御部が、前記距離画像撮像装置からの複数の距離に対応して設定されたゾーン閾値に応じて設定される計測ゾーンのいずれに、前記測定距離が属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する過程とを含み、前記制御する過程において、前記測定制御部が、前記積算回数の増加に従って、前記光パルスのパルス幅及び前記電荷蓄積部への蓄積時間を一定として、前記電荷を振り分けた後の前記光電変換素子に前記電荷が留まらない期間を増加させて、前記パルス周期を増加させることを特徴とする。
【0022】
本発明の距離画像撮像方法は、光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、光源部と、画素駆動回路と、距離画像処理部と、測定制御部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、前記光源部が、測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する過程と、前記画素駆動回路が、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、Ｎ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、前記距離画像処理部が、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記距離画像撮像装置から前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める過程と、測定制御部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量から、前記測定空間における被写体における前記光パルスの反射光による合計電荷量を求め、当該合計電荷量に対応して設定されたゾーン閾値により、前記合計電荷量がいずれの計測ゾーンに属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する過程とを含み、前記制御する過程において、前記測定制御部が、前記積算回数の増加に従って、前記光パルスのパルス幅及び前記電荷蓄積部への蓄積時間を一定として、前記電荷を振り分けた後の前記光電変換素子に前記電荷が留まらない期間を増加させて、前記パルス周期を増加させることを特徴とする。
また、本発明の距離画像撮像方法は、光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、光源部と、画素駆動回路と、距離画像処理部と、測定制御部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、前記光源部が、測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する過程と、前記画素駆動回路が、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、Ｎ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、前記距離画像処理部が、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記距離画像撮像装置から前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める過程と、測定制御部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量から、前記測定空間における被写体における前記光パルスの反射光による合計電荷量を求め、当該合計電荷量に対応して設定されたゾーン閾値により、前記合計電荷量がいずれの計測ゾーンに属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する過程とを含み、前記制御する過程において、前記測定制御部が、前記画素回路の各々が配置された任意の領域内における最も大きい合計電荷量と、任意の距離及び反射率の物体により前記光パルスが反射した反射光により発生する電荷量である基準電荷量との電荷量比を求め、当該電荷量比と前記ゾーン閾値の各々と比較することにより、当該合計電荷量の含まれる前記計測ゾーンの判定を行うことを特徴とする。
また、本発明の距離画像撮像方法は、光電変換素子と複数の電荷蓄積部と転送トランジスタとからなる複数の画素回路の各々と、光源部と、画素駆動回路と、距離画像処理部と、測定制御部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、前記光源部が、測定対象の空間である測定空間に光パルスを照射する過程と、前記画素駆動回路が、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記測定空間から入射光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を、Ｎ個（Ｎ≧３）の電荷蓄積部の各々に、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に前記電荷を転送させる前記転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行って振分けて蓄積させる過程と、前記距離画像処理部が、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、前記距離画像撮像装置から前記測定空間に存在する被写体までの距離を測定距離として求める過程と、測定制御部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量から、前記測定空間における被写体における前記光パルスの反射光による合計電荷量を求め、当該合計電荷量に対応して設定されたゾーン閾値により、前記合計電荷量がいずれの計測ゾーンに属するかを判定し、判定された前記計測ゾーンに設定されている積算回数により前記電荷蓄積部が電荷の蓄積を行うように制御し、当該積算回数の増加に従って、前記光源部が前記光パルスのパルス周期を増加させて当該光パルスの照射を行うように制御する過程とを含み、前記制御する過程において、前記測定制御部が、前記画素回路の各々が配置された任意の領域内における最も大きい合計電荷量と、任意の距離及び反射率の物体により前記光パルスが反射した反射光により発生する電荷量である基準電荷量との電荷量比を求め、当該電荷量比と前記ゾーン閾値の各々と比較することにより、当該合計電荷量の含まれる前記計測ゾーンの判定を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
以上説明したように、本発明によれば、パルス光が連続して照射された場合にも人体に対する安全基準（アイセーフ）を満たし、かつ電荷蓄積部に対して距離の計測に必要な電荷量を蓄積させる蓄積回数を満たすことが可能な距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図2】本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置における距離画像センサ３２に配置された画素回路３２１の構成の一例を示した回路図である。
【図3】光電変換素子ＰＤで生成された電荷を電荷蓄積部ＣＳの各々に転送するタイミングチャートを示す図である。
【図4】第１の実施形態の距離画像撮像装置における測定制御部４３の構成例を示すブロック図である。
【図5】アイセーフにおける積算回数及び光パルス周期の各々と、最大許容露光量との関係を示す図である。
【図6】第１の実施形態におけるゾーン判定部４３２が行う計測ゾーンの判定を説明する概念図である。
【図7】ゾーン別稼働条件記憶部４３６における計測ゾーン毎に設定されている積算回数テーブルの一例を示す図である。
【図8】第１の実施形態の距離画像撮像装置１による距離画像センサ３２と被写体Ｓとの距離の算出の処理の動作例を示すフローチャートである。
【図9】第２の実施形態におけるゾーン判定部４３２が行う計測ゾーンの判定を説明する概念図である。
【図10】第２の実施形態の距離画像撮像装置１による距離画像センサ３２と被写体Ｓとの距離の算出の処理の動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0025】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図１に示した構成の距離画像撮像装置１は、ＴｏＦ方式の距離画像撮像装置であり、光源部２と、受光部３と、距離画像処理部４とを備える。なお、図１には、距離画像撮像装置１において距離を測定する対象物である被写体Ｓも併せて示している。距離画像撮像素子は、例えば、受光部３における距離画像センサ３２（後述）である。
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置の概略構成を示したブロック図である。図１に示した構成の距離画像撮像装置１は、ＴｏＦ方式の距離画像撮像装置であり、光源部２と、受光部３と、距離画像処理部４とを備える。なお、図１には、距離画像撮像装置１において距離を測定する対象物である被写体Ｓも併せて示している。距離画像撮像素子は、例えば、受光部３における距離画像センサ３２（後述）である。
【0026】
光源部２は、距離画像処理部４からの制御に従って、距離画像撮像装置１において距離を測定する対象の被写体Ｓが存在する撮影対象の空間に光パルスＰＯを照射する。光源部２は、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）などの面発光型の半導体レーザーモジュールである。光源部２は、光源装置２１と、拡散板２２とを備える。
【0027】
光源装置２１は、被写体Ｓに照射する光パルスＰＯとなる近赤外の波長帯域（例えば、波長が８５０ｎｍ～９４０ｎｍの波長帯域）のレーザー光を発光する光源である。光源装置２１は、例えば、半導体レーザー発光素子である。光源装置２１は、タイミング制御部４１からの制御に応じて、パルス状のレーザー光を発光する。
拡散板２２は、光源装置２１が発光した近赤外の波長帯域のレーザー光を、被写体Ｓに照射する面の広さに拡散する光学部品である。拡散板２２が拡散したパルス状のレーザー光が、光パルスＰＯとして出射され、被写体Ｓに照射される。
拡散板２２は、光源装置２１が発光した近赤外の波長帯域のレーザー光を、被写体Ｓに照射する面の広さに拡散する光学部品である。拡散板２２が拡散したパルス状のレーザー光が、光パルスＰＯとして出射され、被写体Ｓに照射される。
【0028】
受光部３は、距離画像撮像装置１において距離を測定する対象の被写体Ｓによって反射された光パルスＰＯの反射光ＲＬを受光し、受光した反射光ＲＬに応じた画素信号を出力する。受光部３は、レンズ３１と、距離画像センサ３２とを備える。
レンズ３１は、入射した反射光ＲＬを距離画像センサ３２に導く光学レンズである。レンズ３１は、入射した反射光ＲＬを距離画像センサ３２側に出射して、距離画像センサ３２の受光領域に備えた画素回路に受光（入射）させる。
レンズ３１は、入射した反射光ＲＬを距離画像センサ３２に導く光学レンズである。レンズ３１は、入射した反射光ＲＬを距離画像センサ３２側に出射して、距離画像センサ３２の受光領域に備えた画素回路に受光（入射）させる。
【0029】
距離画像センサ３２は、距離画像撮像装置１に用いられる撮像素子である。距離画像センサ３２は、二次元の受光領域にアレイ状（２次元配列であり、言い換えると格子状）に配列された複数の画素回路３２１、画素回路３２１の各々を制御する画素駆動回路３２２と備える。
上記画素回路３２１は、１つの光電変換素子（例えば、後述する光電変換素子ＰＤ）と、この１つの光電変換素子に対応する複数の電荷蓄積部（例えば、後述する電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４）と、それぞれの電荷蓄積部に電荷を振り分ける構成要素とが設けられている。
上記画素回路３２１は、１つの光電変換素子（例えば、後述する光電変換素子ＰＤ）と、この１つの光電変換素子に対応する複数の電荷蓄積部（例えば、後述する電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４）と、それぞれの電荷蓄積部に電荷を振り分ける構成要素とが設けられている。
【0030】
距離画像センサ３２は、タイミング制御部４１からの制御に応じて、光電変換素子が発生した電荷をそれぞれの電荷蓄積部に振り分ける。また、距離画像センサ３２は、電荷蓄積部に振り分けられた電荷量に応じた画素信号を出力する。距離画像センサ３２には、複数の画素回路が二次元の行列状に配置されており、それぞれの画素回路の対応する１フレーム分の画素信号を出力する。
【0031】
距離画像処理部４は、距離画像撮像装置１を制御し、被写体Ｓまでの距離を演算する。
距離画像処理部４は、タイミング制御部４１と、距離演算部４２と、測定制御部４３とを備える。
タイミング制御部４１は、測定制御部４３の制御に応じて、距離の測定に要する様々な制御信号を出力するタイミングを制御する。ここでの様々な制御信号とは、例えば、光パルスＰＯの照射を制御する信号や、反射光ＲＬを複数の電荷蓄積部に振り分ける信号、１フレームあたりの振り分け回数を制御する信号などである。振り分け回数とは、電荷蓄積部ＣＳ（図２参照）に電荷を振り分ける処理を繰返す回数（積算回数）である。
距離画像処理部４は、タイミング制御部４１と、距離演算部４２と、測定制御部４３とを備える。
タイミング制御部４１は、測定制御部４３の制御に応じて、距離の測定に要する様々な制御信号を出力するタイミングを制御する。ここでの様々な制御信号とは、例えば、光パルスＰＯの照射を制御する信号や、反射光ＲＬを複数の電荷蓄積部に振り分ける信号、１フレームあたりの振り分け回数を制御する信号などである。振り分け回数とは、電荷蓄積部ＣＳ（図２参照）に電荷を振り分ける処理を繰返す回数（積算回数）である。
【0032】
距離演算部４２は、測定制御部４３の制御に応じて、距離画像センサ３２から出力された画素信号に基づいて、被写体Ｓまでの距離を演算した距離情報を出力する。距離演算部４２は、複数の電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷量に基づいて、光パルスＰＯを照射してから反射光ＲＬを受光するまでの遅延時間Ｔｄを算出する。距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに応じて、距離画像撮像装置１から被写体Ｓまでの距離を演算する。
【0033】
測定制御部４３は、フレーム周期で繰返されるフレームの各々のモードを、被写体までの距離に応じた積算回数（すなわち、光パルスＰＯの放射回数）及び光パルスＰＯの照射周期（光パルスを照射する周期であるパルス周期）の各々を選択するための光パルス照射条件選択モードと、距離画像撮像装置１から被写体Ｓまでの距離の計測（測定距離の計測）を行う通常のフレームとする測距電荷量取得モードとを選択する。
そして、測定制御部４３は、光パルス照射条件選択モードと測定距離電荷量取得モードとの各々のモードに対応して、タイミング制御部４１におけるタイミングの制御、距離演算部４２における演算の制御を行う（後に詳述する）。
そして、測定制御部４３は、光パルス照射条件選択モードと測定距離電荷量取得モードとの各々のモードに対応して、タイミング制御部４１におけるタイミングの制御、距離演算部４２における演算の制御を行う（後に詳述する）。
【0034】
すなわち、本実施形態による距離画像撮像装置は、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷により、被写体と距離画像センサ３２との距離を算出する。このため、測定距離の計算において、入射光の強度が高く、光電変換素子において発生する電荷が、電荷蓄積部ＣＳの容量を超えてしまう場合、測定距離の計算によって、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの距離を正確に求めることができない。
また、距離画像撮像装置１から被写体Ｓまでの距離が遠くなるに従い、また被写体Ｓの反射率が低い程、被写体Ｓで光パルスＰＯが反射して生成される反射光の強度が低下する。このため、光電変換素子において反射光により発生する電荷も減少するため、ノイズによって影響を受けて測定距離の計算の精度が低下するため、積算回数を増加させる必要がある。
また、距離画像撮像装置１から被写体Ｓまでの距離が遠くなるに従い、また被写体Ｓの反射率が低い程、被写体Ｓで光パルスＰＯが反射して生成される反射光の強度が低下する。このため、光電変換素子において反射光により発生する電荷も減少するため、ノイズによって影響を受けて測定距離の計算の精度が低下するため、積算回数を増加させる必要がある。
【0035】
上述した処理を電荷蓄積部に蓄積される電荷量により、積算回数、あるいは光パルスＰＯの放射回数を制御するオートエクスポージャーの処理が行われる。
ここで、反射光の強度が低下した場合、積算回数を増加させて、反射光によって光電変換素子で発生する電荷の蓄積回数を増加させることにより、測定距離の計算に必要な電荷量が電荷蓄積素子に蓄積され、得られる距離の精度が向上する。
ここで、反射光の強度が低下した場合、積算回数を増加させて、反射光によって光電変換素子で発生する電荷の蓄積回数を増加させることにより、測定距離の計算に必要な電荷量が電荷蓄積素子に蓄積され、得られる距離の精度が向上する。
【0036】
一方、距離の計測を行うために、単に積算回数を増加させた場合、光パルスＰＯの放射回数が増加し、積極的に人間を含めた被写体に対してレーザー光を意図的に照射し続けてしまう。
このため、本実施形態においては、被写体に人間が含まれることを考慮し、人間に対するレーザー光の影響を低減させ、アイセーフの安全基準を満たす（例えば、最大許容露光量を超えない露光量に抑制するなどの）計測制御を行う（詳細な処理は後述）。
このため、本実施形態においては、被写体に人間が含まれることを考慮し、人間に対するレーザー光の影響を低減させ、アイセーフの安全基準を満たす（例えば、最大許容露光量を超えない露光量に抑制するなどの）計測制御を行う（詳細な処理は後述）。
【0037】
このような構成によって、距離画像撮像装置１では、光源部２が被写体Ｓに照射した近赤外の波長帯域の光パルスＰＯが被写体Ｓによって反射された反射光ＲＬを受光部３が受光し、距離画像処理部４が、被写体Ｓと距離画像撮像装置１との距離を測定した距離情報を出力する。
なお、図１においては、距離画像処理部４を内部に備えた構成の距離画像撮像装置１を示しているが、距離画像処理部４は、距離画像撮像装置１の外部に備える構成要素であってもよい。
なお、図１においては、距離画像処理部４を内部に備えた構成の距離画像撮像装置１を示しているが、距離画像処理部４は、距離画像撮像装置１の外部に備える構成要素であってもよい。
【0038】
ここで、距離画像センサ３２における画素回路３２１の構成について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置における距離画像センサ３２に配置された画素回路３２１の構成の一例を示した回路図である。図２の画素回路３２１は、例えば、４つの画素信号読み出し部ＲＵ１からＲＵ４を備えた構成例である。本実施形態における画素回路３２１の構成は、一例であり、画素信号読み出し部は３個以上の複数個、すなわちｎ個（ｎ≧３）の構成を有する。
【0039】
画素回路３２１は、１つの光電変換素子ＰＤと、電荷排出トランジスタＧＤと、対応する出力端子Ｏから電圧信号を出力する４つの画素信号読み出し部ＲＵ（ＲＵ１からＲＵ４）とを備える。画素信号読み出し部ＲＵのそれぞれは、転送トランジスタＧと、フローティングディフュージョンＦＤと、電荷蓄積容量Ｃと、リセットトランジスタＲＴと、ソースフォロアトランジスタＳＦと、選択トランジスタＳＬとを備える。フローティングディフュージョンＦＤ（ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３、ＦＤ４）と電荷蓄積容量Ｃ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）とは、電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４）を構成している。
【0040】
図２に示した画素回路３２１において、出力端子Ｏ１から電圧信号を出力する画素信号読み出し部ＲＵ１は、転送トランジスタＧ１（転送ＭＯＳトランジスタ）と、フローティングディフュージョンＦＤ１と、電荷蓄積容量Ｃ１と、リセットトランジスタＲＴ１と、ソースフォロアトランジスタＳＦ１と、選択トランジスタＳＬ１とを備える。画素信号読み出し部ＲＵ１では、フローティングディフュージョンＦＤ１と電荷蓄積容量Ｃ１とによって電荷蓄積部ＣＳ１が構成されている。画素信号読み出し部ＲＵ２、ＲＵ３及びＲＵ４も同様の構成である。
【0041】
光電変換素子ＰＤは、入射した光を光電変換して、入射した光（入射光）に応じた電荷を発生させ、発生させた電荷を蓄積する埋め込み型のフォトダイオードである。本実施形態においては、入射光は測定対象の空間から入射される。
画素回路３２１では、光電変換素子ＰＤが入射光を光電変換して発生させた電荷を４つの電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１からＣＳ４）のそれぞれに振り分け、振り分けられた電荷の電荷量に応じたそれぞれの電圧信号を、距離画像処理部４に出力する。
また、距離画像センサ３２に配置される画素回路の構成は、図２に示したような、４つの画素信号読み出し部ＲＵ（ＲＵ１からＲＵ４）を備えた構成に限定されるものではなく、画素信号読み出し部ＲＵが１個以上の複数の画素信号読み出し部ＲＵを備えた構成の画素回路でもよい。
画素回路３２１では、光電変換素子ＰＤが入射光を光電変換して発生させた電荷を４つの電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１からＣＳ４）のそれぞれに振り分け、振り分けられた電荷の電荷量に応じたそれぞれの電圧信号を、距離画像処理部４に出力する。
また、距離画像センサ３２に配置される画素回路の構成は、図２に示したような、４つの画素信号読み出し部ＲＵ（ＲＵ１からＲＵ４）を備えた構成に限定されるものではなく、画素信号読み出し部ＲＵが１個以上の複数の画素信号読み出し部ＲＵを備えた構成の画素回路でもよい。
【0042】
上記距離画像撮像装置１の画素回路３２１の駆動において、光パルスＰＯが照射時間Ｔｏで照射され、遅延時間Ｔｄ遅れて反射光ＲＬが距離画像センサ３２に受光される。画素駆動回路３２２は、タイミング制御部４１に制御により、光パルスＰＯの照射に同期させて、光電変換素子ＰＤに発生する電荷を、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４に対して、蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４をそれぞれのタイミングにより供給して振り替えて、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４の順に蓄積させる。
【0043】
そして、画素駆動回路３２２は、リセットトランジスタＲＴ及び選択トランジスタＳＬの各々を、駆動信号ＲＳＴ、ＳＥＬそれぞれにより制御し、電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷を、ソースフォロアトランジスタＳＦにより電気信号に変換し、生成された電気信号を出力端子Ｏを介して距離演算部４２に出力する。
また、画素駆動回路３２２は、タイミング制御部４１に制御により、駆動信号ＲＳＴＤにより、光電変換素子ＰＤにおいて発生された電荷を電源ＶＤＤに流して放電する（電荷を消去する）。
また、画素駆動回路３２２は、タイミング制御部４１に制御により、駆動信号ＲＳＴＤにより、光電変換素子ＰＤにおいて発生された電荷を電源ＶＤＤに流して放電する（電荷を消去する）。
【0044】
図３は、光電変換素子ＰＤで生成された電荷を電荷蓄積部ＣＳの各々に転送するタイミングチャートを示す図である。
図３のタイミングチャートにおいて、縦軸はパルスのレベルを示し、横軸は時間を示している。また、フレームにおける電荷の蓄積期間に繰返される蓄積周期を示している。光パルスＰＯ及び反射光ＲＬの時間軸における相対関係と、転送トランジスタＧ１からＧ４の各々に供給する蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４それぞれのタイミングと、電荷排出トランジスタＧＤに供給する駆動信号ＲＳＴＤのタイミングとを示している。
図３のタイミングチャートにおいて、縦軸はパルスのレベルを示し、横軸は時間を示している。また、フレームにおける電荷の蓄積期間に繰返される蓄積周期を示している。光パルスＰＯ及び反射光ＲＬの時間軸における相対関係と、転送トランジスタＧ１からＧ４の各々に供給する蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４それぞれのタイミングと、電荷排出トランジスタＧＤに供給する駆動信号ＲＳＴＤのタイミングとを示している。
【0045】
タイミング制御部４１は、光源部２に対して光パルスＰＯを測定空間に対して照射させる。これにより、光パルスＰＯが被写体に反射し、反射光ＲＬとして受光部３に受講される。そして、光電変換素子ＰＤは、背景光及び反射光ＲＬの各々に対応した電荷を発生する。画素駆動回路３２２は、光電変換素子ＰＤの発生した電荷を、電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４の各々に対して転送するため、転送トランジスタＧ１からＧ４の各々のオンオフを制御する。
すなわち、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４の各々を、所定の時間幅（照射時間Ｔｏ、すなわち光パルスのパルス幅と同一の幅）の「Ｈ」レベルの信号として、転送トランジスタＧ１からＧ４それぞれに供給する。
すなわち、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４の各々を、所定の時間幅（照射時間Ｔｏ、すなわち光パルスのパルス幅と同一の幅）の「Ｈ」レベルの信号として、転送トランジスタＧ１からＧ４それぞれに供給する。
【0046】
画素駆動回路３２２は、例えば、光電変換素子ＰＤから電荷を電荷蓄積部ＣＳ１に転送する転送経路上に設けられた転送トランジスタＧ１をオン状態にする。これにより、光電変換素子ＰＤにより光電変換された電荷が、転送トランジスタＧ１を介して電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される。その後、画素駆動回路３２２は、転送トランジスタＧ１をオフ状態にする。これにより、電荷蓄積部ＣＳ１への電荷の転送が停止される。このようにして、画素駆動回路３２２は、電荷蓄積部ＣＳ１に電荷を蓄積させる。他の電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４においても同様である。
【0047】
このとき、電荷蓄積部ＣＳに電荷の振り分けを行なう電荷蓄積期間（フレームにおける電荷蓄積部ＣＳの各々に電荷を蓄積する期間）において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４の各々が、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４それぞれに供給される蓄積周期（電荷を蓄積して積算する周期）が繰返される。
そして、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々を介して、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、光電変換素子ＰＤから入射光に対応した電荷が転送される。電荷蓄積期間に複数の蓄積周期が繰返される。
これにより、電荷蓄積期間における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の蓄積周期毎に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに電荷が蓄積される。
そして、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々を介して、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、光電変換素子ＰＤから入射光に対応した電荷が転送される。電荷蓄積期間に複数の蓄積周期が繰返される。
これにより、電荷蓄積期間における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の蓄積周期毎に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに電荷が蓄積される。
【0048】
また、画素駆動回路３２２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の蓄積周期を繰返す際、電荷蓄積部ＣＳ４に対する電荷の転送（振替）が終了した後、光電変換素子ＰＤから電荷を排出する排出経路上に設けられた電荷排出トランジスタＧＤに対して、「Ｈ」レベルの駆動信号ＲＳＴＤを供給してオンさせる。
これにより、電荷排出トランジスタＧＤは、電荷蓄積部ＣＳ１に対する蓄積周期が開始される前に、直前の電荷蓄積部ＣＳ４の蓄積周期の後に光電変換素子ＰＤに発生した電荷を破棄する（すなわち、光電変換素子ＰＤをリセットさせる）。
これにより、電荷排出トランジスタＧＤは、電荷蓄積部ＣＳ１に対する蓄積周期が開始される前に、直前の電荷蓄積部ＣＳ４の蓄積周期の後に光電変換素子ＰＤに発生した電荷を破棄する（すなわち、光電変換素子ＰＤをリセットさせる）。
【0049】
そして、画素駆動回路３２２は、受光部３内に配置された全ての画素回路３２１の各々から、それぞれ電圧信号を画素回路３２１の行（横方向の配列）単位で、順次Ａ／Ｄ変換処理などの信号処理を行なう。
その後、画素駆動回路３２２は、信号処理を行った後の電圧信号を、受光部３において配置された列の順番に、順次、距離算出部４２出力させる。
その後、画素駆動回路３２２は、信号処理を行った後の電圧信号を、受光部３において配置された列の順番に、順次、距離算出部４２出力させる。
【0050】
上述したような、画素駆動回路３２２による電荷蓄積部ＣＳへ電荷の蓄積と光電変換素子ＰＤが光電変換した電荷の破棄とが、１フレームに渡って繰り返し行われる。これにより、所定の時間区間に距離画像撮像装置１に受光された光量に相当する電荷が、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに蓄積される。画素駆動回路３２２は、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに蓄積された、１フレーム分の電荷量に相当する電気信号を、距離演算部４２に出力する。
【0051】
光パルスＰＯを照射するタイミングと、電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１からＣＳ４）のそれぞれに電荷を蓄積させるタイミングとの関係から、電荷蓄積部ＣＳ１には、光パルスＰＯを照射する前の背景光などの外光成分に相当する電荷量が保持される。また、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４には、反射光ＲＬ、及び外光成分に相当する電荷量が振り分けられて保持される。電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３、あるいは電荷蓄積部ＣＳ３及びＣＳ４に振り分けられる電荷量の配分（振り分け比率）は、光パルスＰＯが被写体Ｓに反射して距離画像撮像装置１に入射されるまでの遅延時間Ｔｄに応じた比率となる。
【0052】
図１に戻り、距離演算部４２は、この原理を利用して、以下の（１）あるいは（２）式により、遅延時間Ｔｄを算出する。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（Ｑ３－Ｑ１）／（Ｑ２＋Ｑ３－２×Ｑ１） …（１）
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ４－Ｑ１）／（Ｑ３＋Ｑ４－２×Ｑ１） …（２）
ここで、Ｔｏは光パルスＰＯが照射された期間、Ｑ１は電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量、Ｑ２は電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量、Ｑ３は電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された電荷量、Ｑ４は電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された電荷量を示す。距離演算部４２は、例えば、Ｑ４＝Ｑ１である場合、（１）式で遅延時間Ｔｄを算出し、一方、Ｑ２＝Ｑ１である場合、（２）式で遅延時間Ｔｄを算出する。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（Ｑ３－Ｑ１）／（Ｑ２＋Ｑ３－２×Ｑ１） …（１）
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ４－Ｑ１）／（Ｑ３＋Ｑ４－２×Ｑ１） …（２）
ここで、Ｔｏは光パルスＰＯが照射された期間、Ｑ１は電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量、Ｑ２は電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量、Ｑ３は電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された電荷量、Ｑ４は電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された電荷量を示す。距離演算部４２は、例えば、Ｑ４＝Ｑ１である場合、（１）式で遅延時間Ｔｄを算出し、一方、Ｑ２＝Ｑ１である場合、（２）式で遅延時間Ｔｄを算出する。
【0053】
（１）式においては、電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３には反射光により発生された電荷が蓄積されるが、電荷蓄積部ＣＳ４には蓄積されない。一方、（２）式においては、電荷蓄積部ＣＳ３及びＣＳ４には反射光により発生された電荷が蓄積されるが、電荷蓄積部ＣＳ２には蓄積されない。
なお、（１）式あるいは（２）式では、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４に蓄積される電荷量のうち、外光成分に相当する成分が、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量と同量であることを前提とする。
なお、（１）式あるいは（２）式では、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４に蓄積される電荷量のうち、外光成分に相当する成分が、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量と同量であることを前提とする。
【0054】
距離演算部４２は、（１）式あるいは（２）式で求めた遅延時間に、光速（速度）を乗算させることにより、被写体Ｓまでの往復の距離を算出する。
そして、距離演算部４２は、上記で算出した往復の距離を１／２とする（遅延時間Ｔｄ×ｃ（光速度）／２）ことにより、距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離を求める。
そして、距離演算部４２は、上記で算出した往復の距離を１／２とする（遅延時間Ｔｄ×ｃ（光速度）／２）ことにより、距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離を求める。
【0055】
また、時間Ｔrsは、図３における蓄積周期の１サイクルにおける電荷蓄積部ＣＳ４に対する光電変換素子ＰＤからの電荷の振分け終了後における、当該光電変換素子ＰＤに入力光により発生した電荷が留まらない（電荷が溜らない）ように、電荷排出トランジスタＧＤに供給する駆動信号ＲＳＴＤを「Ｈ」レベルとされる期間を示している。
そして、光パルスＰＯのパルス幅及び電荷蓄積部ＣＳへの蓄積時間（転送トランジスタＧのオン時間）を一定として、上記時間Ｔrsを調整することにより、光パルスＰＯの照射周期を任意に変更する制御を行うことができる。
そして、光パルスＰＯのパルス幅及び電荷蓄積部ＣＳへの蓄積時間（転送トランジスタＧのオン時間）を一定として、上記時間Ｔrsを調整することにより、光パルスＰＯの照射周期を任意に変更する制御を行うことができる。
【0056】
図４は、第１の実施形態の距離画像撮像装置における測定制御部４３の構成例を示すブロック図である。図４において、測定制御部４３は、初期稼働条件設定部４３１、ゾーン判定部４３２、ゾーン稼働条件設定部４３３、稼働制御部４３４、初期値記憶部４３５、ゾーン別稼働条件記憶部４３６の各々を備えている。
初期稼働条件設定部４３１は、被写体までの距離に応じた積算回数の各々を選択するための光パルス照射条件選択モードである場合、初期値記憶部４３５から予め設定された初期稼働光パルス照射条件を読み込む。
初期稼働条件設定部４３１は、被写体までの距離に応じた積算回数の各々を選択するための光パルス照射条件選択モードである場合、初期値記憶部４３５から予め設定された初期稼働光パルス照射条件を読み込む。
【0057】
この初期稼働光パルス照射条件は、被写体Ｓまでの距離画像撮像装置１からの距離、被写体Ｓの反射率が未知の場合に対応して設定された積算回数である基準積算回数（光パルスの放射回数）及び蓄積周期の各々の組合せである。ここで、蓄積周期は、図３における１サイクルであり、光パルスＰＯが照射される間隔である照射周期に対応しており、上記時間Ｔrsによりアイセーフを満たすように、積算回数（照射回数）に応じて周期の時間が調整される。すなわち、積算回数が増加にしたがって、アイセーフを満たす曝露量となるように、時間Ｔrsの長さを調整して照射周期を増加させる。
【0058】
また、初期稼働光パルス照射条件における基準積算回数は、例えば、反射率５０％の物体が距離画像撮像装置１の最小測定距離（一例としては０．５ｍ）にある際、光パルスＰＯが上記物体で反射されて生成された反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤが生成する電荷を、電荷蓄積部ＣＳに蓄積し、当該電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷を積算していき、電荷蓄積部ＣＳの最大蓄積容量の半分程度となる積算回数として求めている。
【0059】
また、初期稼働光パルス照射条件における光パルス周期は、上記時間Ｔrsを変化させることにより調整される。ここで、光パルスＰＯが照射された時刻Ｔsから蓄積周期の終端までは、２Ｔo（光パルスのパルス幅）＋Ｔrsとして求められ、パルス周期は３Ｔo＋Ｔrsとなる。
そして、積算回数は、上述したように、ゾーン判定部４３２が判定した計測ゾーンに対応して、ゾーン稼働条件設定部４３３によって設定される。
一方、光パルス周期は、設定された積算回数と、使用する光パルスの強度及びパルス幅とにより求められる最大許容露光量を超えない周期として求められる。本実施形態においては、使用する光パルスの強度とパルス幅と、電荷蓄積部ＣＳへの蓄積時間（転送トランジスタＧのオン時間）の各々が一定で固定されている。
そして、積算回数は、上述したように、ゾーン判定部４３２が判定した計測ゾーンに対応して、ゾーン稼働条件設定部４３３によって設定される。
一方、光パルス周期は、設定された積算回数と、使用する光パルスの強度及びパルス幅とにより求められる最大許容露光量を超えない周期として求められる。本実施形態においては、使用する光パルスの強度とパルス幅と、電荷蓄積部ＣＳへの蓄積時間（転送トランジスタＧのオン時間）の各々が一定で固定されている。
【0060】
そして、稼働制御部４３４は、上記初期稼働光パルス照射条件において、光パルス照射条件選択モードとして光源部２及び受光部３の各々を制御し、光パルスＰＯにより光電変換素子ＰＤに発生する電荷を、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に振分けて蓄積させる。
これにより、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された蓄積電荷量により、初期稼働光パルス照射条件（すなわち、光パルス照射条件選択モード）における距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離（以下、参照測定距離と示す場合もある）を算出する。
これにより、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された蓄積電荷量により、初期稼働光パルス照射条件（すなわち、光パルス照射条件選択モード）における距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離（以下、参照測定距離と示す場合もある）を算出する。
【0061】
図５は、アイセーフにおける積算回数及び光パルス周期の各々と、最大許容露光量との関係を示す図である。図５において、縦軸が積算回数を示し、横軸がパルス周期を示している。また、パルス幅は、実線が８ｎｓであり、破線が１２ｎｓであり、一点鎖線が１６ｎｓであり、二点鎖線が２０ｎｓである。
図５においては、所定の強度の光パルスＰＯのパルス幅の各々に対応して求められた、積算回数及びパルス周期の各々で決定される最大許容露光量の限界線を示している。
例えば、実線のパルス幅が８ｎｓの光パルスを用いた場合、実線より上部の積算回数及びパルス幅の組合せは最大許容露光量を超えることを示している。他の破線のパルス幅１２ｎｓ、一点鎖線のパルス幅１６ｎｓ、二点鎖線のパルス幅２０ｎｓの各々については同様である。
図５においては、所定の強度の光パルスＰＯのパルス幅の各々に対応して求められた、積算回数及びパルス周期の各々で決定される最大許容露光量の限界線を示している。
例えば、実線のパルス幅が８ｎｓの光パルスを用いた場合、実線より上部の積算回数及びパルス幅の組合せは最大許容露光量を超えることを示している。他の破線のパルス幅１２ｎｓ、一点鎖線のパルス幅１６ｎｓ、二点鎖線のパルス幅２０ｎｓの各々については同様である。
【0062】
そして、例えば、光パルスＰＯが破線で示される１２ｎｓのパルス幅として設定されている際、パルス周期９０ｎｓにおいて積算回数を５００００回から１６００００回に増加させた場合、積算回数及びパルス周期で決まる座標点が破線の上部に位置することになる。
すなわち、パルス周期９０ｎｓであり、かつ積算回数が１６００００回の場合、１２ｎｓのパルス幅で規定されるアイセーフの基準を上回ってしまう。
すなわち、パルス周期９０ｎｓであり、かつ積算回数が１６００００回の場合、１２ｎｓのパルス幅で規定されるアイセーフの基準を上回ってしまう。
【0063】
このため、積算回数を１６００００回とされた場合、パルス周期を１１０ｎｓに延ばして、積算回数及びパルス周期で決まる座標点を破線の下部における位置に移動させる。
これにより、座標点が破線の下部に位置することになり、積算回数を１６００００回として、１２ｎｓのパルス幅による光パルスＰＯを繰返して１６００００回にわたって照射しても、１２ｎｓのパルス幅で規定されるアイセーフの基準を下回る（基準を満たす）。本実施形態においては、図５に示すパルス幅、積算回数及びパルス周期の関係に基づき、使用する光パルスＰＯの強度及び光パルスＰＯのパルス幅とに対応させて、積算回数毎にアイセーフの基準を満たす光パルス周期（すなわち、時間Ｔrs）が設定されている。
これにより、座標点が破線の下部に位置することになり、積算回数を１６００００回として、１２ｎｓのパルス幅による光パルスＰＯを繰返して１６００００回にわたって照射しても、１２ｎｓのパルス幅で規定されるアイセーフの基準を下回る（基準を満たす）。本実施形態においては、図５に示すパルス幅、積算回数及びパルス周期の関係に基づき、使用する光パルスＰＯの強度及び光パルスＰＯのパルス幅とに対応させて、積算回数毎にアイセーフの基準を満たす光パルス周期（すなわち、時間Ｔrs）が設定されている。
【0064】
また、光パルスＰＯを照射する照射周期が短い場合、設定した積算回数分を各電荷蓄積部ＣＳに積算して蓄積した後に、電荷蓄積部ＣＳの各々に蓄積された電荷を読み出す。
そして、電荷を読み出した後に、電荷蓄積部ＣＳから読み出した電荷の電荷量によって、被写体までの距離計算や補正などの上述した各種処理を実施する。
このとき、１フレーム内の時間は限られているため、距離計算や補正などに用いることができる時間が長くなるほど、演算に要する負荷が低減されてシステムの動作は安定する。
このため、通常の設定においては、距離計算や補正などに用いることができる時間が長くなる観点から、光パルスＰＯを放射する照射周期は短いほど適している。
そして、電荷を読み出した後に、電荷蓄積部ＣＳから読み出した電荷の電荷量によって、被写体までの距離計算や補正などの上述した各種処理を実施する。
このとき、１フレーム内の時間は限られているため、距離計算や補正などに用いることができる時間が長くなるほど、演算に要する負荷が低減されてシステムの動作は安定する。
このため、通常の設定においては、距離計算や補正などに用いることができる時間が長くなる観点から、光パルスＰＯを放射する照射周期は短いほど適している。
【0065】
一方、光パルスＰＯを放射する照射周期が短すぎると、遠くの被写体から反射した反射光が戻ってくるまでの遅延時間が長くなり、次の積算を行う照射周期において入射する可能性がある。
したがって、１回の積算時における照射時間Ｔrsの長さを一定以上としているが、上述したように、照射周期が短い方がシステムの動作の安定性が向上するため、積算回数とアイセーフの観点も含めて、照射周期を設定する必要がある。
したがって、１回の積算時における照射時間Ｔrsの長さを一定以上としているが、上述したように、照射周期が短い方がシステムの動作の安定性が向上するため、積算回数とアイセーフの観点も含めて、照射周期を設定する必要がある。
【0066】
図４に戻り、ゾーン判定部４３２は、上記初期稼働光パルス照射条件において距離演算部４２が求めた、予め設定された位置における画素回路３２１の領域の中で最小の距離を参照測定距離として抽出する。
そして、ゾーン判定部４３２は、抽出した参照測定距離を予め設定されている距離閾値（ゾーン閾値であり、例えば、後述する距離閾値ＬＢ１、ＬＢ２）と比較し、参照測定距離がいずれの計測ゾーンに含まれているかの判定を行う。
そして、ゾーン判定部４３２は、抽出した参照測定距離を予め設定されている距離閾値（ゾーン閾値であり、例えば、後述する距離閾値ＬＢ１、ＬＢ２）と比較し、参照測定距離がいずれの計測ゾーンに含まれているかの判定を行う。
【0067】
図６は、第１の実施形態におけるゾーン判定部４３２が行う計測ゾーンの判定を説明する概念図である。
計測ゾーンは、距離画像撮像装置１から距離の近い順番に計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の各々が設けられている。ここで、計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の各々は、距離閾値ＬＢ１、距離閾値ＬＢ２それぞれによりゾーンの境界が設定されている。
計測ゾーンは、距離画像撮像装置１から距離の近い順番に計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の各々が設けられている。ここで、計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の各々は、距離閾値ＬＢ１、距離閾値ＬＢ２それぞれによりゾーンの境界が設定されている。
【0068】
また、距離閾値ＬＢ１及び距離閾値ＬＢ２は、ＬＢ１＜ＬＢ２の関係（ＬＢ２がＬＢ１より大きい距離の関係）にあり、アイセーフを満たす積算回数とパルス周期とを満たすように、測定距離に必要な電荷量が取得できるか否かの実験などにより求められ、予め所定の距離として設定されている。
そして、ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ１未満であれば、物体が計測ゾーンＺ１の距離範囲にあると判定する。
また、ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ１以上、かつ距離閾値ＬＢ２未満であれば、物体が計測ゾーンＺ２の距離範囲にあると判定する。
ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ２以上であれば、物体が計測ゾーンＺ３の距離範囲にあると判定する。
本実施形態においては、計測ゾーンを３個として説明しているが、２個以上の複数で形成されていれば、いずれでもよい。
そして、ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ１未満であれば、物体が計測ゾーンＺ１の距離範囲にあると判定する。
また、ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ１以上、かつ距離閾値ＬＢ２未満であれば、物体が計測ゾーンＺ２の距離範囲にあると判定する。
ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ２以上であれば、物体が計測ゾーンＺ３の距離範囲にあると判定する。
本実施形態においては、計測ゾーンを３個として説明しているが、２個以上の複数で形成されていれば、いずれでもよい。
【0069】
図４に戻り、ゾーン稼働条件設定部４３３は、ゾーン判定部４３２が判定した計測ゾーンにおいて設定されている複数の積算回数からいずれかを選択する。本実施形態において、光パルス周期は、計測ゾーンの各々で固定された時間に設定されている。すなわち、同一の計測ゾーンであれば、光パルス周期は最大の積算回数の場合にアイセーフ（図５参照）を満足する時間として設定され、いずれの積算回数においても同じ時間である。
また、積算回数は、計測ゾーン毎に背景光（外光量）の強度に対応して複数個が設定されている。
また、積算回数は、計測ゾーン毎に背景光（外光量）の強度に対応して複数個が設定されている。
【0070】
図７は、ゾーン別稼働条件記憶部４３６における計測ゾーン毎に設定されている積算回数テーブルの一例を示す図である。図７には、例えば、計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の各々に対応する積算回数テーブルが示されている。
図７（ａ）は計測ゾーンＺ１の積算回数テーブルＴＢＬ１を示し、図７（ｂ）は計測ゾーンＺ２の積算回数テーブルＴＢＬ２を示し、図７（ｃ）は計測ゾーンＺ３の積算回数テーブルＴＢＬ３を示している。
また、計測ゾーン毎に蓄積周期は異なっており、計測ゾーンＺ１が９０ｎｓであり、計測ゾーンＺ２が１００ｎｓであり、計測ゾーンＺ３が１１０ｎｓであり、距離が遠くの計測ゾーンになるに従い（言い換えると、積算回数テーブルにおける最大の積算回数が増加する毎に）、時間Ｔrsが１０ｎｓずつ長くなっている。計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の全てにおいて、光パルスＰＯのパルス幅、光パルス光の強度、電荷蓄積部ＣＳへの蓄積時間（転送トランジスタＧのオン時間）は同一でかつ一定である。
図７（ａ）は計測ゾーンＺ１の積算回数テーブルＴＢＬ１を示し、図７（ｂ）は計測ゾーンＺ２の積算回数テーブルＴＢＬ２を示し、図７（ｃ）は計測ゾーンＺ３の積算回数テーブルＴＢＬ３を示している。
また、計測ゾーン毎に蓄積周期は異なっており、計測ゾーンＺ１が９０ｎｓであり、計測ゾーンＺ２が１００ｎｓであり、計測ゾーンＺ３が１１０ｎｓであり、距離が遠くの計測ゾーンになるに従い（言い換えると、積算回数テーブルにおける最大の積算回数が増加する毎に）、時間Ｔrsが１０ｎｓずつ長くなっている。計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の全てにおいて、光パルスＰＯのパルス幅、光パルス光の強度、電荷蓄積部ＣＳへの蓄積時間（転送トランジスタＧのオン時間）は同一でかつ一定である。
【0071】
例えば、計測ゾーンＺ１において（蓄積周期９０ｎｓ）、背景光量が１０万Ｌｕｘ（ルクス）の場合、すなわち電荷蓄積部ＣＳの最大蓄積容量が４０８０ＬＳＢ（east significant bit）としたとき背景光により蓄積される電荷量が３０００ＬＳＢであり、積算回数は１５０００回である。
同様に、３万Ｌｕｘの場合、背景光により蓄積される電荷量が１０００ＬＳＢであり、積算回数は２５０００回である。また、１万Ｌｕｘの場合、背景光により蓄積される電荷量が３００ＬＳＢであり、積算回数は３００００回である。背景光がない場合、背景光により蓄積される電荷量が０ＬＳＢであり、積算回数は３５０００回である。
同様に、３万Ｌｕｘの場合、背景光により蓄積される電荷量が１０００ＬＳＢであり、積算回数は２５０００回である。また、１万Ｌｕｘの場合、背景光により蓄積される電荷量が３００ＬＳＢであり、積算回数は３００００回である。背景光がない場合、背景光により蓄積される電荷量が０ＬＳＢであり、積算回数は３５０００回である。
【0072】
図４に戻り、ゾーン稼働条件設定部４３３は、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量、すなわち背景光電荷量（外光信号量）を、距離演算部４２から取得する。
そして、ゾーン稼働条件設定部４３３は、ゾーン別稼働条件記憶部４３６において、ゾーン稼働条件設定部４３３が判定した計測ゾーンに対応した積算回数テーブルを参照する。
ゾーン稼働条件設定部４３３は、参照した積算回数テーブルから、取得した背景光電荷量に対応する積算回数を読み出す。
このとき、ゾーン稼働条件設定部４３３は、積算回数テーブルに対応付けられている蓄積周期も読み出す。
これにより、ゾーン稼働条件設定部４３３は、計測ゾーンに対応した稼働光パルス照射条件として、積算回数及び蓄積周期の各々を得る（求める）。
そして、ゾーン稼働条件設定部４３３は、ゾーン別稼働条件記憶部４３６において、ゾーン稼働条件設定部４３３が判定した計測ゾーンに対応した積算回数テーブルを参照する。
ゾーン稼働条件設定部４３３は、参照した積算回数テーブルから、取得した背景光電荷量に対応する積算回数を読み出す。
このとき、ゾーン稼働条件設定部４３３は、積算回数テーブルに対応付けられている蓄積周期も読み出す。
これにより、ゾーン稼働条件設定部４３３は、計測ゾーンに対応した稼働光パルス照射条件として、積算回数及び蓄積周期の各々を得る（求める）。
【0073】
そして、稼働制御部４３４は、測距電荷量取得モードとして、ゾーン稼働条件設定部４３３が求めた上記稼働光パルス照射条件において、光源部２及び受光部３の各々を制御し、光パルスＰＯにより発生する電荷を電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に振分けて蓄積させる。
これにより、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量により、稼働光パルス照射条件（すなわち、測距電荷量取得モード）における距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離（以下、測定距離と示す場合もある）を算出する。
これにより、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量により、稼働光パルス照射条件（すなわち、測距電荷量取得モード）における距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離（以下、測定距離と示す場合もある）を算出する。
【0074】
図８は、第１の実施形態の距離画像撮像装置１による距離画像センサ３２と被写体Ｓとの距離の算出の処理の動作例を示すフローチャートである。距離画像撮像装置１が起動された場合、以下のステップＳ１から処理が開始される。
ステップＳ１：
初期稼働条件設定部４３１は、初期値記憶部４３５から初期稼働光パルス照射条件を読み込む。
そして、初期稼働条件設定部４３１は、読み出した初期稼働光パルス照射条件を稼働制御部４３４に出力する。
ステップＳ１：
初期稼働条件設定部４３１は、初期値記憶部４３５から初期稼働光パルス照射条件を読み込む。
そして、初期稼働条件設定部４３１は、読み出した初期稼働光パルス照射条件を稼働制御部４３４に出力する。
【0075】
ステップＳ２：
稼働制御部４３４は、初期稼働光パルス照射条件が供給された場合、光パルス照射条件選択モードにより、光源部２及び受光部３の各々を制御する。
すなわち、光源部２は、所定の周期、すなわち初期稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び基準積算回数（照射回数）に対応して光パルスＰＯを照射する。
また、画素駆動回路３２２は、初期稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び基準積算回数の各々により、画素回路３２１の各々における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤが生成した電荷を振分けて蓄積させる。
そして、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量により距離（参照測定距離）を算出する。
稼働制御部４３４は、初期稼働光パルス照射条件が供給された場合、光パルス照射条件選択モードにより、光源部２及び受光部３の各々を制御する。
すなわち、光源部２は、所定の周期、すなわち初期稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び基準積算回数（照射回数）に対応して光パルスＰＯを照射する。
また、画素駆動回路３２２は、初期稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び基準積算回数の各々により、画素回路３２１の各々における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤが生成した電荷を振分けて蓄積させる。
そして、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量により距離（参照測定距離）を算出する。
【0076】
ステップＳ３：
ゾーン判定部４３２は、予め設定された画素回路３２１領域における距離演算部４２が算出した距離の最小値を参照測定距離として取得する。
そして、ゾーン判定部４３２は、距離閾値ＬＢ１と、距離閾値ＬＢ１を超える距離の距離閾値ＬＢ２の各々と、取得した参照測定距離との大小関係を比較する。
ゾーン判定部４３２は、予め設定された画素回路３２１領域における距離演算部４２が算出した距離の最小値を参照測定距離として取得する。
そして、ゾーン判定部４３２は、距離閾値ＬＢ１と、距離閾値ＬＢ１を超える距離の距離閾値ＬＢ２の各々と、取得した参照測定距離との大小関係を比較する。
【0077】
このとき、ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ１未満である場合、距離画像撮像装置１に最も近い物体が計測ゾーンＺ１の距離範囲内に含まれていると判定する。
また、ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ１以上であり、かつ距離閾値ＬＢ２未満である場合、距離画像撮像装置１に最も近い物体が計測ゾーンＺ２の距離範囲内に含まれていると判定する。
さらに、ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ２以上である場合、距離画像撮像装置１に最も近い物体が計測ゾーンＺ３の距離範囲内に含まれていると判定する。
そして、ゾーン判定部４３２は、判定した計測ゾーンの種類をゾーン稼働条件設定部４３３に対して出力する。
また、ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ１以上であり、かつ距離閾値ＬＢ２未満である場合、距離画像撮像装置１に最も近い物体が計測ゾーンＺ２の距離範囲内に含まれていると判定する。
さらに、ゾーン判定部４３２は、参照測定距離が距離閾値ＬＢ２以上である場合、距離画像撮像装置１に最も近い物体が計測ゾーンＺ３の距離範囲内に含まれていると判定する。
そして、ゾーン判定部４３２は、判定した計測ゾーンの種類をゾーン稼働条件設定部４３３に対して出力する。
【0078】
ステップＳ４：
ゾーン稼働条件設定部４３３は、ゾーン判定部４３２から判定した計測ゾーンの種類が供給された場合、当該計測ゾーンに対応する稼働光パルス照射条件の取得を行う。
このとき、ゾーン稼働条件設定部４３３は、参照測定距離を算出した際に用いた画素回路３２１が、参照測定距離を算出する際に求めた背景光の電荷量（対応する電圧値）を、距離演算部４２から取得する。
ゾーン稼働条件設定部４３３は、ゾーン判定部４３２から判定した計測ゾーンの種類が供給された場合、当該計測ゾーンに対応する稼働光パルス照射条件の取得を行う。
このとき、ゾーン稼働条件設定部４３３は、参照測定距離を算出した際に用いた画素回路３２１が、参照測定距離を算出する際に求めた背景光の電荷量（対応する電圧値）を、距離演算部４２から取得する。
【0079】
そして、ゾーン稼働条件設定部４３３は、ゾーン別稼働条件記憶部４３６において、ゾーン判定部４３２から取得した計測ゾーンに対応した積算係数テーブルを参照する。
ゾーン稼働条件設定部４３３は、参照している積算係数テーブルから上記背景光の電荷量に対応する積算係数を読み出す。
このとき、ゾーン稼働条件設定部４３３は、積算係数を読み出した積算係数テーブルに付加されている蓄積周期も抽出して読み出す。
ゾーン稼働条件設定部４３３は、参照している積算係数テーブルから上記背景光の電荷量に対応する積算係数を読み出す。
このとき、ゾーン稼働条件設定部４３３は、積算係数を読み出した積算係数テーブルに付加されている蓄積周期も抽出して読み出す。
【0080】
ステップＳ５：
ゾーン稼働条件設定部４３３は、取得した積算係数及び蓄積周期の各々を、稼働光パルス照射条件として、稼働制御部４３４に対して出力する。
稼働制御部４３４は、稼働光パルス照射条件が供給された場合、測距電荷量取得モードにより、光源部２における光パルスの照射回数（積算回数）と、受光部３の光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳ各々への電荷の振分けなどの稼働状態を設定する。
ゾーン稼働条件設定部４３３は、取得した積算係数及び蓄積周期の各々を、稼働光パルス照射条件として、稼働制御部４３４に対して出力する。
稼働制御部４３４は、稼働光パルス照射条件が供給された場合、測距電荷量取得モードにより、光源部２における光パルスの照射回数（積算回数）と、受光部３の光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳ各々への電荷の振分けなどの稼働状態を設定する。
【0081】
ステップＳ６：
そして、光源部２は、所定の周期、すなわち稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び照射回数（積算回数）に対応して光パルスＰＯを照射する。
また、画素駆動回路３２２は、稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び積算回数の各々により、画素回路３２１の各々における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤが生成した電荷を振分けて蓄積させる。
そして、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量により距離を算出する。
そして、光源部２は、所定の周期、すなわち稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び照射回数（積算回数）に対応して光パルスＰＯを照射する。
また、画素駆動回路３２２は、稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び積算回数の各々により、画素回路３２１の各々における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤが生成した電荷を振分けて蓄積させる。
そして、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量により距離を算出する。
【0082】
ステップＳ７：
ゾーン判定部４３２は、予め設定された画素回路３２１領域における距離演算部４２が算出した距離の最小値と、距離の最大値との画素回路３２１を抽出する。
そして、ゾーン判定部４３２は、距離の最小値と、距離の最大値との各々において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれで最も電荷量の大きい電荷蓄積部ＣＳの電荷量（電圧値）を読み出す。
ゾーン判定部４３２は、予め設定された画素回路３２１領域における距離演算部４２が算出した距離の最小値と、距離の最大値との画素回路３２１を抽出する。
そして、ゾーン判定部４３２は、距離の最小値と、距離の最大値との各々において、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれで最も電荷量の大きい電荷蓄積部ＣＳの電荷量（電圧値）を読み出す。
【0083】
このとき、ゾーン判定部４３２は、距離の最小値に対応する電圧値が予め設定された下限閾値を下回る場合、または距離の最大値に対応する電圧値が予め設定された上限閾値を超えた場合、処理をステップＳ１に進める。
上述した距離の最小値に対応する電圧値が予め設定された下限閾値を下回る場合、または距離の最大値に対応する電圧値が予め設定された上限閾値を超えた場合には、距離画像撮像装置１に最も近い物体が、現在の稼働光パルス照射条件に対応する計測ゾーンに存在しなくなったことを示しており、計測ゾーンの変更を行うため、再度、光パルス照射条件選択モードを行う必要がある。
上述した距離の最小値に対応する電圧値が予め設定された下限閾値を下回る場合、または距離の最大値に対応する電圧値が予め設定された上限閾値を超えた場合には、距離画像撮像装置１に最も近い物体が、現在の稼働光パルス照射条件に対応する計測ゾーンに存在しなくなったことを示しており、計測ゾーンの変更を行うため、再度、光パルス照射条件選択モードを行う必要がある。
【0084】
ゾーン判定部４３２は、距離の最小値に対応する電圧値が予め設定された下限閾値以上であり、かつ距離の最大値に対応する電圧値が予め設定された上限閾値以下である場合、処理をステップＳ６に進める。
上述した距離の最小値に対応する電圧値が予め設定された下限閾値以上であり、かつ距離の最大値に対応する電圧値が予め設定された上限閾値以下である場合には、距離画像撮像装置１に最も近い物体が、現在の稼働光パルス照射条件に対応する計測ゾーンに存在していることを示しており、計測ゾーンの変更を行う必要がないため、測距電荷量取得モードによる測定距離の測定を継続して行う。
上述した距離の最小値に対応する電圧値が予め設定された下限閾値以上であり、かつ距離の最大値に対応する電圧値が予め設定された上限閾値以下である場合には、距離画像撮像装置１に最も近い物体が、現在の稼働光パルス照射条件に対応する計測ゾーンに存在していることを示しており、計測ゾーンの変更を行う必要がないため、測距電荷量取得モードによる測定距離の測定を継続して行う。
【0085】
ここで、下限閾値は、精度を維持して測定距離の測定を行う電荷量が得られていないことを示す閾値である。
一方、上限閾値は、電荷蓄積部の最大蓄積容量の所定の割合（例えば、９５％）を超えた電荷量として設定されており、電荷蓄積部が飽和する可能性があることを示す閾値である。
また、本実施形態においては、上記下限閾値及び上限閾値の各々を用いて、計測ゾーンの変更の有無を確認したが、予め設定されたフレーム数毎に光パルス照射条件選択モードを行う構成としてもよい。
この構成の場合、例えば、ステップＳ７において、処理したフレーム数が予め設定したフレーム数であるフレーム閾値を超えている場合にステップＳ１へ処理を進め、一方、フレーム閾値以下の場合にステップＳ６へ処理を進める。
一方、上限閾値は、電荷蓄積部の最大蓄積容量の所定の割合（例えば、９５％）を超えた電荷量として設定されており、電荷蓄積部が飽和する可能性があることを示す閾値である。
また、本実施形態においては、上記下限閾値及び上限閾値の各々を用いて、計測ゾーンの変更の有無を確認したが、予め設定されたフレーム数毎に光パルス照射条件選択モードを行う構成としてもよい。
この構成の場合、例えば、ステップＳ７において、処理したフレーム数が予め設定したフレーム数であるフレーム閾値を超えている場合にステップＳ１へ処理を進め、一方、フレーム閾値以下の場合にステップＳ６へ処理を進める。
【0086】
上述したように、本実施形態によれば、光パルス照射条件選択モードにおいて基準積算回数で得られた、距離画像撮像装置１と被写体との間の参照測定距離を、距離閾値ＬＢ１及びＬＢ２の各々と比較し、比較結果から被写体が存在する計測ゾーン（撮像装置に対して最も近い被写体が存在する計測ゾーン）を求め、被写体に対する光パルス照射条件として、距離を所定の精度で算出可能な積算回数（すなわち照射回数）と、当該積算回数でアイセーフを満たす照射周期とを抽出し、測距電荷量取得モードにおいて当該光パルス条件により光パルスの照射及び照射毎に光電変換素子ＰＤが生成する電荷が各電荷蓄積部に振分けられて積算される電荷量を蓄積させるため、電荷蓄積部に対して距離の計測に必要な電荷量を蓄積させる蓄積回数を満たし、かつパルス光が連続して照射された場合にも人体に対する安全基準（アイセーフ）を満たすことができる。
【0087】
また、本実施形態によれば、各計測ゾーンの積算回数テーブルにおいて、背景光量（外光量）の各々に対応して積算回数が設定されているため、光パルス照射条件選択モードで計測された背景光量に対応した積算回数を選択することが可能であり、背景光量の影響により電荷蓄積部が飽和することを容易に抑制することができる。
【0088】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
本発明の第２の実施形態の距離画像撮像装置は、図１及び図４に示す第１の実施形態と同様の構成である。
以下、第１の実施形態の距離画像撮像装置と異なる動作のみを説明する。
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
本発明の第２の実施形態の距離画像撮像装置は、図１及び図４に示す第１の実施形態と同様の構成である。
以下、第１の実施形態の距離画像撮像装置と異なる動作のみを説明する。
【0089】
本実施形態において、測定制御部４３は、被写体Ｓからの反射光の強度に対応させて、電荷蓄積部が飽和しないように、かつパルス光が連続して照射された場合にも人体に対する安全基準を満たすことができる積算回数及び照射周期とを求める。
そして、測定制御部４３は、求めた積算回数及び照射周期により、フレーム周期で繰返されるフレームの各々において、光源部２に光パルスＰＯを放射させ、制御をタイミング制御部４１に後述する画素回路（画素回路３２１）における光電変換素子が入射光に対応して発生した電荷を電荷蓄積部に振分けて蓄積させ、距離演算部４２における演算の制御を行わせる（後に詳述する）。
そして、測定制御部４３は、求めた積算回数及び照射周期により、フレーム周期で繰返されるフレームの各々において、光源部２に光パルスＰＯを放射させ、制御をタイミング制御部４１に後述する画素回路（画素回路３２１）における光電変換素子が入射光に対応して発生した電荷を電荷蓄積部に振分けて蓄積させ、距離演算部４２における演算の制御を行わせる（後に詳述する）。
【0090】
本実施形態においては、距離画像撮像装置１及び被写体間の距離により計測ゾーンの選択を行う第１の実施形態と異なり、被写体からの反射光の強度により計測ゾーンの選択を行うため、距離画像撮像装置１及び被写体間の距離と、当該被写体の反射率との組合せが、計測ゾーンの選択に用いられるパラメータとなる。
また、基準電荷量が、所定の距離及び所定の反射率の各々において設定されているため、電荷量比も、距離画像撮像装置１と被写体との距離による減衰率、及び当該被写体の反射率による減衰率の各々に対して相関を有している。
また、基準電荷量が、所定の距離及び所定の反射率の各々において設定されているため、電荷量比も、距離画像撮像装置１と被写体との距離による減衰率、及び当該被写体の反射率による減衰率の各々に対して相関を有している。
【0091】
このとき、ゾーン判定部４３２は、画素駆動回路３２２から供給される各電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の電荷量から、背景光の電荷量を除いた反射光ＲＬにより生成された電荷量（信号量）を求める。
そして、ゾーン判定部４３２は、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の蓄積電荷量（電圧値）を加算し、反射光ＲＬにより生成された電荷量の合計電荷量を求める。
そして、ゾーン判定部４３２は、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の蓄積電荷量（電圧値）を加算し、反射光ＲＬにより生成された電荷量の合計電荷量を求める。
【0092】
また、ゾーン判定部４３２は、初期値記憶部４３５から基準電荷量（基準値）を読出し、当該基準電荷量により上記合計電荷量を除算して、除算結果として電荷量比を算出する。
ここで、基準電荷量は、初期値記憶部４３５に予め書き込まれて記憶されており、単位蓄積時間当りの光パルスＰＯのパルス幅と、電荷蓄積部ＣＳの各々に光電変換素子ＰＤに発生した電荷を振分ける際の転送トランジスタＧがオン状態の時間と、単位蓄積時間による基準積算回数とを用いて、光パルスＰＯの物体からの反射光ＲＬによる電荷量を取得し、取得した電荷量が電荷蓄積部ＣＳの蓄積量以内（例えば、電荷蓄積部ＣＳの最大蓄積容量の半分程度）の数値として設定されている。ここで、単位蓄積時間とは、図３に示す１サイクルの時間である。
また、基準積算回数は、第１の実施形態ですでに説明したように、光パルス照射条件選択モードで設定されている積算回数である。
ここで、基準電荷量は、初期値記憶部４３５に予め書き込まれて記憶されており、単位蓄積時間当りの光パルスＰＯのパルス幅と、電荷蓄積部ＣＳの各々に光電変換素子ＰＤに発生した電荷を振分ける際の転送トランジスタＧがオン状態の時間と、単位蓄積時間による基準積算回数とを用いて、光パルスＰＯの物体からの反射光ＲＬによる電荷量を取得し、取得した電荷量が電荷蓄積部ＣＳの蓄積量以内（例えば、電荷蓄積部ＣＳの最大蓄積容量の半分程度）の数値として設定されている。ここで、単位蓄積時間とは、図３に示す１サイクルの時間である。
また、基準積算回数は、第１の実施形態ですでに説明したように、光パルス照射条件選択モードで設定されている積算回数である。
【0093】
図９は、第２の実施形態におけるゾーン判定部４３２が行う計測ゾーンの判定を説明する概念図である。
本実施形態に計測ゾーンは、反射光ＲＬの強度が強い（大きな数値）から強度が弱い（小さい数値）までの範囲を領域としたゾーンであり、強い強度から弱い強度まで、強度が弱くなっていく順番に計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の各々が設けられている。ここで、計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の各々は、電荷量比閾値（ゾーン閾値）ＬＣ１、電荷量比閾値ＬＣ２それぞれによりゾーンの境界が設定されている。
本実施形態に計測ゾーンは、反射光ＲＬの強度が強い（大きな数値）から強度が弱い（小さい数値）までの範囲を領域としたゾーンであり、強い強度から弱い強度まで、強度が弱くなっていく順番に計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の各々が設けられている。ここで、計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の各々は、電荷量比閾値（ゾーン閾値）ＬＣ１、電荷量比閾値ＬＣ２それぞれによりゾーンの境界が設定されている。
【0094】
また、電荷量比閾値ＬＣ１及び電荷量比閾値ＬＣ２は、ＬＣ１＞ＬＣ２の関係（ＬＣ１がＬＣ２より大きい電荷量比の関係）にあり、電荷蓄積部ＣＳが飽和せずに、かつ測定距離の計算に必要な電荷量が取得できるか否かの実験などにより求められ、予め所定の蓄積電荷量に対応した電荷量比として設定されている。
そして、ゾーン判定部４３２は、電荷量比が電荷量比閾値ＬＣ１以上であれば、物体が計測ゾーンＺ１の計測条件範囲にあると判定する。
そして、ゾーン判定部４３２は、電荷量比が電荷量比閾値ＬＣ１以上であれば、物体が計測ゾーンＺ１の計測条件範囲にあると判定する。
【0095】
また、ゾーン判定部４３２は、電荷量比が電荷量比閾値ＬＣ１未満、かつ電荷量比閾値ＬＣ２以上であれば、物体が計測ゾーンＺ２の計測条件範囲にあると判定する。
ゾーン判定部４３２は、電荷量比が電荷量比閾値ＬＣ２未満であれば、物体が計測ゾーンＺ３の計測条件範囲にあると判定する。
ゾーン判定部４３２は、電荷量比が電荷量比閾値ＬＣ２未満であれば、物体が計測ゾーンＺ３の計測条件範囲にあると判定する。
【0096】
ここで、計測条件範囲は、計測ゾーンの範囲を示しており、距離画像撮像装置から対象物体までの距離、あるいは対象物体の表面の反射率の大きさ、あるいは距離及び反射率の双方により決定される反射光ＲＬの強度の範囲を示している。
本実施形態においては、計測ゾーンを３個として説明しているが、２個以上の複数で形成されていれば、いずれでもよい。
また、上述においては、距離画像センサ３２における全ての画素回路３２１の電荷量比を求めて計測ゾーンの選択に用いているが、予め所定の領域（例えば、距離画像センサ３２の中央領域）を設定しておき、この所定の領域における画素回路３２１の電荷量比を求めて計測ゾーンの選択する構成としてもよい。
本実施形態においては、計測ゾーンを３個として説明しているが、２個以上の複数で形成されていれば、いずれでもよい。
また、上述においては、距離画像センサ３２における全ての画素回路３２１の電荷量比を求めて計測ゾーンの選択に用いているが、予め所定の領域（例えば、距離画像センサ３２の中央領域）を設定しておき、この所定の領域における画素回路３２１の電荷量比を求めて計測ゾーンの選択する構成としてもよい。
【0097】
また、ゾーン別稼働条件記憶部４３６には、計測ゾーンの各々に対応した積算回数テーブルが予め書き込まれて記憶されている。
この積算回数テーブルについては、第１の実施形態で説明した図７の積算回数テーブルと同様の構成である。
また、第１の実施形態と同様に、計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の全てにおいて、光パルスＰＯのパルス幅、光パルス光の強度、電荷蓄積部ＣＳへの蓄積時間（転送トランジスタＧのオン時間）は同一でかつ一定である。
この積算回数テーブルについては、第１の実施形態で説明した図７の積算回数テーブルと同様の構成である。
また、第１の実施形態と同様に、計測ゾーンＺ１、計測ゾーンＺ２及び計測ゾーンＺ３の全てにおいて、光パルスＰＯのパルス幅、光パルス光の強度、電荷蓄積部ＣＳへの蓄積時間（転送トランジスタＧのオン時間）は同一でかつ一定である。
【0098】
図１０は、第２の実施形態の距離画像撮像装置１による距離画像センサ３２と被写体Ｓとの距離の算出の処理の動作例を示すフローチャートである。距離画像撮像装置１が起動された場合、以下のステップＳ１１から処理が開始される。
ステップＳ１１：
初期稼働条件設定部４３１は、初期値記憶部４３５から初期稼働光パルス照射条件を読み込む。
そして、初期稼働条件設定部４３１は、読み出した初期稼働光パルス照射条件を稼働制御部４３４に出力する。
ステップＳ１１：
初期稼働条件設定部４３１は、初期値記憶部４３５から初期稼働光パルス照射条件を読み込む。
そして、初期稼働条件設定部４３１は、読み出した初期稼働光パルス照射条件を稼働制御部４３４に出力する。
【0099】
ステップＳ１２：
稼働制御部４３４は、初期稼働光パルス照射条件が供給された場合、光パルス照射条件選択モードにより、光源部２及び受光部３の各々を制御する。
すなわち、光源部２は、所定の周期、すなわち初期稼働光パルス照射条件における蓄積周期（すなわち、照射周期）及び基準積算回数に対応して光パルスＰＯを照射する。
稼働制御部４３４は、初期稼働光パルス照射条件が供給された場合、光パルス照射条件選択モードにより、光源部２及び受光部３の各々を制御する。
すなわち、光源部２は、所定の周期、すなわち初期稼働光パルス照射条件における蓄積周期（すなわち、照射周期）及び基準積算回数に対応して光パルスＰＯを照射する。
【0100】
また、画素駆動回路３２２は、初期稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び基準積算回数の各々により、画素回路３２１の各々における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤが生成した電荷を振分けて蓄積させる。
そして、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量により、距離画像撮像装置１から被写体の各々までの距離を算出して取得する。
そして、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量により、距離画像撮像装置１から被写体の各々までの距離を算出して取得する。
【0101】
ゾーン判定部４３２は、距離演算部４２から、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４それぞれを取得する。
ゾーン判定部４３２は、電荷蓄積部ＣＳ１の電荷量Ｑ１、すなわち背景光により発生した電荷量を、電荷量Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４それぞれから減算する。
そして、ゾーン判定部４３２は、背景光の電荷量Ｑ１を減算した後の電荷量Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の各々の電荷量、すなわち反射光ＲＬにより生成された電荷量のそれぞれを加算し、加算結果として合計電荷量を算出する（合計電荷量の取得）。
ゾーン判定部４３２は、電荷蓄積部ＣＳ１の電荷量Ｑ１、すなわち背景光により発生した電荷量を、電荷量Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４それぞれから減算する。
そして、ゾーン判定部４３２は、背景光の電荷量Ｑ１を減算した後の電荷量Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の各々の電荷量、すなわち反射光ＲＬにより生成された電荷量のそれぞれを加算し、加算結果として合計電荷量を算出する（合計電荷量の取得）。
【0102】
ステップＳ１３：
ゾーン判定部４３２は、予め設定された画素回路３２１領域における最大の合計電荷量を参照合計電荷量として取得する。
また、ゾーン判定部４３２は、初期値記憶部４３５から基準電荷量を読み出し、当該基準電荷量により参照合計電荷量を減算し、電荷量比を算出する。
そして、ゾーン判定部４３２は、電荷量比閾値ＬＣ１と、電荷量比閾値ＬＣ１を下回る電荷量比の電荷量比閾値ＬＣ２の各々と、算出した電荷量比との大小関係を比較する。
ゾーン判定部４３２は、予め設定された画素回路３２１領域における最大の合計電荷量を参照合計電荷量として取得する。
また、ゾーン判定部４３２は、初期値記憶部４３５から基準電荷量を読み出し、当該基準電荷量により参照合計電荷量を減算し、電荷量比を算出する。
そして、ゾーン判定部４３２は、電荷量比閾値ＬＣ１と、電荷量比閾値ＬＣ１を下回る電荷量比の電荷量比閾値ＬＣ２の各々と、算出した電荷量比との大小関係を比較する。
【0103】
このとき、ゾーン判定部４３２は、電荷量比が電荷量比閾値ＬＣ１以上の場合、最も反射光ＲＬの強度の強い物体が計測ゾーンＺ１の計測条件範囲内に含まれていると判定する。
また、ゾーン判定部４３２は、電荷量比が電荷量比閾値ＬＣ１未満であり、かつ電荷量比閾値ＬＣ２以上の場合、最も反射光ＲＬの強度の強い物体が計測ゾーンＺ２の計測条件範囲内に含まれていると判定する。
さらに、ゾーン判定部４３２は、電荷量比が電荷量比閾値ＬＣ２未満である場合、最も反射光強度の強い物体が計測ゾーンＺ３の計測条件範囲内に含まれていると判定する。
そして、ゾーン判定部４３２は、判定した計測ゾーンの種類をゾーン稼働条件設定部４３３に対して出力する。
また、ゾーン判定部４３２は、電荷量比が電荷量比閾値ＬＣ１未満であり、かつ電荷量比閾値ＬＣ２以上の場合、最も反射光ＲＬの強度の強い物体が計測ゾーンＺ２の計測条件範囲内に含まれていると判定する。
さらに、ゾーン判定部４３２は、電荷量比が電荷量比閾値ＬＣ２未満である場合、最も反射光強度の強い物体が計測ゾーンＺ３の計測条件範囲内に含まれていると判定する。
そして、ゾーン判定部４３２は、判定した計測ゾーンの種類をゾーン稼働条件設定部４３３に対して出力する。
【0104】
ステップＳ１４：
ゾーン稼働条件設定部４３３は、ゾーン判定部４３２から判定した計測ゾーンの種類が供給された場合、当該計測ゾーンに対応する稼働光パルス照射条件の取得を行う。
このとき、ゾーン稼働条件設定部４３３は、電荷量比を算出した際に用いた画素回路３２１が、蓄積電荷量を算出する際に求めた背景光の電荷量（対応する電圧値）を、ゾーン判定部４３２から取得する。
ゾーン稼働条件設定部４３３は、ゾーン判定部４３２から判定した計測ゾーンの種類が供給された場合、当該計測ゾーンに対応する稼働光パルス照射条件の取得を行う。
このとき、ゾーン稼働条件設定部４３３は、電荷量比を算出した際に用いた画素回路３２１が、蓄積電荷量を算出する際に求めた背景光の電荷量（対応する電圧値）を、ゾーン判定部４３２から取得する。
【0105】
そして、ゾーン稼働条件設定部４３３は、ゾーン別稼働条件記憶部４３６において、ゾーン判定部４３２から取得した計測ゾーンに対応した積算係数テーブルを参照する。
ゾーン稼働条件設定部４３３は、参照している積算係数テーブルから上記背景光の電荷量に対応する積算係数を読み出す。
このとき、ゾーン稼働条件設定部４３３は、積算係数を読み出した積算係数テーブルに付加されている蓄積周期も抽出して読み出す。
ゾーン稼働条件設定部４３３は、参照している積算係数テーブルから上記背景光の電荷量に対応する積算係数を読み出す。
このとき、ゾーン稼働条件設定部４３３は、積算係数を読み出した積算係数テーブルに付加されている蓄積周期も抽出して読み出す。
【0106】
ステップＳ１５：
ゾーン稼働条件設定部４３３は、取得した積算係数及び蓄積周期の各々を、稼働光パルス照射条件として、稼働制御部４３４に対して出力する。
稼働制御部４３４は、稼働光パルス照射条件が供給された場合、測距電荷量取得モードにより、光源部２及び受光部３の各々における回路の稼働状態を設定する。
ゾーン稼働条件設定部４３３は、取得した積算係数及び蓄積周期の各々を、稼働光パルス照射条件として、稼働制御部４３４に対して出力する。
稼働制御部４３４は、稼働光パルス照射条件が供給された場合、測距電荷量取得モードにより、光源部２及び受光部３の各々における回路の稼働状態を設定する。
【0107】
ステップＳ１６：
そして、光源部２は、所定の周期、すなわち稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び照射回数（積算回数）に対応して光パルスＰＯを照射する。
また、画素駆動回路３２２は、稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び積算回数の各々により、画素回路３２１の各々における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤが生成した電荷を振分けて蓄積させる。
そして、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量により距離を算出する。
そして、光源部２は、所定の周期、すなわち稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び照射回数（積算回数）に対応して光パルスＰＯを照射する。
また、画素駆動回路３２２は、稼働光パルス照射条件における蓄積周期及び積算回数の各々により、画素回路３２１の各々における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤが生成した電荷を振分けて蓄積させる。
そして、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に蓄積された電荷量により距離を算出する。
【0108】
ステップＳ１７：
ゾーン判定部４３２は、距離画像センサ３２内の画素回路３２１の各々における合計電荷量の最小値と、合計電荷量の最大値の画素回路３２１とのそれぞれを抽出する。
そして、ゾーン判定部４３２は、合計電荷量の最小値を予め設定された下限閾値と比較し、また合計電荷量の最大値を予め設定された上限閾値との比較をそれぞれ行う。
ゾーン判定部４３２は、距離画像センサ３２内の画素回路３２１の各々における合計電荷量の最小値と、合計電荷量の最大値の画素回路３２１とのそれぞれを抽出する。
そして、ゾーン判定部４３２は、合計電荷量の最小値を予め設定された下限閾値と比較し、また合計電荷量の最大値を予め設定された上限閾値との比較をそれぞれ行う。
【0109】
このとき、ゾーン判定部４３２は、合計電荷量の最小値が予め設定された下限閾値を下回る場合、または合計電荷量の最大値が予め設定された上限閾値を超えた場合、処理をステップＳ１１に進める。
上述した合計電荷量の最小値が予め設定された下限閾値を下回る場合、または合計電荷量の最大値が予め設定された上限閾値を超えた場合には、計測ゾーンの選択に用いた対象物体が、現在の稼働光パルス照射条件に対応する計測ゾーンに存在しなくなったことを示しており、計測ゾーンの変更を行うため、再度、光パルス照射条件選択モードを行う必要がある。
上述した合計電荷量の最小値が予め設定された下限閾値を下回る場合、または合計電荷量の最大値が予め設定された上限閾値を超えた場合には、計測ゾーンの選択に用いた対象物体が、現在の稼働光パルス照射条件に対応する計測ゾーンに存在しなくなったことを示しており、計測ゾーンの変更を行うため、再度、光パルス照射条件選択モードを行う必要がある。
【0110】
またゾーン判定部４３２は、距離の最小値に対応する電圧値が予め設定された下限閾値以上であり、かつ距離の最大値に対応する電圧値が予め設定された上限閾値以下である場合、処理をステップＳ１６に進める。
上述した合計電荷量の最小値が予め設定された下限閾値以上であり、かつ合計電荷量の最大値が予め設定された上限閾値以下である場合には、計測ゾーンの選択に用いた対象物体が、現在の稼働光パルス照射条件に対応する計測ゾーンに存在していることを示しており、計測ゾーンの変更を行う必要がないため、測距電荷量取得モードによる測定距離の測定を継続して行う。
上述した合計電荷量の最小値が予め設定された下限閾値以上であり、かつ合計電荷量の最大値が予め設定された上限閾値以下である場合には、計測ゾーンの選択に用いた対象物体が、現在の稼働光パルス照射条件に対応する計測ゾーンに存在していることを示しており、計測ゾーンの変更を行う必要がないため、測距電荷量取得モードによる測定距離の測定を継続して行う。
【0111】
上述した本実施形態においては、計測ゾーンの選択に用いた被写体である対象物体が、現在の稼働光パルス照射条件に対応する計測ゾーンに存在しなくなった場合に、光パルス照射条件選択モードに戻り、計測ゾーンに存在する場合に、距電荷量取得モードを継続するとの処理の判断を行っている。
しかしながら、計測ゾーンの設定が２個や３個など少ない場合は、合計電荷量の最小値が予め設定された下限閾値を下回る場合、または合計電荷量の最大値が予め設定された上限閾値を超えた場合に、光パルス照射条件選択モードに移行せず、対応する計測ゾーンの設定に切り替えて、測距電荷量取得モードを継続する構成としても良い。
しかしながら、計測ゾーンの設定が２個や３個など少ない場合は、合計電荷量の最小値が予め設定された下限閾値を下回る場合、または合計電荷量の最大値が予め設定された上限閾値を超えた場合に、光パルス照射条件選択モードに移行せず、対応する計測ゾーンの設定に切り替えて、測距電荷量取得モードを継続する構成としても良い。
【0112】
上述したように、本実施形態によれば、距離撮像撮像装置に対して、最も強い強度の反射光ＲＬを反射する被写体が存在する計測ゾーンを、光パルス照射条件選択モードにおいて基準積算回数で得られた蓄積電荷量を、基準値である基準電荷量により除算し、除算結果として得られた電荷量比により被写体が存在する計測ゾーンを求め、当該計測ゾーンにおける電荷蓄積部ＣＳが飽和しないように設定された光パルス照射条件に伴い測距を行うことが可能であるため、距離画像撮像装置と被写体との距離が不明、あるいは被写体の反射強度が不明であっても、電荷蓄積部ＣＳにおける蓄積電荷量の飽和を防止することができる。
【0113】
また、本実施形態によれば、距離撮像撮像装置に対して、最も強い強度の反射光ＲＬを反射する被写体が存在する計測ゾーンを、光パルス照射条件選択モードにおいて基準積算回数で得られた蓄積電荷量を、基準値である基準電荷量により除算し、除算結果として得られた電荷量比により被写体が存在する計測ゾーンを求め、当該計測ゾーンにおける光パルス照射条件として、距離を所定の精度で算出可能な積算回数（すなわち照射回数）と、当該積算回数でアイセーフを満たす照射周期とを抽出し、測距電荷量取得モードにおいて当該光パルス条件により光パルスの照射及び照射毎に光電変換素子ＰＤが生成する電荷が各電荷蓄積部に振分けられて積算される電荷量を蓄積させるため、電荷蓄積部に対して距離の計測に必要な電荷量を蓄積させる蓄積回数を満たし、かつパルス光が連続して照射された場合にも人体に対する安全基準（アイセーフ）を満たすことができる。
【0114】
また、本実施形態によれば、各計測ゾーンの積算回数テーブルにおいて、背景光量（外光量）の各々に対応して積算回数が設定されているため、光パルス照射条件選択モードで計測された背景光量に対応した積算回数を選択することが可能であり、背景光量の影響により電荷蓄積部が飽和することを容易に抑制することができる。
【0115】
上述した第１の実施形態態及び第２の実施形態の構成として、ＴＯＦ技術による距離画像撮像装置を説明したが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、ＲＧＢ－ＩＲ（Red Green Blue－Infrared Radiation）センサなどのフォトダイオードが一つの電荷蓄積部を供給する構造を有するセンサにおいても適用が可能である。
また、入射光によりフォトダイオードで生成された電荷を電荷蓄積部に蓄積する構成であれば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサあるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどにも適用が可能である。
また、入射光によりフォトダイオードで生成された電荷を電荷蓄積部に蓄積する構成であれば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサあるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどにも適用が可能である。
【0116】
また、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態の各々においては、画素信号読み出し部ＲＵ１からＲＵ４の４個の構成について説明したが、この構成に限定されず、３個の画素信号読み出し部ＲＵを備える構成、あるいは５個以上の画素信号読み出し部ＲＵを備える構成についても、すなわち３個以上の画素読み出し部ＲＵを有する構成について、「距離撮像撮像装置に対して、最も強い強度の反射光ＲＬを反射する被写体が存在する計測ゾーンを、光パルス照射条件選択モードにおいて基準積算回数で得られた蓄積電荷量を、基準値である基準電荷量により除算し、除算結果として得られた電荷量比により被写体が存在する計測ゾーンを求め、当該計測ゾーンにおける電荷蓄積部ＣＳが飽和しないように設定された光パルス照射条件に伴い測距を行う」という本実施形態と同様の処理を行うことにより、距離画像撮像装置と被写体との距離が不明、あるいは被写体の反射強度が不明であっても、電荷蓄積部ＣＳにおける蓄積電荷量の飽和を防止することができる。
【0117】
また、３個以上の複数の画素信号読み出し部ＲＵを備える構成についても、「距離撮像撮像装置に対して、最も強い強度の反射光ＲＬを反射する被写体が存在する計測ゾーンを、光パルス照射条件選択モードにおいて基準積算回数で得られた蓄積電荷量を、基準値である基準電荷量により除算し、除算結果として得られた電荷量比により被写体が存在する計測ゾーンを求め、当該計測ゾーンにおける光パルス照射条件として、距離を所定の精度で算出可能な積算回数（すなわち照射回数）と、当該積算回数でアイセーフを満たす照射周期とを抽出し、測距電荷量取得モードにおいて当該光パルス条件により光パルスの照射及び照射毎に光電変換素子ＰＤが生成する電荷が各電荷蓄積部に振分けられて積算される電荷量を蓄積させる」という本実施形態と同様の処理を行うことにより、電荷蓄積部に対して距離の計測に必要な電荷量を蓄積させる蓄積回数を満たし、かつパルス光が連続して照射された場合にも人体に対する安全基準（アイセーフ）を満たすことができる。
【0118】
また、３個以上の複数の画素信号読み出し部ＲＵを備える構成についても、「各計測ゾーンの積算回数テーブルにおいて、背景光量（外光量）の各々に対応して積算回数が設定されているため、光パルス照射条件選択モードで計測された背景光量に対応した積算回数を選択する」という本実施形態と同様の処理を行うことにより、背景光量の影響により電荷蓄積部が飽和することを容易に抑制することができる。
【0119】
また、第１の実施形態及び第２の本実施形態においては、画素信号読み出し部ＲＵ１からＲＵ４の４個の構成において、画素信号読み出し部ＲＵ１を背景光の計測に固定して説明したが、３個以上の複数の画素信号読み出し部ＲＵを備える構成について、画素信号読み出し部ＲＵのいずれかを背景光用として固定することなく、画素信号読み出し部ＲＵの各々の蓄積電荷量をそれぞれ比較することにより、最小の蓄積電荷量の画素信号読み出し部ＲＵを、背景光を読み出す画素信号読み出し部ＲＵとして選択する構成であっても、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の処理を行うことにより、電荷蓄積部に対して距離の計測に必要な電荷量を蓄積させる蓄積回数を満たし、パルス光が連続して照射された場合にも人体に対する安全基準（アイセーフ）を満たし、かつ電荷蓄積部ＣＳの各々が飽和しない積算回数を求めることができる。
【符号の説明】
【0120】
１…距離画像撮像装置
２…光源部
３…受光部
３１…レンズ
３２…距離画像センサ（距離画像撮像素子）
３２１…画素回路
３２２…画素駆動回路
４…距離画像処理部
４１…タイミング制御部
４２…距離演算部
４３…測定制御部
４３１…初期稼働条件設定部
４３２…ゾーン判定部
４３３…ゾーン稼働条件設定部
４３４…稼働制御部
４３５…初期値記憶部
４３６…ゾーン別稼働条件記憶部
ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４…電荷蓄積部
ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３，ＦＤ４…フローティングディフュージョン
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…転送トランジスタ
ＧＤ…電荷排出トランジスタ
ＰＤ…光電変換素子
ＰＯ…光パルス
ＲＬ…反射光
ＲＴ１，ＲＴ２，ＲＴ３，ＲＴ４…リセットトランジスタ
Ｓ…被写体
ＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３，ＳＦ４…ソースフォロアトランジスタ
ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３，ＳＬ４…選択トランジスタ
２…光源部
３…受光部
３１…レンズ
３２…距離画像センサ（距離画像撮像素子）
３２１…画素回路
３２２…画素駆動回路
４…距離画像処理部
４１…タイミング制御部
４２…距離演算部
４３…測定制御部
４３１…初期稼働条件設定部
４３２…ゾーン判定部
４３３…ゾーン稼働条件設定部
４３４…稼働制御部
４３５…初期値記憶部
４３６…ゾーン別稼働条件記憶部
ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４…電荷蓄積部
ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３，ＦＤ４…フローティングディフュージョン
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…転送トランジスタ
ＧＤ…電荷排出トランジスタ
ＰＤ…光電変換素子
ＰＯ…光パルス
ＲＬ…反射光
ＲＴ１，ＲＴ２，ＲＴ３，ＲＴ４…リセットトランジスタ
Ｓ…被写体
ＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３，ＳＦ４…ソースフォロアトランジスタ
ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３，ＳＬ４…選択トランジスタ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】