JP2022112389A - Distance image pickup device, and distance image pickup method - Google Patents

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JP2022112389A JP2021008219A JP2021008219A JP2022112389A JP 2022112389 A JP2022112389 A JP 2022112389A JP 2021008219 A JP2021008219 A JP 2021008219A JP 2021008219 A JP2021008219 A JP 2021008219A JP 2022112389 A JP2022112389 A JP 2022112389A
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邦広 畠山
Kunihiro Hatakeyama
友洋 中込
Tomohiro Nakagome
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Abstract

To provide a distance image pickup device and a distance image pickup method that, even when a distance calculated, on the basis of an amount of electric charges accumulated in charge accumulation units, has an error, can perform calculation to bring the distance close to an actual distance.SOLUTION: A distance image pickup device comprises: a light source unit; a light receiving unit that has pixels each provided with a photoelectric converter and a plurality of charge accumulation units, and a pixel drive circuit distributing electric charges to the charge accumulation units to cause the charge accumulation units to accumulate the electric charges; a storage unit that stores table information in which a charge ratio is associated with a corresponding distance to a subject; and a distance image processing unit that determines a measured distance to the subject by using an amount of electric charges accumulated in the charge accumulation units and the table information. In the table information, a table interval between variables in an uneven distribution state is smaller than a table interval between variables not in the uneven distribution state.SELECTED DRAWING: Figure 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。 The present invention relates to a range image capturing device and a range image capturing method.

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。 Conventionally, as a technique for measuring the distance to an object, there is a technique for measuring the flight time of light pulses. Such a technique is called Time of Flight (hereinafter referred to as TOF). TOF utilizes the fact that the speed of light is known, and irradiates an object with light pulses in the near-infrared region. Then, the time difference between the time when the light pulse is applied and the time when the reflected light of the applied light pulse is received by the object is measured. The distance to the object is calculated based on this time difference. 2. Description of the Related Art Ranging sensors that detect light for measuring distance using photodiodes (photoelectric conversion elements) have been put to practical use.

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。 In recent years, distance measuring sensors have been put into practical use that can obtain depth information for each pixel in a two-dimensional image including the object, that is, three-dimensional information about the object, in addition to the distance to the object. Such a distance measuring sensor is also called a distance image pickup device. In the depth image pickup device, a plurality of pixels including photodiodes are arranged in a two-dimensional matrix on a silicon substrate, and light reflected by an object is received by the pixel surface. A depth image pickup device outputs a photoelectric conversion signal for one image based on the amount of light (charge) received by each pixel. distance information can be obtained. For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-100003 discloses a technique in which three charge storage units are provided in one pixel and the charges are distributed in order to calculate the distance.

特許第4235729号公報Japanese Patent No. 4235729

このような距離画像撮像装置では、物体によって反射してきた反射光を画素が受光し、受光した反射光の光量を電荷に光電変換し、変換した電荷を電荷蓄積部に蓄積させ、蓄積させた電荷量に基づいて距離の情報を算出する。しかしながら、蓄積された電荷量から算出される距離が、実際の距離(実距離)に対して誤差がある場合があった。 In such a distance image pickup device, pixels receive reflected light reflected by an object, photoelectrically convert the light amount of the received reflected light into electric charge, accumulate the converted electric charge in the electric charge accumulation unit, and store the accumulated electric charge. Calculate distance information based on the quantity. However, the distance calculated from the accumulated charge amount may have an error with respect to the actual distance (actual distance).

本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて算出される距離に誤差がある場合であっても、実際の距離に近づくように演算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。 The present invention has been made based on the above problem, and even if there is an error in the distance calculated based on the amount of charge accumulated in the charge accumulation unit, calculation is performed so as to approximate the actual distance. It is an object of the present invention to provide a distance image pickup device and a distance image pickup method capable of capturing a distance image.

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、電荷比に被写体までの対応距離が対応付けられたテーブル情報を記憶する記憶部と、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量と前記テーブル情報を用いて、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、前記電荷比は、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対応する電荷が振り分けて蓄積される二つ以上の電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量から外光成分に相当する電荷量を減算した距離演算用電荷量を用いて示される比率であり、前記テーブル情報は、前記テーブル情報に含まれる前記電荷比と前記対応距離のいずれかである変数のそれぞれを昇順或いは降順に並べた場合に隣り合う前記変数の差分に相当するテーブル間隔について、前記電荷比が、所定の上限値を上回る状態、又は所定の下限値を下回る状態である偏在状態にある前記変数のテーブル間隔が、前記偏在状態にない前記変数のテーブル間隔よりも小さく、前記距離画像処理部は、複数の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電荷比を算出し、算出した前記電荷比に対応する前記対応距離を前記テーブル情報から取得し、取得した前記対応距離を用いて前記測定距離を決定する。 The distance image pickup device of the present invention includes a light source unit that irradiates a light pulse into a measurement space in which an object exists, a photoelectric conversion element that generates charges according to the incident light, and a plurality of charge storage units that store the charges. and a pixel driving circuit for distributing and accumulating the charge in each of the charge accumulating portions of the pixel at a predetermined timing synchronized with the irradiation of the light pulse; a storage unit for storing table information in which corresponding distances to a subject are associated; and a distance image for determining a measured distance to the subject using the amount of charges accumulated in each of the charge storage units and the table information. and a processing unit, wherein the charge ratio is set for each of two or more charge storage units in which the charge corresponding to the light reflected by the light pulse from the subject is distributed and accumulated among the plurality of charge storage units. is a ratio indicated by using the distance calculation charge amount obtained by subtracting the charge amount corresponding to the external light component from the charge amount accumulated in the table information, and the table information includes the charge ratio included in the table information and the corresponding distance The charge ratio exceeds a predetermined upper limit value or falls below a predetermined lower limit value with respect to the table interval corresponding to the difference between the adjacent variables when each of the variables is arranged in ascending or descending order. The table interval of the variable in the unevenly distributed state is smaller than the table interval of the variable not in the unevenly distributed state. The corresponding distance corresponding to the calculated charge ratio is obtained from the table information, and the measured distance is determined using the obtained corresponding distance.

本発明の距離画像撮像装置では、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対応する電荷が最初に蓄積される電荷蓄積部を第1電荷蓄積部とし、前記反射光に対応する電荷が前記第1電荷蓄積部の次に蓄積される電荷蓄積部を第2電荷蓄積部とし、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相当する電荷量を減算した電荷量を第1距離演算用電荷量とし、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相当する電荷量を減算した電荷量を第2距離演算用電荷量とし、前記電荷比は、前記第1距離演算用電荷量、及び前記第2距離演算用電荷量の和に対する、前記第2距離演算用電荷量の比であり、前記偏在状態は、前記電荷比が所定の上限値を上回る、又は所定の下限値を下回る状態である。 In the distance image pickup device of the present invention, the charge storage unit in which the charge corresponding to the reflected light reflected by the light pulse from the subject is first stored among the plurality of charge storage units is a first charge storage unit, and A second charge storage portion is defined as a charge storage portion in which charges corresponding to reflected light are stored next to the first charge storage portion, and the first charge amount stored in the first charge storage portion corresponds to the external light component. A charge amount obtained by subtracting the charge amount obtained by subtracting the charge amount for the first distance calculation is defined as a first distance calculation charge amount. The charge ratio is a ratio of the second distance calculation charge amount to the sum of the first distance calculation charge amount and the second distance calculation charge amount, and the uneven distribution state is , the charge ratio is above a predetermined upper limit or below a predetermined lower limit.

本発明の距離画像撮像装置では、前記テーブル情報に含まれる前記変数のそれぞれは、前記電荷比が第1閾値未満となる第1範囲、前記電荷比が第1閾値以上かつ第2閾値未満となる第2範囲、及び前記電荷比が第2閾値以上かつ第3閾値未満となる第3範囲のいずれかの範囲に含まれる値であり、前記第3範囲における前記テーブル間隔は、前記第2範囲における前記テーブル間隔よりも小さい。 In the distance image capturing apparatus of the present invention, each of the variables included in the table information has a first range in which the charge ratio is less than a first threshold, and a range in which the charge ratio is greater than or equal to the first threshold and less than a second threshold. A value included in either the second range or the third range in which the charge ratio is equal to or greater than the second threshold and less than the third threshold, and the table interval in the third range is the value in the second range smaller than the table interval.

本発明の距離画像撮像装置では、前記テーブル情報に含まれる前記変数のそれぞれは、前記電荷比が第1閾値未満となる第1範囲、前記電荷比が第1閾値以上かつ第2閾値未満となる第2範囲、及び前記電荷比が第2閾値以上かつ第3閾値未満となる第3範囲のいずれかの範囲に含まれる値であり、前記第1範囲における前記テーブル間隔は、前記第2範囲における前記テーブル間隔よりも小さい。 In the distance image capturing apparatus of the present invention, each of the variables included in the table information has a first range in which the charge ratio is less than a first threshold, and a range in which the charge ratio is greater than or equal to the first threshold and less than a second threshold. A value included in either the second range or the third range in which the charge ratio is greater than or equal to the second threshold and less than the third threshold, and the table interval in the first range is the value in the second range smaller than the table interval.

本発明の距離画像撮像装置では、前記距離画像処理部は、複数の前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づく前記電荷比を算出し、前記算出した電荷比より小さい電荷比に対応付けられた第1距離と、前記算出した電荷比より大きい電荷比に対応付けられた第2距離とを、前記テーブル情報から抽出し、抽出した前記第1距離と前記第2距離を線形補間することによって前記測定距離を決定する。 In the distance image pickup device of the present invention, the distance image processing unit calculates the charge ratio based on the amount of charge accumulated in each of the plurality of charge accumulation units, and corresponds to the charge ratio smaller than the calculated charge ratio. The attached first distance and the second distance associated with the charge ratio greater than the calculated charge ratio are extracted from the table information, and the extracted first distance and the extracted second distance are linearly interpolated. to determine the measured distance.

本発明の距離画像撮像装置では、前記画素は、三つ以上の前記電荷蓄積部を具備し、前記距離画像処理部は、三つ以上の前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量のうち、最も少ない電荷量を、外光成分に相当する電荷量とする。 In the distance image pickup device of the present invention, the pixel includes three or more of the charge storage units, and the distance image processing unit calculates the amount of charge accumulated in each of the three or more charge storage units , the smallest charge amount is set as the charge amount corresponding to the external light component.

本発明の距離画像撮像装置では、前記画素は、三つ以上の前記電荷蓄積部を具備し、前記距離画像処理部は、三つ以上の前記電荷蓄積部のうち、予め決められた外光蓄積用電荷蓄積部に前記反射光に対応する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、外光成分に相当する電荷量とする。 In the distance image pickup device of the present invention, the pixel includes three or more charge storage units, and the distance image processing unit stores predetermined external light from among the three or more charge storage units. The amount of charge accumulated in the external light charge accumulating unit is controlled by controlling the timing of accumulating the charge in the external light accumulating charge accumulating unit so that the charge corresponding to the reflected light is not accumulated in the external light charge accumulating unit. is the charge amount corresponding to the external light component.

本発明の距離画像撮像装置では、前記画素には、三つの前記電荷蓄積部である第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、及び第3電荷蓄積部が設けられ、前記距離画像処理部は、前記光パルスの照射に同期させたタイミングで、前記第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、及び第3電荷蓄積部の順に、前記電荷が蓄積されるように制御し、前記第1電荷蓄積部に蓄積された第1電荷量と前記第3電荷蓄積部に蓄積された第3電荷量とを用いて、前記第1電荷量と前記第3電荷量との差分である第1算出値を算出し、前記第1算出値を、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対応する電荷量が振り分けて蓄積される二つの距離演算用電荷蓄積部のいずれか一方に蓄積された前記反射光に対応する電荷量とする。 In the range image pickup device of the present invention, the pixel is provided with three charge storage sections, namely, a first charge storage section, a second charge storage section, and a third charge storage section, and the range image processing section includes controlling the first charge storage unit, the second charge storage unit, and the third charge storage unit so that the charges are stored in this order at timing synchronized with the irradiation of the light pulse; A first calculated value that is a difference between the first charge amount and the third charge amount, using the first charge amount accumulated in the accumulation unit and the third charge amount accumulated in the third charge accumulation unit is calculated, and the first calculated value is obtained from two distance-calculating charge storage units in which the amount of charge corresponding to the reflected light reflected by the light pulse from the subject is divided and stored among the three charge storage units. The charge amount corresponding to the reflected light accumulated in one of them is assumed.

本発明の距離画像撮像装置では、前記画素には、四つの前記電荷蓄積部である第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、第3電荷蓄積部、及び第4電荷蓄積部が設けられ、前記距離画像処理部は、前記光パルスの照射に同期させたタイミングで、前記第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、第3電荷蓄積部、及び第4電荷蓄積部の順に、前記電荷が蓄積されるように前記画素駆動回路を制御し、前記第1電荷蓄積部に蓄積された第1電荷量と前記第3電荷蓄積部に蓄積された第3電荷量とを用いて、前記第1電荷量と前記第3電荷量との差分である第1算出値を算出し、前記第2電荷蓄積部に蓄積された第2電荷量と前記第4電荷蓄積部に蓄積された第4電荷量とを用いて、前記第2電荷量と前記第4電荷量との差分である第2算出値を算出し、前記第1算出値の絶対値と前記第2算出値の絶対値を加算した加算値を、四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対応する電荷量が振り分けて蓄積される二つの距離演算用電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された前記反射光に対応する電荷量である距離演算用電荷量の和とし、前記第1算出値を、二つの前記距離演算用電荷蓄積部における一方の前記距離演算用電荷量とし、前記第2算出値を二つの前記距離演算用電荷蓄積部における他方の前記距離演算用電荷量する。 In the distance image pickup device of the present invention, the pixel is provided with a first charge storage unit, a second charge storage unit, a third charge storage unit, and a fourth charge storage unit, which are the four charge storage units, The distance image processing unit stores the charges in the order of the first charge storage unit, the second charge storage unit, the third charge storage unit, and the fourth charge storage unit at a timing synchronized with the irradiation of the light pulse. controlling the pixel drive circuit to accumulate the first charge using the first charge amount accumulated in the first charge accumulation unit and the third charge amount accumulated in the third charge accumulation unit; calculating a first calculated value that is a difference between the amount of charge and the amount of third charge, and calculating the amount of second charge accumulated in the second charge accumulation section and the amount of fourth charge accumulated in the fourth charge accumulation section; and calculating a second calculated value, which is the difference between the second charge amount and the fourth charge amount, and adding the absolute value of the first calculated value and the absolute value of the second calculated value The reflected light accumulated in each of two distance-calculating charge accumulators, among the four charge accumulators, in which the amount of charge corresponding to the reflected light reflected by the light pulse from the subject is divided and accumulated. , the first calculated value is the sum of the distance calculation charge amounts corresponding to the distance calculation charge amounts, the first calculated value is the distance calculation charge amount of one of the two distance calculation charge storage units, and the second calculation value is the sum of the two distance calculation charge amounts. The distance calculation charge amount in the other distance calculation charge accumulating section is calculated.

本発明の距離画像撮像装置では、前記画素は、三つ以上の前記電荷蓄積部を具備し、三つ以上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対応する電荷が最初に蓄積される電荷蓄積部を第1電荷蓄積部とし、前記反射光に対応する電荷が前記第1電荷蓄積部の次に蓄積される電荷蓄積部を第2電荷蓄積部とし、前記記憶部は、前記第1電荷蓄積部と前記第2電荷蓄積部の組合せごとに前記テーブル情報を記憶し、前記距離画像処理部は、三つ以上の前記電荷蓄積部のうち、電荷を蓄積させるタイミングが連続する二つの前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量の和が、他の二つの前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量よりも大きい組合せを、前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部の組合せと決定し、決定した前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部の組合せに応じて前記テーブル情報を選択する。 In the distance image pickup device of the present invention, the pixel includes three or more charge storage units, and the light pulses among the three or more charge storage units are charged corresponding to reflected light reflected from the subject. A first charge storage unit is a charge storage unit in which is stored first, a second charge storage unit is a charge storage unit in which a charge corresponding to the reflected light is stored next to the first charge storage unit, and the storage the distance image processing unit stores the table information for each combination of the first charge storage unit and the second charge storage unit, and the distance image processing unit stores the timing of storing the charge among the three or more charge storage units. The first charge storage unit and A combination of the second charge storage units is determined, and the table information is selected according to the determined combination of the first charge storage units and the second charge storage units.

本発明の距離画像撮像装置では、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対応する電荷が最初に蓄積される電荷蓄積部を第1電荷蓄積部とし、前記反射光に対応する電荷が前記第1電荷蓄積部の次に蓄積される電荷蓄積部を第2電荷蓄積部とし、前記記憶部は、近距離にある前記被写体に反射した反射光に対応する電荷量が蓄積される前記第1電荷蓄積部と前記第2電荷蓄積部の組合せに対応する前記テーブル情報である近距離用情報と、遠距離にある前記被写体に反射した反射光に対応する電荷量が蓄積される前記第1電荷蓄積部と前記第2電荷蓄積部の組合せに対応する前記テーブル情報である遠距離用情報とを記憶し、前記近距離用情報に含まれる前記変数のそれぞれは、前記電荷比が第1閾値未満となる第1範囲、前記電荷比が第1閾値以上かつ第2閾値未満となる第2範囲、及び前記電荷比が第2閾値以上かつ第3閾値未満となる第3範囲いずれかの範囲に含まれる値であり、前記第3範囲における前記テーブル間隔は、前記第2範囲における前記テーブル間隔よりも小さく、前記遠距離用情報に含まれる前記変数のそれぞれは、前記電荷比が第4閾値未満となる第4範囲、前記電荷比が第4閾値以上かつ第5閾値未満となる第5範囲、及び前記電荷比が第5閾値以上かつ第6閾値未満となる第6範囲いずれかの範囲に含まれる値であり、前記第4範囲における前記テーブル間隔は、前記第5範囲における前記テーブル間隔よりも小さい。 In the distance image pickup device of the present invention, the charge storage unit in which the charge corresponding to the reflected light reflected by the light pulse from the subject is first stored among the plurality of charge storage units is a first charge storage unit, and A second charge storage unit is defined as a charge storage unit in which charges corresponding to reflected light are stored next to the first charge storage unit, and the storage unit stores charges corresponding to the reflected light reflected by the subject at a short distance. Short-distance information, which is the table information corresponding to the combination of the first charge storage section and the second charge storage section in which the amount is accumulated, and the charge amount corresponding to the reflected light reflected by the subject at a long distance. long-distance information, which is the table information corresponding to the combination of the first charge storage unit and the second charge storage unit in which is stored, and each of the variables included in the short-range information is A first range in which the charge ratio is less than the first threshold, a second range in which the charge ratio is greater than or equal to the first threshold and less than the second threshold, and a second range in which the charge ratio is greater than or equal to the second threshold and less than the third threshold. A value included in one of three ranges, the table interval in the third range is smaller than the table interval in the second range, and each of the variables included in the long-distance information is the A fourth range in which the charge ratio is less than the fourth threshold, a fifth range in which the charge ratio is greater than or equal to the fourth threshold and less than the fifth threshold, and a sixth range in which the charge ratio is greater than or equal to the fifth threshold and less than the sixth threshold. The table interval in the fourth range is smaller than the table interval in the fifth range.

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、電荷比に基づく変数ごとに被写体までの対応距離が対応付けられたテーブル情報を記憶する記憶部と、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量と前記テーブル情報を用いて、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、前記電荷比は、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対応する電荷が振り分けて蓄積される二つ以上の電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量から外光成分に相当する電荷量を減算した距離演算用電荷量を用いて示される比率であり、前記テーブル情報は、前記テーブル情報に含まれる前記電荷比と前記対応距離のいずれかである変数のそれぞれを昇順又は降順に並べた場合に隣り合う前記変数の差分に相当するテーブル間隔について、前記電荷比が、所定の上限値を上回る状態、又は所定の下限値を下回る状態である偏在状態にある前記変数のテーブル間隔が、前記偏在状態にない前記変数のテーブル間隔よりも小さく、前記距離画像処理部は、複数の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電荷比を算出し、算出した前記電荷比に対応する前記対応距離を前記テーブル情報から取得し、取得した前記対応距離を用いて前記測定距離を決定する。 A distance image capturing method of the present invention includes a light source unit that irradiates a measurement space in which an object exists with a light pulse, a photoelectric conversion element that generates charges according to the incident light, and a plurality of charge storage units that store the charges. and a pixel driving circuit for distributing and accumulating the charge in each of the charge accumulating portions of the pixel at a predetermined timing synchronized with the irradiation of the light pulse; a storage unit that stores table information in which the corresponding distance to the object is associated with each variable based on the measurement; and a distance image processing unit for determining the distance image capturing method, wherein the charge ratio corresponds to reflected light reflected from the subject by the light pulse among the plurality of charge storage units. It is a ratio indicated by using the charge amount for distance calculation obtained by subtracting the charge amount corresponding to the external light component from the charge amount accumulated in each of two or more charge accumulation units in which the charge is distributed and accumulated, and is shown in the table. The information includes the charge ratio and the corresponding distance for a table interval corresponding to the difference between the adjacent variables when the variables that are either the charge ratio or the corresponding distance included in the table information are arranged in ascending or descending order. , the table interval of the variables in an unevenly distributed state that is above a predetermined upper limit value or below a predetermined lower limit value is smaller than the table interval of the variables that are not in the unevenly distributed state, and the distance image processing unit calculating the charge ratio based on the amount of charge accumulated in each of the plurality of charge accumulation units, obtaining the corresponding distance corresponding to the calculated charge ratio from the table information, and obtaining the obtained corresponding distance is used to determine the measured distance.

本発明によれば、電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて算出される距離に誤差がある場合であっても、実際の距離に近づくように演算することができる。 According to the present invention, even if there is an error in the distance calculated based on the amount of charge accumulated in the charge accumulation section, it is possible to calculate the distance closer to the actual distance.

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。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a distance imaging device 1 of an embodiment; FIG. 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。3 is a block diagram showing a schematic configuration of a distance image sensor 32 of the embodiment; FIG. 実施形態の画素321の構成の一例を示した回路図である。3 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a pixel 321 of the embodiment; FIG. 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。4 is a timing chart showing an example of timing for driving a pixel 321 of the embodiment; 実施形態のテーブル情報440の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the table information 440 of embodiment. 実施形態のテーブル情報440を説明する図である。It is a figure explaining the table information 440 of embodiment. 実施形態の距離画像処理部4がテーブル情報440を用いて線形補間を行う処理を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a process in which the distance image processing unit 4 of the embodiment performs linear interpolation using table information 440; 実施形態の距離画像処理部4が外光成分を決定する処理を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining processing for determining an external light component by the distance image processing unit 4 of the embodiment; 実施形態の距離画像処理部4が外光成分を決定する処理を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining processing for determining an external light component by the distance image processing unit 4 of the embodiment; 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。4 is a flow chart showing the flow of processing performed by the distance image processing unit 4 of the embodiment; 実施形態の効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of embodiment. 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。It is a figure explaining two time windows in the modification of embodiment. 実施形態の変形例におけるテーブル情報440Aの構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of 440 A of table information in the modification of embodiment. 実施形態の変形例におけるテーブル情報440Bの構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the table information 440B in the modification of embodiment. 実施形態の変形例におけるテーブル情報440Bを説明する図である。It is a figure explaining the table information 440B in the modification of embodiment. 実施形態の変形例におけるテーブル情報440Cの構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of 440 C of table information in the modification of embodiment. 実施形態の変形例におけるテーブル情報440Cを説明する図である。It is a figure explaining 440 C of table information in the modification of embodiment.

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。 Hereinafter, the distance image capturing device of the embodiment will be described with reference to the drawings.

<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。
<Embodiment>
First, an embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a distance image pickup device according to a first embodiment of the present invention. A distance image pickup device 1 configured as shown in FIG. FIG. 1 also shows an object OB, which is an object whose distance is to be measured in the distance image pickup device 1 .

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。 Under the control of the distance image processing unit 4 , the light source unit 2 irradiates the space of the imaging target in which the object OB whose distance is to be measured in the distance imaging device 1 exists, with a light pulse PO. The light source unit 2 is, for example, a surface emitting semiconductor laser module such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser). The light source unit 2 includes a light source device 21 and a diffuser plate 22 .

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。 The light source device 21 is a light source that emits laser light in a near-infrared wavelength band (for example, a wavelength band of 850 nm to 940 nm) as a light pulse PO to irradiate the subject OB. The light source device 21 is, for example, a semiconductor laser light emitting device. The light source device 21 emits pulsed laser light under the control of the timing control section 41 .

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。 The diffuser plate 22 is an optical component that diffuses the laser light in the near-infrared wavelength band emitted by the light source device 21 over a surface that irradiates the subject OB. The pulsed laser light diffused by the diffusion plate 22 is emitted as a light pulse PO, and is irradiated onto the object OB.

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。 The light receiving unit 3 receives the reflected light RL of the light pulse PO reflected by the object OB whose distance is to be measured in the distance image pickup device 1, and outputs a pixel signal corresponding to the received reflected light RL. The light receiving section 3 includes a lens 31 and a distance image sensor 32 .

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。 The lens 31 is an optical lens that guides the incident reflected light RL to the range image sensor 32 . The lens 31 emits the incident reflected light RL to the distance image sensor 32 side, and causes pixels provided in the light receiving area of the distance image sensor 32 to receive the light (incident).

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。 The distance image sensor 32 is an image pickup device used in the distance image pickup device 1 . The distance image sensor 32 has a plurality of pixels in a two-dimensional light receiving area. Each pixel of the distance image sensor 32 is provided with one photoelectric conversion element, a plurality of charge storage units corresponding to this one photoelectric conversion element, and a component for distributing the charge to each charge storage unit. . In other words, the pixel is an imaging device having a distribution structure in which charges are distributed and accumulated in a plurality of charge accumulation units.

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。 The distance image sensor 32 distributes the charges generated by the photoelectric conversion elements to the respective charge storage units according to control from the timing control unit 41 . Also, the distance image sensor 32 outputs a pixel signal corresponding to the amount of charge distributed to the charge storage section. A plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix in the range image sensor 32, and pixel signals for one frame corresponding to each pixel are output.

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。 The distance image processing unit 4 controls the distance image capturing device 1 and calculates the distance to the subject OB. The distance image processing section 4 includes a timing control section 41 , a distance calculation section 42 , a measurement control section 43 and a storage section 44 .

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。この電振り分け回数と、電荷を振り分ける処理1回あたりに各電荷蓄積部に電荷を蓄積させる時間(後述する蓄積時間Ta)の積が露光時間となる。 The timing control section 41 controls the timing of outputting various control signals required for measurement under the control of the measurement control section 43 . The various control signals here include, for example, a signal for controlling the irradiation of the light pulse PO, a signal for allocating and accumulating the reflected light RL to a plurality of charge accumulation units, and controlling the number of times of distribution (number of times of accumulation) per frame. such as a signal to The number of distributions is the number of repetitions of the process of distributing charges to the charge storage section CS (see FIG. 3). The exposure time is the product of the number of times of electric charge distribution and the time (accumulation time Ta, which will be described later) for accumulating electric charges in each electric charge accumulating section for each electric charge distributing process.

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に基づいて、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、複数の電荷蓄積部に蓄積された電荷量に基づいて、被写体OBまでの距離を演算する。 The distance calculator 42 calculates the distance to the subject OB based on the pixel signals output from the distance image sensor 32, and outputs the calculated distance information. A distance calculation unit 42 calculates the distance to the subject OB based on the charge amounts accumulated in the plurality of charge accumulation units.

本実施形態では、距離演算部42は、後述するテーブル情報440を用いて、被写体OBまでの距離を決定する。テーブル情報440については後で詳しく説明する。また、距離演算部42が、テーブル情報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。 In this embodiment, the distance calculator 42 determines the distance to the object OB using table information 440, which will be described later. The table information 440 will be explained later in detail. A method for determining the distance to the object OB by the distance calculation unit 42 using the table information 440 will be described in detail later.

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。 The measurement control section 43 controls the timing control section 41 . For example, the measurement control unit 43 sets the number of allocation times for one frame, the accumulation time Ta, and the like, and controls the timing control unit 41 so that imaging is performed according to the set contents.

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、テーブル情報440を記憶する。テーブル情報440については後で詳しく説明する。 The storage unit 44 is a storage medium such as a HDD (Hard Disk Drive), flash memory, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), RAM (Random Access read/write Memory), ROM (Read Only Memory), or any of these any combination of storage media. The storage unit 44 stores table information 440, for example. The table information 440 will be explained later in detail.

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。 With such a configuration, in the distance image capturing device 1, the light receiving unit 3 receives the reflected light RL that is reflected by the object OB from the light pulse PO in the near-infrared wavelength band that the light source unit 2 irradiates the object OB. A distance image processing unit 4 outputs distance information obtained by measuring the distance to the object OB.

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。 Although FIG. 1 shows the distance image pickup device 1 having a configuration in which the distance image processing unit 4 is provided inside, the distance image processing unit 4 is a component provided outside the distance image pickup device 1. may

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。 Next, the configuration of the distance image sensor 32 used as an imaging device in the distance image pickup device 1 will be described. FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of an imaging device (distance image sensor 32) used in the distance image pickup device 1 of the embodiment.

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。 As shown in FIG. 2, the distance image sensor 32 includes, for example, a light receiving area 320 in which a plurality of pixels 321 are arranged, a control circuit 322, a vertical scanning circuit 323 having a sorting operation, a horizontal scanning circuit 324, and a pixel signal processing circuit 325 .

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、受光した光量に相当する電荷を蓄積する。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。 The light-receiving region 320 is a region in which a plurality of pixels 321 are arranged, and FIG. 2 shows an example in which the pixels are arranged in a two-dimensional matrix of 8 rows and 8 columns. The pixel 321 accumulates electric charge corresponding to the amount of light received. A control circuit 322 controls the distance image sensor 32 in an integrated manner. The control circuit 322 controls the operation of the components of the range image sensor 32 according to instructions from the timing control section 41 of the range image processing section 4, for example. It should be noted that the components provided in the distance image sensor 32 may be controlled directly by the timing control section 41, in which case the control circuit 322 may be omitted.

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。 The vertical scanning circuit 323 is a circuit that controls the pixels 321 arranged in the light receiving region 320 for each row according to control from the control circuit 322 . The vertical scanning circuit 323 causes the pixel signal processing circuit 325 to output a voltage signal corresponding to the amount of charge accumulated in each charge accumulation portion CS of the pixel 321 . In this case, the vertical scanning circuit 323 distributes the charges converted by the photoelectric conversion elements to the respective charge accumulating portions of the pixels 321 . That is, the vertical scanning circuit 323 is an example of a "pixel driving circuit".

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。 The pixel signal processing circuit 325 performs predetermined signal processing (for example, noise suppression processing) on the voltage signals output to the corresponding vertical signal lines from the pixels 321 in each column under the control of the control circuit 322 . , A/D conversion processing, etc.).

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。 The horizontal scanning circuit 324 is a circuit that sequentially outputs signals output from the pixel signal processing circuit 325 to horizontal signal lines under the control of the control circuit 322 . As a result, pixel signals corresponding to the amount of charge accumulated for one frame are sequentially output to the distance image processing section 4 via the horizontal signal line.

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。 In the following description, it is assumed that the pixel signal processing circuit 325 performs A/D conversion processing and the pixel signal is a digital signal.

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。画素321は、3つの画素信号読み出し部を備えた構成の一例である。 Here, the configuration of the pixels 321 arranged in the light receiving area 320 provided in the distance image sensor 32 will be described. FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the pixels 321 arranged within the light receiving area 320 of the distance image sensor 32 of the embodiment. FIG. 3 shows an example of the configuration of one pixel 321 among the plurality of pixels 321 arranged in the light receiving region 320. As shown in FIG. The pixel 321 is an example of a configuration including three pixel signal readout units.

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、対応する出力端子Oから電圧信号を出力する3つの画素信号読み出し部RUとを備える。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。 As shown in FIG. 3, the pixel 321 includes one photoelectric conversion element PD, a drain gate transistor GD, and three pixel signal readout units RU for outputting voltage signals from corresponding output terminals O. As shown in FIG. Each pixel signal readout unit RU includes a readout gate transistor G, a floating diffusion FD, a charge storage capacitor C, a reset gate transistor RT, a source follower gate transistor SF, and a selection gate transistor SL. In each pixel signal readout unit RU, the floating diffusion FD and the charge storage capacitor C constitute a charge storage unit CS.

なお、図3においては、3つの画素信号読み出し部RUの符号「RU」の後に、「1」、「2」または「3」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、3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、それぞれの画素信号読み出し部RUを表す数字を符号の後に示すことによって、それぞれの構成要素が対応する画素信号読み出し部RUを区別して表す。 In FIG. 3, three pixel signal readout units RU are distinguished by adding numerals "1", "2" or "3" after the symbol "RU" of the three pixel signal readout units RU. do. Similarly, each component provided in the three pixel signal readout units RU is also indicated by a numeral representing each pixel signal readout unit RU after the symbol, so that each component corresponds to the pixel signal readout unit. RUs are distinguished.

図3に示した画素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、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および画素信号読み出し部RU3も同様の構成である。 In the pixel 321 shown in FIG. 3, the pixel signal readout unit RU1 that outputs a voltage signal from the output terminal O1 includes a readout gate transistor G1, a floating diffusion FD1, a charge storage capacitor C1, a reset gate transistor RT1, and a source follower. It includes a gate transistor SF1 and a selection gate transistor SL1. In the pixel signal readout unit RU1, the charge storage unit CS1 is composed of the floating diffusion FD1 and the charge storage capacitor C1. The pixel signal readout unit RU2 and the pixel signal readout unit RU3 also have the same configuration.

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。 The photoelectric conversion element PD is an embedded photodiode that photoelectrically converts incident light to generate charges and accumulate the generated charges. The structure of the photoelectric conversion element PD may be arbitrary. The photoelectric conversion element PD may be, for example, a PN photodiode having a structure in which a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are joined together, or a structure in which an I-type semiconductor is sandwiched between a P-type semiconductor and an N-type semiconductor. It may be a PIN photodiode. Further, the photoelectric conversion element PD is not limited to a photodiode, and may be, for example, a photogate type photoelectric conversion element.

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3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。 In the pixel 321, the charge generated by photoelectrically converting the light incident on the photoelectric conversion element PD is distributed to each of the three charge storage units CS, and each voltage signal corresponding to the charge amount of the distributed charge is output to the pixel. Output to the signal processing circuit 325 .

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、3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、4つ以上であってもよい。 The configuration of the pixels arranged in the distance image sensor 32 is not limited to the configuration provided with three pixel signal readout units RU as shown in FIG. Any pixel of the configuration may be used. That is, the number of pixel signal readout units RU (charge storage units CS) provided in the pixels arranged in the distance image sensor 32 may be two, or may be four or more.

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。 Also, in the pixel 321 having the configuration shown in FIG. 3, an example in which the charge storage portion CS is configured by the floating diffusion FD and the charge storage capacitor C is shown. However, the charge storage section CS may be composed of at least the floating diffusion FD, and the pixel 321 may be configured without the charge storage capacitor C. FIG.

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。 Further, although the pixel 321 having the configuration shown in FIG. 3 has an example of the configuration including the drain gate transistor GD, the configuration is not limited to this. For example, when it is not necessary to discard the charge remaining in the photoelectric conversion element PD without being accumulated in the charge accumulation section CS, the configuration without the drain gate transistor GD may be employed.

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。 Next, driving timing of the pixel 321 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a timing chart showing timings for driving the pixels 321 of the embodiment.

図4では、光パルスPOを照射するタイミングを「L」、反射光が受光されるタイミングを「R」、駆動信号TX1のタイミングを「G1」、駆動信号TX2のタイミングを「G2」、駆動信号TX3のタイミングを「G3」、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。なお、駆動信号TX1は、読み出しゲートトランジスタG1を駆動させる信号である。駆動信号TX2、TX3についても同様である。 In FIG. 4, the timing of emitting the light pulse PO is "L", the timing of receiving the reflected light is "R", the timing of the driving signal TX1 is "G1", the timing of the driving signal TX2 is "G2", and the driving signal The timing of TX3 and the timing of the drive signal RSTD are indicated by item names of "G3" and "GD," respectively. The drive signal TX1 is a signal for driving the readout gate transistor G1. The same applies to the drive signals TX2 and TX3.

図4に示すように、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に受光されるとする。垂直走査回路323は、光パルスPOの照射に同期させて、電荷蓄積部CS1、CS2、及びCS3の順に、電荷を蓄積させる。図4では、1回の振り分け処理において、光パルスPOを照射して電荷蓄積部CSに順に電荷を蓄積させるまでの時間を「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。 As shown in FIG. 4, it is assumed that the light pulse PO is emitted for the irradiation time To, and the reflected light RL is received by the distance image sensor 32 after the delay time Td. The vertical scanning circuit 323 accumulates charges in the order of the charge accumulation units CS1, CS2, and CS3 in synchronization with the irradiation of the light pulse PO. In FIG. 4, in one sorting process, the time from the irradiation of the light pulse PO until the charges are sequentially accumulated in the charge accumulation units CS is expressed as a "unit accumulation period". After repeating the allocation process performed in the "unit accumulation period" for the number of times of accumulation corresponding to one frame, the process of reading out the amount of charge accumulated during that period is performed. The time during which the process of reading out the accumulated charge amount is expressed as a “readout period”.

まず、図4を用いて近距離にある物体からの反射光RLを受光する場合について説明する。垂直走査回路323は、光パルスPOを照射させるタイミングに同期させて、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をオン状態としてから蓄積時間Taが経過した後に、読み出しゲートトランジスタG1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は、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。 First, the case of receiving reflected light RL from an object at a short distance will be described with reference to FIG. The vertical scanning circuit 323 turns off the drain gate transistor GD and turns on the readout gate transistor G1 in synchronization with the timing of irradiating the light pulse PO. The vertical scanning circuit 323 turns off the readout gate transistor G1 after the accumulation time Ta has elapsed since turning on the readout gate transistor G1. As a result, the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion element PD while the readout gate transistor G1 is controlled to be on is accumulated in the charge storage unit CS1 via the readout gate transistor G1.

次に、垂直走査回路323は、読み出しゲートトランジスタG1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オン状態にする。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は、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。 Next, the vertical scanning circuit 323 turns on the readout gate transistor G2 for the accumulation time Ta at the timing when the readout gate transistor G1 is turned off. As a result, the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion element PD while the readout gate transistor G2 is controlled to be on is accumulated in the charge storage unit CS2 via the readout gate transistor G2.

次に、垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS2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G3をオン状態にし、蓄積時間Taが経過した後に、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。 Next, the vertical scanning circuit 323 turns on the readout gate transistor G3 at the timing when the charge accumulation in the charge accumulation unit CS2 is finished, and turns off the readout gate transistor G3 after the accumulation time Ta has elapsed. do. As a result, the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion element PD while the readout gate transistor G3 is controlled to be on is accumulated in the charge storage unit CS3 via the readout gate transistor G3.

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、ドレインゲートトランジスタGDをオン状態にして電荷の排出を行う。これにより、光電変換素子PDにより光電変換された電荷はドレインゲートトランジスタGDを介して破棄される。 Next, the vertical scanning circuit 323 turns on the drain gate transistor GD at the timing when the charge accumulation in the charge accumulation section CS3 is completed to discharge the charge. As a result, charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion element PD are discarded via the drain gate transistor GD.

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に振り分けられた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対応する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、SL3をオン状態とすることにより、電荷蓄積部CS2、CS3に蓄積された電荷量に対応する電圧信号を出力端子O2、O3から出力させる。そして、画素信号処理回路325、及び水平走査回路324を介して、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。 The vertical scanning circuit 323 repeats the above-described driving a predetermined number of times over one frame. After that, the vertical scanning circuit 323 outputs a voltage signal corresponding to the amount of charge distributed to each charge storage section CS. Specifically, the vertical scanning circuit 323 outputs a voltage signal corresponding to the amount of charge accumulated in the charge storage unit CS1 via the pixel signal readout unit RU1 by turning on the selection gate transistor SL1 for a predetermined time. Output from O1. Similarly, the vertical scanning circuit 323 sequentially turns on the selection gate transistors SL2 and SL3 to output voltage signals corresponding to the amounts of charge accumulated in the charge accumulation units CS2 and CS3 from the output terminals O2 and O3. Let Then, an electric signal corresponding to the amount of charge for one frame accumulated in each of the charge accumulation units CS is output to the distance calculation unit 42 via the pixel signal processing circuit 325 and the horizontal scanning circuit 324 .

なお、上記では、光源部2が読み出しゲートトランジスタG1がオン状態となったタイミングで、光パルスPOを照射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。光源部2は、少なくとも近距離にある物体からの反射光RLが電荷蓄積部CS1、CS2に跨って受光されるようなタイミングで照射されればよい。例えば、光源部2は、読み出しゲートトランジスタG1がオン状態となる手前のタイミングで照射されるようにしてもよい。また、上記では、光パルスPOを照射する照射時間Toが蓄積時間Taと同じ長さであ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。照射時間Toと蓄積時間Taとが異なる時間間隔であってもよい。 In the above description, the case where the light source unit 2 irradiates the light pulse PO at the timing when the readout gate transistor G1 is turned on has been described as an example. However, it is not limited to this. The light source unit 2 may irradiate at a timing such that at least the reflected light RL from an object at a short distance is received across the charge storage units CS1 and CS2. For example, the light source unit 2 may emit light at a timing before the readout gate transistor G1 is turned on. Further, in the above description, the case where the irradiation time To for irradiating the light pulse PO is the same length as the accumulation time Ta has been described as an example. However, it is not limited to this. The irradiation time To and the accumulation time Ta may be different time intervals.

図4に示すような近距離受光画素においては、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及び外光成分に相当する電荷量が振り分けられて保持される。また、電荷蓄積部CS3には背景光などの外光成分に相当する電荷量が保持される。この場合、電荷蓄積部CS1及びCS2は「距離演算用電荷蓄積部」の一例である。 In the short-distance light-receiving pixel as shown in FIG. 4, the relationship between the timing of irradiating the light pulse PO and the timing of accumulating the charge in each of the charge accumulating portions CS causes the reflected light RL and the amount of charge corresponding to the external light component is distributed and held. Also, the charge storage section CS3 holds a charge amount corresponding to an external light component such as background light. In this case, the charge storage units CS1 and CS2 are an example of the "distance calculation charge storage unit".

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。 The distribution (distribution ratio) of the amount of charge distributed to the charge accumulating units CS1 and CS2 is a ratio corresponding to the delay time Td until the light pulse PO is reflected by the object OB and is incident on the range image pickup device 1 .

距離演算部42は、この原理を利用して、従来の近距離受光画素においては、以下の(1)式により、遅延時間Tdを算出する。 Using this principle, the distance calculation unit 42 calculates the delay time Td in the conventional short-distance light-receiving pixel using the following equation (1).

Td=To×(Q2-Q3)/(Q1+Q2-2×Q3) …(1) Td=To×(Q2-Q3)/(Q1+Q2-2×Q3) (1)

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、を示す。なお、(1)式では、電荷蓄積部CS1及びCS2に蓄積される電荷量のうちの外光成分に相当する電荷量が電荷蓄積部CS3に蓄積された電荷量と同量であることを前提とする。 Here, To is the period during which the light pulse PO is irradiated, Q1 is the amount of charge accumulated in the charge storage section CS1, Q2 is the amount of charge accumulated in the charge storage section CS2, and Q3 is the amount of charge accumulated in the charge storage section CS3. shows the amount of charge. Note that the formula (1) assumes that the charge amount corresponding to the external light component among the charge amounts accumulated in the charge storage units CS1 and CS2 is the same as the charge amount accumulated in the charge storage unit CS3. and

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。 The distance calculation unit 42 multiplies the delay time Td obtained by the formula (1) by the speed of light (velocity) in the short-distance light-receiving pixel, thereby calculating the round-trip distance to the object OB. Then, the distance calculation unit 42 obtains the distance to the object OB by halving the round trip distance calculated above.

ここで、従来の距離画像撮像装置1において、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。 Here, in the conventional distance image capturing device 1, the factors that cause an error in the distance (measured distance) calculated from the amount of accumulated charge will be described.

誤差が生じる一因として、距離画像撮像装置1に入射された光がレンズ31などの光学系において乱反射することが考えられる。すなわち、このような乱反射が画素が受光する光量に影響し、測定する距離に誤差が生じる要因となっていた。この対策として、例えば、電荷比Rに距離Dが対応付けられた対応表(「テーブル情報」の一例)を用いて、誤差を補正する方法が採用されている。ここでの距離は被写体OBまでの距離である。また、電荷比Rは「変数」の一例である。距離Dは「対応距離」の一例である。 One possible cause of the error is that the light incident on the distance image pickup device 1 is diffusely reflected by the optical system such as the lens 31 . In other words, such diffused reflection affects the amount of light received by the pixels, causing an error in the distance to be measured. As a countermeasure, for example, a method of correcting the error using a correspondence table (an example of "table information") in which the charge ratio R is associated with the distance D is adopted. The distance here is the distance to the subject OB. Also, the charge ratio R is an example of a "variable". The distance D is an example of the "correspondence distance."

ここでの電荷比Rは、反射光RLが振り分けられて蓄積される二つの電荷蓄積部CS(図4における電荷蓄積部CS1及びCS2)のそれぞれに蓄積された電荷量の比率である。この場合、電荷比Rは、例えば、以下の(2)式における比率H1、或いは(3)式における比率H2で示される。比率H1は「電荷比」の一例である。比率H2は「電荷比」の一例である。以下、比率H1、H2を単に電荷比Rと称する。 The charge ratio R here is the ratio of the amount of charge accumulated in each of the two charge accumulation units CS (charge accumulation units CS1 and CS2 in FIG. 4) in which the reflected light RL is divided and accumulated. In this case, the charge ratio R is represented by, for example, the ratio H1 in the following equation (2) or the ratio H2 in the following equation (3). The ratio H1 is an example of a "charge ratio." The ratio H2 is an example of a "charge ratio." The ratios H1 and H2 are simply referred to as the charge ratio R hereinafter.

H1=Q1#/(Q1#+Q2#) …(2)
H2=Q2#/(Q1#+Q2#) …(3)
ただし、Q1#=Q1-Qb
Q2#=Q2-Qb
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
Qbは電荷蓄積部CSに蓄積される外光成分に相当する電荷量
H1=Q1#/(Q1#+Q2#) (2)
H2=Q2#/(Q1#+Q2#) (3)
However, Q1#=Q1-Qb
Q2#=Q2-Qb
Q1 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS1
Q2 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS2
Qb is the charge amount corresponding to the external light component accumulated in the charge accumulation section CS.

電荷比Rに距離Dが対応付けられた対応表を用いることによって、(1)式により算出した距離に誤差が生じる場合であっても、誤差が少なくなるように距離を補正することが可能となる。なお、外光成分に相当する電荷量Qbを算出する方法については、後で詳しく説明する。 By using the correspondence table in which the distance D is associated with the charge ratio R, even if an error occurs in the distance calculated by the formula (1), it is possible to correct the distance so as to reduce the error. Become. A method for calculating the charge amount Qb corresponding to the external light component will be described later in detail.

また、誤差が生じやすくなるケースとして、反射光RLが振り分けられて蓄積される二つの電荷蓄積部CS(図4における電荷蓄積部CS1及びCS2)のそれぞれに蓄積された電荷量の比率が偏っている場合が考えられる。ここでの偏っているとは、二つの電荷蓄積部CSの一方に反射光RLに起因する電荷のほぼ全量が蓄積され、残りの電荷蓄積部CSには反射光RLに起因する電荷量がごく僅かしか蓄積されないことである。すなわち、電荷比Rが0に近い値、或いは1に近い値となることである。 In addition, as a case in which an error is likely to occur, the ratio of the amount of charge accumulated in each of the two charge accumulation units CS (charge accumulation units CS1 and CS2 in FIG. 4) in which the reflected light RL is divided and accumulated is biased. It is conceivable that there may be Here, the unevenness means that one of the two charge storage portions CS stores substantially the entire amount of charge due to the reflected light RL, and the remaining charge storage portion CS has a very small amount of charge due to the reflected light RL. It is that little is accumulated. That is, the charge ratio R becomes a value close to 0 or a value close to 1.

例えば、反射光RLの90%程度の光量に相当する電荷量が電荷蓄積部CS1に蓄積され、残り10%程度の光量に相当する電荷量が電荷蓄積部CS2に蓄積されるような場合である。この場合、(2)式に基づく電荷比RはR=0.9程度であり、(3)式に基づく電荷比RはR=0.1程度である。或いは、反射光RLの10%程度の光量に相当する電荷量が電荷蓄積部CS1に蓄積され、残り90%程度の光量に相当する電荷量が電荷蓄積部CS2に蓄積されるような場合である。この場合、(2)式に基づく電荷比RはR=0.1程度であり、(3)式に基づく電荷比RはR=0.9程度である。 For example, a charge amount corresponding to about 90% of the light amount of the reflected light RL is accumulated in the charge storage section CS1, and a charge amount corresponding to the remaining light amount of about 10% is accumulated in the charge storage section CS2. . In this case, the charge ratio R based on the formula (2) is about R=0.9, and the charge ratio R based on the formula (3) is about R=0.1. Alternatively, the charge amount corresponding to about 10% of the light amount of the reflected light RL is accumulated in the charge storage section CS1, and the charge amount corresponding to the remaining light amount of about 90% is accumulated in the charge storage section CS2. . In this case, the charge ratio R based on the formula (2) is about R=0.1, and the charge ratio R based on the formula (3) is about R=0.9.

ここで、電荷蓄積部CSには、ノイズ成分となる電荷も蓄積されている。ここでのノイズ成分とは、反射光RLとは異なる光、例えば、距離画像撮像装置1の内部、例えば、光パルス及びゲートパルスのなまり及び電荷転送の遅延などに起因する電荷量である。反射光RLが振り分けられて蓄積される二つの電荷蓄積部CSにも、このようなノイズ成分が、反射光RLに起因する電荷量の大小に関わらず、一定量、蓄積される。 Here, charges that become noise components are also accumulated in the charge accumulation section CS. Here, the noise component is light different from the reflected light RL, for example, the amount of charge caused by the inside of the range image pickup device 1, for example, dullness of light pulses and gate pulses, delay in charge transfer, and the like. A constant amount of such noise components is also accumulated in the two charge accumulation units CS in which the reflected light RL is distributed and accumulated, regardless of the magnitude of the amount of charge caused by the reflected light RL.

反射光RLが偏って蓄積された場合、反射光RLに起因する電荷量がほぼ全量蓄積された電荷蓄積部CS、反射光RLに起因する電荷量がごく僅かしか蓄積されない電荷蓄積部CSともに、一定量のノイズ成分が蓄積される。このため、反射光RLに起因する電荷量がごく僅かしか蓄積されない電荷蓄積部CSは、SN比が低下する。ここでのSは目的とする信号成分であり、距離演算に用いられる反射光RLに起因する電荷量である。また、ここでのNはノイズ成分に起因する電荷量である。SN比が低い電荷量を用いて距離を演算した場合、演算結果に誤差が生じ易くなる。SN比が低い、すなわち電荷比Rが所定の閾値(例えば、0.9など)を超える「偏在状態」にある場合、ノイズを考慮しない理想的な計算式から外れるため、測定距離の誤差が大きくなる。対策として、テーブル間隔を、一律に細かく(小さく)することが考えられる。しかし、SN比が高く「偏在状態」にない場合に不必要にテーブル間隔が細かくなり、テーブルのメモリ容量を増大させてしまう。 When the reflected light RL is unevenly accumulated, both the charge accumulation portion CS in which substantially the entire amount of charge due to the reflected light RL is accumulated and the charge accumulation portion CS in which only a small amount of charge due to the reflected light RL are accumulated are A certain amount of noise component accumulates. Therefore, the SN ratio of the charge storage section CS in which only a small amount of charge is accumulated due to the reflected light RL is lowered. Here, S is the target signal component, which is the amount of charge caused by the reflected light RL used for distance calculation. Also, N here is the amount of charge caused by the noise component. If the distance is calculated using a charge amount with a low SN ratio, an error is likely to occur in the calculation result. When the SN ratio is low, that is, when the charge ratio R exceeds a predetermined threshold value (for example, 0.9), it deviates from an ideal calculation formula that does not consider noise, resulting in a large error in the measured distance. Become. As a countermeasure, it is conceivable to make the table intervals uniformly finer (smaller). However, when the SN ratio is high and there is no "maldistribution", the table interval becomes unnecessarily fine, increasing the memory capacity of the table.

この対策として、本実施形態では、反射光RLが偏って蓄積された場合と、そうでない場合とで、異なるテーブル間隔となるように、テーブル情報440を作成する。ここでのテーブル間隔とは、テーブル情報440に含まれる変数(電荷比R又は距離D)のそれぞれを昇順、或いは降順に並べた場合に隣り合う変数の差分に相当する間隔である。 As a countermeasure against this, in the present embodiment, the table information 440 is created so that the table interval differs depending on whether the reflected light RL is unevenly accumulated or not. Here, the table interval is an interval corresponding to the difference between adjacent variables when the variables (charge ratio R or distance D) included in the table information 440 are arranged in ascending order or descending order.

以下では、テーブル情報440における変数を電荷比Rとした場合を例に説明する。しかしながらこれに限定されることはない。テーブル情報440における変数を距離Dとした場合にも、反射光RLが偏って蓄積された場合と、そうでない場合とで、異なるテーブル間隔となるように、テーブル情報440を作成することが可能である。 In the following, a case where the variable in the table information 440 is the charge ratio R will be described as an example. However, it is not limited to this. Even when the variable in the table information 440 is the distance D, it is possible to create the table information 440 so that the table interval differs depending on whether the reflected light RL is accumulated unevenly or not. be.

反射光RLが偏って蓄積された場合とは、例えば、反射光RLが振り分けられて蓄積される二つの電荷蓄積部CS(図4における電荷蓄積部CS1及びCS2)のそれぞれに蓄積された電荷量の比率が所定値以上である場合である。ここでの所定値は、目標とする測定距離の精度等に応じて任意に設定されてよい。このような反射光RLが偏って蓄積された状態は「偏在状態」の一例である。 The case where the reflected light RL is unevenly accumulated is, for example, the amount of charge accumulated in each of the two charge accumulation units CS (the charge accumulation units CS1 and CS2 in FIG. 4) in which the reflected light RL is distributed and accumulated. is equal to or greater than a predetermined value. The predetermined value here may be arbitrarily set according to the target accuracy of the measured distance. Such a state in which the reflected light RL is unevenly accumulated is an example of an “unevenly distributed state”.

例えば、テーブル情報440に含まれる電荷比Rのうち、ある範囲(反射光RLが偏って蓄積された場合の電荷比が取り得る範囲)にある電荷比Rについては、間隔が小さい細かいテーブル間隔となるようにテーブル情報440を作成する。一方、別の範囲(反射光RLが偏って蓄積されていない場合の電荷比が取り得る範囲)にある電荷比Rについては、間隔が大きい粗いテーブル間隔となるようにテーブル情報440を作成する(図6、図15、図17参照)。これにより、誤差が生じやすくなる範囲にある電荷比Rから距離Dを決定しようとした場合に、細かいテーブル間隔で作成された電荷比群から適切な電荷比を選択することができる。このため、決定する距離の精度を向上させることが可能となる。 For example, among the charge ratios R included in the table information 440, the charge ratios R within a certain range (the range in which the charge ratio can be taken when the reflected light RL is biased and accumulated) are considered as fine table intervals with small intervals. The table information 440 is created so that On the other hand, for the charge ratio R in another range (the range in which the charge ratio can be taken when the reflected light RL is not accumulated unevenly), the table information 440 is created so that the table interval is large and coarse ( 6, 15 and 17). As a result, when attempting to determine the distance D from the charge ratio R within a range where errors are likely to occur, an appropriate charge ratio can be selected from a charge ratio group created with fine table intervals. Therefore, it is possible to improve the accuracy of the determined distance.

ここで、テーブル情報440について図5、図6を用いて説明する。図5は、実施形態のテーブル情報440の構成の例を示す図である。図5に示すように、テーブル情報440は、例えば、電荷比閾値、テーブル間隔、電荷比、及び距離の各項目を備える。電荷比閾値はテーブル間隔を変更する閾値を示す情報である。テーブル間隔はテーブル情報440における電荷比同士の間隔を示す情報である。電荷比は(2)式、又は(3)式で示される比率である。距離は電荷比に対応付けられた距離である。この図の例では、電荷比閾値R5未満の電荷比群(電荷比R1~R4)のテーブル間隔を間隔TK2とし、電荷比閾値R5以上の電荷比群(電荷比R5~R9)のテーブル間隔を間隔TK3とする例が示されている。 Here, the table information 440 will be explained using FIGS. 5 and 6. FIG. FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of table information 440 according to the embodiment. As shown in FIG. 5, the table information 440 includes, for example, charge ratio threshold, table interval, charge ratio, and distance items. The charge ratio threshold is information indicating a threshold for changing the table interval. The table interval is information indicating the interval between charge ratios in the table information 440 . The charge ratio is a ratio represented by formula (2) or formula (3). The distance is the distance associated with the charge ratio. In the example of this figure, the table interval of the charge ratio group (charge ratios R1 to R4) less than the charge ratio threshold value R5 is set to interval TK2, and the table interval of the charge ratio group (charge ratios R5 to R9) of the charge ratio threshold value R5 or more is set to TK2. An example with an interval TK3 is shown.

図6は、実施形態のテーブル情報440を説明する図である。図6の横軸は電荷比R、縦軸は距離Dを示す。図6では、横軸の電荷比Rの大きさに応じて、2つの範囲E2、E3が設定されている。範囲E2は、電荷比が電荷比R5未満となる範囲である。範囲E3は、電荷比が電荷比R5以上となる範囲である。ここで、範囲E2は「第2範囲」の一例である。範囲E3は「第3範囲」の一例である。 FIG. 6 is a diagram illustrating the table information 440 of the embodiment. The horizontal axis of FIG. 6 indicates the charge ratio R, and the vertical axis indicates the distance D. In FIG. In FIG. 6, two ranges E2 and E3 are set according to the magnitude of the charge ratio R on the horizontal axis. The range E2 is a range in which the charge ratio is less than the charge ratio R5. The range E3 is a range in which the charge ratio is equal to or greater than the charge ratio R5. Here, the range E2 is an example of the "second range". The range E3 is an example of the "third range".

図6には、図5のテーブル情報440に基づく電荷比Rと距離Dとの関係が示されている。図5のテーブル情報440には電荷比閾値として電荷比R5が設定されている。この場合、範囲E2に含まれる電荷比R1~R4のテーブル間隔が間隔TK2となる。また、範囲E3に含まれる電荷比R5~R9のテーブル間隔が間隔TK3となる。間隔TK3は間隔TK2よりも小さい。 FIG. 6 shows the relationship between the charge ratio R and the distance D based on the table information 440 of FIG. A charge ratio R5 is set as a charge ratio threshold in the table information 440 of FIG. In this case, the table interval of the charge ratios R1 to R4 included in the range E2 is the interval TK2. Also, the table interval of the charge ratios R5 to R9 included in the range E3 is the interval TK3. Interval TK3 is smaller than interval TK2.

なお、図6では、電荷比Rが(3)式で表される場合の例を示している。すなわち、図6では、電荷比Rが増加するにつれて距離Dが増加する右肩上がりの特性が示されている。電荷比Rが(2)式で表される場合には、電荷比Rが増加するにつれて距離Dが減少する右肩下がりの特性となる。この場合、電荷比閾値は(1.0-電荷比R5)に設定され、電荷比閾値以下の電荷比のテーブル間隔が細かく、電荷比閾値より大きい電荷比のテーブル間隔が粗く設定される。 Note that FIG. 6 shows an example in which the charge ratio R is represented by the formula (3). That is, FIG. 6 shows a characteristic that the distance D increases as the charge ratio R increases. When the charge ratio R is represented by the formula (2), the characteristic is a downward slope in which the distance D decreases as the charge ratio R increases. In this case, the charge ratio threshold is set to (1.0-charge ratio R5), the table interval for charge ratios below the charge ratio threshold is fine, and the table interval for charge ratios above the charge ratio threshold is coarsely set.

図7は、実施形態の距離画像処理部4がテーブル情報440を用いて線形補間を行う処理を説明する図である。図7には、図6の特性の一部(電荷比R1~R2の範囲)が示されている。この図の例では、光電変換素子PD蓄積された電荷量に基づいて算出した電荷比が、電荷比R1とR2の中間の値に相当する電荷比Rであった場合を例示している。この場合、距離演算部42は、電荷比R1に対応する距離D11と、電荷比R2対応する距離D12とを線形補間することによって、電荷比Rに対応する距離Dを算出するようにしてもよい。線形補間することによって、距離をより精度良く算出することが可能となる。 7A and 7B are diagrams for explaining the process of performing linear interpolation using the table information 440 by the distance image processing unit 4 of the embodiment. FIG. 7 shows part of the characteristics of FIG. 6 (range of charge ratios R1 to R2). In this example, the charge ratio calculated based on the amount of charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is a charge ratio R corresponding to an intermediate value between the charge ratios R1 and R2. In this case, the distance calculator 42 may calculate the distance D corresponding to the charge ratio R by linearly interpolating the distance D11 corresponding to the charge ratio R1 and the distance D12 corresponding to the charge ratio R2. . By linear interpolation, it is possible to calculate the distance with higher accuracy.

また、線形補間した場合に、補間した距離の精度が所定の範囲内となるように、テーブル情報440における電荷比の間隔が設定されるようにしてもよい。この場合、テーブル情報440における電荷比の間隔は、例えば、線形とみなせる範囲内に設定される。 Further, the interval of the charge ratio in the table information 440 may be set so that the accuracy of the interpolated distance is within a predetermined range when linear interpolation is performed. In this case, the charge ratio interval in the table information 440 is set within a linear range, for example.

上述したとおり、反射光RLが偏って蓄積される場合、光パルス及びゲートパルスのなまり及び電荷転送の遅延などにより、電荷比RにおけるSN比が低下して電荷比Rと距離Dの関係が非線形となる傾向にある。このような非線形となる範囲でテーブル間隔を小さくする。これにより、線形補間をして距離を決定する場合に、その距離の精度を向上させることが可能となる。 As described above, when the reflected light RL is accumulated unevenly, the SN ratio in the charge ratio R decreases due to the dullness of the light pulse and the gate pulse, the delay in charge transfer, and the like, and the relationship between the charge ratio R and the distance D becomes nonlinear. tends to be The table interval is reduced within such a non-linear range. This makes it possible to improve the accuracy of the distance when linear interpolation is used to determine the distance.

ここで、外光成分に相当する電荷量Qbを算出する方法について、図8、図9を用いて説明する。図8、図9は、実施形態の距離画像処理部4が外光成分を決定する処理を説明する図である。 Here, a method for calculating the charge amount Qb corresponding to the external light component will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 and 9 are diagrams for explaining the process of determining the external light component by the distance image processing unit 4 of the embodiment.

(外光成分に相当する電荷量Qbを算出する方法1)
図8には、図4と比較して遠距離にある物体からの反射光RLを受光した場合のタイミングチャートが示されている。図8において、垂直走査回路323が、光パルスPOを照射させるタイミング、読み出しゲートトランジスタG1~G3、及びドレインゲートトランジスタGDをオン状態とするタイミング等は、図4と同様であるため、その説明を省略する。
(Method 1 for calculating the charge amount Qb corresponding to the external light component)
FIG. 8 shows a timing chart when receiving reflected light RL from an object at a longer distance than in FIG. 8, the timing at which the vertical scanning circuit 323 irradiates the light pulse PO, the timing at which the readout gate transistors G1 to G3 and the drain gate transistor GD are turned on, etc. are the same as in FIG. omitted.

図8に示すように、図4のタイミングチャートと比較して遅延時間Tdが大きい場合、図4と同じタイミングで電荷蓄積部CSのそれぞれに電荷を蓄積させた場合、電荷蓄積部CS1に外光成分に相当する電荷量Qbが蓄積され、電荷蓄積部CS2及びCS3に反射光RL及び外光成分に相当する電荷量Qbが振り分けられて蓄積される。この場合、電荷蓄積部CS2及びCS3は「距離演算用電荷蓄積部」の一例である。 As shown in FIG. 8, when the delay time Td is longer than in the timing chart of FIG. A charge amount Qb corresponding to the component is accumulated, and the charge amount Qb corresponding to the reflected light RL and the external light component are distributed and accumulated in the charge accumulation units CS2 and CS3. In this case, the charge storage units CS2 and CS3 are an example of the "distance calculation charge storage unit".

すなわち、遅延時間Tdが大きくない場合(図4の場合)には電荷蓄積部CS3に外光成分に相当する電荷量Qbが蓄積され、遅延時間Tdが大きい場合(図8の場合)には、電荷蓄積部CS1に外光成分に相当する電荷量Qbが蓄積される。図4、図8何れの場合であっても、電荷蓄積部CS1~CS3のそれぞれに同じ量の外光成分に相当する電荷量Qbが蓄積される。したがって、反射光RLが振り分けて蓄積された電荷蓄積部CSは、他の外光成分のみが蓄積された電荷蓄積部CSと比較して、より多くの電荷量が蓄積されることとなる。 That is, when the delay time Td is not large (in the case of FIG. 4), the charge amount Qb corresponding to the external light component is accumulated in the charge storage section CS3, and when the delay time Td is large (in the case of FIG. 8), A charge amount Qb corresponding to the external light component is accumulated in the charge accumulation portion CS1. In either case of FIGS. 4 and 8, the charge amount Qb corresponding to the same amount of external light component is accumulated in each of the charge accumulation units CS1 to CS3. Therefore, the charge storage section CS in which the reflected light RL is distributed and accumulated accumulates a larger amount of charge than the charge storage section CS in which only other external light components are accumulated.

この性質を利用して、距離演算部42は、電荷蓄積部CS1~CS3に蓄積された電荷量のうち、最も少ない電荷量を、外光成分に相当する電荷量Qbと決定する。 Using this property, the distance calculation unit 42 determines the smallest charge amount among the charge amounts accumulated in the charge accumulation units CS1 to CS3 as the charge amount Qb corresponding to the external light component.

(外光成分に相当する電荷量Qbを算出する方法2)
距離画像撮像装置1は、予め決定された特定の電荷蓄積部CSに外光成分に相当する電荷量Qbのみが蓄積されるように、タイミングを制御するようにしてもよい。この場合、距離演算部42は、遅延時間Tdの大小に関わらず、その特定の電荷蓄積部CSに蓄積された電荷量を、外光成分に相当する電荷量Qbと決定することができる。
(Method 2 for calculating the charge amount Qb corresponding to the external light component)
The distance image pickup device 1 may control the timing so that only the charge amount Qb corresponding to the external light component is accumulated in the predetermined specific charge accumulation section CS. In this case, the distance calculation unit 42 can determine the charge amount accumulated in the specific charge accumulation unit CS as the charge amount Qb corresponding to the external light component regardless of the magnitude of the delay time Td.

図9には、電荷蓄積部CS1に外光成分に相当する電荷量Qbのみが蓄積されるように制御した場合のタイミングチャートが示されている。図9において、垂直走査回路323が、光パルスPOを照射させるタイミング、読み出しゲートトランジスタG1~G3、及びドレインゲートトランジスタGDをオン状態とするタイミング等は、図4と同様であるため、その説明を省略する。 FIG. 9 shows a timing chart when control is performed so that only the charge amount Qb corresponding to the external light component is accumulated in the charge accumulation section CS1. 9, the timing at which the vertical scanning circuit 323 irradiates the light pulse PO, the timing at which the readout gate transistors G1 to G3 and the drain gate transistor GD are turned on, etc. are the same as in FIG. omitted.

図9の例に示すように、光パルスPOを照射する前に、電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させることによって、電荷蓄積部CS1に外光成分に相当する電荷量Qbのみが蓄積されるようにすることができる。この場合、距離演算部42は、電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量を、外光成分に相当する電荷量Qbと決定する。この場合、電荷蓄積部CS1は予め決められた外光蓄積用電荷蓄積部」の一例である。 As shown in the example of FIG. 9, by accumulating charges in the charge accumulating section CS1 before irradiating the light pulse PO, only the charge amount Qb corresponding to the external light component is accumulated in the charge accumulating section CS1. can be In this case, the distance calculation unit 42 determines the charge amount accumulated in the charge accumulation unit CS1 as the charge amount Qb corresponding to the external light component. In this case, the charge storage section CS1 is an example of a "predetermined external light storage charge storage section".

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~Q3を取得する(ステップS10)。距離演算部42は、取得した電荷量Q1~Q3を用いて、外光成分に相当する電荷量Qbを算出する(ステップS11)。距離演算部42は、電荷量Q1~Q3のうち最も少ない電荷量を電荷量Qbとしてもよいし、予め決定された特定の電荷蓄積部CS(例えば、図9における電荷蓄積部CS1)に蓄積された電荷量を電荷量Qbとしてもよい。 FIG. 10 is a flow chart showing the flow of processing performed by the distance image processing unit 4 of the embodiment. The distance calculation unit 42 acquires the charge amounts Q1 to Q3 accumulated in the charge accumulation units CS1 to CS3, respectively (step S10). The distance calculator 42 uses the acquired charge amounts Q1 to Q3 to calculate the charge amount Qb corresponding to the external light component (step S11). The distance calculation unit 42 may set the smallest charge amount among the charge amounts Q1 to Q3 as the charge amount Qb, or may be accumulated in a predetermined specific charge storage unit CS (for example, the charge storage unit CS1 in FIG. 9). The charge amount obtained may be used as the charge amount Qb.

距離演算部42は、電荷量Q1~Q3、及び電荷量Qbを用いて、電荷比Rを算出する(ステップS12)。距離演算部42は、例えば、(2)式、又は(3)式に、電荷量Q1~Q3、及び電荷量Qbを代入することによって、電荷比Rを算出する。この場合において、距離演算部42は、テーブル情報440に示された電荷比の構成に合致するように(2)式、又は(3)式のいずれかを選択し、選択した式を用いて、電荷比Rを算出する。 The distance calculator 42 calculates the charge ratio R using the charge amounts Q1 to Q3 and the charge amount Qb (step S12). The distance calculator 42 calculates the charge ratio R by, for example, substituting the charge amounts Q1 to Q3 and the charge amount Qb into the equation (2) or (3). In this case, the distance calculation unit 42 selects either formula (2) or formula (3) so as to match the configuration of the charge ratio shown in the table information 440, and using the selected formula, A charge ratio R is calculated.

距離演算部42は、テーブル情報440を用いて、ステップS12で算出した電荷比Rに対応する距離を選択する(ステップS13)。この場合において、距離演算部42は、線形補間するための二つの電荷比のそれぞれに対応付けられた、二つの距離を選択するようにしてもよいし、ステップS12で算出した電荷比Rに最も近い電荷比に対応する一つの距離を選択するようにしてもよい。 The distance calculator 42 uses the table information 440 to select the distance corresponding to the charge ratio R calculated in step S12 (step S13). In this case, the distance calculation unit 42 may select two distances associated with the two charge ratios for linear interpolation, or may select the two distances that are most closely related to the charge ratio R calculated in step S12. One distance may be selected that corresponds to a close charge ratio.

距離演算部42は、二つの距離を選択した場合(ステップS14、YES)、線形補間により距離(測定距離)を決定する(ステップS15)。一方、距離演算部42は、一つの距離を選択した場合(ステップS14、NO)、選択した距離を補正後の距離(測定距離)と決定する(ステップS16)。 When two distances are selected (step S14, YES), the distance calculator 42 determines the distance (measured distance) by linear interpolation (step S15). On the other hand, when one distance is selected (step S14, NO), the distance calculator 42 determines the selected distance as the corrected distance (measured distance) (step S16).

なお、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が四つ以上(例えばN個、N≧4)の電荷蓄積部CSを備える構成であってもよい。 In the above description, the case where the pixel 321 of the distance image pickup device 1 includes the three charge storage units CS1 to CS3 has been described as an example. However, it is not limited to this. The pixel 321 of the distance image pickup device 1 may be configured to include four or more (for example, N, N≧4) charge accumulation units CS.

距離画像撮像装置1の画素321がN個(N≧4)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~Q3を用いて、外光成分に相当する電荷量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が三つの電荷蓄積部CS1~CS3を備える場合と同様である。 When the pixel 321 of the distance image pickup device 1 includes N (N≧4) charge storage units CS, in step S10, the distance calculation unit 42 calculates the charge amount Q1 accumulated in each of the charge storage units CS1 to CSN. ~ Get QN. In step S11, the distance calculator 42 uses the acquired charge amounts Q1 to Q3 to calculate the charge amount Qb corresponding to the external light component. The method by which the distance calculation unit 42 calculates the amount of charge Qb is the same as in the case where the pixel 321 of the distance image pickup device 1 has three charge storage units CS1 to CS3.

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に対応する電荷が振り分けられて蓄積された二つの電荷蓄積部CS(距離測定用電荷蓄積部)を選択する。距離演算部42が二つの電荷蓄積部CSを選択する方法は、例えば、連続して電荷が蓄積される二つの電荷蓄積部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に対応する電荷が振り分けられて蓄積された二つの電荷蓄積部CS(距離測定用電荷蓄積部)とする。距離演算部42は、反射光RLに対応する電荷が振り分けられて蓄積された二つの電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された電荷量、及び外光成分に相当する電荷量Qbを用いて、電荷比Rを算出する。ステップS13~S16の処理は、距離画像撮像装置1の画素321が三つの電荷蓄積部CS1~CS3を備える場合と同様である。 In step S12, the distance calculation unit 42 selects two charge storage units CS (distance-measuring charge storage units) in which charges corresponding to the reflected light RL are distributed and stored from the charge storage units CS1 to CSN. The method by which the distance calculation unit 42 selects two charge storage units CS is, for example, based on the amount of charge stored in each charge storage unit CS out of a combination of two charge storage units CS in which charges are continuously stored. are the two charge accumulators CS (distance-measuring charge accumulators) in which the charges corresponding to the reflected light RL are distributed and accumulated. The distance calculation unit 42 uses the amount of charge accumulated in each of the two charge accumulation units CS in which the charges corresponding to the reflected light RL are distributed and accumulated, and the amount of charge Qb corresponding to the external light component, to calculate the charge Calculate the ratio R. The processing of steps S13 to S16 is the same as in the case where the pixel 321 of the distance image pickup device 1 has three charge storage units CS1 to CS3.

或いは、距離画像撮像装置1の画素321が2個の電荷蓄積部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、外光成分に相当する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。 Alternatively, the pixel 321 of the distance image pickup device 1 may be configured to include two charge storage units CS. In this case, the distance image pickup device 1 performs a process of accumulating only the charge corresponding to the external light component (referred to as the first process) and a process of accumulating the charge including the reflected light RL (second process) for each measurement. ) and two processes related to charge accumulation. For example, the range image capturing apparatus 1 performs the first process on the first frame and the second process on the next frame. When performing the first process, the distance image pickup device 1 accumulates charges in each of the charge accumulation units CS1 and CS2 without irradiating the light pulse PO. When performing the second process, the distance imaging device 1 irradiates a light pulse PO to accumulate electric charge in each of the electric charge accumulation units CS1 and CS2.

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Q1f、Q2f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Q1s、Q2s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Q1f、又はQ2fのいずれか、もしくは両方を外光成分に相当する電荷量Qbとする。ステップS12で、距離演算部42は、取得した電荷量Q1s、Q2s、及び電荷量Qbを用いて、電荷比Rを算出する。距離演算部42が電荷比Rを算出する方法は、距離画像撮像装置1の画素321が三つの電荷蓄積部CS1~CS3を備える場合と同様である。 In this case, in step S10, the distance calculation unit 42 acquires the charge amounts Q1f and Q2f accumulated in the charge accumulation units CS1 and CS2 in the first process, respectively. Also, the distance calculation unit 42 acquires the charge amounts Q1s and Q2s accumulated in the charge accumulation units CS1 and CS2 in the second process. In step S11, the distance calculation unit 42 sets either or both of the acquired charge amount Q1f and Q2f as the charge amount Qb corresponding to the external light component. In step S12, the distance calculator 42 calculates the charge ratio R using the acquired charge amounts Q1s, Q2s, and charge amount Qb. The method by which the distance calculation unit 42 calculates the charge ratio R is the same as in the case where the pixel 321 of the distance image pickup device 1 has three charge storage units CS1 to CS3.

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、記憶部44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、三つ以上の電荷蓄積部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。記憶部44は、テーブル情報440を記憶する。テーブル情報440は、電荷比Rに被写体OBまでの距離(対応距離)が対応付けられた情報である。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と、テーブル情報440とを用いて、被写体OBまでの測定距離を決定する。電荷比Rは、三つ以上の電荷蓄積部CSのうち、反射光RLに対応する電荷が振り分けて蓄積される二つ以上の電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された電荷量から外光成分に相当する電荷量を減算した電荷量(距離演算用電荷量)を用いて示される比率である。具体的には、電荷比Rは、電荷量Q1#とQ2#を用いて示される比であり、例えば、電荷量Q1#とQ2#の和に対する電荷量Q2#の比である。電荷量Q1#は、図4における電荷蓄積部CS1に蓄積される電荷量Q1(第1電荷量)から外光成分に相当する電荷量Qbを減算した電荷量(第1距離演算用電荷量)である。電荷蓄積部CS1は、複数の電荷蓄積部CSのうち、光パルスPOが被写体OBに反射した反射光RLに対応する電荷量が最初にされる電荷蓄積部CSであり、「第1電荷蓄積部」の一例である。電荷量Q2#は、図4における電荷蓄積部CS2に蓄積される電荷量Q2(第2電荷量)から外光成分に相当する電荷量Qbを減算した電荷量(第2距離演算用電荷量)である。電荷蓄積部CS2は、複数の電荷蓄積部CSのうち、光パルスPOが被写体OBに反射した反射光RLに対応する電荷量が電荷蓄積部CS1の次にされる電荷蓄積部CSであり、「第2電荷蓄積部」の一例である。テーブル情報440は、偏在状態にある変数のテーブル間隔が、偏在状態にない変数のテーブル間隔よりも小さい。偏在状態にあるとは、電荷量Q1#と電荷量Q2#が極端に偏った状態にあることであり、電荷量Q1#と電荷量Q2#の比率(電荷比R)が所定の閾値より大きい状態である。偏在状態は、例えば、電荷比Rが所定の上限値を上回る、又は所定の下限値を下回る状態である。変数は、テーブル情報440における電荷比R又は距離Dのいずれかである。テーブル間隔とは、テーブル情報440における変数のそれぞれを昇順に並べた場合に隣り合う変数の差分である。距離画像処理部4は、複数の電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて電荷比Rを算出し、算出した電荷比Rに対応する対応距離をテーブル情報440から取得し、取得した対応距離を用いて測定距離を決定する。 As described above, the distance image capturing device 1 of the embodiment includes the light source unit 2, the light receiving unit 3, the storage unit 44, and the distance image processing unit 4. The light source unit 2 irradiates a light pulse PO into the measurement space in which the subject OB exists. The light receiving unit 3 includes pixels 321 and a vertical scanning circuit 323 (an example of a driving circuit). The pixel 321 includes a photoelectric conversion element PD and three or more charge storage units CS. The vertical scanning circuit 323 distributes and accumulates electric charges in each of the charge accumulation units CS in the pixels 321 at a predetermined timing synchronized with the irradiation of the light pulse PO. The storage unit 44 stores table information 440 . The table information 440 is information in which the charge ratio R is associated with the distance to the object OB (corresponding distance). The distance image processing unit 4 determines the measured distance to the subject OB using the amount of charge accumulated in each charge accumulation unit CS and the table information 440 . The charge ratio R is the amount of charge accumulated in each of the two or more charge accumulation units CS in which the charges corresponding to the reflected light RL are distributed and accumulated among the three or more charge accumulation units CS to the external light component. It is a ratio indicated by using the charge amount (distance calculation charge amount) obtained by subtracting the corresponding charge amount. Specifically, the charge ratio R is a ratio indicated using the charge amounts Q1# and Q2#, for example, the ratio of the charge amount Q2# to the sum of the charge amounts Q1# and Q2#. The charge amount Q1# is the charge amount (first distance calculation charge amount) obtained by subtracting the charge amount Qb corresponding to the external light component from the charge amount Q1 (first charge amount) accumulated in the charge storage section CS1 in FIG. is. Among the plurality of charge storage units CS, the charge storage unit CS1 is the charge storage unit CS to which the amount of charge corresponding to the reflected light RL reflected by the light pulse PO from the object OB is applied first. is an example of The charge amount Q2# is the charge amount (second distance calculation charge amount) obtained by subtracting the charge amount Qb corresponding to the external light component from the charge amount Q2 (second charge amount) accumulated in the charge storage section CS2 in FIG. is. Among the plurality of charge storage units CS, the charge storage unit CS2 is the charge storage unit CS in which the amount of charge corresponding to the reflected light RL reflected by the light pulse PO reflected by the object OB is stored next to the charge storage unit CS1. It is an example of a "second charge storage section". In the table information 440, the table interval of variables in the unevenly distributed state is smaller than the table interval of variables that are not in the unevenly distributed state. Being unevenly distributed means that the amount of charge Q1# and the amount of charge Q2# are extremely uneven, and the ratio of the amount of charge Q1# to the amount of charge Q2# (charge ratio R) is larger than a predetermined threshold. state. The uneven distribution state is, for example, a state in which the charge ratio R exceeds a predetermined upper limit or falls below a predetermined lower limit. The variable is either the charge ratio R or the distance D in table information 440 . A table interval is a difference between adjacent variables when the variables in the table information 440 are arranged in ascending order. The distance image processing unit 4 calculates the charge ratio R based on the charge amount accumulated in each of the plurality of charge accumulation units CS, acquires the corresponding distance corresponding to the calculated charge ratio R from the table information 440, and acquires The corresponding distances obtained are used to determine the measured distance.

これにより、実施形態の距離画像撮像装置1は、テーブル情報440を用いて電荷比Rに対応する距離Dを取得することができる。したがって電荷蓄積部CS1~CS3に蓄積された電荷量Q1~Q3に基づいて算出される距離に誤差がある場合であっても、実際の距離に近づくように補正することができる。しかも、本実施形態では、テーブル情報440は、電荷量Q1#、Q2#が偏った状態で蓄積されている場合に、偏っていない状態と比較してテーブル間隔が小さくなるように作成される。このため、電荷量Q1#、Q2#が偏った状態で蓄積され、誤差が生じやすい状態にあっても、精度よく距離を補正することができる。また、テーブル情報440におけるテーブル間隔を一律に小さくした場合と比較して、メモリ増大を抑制することができる。したがって、テーブル間隔を非線形にすることで、メモリ増大を抑制しつつ、距離ずれ領域を精度よく演算することが可能になる。距離ずれ領域とは、SN比が低く、電荷比Rが所定の閾値を超える「偏在状態」にある領域である。 Thereby, the distance image capturing device 1 of the embodiment can obtain the distance D corresponding to the charge ratio R using the table information 440 . Therefore, even if there is an error in the distance calculated based on the charge amounts Q1 to Q3 accumulated in the charge accumulation units CS1 to CS3, the distance can be corrected so as to approach the actual distance. Moreover, in the present embodiment, the table information 440 is created such that when the charge amounts Q1# and Q2# are accumulated in an unbalanced state, the table interval is smaller than when they are not accumulated. Therefore, even if the charges Q1# and Q2# are accumulated in a biased state and errors are likely to occur, the distance can be accurately corrected. Moreover, memory increase can be suppressed compared to the case where the table interval in the table information 440 is uniformly reduced. Therefore, by making the table interval non-linear, it is possible to accurately calculate the distance deviation region while suppressing an increase in memory. The distance deviation region is a region in which the SN ratio is low and the charge ratio R exceeds a predetermined threshold value and is in an “unevenly distributed state”.

また、実施形態の距離画像撮像装置1では、テーブル情報440に含まれる電荷比R(変数)のそれぞれは、図6における範囲E2、E3のいずれかの範囲に含まれる値である。範囲E2は、電荷比Rが電荷比閾値R5(第2閾値)未満となる範囲であり、「第2範囲」の一例である。範囲E3は、電荷比Rが電荷比閾値R5以上となる範囲であり、「第3範囲」の一例である。範囲E3におけるテーブル間隔は、範囲E2におけるテーブル間隔よりも小さい。これにより、電荷量Q1#と比較して、Q2#が多く蓄積された偏った状態で蓄積され、誤差が生じやすい状態にあっても、精度よく距離を補正することができる。 Further, in the distance image pickup device 1 of the embodiment, each of the charge ratios R (variables) included in the table information 440 is a value included in either range E2 or E3 in FIG. The range E2 is a range in which the charge ratio R is less than the charge ratio threshold value R5 (second threshold value), and is an example of the "second range." The range E3 is a range in which the charge ratio R is equal to or greater than the charge ratio threshold value R5, and is an example of the "third range". The table spacing in range E3 is smaller than the table spacing in range E2. As a result, the distance can be accurately corrected even if the charge amount Q2# is accumulated in a biased state in which a large amount is accumulated compared to the charge amount Q1#, and errors are likely to occur.

また、実施形態の距離画像撮像装置1では、距離画像処理部4は、線形補間することによって補正後の距離を決定するようにする。距離画像処理部4は、テーブル情報440を用いて、算出した電荷比Rより小さい電荷比(例えば、電荷比R1)に対応付けられた第1距離(例えば、距離D11)と、電荷比Rより大きい電荷比(例えば、電荷比R2)に対応付けられた第2距離(例えば、距離D12)とを抽出する。距離画像処理部4は、抽出した第1距離(例えば、距離D11)と第2距離(例えば、距離D12)を、線形補間することによって得られる距離を、補正後の距離(測定距離)と決定する。本実施形態では、テーブル情報440は、電荷量Q1#、Q2#が偏った状態で蓄積されている場合に、偏っていない状態と比較してテーブル間隔が小さくなるように作成されるので、線形補間する場合に、より精度よく、距離を補正することができる。 Further, in the distance image capturing device 1 of the embodiment, the distance image processing unit 4 determines the distance after correction by linear interpolation. Using the table information 440, the distance image processing unit 4 uses the calculated first distance (for example, the distance D11) associated with the charge ratio (for example, the charge ratio R1) smaller than the calculated charge ratio R, and the distance from the charge ratio R A second distance (for example, distance D12) associated with a large charge ratio (for example, charge ratio R2) is extracted. The distance image processing unit 4 determines the distance obtained by linearly interpolating the extracted first distance (for example, distance D11) and second distance (for example, distance D12) as the corrected distance (measured distance). do. In the present embodiment, the table information 440 is created such that when the charge amounts Q1# and Q2# are accumulated in a biased state, the table interval is smaller than when the charge amounts are not biased. When interpolating, the distance can be corrected with higher accuracy.

また、実施形態の距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS1~CS3のそれぞれに蓄積された電荷量のうち、最も少ない電荷量を、外光成分に対応する電荷量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、電荷蓄積部CS1~CS3のそれぞれに蓄積された電荷量を比較するという容易な処理により、外光成分に対応する電荷量Qbを算出することができる。 Further, the distance image processing unit 4 of the embodiment sets the smallest charge amount among the charge amounts accumulated in each of the charge accumulation units CS1 to CS3 as the charge amount Qb corresponding to the external light component. As a result, in the distance image pickup device 1 of the embodiment, the charge amount Qb corresponding to the external light component can be calculated by a simple process of comparing the charge amount accumulated in each of the charge accumulation units CS1 to CS3. can.

また、実施形態の距離画像処理部4は、電荷蓄積部CS1~CS3のうちの特定の電荷蓄積部CSに、外光成分に相当する光量のみが蓄積されるように、蓄積タイミングを制御する。距離演算部42は、この特定の電荷蓄積部CSに蓄積された電荷量を、外光成分に対応する電荷量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、特定の電荷蓄積部CSに蓄積された電荷量を、外光成分に対応する電荷量Qbとして算出することができ、容易に外光成分に対応する電荷量Qbを決定できる。 Further, the distance image processing section 4 of the embodiment controls the accumulation timing so that only the amount of light corresponding to the external light component is accumulated in a specific charge accumulation section CS among the charge accumulation sections CS1 to CS3. The distance calculation unit 42 sets the charge amount accumulated in the specific charge accumulation unit CS as the charge amount Qb corresponding to the external light component. As a result, in the distance image pickup device 1 of the embodiment, the charge amount accumulated in the specific charge accumulation unit CS can be calculated as the charge amount Qb corresponding to the external light component, and the external light component can be easily handled. It is possible to determine the amount of charge Qb to be applied.

(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11を用いて説明する。図11は、実施形態の効果を説明する図である。図11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11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11において、黒丸で示したテーブル情報440を使用しない(テーブル情報不使用)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。黒三角で示したテーブル情報440を使用する(テーブル情報使用)場合の測定距離は、テーブル情報440を用いて算出された距離である。この図に示すように、テーブル情報使用の場合における測定距離は、実距離に一致する。一方、テーブル情報不使用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、テーブル情報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。
(Effect of Embodiment)
Here, the effect of the distance image capturing device 1 of the embodiment will be described with reference to FIG. 11 . FIG. 11 is a diagram explaining the effect of the embodiment. FIG. 11 shows the relationship between the actual distance (actual distance) and the measured distance. The horizontal axis of FIG. 11 indicates the actual distance, and the vertical axis indicates the measured distance. The distance here is the distance to the subject OB. In FIG. 11, the measured distance indicated by black circles when the table information 440 is not used (table information not used) is, for example, the distance calculated by substituting the charge amounts Q1 to Q3 into the equation (1). The measured distance when using the table information 440 indicated by a black triangle (using table information) is the distance calculated using the table information 440 . As shown in this figure, the measured distance when using table information matches the actual distance. On the other hand, when the table information is not used, the measured distance does not match the actual distance and is a value including an error. That is, in the distance image pickup device 1 of the present embodiment, by determining the measurement distance using the table information 440, it is possible to calculate a value closer to the actual distance.

(実施形態の変形例1)
ここで、実施形態の変形例1について説明する。本変形例では、記憶部44が、複数のタイムウィンドウごとのテーブル情報440を記憶する点において、上述した実施形態と相違する。ここでのタイムウィンドウとは、距離測定用の電荷蓄積部の組合せに対応する。距離測定用の電荷蓄積部とは、反射光RLに対応する電荷が振り分けられて蓄積される二つの電荷蓄積部CSである。
(Modification 1 of Embodiment)
Modification 1 of the embodiment will now be described. This modification differs from the above-described embodiment in that the storage unit 44 stores table information 440 for each of a plurality of time windows. The time window here corresponds to a combination of charge storage units for distance measurement. The distance-measuring charge accumulators are two charge accumulators CS in which charges corresponding to the reflected light RL are distributed and accumulated.

例えば、図4では、距離測定用の電荷蓄積部の組合せは電荷蓄積部CS1及びCS2であり、この組み合わせが一つ目のタイムウィンドウに相当する。この一つ目のタイムウィンドウにて振り分けて蓄積される電荷の電荷比Rに応じて距離Dが決定される。 For example, in FIG. 4, the combination of the charge storage units for distance measurement is the charge storage units CS1 and CS2, and this combination corresponds to the first time window. The distance D is determined according to the charge ratio R of the charges distributed and accumulated in the first time window.

また、図8では、距離測定用の電荷蓄積部の組合せは電荷蓄積部CS2及びCS3である。この組み合わせが二つ目のタイムウィンドウに相当する。この二つ目のタイムウィンドウにて振り分けて蓄積される電荷の電荷比Rに応じて距離Dが決定される。 Also, in FIG. 8, the combination of the charge storage units for distance measurement is the charge storage units CS2 and CS3. This combination corresponds to the second time window. The distance D is determined according to the charge ratio R of the charges distributed and accumulated in the second time window.

図12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12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、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特性を示す場合が多い。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テーブル情報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。また、上述したとおり、反射光RLに対応する電荷が偏った状態で蓄積される場合に誤差が生じやすくなる。このため、タイムウィンドウの繋ぎ部TSにおいて距離の誤差が大きくなる。 FIG. 12 is a diagram illustrating characteristics of two time windows in the modified example of the embodiment. The characteristic here is a characteristic indicating the correspondence relationship between the actual distance and the measured distance. The horizontal axis of FIG. 12 indicates the actual distance, and the vertical axis indicates the measured distance. A characteristic L0 indicates an ideal relationship between the actual distance and the measured distance. A characteristic L1 indicates the relationship between the actual distance and the measured distance in the first time window. A characteristic L2 indicates the relationship between the actual distance and the measured distance in the second time window. As shown in the example of this figure, the time window and another time window often exhibit different characteristics in the correspondence relationship between the actual distance and the measured distance. Therefore, when correcting the distance in another time window using the table information 440 that allows accurate correction in a certain time window, accurate correction is not always possible. Further, as described above, errors are likely to occur when the charges corresponding to the reflected light RL are accumulated in a biased state. For this reason, the distance error increases at the connecting portion TS of the time windows.

ここで、一つ目のタイムウィンドウには、二つ目のタイムウィンドウと比較して近距離にある被写体OBからの反射光RLが受光される。この場合において、一つ目のタイムウィンドウに対応させたテーブル情報440は、「近距離用情報」の一例である。一方、二つ目のタイムウィンドウには、一つ目のタイムウィンドウと比較して遠距離にある被写体OBからの反射光RLが受光される。この場合において、二つ目のタイムウィンドウに対応させたテーブル情報440は、「遠距離用情報」の一例である。 Here, in the first time window, the reflected light RL from the subject OB, which is closer than the second time window, is received. In this case, the table information 440 corresponding to the first time window is an example of "short distance information". On the other hand, in the second time window, the reflected light RL from the object OB, which is farther than the first time window, is received. In this case, the table information 440 corresponding to the second time window is an example of "long distance information".

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テーブル情報440を予め作成し、記憶部44に記憶させる。 As a countermeasure against this, in this modified example, table information 440 for each time window is created in advance in the storage unit 44 and stored in the storage unit 44 .

図13、及び図14は、実施形態の変形例におけるテーブル情報の構成の例を示す図である。図13には、あるタイムウィンドウに相当する距離測定用の電荷蓄積部の組合せ(この例では、電荷蓄積部CS1、及びCS2)に用いるテーブル情報440Aが示されている。図14には、別のタイムウィンドウに相当する距離測定用の電荷蓄積部の組合せ(例えば、電荷蓄積部CS2、及びCS3)に用いるテーブル情報440Bが示されている。このように、タイムウィンドウごとのテーブル情報440A(400B)を作成することにより、それぞれのタイムウィンドウに応じた補正を行うことが可能となる。 13 and 14 are diagrams showing examples of the configuration of table information in modifications of the embodiment. FIG. 13 shows table information 440A used for a combination of charge storage units for distance measurement (charge storage units CS1 and CS2 in this example) corresponding to a certain time window. FIG. 14 shows table information 440B used for a combination of charge storage units for distance measurement (for example, charge storage units CS2 and CS3) corresponding to another time window. Thus, by creating the table information 440A (400B) for each time window, it becomes possible to perform correction according to each time window.

図13に示すように、テーブル情報440Aは、例えば、タイムウィンドウ、電荷比閾値、テーブル間隔、電荷比、及び距離の各項目を備える。タイムウィンドウは、距離測定用の電荷蓄積部の組合せを示す情報である。この図の例では、タイムウィンドウに(Q1Q2)が示され、距離測定用の電荷蓄積部の組合せが電荷蓄積部CS1、CS2であることが示されている。電荷比閾値、テーブル間隔、電荷比、及び距離については、図5と同様であるためその説明を省略する。 As shown in FIG. 13, the table information 440A includes items such as time window, charge ratio threshold, table interval, charge ratio, and distance. The time window is information indicating a combination of charge storage units for distance measurement. In the example of this figure, (Q1Q2) is shown in the time window, indicating that the combination of the charge storage units for distance measurement is the charge storage units CS1 and CS2. Since the charge ratio threshold value, table interval, charge ratio, and distance are the same as in FIG. 5, description thereof will be omitted.

図14に示すように、テーブル情報440Bは、例えば、タイムウィンドウ、電荷比閾値、テーブル間隔、電荷比、及び距離の各項目を備える。タイムウィンドウは図13と同様であり、電荷比閾値、テーブル間隔、電荷比、及び距離については、図5と同様であるためその説明を省略する。この図の例では、タイムウィンドウに(Q2Q3)が示され、距離測定用の電荷蓄積部の組合せが電荷蓄積部CS2、CS3であることが示されている。また、電荷比閾値R15未満の電荷比群(電荷比R11~R14)のテーブル間隔を間隔TK4とし、電荷比閾値R15以上の電荷比群(電荷比R15~R19)のテーブル間隔を間隔TK5とする例が示されている。 As shown in FIG. 14, the table information 440B includes items such as time window, charge ratio threshold, table interval, charge ratio, and distance. The time window is the same as in FIG. 13, and the charge ratio threshold value, table interval, charge ratio, and distance are the same as in FIG. 5, so description thereof will be omitted. In the example of this figure, (Q2Q3) is shown in the time window, indicating that the combination of the charge storage units for distance measurement is the charge storage units CS2 and CS3. Also, the table interval of the charge ratio group (charge ratios R11 to R14) less than the charge ratio threshold R15 is defined as interval TK4, and the table interval of the charge ratio group (charge ratios R15 to R19) equal to or higher than the charge ratio threshold R15 is defined as interval TK5. An example is given.

図15は、実施形態の変形例におけるテーブル情報440Bを説明する図である。図15の横軸は電荷比R、縦軸は距離Dを示す。図15では、横軸の電荷比Rの大きさに応じて、2つの範囲E11、E12が設定されている。範囲E11は、電荷比が電荷比R15未満となる範囲である。範囲E12は、電荷比が電荷比R15以上となる範囲である。ここで、範囲E11は「第1範囲」の一例である。範囲E12は「第2範囲」の一例である。また、範囲E11は「第4範囲」の一例である。範囲E12は「第5範囲」の一例である。 FIG. 15 is a diagram illustrating table information 440B in a modification of the embodiment. 15, the horizontal axis indicates the charge ratio R, and the vertical axis indicates the distance D. In FIG. In FIG. 15, two ranges E11 and E12 are set according to the magnitude of the charge ratio R on the horizontal axis. The range E11 is a range in which the charge ratio is less than the charge ratio R15. The range E12 is a range in which the charge ratio is equal to or greater than the charge ratio R15. Here, the range E11 is an example of the "first range". The range E12 is an example of the "second range". Also, the range E11 is an example of the "fourth range". The range E12 is an example of the "fifth range".

図15には、図14のテーブル情報440Bに基づく電荷比Rと距離Dとの関係が示されている。テーブル情報440Bには電荷比閾値として電荷比R15が設定されている。この場合、範囲E11に含まれる電荷比R11~R14のテーブル間隔が間隔TK4となる。また、範囲E12に含まれる電荷比R15~R19のテーブル間隔が間隔TK5となる。間隔TK4は間隔TK5よりも小さい。 FIG. 15 shows the relationship between the charge ratio R and the distance D based on the table information 440B of FIG. A charge ratio R15 is set as a charge ratio threshold in the table information 440B. In this case, the table interval of the charge ratios R11 to R14 included in the range E11 is the interval TK4. Also, the table interval of the charge ratios R15 to R19 included in the range E12 is the interval TK5. Interval TK4 is smaller than interval TK5.

なお、図15では、電荷比Rが(3)式で表される場合の例を示している。すなわち、図15では、電荷比Rが増加するにつれて距離Dが増加する右肩上がりの特性が示されている。電荷比Rが(2)式で表される場合には、電荷比Rが増加するにつれて距離Dが減少する右肩下がりの特性となる。この場合、電荷比閾値は(1.0-電荷比R15)に設定され、電荷比閾値以下の電荷比のテーブル間隔が粗く、電荷比閾値より大きい電荷比のテーブル間隔が細かく設定される。 Note that FIG. 15 shows an example in which the charge ratio R is represented by the formula (3). In other words, FIG. 15 shows a rising characteristic in which the distance D increases as the charge ratio R increases. When the charge ratio R is represented by the formula (2), the characteristic is a downward slope in which the distance D decreases as the charge ratio R increases. In this case, the charge ratio threshold is set to (1.0-charge ratio R15), the table interval for charge ratios below the charge ratio threshold is set coarsely, and the table interval for charge ratios above the charge ratio threshold is set finely.

このように、本変形例では、タイムウィンドウごとにテーブル情報440を作成し、タイムウィンドウの繋ぎ部TSにおいて、繋ぎ部TSでない部分と比較してテーブル間隔が小さく細かくなるようにする。これにより、タイムウィンドウごとに適切なテーブル情報440を選択でき、かつ、距離の誤差が生じやすい繋ぎ部TSにおいてもより精度よく距離を決定することが可能となる。 As described above, in this modification, the table information 440 is created for each time window, and the interval between the tables is made smaller and finer at the joint portion TS of the time windows than at the portion other than the joint portion TS. This makes it possible to select the appropriate table information 440 for each time window, and to determine the distance more accurately even at the connecting portion TS where distance errors are likely to occur.

或いは、タイムウィンドウの繋ぎ部TSのみならず、二つ目のタイムウィンドウの両端部において、テーブル間隔が小さく細かくなるようにテーブル情報440を作成するようにしてもよい。これにより、距離の誤差が生じやすいタイムウィンドウの端部においてより精度よく距離を決定することが可能となる。 Alternatively, the table information 440 may be created so that the table intervals become smaller and finer not only at the connecting portion TS of the time windows but also at both ends of the second time window. This makes it possible to more accurately determine the distance at the end of the time window where distance errors are likely to occur.

図16は、実施形態の変形例におけるテーブル情報440Cの構成の例を示す図である図16に示すように、テーブル情報440Cは、例えば、タイムウィンドウ、電荷比閾値、テーブル間隔、電荷比、及び距離の各項目を備える。タイムウィンドウは図13と同様であり、テーブル間隔、電荷比、及び距離については、図5と同様であるためその説明を省略する。 FIG. 16 is a diagram showing an example of the configuration of table information 440C in a modified example of the embodiment. As shown in FIG. Each item of distance is provided. The time window is the same as in FIG. 13, and the table interval, charge ratio, and distance are the same as in FIG. 5, so description thereof will be omitted.

ここでは、電荷比閾値が、上限と下限の二つ、設定される。この図の例では、上限の電荷比閾値が電荷比R20、下限の電荷比閾値が電荷比R15に設定することが示されている。そして、下限の電荷比閾値R15未満の電荷比群(電荷比R11~R14)のテーブル間隔を間隔TK4とし、下限の電荷比閾値R15以上かつ上限の電荷比閾値R20未満の電荷比群(電荷比R15~R19)のテーブル間隔を間隔TK5とし、上限の電荷比閾値R20以上の電荷比群(電荷比R20~R24)のテーブル間隔を間隔TK6とすることが示されている。 Here, two charge ratio thresholds, an upper limit and a lower limit, are set. The example of this figure shows that the upper limit charge ratio threshold is set to the charge ratio R20 and the lower limit charge ratio threshold is set to the charge ratio R15. Then, the table interval of the charge ratio group (charge ratios R11 to R14) less than the lower limit charge ratio threshold R15 is set to interval TK4, and the charge ratio group (charge ratio R15 to R19) is set to the interval TK5, and the table interval of the charge ratio group (charge ratios R20 to R24) equal to or higher than the upper limit charge ratio threshold value R20 is set to the interval TK6.

図17は、実施形態の変形例におけるテーブル情報440Cを説明する図である。図17の横軸は電荷比R、縦軸は距離Dを示す。図17では、横軸の電荷比Rの大きさに応じて、3つの範囲E11~E13が設定されている。範囲E11は、電荷比が電荷比R15未満となる範囲である。範囲E12は、電荷比が電荷比R15以上かつ電荷比R20未満となる範囲である。範囲E13は、電荷比が電荷比R20以上となる範囲である。ここで、範囲E11は「第1範囲」の一例である。範囲E12は「第2範囲」の一例である。範囲E13は「第3範囲」の一例である。また、範囲E11は「第4範囲」の一例である。範囲E12は「第5範囲」の一例である。範囲E13は「第6範囲」の一例である。 FIG. 17 is a diagram illustrating table information 440C in a modification of the embodiment. The horizontal axis of FIG. 17 indicates the charge ratio R, and the vertical axis indicates the distance D. In FIG. In FIG. 17, three ranges E11 to E13 are set according to the magnitude of the charge ratio R on the horizontal axis. The range E11 is a range in which the charge ratio is less than the charge ratio R15. The range E12 is a range in which the charge ratio is equal to or greater than the charge ratio R15 and less than the charge ratio R20. The range E13 is a range in which the charge ratio is equal to or greater than the charge ratio R20. Here, the range E11 is an example of the "first range". The range E12 is an example of the "second range". The range E13 is an example of the "third range". Also, the range E11 is an example of the "fourth range". The range E12 is an example of the "fifth range". The range E13 is an example of the "sixth range".

図17には、図16のテーブル情報440Cに基づく電荷比Rと距離Dとの関係が示されている。テーブル情報440Cには、上限の電荷比閾値として電荷比R20、下限の電荷比閾値として電荷比R15がそれぞれ設定されている。この場合、範囲E11に含まれる電荷比R11~R14のテーブル間隔が間隔TK4となる。また、範囲E12に含まれる電荷比R15~R19のテーブル間隔が間隔TK5となる。また、範囲E13に含まれる電荷比R20~R24のテーブル間隔が間隔TK6となる。間隔TK4は間隔TK5よりも小さい。間隔TK6は間隔TK5よりも小さい。 FIG. 17 shows the relationship between the charge ratio R and the distance D based on the table information 440C of FIG. In the table information 440C, the charge ratio R20 is set as the upper limit charge ratio threshold, and the charge ratio R15 is set as the lower limit charge ratio threshold. In this case, the table interval of the charge ratios R11 to R14 included in the range E11 is the interval TK4. Also, the table interval of the charge ratios R15 to R19 included in the range E12 is the interval TK5. Also, the table interval of the charge ratios R20 to R24 included in the range E13 is the interval TK6. Interval TK4 is smaller than interval TK5. Interval TK6 is smaller than interval TK5.

なお、図16では、電荷比Rが(3)式で表される場合の例を示している。すなわち、図16では、電荷比Rが増加するにつれて距離Dが増加する右肩上がりの特性が示されている。電荷比Rが(2)式で表される場合には、電荷比Rが増加するにつれて距離Dが減少する右肩下がりの特性となる。この場合、電荷比閾値は(1.0-電荷比R15)、及び(1.0-電荷比R20)に設定される。電荷比閾値(1.0-電荷比R20)以上かつ(1.0-電荷比R15)未満のテーブル間隔が粗く設定される。電荷比閾値(1.0-電荷比R20)未満のテーブル間隔が細かく設定される。また、(1.0-電荷比R15)以上のテーブル間隔が細かく設定される。 Note that FIG. 16 shows an example in which the charge ratio R is represented by the formula (3). That is, FIG. 16 shows a characteristic that rises to the right in which the distance D increases as the charge ratio R increases. When the charge ratio R is represented by the formula (2), the characteristic is a downward slope in which the distance D decreases as the charge ratio R increases. In this case, the charge ratio thresholds are set to (1.0-charge ratio R15) and (1.0-charge ratio R20). A table interval that is greater than or equal to the charge ratio threshold (1.0-charge ratio R20) and less than (1.0-charge ratio R15) is roughly set. Table intervals below the charge ratio threshold (1.0-charge ratio R20) are finely set. Also, the table interval of (1.0-charge ratio R15) or more is finely set.

このように、本変形例では、タイムウィンドウごとにテーブル情報440を作成し、二つ目のタイムウィンドウの両端においてテーブル間隔が小さく細かくなるようにする。これにより、タイムウィンドウごとに適切なテーブル情報440を選択でき、かつ、距離の誤差が生じやすいタイムウィンドウの端部においてもより精度よく距離を決定することが可能となる。 As described above, in this modification, the table information 440 is created for each time window, and the table intervals are made smaller and finer at both ends of the second time window. This makes it possible to select appropriate table information 440 for each time window, and to determine the distance more accurately even at the ends of the time window where distance errors are likely to occur.

なお、上記では、二つ目のタイムウィンドウの両端においてテーブル間隔が小さく細かくなるように、テーブル情報440Cを作成する場合を例示して説明したが、これに限定されることはない。一つ目のタイムウィンドウの両端においてテーブル間隔が小さく細かくなるようにテーブル情報440Aを作成するようにしてもよい。また、距離画像撮像装置1が複数のタイムウィンドウを備えない構成である場合における一つのタイムウィンドウの両端においてテーブル間隔が小さく細かくなるようにテーブル情報440を作成するようにしてもよい。 In the above description, the case where the table information 440C is created so that the table interval becomes small and fine at both ends of the second time window has been exemplified and explained, but the present invention is not limited to this. The table information 440A may be created so that the table intervals become smaller and finer at both ends of the first time window. Further, the table information 440 may be created so that the table interval becomes small and fine at both ends of one time window when the range image capturing apparatus 1 does not have a plurality of time windows.

以上説明したように、実施形態の変形例1に係る距離画像撮像装置1では、テーブル情報440に含まれる電荷比R(変数)のそれぞれは、図15における範囲E11、E12のいずれかの範囲に含まれる値である。範囲E11は、電荷比Rが電荷比閾値R15未満となる範囲であり、「第1範囲」の一例である。範囲E12は、電荷比Rが電荷比閾値R15以上となる範囲であり、「第2範囲」の一例である。範囲E11におけるテーブル間隔は、範囲E12におけるテーブル間隔よりも小さい。これにより、電荷量Q1#と比較して、Q2#がごく僅かしか蓄積されない偏った状態で蓄積され、誤差が生じやすい状態にあっても、精度よく距離を補正することができる。 As described above, in the distance image pickup device 1 according to the modification 1 of the embodiment, each of the charge ratios R (variables) included in the table information 440 falls within either range E11 or E12 in FIG. The included value. The range E11 is a range in which the charge ratio R is less than the charge ratio threshold value R15, and is an example of the "first range." The range E12 is a range in which the charge ratio R is equal to or greater than the charge ratio threshold value R15, and is an example of the "second range." The table interval in range E11 is smaller than the table interval in range E12. As a result, the distance can be accurately corrected even if the charge amount Q2# is accumulated in a biased state in which the charge amount Q2# is very small compared to the charge amount Q1#, and errors are likely to occur.

また、実施形態の変形例1に係る距離画像撮像装置1では、画素321は、三つ以上の電荷蓄積部CSを具備する。記憶部44は、三つ以上の電荷蓄積部CSのうちの第1電荷蓄積部と前記第2電荷蓄積部の組合せごとにテーブル情報440を記憶する。距離画像処理部4は、三つ以上の電荷蓄積部CSに蓄積された電荷量に基づいて第1電荷蓄積部及び第2電荷蓄積部の組合せを決定する。距離画像処理部4は、三つ以上の電荷蓄積部CSのうち、電荷を蓄積させるタイミングが連続する二つの前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量の和が、他の二つの前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量よりも大きい組合せを、第1電荷蓄積部及び第2電荷蓄積部の組合せと決定する。距離画像処理部4は、決定した第1電荷蓄積部及び第2電荷蓄積部の組合せに応じてテーブル情報440を選択する。これにより、実施形態の変形例では、タイムウィンドウごとに適切なテーブル情報440を選択でき、タイムウィンドウごとに特性が異なる場合においてもより精度よく距離を決定することが可能となる。 Further, in the distance image capturing device 1 according to Modification 1 of the embodiment, the pixel 321 includes three or more charge storage units CS. The storage unit 44 stores table information 440 for each combination of the first charge storage unit and the second charge storage unit among the three or more charge storage units CS. The distance image processing section 4 determines a combination of the first charge storage section and the second charge storage section based on the amount of charge stored in the three or more charge storage sections CS. In the distance image processing unit 4, among the three or more charge storage units CS, the sum of the amount of charge stored in each of the two charge storage units whose charge storage timings are consecutive is equal to that of the other two charge storage units. A combination larger than the amount of charge accumulated in each of the accumulation units is determined as the combination of the first charge accumulation unit and the second charge accumulation unit. The distance image processing section 4 selects the table information 440 according to the determined combination of the first charge storage section and the second charge storage section. Accordingly, in the modified example of the embodiment, appropriate table information 440 can be selected for each time window, and distance can be determined more accurately even when characteristics differ for each time window.

また、実施形態の変形例1に係る距離画像撮像装置1では、記憶部44は、テーブル情報440Aとテーブル情報440Bとを記憶する。テーブル情報440Aは、一つ目のタイムウィンドウに対応するテーブル情報440であり、「近距離用情報」の一例である。テーブル情報440Bは、二つ目のタイムウィンドウに対応するテーブル情報440であり、「遠距離用情報」の一例である。テーブル情報440Aに含まれる電荷比R(変数)のそれぞれは、図6における範囲E2、E3のいずれかの範囲に含まれる値である。範囲E3におけるテーブル間隔は、範囲E2におけるテーブル間隔よりも小さい。テーブル情報440Bに含まれる電荷比R(変数)のそれぞれは、図15における範囲E11、E12のいずれかの範囲に含まれる値である。範囲E11におけるテーブル間隔は、範囲E12におけるテーブル間隔よりも小さい。これにより、実施形態の変形例に係る距離画像撮像装置1では、タイムウィンドウごとに適切なテーブル情報440を選択でき、かつ、距離の誤差が生じやすいタイムウィンドウの繋ぎ部TSにおいて、より適切な距離を選択することが可能となる。したがって、精度よく距離を決定することができる。 In addition, in the distance image capturing device 1 according to Modification 1 of the embodiment, the storage unit 44 stores table information 440A and table information 440B. The table information 440A is the table information 440 corresponding to the first time window, and is an example of "short distance information". Table information 440B is table information 440 corresponding to the second time window, and is an example of "long-distance information." Each charge ratio R (variable) included in table information 440A is a value included in either range E2 or E3 in FIG. The table spacing in range E3 is smaller than the table spacing in range E2. Each of the charge ratios R (variables) included in table information 440B is a value included in either range E11 or E12 in FIG. The table interval in range E11 is smaller than the table interval in range E12. As a result, the range image capturing apparatus 1 according to the modification of the embodiment can select the appropriate table information 440 for each time window, and can select a more appropriate distance at the time window connecting portion TS where distance errors are likely to occur. can be selected. Therefore, the distance can be determined with high accuracy.

(実施形態の変形例2)
ここで、実施形態の変形例2について説明する。本変形例では、外光のみが蓄積された電荷蓄積部CS、或いは反射光RLが振り分けられて蓄積される二つの電荷蓄積部CS(距離演算用電荷蓄積部)を特定することなく電荷比Rを算出する点において、上述した実施形態と相違する。
(Modification 2 of Embodiment)
Modification 2 of the embodiment will now be described. In this modification, the charge ratio R is calculated without specifying the charge storage portion CS in which only the external light is stored or the two charge storage portions CS (distance calculation charge storage portions) in which the reflected light RL is divided and stored. is different from the above-described embodiment in that it calculates .

本変形例では、距離演算部42は、特許文献WO2019/031510に記載されている方法を利用する。特許文献WO2019/031510には、指標値が所定の閾値を超えるか否かに応じて、距離演算に用いる演算式が選択される技術が記載されている。ここでの指標値は、特許文献WO2019/031510における「距離データ有効性判定信号」である。また、ここでの演算式は、特許文献WO2019/031510における「距離参照値」であり、本実施形態の「電荷比R」に相当する。以下では、画素321が三つの電荷蓄積部CSを備える場合と、画素321が四つの電荷蓄積部CSを備える場合に分けて、具体的な電荷比Rの算出方法を説明する。 In this modification, the distance calculator 42 uses the method described in Patent Document WO2019/031510. Patent document WO2019/031510 describes a technique of selecting an arithmetic expression to be used for distance calculation depending on whether an index value exceeds a predetermined threshold. The index value here is the "distance data validity determination signal" in Patent Document WO2019/031510. Further, the arithmetic expression here is the "distance reference value" in Patent Document WO2019/031510, and corresponds to the "charge ratio R" of the present embodiment. Specific methods for calculating the charge ratio R will be described below separately for the case where the pixel 321 includes three charge storage units CS and the case where the pixel 321 includes four charge storage units CS.

(画素321が三つの電荷蓄積部CSを備える場合)
本変形例において、距離演算部42は、以下の(8)式、或いは(9)式を用いて電荷比Rを算出する。ここでは、図4、及び図8に示すタイミングチャートにしたがって、電荷蓄積部CS1、CS2、CS3の順に、電荷が蓄積されるものとする。すなわち、距離演算部42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、CS2,及びCS3の順に、電荷が蓄積されるように制御する。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。また、電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量は「第1電荷量」の一例である。電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量は「第2電荷量」の一例である。電荷蓄積部CS3に蓄積された電荷量は「第3電荷量」の一例である。
(When the pixel 321 has three charge storage units CS)
In this modification, the distance calculator 42 calculates the charge ratio R using the following equation (8) or (9). Here, according to the timing charts shown in FIGS. 4 and 8, charges are accumulated in the order of the charge accumulation units CS1, CS2, and CS3. That is, the distance calculation unit 42 controls the charge accumulation units CS1, CS2, and CS3 so that charges are accumulated in this order at the timing synchronized with the irradiation of the light pulse PO. In this case, the charge storage section CS1 is an example of the "first charge storage section". The charge storage section CS2 is an example of a "second charge storage section". The charge storage section CS3 is an example of a "third charge storage section". Also, the charge amount accumulated in the charge accumulation unit CS1 is an example of the "first charge amount". The charge amount accumulated in the charge accumulation unit CS2 is an example of the "second charge amount". The charge amount accumulated in the charge accumulation unit CS3 is an example of the "third charge amount".

R=1-(Q1-Q3)/SA …(8)
R=(Q1-Q3)/SA …(9)
ただし、
SA=|Q1-Q3|+Q2-0.5×SB
SB=|Q1+Q3|-|Q1-Q3|
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
R=1-(Q1-Q3)/SA (8)
R=(Q1-Q3)/SA (9)
however,
SA=|Q1−Q3|+Q2−0.5×SB
SB=|Q1+Q3|-|Q1-Q3|
Q1 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS1
Q2 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS2
Q3 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS3

記憶部44には、単位蓄積電荷量Qintごとに、電荷比Rに距離を対応づけたテーブル情報440が記憶されている。距離演算部42は、単位蓄積電荷量Qintを算出し、算出した単位蓄積電荷量Qintに対応するテーブル情報440を用いて電荷比Rに対応づけられた距離を、測定距離とする。 The storage unit 44 stores table information 440 in which the distance is associated with the charge ratio R for each unit accumulated charge amount Qint. The distance calculator 42 calculates the unit accumulated charge amount Qint, and uses the table information 440 corresponding to the calculated unit accumulated charge amount Qint to set the distance associated with the charge ratio R as the measured distance.

(画素321が四つの電荷蓄積部CSを備える場合)
まず、画素321が四つの電荷蓄積部CSを備える場合における、画素321の駆動タイミングについて説明する。この場合、例えば、図4、及び図8にさらに読み出しゲートトランジスタG4の項目が追加され、電荷蓄積部CS1、CS2、CS3、CS4の順に、電荷が蓄積される。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。電荷蓄積部CS3は「第3電荷蓄積部」の一例である。電荷蓄積部CS4は「第4電荷蓄積部」の一例である。また、電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量は「第1電荷量」の一例である。電荷蓄積部CS2に蓄積された電荷量は「第2電荷量」の一例である。電荷蓄積部CS3に蓄積された電荷量は「第3電荷量」の一例である。電荷蓄積部CS4に蓄積された電荷量は「第4電荷量」の一例である。
(When the pixel 321 has four charge storage units CS)
First, the drive timing of the pixel 321 when the pixel 321 has four charge storage units CS will be described. In this case, for example, the item of the readout gate transistor G4 is added to FIGS. 4 and 8, and charges are accumulated in the order of the charge accumulation units CS1, CS2, CS3, and CS4. In this case, the charge storage section CS1 is an example of the "first charge storage section". The charge storage section CS2 is an example of a "second charge storage section". The charge storage section CS3 is an example of a "third charge storage section". The charge storage section CS4 is an example of a "fourth charge storage section". Also, the charge amount accumulated in the charge accumulation unit CS1 is an example of the "first charge amount". The charge amount accumulated in the charge accumulation unit CS2 is an example of the "second charge amount". The charge amount accumulated in the charge accumulation unit CS3 is an example of the "third charge amount". The charge amount accumulated in the charge accumulation unit CS4 is an example of the "fourth charge amount".

具体的には、図4、及び図8に示すタイミングで、光パルスPOの照射、ドレインゲートトランジスタGDをオフ状態とする制御、読み出しゲートトランジスタG1~G3をオン状態とする制御が行われる。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をオン状態にし、蓄積時間Taが経過した後に、読み出しゲートトランジスタG4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G4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G4を介して電荷蓄積部CS4に蓄積される。次に、垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS4への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、ドレインゲートトランジスタGDをオン状態にして電荷の排出を行う。これにより、光電変換素子PDにより光電変換された電荷はドレインゲートトランジスタGDを介して破棄される。 Specifically, at the timings shown in FIGS. 4 and 8, irradiation of the light pulse PO, control to turn off the drain gate transistor GD, and control to turn on the readout gate transistors G1 to G3 are performed. Next, the vertical scanning circuit 323 turns on the readout gate transistor G4 at the timing when the charge accumulation in the charge accumulation unit CS3 is completed, and turns off the readout gate transistor G4 after the accumulation time Ta has elapsed. do. As a result, the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion element PD while the readout gate transistor G4 is controlled to be on is accumulated in the charge storage unit CS4 via the readout gate transistor G4. Next, the vertical scanning circuit 323 turns on the drain gate transistor GD at the timing when the charge accumulation in the charge accumulation unit CS4 is completed to discharge the charge. As a result, charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion element PD are discarded via the drain gate transistor GD.

上記のようなタイミングにて制御された電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された電荷量に基づいて、距離演算部42は、以下の(10)式、或いは(11)式を用いて、電荷比XRを算出する。 Based on the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units CS controlled at the timing as described above, the distance calculation unit 42 uses the following equation (10) or (11) to calculate the charge ratio Calculate the XR.

XR=1-(Q1-Q3)/SA …(10)
XR=(Q1-Q3)/SA …(11)
ただし、
SA=|Q1-Q3|+|Q2-Q4|
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
XR=1-(Q1-Q3)/SA (10)
XR=(Q1-Q3)/SA (11)
however,
SA=|Q1−Q3|+|Q2−Q4|
Q1 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS1
Q2 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS2
Q3 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS3
Q4 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS4

また、距離演算部42は、以下の(12)式、或いは(13)式を用いて、電荷比YRを算出する。 Further, the distance calculator 42 calculates the charge ratio YR using the following equation (12) or (13).

YR=2-(Q2-Q4)/SA …(12)
YR=1+(Q2-Q4)/SA …(13)
ただし、
SA=|Q1-Q3|+|Q2-Q4|
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
YR=2-(Q2-Q4)/SA (12)
YR=1+(Q2-Q4)/SA (13)
however,
SA=|Q1−Q3|+|Q2−Q4|
Q1 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS1
Q2 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS2
Q3 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS3
Q4 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS4

距離演算部42は、電荷比XRと閾値ThRとを比較する。閾値ThRは、タイムウィンドウの切り替わり付近に相当する電荷比XRの値の近傍に設定される。距離演算部42は、電荷比XRが閾値ThR以下の場合、電荷比XRを、電荷比Rとして選択する。一方、距離演算部42は、電荷比XRが閾値ThRを超えている場合、電荷比YRを、電荷比Rとして選択する。 The distance calculator 42 compares the charge ratio XR with the threshold value ThR. The threshold ThR is set in the vicinity of the value of the charge ratio XR corresponding to the vicinity of switching of the time windows. The distance calculator 42 selects the charge ratio XR as the charge ratio R when the charge ratio XR is equal to or less than the threshold ThR. On the other hand, the distance calculator 42 selects the charge ratio YR as the charge ratio R when the charge ratio XR exceeds the threshold ThR.

記憶部44には、単位蓄積電荷量Qintごとに、電荷比Rに距離を対応づけたテーブル情報440が記憶されている。距離演算部42は、単位蓄積電荷量Qintを算出し、算出した単位蓄積電荷量Qintに対応するテーブル情報440を用いて電荷比Rに対応づけられた距離を、測定距離とする。 The storage unit 44 stores table information 440 in which the distance is associated with the charge ratio R for each unit accumulated charge amount Qint. The distance calculator 42 calculates the unit accumulated charge amount Qint, and uses the table information 440 corresponding to the calculated unit accumulated charge amount Qint to set the distance associated with the charge ratio R as the measured distance.

以上説明したように、実施形態の変形例2に係る距離画像撮像装置1では、画素321は、三つの電荷蓄積部CS1~CS3を具備する。距離画像処理部4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、CS2、CS3の順に、電荷が蓄積されるように制御する。距離演算部42は、(8)式または(9)式のように、(Q1-Q3)を、二つの距離演算用電荷蓄積部のいずれか一方の電荷蓄積部CSに蓄積された、反射光RLに対応する電荷量(距離演算用電荷量)とする。Q1は電荷蓄積部CS1に蓄積された電荷量である。Q3は電荷蓄積部CS3に蓄積された電荷量である。 As described above, in the distance image pickup device 1 according to Modification 2 of the embodiment, the pixel 321 includes three charge storage units CS1 to CS3. The distance image processing unit 4 controls the charge storage units CS1, CS2, and CS3 so that charges are accumulated in this order at timing synchronized with the irradiation of the light pulse PO. The distance calculation unit 42 converts (Q1-Q3) into the reflected light accumulated in one of the two distance calculation charge accumulation units CS as shown in the formula (8) or (9). It is assumed that the amount of charge corresponding to RL (the amount of charge for distance calculation). Q1 is the charge amount accumulated in the charge accumulation section CS1. Q3 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS3.

これにより、実施形態の変形例2に係る距離画像撮像装置1では、二つの距離演算用電荷蓄積部を特定することなく、二つの距離演算用電荷蓄積部のいずれか一方に蓄積された距離演算用電荷量を算出することができる。このため、(8)式または(9)式のSAに示すように、二つの距離演算用電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された距離演算用電荷量の和を算出することによって、電荷比Rを算出することが可能である。したがって、実施形態の変形例4に係る距離画像撮像装置1では、遅延時間Tdの長さに応じて、外光のみが蓄積された電荷蓄積部CSを特定し、外光成分に相当する電荷量Qbを算出することなく、容易に電荷比Rを算出することができる。さらに、二つのタイムウィンドウの境界においても同一の演算式((8)式または(9)式)を適用することができるため、タイムウィンドウの境界における不連続性を改善させることが可能である。 As a result, in the distance image pickup device 1 according to the modification 2 of the embodiment, the distance calculation accumulated in either one of the two distance calculation charge accumulation units is not specified without specifying the two distance calculation charge accumulation units. The amount of charge used can be calculated. For this reason, as indicated by SA in equation (8) or (9), the sum of the distance calculation charge amounts accumulated in the two distance calculation charge accumulation units is calculated to obtain the charge ratio R. It is possible to calculate Therefore, in the distance image pickup device 1 according to the fourth modification of the embodiment, the charge storage section CS in which only the external light is accumulated is specified according to the length of the delay time Td, and the charge amount corresponding to the external light component is determined. The charge ratio R can be easily calculated without calculating Qb. Furthermore, since the same arithmetic expression (equation (8) or (9)) can be applied to the boundaries of the two time windows, it is possible to improve the discontinuity at the boundaries of the time windows.

また、実施形態の変形例2に係る距離画像撮像装置1では、画素321は、四つの電荷蓄積部CS1~CS4を具備する。距離画像処理部4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、CS2、CS3、CS4の順に、電荷が蓄積されるように制御する。距離演算部42は、(Q1-Q3)を、二つの距離演算用電荷蓄積部の一方の電荷蓄積部CSに蓄積された電荷量から計算される信号量とする。距離演算部42は、(Q2-Q4)を、二つの距離演算用電荷蓄積部の他方の電荷蓄積部CSに蓄積された電荷量から計算される信号量とする。距離演算部42は、|Q1-Q3|+|Q2-Q4|を、二つの距離演算用電荷蓄積部のそれぞれの電荷蓄積部CSに蓄積された電荷量から計算される信号量の和とする。 In addition, in the distance image capturing device 1 according to Modification 2 of the embodiment, the pixel 321 includes four charge storage units CS1 to CS4. The distance image processing unit 4 controls the charge storage units CS1, CS2, CS3, and CS4 so that charges are accumulated in this order at timing synchronized with the irradiation of the light pulse PO. The distance calculation unit 42 sets (Q1-Q3) as the signal amount calculated from the charge amount accumulated in one of the two distance calculation charge accumulation units CS. The distance calculation unit 42 sets (Q2-Q4) to the signal amount calculated from the charge amount accumulated in the other charge accumulation unit CS of the two distance calculation charge accumulation units. The distance calculation unit 42 sets |Q1−Q3|+|Q2−Q4| to be the sum of the signal amounts calculated from the charge amounts accumulated in the respective charge accumulation units CS of the two distance calculation charge accumulation units. .

これにより、実施形態の変形例2に係る距離画像撮像装置1では、二つの距離演算用電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された距離演算用電荷量の和、二つの距離演算用電荷蓄積部のいずれか一方に蓄積された距離演算用電荷量、及び他方に蓄積された距離演算用電荷量を算出することができる。このため、二つの距離演算用電荷蓄積部を特定することなく、電荷比Rを算出することが可能である。 As a result, in the distance image pickup device 1 according to Modification 2 of the embodiment, either the sum of the distance calculation charge amount accumulated in each of the two distance calculation charge accumulation units or the two distance calculation charge accumulation units The amount of charge for distance calculation accumulated in one of them and the amount of charge for distance calculation accumulated in the other can be calculated. Therefore, the charge ratio R can be calculated without specifying the two distance calculation charge storage units.

さらに、この場合、タイムウィンドウの境界において(10)式における電荷比XRと(12)式における電荷比YRとが同じ値となる。このため、タイムウィンドウの境界における不連続性を改善させることが可能である。 Furthermore, in this case, the charge ratio XR in the equation (10) and the charge ratio YR in the equation (12) have the same value at the boundaries of the time windows. Therefore, it is possible to improve the discontinuity at the boundaries of the time windows.

なお、上述した実施形態では、距離画像処理部4が記憶部44を備える構成を例示して説明したが、これに限定されない。記憶部44は、少なくとも距離画像撮像装置1に設けられていればよく、距離画像処理部4とは異なる機能部に設けられていてもよい。 In the above-described embodiment, the distance image processing unit 4 includes the storage unit 44, but the configuration is not limited to this. The storage unit 44 may be provided at least in the distance image capturing device 1 , and may be provided in a functional unit different from the distance image processing unit 4 .

また、上述した実施形態では、テーブル間隔を電荷比Rの差分とする場合を例に説明したが、これに限定されない。テーブル間隔は距離Dの差分であってもよい。テーブル情報440を作成する場合においては、測定空間に、壁などの、測定距離が均一となる物体を被写体OBとして設置し、距離画像撮像装置1から被写体OBまでの距離を変化させながら反射光RL電荷の蓄積を行い、電荷比Rと距離Dとの関係を取得する。この場合においては、測定範囲の最小値、及び最大値の近傍において、反射光RLに対応する電荷量が偏って蓄積され、距離に誤差が生じやすくなる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the difference between the charge ratios R is used as the table interval has been described as an example, but the present invention is not limited to this. The table interval may be the distance D difference. When creating the table information 440, an object such as a wall whose measurement distance is uniform is placed as the object OB in the measurement space, and the reflected light RL Charges are accumulated and the relationship between the charge ratio R and the distance D is obtained. In this case, the amount of charge corresponding to the reflected light RL is unevenly accumulated in the vicinity of the minimum value and maximum value of the measurement range, and errors in the distance are likely to occur.

例えば、一つのタイムウィンドウで測定可能な範囲が1.8m程度であり、3つのタイムウィンドウを備える構成である場合を考える。この場合、それぞれのタイムウィンドウの端部に相当する距離の範囲において誤差が生じやすくなる。タイムウィンドウの端部に相当する距離とは、例えば、一つ目のタイムウィンドウの端部に相当する距離1.6m~1.8m程度の範囲である。また、二つ目のタイムウィンドウの両端部に相当する距離1.8m~2.0m、及び3.4m~3.6m程度の範囲である。また、三つ目のタイムウィンドウの両端部に相当する距離3.6m~3.8m、及び5.2m~5.4m程度の範囲である。これらの距離の範囲においては、テーブル間隔が小さく細かくなるように、テーブル情報440を作成する。具体的には、距離画像撮像装置1から被写体OB(壁)までの距離を、細かく(例えば、0.05m刻み)変化させながら反射光RL電荷の蓄積を行い、テーブル情報440を作成する。一方、タイムウィンドウの端部に相当しない距離の範囲においては、テーブル間隔が大きく粗くなるように、テーブル情報440を作成する。具体的には、距離画像撮像装置1から被写体OB(壁)までの距離を、粗く(例えば、0.5m刻み)変化させながら反射光RL電荷の蓄積を行い、テーブル情報440を作成する。 For example, consider a configuration in which the measurable range in one time window is approximately 1.8 m and three time windows are provided. In this case, errors are likely to occur in the range of distances corresponding to the ends of each time window. The distance corresponding to the end of the time window is, for example, a range of approximately 1.6 m to 1.8 m corresponding to the end of the first time window. Also, the distances are in the range of about 1.8 m to 2.0 m and 3.4 m to 3.6 m corresponding to both ends of the second time window. Also, the distances are in the range of about 3.6 m to 3.8 m and 5.2 m to 5.4 m corresponding to both ends of the third time window. In these distance ranges, the table information 440 is created so that the table intervals are small and fine. Specifically, the table information 440 is created by accumulating the reflected light RL charge while changing the distance from the depth image capturing device 1 to the object OB (wall) finely (for example, in increments of 0.05 m). On the other hand, the table information 440 is created so that the table intervals are large and coarse in the distance range that does not correspond to the edge of the time window. Specifically, the table information 440 is created by accumulating the reflected light RL charges while roughly changing the distance from the depth image capturing device 1 to the object OB (wall) (for example, in increments of 0.5 m).

また、上述した少なくとも一つの実施形態では、電荷比Rが二つの距離演算用電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された距離演算用電荷量の和に対する、二つの距離演算用電荷蓄積部のいずれか一方の距離演算用電荷量の比であ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。電荷比Rは、少なくとも二つの距離演算用電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された距離演算用電荷量を用いて示される比率であればよい。例えば、電荷比Rは、二つの距離演算用電荷蓄積部のいずれか一方の距離演算用電荷量に対する、他方の距離演算用電荷量の比であってもよい。 Further, in at least one embodiment described above, the charge ratio R of either one of the two distance-calculation charge storage units to the sum of the distance-calculation charge amount accumulated in each of the two distance-calculation charge storage units is is the ratio of charge amounts for distance calculation. However, it is not limited to this. The charge ratio R may be a ratio indicated by using the distance calculation charge amount accumulated in each of at least two distance calculation charge accumulation units. For example, the charge ratio R may be the ratio of the distance calculation charge amount of one of the two distance calculation charge storage units to the distance calculation charge amount of the other.

また、図9では、光パルスPOを照射する前に電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させることによって、電荷蓄積部CS1に外光成分に相当する電荷量Qbのみが蓄積されるように制御す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。光パルスPOを照射し、反射光RLを受光した後に電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させるように制御してもよい。この場合、電荷蓄積部CS3に外光成分に相当する電荷量Qbのみが蓄積される。この場合、電荷蓄積部CS3は「予め決められた外光蓄積用電荷蓄積部」の一例である。 Further, in FIG. 9, by accumulating charges in the charge accumulating section CS1 before irradiating the light pulse PO, control is performed so that only the charge amount Qb corresponding to the external light component is accumulated in the charge accumulating section CS1. was explained as an example. However, it is not limited to this. After irradiating the light pulse PO and receiving the reflected light RL, the electric charge may be accumulated in the electric charge accumulating section CS3. In this case, only the charge amount Qb corresponding to the external light component is accumulated in the charge accumulation section CS3. In this case, the charge storage section CS3 is an example of the "predetermined external light storage charge storage section".

また、外光成分に相当する電荷量Qbとして、別フレームにおいて取得された外光成分に相当する電荷量や、距離画像撮像装置1に特定の外光測定用の画素321を設けることによって取得された外光成分に相当する電荷量が用いられてもよい。上記方法を用いて、例えば、画素321が二つの電荷蓄積部CSのみを具備する場合であっても、二つの電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された電荷量から、外光成分に相当する電荷量を減算することができる。したがって、画素321が二つの電荷蓄積部CSのみを具備する場合であっても、電荷比Rを計算することが可能である。 In addition, as the charge amount Qb corresponding to the external light component, the charge amount corresponding to the external light component acquired in another frame, or the charge amount acquired by providing the specific external light measurement pixel 321 in the distance image capturing device 1. A charge amount corresponding to the external light component may be used. Using the above method, for example, even if the pixel 321 has only two charge storage units CS, the amount of charge corresponding to the external light component can be determined from the amount of charge stored in each of the two charge storage units CS. Amount can be subtracted. Therefore, it is possible to calculate the charge ratio R even if the pixel 321 has only two charge storages CS.

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。 All or part of the distance image capturing device 1 and the distance image processing unit 4 in the above-described embodiments may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded in a computer-readable recording medium, and the program recorded in this recording medium may be read into a computer system and executed. It should be noted that the "computer system" referred to here includes hardware such as an OS and peripheral devices. The term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible discs, magneto-optical discs, ROMs and CD-ROMs, and storage devices such as hard discs incorporated in computer systems. Furthermore, "computer-readable recording medium" means a medium that dynamically retains a program for a short period of time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. It may also include something that holds the program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or client in that case. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, or may be capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system. It may be implemented using a programmable logic device such as FPGA.

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。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design and the like are included within the scope of the gist of the present invention.

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…テーブル情報
CS…電荷蓄積部
PO…光パルス
REFERENCE SIGNS LIST 1 distance image pickup device 2 light source unit 3 light receiving unit 32 distance image sensor 321 pixel 323 vertical scanning circuit 4 distance image processing unit 41 timing control unit 42 distance calculation unit 43 measurement control unit 44 Memory unit 440 Table information CS Charge accumulation unit PO Optical pulse

Claims (12)

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、
電荷比に被写体までの対応距離が対応付けられたテーブル情報を記憶する記憶部と、
前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量と前記テーブル情報を用いて、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、
前記電荷比は、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対応する電荷が振り分けて蓄積される二つ以上の電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量から外光成分に相当する電荷量を減算した距離演算用電荷量を用いて示される比率であり、
前記テーブル情報は、前記テーブル情報に含まれる前記電荷比と前記対応距離のいずれかである変数のそれぞれを昇順或いは降順に並べた場合に隣り合う前記変数の差分に相当するテーブル間隔について、前記電荷比が、所定の上限値を上回る状態、又は所定の下限値を下回る状態である偏在状態にある前記変数のテーブル間隔が、前記偏在状態にない前記変数のテーブル間隔よりも小さく、
前記距離画像処理部は、複数の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電荷比を算出し、算出した前記電荷比に対応する前記対応距離を前記テーブル情報から取得し、取得した前記対応距離を用いて前記測定距離を決定する、
距離画像撮像装置。
a light source unit that irradiates a light pulse into a measurement space in which an object exists;
A pixel including a photoelectric conversion element that generates a charge according to incident light and a plurality of charge storage units that store the charge, and the charge is stored in the pixel at a predetermined timing synchronized with the irradiation of the light pulse. a light-receiving unit having a pixel drive circuit that distributes and accumulates the electric charge in each of the units;
a storage unit that stores table information in which charge ratios are associated with corresponding distances to a subject;
a distance image processing unit that determines a measured distance to the subject using the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units and the table information;
with
The charge ratio is calculated from the amount of charge accumulated in each of two or more charge accumulation units, among the plurality of charge accumulation units, in which the charges corresponding to the light reflected by the light pulse from the subject are distributed and accumulated. A ratio indicated by using the distance calculation charge amount obtained by subtracting the charge amount corresponding to the external light component,
The table information includes the charge ratio and the corresponding distance for table intervals corresponding to the difference between the adjacent variables when the variables, which are either the charge ratio or the corresponding distance, are arranged in ascending or descending order. the table interval of the variables in the unevenly distributed state in which the ratio is above a predetermined upper limit value or below the predetermined lower limit value is smaller than the table interval of the variables not in the unevenly distributed state;
The distance image processing unit calculates the charge ratio based on the charge amount accumulated in each of the plurality of charge accumulation units, acquires the corresponding distance corresponding to the calculated charge ratio from the table information, determining the measured distance using the obtained corresponding distance;
Range imaging device.
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対応する電荷が最初に蓄積される電荷蓄積部を第1電荷蓄積部とし、前記反射光に対応する電荷が前記第1電荷蓄積部の次に蓄積される電荷蓄積部を第2電荷蓄積部とし、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相当する電荷量を減算した電荷量を第1距離演算用電荷量とし、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相当する電荷量を減算した電荷量を第2距離演算用電荷量とし、
前記電荷比は、前記第1距離演算用電荷量、及び前記第2距離演算用電荷量の和に対する、前記第2距離演算用電荷量の比であり、
前記偏在状態は、前記電荷比が所定の上限値を上回る、又は所定の下限値を下回る状態である、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。
Among the plurality of charge storage units, the charge storage unit in which the charge corresponding to the reflected light reflected by the light pulse from the subject is first stored is defined as a first charge storage unit, and the charge corresponding to the reflected light is stored in the first charge storage unit. The charge storage portion that is stored next to the first charge storage portion is defined as a second charge storage portion, and the charge amount obtained by subtracting the charge amount corresponding to the external light component from the first charge amount stored in the first charge storage portion is obtained. a first distance calculation charge amount, and a second distance calculation charge amount obtained by subtracting a charge amount corresponding to an external light component from the second charge amount accumulated in the second charge accumulation unit;
The charge ratio is a ratio of the second distance calculation charge amount to the sum of the first distance calculation charge amount and the second distance calculation charge amount,
The uneven distribution state is a state in which the charge ratio exceeds a predetermined upper limit or falls below a predetermined lower limit.
The distance image pickup device according to claim 1.
前記テーブル情報に含まれる前記変数のそれぞれは、前記電荷比が第1閾値未満となる第1範囲、前記電荷比が第1閾値以上かつ第2閾値未満となる第2範囲、及び前記電荷比が第2閾値以上となる第3範囲のいずれかの範囲に含まれる値であり、前記第3範囲における前記テーブル間隔は、前記第2範囲における前記テーブル間隔よりも小さい、
請求項1又は請求項2に記載の距離画像撮像装置。
Each of the variables included in the table information includes a first range in which the charge ratio is less than a first threshold, a second range in which the charge ratio is greater than or equal to the first threshold and less than a second threshold, and A value included in any one of a third range equal to or greater than a second threshold, and the table interval in the third range is smaller than the table interval in the second range.
3. The distance image pickup device according to claim 1 or 2.
前記テーブル情報に含まれる前記変数のそれぞれは、前記電荷比が第1閾値未満となる第1範囲、前記電荷比が第1閾値以上かつ第2閾値未満となる第2範囲、及び前記電荷比が第2閾値以上となる第3範囲のいずれかの範囲に含まれる値であり、前記第1範囲における前記テーブル間隔は、前記第2範囲における前記テーブル間隔よりも小さい、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
Each of the variables included in the table information includes a first range in which the charge ratio is less than a first threshold, a second range in which the charge ratio is greater than or equal to the first threshold and less than a second threshold, and A value included in any one of a third range equal to or greater than a second threshold, and the table interval in the first range is smaller than the table interval in the second range.
The range imaging device according to any one of claims 1 to 3.
前記距離画像処理部は、複数の前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量に基づく前記電荷比を算出し、前記算出した電荷比より小さい電荷比に対応付けられた第1距離と、前記算出した電荷比より大きい電荷比に対応付けられた第2距離とを、前記テーブル情報から抽出し、抽出した前記第1距離と前記第2距離を線形補間することによって前記測定距離を決定する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
The distance image processing unit calculates the charge ratio based on the charge amount accumulated in each of the plurality of charge accumulation units, and calculates a first distance associated with a charge ratio smaller than the calculated charge ratio; A second distance associated with a charge ratio greater than the calculated charge ratio is extracted from the table information, and the measured distance is determined by linearly interpolating the extracted first distance and the second distance.
The range imaging device according to any one of claims 1 to 3.
前記画素は、三つ以上の前記電荷蓄積部を具備し、
前記距離画像処理部は、三つ以上の前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量のうち、最も少ない電荷量を、外光成分に相当する電荷量とする、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
the pixel comprises three or more of the charge storage units;
The distance image processing unit sets the smallest charge amount among the charge amounts accumulated in each of the three or more charge accumulation units as the charge amount corresponding to the external light component,
The range imaging device according to any one of claims 1 to 5.
前記画素は、三つ以上の前記電荷蓄積部を具備し、
前記距離画像処理部は、三つ以上の前記電荷蓄積部のうち、予め決められた外光蓄積用電荷蓄積部に前記反射光に対応する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、外光成分に相当する電荷量とする、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
the pixel comprises three or more of the charge storage units;
The distance image processing unit controls the external light charge accumulation unit so that the charge corresponding to the reflected light is not accumulated in a predetermined external light charge accumulation unit among the three or more charge accumulation units. controlling the timing for accumulating electric charge in the external light accumulating charge accumulating unit, and setting the amount of electric charge accumulated in the electric charge accumulating unit for accumulating external light as the electric charge amount corresponding to the external light component;
The range imaging device according to any one of claims 1 to 5.
前記画素には、三つの前記電荷蓄積部である第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、及び第3電荷蓄積部が設けられ、
前記距離画像処理部は、
前記光パルスの照射に同期させたタイミングで、前記第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、及び第3電荷蓄積部の順に、前記電荷が蓄積されるように制御し、
前記第1電荷蓄積部に蓄積された第1電荷量と前記第3電荷蓄積部に蓄積された第3電荷量とを用いて、前記第1電荷量と前記第3電荷量との差分である第1算出値を算出し、前記第1算出値を、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対応する電荷量が振り分けて蓄積される二つの距離演算用電荷蓄積部のいずれか一方に蓄積された前記反射光に対応する電荷量とする、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
the pixel is provided with a first charge storage unit, a second charge storage unit, and a third charge storage unit, which are the three charge storage units;
The distance image processing unit is
controlling so that the charge is accumulated in the order of the first charge storage unit, the second charge storage unit, and the third charge storage unit at a timing synchronized with the irradiation of the light pulse;
A difference between the first charge amount and the third charge amount using the first charge amount accumulated in the first charge accumulation unit and the third charge amount accumulated in the third charge accumulation unit A first calculated value is calculated, and the first calculated value is stored in two distance calculation units in which the amount of charge corresponding to the reflected light reflected by the light pulse from the subject is divided and accumulated among the three charge accumulation units. A charge amount corresponding to the reflected light accumulated in one of the charge accumulation units;
The range imaging device according to any one of claims 1 to 5.
前記画素には、四つの前記電荷蓄積部である第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、第3電荷蓄積部、及び第4電荷蓄積部が設けられ、
前記距離画像処理部は、
前記光パルスの照射に同期させたタイミングで、前記第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、第3電荷蓄積部、及び第4電荷蓄積部の順に、前記電荷が蓄積されるように前記画素駆動回路を制御し、
前記第1電荷蓄積部に蓄積された第1電荷量と前記第3電荷蓄積部に蓄積された第3電荷量とを用いて、前記第1電荷量と前記第3電荷量との差分である第1算出値を算出し、
前記第2電荷蓄積部に蓄積された第2電荷量と前記第4電荷蓄積部に蓄積された第4電荷量とを用いて、前記第2電荷量と前記第4電荷量との差分である第2算出値を算出し、
前記第1算出値の絶対値と前記第2算出値の絶対値を加算した加算値を、四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対応する電荷量が振り分けて蓄積される二つの距離演算用電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された前記反射光に対応する電荷量である距離演算用電荷量の和とし、前記第1算出値を、二つの前記距離演算用電荷蓄積部における一方の前記距離演算用電荷量とし、前記第2算出値を二つの前記距離演算用電荷蓄積部における他方の前記距離演算用電荷量する、
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
The pixel is provided with a first charge storage portion, a second charge storage portion, a third charge storage portion, and a fourth charge storage portion, which are the four charge storage portions,
The distance image processing unit is
The pixels are arranged such that the charges are accumulated in the order of the first charge accumulation unit, the second charge accumulation unit, the third charge accumulation unit, and the fourth charge accumulation unit at timing synchronized with the irradiation of the light pulse. control the drive circuit,
A difference between the first charge amount and the third charge amount using the first charge amount accumulated in the first charge accumulation unit and the third charge amount accumulated in the third charge accumulation unit Calculate a first calculated value,
A difference between the second charge amount and the fourth charge amount using the second charge amount accumulated in the second charge accumulation unit and the fourth charge amount accumulated in the fourth charge accumulation unit Calculate a second calculated value,
The added value obtained by adding the absolute value of the first calculated value and the absolute value of the second calculated value is distributed to the amount of charge corresponding to the reflected light of the light pulse reflected by the object among the four charge storage units. and the first calculated value is the sum of the distance calculation charge amounts corresponding to the reflected light accumulated in the two distance calculation charge accumulating units respectively. one of the charge amounts for distance calculation in the charge accumulating section, and the second calculated value as the other of the charge amounts for distance calculation in the two distance calculation charge accumulating sections;
The range imaging device according to any one of claims 1 to 5.
前記画素は、三つ以上の前記電荷蓄積部を具備し、三つ以上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対応する電荷が最初に蓄積される電荷蓄積部を第1電荷蓄積部とし、前記反射光に対応する電荷が前記第1電荷蓄積部の次に蓄積される電荷蓄積部を第2電荷蓄積部とし、
前記記憶部は、前記第1電荷蓄積部と前記第2電荷蓄積部の組合せごとに前記テーブル情報を記憶し、
前記距離画像処理部は、三つ以上の前記電荷蓄積部のうち、電荷を蓄積させるタイミングが連続する二つの前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量の和が、他の二つの前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量よりも大きい組合せを、前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部の組合せと決定し、決定した前記第1電荷蓄積部及び前記第2電荷蓄積部の組合せに応じて前記テーブル情報を選択する、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。
The pixel includes three or more charge storage units, and the charge storage unit in which, among the three or more charge storage units, the charge corresponding to the light reflected by the light pulse from the subject is accumulated first. is a first charge storage unit, and the charge storage unit in which the charge corresponding to the reflected light is stored next to the first charge storage unit is a second charge storage unit,
the storage unit stores the table information for each combination of the first charge storage unit and the second charge storage unit;
In the distance image processing section, the sum of the amount of charge accumulated in each of two of the three or more charge accumulation sections whose charge accumulation timings are consecutive is equal to the sum of the amounts of charges accumulated in the other two charge accumulation sections. determining a combination of the first charge storage section and the second charge storage section that is larger than the amount of charge stored in each of the storage sections; and determining the determined first charge storage section and the second charge storage section. selecting the table information according to a combination of
The distance image pickup device according to claim 1.
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対応する電荷量が最初に蓄積される電荷蓄積部を第1電荷蓄積部とし、前記反射光に対応する電荷量が前記第1電荷蓄積部の次に蓄積される電荷蓄積部を第2電荷蓄積部とし、
前記記憶部は、近距離にある前記被写体に反射した反射光に対応する電荷量が蓄積される前記第1電荷蓄積部と前記第2電荷蓄積部の組合せに対応する前記テーブル情報である近距離用情報と、遠距離にある前記被写体に反射した反射光に対応する電荷量が蓄積される前記第1電荷蓄積部と前記第2電荷蓄積部の組合せに対応する前記テーブル情報である遠距離用情報とを記憶し、
前記近距離用情報に含まれる前記変数のそれぞれは、前記電荷比が第1閾値未満となる第1範囲、前記電荷比が第1閾値以上かつ第2閾値未満となる第2範囲、及び前記電荷比が第2閾値以上となる第3範囲いずれかの範囲に含まれる値であり、前記第3範囲における前記テーブル間隔は、前記第2範囲における前記テーブル間隔よりも小さく、
前記遠距離用情報に含まれる前記変数のそれぞれは、前記電荷比が第4閾値未満となる第4範囲、前記電荷比が第4閾値以上かつ第5閾値未満となる第5範囲、及び前記電荷比が第5閾値以上となる第6範囲いずれかの範囲に含まれる値であり、前記第4範囲における前記テーブル間隔は、前記第5範囲における前記テーブル間隔よりも小さい、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。
A first charge accumulator is defined as one of the plurality of charge accumulators in which the amount of charge corresponding to the reflected light reflected by the light pulse from the subject is accumulated first, and the charge amount corresponding to the reflected light is the first charge accumulator. A second charge storage unit is a charge storage unit that is stored next to the first charge storage unit;
The storage section stores the table information corresponding to the combination of the first charge storage section and the second charge storage section in which an amount of charge corresponding to the reflected light reflected by the subject at a short distance is accumulated. long-distance use information, and the long-distance use information, which is the table information corresponding to the combination of the first charge storage section and the second charge storage section in which the amount of charge corresponding to the reflected light reflected by the subject at the long distance is accumulated. remember information and
Each of the variables included in the short distance information includes a first range in which the charge ratio is less than a first threshold, a second range in which the charge ratio is greater than or equal to the first threshold and less than a second threshold, and the charge. a value within any one of a third range in which the ratio is equal to or greater than a second threshold, wherein the table interval in the third range is smaller than the table interval in the second range;
Each of the variables included in the long distance information includes a fourth range in which the charge ratio is less than a fourth threshold, a fifth range in which the charge ratio is greater than or equal to the fourth threshold and less than a fifth threshold, and the charge. A value included in any one of a sixth range in which the ratio is equal to or greater than a fifth threshold, and the table interval in the fourth range is smaller than the table interval in the fifth range.
The distance image pickup device according to claim 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、電荷比に基づく変数ごとに被写体までの対応距離が対応付けられたテーブル情報を記憶する記憶部と、前記電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量と前記テーブル情報を用いて、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、
前記電荷比は、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対応する電荷が振り分けて蓄積される二つ以上の電荷蓄積部のそれぞれに蓄積された電荷量から外光成分に相当する電荷量を減算した距離演算用電荷量を用いて示される比率であり、
前記テーブル情報は、前記テーブル情報に含まれる前記電荷比と前記対応距離のいずれかである変数のそれぞれを昇順又は降順に並べた場合に隣り合う前記変数の差分に相当するテーブル間隔について、前記電荷比が、所定の上限値を上回る状態、又は所定の下限値を下回る状態である偏在状態にある前記変数のテーブル間隔が、前記偏在状態にない前記変数のテーブル間隔よりも小さく、
前記距離画像処理部は、複数の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電荷比を算出し、算出した前記電荷比に対応する前記対応距離を前記テーブル情報から取得し、取得した前記対応距離を用いて前記測定距離を決定する、
距離画像撮像方法。
A light source unit that irradiates a measurement space in which an object exists with a light pulse, a pixel that includes a photoelectric conversion element that generates charges according to the incident light, and a plurality of charge storage units that store the charges, and the light pulse. a pixel drive circuit that distributes and accumulates the charge in each of the charge storage units in the pixel at a predetermined timing synchronized with the irradiation of the light receiving unit, and the corresponding distance to the subject for each variable based on the charge ratio. and a distance image processing unit that determines the measured distance to the subject by using the charge amount accumulated in each of the charge accumulation units and the table information. A range image capturing method using a range image capturing device comprising:
The charge ratio is calculated from the amount of charge accumulated in each of two or more charge accumulation units, among the plurality of charge accumulation units, in which the charges corresponding to the light reflected by the light pulse from the subject are distributed and accumulated. A ratio indicated by using the distance calculation charge amount obtained by subtracting the charge amount corresponding to the external light component,
The table information includes the charge ratio and the corresponding distance for table intervals corresponding to the difference between the adjacent variables when the variables that are either the charge ratio or the corresponding distance included in the table information are arranged in ascending or descending order. the table interval of the variables in the unevenly distributed state in which the ratio is above a predetermined upper limit value or below the predetermined lower limit value is smaller than the table interval of the variables not in the unevenly distributed state;
The distance image processing unit calculates the charge ratio based on the charge amount accumulated in each of the plurality of charge accumulation units, acquires the corresponding distance corresponding to the calculated charge ratio from the table information, determining the measured distance using the obtained corresponding distance;
Range image capturing method.
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