JP2022100820A - 距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】距離の測定に用いられる矩形信号における波形のなまりが顕著となる場合であっても、精度よく測定距離を算出することができる距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法を提供する。【解決手段】光源部と、光電変換素子及び三つ以上の電荷蓄積部を具備する画素と、前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を用いて、前記被写体までの測定距離を決定する距離画像処理部を備え、距離画像処理部は、測定距離を決定するまでの信号処理に用いられる矩形信号における波形のなまり度合いを示す波形情報を取得し、取得した波形情報に基づいて、矩形信号における波形になまりがない場合に蓄積される電荷量に補正し、補正した電荷量を用いて測定距離を決定する。【選択図】図１

Description

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。

従来から、物体との距離を計測するための技術として、光パルスの飛行時間を測定する技術がある。このような技術は、タイム・オブ・フライト（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ、以下、ＴＯＦという）と呼ばれる。ＴＯＦでは、光の速度が既知であることを利用し、物体に近赤外領域の光パルスを照射する。そして、この光パルスを照射した時刻と、照射した光パルスが物体によって反射してきた反射光を受光した時刻との時間差を測定する。この時間差に基づいて物体との距離を算出する。フォトダイオード（光電変換素子）を用いて距離を測定するための光を検出する測距センサが実用化されている。

そして、近年では、物体との距離のみではなく、物体を含む二次元の画像における画素ごとの奥行き情報、つまり、物体に対する三次元の情報を得ることができる測距センサが実用化されている。このような測距センサは、距離画像撮像装置ともいわれている。距離画像撮像装置では、フォトダイオードを含む画素がシリコン基板に二次元の行列状に複数配置され、この画素面で物体に反射した反射光を受光する。距離画像撮像装置では、それぞれの画素が受光した光量（電荷）に基づいた光電変換信号を１つの画像分出力することによって、物体を含む二次元の画像と、この画像を構成するそれぞれの画素ごとの距離の情報を得ることができる。例えば、特許文献１には、１つの画素に３つの電荷蓄積部が設けられ、順番に電荷を振り分けて距離を計算する技術が開示されている。

特許第４３５７２９号公報

このような距離画像撮像装置では、光パルスを断続的に照射するショートパルス方式と、光を連続的に照射するＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式がある。ショートパルス方式では、光パルスや反射光の波形が矩形に保たれた状態で電荷を蓄積させることが、測定距離の精度を維持する上で重要である。すなわち、光パルスを照射するレーザダイオードを制御するドライバのタイミング信号や電荷蓄積部に電荷を蓄積させるゲート信号が矩形に維持される必要がある。しかしながら、回路内での信号遅延、及び光電変換素子内における電荷転送効率により、矩形の立上りや立下りにおいて遅延が発生し、波形になまりが生じる。特に、処理速度の向上等を目的として矩形の幅（パルス幅）を小さくしようとすると、波形なまりが顕著となってしまう。波形なまりが顕著となると、電荷の蓄積量が本来の蓄積量から大きく変化してしまい、測定距離に誤差が生じてしまうという問題があった。この対策として、測定距離のずれ（誤差）を多項式近似によって補正することが考えられる。しかし、処理負荷がかかり、高次の項でノイズが増幅されると距離精度が悪化してしまうなどの課題があった。また、複数のタイムウィンドウが存在する場合、それぞれのタイムウィンドウにおいて測定距離のずれ具合が異なるため、複数のタイムウィンドウで多項式近似によって距離を補正しようとすると処理が複雑となり、計算を行うのが困難であった。

本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、距離の測定に用いられる矩形信号における波形のなまりが顕著となる場合であっても、精度よく測定距離を算出することができる距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法を提供することを目的とする。

本発明の距離画像撮像装置は、被写体が存在する測定空間に光パルスを照射する光源部と、入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を具備する画素と、前記光パルスの照射に同期させた所定のタイミングで前記画素における前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を振り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を用いて前記被写体までの測定距離を決定する距離画像処理部と、を備え、前記距離画像処理部は、前記測定距離を決定するまでの信号処理に用いられる矩形信号における波形のなまり度合いを示す波形情報を取得し、取得した前記波形情報に基づいて、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を、前記矩形信号における波形になまりがない場合に蓄積される電荷量に補正し、前記補正した電荷量を用いて前記測定距離を決定する。

本発明の距離画像撮像装置では、前記波形情報は、前記矩形信号を時間積分することによって導出される第１面積に対する第２面積の比率を示す裾引割合であり、前記第１面積は波形になまりがない前記矩形信号である第１信号を立上り開始時刻から立下り開始時刻まで積分した積分値であり、前記第２面積は前記第１信号から波形のなまりがある前記矩形信号である第２信号を減算した減算値を立上り開始時刻から立上り終了時刻まで積分した積分値、又は、前記第２信号を立下り開始時刻から立下り終了時刻まで積分した積分値であり、前記距離画像処理部は、複数の前記電荷蓄積部のうち前記光パルスが前記被写体に反射した反射光に応じた電荷量が最初に蓄積される第１電荷蓄積部と、前記第１電荷蓄積部の次に電荷が蓄積される第２電荷蓄積部について、前記第１電荷蓄積部に蓄積された第１電荷量から外光成分に応じた電荷量を減算した第１距離演算用電荷量、及び前記第２電荷蓄積部に蓄積された第２電荷量から外光成分に応じた電荷量を減算した第２距離演算用電荷量を算出し、前記波形情報を用いて前記第２距離演算用電荷量のうち前記矩形信号のなまりに起因して前記第１電荷蓄積部に蓄積されずに前記第２電荷蓄積部に蓄積された第１補正電荷量を算出し、前記第１補正電荷量を用いて前記第１距離演算用電荷量及び前記第２距離演算用電荷量を補正する。

本発明の距離画像撮像装置では、前記画素は、三つの前記電荷蓄積部を具備し、前記距離画像処理部は、三つの前記電荷蓄積部のうち、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部とは異なる電荷蓄積部である外光蓄積用電荷蓄積部に前記反射光に応じた電荷が蓄積されないように、前記外光蓄積用電荷蓄積部に電荷を蓄積させるタイミングを制御し、前記外光蓄積用電荷蓄積部に蓄積された電荷量を、外光成分に応じた電荷量とする。

本発明の距離画像撮像装置では、前記画素は、三つの前記電荷蓄積部を具備し、前記波形情報は、前記矩形信号を時間積分することによって導出される第１面積に対する第２面積の比率を示す裾引割合であり、前記第１面積は波形になまりがない前記矩形信号である第１信号の立上り開始時刻から立下り開始時刻まで積分した積分値であり、前記第２面積は前記第１信号から波形のなまりがある前記矩形信号である第２信号を減算した減算値を立上り開始時刻から立上り終了時刻まで積分した積分値、又は、前記第２信号を立下り開始時刻から立下り終了時刻まで積分した積分値であり、前記距離画像処理部は、三つの前記電荷蓄積部のうち前記光パルスが前記被写体に反射した反射光に応じた電荷量が最初に蓄積される第１電荷蓄積部と、前記第１電荷蓄積部の次に電荷が蓄積される第２電荷蓄積部と、前記第２電荷蓄積部の次に電荷が蓄積される第３電荷蓄積部について、前記第１電荷蓄積部に蓄積された第１電荷量から外光成分に応じた電荷量を減算した第１距離演算用電荷量、前記第２電荷蓄積部に蓄積された第２電荷量から外光成分に応じた電荷量を減算した第２距離演算用電荷量、及び前記第３電荷蓄積部に蓄積された第３電荷量から外光成分に応じた電荷量を減算した第３距離演算用電荷量を算出し、前記波形情報を用いて前記第２距離演算用電荷量のうち前記矩形信号のなまりに起因して前記第１電荷蓄積部に蓄積されずに前記第２電荷蓄積部に蓄積された第１補正電荷量を算出し、前記波形情報を用いて前記第３距離演算用電荷量のうち前記矩形信号のなまりに起因して前記第２電荷蓄積部に蓄積されずに前記第３電荷蓄積部に蓄積された第２補正電荷量を算出し、前記第１補正電荷量を用いて前記第１距離演算用電荷量を補正し、前記第１補正電荷量及び前記第２補正電荷量を用いて前記第２距離演算用電荷量を補正する。

本発明の距離画像撮像装置では、前記画素は、四つの前記電荷蓄積部を具備し、前記距離画像処理部は、四つの前記電荷蓄積部のうち、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部及び前記第３電荷蓄積部とは異なる外光蓄積用電荷蓄積部に前記反射光に応じた電荷が蓄積されないように、前記外光蓄積用電荷蓄積部に電荷を蓄積させるタイミングを制御し、前記外光蓄積用電荷蓄積部に蓄積された電荷量を、外光成分に応じた電荷量とする。

本発明の距離画像撮像方法は、被写体が存在する測定空間に光パルスを照射する光源部と、入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を具備する画素と、前記光パルスの照射に同期させた所定のタイミングで前記画素における前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を振り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を用いて前記被写体までの測定距離を決定する距離画像処理部と、を備える距離画像撮像装置による距離画像撮像方法であって、前記距離画像処理部は、前記測定距離を決定するまでの信号処理に用いられる矩形信号における波形のなまり度合いを示す波形情報を取得し、取得した前記波形情報に基づいて、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を、前記矩形信号における波形になまりがない場合に蓄積される電荷量に補正し、前記補正した電荷量を用いて前記測定距離を決定する。

本発明によれば、距離の測定に用いられる矩形信号における波形のなまりが顕著となる場合であっても、精度よく測定距離を算出することができる。

実施形態の距離画像撮像装置１の概略構成を示したブロック図である。 実施形態の距離画像センサ３２の概略構成を示したブロック図である。 実施形態の画素３２１の構成の一例を示した回路図である。 実施形態の画素３２１を駆動するタイミングの例を示すタイミングチャートである。 実施形態の波形のなまりを説明する図である。 実施形態の波形のなまりを説明する図である。 実施形態の波形のなまりを説明する図である。 実施形態の実施形態波形情報４４０の構成の例を示す図である。 実施形態の距離画像処理部４が電荷量を補正する処理を説明する図である。 実施形態の距離画像処理部４が行う処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態の変形例における画素３２１を駆動するタイミングの例を示すタイミングチャートである。 実施形態の変形例における距離画像処理部４が電荷量を補正する処理を説明する図である。 実施形態の効果を説明する図である。 実施形態の変形例における二つのタイムウィンドウを説明する図である。

以下、実施形態の距離画像撮像装置を、図面を参照しながら説明する。

＜実施形態＞
まず、実施形態について説明する。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、光源部２と、受光部３と、距離画像処理部４とを備える。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ＯＢも併せて示している。

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ＯＢ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。

光源装置２１は、被写体ＯＢ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ＯＢ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ＯＢに照射される。

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ＯＢ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に受光（入射）させる。

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複数の画素を備える。距離画像センサ３２のそれぞれの画素の中に、１つの光電変換素子と、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る。つまり、画素は、複数の電荷蓄積部に電荷を振り分けて蓄積させる振り分け構成の撮像素子である。

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、複数の画素が二次元の行列状に配置されており、それぞれの画素の対応する１フレーム分の画素信号を出力する。

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ＯＢ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、記憶部４４とを備える。なお、距離画像処理部４の機能部（タイミング制御部４１、距離演算部４２、測定制御部４３、及び記憶部４４）の一部が、距離画像センサ３２に組み込まれていてもよい。

タイミング制御部４１は、測定制御部４３の制御に応じて、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、反射光ＲＬを複数の電荷蓄積部に振り分けて蓄積させる信号、１フレームあたりの振り分け回数（蓄積回数）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３参照）に電荷を振り分ける処理を繰返す回数である。

距離演算部４２は、距離画像センサ３２から出力された画素信号、及び後述する波形情報４４０を用いて、被写体ＯＢまでの距離を算出し、算出した距離情報を出力する。距離演算部４２は、距離画像センサ３２から出力された画素信号から得られる複数の電荷蓄積部に蓄積された電荷量を、波形情報４４０を用いて補正し、補正した電荷量に基づいて、被写体ＯＢまでの距離を演算する。波形情報４４０については後で詳しく説明する。また、距離演算部４２が、波形情報４４０を用いて被写体ＯＢまでの距離を決定する方法については、後で詳しく説明する。

測定制御部４３は、タイミング制御部４１を制御する。例えば、測定制御部４３は、１フレームの振り分け回数、及び蓄積時間Ｔａ等を設定し、設定した内容で撮像が行われるようにタイミング制御部４１を制御する。

記憶部４４は、記憶媒体、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access read/write Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、または、これらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。記憶部４４は、例えば、波形情報４４０を記憶する。

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ＯＢに照射した近赤外の波長帯域の光パルスＰＯが被写体ＯＢ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ＯＢ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。

次に、距離画像撮像装置１において撮像素子として用いられる距離画像センサ３２の構成について説明する。図２は、実施形態の距離画像撮像装置１に用いられる撮像素子（距離画像センサ３２）の概略構成を示したブロック図である。

図２に示すように、距離画像センサ３２は、例えば、複数の画素３２１が配置された受光領域３２０と、制御回路３２２と、振り分け動作を有した垂直走査回路３２３と、水平走査回路３２４と、画素信号処理回路３２５とを備える。

受光領域３２０は、複数の画素３２１が配置された領域であって、図２では、８行８列に二次元の行列状に配置された例を示している。画素３２１は、受光した光量に応じた電荷を蓄積する。制御回路３２２は、距離画像センサ３２を統括的に制御する。制御回路３２２は、例えば、距離画像処理部４のタイミング制御部４１からの指示に応じて、距離画像センサ３２の構成要素の動作を制御する。なお、距離画像センサ３２に備えた構成要素の制御は、タイミング制御部４１が直接行う構成であってもよく、この場合、制御回路３２２を省略することも可能である。

垂直走査回路３２３は、制御回路３２２からの制御に応じて、受光領域３２０に配置された画素３２１を行ごとに制御する回路である。垂直走査回路３２３は、画素３２１の電荷蓄積部ＣＳそれぞれに蓄積された電荷量に応じた電圧信号を画素信号処理回路３２５に出力させる。この場合、垂直走査回路３２３は、光電変換素子により変換された電荷を画素３２１の電荷蓄積部それぞれに振り分ける。つまり、垂直走査回路３２３は、「画素駆動回路」の一例である。

画素信号処理回路３２５は、制御回路３２２からの制御に応じて、それぞれの列の画素３２１から対応する垂直信号線に出力された電圧信号に対して、予め定めた信号処理（例えば、ノイズ抑圧処理やＡ／Ｄ変換処理など）を行う回路である。

水平走査回路３２４は、制御回路３２２からの制御に応じて、画素信号処理回路３２５から出力される信号を、水平信号線に順次出力させる回路である。これにより、１フレーム分蓄積された電荷量に相当する画素信号が、水平信号線を経由して距離画像処理部４に順次出力される。

以下では、画素信号処理回路３２５がＡ／Ｄ変換処理を行い、画素信号がデジタル信号であるものとして説明する。

ここで、距離画像センサ３２に備える受光領域３２０内に配置された画素３２１の構成について説明する。図３は、実施形態の距離画像センサ３２の受光領域３２０内に配置された画素３２１の構成の一例を示した回路図である。図３には、受光領域３２０内に配置された複数の画素３２１のうち、１つの画素３２１の構成の一例を示している。この図の例では、画素３２１が４つの画素信号読み出し部を備えた構成の一例である。

図３に示すように、画素３２１は、１つの光電変換素子ＰＤと、ドレインゲートトランジスタＧＤと、４つの画素信号読み出し部ＲＵ（画素信号読み出し部ＲＵ１～ＲＵ４）とを備える。それぞれの画素信号読み出し部ＲＵは、出力端子Ｏから電圧信号を出力する。

以下の説明においては、４つの画素信号読み出し部ＲＵ符号の後に、「１」、「２」、「３」または「４」の数字を付与することによって、それぞれの画素信号読み出し部ＲＵ、を区別する。また、同様に、４つの画素信号読み出し部ＲＵに備えたそれぞれの構成要素も、それぞれの符号の後に数字を付与することによって、それぞれの構成要素を区別して表す。

画素信号読み出し部ＲＵのそれぞれは、読み出しゲートトランジスタ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、リセットゲートトランジスタＲＴと、ソースフォロアゲートトランジスタＳＦと、選択ゲートトランジスタＳＬとを備える。それぞれの画素信号読み出し部ＲＵでは、フローティングディフュージョンＦＤと電荷蓄積容量Ｃとによって電荷蓄積部ＣＳが構成されている。具体的には、画素信号読み出し部ＲＵ１は、読み出しゲートトランジスタＧ１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、リセットゲートトランジスタＲＴ１と、ソースフォロアゲートトランジスタＳＦ１と、選択ゲートトランジスタ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～ＲＵ４も同様の構成である。

光電変換素子ＰＤは、入射した光を光電変換して電荷を発生させ、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。光電変換素子ＰＤの構造は任意であってよい。光電変換素子ＰＤは、例えば、Ｐ型半導体とＮ型半導体とを接合した構造のＰＮフォトダイオードであってもよいし、Ｐ型半導体とＮ型半導体との間にＩ型半導体を挟んだ構造のＰＩＮフォトダイオードであってもよい。また、光電変換素子ＰＤは、フォトダイオードに限定されるものではなく、例えば、フォトゲート方式の光電変換素子であってもよい。

画素３２１では、光電変換素子ＰＤが入射した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、画素信号処理回路３２５に出力する。

距離画像センサ３２に配置される画素の構成は、図３に示したような、４つの画素信号読み出し部ＲＵを備えた構成に限定されるものではなく、複数の画素信号読み出し部ＲＵを備えた構成の画素であればよい。つまり、距離画像センサ３２に配置される画素に備える画素信号読み出し部ＲＵ（電荷蓄積部ＣＳ）の数は、２つであってもよいし、３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。

また、図３に示した構成の画素３２１では、電荷蓄積部ＣＳを、フローティングディフュージョンＦＤと電荷蓄積容量Ｃとによって構成する一例を示した。しかし、電荷蓄積部ＣＳは、少なくともフローティングディフュージョンＦＤによって構成されればよく、画素３２１が電荷蓄積容量Ｃを備えない構成であってもよい。

また、図３に示した構成の画素３２１では、ドレインゲートトランジスタＧＤを備える構成の一例を示したが、これに限定されない。例えば、電荷蓄積部ＣＳに蓄積されずに光電変換素子ＰＤに残っている電荷を破棄する必要がない場合には、ドレインゲートトランジスタＧＤを備えない構成であってもよい。

次に、画素３２１の駆動タイミングについて図４を用いて説明する。図４は、実施形態の画素３２１を駆動するタイミングを示すタイミングチャートである。

図４では、１回の振り分け処理において、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに電荷を蓄積させるまでに要する時間を「単位蓄積期間」と表している。「単位蓄積期間」において行われる振り分け処理を１フレームに相当する蓄積回数だけ繰り返し行った後に、その間に蓄積された電荷量を読み出す処理が行われる。この蓄積された電荷量を読み出す処理が行われる時間を「読み出し期間」と表している。

また、図４では、光パルスＰＯを照射するタイミングを「Ｌ」、反射光ＲＬが受光されるタイミングを「Ｒ」、読み出しゲートトランジスタＧ１を駆動させるタイミングを「Ｇ１」、読み出しゲートトランジスタＧ２を駆動させるタイミングを「Ｇ２」、読み出しゲートトランジスタＧ３を駆動させるタイミングを「Ｇ３」、読み出しゲートトランジスタＧ４を駆動させるタイミングを「Ｇ４」、駆動信号ＲＳＴＤのタイミングを「ＧＤ」、の項目名でそれぞれ示している。

垂直走査回路３２３は、光パルスＰＯの照射に同期させたタイミングで、電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４に電荷を蓄積させる。図４の例では、光パルスＰＯを照射したタイミングと同じタイミングで電荷蓄積部ＣＳ１に電荷を蓄積させ、電荷蓄積部ＣＳ１に電荷を蓄積させた後、順次、電荷蓄積部ＣＳ２～ＣＳ４に電荷を蓄積させる。

図４の例では、光パルスＰＯが照射された時刻から遅延時間Ｔｄ遅れて反射光ＲＬが距離画像センサ３２に受光される場合のタイミングチャートが示されている。遅延時間Ｔｄに応じて、反射光ＲＬに応じた電荷が電荷蓄積部ＣＳ１及びＣＳ２、又は電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３に振り分けて蓄積される。電荷蓄積部ＣＳ４が電荷を蓄積するタイミングでは、反射光ＲＬが受光されることはなく、背景光などの外光成分に応じた電荷が電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される。

具体的に、まず、垂直走査回路３２３は、光パルスＰＯを照射させる。垂直走査回路３２３は照射のタイミングと同じタイミングでドレインゲートトランジスタＧＤをオフ状態にするとともに、読み出しゲートトランジスタＧ１を蓄積時間Ｔａに渡りオン状態とする。垂直走査回路３２３は、読み出しゲートトランジスタＧ１を蓄積時間Ｔａに渡りオン状態とした後に、読み出しゲートトランジスタＧ１をオフ状態とする。これにより、読み出しゲートトランジスタＧ１がオン状態に制御されている間に光電変換素子ＰＤにより光電変換された電荷が、読み出しゲートトランジスタＧ１を介して電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される。

次に、垂直走査回路３２３は、読み出しゲートトランジスタＧ２をオフ状態としたタイミングで、読み出しゲートトランジスタＧ２を蓄積時間Ｔａに渡りオン状態とする。垂直走査回路３２３は、読み出しゲートトランジスタＧ２を蓄積時間Ｔａに渡りオン状態とした後に、読み出しゲートトランジスタＧ２をオフ状態にする。これにより、読み出しゲートトランジスタＧ２がオン状態に制御されている間に光電変換素子ＰＤにより光電変換された電荷が、読み出しゲートトランジスタＧ２を介して電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される。

次に、垂直走査回路３２３は、読み出しゲートトランジスタＧ２をオフ状態としたタイミングで、読み出しゲートトランジスタＧ３を蓄積時間Ｔａに渡りオン状態にする。垂直走査回路３２３は、読み出しゲートトランジスタＧ３を蓄積時間Ｔａに渡りオン状態とした後に、読み出しゲートトランジスタＧ３をオフ状態にする。これにより、読み出しゲートトランジスタＧ３がオン状態に制御されている間に光電変換素子ＰＤにより光電変換された電荷は、読み出しゲートトランジスタＧ３を介して電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される。

次に、垂直走査回路３２３は、電荷蓄積部ＣＳ３への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、読み出しゲートトランジスタＧ４を蓄積時間Ｔａに渡りオン状態にする。垂直走査回路３２３は、読み出しゲートトランジスタＧ４を蓄積時間Ｔａに渡りオン状態とした後に、読み出しゲートトランジスタＧ４をオフ状態とする。垂直走査回路３２３は、読み出しゲートトランジスタＧ４をオフ状態としたタイミングでドレインゲートトランジスタＧＤをオン状態にする。ドレインゲートトランジスタＧＤがオン状態とされることにより、この間に光電変換素子ＰＤにより光電変換された電荷は、電荷蓄積部ＣＳに蓄積されることなく、ドレインゲートトランジスタＧＤを介して破棄される。

垂直走査回路３２３は、上述したような駆動を、１フレームに渡って所定の振り分け回数分繰り返し行う。その後、垂直走査回路３２３は、それぞれの電荷蓄積部ＣＳに蓄積され電荷量に応じた電圧信号を出力する。具体的に、垂直走査回路３２３は、選択ゲートトランジスタＳＬ１を所定時間オン状態にすることにより、画素信号読み出し部ＲＵ１を介して電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量に応じた電圧信号を出力端子Ｏ１から出力させる。同様に、垂直走査回路３２３は、順次、選択ゲートトランジスタＳＬ２～ＳＬ４をオン状態とすることにより、電荷蓄積部ＣＳ２～ＣＳ４に蓄積された電荷量に応じた電圧信号を出力端子Ｏ２～Ｏ４から出力させる。これによって、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が距離演算部４２に出力される。

なお、上記では、光パルスＰＯが照射されたタイミングで、読み出しゲートトランジスタＧ１をオン状態とする場合を例に説明した。しかしながらこれに限定されることはない。少なくとも反射光ＲＬに応じた電荷が電荷蓄積部ＣＳ１及びＣＳ２、又はＣＳ２又はＣＳ３に振り分けて蓄積されるタイミングで光パルスＰＯが照射されればよい。

図４では、光パルスＰＯを照射するタイミングと、電荷蓄積部ＣＳ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及びＣＳ２に、反射光ＲＬ及び外光成分に応じた電荷量が振り分けられて保持される。この場合、電荷蓄積部ＣＳ１は、「第１電荷蓄積部」の一例である。電荷蓄積部ＣＳ２は、「第２電荷蓄積部」の一例である。また、電荷蓄積部ＣＳ４には背景光などの外光成分に応じた電荷量が保持される。この場合、電荷蓄積部ＣＳ４は「外光蓄積用電荷蓄積部」の一例である。

なお、比較的遠くにある被写体ＯＢからの反射光ＲＬが受光された場合、遅延時間Ｔｄが大きくなり、その結果、電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３に反射光ＲＬ及び外光成分に応じた電荷量が振り分けられて保持されることとなる。この場合、電荷蓄積部ＣＳ２は、「第１電荷蓄積部」の一例である。電荷蓄積部ＣＳ３は、「第２電荷蓄積部」の一例である。

電荷蓄積部ＣＳ１及びＣＳ２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ＯＢ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。

距離演算部４２は、この原理を利用して、以下の（１）式により、遅延時間Ｔｄを算出する。（１）式におけるＴｏは光パルスＰＯが照射された時間間隔であり、Ｒは反射光ＲＬの振り分け比率を示す電荷比である。

Ｔｄ＝Ｔｏ×Ｒ …（１）
但し、 Ｒ＝Ｑ２＃／（Ｑ１＃＋Ｑ２＃）
Ｑ１＃＝Ｑ１－Ｑｂ
Ｑ２＃＝Ｑ２－Ｑｂ
Ｑ４＝Ｑｂ
Ｔｏは光パルスＰＯが照射された時間間隔
Ｒは以下で求められる電荷比
Ｑ１＃は電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ２＃は電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑｂは電荷蓄積部ＣＳに蓄積される外光成分に応じた電荷量
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
Ｑ４は電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された電荷量

距離演算部４２は、近距離受光画素においては、（１）式で求めた遅延時間Ｔｄに、光速（速度）を乗算させることにより、被写体ＯＢ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とすることにより、被写体ＯＢまでの距離を求める。

ここで、蓄積された電荷量から算出される距離（測定距離）に誤差が生じる要因について説明する。

誤差が生じる一因として、距離の測定に係る各種の信号処理に用いられる矩形信号において波形になまりが生じることが考えられる。実際の回路では配線抵抗や寄生容量などに起因して信号伝送時の高周波特性が劣化する。また、光電変換素子ＰＤにおける電荷転送効率に起因して電荷転送時に遅延が生じる。高周波特性が劣化したり、光電変換素子ＰＤにおける電荷転送効率したりすると、信号の立上りや立下り等、信号振幅が急峻に変化する時に遅延が発生し、波形になまりが生じる。その結果、矩形が崩れ、立上り遅延及び立下りが遅延した波形に変化する。

距離を測定する様々な処理で用いられる矩形信号がなまると誤差が生じる原因となる。例えば、光パルスを照射するレーザダイオードを制御するドライバのタイミング信号がなまると光パルスを照射した後やや遅れて規定の光量に達し、照射を停止した後やや遅れて光パルスＰＯの光量が０（ゼロ）となる。このような波形のなまりが反射光ＲＬに影響するため、反射光ＲＬも裾引波形となって画素３２１に受光される。さらに、読み出しゲートトランジスタＧのタイミング信号がなまると、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積されるはずの電荷量が電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積されたり、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積されるはずの電荷量が電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積されたりする。このように本来蓄積されるべき電荷蓄積部ＣＳと異なる電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷量を用いて（１）式から算出される遅延時間Ｔｄは、本来の遅延時間Ｔｄとは異なる値と異なり、誤差を含む値となる。

この対策として、本実施形態では、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量を、波形情報４４０を用いて、波形になまりがない矩形信号が用いられた場合に蓄積される電荷量に補正する。波形情報４４０は、波形のなまり度合を示す情報である。そして、補正した電荷量を用いて（１）式から遅延時間Ｔｄを算出する。これにより、矩形信号がなまることに起因して生じる誤差を低減させることが可能となる。

ここで電荷量を補正する方法について、図５～図９を用いて具体的に説明する。図５～図７は、実施形態の波形のなまりを説明する図である。図８は、実施形態の波形情報４４０の構成の例を示す図である。図９は、実施形態の距離画像処理部４が電荷量を補正する処理を説明する図である。

図５には、波形になまりがない矩形の信号Ｈ１（以下、「矩形信号Ｈ１」とも称する）が模式的に示されている。図５に示すように、信号Ｈ１は、立上り開始時刻Ｔｒｓにおいて信号振幅がＬｏからＨｉに変化し、立下り開始時刻Ｔｄｓにおいて信号振幅がＨｉからＬｏに変化する。

図６には、波形になまりがある裾を引いた信号Ｈ２（以下、「裾引信号Ｈ２」とも称する）が模式的に示されている。図６に示すように、信号Ｈ２は、立上り開始時刻Ｔｒｓから立上り終了時刻Ｔｒｅまで時間をかけて徐々に信号振幅がＬｏからＨｉに変化する。また、信号Ｈ２は、立下り開始時刻Ｔｄｓから立下り終了時刻Ｔｄｅまで時間をかけて徐々に信号振幅がＨｉからＬｏに変化する。

図７には、図６の裾引信号Ｈ２の波形を複数の領域に分割した図が模式的に示されている。本実施形態では、図７に示すように、裾引信号Ｈ２の波形に応じて領域Ｓａ～Ｓｃに分割し、それぞれの領域の面積を用いて裾引信号Ｈ２のなまり度合を定義する。

領域Ｓａは、裾引信号Ｈ２の立上り遅延による振幅の減少よって生じた領域に相当する。領域Ｓａの面積は、矩形信号Ｈ１から裾引信号Ｈ２を減じた減算値を、立上り開始時刻Ｔｒｓから立上り終了時刻Ｔｒｅまで積分した積分値である。

領域Ｓｂは、矩形信号Ｈ１の矩形面積から領域Ｓａを除いた領域に相当する。領域Ｓｂの面積は、裾引信号Ｈ２を、立上り開始時刻Ｔｒｓから立下り開始時刻Ｔｄｓまで積分した積分値である。或いは、矩形信号Ｈ１を、立上り開始時刻Ｔｒｓから立下り開始時刻Ｔｄｓまで積分した積分値（矩形面積）から、領域Ｓａの面積を減算した面積である。

領域Ｓｃは、裾引信号Ｈ２の立下り遅延によって生じた裾引領域に相当する。領域Ｓｃの面積は、裾引信号Ｈ２を、立下り開始時刻Ｔｄｓから立下り終了時刻Ｔｄｅまで積分した積分値である。

本実施形態では、矩形面積（領域Ｓａ＋Ｓｂ）に対する裾引面積（領域Ｓｃ）の割合を、裾引割合Ｒｅとし、波形における「なまり度合」を示す指標として用いる。なお、裾引割合Ｒｅは、少なくとも波形における「なまり度合」を示す値であればよく、例えば、裾引割合Ｒｅは、裾引面積（領域Ｓｃ）に対する矩形面積（領域Ｓａ＋Ｓｂ）であってもよい。

図８には、波形情報４４０の構成の例が示されている。波形情報４４０は、例えば、裾引割合Ｒｅ、計算式、及び備考などの項目を備える。裾引割合Ｒｅは、波形における「なまり度合」を示す指標であり、矩形面積（領域Ｓａ＋Ｓｂ）に対する裾引面積（領域Ｓｃ）の割合である。計算式は、裾引割合Ｒｅを算出する計算式である。

本実施形態では、各種の信号処理の各々のなまりを反射光ＲＬに集約させ、そのなまりがある反射光ＲＬを受光したとみなして補正を行う。すなわち、なまりのある反射光ＲＬに応じた電荷が、なまりのない読み出しゲートトランジスタＧの駆動タイミングで電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるものとする。そして、反射光ＲＬの裾引割合Ｒｅ（なまり度合）に基づいて、電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷量を補正する。補正後の電荷量は、なまりのない反射光ＲＬに応じた電荷が、なまりのない読み出しゲートトランジスタＧの駆動タイミングで電荷蓄積部ＣＳに蓄積される場合の電荷量となる。

図９には、距離画像処理部４が電荷量を補正する処理を説明する図である。図９に示すように、本実施形態では、なまりがある反射光ＲＬがなまりのない読み出しゲートトランジスタＧの駆動タイミングで電荷蓄積部ＣＳに蓄積される場合を想定する。

図９には、図４と同様に、遅延時間Ｔｄ遅れて反射光ＲＬが距離画像センサ３２に到達し、反射光ＲＬに応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ１及びＣＳ２に振り分けて蓄積されるものとする。また、図９では、反射光ＲＬには波形になまりがあり、なまりによって生じた反射光ＲＬの一部に応じた電荷が電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積されるものとする。この場合、電荷蓄積部ＣＳ１は「第１電荷蓄積部」の一例である。電荷蓄積部ＣＳ２は「第２電荷蓄積部」の一例である。電荷蓄積部ＣＳ３は「第３電荷蓄積部」の一例である。

具体的には、波形になまりがある裾引信号Ｈ２で形成される反射光ＲＬのうち、領域Ｓｂの一部分（領域Ｓｂ１）に応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積されるものとする。また、領域Ｓｂの残りの部分（領域Ｓｂ２）に応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積されるものとする。また、領域Ｓｃの一部分（領域Ｓｃ１）に応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積されるものとする。また、領域Ｓｃの残りの部分（領域Ｓｃ２）に応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積されるものとする。

電荷量を補正するにあたり、本実施形態では、光パルスＰＯを照射する照射時間Ｔｏと、電荷蓄積部ＣＳに電荷を蓄積させる蓄積時間Ｔａとが同じ時間間隔であることを前提とする。また、本実施形態では、領域Ｓａの面積と領域Ｓｃの面積は、計算上、同一の値として計算している。

なお、図９では「Ｇ４」のタイミングチャートが省略されているが、図４と同様に読み出しゲートトランジスタＧ４が駆動され、外光成分に応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積されるものとする。

距離演算部４２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取得する。距離演算部４２は、以下の（２）式により、反射光ＲＬに応じた電荷の総量ＱＳＵＭを算出する。ここで、電荷量Ｑ１＃は、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量であり「第１距離演算用電荷量」の一例である。電荷量Ｑ２＃は、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量であり「第２距離演算用電荷量」の一例である。電荷量Ｑ３＃は、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量であり「第３距離演算用電荷量」の一例である。

ＱＳＵＭ＝Ｑ１＃＋Ｑ２＃＋Ｑ３＃ …（２）
Ｑ１＃＝Ｑ１－Ｑｂ
Ｑ２＃＝Ｑ２－Ｑｂ
Ｑ３＃＝Ｑ３－Ｑｂ
Ｑ４＝Ｑｂ
但し、 Ｑ１＃は電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ２＃は電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ３＃は電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑｂは電荷蓄積部ＣＳに蓄積される外光成分に応じた電荷量
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

距離演算部４２は、（２）式で算出される電荷の総量ＱＳＵＭ、及び波形情報４４０に記憶された裾引割合Ｒｅを用いて、以下の（３）式により、裾引き部分の電荷量Ｑｓ（図７における領域Ｓｃに応じた電荷量）を算出する。

Ｑｓ＝ＱＳＵＭ×Ｒｅ …（３）
但し、ＱＳＵＭ＝Ｑ１＃＋Ｑ２＃＋Ｑ３＃
Ｑ１＃は電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ２＃は電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ３＃は電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｒｅは裾引割合

距離演算部４２は、（３）式で算出される裾引き部分の電荷量Ｑｓを、（４）式により、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量Ｑ２ｓと、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量Ｑ３＃に分離する。

Ｑｓ＝Ｑ２ｓ＋Ｑ３＃ …（４）
但し、Ｑ２ｓは電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬの裾引部分に応じた電荷量
Ｑ３＃は電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量

距離演算部４２は、（４）式を電荷量Ｑ２ｓについて求める。裾引き部分の電荷量Ｑｓと、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量Ｑ３＃が既知であることから、（５）式によって電荷量Ｑ２ｓを算出することができる。

Ｑ２ｓ＝Ｑｓ－Ｑ３＃ …（５）
但し、Ｑ２ｓは電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬの裾引部分に応じた電荷量
Ｑ３＃は電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑｓは裾引き部分の電荷量

距離演算部４２は、領域Ｓａの面積と領域Ｓｃの面積が同一であること前提として、（６）式の通り電荷量Ｑ１＃を補正して補正後の電荷量Ｑ１ｈを算出する。また、距離演算部４２は、（７）式の通り電荷量Ｑ２＃を補正して補正後の電荷量Ｑ２ｈを算出する。

Ｑ１ｈ＝Ｑ１＃＋Ｑ２ｓ …（６）
Ｑ２ｈ＝Ｑ２＃－Ｑ２ｓ＋Ｑ３＃ …（７）
但し、Ｑ１ｈは補正後の電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ１＃は補正前の電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ２ｓは電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬの裾引部分に応じた電荷量
Ｑ２ｈは補正後の電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ２＃は補正前の電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ３＃は電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量

図１０は、実施形態の距離画像処理部４が行う処理の流れを示すフローチャートである。距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３のそれぞれに蓄積された電荷量Ｑ１～Ｑ４を取得する（ステップＳ１０）。距離演算部４２は、取得した電荷量Ｑ４を用いて、外光成分に応じた電荷量Ｑｂを算出する（ステップＳ１１）。

距離演算部４２は、電荷量Ｑ１～Ｑ３、電荷量Ｑｂ、及び裾引割合Ｒｅを用いて、裾引成分に応じた電荷量Ｑｓを算出する（ステップＳ１２）。距離演算部４２は、（２）式、及び（３）式に、電荷量Ｑ１～Ｑ３、電荷量Ｑｂ、及び裾引割合Ｒｅを代入することによって、電荷量Ｑｓを算出する。

距離演算部４２は、裾引成分に応じた電荷量のうち電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量Ｑ２ｓを算出する（ステップＳ１３）。距離演算部４２は、（４）式、及び（５）式を用いて、電荷量Ｑ２ｓを算出する。距離演算部４２は、電荷量Ｑ１＃を補正した補正後の電荷量Ｑ１ｈを算出し、電荷量Ｑ２＃を補正した補正後の電荷量Ｑ２ｈを算出する（ステップＳ１４）。距離演算部４２は、補正後の電荷量Ｑ１ｈ、及びＱ２ｈを用いて測定距離を決定する（ステップＳ１５）。距離演算部４２は、補正後の電荷量Ｑ１ｈを（１）式における電荷量Ｑ１＃に代入し、補正後の電荷量Ｑ２ｈを（１）式における電荷量Ｑ２＃に代入することによって遅延時間Ｔｄを算出する。距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに、光速（速度）を乗算させた乗算値を１／２とすることにより、測定距離を算出する。

なお、上記では、距離画像撮像装置１の画素３２１が四つの電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４を備える場合を例に説明した。しかしながらこれに限定されない。距離画像撮像装置１の画素３２１が五つ以上（例えばＮ個、Ｎ≧５）の電荷蓄積部ＣＳを備える構成であってもよい。

距離画像撮像装置１の画素３２１がＮ個（Ｎ≧５）の電荷蓄積部ＣＳを備える場合、ステップＳ１０で、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳＮのそれぞれに蓄積された電荷量Ｑ１～ＱＮを取得する。ステップＳ１１で、距離演算部４２は、取得した電荷量Ｑ１～ＱＮを用いて、外光成分に応じた電荷量Ｑｂを算出する。距離演算部４２が電荷量Ｑｂを算出する方法は、距離画像撮像装置１の画素３２１が四つの電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４を備える場合と同様に、反射光ＲＬが受光されないタイミングで電荷を蓄積した電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷量を用いる。

ステップＳ１２で、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳＮから、反射光ＲＬに応じた電荷が（裾引き部分を含めて）振り分けて蓄積された三つの電荷蓄積部ＣＳを選択する。距離演算部４２が三つの電荷蓄積部ＣＳを選択する方法は、例えば、連続して電荷が蓄積される三つの電荷蓄積部ＣＳの組合せのうち、それぞれの電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷量の和が最も大きいものを、反射光ＲＬに応じた電荷が振り分けて蓄積された三つの電荷蓄積部ＣＳとする。距離演算部４２は、反射光ＲＬに応じた電荷が振り分けて蓄積された三つの電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに蓄積された電荷量、及び外光成分に応じた電荷量Ｑｂを用いて、電荷量Ｑｓを算出する。ステップＳ１３～Ｓ１５の処理は、距離画像撮像装置１の画素３２１が四つの電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４を備える場合と同様である。

或いは、距離画像撮像装置１の画素３２１が３個の電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３を備える構成であってもよい。この場合、距離画像撮像装置１は、１回の測定につき、外光成分に応じた電荷のみを蓄積させる処理（第１処理という）と、反射光ＲＬを含む電荷を蓄積させる処理（第２処理という）との、２つの電荷蓄積に係る処理を行う。例えば、距離画像撮像装置１は、最初のフレームで第１処理を行い、次のフレームで第２処理を行う。第１処理を行う場合、距離画像撮像装置１は、光パルスＰＯを照射せずに、電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３のそれぞれに電荷を蓄積させる。第２処理を行う場合、距離画像撮像装置１は、光パルスＰＯを照射して、電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３のそれぞれに電荷を蓄積させる。

この場合、ステップＳ１０で、距離演算部４２は、第１処理で電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３のそれぞれに蓄積された電荷量Ｑ１ｆｔ～Ｑ３ｆｔを取得する。また、距離演算部４２は、第２処理で電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３のそれぞれに蓄積された電荷量Ｑ１ｓｄ～Ｑ３ｓｄを取得する。ステップＳ１１で、距離演算部４２は、取得した電荷量Ｑ１ｆｔ～Ｑ３ｆｔのいずれか、もしくはこれらの組合せ、を外光成分に応じた電荷量Ｑｂとする。ステップＳ１２で、距離演算部４２は、取得した電荷量Ｑ１ｓｄ～Ｑ３ｓｄ、及び電荷量Ｑｂを用いて、電荷量Ｑ２ｓを算出する。距離演算部４２が電荷量Ｑ２ｓを算出する方法は、距離画像撮像装置１の画素３２１が四つの電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４を備える場合と同様である。

（実施形態の変形例）
ここで、実施形態の変形例について説明する。本変形例では、上述した実施形態と同様に、波形になまりがある反射光ＲＬが受光されることを前提とするが、なまりによって生じた反射光ＲＬの裾引部分に応じた電荷が、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される点において、上述した実施形態と相違する。

図１１は、実施形態の変形例における画素３２１を駆動するタイミングの例を示すタイミングチャートである。図１１における「単位蓄積期間」及び「読み出し期間」については図４と同様であるため、その説明を省略する。また、図１１における、「Ｌ」、「Ｒ」、「Ｇ１」～「Ｇ３」及び「ＧＤ」についても図４と同様であるため、その説明を省略する。

図１１の例では、図４と同様に、光パルスＰＯが照射された時刻から遅延時間Ｔｄ遅れて反射光ＲＬが距離画像センサ３２に受光される場合のタイミングチャートが示されている。図１１では、反射光ＲＬに応じた電荷が電荷蓄積部ＣＳ１及びＣＳ２に振り分けて蓄積される。電荷蓄積部ＣＳ３が電荷を蓄積するタイミングでは、反射光ＲＬが受光されることはなく、背景光などの外光成分に応じた電荷が電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される。

図１２は、実施形態の変形例における距離画像処理部４が電荷量を補正する処理を説明する図である。図１２には、図１１と同様に、遅延時間Ｔｄ遅れて反射光ＲＬが距離画像センサ３２に到達し、反射光ＲＬに応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ１及びＣＳ２に振り分けて蓄積されるものとする。この場合、電荷蓄積部ＣＳ１は「第１電荷蓄積部」の一例である。電荷蓄積部ＣＳ２は「第２電荷蓄積部」の一例である。

具体的には、波形になまりがある裾引信号Ｈ２０で形成される反射光ＲＬのうち、領域Ｓｂの一部分（領域Ｓｂ１）に応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積されるものとする。また、領域Ｓｂの残りの部分（領域Ｓｂ２）に応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積されるものとする。また、領域Ｓｃに応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積されるものとする。

電荷量を補正するにあたり、本変形例では、上述した実施形態と同様に、光パルスＰＯを照射する照射時間Ｔｏと、電荷蓄積部ＣＳに電荷を蓄積させる蓄積時間Ｔａとが同じ時間間隔であることを前提とする。また、領域Ｓａの面積と領域Ｓｃの面積が同一であることを前提とする。

なお、図１２では「Ｇ３」のタイミングチャートが省略されているが、図１１と同様に読み出しゲートトランジスタＧ３が駆動され、外光成分に応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積されるものとする。

距離演算部４２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取得する。距離演算部４２は、以下の（８）式により、反射光ＲＬに応じた電荷の総量ＱＳＵＭを算出する。

ＱＳＵＭ＝Ｑ１＃＋Ｑ２＃ …（８）
Ｑ１＃＝Ｑ１－Ｑｂ
Ｑ２＃＝Ｑ２－Ｑｂ
Ｑ３＝Ｑｂ
但し、 Ｑ１＃は電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ２＃は電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑｂは電荷蓄積部ＣＳに蓄積される外光成分に応じた電荷量
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

距離演算部４２は、（８）式で算出される電荷の総量ＱＳＵＭ、及び波形情報４４０に記憶された裾引割合Ｒｅを用いて、以下の（９）式により、裾引き部分の電荷量Ｑｓ（図１２における領域Ｓｃに応じた電荷量）を算出する。

Ｑｓ＝ＱＳＵＭ×Ｒｅ …（９）
但し、ＱＳＵＭ＝Ｑ１＃＋Ｑ２＃
Ｑ１＃は電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ２＃は電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｒｅは裾引割合

距離演算部４２は、（９）式で算出される裾引き部分の電荷量Ｑｓを、（１０）式により、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量Ｑ２ｓとする。

Ｑｓ＝Ｑ２ｓ …（１０）
但し、Ｑ２ｓは電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬの裾引部分に応じた電荷量

距離演算部４２は、（９）式を電荷量Ｑ２ｓについて求める。裾引き部分の電荷量Ｑｓが既知であることから、（１０）式によって電荷量Ｑ２ｓを算出することができる。

Ｑ２ｓ＝Ｑｓ …（１０）
但し、Ｑ２ｓは電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬの裾引部分に応じた電荷量
Ｑｓは裾引き部分の電荷量

距離演算部４２は、領域Ｓａの面積と領域Ｓｃの面積が、計算上、同一の値として計算し、（１１）式の通り電荷量Ｑ１＃を補正して補正後の電荷量Ｑ１ｈを算出する。また、距離演算部４２は、（１２）式の通り電荷量Ｑ２＃を補正して補正後の電荷量Ｑ２ｈを算出する。

Ｑ１ｈ＝Ｑ１＃＋Ｑ２ｓ …（１１）
Ｑ２ｈ＝Ｑ２＃－Ｑ２ｓ …（１２）
但し、Ｑ１ｈは補正後の電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ１＃は補正前の電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ２ｓは電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬの裾引部分に応じた電荷量
Ｑ２ｈは補正後の電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量
Ｑ２＃は補正前の電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量

上記では、距離画像撮像装置１の画素３２１が三つの電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３を備え、うち１つの電荷蓄積部ＣＳ３に外光成分に応じた電荷のみを蓄積させる場合を例に説明した。しかしながらこれに限定されない。距離画像撮像装置１の画素３２１が二つの電荷蓄積部ＣＳを備える構成であってもよい。この場合、距離画像撮像装置１は、１回の測定につき、外光成分に応じた電荷のみを蓄積させる処理（第１処理という）と、反射光ＲＬを含む電荷を蓄積させる処理（第２処理という）との、２つの電荷蓄積に係る処理を行う。例えば、距離画像撮像装置１は、最初のフレームで第１処理を行い、次のフレームで第２処理を行う。第１処理を行う場合、距離画像撮像装置１は、光パルスＰＯを照射せずに、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２のそれぞれに電荷を蓄積させる。第２処理を行う場合、距離画像撮像装置１は、光パルスＰＯを照射して、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２のそれぞれに電荷を蓄積させる。

この場合、ステップＳ１０で、距離演算部４２は、第１処理で電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２のそれぞれに蓄積された電荷量Ｑ１ｆｔ、Ｑ２ｆｔを取得する。また、距離演算部４２は、第２処理で電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２のそれぞれに蓄積された電荷量Ｑ１ｓｄ、Ｑ２ｓｄを取得する。ステップＳ１１で、距離演算部４２は、取得した電荷量Ｑ１ｆｔ、Ｑ２ｆｔのいずれか、もしくは両方を外光成分に応じた電荷量Ｑｂとする。ステップＳ１２で、距離演算部４２は、取得した電荷量Ｑ１ｓｄ、Ｑ２ｓｄ、及び電荷量Ｑｂを用いて、電荷量Ｑ２ｓを算出する。距離演算部４２が電荷量Ｑ２ｓを算出する方法は、距離画像撮像装置１の画素３２１が、本変形例において三つの電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３を備える場合と同様である。

以上説明したように、実施形態の距離画像撮像装置１は、光源部２と、受光部３と、距離画像処理部４とを備える。光源部２は、被写体ＯＢが存在する測定空間に光パルスＰＯを照射する。受光部３は、画素３２１と、垂直走査回路３２３（駆動回路の一例）を備える。画素３２１は、光電変換素子ＰＤと、複数の電荷蓄積部ＣＳを具備する。垂直走査回路３２３は、光パルスＰＯの照射に同期させた所定のタイミングで画素３２１における電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる。距離画像処理部４は、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに蓄積された電荷量を用いて被写体ＯＢまでの測定距離を決定する。距離画像処理部４は、波形情報４４０を取得する。波形情報４４０は、測定距離を決定するまでの信号処理に用いられる矩形信号における波形のなまり度合いを示す情報である。距離画像処理部４は、取得した波形情報４４０に基づいて、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに蓄積された電荷量（電荷量Ｑ１＃、Ｑ２＃）を、矩形信号における波形になまりがない場合に蓄積される電荷量（電荷量Ｑ１ｈ、Ｑ２ｈ）に補正する。距離画像処理部４は、補正した電荷量を用いて測定距離を決定する。

これにより、実施形態の距離画像撮像装置１は、波形がなまることに起因して誤差を含む電荷量（電荷量Ｑ１＃、Ｑ２＃）を、誤差を低減させた電荷量（電荷量Ｑ１ｈ、Ｑ２ｈ）に補正することができる。したがって、矩形信号における波形のなまりが顕著となる場合であっても、精度よく測定距離を算出することが可能となる。

また、実施形態の距離画像撮像装置１では、波形情報４４０は、信号Ｈ１、Ｈ２（矩形信号の一例）を時間積分することによって導出される第１面積（領域Ｓａ＋Ｓｂの面積）に対する第２面積（領域Ｓｃの面積）の比率を示す裾引割合である。第１面積は、矩形信号Ｈ１（波形になまりがない矩形信号、「第１信号」の一例）を立上り開始時刻Ｔｒｓから立下り開始時刻Ｔｄｓまで積分した積分値である。第２面積は、矩形信号Ｈ１から裾引信号Ｈ２（波形のなまりがある矩形信号、「第２信号」の一例）を減算した減算値を、立上り開始時刻Ｔｒｓから立上り終了時刻Ｔｒｅまで積分した積分値である。或いは、第２面積は、裾引信号Ｈ２を立下り開始時刻Ｔｄｓから立下り終了時刻Ｔｄｅまで積分した積分値である。距離画像処理部４は、電荷量Ｑ１＃、及びＱ２＃を算出する。電荷量Ｑ１＃は、電荷蓄積部ＣＳ１（第１電荷蓄積部）に蓄積された電荷量Ｑ１（第１電荷量）から外光成分に応じた電荷量Ｑｂを減算した電荷量である。電荷量Ｑ２＃は、電荷蓄積部ＣＳ２（第２電荷蓄積部）に蓄積された電荷量Ｑ２（第２電荷量）から外光成分に応じた電荷量Ｑｂを減算した電荷量である。電荷蓄積部ＣＳ１は、反射光ＲＬに応じた電荷量が最初に蓄積される電荷蓄積部ＣＳである。電荷蓄積部ＣＳ２は、反射光ＲＬに応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ１の次に蓄積される電荷蓄積部ＣＳである。距離画像処理部４は、波形情報４４０を用いて電荷量Ｑ２ｓ（第１補正電荷量）を算出する。電荷量Ｑ２ｓは、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量Ｑ２＃のうち前記矩形信号のなまりに起因して、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積されずに、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量である。距離画像処理部４は、電荷量Ｑ２ｓを用いて、例えば、（６）式や（１１）式のように、電荷量Ｑ１＃を補正して電荷量Ｑ１ｈを算出する。また、距離画像処理部４は、電荷量Ｑ２ｓを用いて、例えば、（１２）式のように、電荷量Ｑ２＃を補正して電荷量Ｑ２ｈを算出する。

これにより、実施形態の距離画像撮像装置１では、波形がなまることに起因して、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積されずに、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積されてしまった電荷量Ｑ２ｓを算出することができる。したがって、本来であれば電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積されたはずの電荷量を基に戻すように補正することができ、精度よく測定距離を算出することが可能となる。

また、実施形態の距離画像撮像装置１では、画素３２１が三つの電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３を具備する。距離画像処理部４は、三つの電荷蓄積部ＣＳのうち、電荷蓄積部ＣＳ１及び電荷蓄積部ＣＳ２とは異なる電荷蓄積部ＣＳ（電荷蓄積部ＣＳ３、「外光蓄積用電荷蓄積部」の一例）に、反射光ＲＬに応じた電荷が蓄積されないように、電荷を蓄積させるタイミングを制御する。距離画像処理部４は、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された電荷量を、外光成分に応じた電荷量Ｑｂとする。これにより、実施形態の距離画像撮像装置１では、反射光ＲＬを振り分けて蓄積させた電荷量Ｑ１、Ｑ２、及びＱｂを１フレームの中で算出することが可能となる。したがって、第１処理と第２処理とに係る２フレームにおいて蓄積及び読み出しの処理を行うことによって測定距離を決定する場合と比較して、処理時間を短くすることが可能である。

また、実施形態の距離画像撮像装置１では、画素３２１が三つの電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３を具備する。波形情報４４０は、信号Ｈ１、Ｈ２（矩形信号の一例）を時間積分することによって導出される第１面積（領域Ｓａ＋Ｓｂの面積）に対する第２面積（領域Ｓｃの面積）の比率を示す裾引割合である。第１面積は、矩形信号Ｈ１（波形になまりがない矩形信号、「第１信号」の一例）を立上り開始時刻Ｔｒｓから立下り開始時刻Ｔｄｓまで積分した積分値である。第２面積は、矩形信号Ｈ１から裾引信号Ｈ２（波形のなまりがある矩形信号、「第２信号」の一例）を減算した減算値を、立上り開始時刻Ｔｒｓから立上り終了時刻Ｔｒｅまで積分した積分値である。或いは、第２面積は、裾引信号Ｈ２を立下り開始時刻Ｔｄｓから立下り終了時刻Ｔｄｅまで積分した積分値である。距離画像処理部４は、電荷量Ｑ１＃、Ｑ２＃、及びＱ３＃を算出する。電荷量Ｑ１＃は、電荷蓄積部ＣＳ１（第１電荷蓄積部）に蓄積された電荷量Ｑ１（第１電荷量）から外光成分に応じた電荷量Ｑｂを減算した電荷量である。電荷量Ｑ２＃は、電荷蓄積部ＣＳ２（第２電荷蓄積部）に蓄積された電荷量Ｑ２（第２電荷量）から外光成分に応じた電荷量Ｑｂを減算した電荷量である。電荷量Ｑ３＃は、電荷蓄積部ＣＳ３（第３電荷蓄積部）に蓄積された電荷量Ｑ３（第３電荷量）から外光成分に応じた電荷量Ｑｂを減算した電荷量である。電荷蓄積部ＣＳ１は、反射光ＲＬに応じた電荷量が最初に蓄積される電荷蓄積部ＣＳである。電荷蓄積部ＣＳ２は、反射光ＲＬに応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ１の次に蓄積される電荷蓄積部ＣＳである。電荷蓄積部ＣＳ３は、反射光ＲＬに応じた電荷量が電荷蓄積部ＣＳ２の次に蓄積される電荷蓄積部ＣＳである。距離画像処理部４は、波形情報４４０を用いて電荷量Ｑ２ｓ（第１補正電荷量）を算出する。距離画像処理部４は、波形情報４４０を用いて電荷量Ｑ３＃（第２補正電荷量）を算出する。電荷量Ｑ２ｓは、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光ＲＬに応じた電荷量Ｑ２＃のうち前記矩形信号のなまりに起因して、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積されずに、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量である。電荷量Ｑ３＃は、矩形信号のなまりに起因して、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積されずに、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された電荷量である。距離画像処理部４は、電荷量Ｑ２ｓを用いて、例えば、（６）式や（１１）式のように、電荷量Ｑ１＃を補正して電荷量Ｑ１ｈを算出する。また、距離画像処理部４は、電荷量Ｑ２ｓ、Ｑ３＃を用いて、例えば、（７）式のように、電荷量Ｑ２＃を補正して電荷量Ｑ２ｈを算出する。

これにより、実施形態の距離画像撮像装置１は、波形がなまることに起因して、反射光ＲＬに応じた電荷が蓄積されない想定であった電荷蓄積部ＣＳ３に、反射光ＲＬに応じた電荷が蓄積された場合であっても、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積されてしまった電荷量Ｑ３＃を算出することができる。したがって、本来であれば電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積されたはずの電荷量を基に戻すように補正することができ、精度よく測定距離を算出することが可能となる。

また、実施形態の距離画像撮像装置１では、画素３２１が四つの電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４を具備する。距離画像処理部４は、四つの電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ４のうち、電荷蓄積部ＣＳ１～ＣＳ３とは異なる電荷蓄積部ＣＳ（電荷蓄積部ＣＳ４、「外光蓄積用電荷蓄積部」の一例）に、反射光ＲＬに応じた電荷が蓄積されないように、電荷を蓄積させるタイミングを制御する。距離画像処理部４は、電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された電荷量を、外光成分に応じた電荷量Ｑｂとする。これにより、実施形態の距離画像撮像装置１では、反射光ＲＬが振り分けて蓄積される電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱｂを１フレームの中で算出することが可能となる。したがって、第１処理と第２処理とに係る２フレームにおいて蓄積及び読み出しの処理を行うことによって測定距離を決定する場合と比較して、処理時間を短くすることが可能である。

（実施形態の効果）
ここで、実施形態の距離画像撮像装置１における効果を、図１３を用いて説明する。図１３は、実施形態の効果を説明する図である。図１３には、実際の距離（実距離）と測定距離との関係が示されている。図１３の横軸は実距離、縦軸は測定距離を示す。ここでの距離は、被写体ＯＢまでの距離である。図１３において、黒丸で示した補正しない場合の測定距離は、例えば、（１）式に電荷量Ｑ１～Ｑ３を代入することによって算出される距離である。黒三角で示した補正ありの場合の測定距離は、波形情報４４０を用いて、例えば（６）式及び（７）式のように補正した電荷量Ｑ１ｈ、Ｑ２ｈを用いて算出された距離である。この図に示すように、補正ありの場合における測定距離は、実距離に一致する。一方、補正なしの場合における測定距離は実距離とは一致せず、誤差を含む値となっている。すなわち、本実施形態の距離画像撮像装置１では、波形情報４４０を用いて測定距離を決定することにより、より実距離に近い値を算出することが可能である。

（実施形態の変形例）
図１４は、実施形態の変形例における二つのタイムウィンドウの特性を説明する図である。ここでの特性は、実距離と測定距離の対応関係を示す特性である。図１４の横軸は実距離、縦軸は測定距離を示す。特性Ｌ０は理想的な実距離と測定距離の関係を示している。特性Ｌ１は一つ目のタイムウィンドウにおける実距離と測定距離の関係を示している。特性Ｌ２は二つ目のタイムウィンドウにおける実距離と測定距離の関係を示している。この図の例に示すように、あるタイムウィンドウと別のタイムウィンドウでは、実距離と測定距離の対応関係が互いに異なる場合が多い。このため、あるタイムウィンドウでは精度よく補正を行うことができる波形情報４４０を用いて、別のタイムウィンドウの距離を補正する場合、精度よく補正できるとは限らない。

この対策として、本変形例では、記憶部４４に、タイムウィンドウごとの波形情報４４０を予め作成し、記憶部４４に記憶させる。これにより、タイムウィンドウごとに、測定距離と実距離とのずれ（誤差）具合が異なる場合であっても、タイムウィンドウに対応する波形情報４４０を用いることができ、容易に、且つ、精度よく距離を算出することが可能となる。

上述した実施形態における距離画像撮像装置１、距離画像処理部４の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…距離画像撮像装置
２…光源部
３…受光部
３２…距離画像センサ
３２１…画素
３２３…垂直走査回路
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
４４…記憶部
４４０…波形情報
ＣＳ…電荷蓄積部
ＰＯ…光パルス

Claims (6)

1. 被写体が存在する測定空間に光パルスを照射する光源部と、
   入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を具備する画素と、前記光パルスの照射に同期させた所定のタイミングで前記画素における前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を振り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を用いて前記被写体までの測定距離を決定する距離画像処理部と、
   を備え、
   前記距離画像処理部は、前記測定距離を決定するまでの信号処理に用いられる矩形信号における波形のなまり度合いを示す波形情報を取得し、取得した前記波形情報に基づいて、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を、前記矩形信号における波形になまりがない場合に蓄積される電荷量に補正し、前記補正した電荷量を用いて前記測定距離を決定する、
   距離画像撮像装置。
2. 前記波形情報は、前記矩形信号を時間積分することによって導出される第１面積に対する第２面積の比率を示す裾引割合であり、前記第１面積は波形になまりがない前記矩形信号である第１信号を立上り開始時刻から立下り開始時刻まで積分した積分値であり、前記第２面積は前記第１信号から波形のなまりがある前記矩形信号である第２信号を減算した減算値を立上り開始時刻から立上り終了時刻まで積分した積分値、又は、前記第２信号を立下り開始時刻から立下り終了時刻まで積分した積分値であり、
   前記距離画像処理部は、複数の前記電荷蓄積部のうち前記光パルスが前記被写体に反射した反射光に応じた電荷量が最初に蓄積される第１電荷蓄積部と、前記第１電荷蓄積部の次に電荷が蓄積される第２電荷蓄積部について、前記第１電荷蓄積部に蓄積された第１電荷量から外光成分に応じた電荷量を減算した第１距離演算用電荷量、及び前記第２電荷蓄積部に蓄積された第２電荷量から外光成分に応じた電荷量を減算した第２距離演算用電荷量を算出し、前記波形情報を用いて前記第２距離演算用電荷量のうち前記矩形信号のなまりに起因して前記第１電荷蓄積部に蓄積されずに前記第２電荷蓄積部に蓄積された第１補正電荷量を算出し、前記第１補正電荷量を用いて前記第１距離演算用電荷量及び前記第２距離演算用電荷量を補正する、
   請求項１に記載の距離画像撮像装置。
3. 前記画素は、三つの前記電荷蓄積部を具備し、
   前記距離画像処理部は、三つの前記電荷蓄積部のうち、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部とは異なる電荷蓄積部である外光蓄積用電荷蓄積部に前記反射光に応じた電荷が蓄積されないように、前記外光蓄積用電荷蓄積部に電荷を蓄積させるタイミングを制御し、前記外光蓄積用電荷蓄積部に蓄積された電荷量を、外光成分に応じた電荷量とする、
   請求項２に記載の距離画像撮像装置。
4. 前記画素は、三つの前記電荷蓄積部を具備し、
   前記波形情報は、前記矩形信号を時間積分することによって導出される第１面積に対する第２面積の比率を示す裾引割合であり、前記第１面積は波形になまりがない前記矩形信号である第１信号の立上り開始時刻から立下り開始時刻まで積分した積分値であり、前記第２面積は前記第１信号から波形のなまりがある前記矩形信号である第２信号を減算した減算値を立上り開始時刻から立上り終了時刻まで積分した積分値、又は、前記第２信号を立下り開始時刻から立下り終了時刻まで積分した積分値であり、
   前記距離画像処理部は、三つの前記電荷蓄積部のうち前記光パルスが前記被写体に反射した反射光に応じた電荷量が最初に蓄積される第１電荷蓄積部と、前記第１電荷蓄積部の次に電荷が蓄積される第２電荷蓄積部と、前記第２電荷蓄積部の次に電荷が蓄積される第３電荷蓄積部について、前記第１電荷蓄積部に蓄積された第１電荷量から外光成分に応じた電荷量を減算した第１距離演算用電荷量、前記第２電荷蓄積部に蓄積された第２電荷量から外光成分に応じた電荷量を減算した第２距離演算用電荷量、及び前記第３電荷蓄積部に蓄積された第３電荷量から外光成分に応じた電荷量を減算した第３距離演算用電荷量を算出し、前記波形情報を用いて前記第２距離演算用電荷量のうち前記矩形信号のなまりに起因して前記第１電荷蓄積部に蓄積されずに前記第２電荷蓄積部に蓄積された第１補正電荷量を算出し、前記波形情報を用いて前記第３距離演算用電荷量のうち前記矩形信号のなまりに起因して前記第２電荷蓄積部に蓄積されずに前記第３電荷蓄積部に蓄積された第２補正電荷量を算出し、前記第１補正電荷量を用いて前記第１距離演算用電荷量を補正し、前記第１補正電荷量及び前記第２補正電荷量を用いて前記第２距離演算用電荷量を補正する、
   請求項１に記載の距離画像撮像装置。
5. 前記画素は、四つの前記電荷蓄積部を具備し、
   前記距離画像処理部は、四つの前記電荷蓄積部のうち、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部及び前記第３電荷蓄積部とは異なる外光蓄積用電荷蓄積部に前記反射光に応じた電荷が蓄積されないように、前記外光蓄積用電荷蓄積部に電荷を蓄積させるタイミングを制御し、前記外光蓄積用電荷蓄積部に蓄積された電荷量を、外光成分に応じた電荷量とする、
   請求項４に記載の距離画像撮像装置。
6. 被写体が存在する測定空間に光パルスを照射する光源部と、入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を具備する画素と、前記光パルスの照射に同期させた所定のタイミングで前記画素における前記電荷蓄積部のそれぞれに前記電荷を振り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を用いて前記被写体までの測定距離を決定する距離画像処理部と、を備える距離画像撮像装置による距離画像撮像方法であって、
   前記距離画像処理部は、前記測定距離を決定するまでの信号処理に用いられる矩形信号における波形のなまり度合いを示す波形情報を取得し、取得した前記波形情報に基づいて、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量を、前記矩形信号における波形になまりがない場合に蓄積される電荷量に補正し、前記補正した電荷量を用いて前記測定距離を決定する、
   距離画像撮像方法。

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