JP2011520116A - バックグランド放射光の抑制に有利なｔｏｆ領域 - Google Patents

Abstract

放射光の飛行時間を測定する方法は、第１の変調信号に応じて変調光（５１）を放出するステップと、シーン（５５）に変調光（５１）を投影するステップと、放射光を受光するステップとを含み、受光した上記放射光は、少なくとも、シーン（５５）によって反射された変調光を含んでいる。受光した上記放射光（２６、２７）は、放射光により誘起する電気信号に変換される。上記放射光により誘起する電気信号は第２の変調光と混合され、従って、混合信号を生成する。混合信号は、積分され、従って、積分信号を生成する。上記積分信号が閾値（Ｖ_ｒｅｆ）を超えるとき、電荷は積分信号に注入される。上記方法は、第１及び第２の変調信号の変化を時間内に１または複数の期間で適合するステップと、時間内の１または複数の期間で積分信号を測定するステップとを含み、従って、少なくとも１つのＴＯＦペアの信号の差（６２）を取得するステップを含んでいる。上記測定するステップは、単一の検出器ノード（３８）を使用するステップと、ＴＯＦペアの信号の差（６２）を取得するために、メモリエレメント（２５）を連結させるステップを含んでいる。上記方法は、更に、放射光の飛行時間を決定するための１または複数のＴＯＦペアの信号の差を使用するステップを含む。

Description

本発明は、飛行時間（ＴＯＦ）測定のための距離測定センサ及びその方法の分野に関する。特に、本発明は、バックグランド放射光の操作を効果的に実現するため、とりわけ、可変のバックグランド放射光の状態において、バックグランド放射光の抑制を効果的に実現するために適合されるこのような装置及び方法に関する。上記放射光は可視光または、赤外光である。

領域発見アプリケーションのための飛行時間（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ））測定の使用の基本原理は、放射光がかかる時間はどのくらいか、例えば、未知数の距離を移動する光子を測定することである。上記未知数の距離は、飛行時間と光のような放射光の既知の速さとの組み合わせから測定されることにより、推定することができる。

距離測定をするための方法であるＴＯＦ測定のような光源を調節する様々な方法は、当業者によって知られており、特許や科学文献に記述されている。これら領域発見システムのほとんどは、入力した光電流を、例えば、推定距離の位相または期間を発見するために、復調することに使用されるミキサーのような受信機に使用している。上記光電流は、通常は参照信号と混合している。

問題は、有用なＴＯＦ光から元の信号における背景光から効果的に元の信号を分割することである。この有用なＴＯＦ光は、調節された光源から放射している。このときのある領域において存在しており、距離が測定された上記背景光は、この同じ領域における現在の光より複数桁大きく、例えば、６桁より大きく、調整された光源から発せられている。波長の違いに基づいたＴＯＦ光からの可視背景光を減衰する光学フィルタを使用することによって、いくつかの領域におけるこの大きな差分を減らす方法が文献から知られている。この方法により大規模な削減ができる。狭帯域光学通過フィルタ及び有用なＴＯＦ光の発生のための狭帯域レーザー光源の使用において、２桁は超えるかもしれない。しかし、ＬＥＤ光源は、これらの輝度がより高くなるにつれ、今後のＴＯＦ領域測定器のための光源を好む、つまりこれらは、ワットの光を放射し、一方で、レーザーはミリワットの光を目に安全という理由で自由空間に放射する。

ＵＳ−７２６８８５８において、装置が、大型背景光の信号に存在しているＴＯＦ信号を測定することが記載されている。これは、余分に引き込まれた現在の背景光を連続して補正するためのトランジスタが使用されている。それゆえ、この技術は、回路のトランジスタのノイズを増加する。従って、信号対雑音比及び距離の正確さが低下する。

より良い信号対雑音比は、特定の時間間隔でキャパシタンスに電荷を蓄積することによって得られる。そして、コンデンサの値をサンプリングし、事後測定のためにその値をリセットする。これは、既知の、例えば、動作中の画素である標準画像を用いた技術である。以下、これをキャパシタンス積分という。上記方法の重要な欠点は、ダイナミックレンジの上端の限界がコンデンサの飽和によることである。キャパシタンス積分は、信号対雑音比を同じように最適化するためのＴＯＦ画像化に再利用されている。しかし、キャパシタンス積分は、残念ながら、有用であり背景光であるこのダイナミックレンジの上端の限界によって、背景光の存在下で急速に失敗する。これを図２Ａ及び図２Ｂに示す。図２Ａは、キャパシタンス積分にて実装されている典型的な先行技術の飛行時間センサの過度出力信号の一例を示す。これらのセンサミキシングは、非対称に１及び−１ではなく、１及び０の乗算によって典型的に実行される。それゆえ、背景光は、出力信号１０及び１１の両方を平等になるような信号に変換する。上記ＴＯＦの有用な信号は、差１２を含む。図２Ｂによると、多量の背景光の成分は、現在、出力信号１４及び１５であり、抽出されたｔ_{ｓａｍｐｌｅ}より前にグランドで飽和させ、必要とされる差の情報をなくす。これを解決するための簡単な方法は、積分間隔を短縮する、または、例えばｔ_{ｓａｍｐｌｅ２}のような以前の信号をサンプリングする。しかし、これは、より小さい測定の振幅の差１３及びより小さい信号対雑音比となる。

標準画像化用に、技術は、これらキャパシタンス積分回路のダイナミックレンジの上端の限界を広げるために発展している。図１Ａには、例えば、ＵＳ−６１３０７１３で論じられているような、回路の一般的な概略図が示されている。各画素の内側に、自動リセット回路１００及びカウンタ４は、供給されている。自動リセット回路１００のコンパレータ３は、予め定義された閾値Ｖ_ｒｅｆが通過したときはいつでも、積分を再始動させることができるように、検出器ノード２をリセットし、及び、リセット電圧５を超えた電圧をシフトするリセットトランジスタ１をトリガーとする（図１Ｂに示す）。カウンタ４は、積分の１周期の間に起こるリセットＮの総数をカウントする。図１Ｂには、検出器ノード２の電圧変化６が示されている。積分時間の終わりの時間であるｔ_{ｓａｍｐｌｅ}において、出力値８は、リセットの数Ｎを求める。この強度値の合計は、リセット電圧５のカウンタ出力Ｎを乗算すること及びサンプリングされた出力値８を加算することによって、求められる。もし、加えられたリセットノイズ（ノイズはリセットトランジスタ１から生成される）がダイナミックレンジで考慮されない場合、上記方法は、Ｎ倍に延長される。

ダイナミックレンジ拡張回路のキャパシタンス積分にて実装されている上記技術は、例えば、ＵＳ−６９１９５４９及びＵＳ−７１５７６８５の飛行時間検出器の読み出し回路であるが、ダイナミックレンジの同様の延長、ひいては、背景光の許容範囲を増加させるといういくつかの値を上げるという結果が生じている。しかしながら、これらの技術では、ダイナミックレンジの延長を実現するために大量の規模の回路が必要であり、リーズナブルな背景光の抑制を得るためには、例えばシリコン領域のようなとても大きな回路基板の領域が必要である。

そのほかの目的としては、より複雑になるが、例えば、ＵＳ−７１７６４３８またはＵＳ−６６７８０３９に述べられているような、ダイナミックレンジの延長における飛行時間技術、ひいては、背景光のいくつかの値を増加の容認がある。

それゆえ、この分野には様々な技術が存在するにもかかわらず、いまだ改善の余地がある。

本発明における実施形態の目的は、ＴＯＦ測定を実行するためのよい装置または方法を提供することである。

上記目的は、本発明による方法及び装置によって、達成される。

第１の局面において、本発明は、放射光の飛行時間を測定するための方法を提供する。上記方法は、第１の変調信号に応じて変調光を放出するステップと、シーンに変調光を投影するステップと、放射光を受光するステップとを含み、受光した上記放射光は、少なくとも、シーンによって反射された変調光を含んでいる。受光した上記放射光は、放射光により誘起する電気信号に変換される。上記放射光により誘起する電気信号を第２の変調信号と混合することによって、混合信号を生成する。混合信号は、積分され、従って、積分信号を生成する。本発明における実施形態によれば、このミキシングは、電荷、電圧、または、電流の領域を生じる。上記積分信号が閾値を超えるとき、電荷は、積分信号に注入される。上記方法は、第１及び／または第２の変調信号の変化を時間内の１または複数の期間で適合するステップと、時間内の１または複数の期間で積分信号を測定するステップとを含み、従って、少なくとも１つのＴＯＦペアの信号の差を取得するステップを含んでいる。上記測定ステップは、ＴＯＦペアの信号の差を取得するために、単一の検出器ノード、及び、例えばコンデンサのような関連したメモリエレメントを使用するステップを含んでいる。異なった検出器ノード及び連結されたメモリエレメントは供給されるが、供給が必要でなくなると、異なったＴＯＦペアの信号の差を取得する。上記方法は、更に、放射光の飛行時間を決定するための１または複数のＴＯＦペアの信号の差を使用するステップを含む。例えば、２つのＴＯＦペアの信号の差の比の逆タンジェントを取ることなどである。

本発明の実施形態における方法によれば、上記混合信号は積分コンデンサにて積分され、正反対の符号になる。ＴＯＦペアの違いの信号を取得することは、第１及び／または第２の変調信号の変更が適応された時間内の期間に同期された積分コンデンサの正反対への変化によって積分信号を正反対の符号に変えることを含む。上記方法は、ＴＯＦペアの信号の画素内差分が処理される。

実施形態によれば、本発明の方法は、さらに、ＴＯＦペアの信号の差を有用なＴＯＦ出力データに変換するデータ復元ステップを含んでいる。上記データ復元ステップは、差分を作る前に、ＴＯＦペアの最も高い信号から注入された電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値の半分より大きい１組の信号間のＴＯＦペアの差が取得されるときはいつでも、ＴＯＦペアの最も高い信号から注入された電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値を減算したり、ＴＯＦペアの最も低い信号に注入された電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値を加算したりすることを含んでいる。したがって、修正された信号の差が得られる。そのため、放射光の飛行時間の決定のための１または複数のＴＯＦペアの信号の差は、１または複数の修正された信号の差を用いることを含んでいる。

本発明の実施形態における方法によれば、放射光の飛行時間の決定は、第１及び第２の時間で取得されたＴＯＦペアで形成されている信号間の信号の差を計算することを含んでいる。

実施形態によれば、本発明の方法は、更に、同量の電荷注入が時間内の第１の期間における積分信号の測定と、時間内の第２の期間における積分信号の計測との間のＴＯＦペアの内部で行われるかにかかわらず、決定することによって相対位置の電荷注入の数を保持するステップを含んでいる。これは、例えば、２状態のメモリを用いて機能している。或いは、相対位置の電荷注入の数を保持することは、時間内の第１の期間における積分信号の計測と、時間内の第２の期間における積分信号の計測との間のＴＯＦペアの内部電荷注入の相対的差異を決定することによって行われる。これはカウンタを用いて行われる。

このノイズロバストネス法は、延長される。

相対位置の電荷注入の数を保持することは、状態の限定された数を超えて数倍の循環させる間、行われる。

本発明の実施形態によれば、注入電荷の振幅に対応している電圧の乗数は、ＴＯＦペアの最も低い信号を加算される、または、最も高い信号から減算される。これは、相対位置の電荷注入の数を保持することで代用された相対位置メモリに存在している状態の数によって定義される。本発明の実施形態によれば、このような相対位置メモリは、周期的カウンタを含んでいる。また、２の補数は、２回の代わりに１回のカウンタの値の測定が必要となるように、カウンタの値の画素内減算が用いられる。

上記方法は、更に、測定された積分信号を供給しているある１つの出力または複数の出力、または、ＴＯＦペアから形成された信号を供給しているある１つの出力または複数の出力の妥当性チェックを行うステップを含む。妥当性チェックを行うステップは、ＴＯＦペアの２つの信号の相対位置の電荷注入の数を保持するステップを含んでいる。相対位置の電荷注入の数を保持するステップは、同量の電荷注入をサンプリング時間にＴＯＦペアの２つの信号に対し行うかどうかを決定することを含んでいる。

本発明の実施形態における方法によれば、上記第２の変調信号は、上記第１の変調光とほぼ同じ変調であり、時間がシフトされたものである。

本発明の実施形態における方法によれば、積分信号への注入電荷は、上記積分信号が上記閾値を超えるとき決定することと、上記積分信号が上記閾値を越えるとき電荷を注入することを含む。

受光した上記放射光は、シーンから反射された変調光である第１の部分と、背景光である第２の部分とを含んでいる。

第２の局面において、本発明は、距離測定のための第１の局面におけるいくつかの実施形態における使用方法を提供する。

第３の局面において、本発明は、放射光の飛行時間を計測する装置を提供する。上記装置は、放射光の放出する光源と、第１の変調信号に応じて、上記放射光を放出する光源によって放出された放射光を偏重するための変調装置と、放射光を受光するための放射光受光器であって、少なくともシーンから反射された変調光を含む放射光受光器と、受信した放射光を電気信号を生じさせる放射光に変換するための変換手段とを含んでいる。上記装置は、更に、上記電気信号を生じさせる放射光と第２の変調信号とを混合するためのミキシング手段を含み、従って、混合信号を生成する。例えばセレクタ手段などである、変調信号変更手段は、第１及び／または第２の変調信号を時間内の期間で変更することを提供する。積分手段は、混合信号を積分することを提供し、従って、積分信号を生成する。電荷注入回路は、積分信号が閾値を超えるとき、積分信号に電荷を加えることを提供する。上記装置は、更に、上記積分信号からＴＯＦペアの信号の差を取得するための少なくとも１つの単一の検出器ノード及び関連したメモリエレメントとを含み、信号処理システムは、１または複数のＴＯＦペアの信号の差を用いた放射光の飛行時間を決定することに適合する。

本発明における実施形態の特徴は、単一の検出器ノードが、ＴＯＦペアごとに供給されることである。１または複数のＴＯＦペアは、放射光の飛行時間の決定に代用される。これらＴＯＦペアの各々は、必要でないが、分割した検出器ノードにおいて測定されることが可能である。

上記受光した放射光はシーン及び背景光によって反射された変調光を含んでいる。

上記メモリエレメントは、正反対の符号に切り替える。

上記信号処理システムは、ＴＯＦペアの信号の差を有用なＴＯＦ出力データに変換することのためのデータ復元ロジックを含んでいる。

例えば、データ復元ロジックのような信号処理システムは、加えられた電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値の半分より大きい１組の信号間のＴＯＦペアの差が取得されるときはいつでも、ＴＯＦペアの最も高い信号から加えられた電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値を減算したり、ＴＯＦペアの最も低い信号に加えられた電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値を加算したりすることに適合される。従って、上記信号処理システムは、正しい信号の差を供給されることに適合される。上記信号処理システムは、さらに、正しい信号の差として用いられている放射光の飛行時間の決定に適合される。

本発明の実施形態によれば、上記信号処理システムは、遅延ロックループ（ＤＬＬ）回路を構成している。ＴＯＦペアの信号の差は、ＤＬＬのループで用いられることが可能なエラー信号の決定によって生成される。そのとき、上記ＤＬＬの集中した出力は、所望の飛行時間の遅れにほぼ比例している。

上記積分信号は、少なくとも１つのＴＯＦペアからの少なくとも１つの信号を含んでいる。更に、上記装置は、同量の電荷注入が時間内の第１の期間における積分信号の測定と、時間内の第２の期間における積分信号の測定との間で行われるかにかかわらず、ＴＯＦペアの信号を決定することに適合させた相対位置メモリを含んでいる。代わりに上記装置は、時間内の第１の期間における積分信号の測定と時間内の第２の期間における積分信号の測定との間における電荷注入の数のＴＯＦペアの相対的差異の信号を決定することに適合させた相対位置メモリを含んでいる。上記相対位置メモリは、周期的カウンタを含んでいる。この周期的カウンタは、状態の数の差の進路をまだ保持している間、複数倍の状態の合計数の循環するために適合される。

上記相対位置メモリは２の補数を用いるカウンタを含んでいる。

上記変換手段は、受信した放射光を、電気信号を引き起こす放射光に変換するための光検出器を含んでいる。

上記第２の変調信号は、第１の変調信号とほぼ同じ変調で、時間がシフトされた信号を含んでいる。

上記電荷注入回路は、閾値と混合信号とを比較するためのコンパレータと、積分信号が閾値を超えたときに積分信号をリセットするためのリセットスイッチとを含んでいる。

更なる局面では、本発明は、ＴＯＦ情報を決定することに使用される画素内減算技術を提供する。この局面によれば、本発明は、放射光の飛行時間測定の方法を提供する。上記方法は、第１の変調信号に応じて変調光を放出するステップと、シーンに変調光を投影するステップと、少なくともシーンによって反射された変調光を含む放射光を受光するステップと、受光した上記放射光を、放射光により誘起する電気信号に変換するステップと、上記放射光により誘起する電気信号を第２の変調光と混合し、混合信号を生成するステップと、積分コンデンサにおいて、混合信号を積分し、従って、正反対の符号を持っている積分信号を生成するステップと、時間内の１または複数の予め定められた期間に、第１及び／または第２の変調信号を変更するステップと、積分コンデンサを正反対の符号に変換することによって、時間内のこれら予め定められた期間に積分信号を正反対の符号に変更するよう同期させるステップと、ＴＯＦペアの信号の差を取得するために積分信号の終わり値を測定するステップと、放射光の飛行時間を決定するために１または複数のＴＯＦペアの信号の差を用いるステップとを含んでいる。

本発明の実施形態における方法は、更に、積分信号が閾値を越えたとき、積分信号に電荷を注入することを含んでいる。

まだ更なる局面では、本発明は、ＴＯＦ情報決定に用いられる変換アルゴリズム技術を提供している。この局面によれば、本発明は放射光の飛行時間を測定するための方法を含んでいる。上記方法は、第１の変調信号に応じて変調光を放出するステップと、シーンに変調光を投影するステップと、少なくともシーンによって反射された変調光を含む放射光を受光するステップと、受光した上記放射光を、放射光により誘起する電気信号に変換するステップと、上記放射光により誘起する電気信号を第２の変調光と混合し、混合信号を生成するステップと、上記混合信号を積分し、積分信号を生成するステップと、上記積分信号が閾値を超えるとき、電荷を該積分信号に注入するステップと、ＴＯＦペアの信号の差を取得するために時間内の予め定められた期間に積分信号を測定するステップと、注入電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値の半分より大きい１組の信号間のＴＯＦペアの差が取得されるときはいつでも、差分を作る前に、ＴＯＦペアの最も高い信号から注入された電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値を減算したり、または、ＴＯＦペアの最も低い信号に注入された電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値を加算したりし、従って、修正された信号の差を取得するステップと、放射光の飛行時間の決定のための１または複数の修正された信号の差を用いるステップとを含んでいる。

本発明の実施形態の利点は、領域発見方法及びＴＯＦ測定に基づいたシステムが従来技術及び従来のシステムと比較して、好転していることである。

本発明の実施形態の更なる利点は、領域発見方法及びＴＯＦ測定に基づいたシステムが、距離測定器の２次元配列に対応する小領域の回路で用いられることを提供し、その結果、３Ｄカメラのたくさんのアプリケーションを提供していることである。

本発明の実施形態の利点は、高背景光の減衰を持った積分回路が高い信号対雑音比を保持、及び、３Ｄカメラの操作を実現していることである。

本発明の実施形態の更なる利点は、可能な限り小さな回路と連結したことである。

本発明の実施形態は、１または複数の上述した利点を示しているが、必ずしも全てというわけではない。いくつかの実施形態は、上述した利点の全てを持っている。
特定の発明の局面及び好ましい発明の局面は、添付の独立請求項及び従属請求項で設定される。従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴、及び、必要に応じてその他の従属請求項と結合されることである。そして、単に明確に請求項を設定するだけでない。

本発明が提供する方法であって、特に放射光の飛行時間の測定方法は、
第１の変調信号に応じて変調光を放出するステップと、
シーンに上記変調光を投影するステップと、
少なくともシーンによって反射された変調光を含む放射光を受光するステップと、
受光した上記放射光を、放射光により誘起する電気信号に変換するステップと、
上記放射光により誘起する電気信号を第２の変調信号と混合することによって、混合信号を生成するステップと、
上記混合信号を積分することによって、積分信号を生成するステップと、
上記積分信号が閾値を超える場合に、電荷を該積分信号に注入するステップと、
１以上の時点において、第１の変調信号および第２の変調信号の少なくともいずれかを変化させるステップと、
１以上の時点において上記積分信号を計測することにより少なくとも１つのＴＯＦペアについて差分の信号を取得するステップであって、１つのＴＯＦペアの差分の信号を取得するために単一の検出器のノードおよび対応するコンデンサを用いるステップと、
上記差分が注入された電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値の半分より大きいときはいつでも、上記ＴＯＦペアの差分から注入された電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値を減算し、且つ、上記差分が注入された電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値の半分のマイナス値より小さいときはいつでも、ＴＯＦペアの差分に注入された電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値を加算することによって、ＴＯＦペアの差分の補正信号を取得するステップと、
１または複数のＴＯＦペアに関する差分の補正信号を用いることによって放射光の飛行時間を決定するステップと、を含んでいる。

また、本発明が提供する放射光の飛行時間測定のための装置は、
放射光を放出する光源と、
第１の変調信号に応じて、上記放射光を放出する光源によって放出された放射光を変調する変調装置と、
少なくともシーンから反射された変調光を含む放射光を受光する放射光受光器と、
受光した放射光を、放射光により誘起する電気信号に変換する変換手段と、
上記放射光により誘起する電気信号と第２の変調信号とを混合することによって、混合信号を生成するミキシング手段と、
複数の時点において、第１の変調信号および第２の変調信号の少なくともいずれかを変換する変調信号変更手段と、
上記混合信号を積分することによって、積分信号を生成するためのコンデンサと、
上記積分信号が閾値を超える場合に上記積分信号に電荷を加える電荷注入回路と、
上記積分信号からＴＯＦのペアの差分の信号を取得するための少なくとも１つの検出器のノードおよび対応するコンデンサと、
信号処理システムと、を備えており、
上記信号処理システムは、ＴＯＦペアの信号の差分であって加えられた電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値の半分より大きい差分が取得される度に、上記加えられた電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値を上記ＴＯＦペアの差分の信号から減算し、且つ、上記ＴＯＦペアの信号の差分であって上記加えられた電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値の半分のマイナス値より小さい差分が取得される度に、上記加えられた電荷の振幅に対応する電圧の１または複数倍にほぼ等しい値を上記ＴＯＦペアの差分の信号に加算することによって、ＴＯＦペアの差分の補正信号を供給するように適合しており、
１または複数のＴＯＦペアに関する差分の補正信号を用いることによって放射光の飛行時間を決定する。

また、本発明が提供する放射光の飛行時間測定のための方法であって、上記方法は、
第１の変調信号に応じて変調光を放出するステップと、
シーンに上記変調光を投影するステップと、
少なくともシーンによって反射された変調光を含む放射光を受光するステップと、
受光した上記放射光を、放射光により誘起する電気信号に変換するステップと、
上記放射光により誘起する電気信号を第２の変調信号と混合することによって、混合信号を生成するステップと、
上記混合信号を積分することによって、積分信号を生成するステップと、
上記積分信号が閾値を超える場合に、電荷を該積分信号に注入するステップと、
第１の変調信号および第２の変調信号の少なくとも一方を１または複数の時点において変化させるステップと、
１または複数の時点において上記積分信号を計測することにより少なくとも１つのＴＯＦペアについて差分の信号を取得するステップであって、１つのＴＯＦペアの差分の信号を取得するために単一の検出器のノードおよび対応するコンデンサを用いるステップと、
上記第１の変調信号および上記第２の変調信号のいずれかが変化する１または複数の時点と同期して、上記積分手段の極性および相対位置メモリ（６０、７８、１００）内の２の補数ビットの少なくともいずれかを変更して画素内減算を行うことによって、ＴＯＦペアの差分の補正信号を取得するステップと、
１または複数のＴＯＦペアに関する差分の補正信号を用いて放射光の飛行時間を決定するステップとを含んでいる。

また、本発明が提供する放射光の飛行時間測定のための装置は、
放射光を放出する光源と、
第１の変調信号に応じて、上記放射光を放出する光源によって放出された放射光（５１）を変調する変調装置と、
放射光を受光する放射光受光器であって、少なくともシーンから反射された変調光を含む放射光受光器と、
受光した放射光を、放射光により誘起する電気信号に変換する変換手段と、
上記放射光により誘起する電気信号と第２の変調信号とを混合することによって、混合信号を生成するためのミキシング手段と、
第１の変調信号および第２の変調信号のすくなくともいずれかを複数の時点で変換する変調信号変更手段と、
上記混合信号を積分することによって、積分信号を生成するコンデンサと、
上記積分信号が閾値を超える場合に、上記積分信号に電荷を加える電荷注入回路と、
上記積分信号からＴＯＦペアの差分の信号を取得するための少なくとも１つの検出器ノードおよび対応するコンデンサと、
極性を切り替えるコンデンサおよび２の補数ビットに適合する相対位置メモリの少なくもいずれかを含んだ信号処理システムであって上記第１の変調信号および上記第２の変調信号の少なくともいずれかが変化する複数の時点と同期して画素内減算を行うことによってＴＯＦペアの差分の信号を供給するように適合した信号処理システムと、を備え、上記信号処理システムは、１または複数のＴＯＦペアの差分の補正信号を用いて放射光の飛行時間を決定する。

本発明における上述した及びその他の、特性、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明に示されているが、添付の図面と共に使用され発明の原理の一例として説明している。この記述は、単に例の目的のために与えられ、本発明の範囲を限定するものではない。以下の添付図の引用は参照図面について言及している。

従来技術の標準画像センサにおける多量のダイナミックレンジを示す図である。 図１Ａに図解されたセンサの出力信号を示す図である。 異なった強度の背景光の従来技術のＴＯＦセンサの出力信号を示す図である。 異なった強度の背景光の従来技術のＴＯＦセンサの出力信号を示す図である。 本発明の実施形態におけるＴＯＦセンサの実装を示す図である。 本発明の実施形態における相対位置メモリを用いていないＴＯＦセンサの実装を示す図である。 図４の出力信号を示す図である。 本発明の実施形態における２状態の相対位置メモリを含むＴＯＦセンサを示す図である。 図６の出力信号を示す図である。 １６状態の相対位置メモリモジュールを用いたその他の図である。 本発明の実施形態におけるＴＯＦ処理部の一般的なフローチャートである。 本発明の実施形態におけるＴＯＦペアの変換の一般的なフローチャートである。 積分コンデンサを正反対への変更を許可した積分回路のコンデンサを示す。

本発明は、特定の様態を考慮し、及び、特定の図面を参照して記載されているが、本発明は、これに限定されるものではなく、請求項によって特定されるものである。記載された図面は、単に概要であり、限定されるものではない。図面において、いくつかのエレメントのサイズは、誇張されており、説明に役に立つ目的のためであり、その大きさで描かれていない。この描かれた寸法及び相対寸法は、本発明を実行するための実際の縮図と一致しない。

さらに、第１、第２、第３及び請求項に記述された同様の用語は、よく似たエレメントと必要でない、時間的、空間的、順位付けに、または、その他の方法のシーケンスの記述とを区別するために用いられる。当然のことであるが、使用される用語は、適切な状況のもとで、各々交換可能である。そして、ここに記載された本発明の実施形態は、ここに記載され、図解されたものより、その他のシーケンスを実行する能力がある。

“構成している”という用語は、明細書及び請求項にて用いられ、記載されたものを意味していると制限されると解釈されるべきではなく、従って、他のエレメントやステップを除外するものではないことを通知しておく。つまり、定められた特徴、整数、ステップ、または、参照された部材の存在を明記するために説明されており、存在、または加えられた１または複数のその他の特徴、整数、ステップ、または、部材、または、それらのグループを除外するものではない。従って、“Ａ及びＢから構成された装置”の表現の範囲は、Ａ及びＢの部材のみを含む装置に限定されない。これは、本発明に留意すると、単に、この装置において関連した部材がＡ及びＢであることを意味している。

同様に、“連結した”という用語は、請求項で用いられており、直接の接続のみに制限されるように解釈されるべきではないことを通知しておく。この“連結した”及び“接続した” という用語は、誘電体間で用いられている。これらの用語は、互いに同義語を意味しているのではないことを理解すべきである。つまり、“装置Ａは装置Ｂと連結した”の表現の範囲は、装置Ａの出力が直接装置Ｂの入力に接続されている点で、装置またはシステムに限定されるべきでない。それらが存在するＡの出力とＢの入力との間のパスであって、その他の装置または方法を含んだパスを意味する。“接続した”は、２または複数のエレメントが直接物体の中にまたは、電気的に接続することを意味する。または、２または複数のエレメントが互いに直接接触するだけでなく、協力または、互いに影響しあうことではない。

明細書の中の“一実施形態”または“ある実施形態”の参照は、特定の特性、構成、または実施形態において接続を表現された特徴が少なくとも本発明の一つの実施形態に含まれていることを意味している。つまり、この明細書の様々な場所にて現れる“一実施形態において”または“ある実施形態において”のフレーズは、同じ実施形態の全てに言及されるものではない。さらに、特定の特性、構成、または、特徴は、開示された技術のうちの通常の技量の１つであり、１または複数の実施形態において、様々な適した方法で一体化される。

同様に、本発明の実施形態の例となる記述において、本発明の様々な特徴は時々、１つの実施形態、数字またはその開示の合理化の目的、及び、１または複数の様々な発明の状況の理解を手助けすることを一緒にグループ化することが好ましい。しかし、この開示の方法は、請求の範囲に記載されている発明が各請求項を明確に列挙されるより、さらに特徴づける要求をするという意図を示すこととして解釈されることはない。下記に示す請求項として、発明の状況は単一の先行の開示された実施形態の全ての特徴より少ない状態であることが好ましい。つまり、詳細に記述された下記の請求項は、この結果、この各請求項この発明の分けられた実施形態として、それら自身で各請求項は示されるという詳細な記述に明確に組み込まれる。

さらに、これを考慮して記述されたいくつかの実施形態が、いくつかの特徴を含み、その他実施形態におけるその他の特徴を含まないとき、異なった実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であり、技術的にこれらを理解するための異なった実施形態から形成される。例えば、以下に示す請求項では、いくつかの請求された実施形態はいくつかの組み合わせで使用される。いくつかの請求項のカテゴリのうちの従属した請求項が、いくつかの請求項の適したカテゴリのうちの独立した請求項と一体化される。

ここに供給された記述のうち、多数の詳細な仕様は、説明される。しかし本発明のこれらの詳細な仕様なしに実行できる。言い換えると、よく知られた方法、構成、及び技術はこの記述を理解することを覆い隠さないために詳細に示されていない。

この以下に示す用語は、もっぱら本発明を理解するために与えられた用語である。

“飛行時間（ＴＯＦ）測定”は、例えば、可視光または、赤外光のような放射光が、機知の速さで未知の距離を飛行する間の検出器に到着するまでにかかる時間の測定で用いられる測定方法を意味している。

“ＴＯＦペア”は、任意に取得した連続した時間の本発明における実施形態において、放射光のＴＯＦを測定するために必要なＴＯＦのデータの全てまたは一部を含んでいる２信号のグループを意味している。

“ＴＯＦペアの差”は、リセット電圧がかけられた記録装置（現在の）の相対位置の出力値と関連付けられる間の違いを考慮に入れるＴＯＦペアの信号の間の差を意味している。

“リセット電圧”は、注入された電荷の振幅に対応している電圧を意味している。

“相対位置の電荷注入の数”は、電荷注入が起こった回数の差を意味している。

本発明は、本発明の複数の実施形態の詳細な説明によって記述されている。本発明のその他の実施形態は、請求項に付記された用語によって定義された本発明の専門指導から離れることなしに、当業者の知識によって構成される。

参照はトランジスタを構成している。これらは、例えばドレインなどの第１の主電極、例えばソースなどの第２の主電極、第１及び第２の主電極間の電荷の流れを制御する例えばゲートなどの制御電極を持った３つのターミナル装置である。当業者において、本発明は、例えば、これに限定されないが、ＣＭＯＳ、ＢＩＣＭＯＳ、バイポーラ及びＳｉＧｅＢＩＣＭＯＳ技術といったいくつかのトランジスタ技術によって構成された同様の装置に適合できることは明らかである。

更に、本発明の効果は、例えば、ＰＭＯＳ及びＮＭＯＳトランジスタを参照して説明することができる。しかし、本発明はＰＭＯＳ及びＮＭＯＳトランジスタが各々ＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスタになるために補充される装置もこの範囲に含まれる。当業者は、請求項に付記されることによって、定義された本発明についての指導から離れることなしに、このような改良を行うことができる。

飛行時間（ＴＯＦ）の測定は、一般に、検出した放射光の反射光であって元の放射光から様々な位相量で位相シフトした各反射光を混合することにより行われる。これらは、例えば、０°、１８０°、９０°、及び、２７０°の位相シフトである。位相情報Ｉ＝０°−１８０°及びＱ＝９０°−２７０°を計算することによって、距離情報は、Ｉ／Ｑの逆タンジェントで求められる。

クロック信号の位相によって調整する代わりに、当業者は、擬似ランダムビットストリームを送信すること、並びに、同じ擬似ランダムビットストリームの遅れ及び／または反転をミキシングすることを考慮することができる。擬似ランダムビットストリームの利用は、時々擬似ノイズとして参照されるが、当業者において文献で知られている。

擬似ランダムノイズを基に、マルチサインを基に、方形波を基に、または、その他を基にした全てのＴＯＦ測定技術の共通因数は、常に、上述した例のＩ及びＱで定義されるような異なった信号の組を当てにしている。この明細書のこの種類の信号の組の残りは、ＴＯＦペアとして言及される。

ＴＯＦペアの数は、飛行時間の数が異なることによって取得されるが、残りの１つは必要とされる。例えば、ＴＯＦを取得するための１つのＴＯＦペアが必要としている画素の例は、図示されていないが、信号処理システムが、当業者によって知られている遅延ロックループ（Ｄｅｌａｙ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ：ＤＬＬ）回路を構成している箇所の画素である。このような単一のＴＯＦペアの画素は、ＤＬＬループで使用されている、エラー信号を取得するのに十分である。この出力を収束させるＤＬＬは、その後、求められた飛行時間の遅れに、実際に比例させる。

ＴＯＦペアの有用な異なった信号の取得によって、おこなった減算は様々なレベルで行われる。これは、本明細書で後述する画素内のＦＰＧＡ、チップが載った特別な回路または同様のものであるコンピュータまたはマイクロプロセッサで行われる。

図３は、本発明における第１の実施形態の領域検出システムを示す。この領域検出システムは、シーン５５に光５１を出射する光源４９を備える。光源４９は、好ましくは、光が反射される場所である関心領域に焦点を合わせる。この領域検出システムは、更に、反射光を受信するための少なくとも１つの画素３１を含んでいる。光源４９が調整された光を出射するために、信号生成器４３が供給される。信号生成器４３は、第１のクロック信号、または、好ましくは、例えば、およそ１０ＭＨｚといった所定周波数で永久に振動するノード４８の変調信号を生成する。信号生成器４３は、更に、ノード４８の第１のクロック信号と各々０°、１８０°、９０°、及び２７０°の位相関係を有したノード４４、４５、４６、４７に供給される第２から第５のクロック信号を生成する。当業者は、操作スキームのクロック位相、長い測定時間と引き換えによりよい測定精度に導くクロック位相などに用いることを考慮することができる。また、クロック信号の位相を用いて調節する代わりに、当業者は、擬似ランダムビットストリームを送信すること、並びに、同じ擬似ランダムビットストリームの遅れ及び／または反転をミキシングすることを考慮することができる。擬似ランダムビットストリームの利用は、時々擬似ノイズとして参照されるが、当業者において文献で知られている。この場合、第１及び第２のクロック信号の代わりに、擬似ランダムパターンを使用することが通知され、第３のクロック信号の代わりに同じ擬似ランダムパターンをビット単位に反転させたものを使用し、第４のクロック信号の代わりに同じ擬似ランダムパターンをビット単位に遅らせたものを使用し、第５のクロック信号の代わりに同じ擬似ランダムパターンをビット単位に反転させ遅らせたものを使用している。

信号生成器４３は、変調信号を変更する変調信号変更を決定する制御信号４１を生成する。変調信号変更とは、例えば、制御信号４１がセレクタ５８にて、例えば、異なるクロック信号の位相である第２から第５のクロック信号のいずれかを選択することを決定することである。セレクタ５８は、検出器及びミキサーステージ２００のミキサー２９の入力ノード４２がノード４４、４５、４６、及び４７の第２から第５のクロック信号に順次接続しているこれら４つの位相の間を順次選択することができる。セレクタ５８のこれらの各位置は、例えばおよそ１ｍｓのような弛緩期に接続した状態を維持することができる。

バッファ５０は、シーン５５に光５１を放射する光源４９を駆動する。光源４９は、好ましくは、関心領域に焦点を合わせる。この光の一部は、反射され、反射光５２が生成される。この反射光５２は、その後、例えばレンズ５６などの光学フォーカスシステムに到達し、撮像、または、画素３１の内側の検出器２８に焦点を合わせられる。ここで、入射された一部分は、反射調光（ＭＬ）２７と呼ばれる。

間接光５３及び直射日光５４は、両方とも第２の光源３０がＴＯＦ測定を意図していない起源であり、シーン中に含まれ、光学フォーカスシステム５６にぶつかり、その後、検出器２８に焦点を合わせられる。検出器２８に入力されるこの光の一部は、背景光（ＢＬ）２６と呼ばれる。白熱灯、ＴＬ−灯、太陽光、日光、または、その他シーン中にあるあらゆる光を含むＢＬを生成する光源３０は、ＴＯＦ測定のための光源４９から放射されない。本発明の狙いは、ＢＬ２６からの信号のもとでさえも有効なＴＯＦ測定を取得することである。

ＭＬ２７及びＢＬ２６は、光検出器２８にぶつかり、それぞれ、ＭＬ−電流及びＢＬ−電流を生成する。ＭＬ−電流及びＢＬ−電流は、ＢＬ２６及びＭＬ２７がぶつかる事に反応し、光の作用に感応した電流である。検出器２８は、これらの電流を、入力ノード４２の位相シフトクロック信号と共に、ＢＬ２６及びＭＬ２７がぶつかることによる電流感度をミキシングするために、例えばミキサー２９のような次のミキシングに出力する。以前にすでに開始していたとして、このＢＬ２６は、ＴＯＦ測定によって受信されＭＬ２７によって生じられたＭＬ−電流より６桁より高いＢＬ−電流を生じさせることができる。

検出器２８及びミキサー２９は、検出器及びミキサーステージ２００を形成し、１つの例えば、ＥＰ１５１３２０２Ａ１によって記載されるような、単一の装置として実装されている。これは、光生成電荷が一度、生成しているミキシング生成電流と混ぜ合わせられたところで実装されている。

検出器及びミキサーステージ２００は、位相シフトクロック信号にＢＬ２６及びＭＬ２７がぶつかることによる電流感度をミキシングした結果を生成する。そしてこれらの信号は、積分器によってノード３８にて積分される。この積分器は、コンデンサ２５に備わっており、小さいことが好ましい。例えば、周辺のトランジスタの寄生容量などである。積分の間、積分ノード３８のミキサー出力信号の自動リセットが実行される。

これは例えば、コンパレータ３３によって実装される。コンパレータ３３は、例えばリセットトランジスタ３２のようなリセットスイッチをトリガーにする。つまり、ノード３８のミキサー出力信号は、参照値Ｖ_ｒｅｆに到達すると、自動的にリセットされる。このようにして、飽和を避ける。

別の実施形態としては、図示されていないが、積分器ノード３８におけるミキサー出力信号の自動リセットは、様々な方法で実装される。これらの１つは、リセットスイッチ３２の代わりとして、電荷ポンプをトリガーにするものである。この電荷ポンプは、固定量の電荷をより複雑な損失におけるノイズ効率を向上させるコンデンサ２５に加える。

ミキサー出力信号から形成されるミキシング生成は、積分ノード３８において、変調信号変更手段と同期した逐次形成で利用可能である。変調信号変更手段は、例として、セレクタ５８で記載されている。例えば、バッファのような出力ドライバ２４は、電圧の大幅な増加１及び出力ノード２３に強化された出力信号を供給するための電流増幅を供給する。

グラフ５９は、ノード２３の出力信号の一例を示している。曲線６２は、出力ノード２３の出力信号の時間に対する電圧発生に相当する。ＢＬ寄与２６の平均及びＭＬ２７の平均は、取得の間一定である。

第１の弛緩期３４の間、セレクタ５８は、ノード４４に接続されている。検出器２８（ＢＬ２６及びＭＬ２７の応答）からの入力信号のミキシングは、ノード４４の第２のクロック信号が用いられる。ノード４４の第２クロック信号は、光源４９を駆動する第１のクロック信号を０°シフトさせたものである。ノード３８のミキサー出力信号はそれからＢＬ成分及び０°混在ＭＬ出力によって決められる。次の弛緩期３５はセレクタ５８を介して入力ノード４２をノード４５に接続したときに開始される。その後、ミキサー２９は、１８０°異なる位相で駆動する。それゆえ、この出力は、同じＢＬ成分及び１８０°混在出力によって決められる。９０°及び２７０°の位相は、次の弛緩期３６及び３７において、各々順次同様に扱われる。

飛行時間データ復元部３９は、例えばサンプルの取得といった、位相期間と呼ばれる各弛緩期３４、３５、３６、３７の終わり値の測定のために出力ノード２３の出力信号を用いる。このデータは、例えば、（０°、１８０°）及び（９０°、２７０°）といったＴＯＦペアでグループ化される。ＴＯＦデータ復元部３９は、空の画素信号を有用な飛行時間出力４０に変換させる。

後述するが、時々、これは、変換ステップ、及び／または、検証ステップとして含まれる。本発明における実施形態では、この復元部は２つの実行可能な部分で構成される。この部分とは、本発明における実施形態において、画素内相対位置メモリ６０である相対位置メモリ６０、及び、本発明における実施形態において、画素外信号処理部６１である処理部６１である。この信号処理部６１は、様々な適した方法で実現される。その方法とは、例えば、画素内、チップ上、マイクロプロセッサの中、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ソフトウェアレベル、及び、アプリケーション上の様々なレベルに配信され、拡張されることさえ可能である。様々なレベルとは、例えば、チップ上の一部、ＦＰＧＡの一部、及び、ＰＣのソフトウェアレベルの一部である。

ＴＯＦデータの逐次測定は、１つのＴＯＦペアの中の信号が必要である。１つのＴＯＦペアより多くを用いるとき、これらの異なるＴＯＦペアの中の平行する２つの画素３１内で測定され、いくつかのケースでは、ミキサー２９、検出器２８、或いはこの両方の一部を共有する。本実施形態において、図３に示すように、信号４６及び４７から生じるＴＯＦペアは、特別なシリコン領域において、例えばこのような特別な回路であり、ＴＯＦペアの両方に並列補足を許可し、速い背景光及び調光によりロバスト性を加える。２倍の場所、または、平行なその他のＴＯＦデータが取得された実施形態の全ては、さらに、次の場所の処理部に異なる回路間に存在する不一致の補正を要求する。

図４は、本発明における実施形態の代替案を示す。これは、飛行時間データの復元部３９における信号処理部６１のみが使用されている。位相または、弛緩期３４、３５、３６、３７の各々がサンプリングされたときの自動リセットと同じ数であるとき、求めたい光のＴＯＦが原因の位相の遅れの測定は、弛緩期３４及び３５の終わりにおいて取得された測定値の差を、弛緩期３６及び３７の終わりにおいて取得された差で割り、逆タンジェントを取ることによって得られる。更に、ＢＬ信号２６の遅い変化が４つの弛緩期に等しく寄与するので、大きなＢＬ信号が存在していたとしても、それは自動リセットによってキャンセルされ、有効なＴＯＦデータは測定できる状態のままである。それゆえ、本実施形態によれば、ＴＯＦ情報は、直接、弛緩期の終わりにおける出力から計算される。この技術は、等リセット技術であると呼ばれる。

しかし、この技術は、複数の弛緩期の間で、等しい数のリセットが行われた場合でのみ使用可能であるが、これは、確証的なものではない。なぜなら、これは、光検出器２８にぶつかった光の量に依存するからである。

図５において、信号６６及び６７は、ＴＯＦペアの信号であり、このＴＯＦペアは、順次測定された時間であるが、説明目的で同じグラフ上に描かれている。これは、例えば、ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}の時である第１のサンプリング期間の終わりをサンプリングしたとき、この等リセット技術がＴＯＦペアの正確な差の値６２を出力することがわかる。しかし、この信号が、例えば、ｔ_{ｓａｍｐｌｅ２}の時である第２のサンプリング期間の終わりをサンプリングされたとき、信号６６及び６７は、異なったリセットの数を受け、ゆえに、取得した信号差６９は、誤っており、誤りのあるＴＯＦ計算におわってしまう。それゆえ、サンプリング期間の長さに依存して、取得される信号の差は真または偽となる。

さらに図５において、間隔の長さ６８は、第１及び第２の出力信号６６、６７のリセット数が異なっているときに特徴付けられている。第１及び第２の出力信号６６、６７のリセット数が同じとき特徴付けられている第２の間隔８９の長さに関して、間隔の長さ６８は、ＴＯＦペアの信号の差の振幅に比例する。それゆえ、ＴＯＦペアの信号の差６２の計算は、リセット電圧６５に小さく関連し、該当する弛緩期及び有効なＴＯＦペアの測定の間、等リセット数の機会は高くなる。

有効な出力を確保するために、上述したＴＯＦペアのサンプリング及びグループ化の次に、間違ったＴＯＦ測定を特定するために、出力データの妥当性テストが信号処理部６１に実装される。そして、例えば、最新の知られた良い測定、または、周囲の有効な画素の平均値を置き換える。妥当性テストの例は、０°及び１８０°の平均値が９０°及び２７０°と連続的に等しいかをチェックすることである。

加えて、出力値の正確さを更に確実にすることは、ＴＯＦペアは、画素から減算を行う本発明のその他の実施形態を用いることである。これは、コンデンサによって実装される。コンデンサは、正反対に切り替わり、次に積分の符号に切り替わる。このようなコンデンサを使用しているとき、もし、ＴＯＦペアの第１の信号からＴＯＦペアの第２の信号になるという変調が変化したときに、極性が切り替わった場合、ＴＯＦペアの差における第２の積分測定の終わりは、例えば、サンプリングによって測定される。この技術の利点は、減算がすでに行われている画素以来、あるひとつの測定は、２つの測定の代わりに１つの飛行時間組の差を取得することをおこなっていることである。

例えば、このように極性を切替可能なコンデンサ回路８０９は図１０に示される。これは、互いに２つのシリーズのトランジスタで８０１、８０３−８０２、８０４の２つの平行な足から構成されるブリッジを含んでいる。このトランジスタは、本発明において、参照電圧Ｖｒｅｆｅｒｅｎｃｅ、並びに、検出器及びミキサーステージ２００のミキサー出力に平行に連結される。このトランジスタ８０１、８０３−８０２、８０４は、Ｖｒｅｆｅｒｅｎｃｅ、並びに、検出器及びミキサーステージ２００と関連して、ブリッジの足の間で連結されたコンデンサ８０５を越えた電圧の極性を決定するためのスイッチとして供給される。ＰＭＯＳトランジスタ８０１及びＮＭＯＳトランジスタ８０４が、例えば伝導性であるように、閉められ、ＰＭＯＳトランジスタ８０２及びＮＭＯＳトランジスタ８０３が、例えば、非伝導性であるように、開かれているとき、コンデンサ８０５は、図１０に示すように参照番号８０７によって示されるように接続される。ＰＭＯＳトランジスタ８０２及びＮＭＯＳトランジスタ８０３が閉まっている状態で、ＰＭＯＳトランジスタ８０１及びＮＭＯＳトランジスタ８０４が、例えば、非伝導体のように、ＰＭＯＳトランジスタ８０１及びＮＭＯＳトランジスタ８０４が開いたまままである場合、コンデンサ８０５は、図１０に示すように参照番号８０８によって示されるように接続される。例えば、ゲートのようなトランジスタ８０１、８０２、８０３及び８０４の制御電極の信号は、制御され、よって、トランジスタは、説明したとおり必須の制御として伝導性または非伝導性にすることができる。ある状況からその他の状況に切り替わったときにコンデンサ８０５の電荷が逐次維持されて以来、すでに蓄積された電荷の符号は、切り替わる。電圧Ｖｒｅｆｅｒｅｎｃｅは、この等しい正負の積分領域を考慮して、電圧領域の中央で選択されることが好ましい。

このような画素内減算を用いることによる欠点は、回路内に存在する寄生容量に起因することであり、この減算は完全ではない。また、例えば、切替可能なコンデンサ回路８０９内に使用されるコンデンサ８０５のような、この減算を実行するコンデンサが、通常は、図４に示された例で使用されたコンデンサ２５より大きい。これは、より大きなシリコン領域を要求し、悪い信号対雑音比の結果となる。しかし、この欠点のたくさんのケースでは、結果の改良は重要ではない。この技術は、画素内減算技術と呼ばれている。更に、この技術は、測定されたＴＯＦペアの信号の差がリセット電圧６５の半分を超えても、まだ、失敗する。

本発明の実施形態によれば、その他の技術は、出力の変換アルゴリズムの積分によって等リセット技術を改良する。これは、信号処理部６１で実行される。この変換は、最初に次のように説明することが可能である。つまり、修正された差分値が得られるように、ＴＯＦペアの差がリセット電圧６５の半分より小さいときはいつでも、リセット電圧６５は減算され、この信号がリセット電圧６５のマイナスの半分より小さい時、リセット電圧６５は印加される。図５において、これは次のように示される。つまり、ｔ_{ｓａｍｐｌｅ２}におけるＴＯＦペアの差６９はリセット電圧６５の半分より小さく、そのため、リセット電圧６５は、曲線６６から減算され、曲線６３および、正確なＴＯＦの減算値６４という結果になる。この変換は、測定されたＴＯＦペアの信号の差がリセット電圧６５の半分より小さいときのみ動作する。さらに、リセット電圧６５の振幅は、既知である。当業者は、一度、測定する、または、実行時間を繰り返す間、光の作用に反応した電流を使用しているとき、内部で生じた電流を用いているときの何れかに、リセット電圧を測定するための様々な方法を考えることが可能である。以前の技術では、ＴＯＦの測定としては、多量の背景光の信号の存在が可能なままであった。この利点として、もし、異なった信号がこの制限の中に残っている場合、たとえ、まだ小さいコンデンサ２５が高い信号対雑音比を得ている間、高い背景光の成分下だとしても、それ以上測定の妥当性が不確実ではない。この技術は、変換アルゴリズム技術と呼ばれる。

本発明における前述した実施形態の全ては、理論的に言えば、無制限なＢＬの抑制を考慮している。しかし、散弾雑音の振幅が異なったこの言及した技術で抑制した振幅に到達する、または、超えることを生じさえることに比例して、背景光の信号が、高くなるとき、操作はまだ失敗している。そのときのこれらの抑制は、システムによってうまく抑えられた背景光の量の限界となる。また、このような高雑音の状況において、この信号対雑音比を減らすために補正することが非常に好ましく、平均することは、不可能、または、とても疑わしいことである。１ｋＷ／ｍ^２の背景光の信号における散弾雑音の振幅の計算は１．５８Ｖ（典型的な以下の特定のパラメータを用いたシステムを使用：リフレッシュ速度＝２５ｆｐｓ、レンズ口径＝１ｃｍ、シーン内の検出器範囲＝１ｄｍ^２、光応答度＝０．４Ａ／Ｗ、検出器キャパシタンス＝１０ｆＦ、物体反応力＝０．８）に達する。これは、リセット電圧６５と同じ規模であり、この典型的な値は１Ｖであり、したがって、このノイズは、両ＴＯＦペアの信号の間のリセットの違いによって、または、変換アルゴリズム技術の場合、誤った変換によって、出力されたＴＯＦペアの差が悪くなる。本発明の目的は、上記の背景光の状況を制御することが可能であること、特に、実施形態においては、さらに、これらの背景光の信号およびこれらのノイズの発生を制御するシステムを可能にするために提供される。

本発明における実施形態によれば、相対位置メモリモジュール６０の追加によって、これは、達成可能である。このモジュールは、ＴＯＦ信号組の信号間のリセットの相対数を記録するために、例えば、トランジスタ、フリップフロップ、インバータ、コンデンサ、など、により構成される回路に用いられる。このモジュールを使用することにより、この抑制は、緩和され、以下の様に再編成されることが可能となる。つまり、結果として得られるＴＯＦ情報を、以下に説明するように修正可能にするために、ＴＯＦペアの信号の差の振幅がリセット電圧６５と相対位置メモリモジュールの状態の数とを掛け合わせたものの半分より小さく抑えられるべきである。

相対位置メモリモジュールが備えている２つの状態の第１の例は、ボックス７８として図６に示される。例えば、コンデンサ２５など積分器でリセットする手段にて、出力ノード５７上の低電圧で、コンパレータ３３が周期的に動作するとき、例えば、ＰＭＯＳトランジスタ７６のような第１のスイッチ７６は、伝導性にし、インバータ７４の出力を、例えばコンデンサ７３のようなメモリエレメント７３に通す。コンデンサ３３の出力ノード５７が高の状態で戻るとき、第１のスイッチ７６を非伝導性にし、例えばＮＭＯＳトランジスタ７７のような第２のスイッチ７７を伝導性にする。また、第２のスイッチ７７は、信号が格納されたメモリエレメント７３を、その状態を切り替えるインバータ７４の入力７５に伝導する。自動リセットの次に、インバータ７４は、再び状態を切り替える。この実装によって生成される一時的な出力信号を、図７に示す。信号８５および８６は、ＴＯＦペアの信号であり、順次測定された時間であるが、説明目的で同じグラフ上に描かれている。信号８２および８３は、相対位置メモリ７８のインバータ７４の出力ノード７２における現在のインバータ信号の出力曲線に対応している。つまり、信号８２および８３は、各々８５および８６に対応している。サンプリングした時間ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}における信号値の差８０は、リセット電圧８４の半分より大きい。相対メモリモジュール曲線８２および８３が、計算をさせることなしに、変換アルゴリズム技術は、誤った飛行時間測定をもたらす信号の差８１に含まれる結果である延長した曲線８７が、出力信号８６を代用する。曲線８２および８３は、時間ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}にいたるまでに起こるリセットの相対数についての情報を与えており、これらは、リセットの数が互いに等しいことを示す。この情報を持ったＴＯＦ復元ロジック３９は、曲線の延長なし、または、リセット電圧の減算が、正しい信号の差８０が出力できるように、必要となることを決定する。
これは、しかし、信号の差はノイズと一緒にまだ測定されており、リセット電圧６５より小さいままであるべきであるが、いくつかの範囲まで促進する。従って、この抑制の限界は、
前述の実施形態に関して倍になる。１Ｖの共通リセット電圧６５を考慮すると、この向上した実施形態は、この例で述べた騒音レベルの制御はまだ不可能である。

１６状態の相対位置メモリモジュール１００で使用している実装を図８に示す。ここで、この相対位置メモリモジュールは、４ビットの周期的なデジタルカウンタであり、このデジタルカウンタは、回路が自動的にリセットする時間毎にカウントを増加させる。このカウンタが周期的であるので、ＴＯＦペアの要素間のリセットの相対数は、多量のＢＬ信号２６が、複数回のその全期間を巡廻するカウンタを引き起こしたとしても、保持される。このような点で、このカウンタは、ＴＯＦペアの信号と、ＴＯＦペアの信号と等しいと仮定されたＢＬ信号以外との間のリセットの数の相対的差異の軌道を保持のみする。ゆえに、少ないビットを用いることは、このようなカウンタのような実装するための要求された回路領域の限定することによって、求められた改良点になるという結果になる。１６状態を用いることで、測定された信号の差における抑制は、リセット電圧６５の８倍増加させる。変換アルゴリズム技術で規定されたこの変換ルールは、以下のようになる。つまり、ＴＯＦペアの違いがリセット電圧６５の８倍より高いときはいつでも、リセット電圧６５の１６倍は、減算されるべきであり、それがリセット電圧６５の８倍のマイナスより小さいとき、リセット電圧６５の１６倍は加算される。例えば、（リセット電圧６５は、１Ｖを選択）
ＴＯＦペアの第１の測定によって、カウンタ出力が１５を与え、また、出力信号２３のサンプル値は、０．２Ｖの電圧降下を示す。第２の測定は、２のカウンタ出力を与え、０．７Ｖのサンプル出力信号を示す。カウンタ出力を乗じられたリセット電圧を加算されたサンプル値は、第１の測定において、１５＊１Ｖ＋０．７Ｖ＝１５．７Ｖを得る。また、第２の測定において、２＊１Ｖ＋０．２Ｖ＝２．２Ｖを得る。この差１５．７Ｖ−２．２Ｖ＝１３．５Ｖは、リセット電圧の８倍、８＊１Ｖより大きい。だから、変換を行うことは、ＴＯＦペアの差を修正する結果となる。つまり、１５．７Ｖ−２．２Ｖ−１６＊１Ｖ＝−２．５Ｖとなる。これは、再度仮定すると、現在のＴＯＦペアの信号の振幅が、上記抑制として定義されたその限界以内である。

典型的な１Ｖのリセット電圧が考慮される場合、この１６状態メモリモジュールと一体化し、このシステムは、８Ｖより大きい信号の変動を操作可能である。この計算される前の１．５８Ｖの電圧ノイズが、この実施形態について再考される場合、この回路が背景光を操作可能であり、平均化可能であることが示され、この一例の状況において特定のノイズが付随される。

上記相対位置メモリの実装は、実施形態のみである。状態数の異なるその他の相対位置メモリは、同様に利用される。一般的なルールは、以下のとおりである。つまり、ＴＯＦペアの差がリセット電圧に対し前もってセットされた数倍より、高いときはいつでも、この前もってセットされた数が相対位置メモリの状態の数の半分と等しくなる。特に、本発明における実施形態においては、相対位置メモリのカウンタの状態の数は、リセット電圧が減算されるべきメモリ状態の倍数であって、リセット電圧に対し、前もってセットされた数倍マイナスの値より小さいとき、メモリの状態の数は、リセット電圧の倍数分加算される。更に、実際のＴＯＦペアの差の範囲測定は、リセット電圧を乗ずる、この前もってセットされた数に制限されている。

さらに、この画素内減算技術もまた、相対位置メモリの実装からの同様の方法で利益を得ることができる。ここで、この抑制は、相対位置メモリ内の状態の数で掛けられる。

この技術において、周期的なデジタルカウンタを用いているとき、２の補数で実装される。先行技術でよく知られている。カウンタの２の補数の取得は、カウンタの値を反転し、１減じられる。上述したようにコンデンサの値が反転したとき、もしカウンタの値も２の補数を取られるのであれば、カウンタの値は反転され、１減じられる。そして、それ以降、一見すると後ろ向きにカウントしているようになる。コンデンサの値と、カウンタの値との両方について画素内減算が実現される。従って、カウンタの値とコンデンサの値を、測定の終わりに２回測定する代わりに、１回のみ測定すれば足りる。

本発明の実施形態において、上述の技術の組み合わせは、例えば、コンデンサの値のための画素内減算のみの実装回路やカウンタまたは逆の場合などが可能であり、この組み合わせは、当業者によって考慮されうる。

複数のその他の相対位置メモリモジュールは、例えば、３状態ファジー理論、線形フィードバックシフトレジスタ（ＬＦＳＲ）などで考えられる。

上述の例では、ＢＬ及び依然として逐次測定される信号全体の変化しない有用な光を仮定している。この仮定が有効でないとき、例えば、ＢＬまたはＭＬの高速変化の時、この上述した技術は、良好なＴＯＦ測定に足りえない。本発明の実施形態によれば、放射光のＴＯＦ測定のための複数の装置を平行に設置するといった本発明における実施形態に従って、この問題を解決する。例えば、本発明のように４平行の実施形態を用いるとき、第１の測定は、順次、０°、９０°、１８０°、２７０°であり、第２の測定は、９０°、１８０°、２７０°、０°であり、第３の測定は、１８０°、２７０°、０°、９０°であり、第４の測定は、２７０°、０°、９０°、１８０°である。当業者は、高速ＢＬ及びＭＬの変化に対するより良い体制を達成するための、これらの４つの測定方法から特定の情報を使用する様々な方法を考えうる。

アプリケーションの目的により、相対位置メモリモジュールを備えたまたは備えていない回路が用いられている。相対位置メモリモジュールを備えていない実施形態は、少ないシリコン領域が使用され、多量のＢＬ信号を操作可能である点で有利であるが、まだ、ノイズを引き起こすＢＬの限られた許容値によって制限されている。相対位置メモリモジュールを備えている実施形態は、大きなシリコン領域が使用され、実質上無制限のＢＬ体制を生成することにより、ＢＬが耐えられるようにすることによって全ての引き起こされたノイズに対し大幅に有効である。

図９Ａに、本発明における実施形態によるＴＯＦ処理部６１の一般的なフローチャートを示す。

たくさんのその他のステップがこの処理部に含まれているけれども、この図面および記述は、本発明を説明するために有用な部に限定している。その他のステップ、例えば、平均化、フィルタリング、実行、変換、・・・などは、当業者によって知られている。

この処理部の第１のステップは、ＴＯＦ信号を取得することまたは測定することであり、これは、例えば、出力信号のサンプリング、によって実行される。続いて、ＴＯＦペアの１つ以上が使用されている場合、ＴＯＦペアの信号をグループ化する（９０２）。さらに、画素内がすでに実行されていないとき、関連するＴＯＦペアの信号の差を取得するために各ＴＯＦペアの信号を減算する（９２０）。この減算において、存在している場合、相対位置メモリの出力は、同様に考慮される。次に、任意であるがもし望まれるならば、必要なときに変換は各ＴＯＦペアに対して実行される（９０４）。その後ＴＯＦデータの妥当性チェックが任意で行われる（９０６）。もし、妥当性チェックが出力が有効であることを示す（９０６）ならば、ＴＯＦは、計算され、ステップ９０８に出力される。さもなければ、ステップ９１０で、代用を出力する。例えば、周囲の画素の平均または誤った測定のエラー信号を出力する。

いくつかの構成において、この処理部は直接ＴＯＦを計算しない。しかし、更に、例えば、ＤＬＬ内のようなループの中で、エラー信号としての処理データを用いる。この場合多数のＴＯＦペアの信号の差は、相違の発生を集めるループを抑えるために用いられる。

図９Ｂに、あるＴＯＦペアに対する、変換アルゴリズム技術を用いた変換ステップ９０４の一般的なフローチャートを示す。全てのスイングは、全てのスイングのアナログ出力２３によって定義される。そして、相対位置メモリが存在している場合、リセット電圧で乗じられたこの相対位置メモリ内の状態の数を増加させる。変換の一般的定式化は、次のようになる。つまり、相対位置メモリに場合により存在している出力を考慮すると、ＴＯＦペアの測定の差が全スイングの半分より大きいとき、この全スイングは減算され、この差が、全スイングの半分のマイナスより小さいとき、全スイングは加算される。

この変換を用いているシステムにおいて、正確に区別でき、測定された信号の差は全スイングの半分より小さい。

好ましい実施形態だけれども、特定の構成及び構造、同様に構成要素は、本発明における装置、様々な変更、または良い修正、及び、追加された請求項によって定義された本発明の範囲から離れることなしに行われた詳細のためにここでの検討されている。例えば、図解した実施形態において、光源４９は、クロック信号によって駆動され、検出された放射光は、クロック信号の位相シフト変形と共に異なった弛緩期の間で混合される。他の実施形態において、光源は、検出された信号が元のクロック信号と混合される間、元のクロック信号に関して異なった弛緩期を越えて位相シフトしたクロック信号によって駆動される。

更に、いくつかの上記の公式は、単に、ここで用いた手順を代表するためのものである。機能性は、ブロック図に、加えられ、または、削除され、操作は、機能ブロック間で交換される。ステップは、本発明の範囲内で記述された手段のために加えられ、または、削除される。

Claims (26)

1. 放射光の飛行時間を測定する測定方法であって、
   第１の変調信号に応じて変調光（５１）を放出するステップと、
   シーン（５５）に上記変調光（５１）を投影するステップと、
   少なくともシーン（５５）によって反射された変調光を含む放射光を受光するステップと、
   受光した上記放射光（２６、２７）を、放射光により誘起する電気信号に変換するステップと、
   上記放射光により誘起する電気信号を第２の変調信号と混合することによって、混合信号を生成するステップと、
   上記混合信号を積分することによって、積分信号を生成するステップと、
   上記積分信号が閾値を超える場合に、電荷を該積分信号に注入するステップと、
   １以上の時点において、第１の変調信号および第２の変調信号の少なくともいずれかを変化させるステップと、
   １以上の時点において上記積分信号を計測することにより少なくとも１つのＴＯＦペアについて差分の信号を取得するステップであって、１つのＴＯＦペアの差分の信号を取得するために単一の検出器のノードおよび対応するコンデンサを用いるステップと、
   上記差分が注入された電荷の振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値の半分より大きいときはいつでも、上記ＴＯＦペアの差分から注入された電荷の振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値を減算し、且つ、上記差分が注入された電荷の振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値の半分のマイナス値より小さいときはいつでも、ＴＯＦペアの差分に注入された電荷の振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値を加算することによって、ＴＯＦペアの差分の補正信号を取得するステップと、
   １または複数のＴＯＦペアに関する差分の補正信号を用いることによって放射光の飛行時間を決定するステップと、を含んでいることを特徴とする測定方法。
2. １つのＴＯＦペアに対し、第１の時点における上記積分信号の測定と第２の時点における上記積分信号の測定との間で同じ回数だけ電荷注入が行われたかを判定するステップを更に含んでいることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
3. １つのＴＯＦペアに対し、第１の時点における上記積分信号の測定と第２の時点における上記積分信号の測定との間における電荷注入の回数の相対的な差異を判定することによって相対位置の電荷注入の数を保持するステップを更に含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の測定方法。
4. 上記加えられた電荷の上記振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値が上記電圧（６５）と等しくなるときには、相対位置メモリエレメント（６０、７８、１００）を使用しないことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
5. 上記加えられた電荷の上記振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値が、上記電圧（６５）の相対位置メモリ（６０、７８、１００）の状態の数を乗じた値と等しいことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の測定方法。
6. 相対位置における電荷注入の数を保持するステップは、相対位置メモリ（６０、７８、１００）の状態の上限数を数回サイクルさせている間、継続することを特徴とする請求項２、３、及び５の何れか１項に記載の測定方法。
7. ＴＯＦペアの１または複数の補正信号の飛行時間情報の妥当性チェックを行うステップを更に含んでいることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の測定方法。
8. 放射光の飛行時間を測定する測定装置において、
   放射光を放出する光源（４９）と、
   第１の変調信号に応じて、上記放射光を放出する光源（４９）によって放出された放射光（５１）を変調する変調装置と、
   少なくともシーンから反射された変調光を含む放射光を受光する放射光受光器（５６、２８）と、
   受光した放射光を、放射光により誘起する電気信号に変換する変換手段（２８）と、
   上記放射光により誘起する電気信号と第２の変調信号とを混合することによって、混合信号を生成するミキシング手段（２９）と、
   複数の時点において、第１の変調信号および第２の変調信号の少なくともいずれかを変換する変調信号変更手段（５８）と、
   上記混合信号を積分することによって、積分信号を生成するためのコンデンサ（２５）と、
   上記積分信号が閾値を超える場合に上記積分信号に電荷を加える電荷注入回路（３３、２５、３２）と、
   上記積分信号からＴＯＦのペアの差分の信号を取得するための少なくとも１つの検出器のノードおよび対応するコンデンサ（２５）と、
   信号処理システム（３９）と、を備えており、
   上記信号処理システム（３９）は、ＴＯＦペアの信号の差分であって加えられた電荷の振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値の半分より大きい差分が取得される度に、上記加えられた電荷の振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値を上記ＴＯＦペアの差分の信号から減算し、且つ、上記ＴＯＦペアの信号の差分であって上記加えられた電荷の振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値の半分のマイナス値より小さい差分が取得される度に、上記加えられた電荷の振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値を上記ＴＯＦペアの差分の信号に加算することによって、ＴＯＦペアの差分の補正信号を供給するように適合しており、
   １または複数のＴＯＦペアに関する差分の補正信号を用いることによって放射光の飛行時間を決定することを特徴とする測定装置。
9. ＴＯＦペアの信号について第１の時点における積分信号の測定と、第２の時点における積分信号の測定との間で同じ回数だけ電荷注入が行われるかを判定するように適合した相対位置メモリを更に備えていることを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
10. ＴＯＦペアの信号について第１の時点における積分信号の測定と第２の時点における積分信号の測定との間における電荷注入の数の相対的差異を決定するように適合した相対位置メモリを更に含んでいることを特徴とする請求項８または９に記載の測定装置。
11. 上記加えられた電荷の上記振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値が電圧（６５）と等しいことを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
12. 上記加えられた電荷の上記振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値が、上記電圧（６５）に上記相対位置メモリ（６０、７８、１００）の状態数を乗じた値と等しいことを特徴とする請求項８から１０の何れか１項に記載の測定装置。
13. 上記相対位置メモリは、状態数の差を記録している間、状態の合計数を数回サイクルさせるように適合した周期カウンタを含んでいることを特徴とする請求項８から１２の何れか１項に記載の測定装置。
14. 上記相対位置メモリは、２の補数を用いるカウンタを含んでいることを特徴とする請求項８から１３の何れか１項に記載の測定装置。
15. 放射光の飛行時間を測定する測定方法において、
    第１の変調信号に応じて変調光（５１）を放出するステップと、
    シーン（５５）に上記変調光（５１）を投影するステップと、
    少なくともシーン（５５）によって反射された変調光を含む放射光を受光するステップと、
    受光した上記放射光（２６、２７）を、放射光により誘起する電気信号に変換するステップと、
    上記放射光により誘起する電気信号を第２の変調信号と混合することによって、混合信号を生成するステップと、
    上記混合信号を積分することによって、積分信号を生成するステップと、
    上記積分信号が閾値を超える場合に、電荷を該積分信号に注入するステップと、
    第１の変調信号および第２の変調信号の少なくとも一方を１または複数の時点において変化させるステップと、
    １または複数の時点において上記積分信号を計測することにより少なくとも１つのＴＯＦペアについて差分の信号を取得するステップであって、１つのＴＯＦペアの差分の信号を取得するために単一の検出器のノードおよび対応するコンデンサを用いるステップと、 上記第１の変調信号および上記第２の変調信号のいずれかが変化する１または複数の時点と同期して、上記積分手段の極性および相対位置メモリ（６０、７８、１００）内の２の補数ビットの少なくともいずれかを変更して画素内減算を行うことによって、ＴＯＦペアの差分の補正信号を取得するステップと、
    １または複数のＴＯＦペアに関する差分の補正信号を用いて放射光の飛行時間を決定するステップとを含んでいることを特徴とする測定方法。
16. 第１の時点における上記積分信号の測定と、第２の時点における上記積分信号の測定との間で同量の電荷注入がＴＯＦペアの内部で行われたかを判定することによって相対位置における電荷注入の数を保持するステップを更に含んでいることを特徴とする請求項１５に記載の測定方法。
17. 第１の時点における上記積分信号の測定と、第２の時点における上記積分信号の測定との間における、ＴＯＦペアの内部での電荷注入の数の相対的差異を決定することによって相対位置における電荷注入の数を保持するステップを更に含んでいることを特徴とする請求項１５または１６に記載の測定方法。
18. 上記相対位置における電荷注入の数を保持するステップは、状態の上限数を数回サイクルさせている間、継続することを特徴とする請求項１６または１７に記載の測定方法。
19. ＴＯＦペアを形成する計測済みの１または複数の上記積分信号を供給する１または複数の出力の妥当性チェックを行うステップを更に含んでいることを特徴とする請求項１５から１８の何れか１項に記載の測定方法。
20. ＴＯＦペアの上記差分の信号を取得することによりたかだか１回の測定が行われることを特徴とする請求項１５から１９の何れか１項に記載の測定方法。
21. 放射光の飛行時間を測定する測定装置において、
    放射光を放出する光源（４９）と、
    第１の変調信号に応じて、上記放射光を放出する光源（４９）によって放出された放射光（５１）を変調する変調装置と、
    放射光を受光する放射光受光器（５６、２８）であって、少なくともシーンから反射された変調光を含む放射光受光器と、
    受光した放射光を、放射光により誘起する電気信号に変換する変換手段（２８）と、
    上記放射光により誘起する電気信号と第２の変調信号とを混合することによって、混合信号を生成するためのミキシング手段（２９）と、
    第１の変調信号および第２の変調信号のすくなくともいずれかを複数の時点で変換する変調信号変更手段（５８）と、
    上記混合信号を積分することによって、積分信号を生成するコンデンサ（２５）と、
    上記積分信号が閾値を超える場合に、上記積分信号に電荷を加える電荷注入回路（３３、２５、３２）と、
    上記積分信号からＴＯＦペアの差分の信号を取得するための少なくとも１つの検出器ノードおよび対応するコンデンサ（２５）と、
    極性を切り替えるコンデンサおよび２の補数ビットに適合する相対位置メモリ（６０、７８、１００）の少なくもいずれかを含んだ信号処理システム（３９）であって上記第１の変調信号および上記第２の変調信号の少なくともいずれかが変化する複数の時点と同期して画素内減算を行うことによってＴＯＦペアの差分の信号を供給するように適合した信号処理システムと、を備え、
    上記信号処理システムは、１または複数のＴＯＦペアの差分の補正信号を用いて放射光の飛行時間を決定することを特徴とする測定装置。
22. ＴＯＦペアの信号について第１の時点における上記積分信号の測定と、第２の時点における上記積分信号の測定とで同量の電荷注入が行われたかを判定するように適合した相対位置メモリを更に備えていることを特徴とする請求項２１に記載の測定装置。
23. ＴＯＦペアの信号について第１の時点における上記積分信号の測定と第２の時点における上記積分信号の測定との間における電荷注入の数の相対的差異を決定するように適合した相対位置メモリを更に備えていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の測定装置。
24. 上記相対位置メモリは、状態数の差を記録している間、状態の合計数を数回サイクルさせるように適合した周期カウンタを含んでいることを特徴とする請求項２１から２３の何れか１項に記載の測定装置。
25. 上記信号処理システム（３９）は、ＴＯＦペアの信号の差分であって上記加えられた電荷の上記振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値の半分より大きい差分が取得されるたびに、上記加えられた電荷の上記振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値を上記ＴＯＦペアの差分の信号から減算し、且つ、ＴＯＦペアの信号の差分であって上記加えられた電荷の上記振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値の半分のマイナス値より小さい１組の信号間のＴＯＦペアの差分が取得されるたびに、上記加えられた電荷の上記振幅に対応する電圧（６５）の１または複数倍にほぼ等しい値を上記ＴＯＦペアの差分の信号に加算するように適合することにより、差分の補正信号を供給し、
    上記信号処理システム（３９）は、１または複数の差分の補正信号用いることによって放射光の飛行時間の決定するように適合していることを特徴とする請求項２２から２４の何れか１項に記載の測定装置。
26. 上記相対位置メモリは、２の補数を用いるカウンタを含んでいることを特徴とする請求項２１から２５の何れか１項に記載の測定装置。

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