CN113490862A - 摄像装置以及差异信息算出方法 - Google Patents

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Abstract

摄像装置(1)具备：发光部(4)，对被摄体照射光；以及固体摄像装置(2)，具有将接受的光转换为信号电荷的多个像素部(100)以及算出距离信息的信号处理部(20)，该距离信息示出到被摄体的距离，信号处理部(20)，在多个像素部(100)的至少一部分接受了由发光部(4)照射的光在被摄体反射的反射光的情况下，通过使用在多个像素部(100)被转换的多个信号电荷而进行的TOF即飞行时间方式，针对多个像素部(100)的每一个算出距离信息，并且针对多个像素部(100)中的至少一部分的1个以上的像素部(100)，算出差异信息，该差异信息示出与距离信息所示的距离有关的差异量。

Description

摄像装置以及差异信息算出方法
技术领域
本公开涉及获得被摄体的距离信息的摄像装置。
背景技术
以往已知的是利用TOF(Time Of Flight：飞行时间)方式进行测距，算出距离信息的摄像装置，该距离信息示出到被摄体的距离(例如参考专利文献1)。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1∶日本特开2018－136123号公报
发明内容
发明要解决的课题
在使用被算出的距离信息所示的距离来进行的处理中，有一些处理如果能够判别该距离的可信度，则该处理能够获得更恰当的结果(例如，针对距离地图进行的滤波处理等)。
于是，本公开的目的在于提供一种摄像装置等，该摄像装置能够判别被算出的距离信息所示的距离的可信度。
解决课题所采用的手段
本公开的一个方案涉及的摄像装置，具备：发光部，对被摄体照射光；以及固体摄像装置，所述固体摄像装置具有多个像素部以及信号处理部，所述多个像素部中的每一个像素部将接受的光转换为信号电荷，所述信号处理部算出距离信息，该距离信息示出到所述被摄体的距离，所述信号处理部，在所述多个像素部中的至少一部分接受了由所述发光部照射的光在所述被摄体反射的反射光的情况下，通过使用在所述多个像素部被转换的多个所述信号电荷而进行的TOF即飞行时间方式，针对所述多个像素部中的每一个像素部算出所述距离信息，并且针对所述多个像素部中的至少一部分的1个以上的像素部，算出差异信息，该差异信息示出与所述距离信息所示的距离有关的差异量。
本公开的一个方案涉及的差异信息算出方法，是由摄像装置进行的差异信息算出方法，所述摄像装置具备发光部，对被摄体照射光；以及固体摄像装置，所述固体摄像装置具有多个像素部以及信号处理部，所述多个像素部中的每一个像素部将接受的光转换为信号电荷，所述信号处理部算出距离信息，该距离信息示出到所述被摄体的距离，所述差异信息算出方法，包括：第1步骤，所述信号处理部，在所述多个像素部中的至少一部分，接受了由所述发光部照射的光在所述被摄体反射的反射光的情况下，通过使用在所述多个像素部被转换的多个所述信号电荷而进行的TOF方式，针对所述多个像素部中的每一个像素部算出所述距离信息；以及第2步骤，所述信号处理部，在所述多个像素部中的至少一部分接受了所述反射光的情况下，针对所述多个像素部中的至少一部分的1个以上的像素部，算出差异信息，该差异信息示出与所述距离信息有关的差异量。
发明效果
本公开提供一种摄像装置等，该摄像装置能够判别被算出的距离信息所示的距离的可信度。
附图说明
图1是示出实施方式1涉及的摄像装置的构成例的方框图。
图2是示出实施方式1涉及的信号处理部的构成例的方框图。
图3是示出实施方式1涉及的摄像部的构成例的方框图。
图4是示出实施方式1涉及的像素部的构成例的方框图。
图5是实施方式1涉及的第1曝光序列的定时图。
图6是实施方式1涉及的第1曝光序列的定时图。
图7是实施方式1涉及的第2曝光序列的定时图。
图8是示出实施方式2涉及的摄像装置的构成例的方框图。
图9是示出实施方式2涉及的信号处理部的构成例的方框图。
具体实施方式
本公开的一个方案涉及的摄像装置，具备：发光部，对被摄体照射光；以及固体摄像装置，具有多个像素部以及信号处理部，所述多个像素部中的每一个像素部将接受的光转换为信号电荷，所述信号处理部算出距离信息，该距离信息示出到所述被摄体的距离，所述信号处理部，在所述多个像素部中的至少一部分接受了由所述发光部照射的光在所述被摄体反射的反射光的情况下，通过使用在所述多个像素部被转换的多个所述信号电荷而进行的TOF即飞行时间方式，针对所述多个像素部中的每一个像素部算出所述距离信息，并且针对所述多个像素部中的至少一部分的1个以上的像素部，算出差异信息，该差异信息示出与所述距离信息所示的距离有关的差异量。
通过上述结构的摄像装置，算出差异信息，该差异信息示出与被算出的距离信息所示的距离有关的差异量。通过使用该差异信息，能够判别距离信息所示的距离的可信度。如上所述，通过上述结构的摄像装置，能够判别被算出的距离信息所示的距离的可信度。
此外可以是，所述多个像素部，构成像素阵列，该像素阵列被配置为矩阵状，所述信号处理部，针对所述多个像素部中的每一个像素部算出所述差异信息。
此外可以是，所述差异信息示出所述距离信息所示的到所述被摄体的距离的标准偏差。
此外可以是，所述信号处理部，针对所述多个像素部中的每一个像素部，算出发光成分受光量，并且根据所述发光成分受光量，算出该像素部的距离信息，所述发光成分受光量示出该像素的信号电荷内的所述反射光的受光成分，所述差异信息示出所述发光成分受光量的标准偏差。
此外可以是，所述发光部，作为所述光，照射脉冲状的光，所述信号处理部，针对所述多个像素部中的每一个像素部，根据该像素部对在第1期间接受的光和第2期间接受的光进行了转换的第1信号电荷、以及该像素部对在所述第2期间接受的光进行了转换的第2信号电荷，算出该像素的所述距离信息，所述第1期间是所述脉冲状的光停止照射以前开始的期间，所述第2期间是接在所述第1期间之后的期间，并且从所述第1期间的开始到该期间的结束为止的时间间隔，比所述脉冲状的光的照射期间长的期间。
本公开的一个方案涉及的差异信息算出方法，是由摄像装置进行的差异信息算出方法，所述摄像装置具备发光部，对被摄体照射光；以及固体摄像装置，所述固体摄像装置具有多个像素部以及信号处理部，所述多个像素部中的每一个像素部将接受的光转换为信号电荷，所述信号处理部算出距离信息，该距离信息示出到所述被摄体的距离，所述差异信息算出方法，包括：第1步骤，所述信号处理部，在所述多个像素部中的至少一部分，接受了由所述发光部照射的光在所述被摄体反射的反射光的情况下，通过使用在所述多个像素部被转换的多个所述信号电荷而进行的TOF方式，针对所述多个像素部中的每一个像素部算出所述距离信息；以及第2步骤，所述信号处理部，在所述多个像素部中的至少一部分接受了所述反射光的情况下，针对所述多个像素部中的至少一部分的1个以上的像素部，算出差异信息，该差异信息示出与所述距离信息有关的差异量。
通过上述结构的差异信息算出方法，算出差异信息，该差异信息示出与被算出的距离信息所示的距离有关的差异量。通过使用该差异信息，能够判别距离信息所示的距离的可信度。如上所述，通过上述结构的差异信息算出方法，能够判别被算出的距离信息所示的距离的可信度。
下面参考附图来说明本公开的一个方案涉及的摄像装置的具体例子。这里示出的实施方式均为本公开的一个具体示例。因此，以下实施方式中示出的数值、形状、构成要素、构成要素的配置以及连接形式等是一个例子，主旨并非限定本公开。此外，各图是示意图，并非是严谨的图示。
(实施方式1)
下面说明实施方式1涉及的摄像装置。该摄像装置通过TOF方式进行测距，TOF方式是利用到被摄体的光往返的飞行时间来进行测距的方式。该摄像装置，因为是对到被摄体的距离进行测量，所以有时称为测距摄像装置。
图1是示出实施方式1涉及的摄像装置1的构成例的方框图。
如图1所示，摄像装置1具备固体摄像装置2、控制部3、以及发光部4。
控制部3输出发光信号和曝光信号，发光信号是指示向被摄体照射光的信号，曝光信号是指示背景光的曝光的信号，该背景光基于来自该被摄体的反射光以及太阳光等而产生的光。控制部3，例如由存储器以及处理器来实现，该处理器执行存储在存储器中的程序。
发光部4，具有发光元件，按照从控制部3输出的发光信号，对被摄体照射脉冲状的光。发光元件，例如由激光二极管、垂直腔面发射激光器(VCSEL：Vertical Cavity SurfaceEmitting LASER)，发光二极管(LED：Light emitting device)等来实现。照射光例如是红外光。
固体摄像装置2，具有摄像部10和信号处理部20。固体摄像装置2，例如由COMS图像传感器来实现。
摄像部10具有像素阵列30，该像素阵列30由多个像素部100(图1中未图示。在后述的图3、图4中图示。)以阵列状配置来构成，所述多个像素部的每一个像素部将接受的光转换为信号电荷。
像素阵列30，接受从发光部4照射的光在被摄体反射的反射光。此外，像素阵列30，还接受基于太阳光等的背景光。像素阵列30，按照从控制部3输出的曝光信号进行曝光。
摄像部10，在像素阵列30曝光时，输出多个像素信号，该多个像素信号分别与构成像素阵列30的多个像素部100的每一个像素部对应。
图2是示出信号处理部20的构成例的方框图。
如图2所示，信号处理部20包括系数决定部201、距离算出部202、以及距离差异算出部203。信号处理部20，例如由逻辑电路来实现。或者例如由存储器、以及执行存储在存储器中的程序的处理器来实现。
系数决定部201，决定系数，该系数是与从摄像部10输出的多个像素信号相乘的系数。关于系数决定部201如何决定系数，会在后面说明。
距离算出部202，根据从摄像部10输出的多个像素信号以及由系数决定部201决定的系数，针对多个像素部的每一个像素部算出距离信号，该距离信号示出到被摄体的距离。关于距离算出部202如何算出距离信号，会在后面说明。
距离差异算出部203，根据从摄像部10输出的多个像素信号以及由系数决定部201决定的系数，算出距离差异信号，该距离差异信号示出由距离信号所示的距离的差异量。关于距离差异算出部203如何算出距离差异信号，会在后面说明。
图3是示出摄像部10的构成例的方框图。
图3所示，摄像部10具备：像素阵列30、像素阵列控制部11、垂直扫描部12、列处理部13、水平扫描部14、输出缓冲器15。
像素阵列30包括以矩阵状配置的多个像素部100、以及按照每个列配置的多个垂直信号线16。
在像素阵列30中，在列方向上排列的像素部100包含的传输通道104(后述)，在列方向上以直线状连结，从而按每个列形成传输通道17。
图4是示出像素部100的构成例的模式图。
如图4所示，像素部100具备：光电转换部101、多个电荷蓄积部102(第1电荷蓄积部102a、第2电荷蓄积部102b、第3电荷蓄积部102c为例)、多个读出栅极106(第1读出栅极106a、第2读出栅极106b、第3读出栅极106c为例)、输出控制栅极113、浮置扩散层114、复位栅极115、复位漏极116、读出电路117、多个曝光控制栅极108(曝光控制栅极108a、曝光控制栅极108b为例)、多个溢出漏极109(溢出漏极109a、溢出漏极109b为例)。
光电转换部101将接受的光转换为信号电荷。
读出栅极106，从光电转换部101读出信号电荷。
电荷蓄积部102，对从读出栅极106读出的信号电荷进行蓄积。电荷蓄积部102，由在栅极绝缘膜下的用于传输信号电荷的传输通道104(CCD通道104)和栅极绝缘膜上的传输电极105(传输电极105a、传输电极105b、传输电极105c、传输电极105d、传输电极105e、以及传输电极105f中的任一个为例)来构成。即如图4示出，电荷蓄积部102包括传输通道104的一部分、以及在半导体基板的平面图中与传输通道104的一部分重叠的传输电极105的一部分。此外，如图4示出，在每一个像素部100a中，有1个传输通道104。如上所述，在像素阵列30中，在列方向上排列的各个像素部100的传输通道104，在列方向上以直线状连结。从而，在像素阵列30，按照每个列形成传输通道17。
在本实施方式中，将被施加到传输电极105a、传输电极105b、传输电极105c、传输电极105d、传输电极105e、以及传输电极105f的电压，分别设为VG1、VG2、VG3、VG4、VG5、以及VG6。
第1电荷蓄积部102a和第2电荷蓄积部102b和第3电荷蓄积部102c进行六相驱动。
第1电荷蓄积部102a和第2电荷蓄积部102b和第3电荷蓄积部102c，在从像素阵列控制部11被施加成为High电压的VG1和VG3和VG5时，分别被形成在与第1读出栅极106a和第2读出栅极106b和第3电荷蓄积部102c邻接的位置、并且传输电极105的深度方向上的下方(这里是指，在传输电极105a和传输电极105c和传输电极105e的深度方向上的下方)。
溢出漏极109，用于从光电转换部101排出信号电荷。
曝光控制栅极108，对上述的向溢出漏极109的排出进行控制。
浮置扩散层114，从多个电荷蓄积部102(这里是指第1电荷蓄积部102a、第2电荷蓄积部102b、第3电荷蓄积部102c)中的1个电荷蓄积部，接受蓄积在该电荷蓄积部102的信号电荷的传输，并且保持。
输出控制栅极113，对向浮置扩散层114的传输进行控制。
读出电路117，将保持在浮置扩散层114的信号电荷转换为电压，从像素部100读出到垂直信号线16。例如，读出电路117包括栅极与浮置扩散层114连接的源极跟踪晶体管、以及与源极跟随晶体管串联连接的选择晶体管。例如由选择晶体管选择读出电路117，从而保持在浮置扩散层114的信号电荷，通过该读出电路117，被转换为电压信号，被读出到垂直信号线16。
从像素阵列控制部11，向曝光控制栅极108a以及曝光控制栅极108b分别施加驱动脉冲ODG，向第1读出栅极106a、第2读出栅极106b以及第3读出栅极106c分别施加驱动脉冲TG1、TG2、以及TG3，向传输电极105a～105f分别施加驱动脉冲VG1～VG6。在曝光时，High电压被施加到VG1和VG3和VG5，Low电压被施加到其他电极，从而在施加了High电压的传输电极105之下能够蓄积电荷。即，通过被施加了High电压的传输电极105(这里是指传输电极105a、传输电极105c、传输电极105e)和在其下方重叠的传输通道104，形成电荷蓄积部102(这里是指第1电荷蓄积部102a、第2电荷蓄积部102b、第3电荷蓄积部102c)。
作为初始状态，ODG为High状态，光电转换部101为复位状态。此外，第1读出栅极106a和第2读出栅极106b和第3读出栅极106c为Low状态(不被激活的状态)，传输电极105a和传输电极105c和传输电极105e被保持为High状态(被激活的状态)的第1电荷蓄积部102a和第2电荷蓄积部102b和第3电荷蓄积部102c，与光电转换部101为电切断的状态。在该状态下，在光电转换部101生成的信号电荷，经由曝光控制栅极108排出到溢出漏极109。
再回到图3，继续说明摄像部10的结构。
像素阵列控制部11，根据从控制部3输出的曝光信号，对构成像素阵列30的多个像素部100进行控制。
垂直扫描部12，针对从构成像素阵列30的多个像素部100读出的信号电荷，以行单位进行扫描，换言之依次选择每一个列，输出到按每个列配置的多个垂直信号线16。
列处理部13，接收被输出到多个垂直信号线16的信号电荷，实施相关双采样(CDS：correlated double sampling)，作为像素信号来输出。
水平扫描部14，扫描从列处理部13输出的像素信号，换言之依次选择每一个并输出。有时列处理部13可以按多个垂直信号线16的每个列，具有用于转换为数字信号的A/D转换电路。
输出缓冲器15，输出从水平扫描部14接受的像素信号。
具有上述结构的像素部100，是输出用于算出一个距离信号所需要的信号的单位单元。
下面针对具有上述结构的摄像装置1进行的动作，参考附图进行说明。
图5、图6是示出在第1曝光序列中的发光部4的发光定时、像素部100的曝光以及信号蓄积定时、分别经由第1读出栅极106a和第2读出栅极106b和第3读出栅极106c被蓄积到电荷蓄积部102的信号电荷的曝光状态的定时图。
第1曝光序列由第1曝光期间、第2曝光期间以及第3曝光期间构成，第1曝光期间是与由控制部3进行控制定时的发光部4的脉冲状的光的照射开始到照射结束为止的时间Tp同步的期间，第2曝光期间是从脉冲状的光的照射结束起经过了时间Tp为止的期间，第3曝光期间是从第2曝光期间结束起经过了时间Tp为止的期间。
在第1曝光序列开始时，通过控制部3的指示，从发光部4以时间Tp的间隔照射脉冲状的光。被照射的脉冲状的光在被摄体反射的反射光，在延迟了时间Td之后，到达像素部100，在光电转换部101被转换为信号电荷，该时间Td与从摄像装置1的距离相对应。
图5是在第1曝光期间和第2曝光期间中，由光电转换部101接受脉冲状的反射光的事例1的情况下的定时图，即被摄体位于比较近的位置的情况下的定时图。图6是在第2曝光期间和第3曝光期间中，由光电转换部101接受脉冲状的反射光的事例2的情况下的定时图，即被摄体位于比较远的位置的情况下的定时图。
通过控制部3的指示，像素阵列控制部11，与开始第1曝光期间的时刻t11同步地使ODG从High状态(被激活的状态)转移到Low状态(不被激活的状态)，与此并行地使第1读出栅极106a和第2读出栅极106b和第3读出栅极106c都从Low状态(不被激活的状态)转移到High状态(被激活的状态)。
通过像素阵列控制部11的上述动作，停止从光电转换部101向溢出漏极109的信号电荷的排出，并且通过接受从发光部4照射的脉冲状的光的反射光中在第1曝光期间到达光电转换部101的光，以及在第1曝光期间到达的该反射光以外的背景光，而在光电转换部101产生的信号电荷，经由第1读出栅极106a蓄积到第1电荷蓄积部102a，经由第2读出栅极106b蓄积到第2电荷蓄积部102b，经由第3读出栅极106c蓄积到第3电荷蓄积部102c。从而，从光电转换部101产生的信号电荷，分为大致1/3分别蓄积到第1电荷蓄积部102a和第2电荷蓄积部102b和第3电荷蓄积部102c。
接下来在第2曝光期间中，通过控制部3的指示，像素阵列控制部11，在开始定时的时刻t12，使第1读出栅极106a从High状态(被激活的状态)转移到Low状态(不被激活的状态)。从而停止向第1电荷蓄积部102a蓄积信号电荷。
通过像素阵列控制部11的上述动作，通过接受在第2曝光期间到达光电转换部101的反射光以及在第2曝光期间到达的背景光，而在光电转换部101产生的信号电荷，经由第2读出栅极106b蓄积到第2电荷蓄积部102b，经由第3读出栅极106c蓄积到第3电荷蓄积部102c。从而在光电转换部101产生的信号电荷被分为大致一半分别蓄积到第2电荷蓄积部102b和第3电荷蓄积部102c。
接下来在第3曝光期间中，通过控制部3的指示，像素阵列控制部11在开始定时的时刻t13，使第2读出栅极106b从High状态(被激活的状态)转移到Low状态(不被激活的状态)。从而停止向第2电荷蓄积部102b蓄积信号电荷。
通过像素阵列控制部11的上述动作，通过接受在第3曝光期间到达光电转换部101的反射光以及在第3曝光期间到达的背景光，而在光电转换部101产生的信号电荷，全部经由第3读出栅极106c，蓄积到第3电荷蓄积部102c。
在第3曝光期间结束的时刻t14，通过控制部3的指示，像素阵列控制部11，使第3读出栅极106c从High状态(被激活的状态)转移到Low状态(不被激活的状态)，从而停止向第3电荷蓄积部102c蓄积信号电荷，并且使OGD从Low状态转移到High状态，从而使曝光控制栅极108成为导通状态。从而光电转换部101恢复到复位状态。
下面在第1曝光序列结束的时刻，经由第1读出栅极106a被蓄积到第1电荷蓄积部102a的信号电荷设为P0，经由第2读出栅极106b蓄积到第2电荷蓄积部102b的信号电荷设为P1，经由第3读出栅极106c蓄积到第3电荷蓄积部102c的信号电荷设为P2。
信号电荷P0、信号电荷P1、信号电荷P2，通过信号电荷的读出动作，从各个像素部100以光栅扫描的顺序，分别作为像素信号P0、像素信号P1、像素信号P2被输出到信号处理部20，并保持在信号处理部20。
接下来说明信号电荷的读出动作。这里以读出信号电荷P0的情况为例进行说明，并且对于其他的信号电荷也同样。
通过控制部3的指示，像素阵列控制部11，在所有像素部100中，使保持在第1电荷蓄积部102a的信号电荷P0，通过伴随施加给传输电极105a～105f的VG1～VG6的六相驱动脉冲施加的电荷传输，移动到施加VG6的传输电极105f之下。
通过像素阵列控制部11的指示，垂直扫描部12，针对规定的1行的像素部100，以输出控制栅极113为不被激活的状态下，使复位栅极115激活，将残存在浮置扩散层114的不需要的电荷排出到复位漏极116之后，使读出电路117激活，使无信号电压输出向垂直信号线16输出。
通过垂直扫描部12的指示，列处理部13，保持输出给各个列的垂直信号线16的无信号电压。
接下来垂直扫描部12，针对相同行的像素部100，以输出控制栅极113为不被激活的状态下，使复位栅极115被激活，将残存在浮置扩散层114的不需要的电荷排出到复位漏极116之后，使输出控制栅极113激活，从而将保持在传输电极105f下的信号电荷P0传输给浮置扩散层114之后，使读出电路117被激活，使信号电荷P0的信号电压输出向垂直信号线16输出。
通过垂直扫描部12的指示，列处理部13，根据各个列的前端保持的无信号电压和信号电荷P0的信号电压，实施相关双采样，将各个列的像素信号P0向水平扫描部14输出并保持。
通过垂直扫描部12的指示，水平扫描部14，通过依次扫描从列处理部13输出保持的一行的像素信号P0群，从而在水平方向上依次选择与规定的行的像素部100对应的像素信号P0，经由输出缓冲器15，输出给信号处理部20。
垂直扫描部12，将从上述的无信号电压的输出控制到水平扫描部14进行的一行的像素信号P0的输出控制为止的一连串的动作，按照各行依次实施，使与各个像素部100对应的全部像素信号P0，经由输出缓冲器15，从摄像部10以光栅扫描来输出。
图7是示出第2曝光序列中的像素部100的曝光以及信号蓄积定时、分别经由第1读出栅极106a和第2读出栅极106b和第3读出栅极106c被蓄积到电荷蓄积部102的信号电荷的曝光状态的定时图。
第2曝光序列由第1曝光期间、第2曝光期间以及第3曝光期间构成，第1曝光期间是与第1曝光序列中的从发光部4的脉冲状的光的照射开始到照射结束为止的时间Tp相同长度的期间，第2曝光期间是从第1曝光期间的结束起经过了时间Tp为止的期间，第3曝光期间是从第2曝光期间结束起经过了时间Tp为止的期间。
在第2曝光序列中，从发光部4不照射脉冲状的光。
通过控制部3的指示，像素阵列控制部11，与开始第1曝光期间的时刻t21同步地使ODG从High状态转移到Low状态，与此并行地使第1读出栅极106a和第2读出栅极106b和第3读出栅极106c都从Low状态(不被激活的状态)转移到High状态(被激活的状态)。
通过像素阵列控制部11的上述动作，停止从光电转换部101向溢出漏极109的信号电荷的排出，并且通过接受背景光而在光电转换部101产生的信号电荷，经由第1读出栅极106a蓄积到第1电荷蓄积部102a，经由第2读出栅极106b蓄积到第2电荷蓄积部102b，经由第3读出栅极106c蓄积到第3电荷蓄积部102c。从而，从光电转换部101产生的信号电荷，分为大致1/3分别蓄积到第1电荷蓄积部102a和第2电荷蓄积部102b和第3电荷蓄积部102c。
接下来在第2曝光期间中，通过控制部3的指示，像素阵列控制部11，在开始定时的时刻t22，使第1读出栅极106a从High状态(被激活的状态)转移到Low状态(不被激活的状态)。从而，停止向第1电荷蓄积部102a蓄积信号电荷。
通过像素阵列控制部11的上述动作，通过接受在第2曝光期间到达的背景光，而在光电转换部101a产生的信号电荷，经由第2读出栅极106b蓄积到第2电荷蓄积部102b，经由第3读出栅极106c蓄积到第3电荷蓄积部102c。从而在光电转换部101a产生的信号电荷被分为大致一半，分别蓄积到第2电荷蓄积部102b和第3电荷蓄积部102c。
接下来在第3曝光期间中，通过控制部3的指示，像素阵列控制部11在开始定时的时刻t23，使第2读出栅极106b从High状态(被激活的状态)转移到Low状态(不被激活的状态)。从而停止向第2电荷蓄积部102b蓄积信号电荷。
通过像素阵列控制部11的上述动作，通过接受在第3曝光期间到达的背景光，而在光电转换部101产生的信号电荷，全部经由第3读出栅极106c，蓄积到第3电荷蓄积部102c。
在第3曝光期间结束的时刻t24，通过控制部3的指示，像素阵列控制部11，使第3读出栅极106c从High状态(被激活的状态)转移到Low状态(不被激活的状态)，从而停止向第3电荷蓄积部102c蓄积信号电荷，并且使OGD从Low状态转移到High状态，从而使曝光控制栅极108成为导通状态。从而光电转换部101恢复到复位状态。
下面在第2曝光序列的结束时刻，经由第1读出栅极106a被蓄积到第1电荷蓄积部102a的信号电荷设为B0，经由第2读出栅极106b蓄积到第2电荷蓄积部102b的信号电荷设为B1，经由第3读出栅极106c蓄积到第3电荷蓄积部102c的信号电荷设为B2。
信号电荷B0、信号电荷B1、信号电荷B2，通过信号电荷的读出动作，从各个像素部100以光栅扫描的顺序，分别作为像素信号B0、像素信号B1、像素信号B2被输出到信号处理部20，并保持在信号处理部20。
像素信号B0，与像素信号P0包含的背景光成分(图5或者图6中的信号电荷S1Xb)相等，像素信号B1，与像素信号P1包含的背景光成分(图5或者图6中的信号电荷S1Yb)相等，像素信号B2，与像素信号P2包含的背景光成分(图5或者图6中的信号电荷S1Zb)相等。
在所有像素部100中，在像素信号P0、像素信号P1、像素信号P2、像素信号B0、像素信号B1、像素信号B2被保持在信号处理部20时，系数决定部201，针对各个像素部100，根据像素信号P0、像素信号P1、像素信号P2、像素信号B0、像素信号B1、像素信号B2，来决定由距离算出部202和距离差异算出部203使用的系数。更具体而言，系数决定部201，针对各个像素部100，按照下列(条件1)以及(条件2)，决定由下列(式1)或者(式2)所规定的像素信号系数值k01、k02、k03、k04、k05、k06、k07、k08、k09、k10、k11、k12、k13、k14、k15、以及k16。
在P0－B0≥P2－B2－P1+B1的情况下，···(条件1)
k01＝－2
k02＝+1
k03＝+1
k04＝+2
k05＝－1
k06＝－1
k11＝+1
k12＝+1
k13＝+1
k14＝－1
k15＝－1
K16＝－1···(式1)
在P0－B0<P2－B2－P1+B1情况下，···(条件2)
k01＝0
k02＝0
k03＝+2
k04＝0
k05＝0
k06＝－2
k11＝0
k12＝+1
k13＝+1
k14＝0
k15＝－1
K16＝－1···(式2)
这里在(条件1)为真的情况下，相当于被摄体位于比较近的位置的事例1，在(条件2)为真的情况下，相当于被摄体位于比较远的位置的事例2。
在通过系数决定部201决定了像素信号系数值时，距离算出部202，针对各个像素部100，以(式3)来算出距离信号Dout。
Dout＝K'×(k01×P0+k02×P1+k03×P2+k04×B0+k05×B1+k06×B2)/(k11×P0+k12×P1+k13×P2+k14×B0+k15×B1+k16×B2)
···(式3)
这里K'是将光速(299,792,458m/s)设为c，将发光部4的脉冲照射光的时间宽度设为Tp时，相当于c×Tp/2的常数。
在将(式1)代入到(式3)时，
Dout＝K'×(P1+P2－2P0)－(B1+B2－2B0)/((P0+P1+P2)－(B0+B1+B2))。
在该式中，距离信号Dout示出事例1中的到被摄体的距离。
在将(式2)代入到(式3)时，
Dout＝K'×2×(P2－B2)/((P1+P2)－(B1+B2))。
在该式中，距离信号Dout示出事例2中的到被摄体的距离。
由此距离算出部202，算出距离信号Dout，该距离信号Dout示出到被摄体的距离。
距离差异算出部203，算出距离差异信号DV，该距离差异信号DV示出由距离信号Dout所示的距离的标准偏差。下面对距离差异算出部203如何算出距离差异信号DV进行说明。
在系数决定部201决定了像素信号系数值时，距离差异算出部203，针对各个像素部100，根据(式4)和(式5)算出中间信号S1(Dout的分子成分)和受光量信号IRR(Dout的分母成分)。在此受光量信号IRR是示出在光电转换部101接受的光中的不包括背景光成分，只有反射光成分的受光量的信号。
S1＝k01×P0+k02×P1+k03×P2+k04×B0+k05×B1+k06×B2
···(式4)
IRR＝k11×P0+k12×P1+k13×P2+k14×B0+k15×B1+k16×B2
···(式5)
这里为了算出距离信号的差异量，能够使用由(式6)示出的误差的传播公式。
Z＝f(x1，x2，x3，x4，…，xn)
[数式1]
Figure BDA0003231133750000151
此外，像素信号P0，在将信号电荷设为e(P0)，从信号电荷转换为像素信号的转换系数设为Kh时，由下式(式7)来表示。
P0＝Kh×e(P0)···(式7)
在此，将成为像素信号P0的差异原因的散粒噪声的标准偏差设为σ(P0)时(式8)成立，能够变形为(式9)。
[数式2]
Figure BDA0003231133750000161
[数式3]
σ(P0)2＝Kh2×e(P0)＝Kh×P0
···(式9)
关于其他像素信号P1、P2、B0、B1、B2也同样。
距离差异算出部203，将以(式3)算出的距离信号Dout所示的距离的差异，作为标准偏差来算出。即，距离差异算出部203，针对各个像素部100，根据误差传播公式(式6)、(式4)、(式5)、(式9)，将距离差异信号DV使用下式(式10)来算出，该距离差异信号DV示出距离信号Dout所示的距离的标准偏差。
[数式4]
Figure BDA0003231133750000162
在以(式10)算出的距离差异信号DV，增加了相当于背景光成分的像素信号B0、像素信号B1、像素信号B2，无论在被摄体位于比较近的位置的事例1还是在被摄体位于比较远的位置的事例2的情况下，均能够恰当地反映噪声的传播状态。因此，能够使用距离差异信号DV，来判断距离信号Dout所示的距离的可信度。
如上所述，通过摄像装置1，能够判别算出的距离信息即距离信号Dout所示的距离的可信度。
(实施方式2)
下面针对实施方式2涉及的摄像装置进行说明。
图8是示出实施方式2涉及的摄像装置1a的构成例的一例的方框图。
如图8所示，摄像装置1a与实施方式1涉及的摄像装置1的不同之处是，摄像装置1的信号处理部20变更为信号处理部20a来构成。此外随着该变更，摄像装置1a，与实施方式1涉及的摄像装置1的不同之处是，摄像装置1的固体摄像装置2变更为固体摄像装置2a来构成。
实施方式1涉及的信号处理部20被构成为，算出距离信号Dout、以及距离差异信号DV。相对于此，信号处理部20a，算出距离信号Dout、受光量信号IRR、以及受光量差异信号，该受光量差异信号示出由受光量信号IRR所示的受光量的差异量。
图9是示出信号处理部20a的构成例的方框图。
如图9所示，信号处理部20a的结构包括系数决定部201、距离算出部202、受光量算出部204、受光量差异算出部205。信号处理部20a，例如由逻辑电路来实现。或者例如由存储器、以及执行存储在存储器中的程序的处理器来实现。
受光量算出部204，根据从摄像部10输出的多个像素信号、以及由系数决定部201而被决定的系数，算出受光量信号IRR。更具体而言，受光量算出部204，以(式5)来算出受光量信号IRR。
受光量差异算出部205，根据从摄像部10输出的多个像素信号、以及由系数决定部201而被决定的系数，算出受光量差异信号，该受光量差异信号示出由受光量信号IRR所示的受光量的差异量。
下面针对受光量差异算出部205如何算出受光量差异信号进行说明。
受光量差异算出部205，算出受光量差异信号IRV，该受光量差异信号IRV示出由受光量信号IRR所示的受光量的标准偏差。
受光量差异信号IRV，以如下的(式11)来算出，该(式11)是由误差传播公式(式6)、(式5)来导出的公式。
[数式5]
Figure BDA0003231133750000171
因此，受光量差异算出部205，在针对各个像素部100由系数决定部201决定了像素信号系数值时，分别针对相应的像素部100，以如下的(式12)算出受光量差异信号IRV，该(式12)是利用(式9)对(式11)进行了变形的公式。
[数式6]
Figure BDA0003231133750000181
在以(式12)算出的受光量差异信号IRV，增加了相当于背景光成分的像素信号B0、像素信号B1、像素信号B2，无论在被摄体位于比较近的位置的事例1还是在被摄体位于比较远的位置的事例2的情况下，均能够对各个像素部100恰当地反映噪声的传播状态。
在此，仅示出反射光成分的受光量的受光量信号IRR和增加了背景光成分的受光量差异信号IRV的比，相当于距离信号Dout所示的距离的SNR。因此，能够使用受光量差异信号IRV，来判断距离信号Dout所示的距离的可信度。
如上所述，通过摄像装置1，能够判别算出的距离信息即距离信号Dout所示的距离的可信度。
此外，(式12)的运算量，比(式10)的运算量少。因此，信号处理部20a，比起实施方式1涉及的信号处理部20，具有逻辑回路或者处理器进行的处理的负担轻的优点。
(补充)
以上关于本公开的一个方案涉及的摄像装置，根据实施方式1～实施方式4进行了说明，但是本公开并非被这些实施方式所限定。在不脱离本公开的主旨的范围内，将本领域技术人员所能够想到的各种变形执行于这些实施方式而得到的形态、对不同的实施方式中的构成要素进行组合而构成的形态也包括在本公开的一个或多个方案的范围内。
在实施方式1中说明了摄像装置1，针对各个像素部100算出距离差异信号DV。然而摄像装置1，只要能够对多个像素部100的至少一部分的1个以上的像素部100算出距离差异信号DV，则没有必要限定为在各个像素部100算出距离差异信号DV的结构。例如，摄像装置1也可以是如下结构，从所有的像素部100中，留下1个以上的像素部100，间除其他的像素部100，并对没有进行间除的1个以上的像素部100分别算出距离差异信号DV。
此外，在实施方式2中说明了摄像装置1a，针对各个像素部100算出受光量差异信号IRV。然而摄像装置1，只要能够对多个像素部100的至少一部分的1个以上的像素部100算出受光量差异信号IRV，则没有必要限定为对各个像素部100算出受光量差异信号IRV的结构。例如，摄像装置1也可以是如下结构，从所有的像素部100中，留下1个以上的像素部100，间除其他的像素部100，并对没有进行间除的1个以上的像素部100分别算出受光量差异信号IRV。
工业实用性
本发明能够广泛利用于获得被摄体的距离图像的摄像装置。
符号说明
1 摄像装置
2 固体摄像装置
3 控制部
4 发光部
10 摄像部
11 像素阵列控制部
12 垂直扫描部
13 列处理部
14 水平扫描部
15 输出缓冲器
16 垂直信号线
17，104 传输通道
20，20a 信号处理部
30 像素阵列
100 像素部
101 光电转换部
102 电荷蓄积部
102a 第1电荷蓄积部
102b 第2电荷蓄积部
102c 第3电荷蓄积部
105，105a，105b，105c，105d，105e，105f 传输电极
106 读出栅极
106a 第1读出栅极
106b 第2读出栅极
106c 第3读出栅极
108，108a，108b 曝光控制栅极
109，109a，109b 溢出漏极
113 输出控制栅极
114 浮置扩散层
115 复位栅极
116 复位漏极
117 读出电路
201 系数决定部
202 距离算出部
203 距离差异算出部
204 受光量算出部
205 受光量差异算出部

Claims (6)

1.一种摄像装置，具备：
发光部，对被摄体照射光；以及
固体摄像装置，具有多个像素部以及信号处理部，所述多个像素部中的每一个像素部将接受的光转换为信号电荷，所述信号处理部算出距离信息，该距离信息示出到所述被摄体的距离，
所述信号处理部，在所述多个像素部中的至少一部分接受了由所述发光部照射的光在所述被摄体反射的反射光的情况下，通过使用在所述多个像素部被转换的多个所述信号电荷而进行的TOF即飞行时间方式，针对所述多个像素部中的每一个像素部算出所述距离信息，并且针对所述多个像素部中的至少一部分的1个以上的像素部，算出差异信息，该差异信息示出与所述距离信息所示的距离有关的差异量。
2.如权利要求1所述的摄像装置，
所述多个像素部，构成像素阵列，该像素阵列被配置为矩阵状，
所述信号处理部，针对所述多个像素部中的每一个像素部算出所述差异信息。
3.如权利要求1或2所述的摄像装置，
所述差异信息，示出所述距离信息所示的到所述被摄体的距离的标准偏差。
4.如权利要求1或2所述的摄像装置，
所述信号处理部，针对所述多个像素部中的每一个像素部，算出发光成分受光量，并且根据所述发光成分受光量，算出该像素部的距离信息，所述发光成分受光量示出该像素的信号电荷内的所述反射光的受光成分，
所述差异信息，示出所述发光成分受光量的标准偏差。
5.如权利要求1至4的任一项所述的摄像装置，
所述发光部，作为所述光，照射脉冲状的光，
所述信号处理部，针对所述多个像素部中的每一个像素部，根据该像素部对在第1期间接受的光和第2期间接受的光进行了转换的第1信号电荷、以及该像素部对在所述第2期间接受的光进行了转换的第2信号电荷，算出该像素的所述距离信息，所述第1期间是所述脉冲状的光停止照射以前开始的期间，所述第2期间是接在所述第1期间之后的期间，从所述第1期间的开始到该期间的结束为止的时间间隔，比所述脉冲状的光的照射期间长的期间。
6.一种差异信息算出方法，是由摄像装置进行的差异信息算出方法，所述摄像装置具备发光部，对被摄体照射光；以及固体摄像装置，所述固体摄像装置具有多个像素部以及信号处理部，所述多个像素部中的每一个像素部将接受的光转换为信号电荷，所述信号处理部算出距离信息，该距离信息示出到所述被摄体的距离，
所述差异信息算出方法，包括：
第1步骤，所述信号处理部，在所述多个像素部中的至少一部分，接受了由所述发光部照射的光在所述被摄体反射的反射光的情况下，通过使用在所述多个像素部被转换的多个所述信号电荷而进行的TOF方式，针对所述多个像素部中的每一个像素部算出所述距离信息；以及
第2步骤，所述信号处理部，在所述多个像素部中的至少一部分接受了所述反射光的情况下，针对所述多个像素部中的至少一部分的1个以上的像素部，算出差异信息，该差异信息示出与所述距离信息有关的差异量。
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