JP2023167618A - 受光装置、制御方法、及び測距システム - Google Patents

Abstract

【課題】測定光以外の入射光の影響を抑制可能な受光装置、制御方法、および測距システムを提供する。【解決手段】本開示によれば、対象物までの距離を測定するために用いられる測定画素と、対象物からの入射光を瞳分割して位相差を検出する対となる複数の位相差画素と、を有する画素アレイ部と、測定画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分に関する情報に基づき、対象物までの第１距離値を生成する第１距離測定部と、複数の位相差画素それぞれに入射する光子の数に対応する情報に基づき、対象物までの第２距離値を生成する第２距離測定部と、を備える、受光装置が提供される。【選択図】図１

Description

本開示は、受光装置、制御方法、及び測距システムに関する。

受光素子として、光子の受光に応じて信号を発生する素子を用いた受光装置がある。この種の受光装置を備える測距装置では、測距対象物（被写体）までの距離を測定する測定法として、光源から測距対象物に向けて照射した測定光が、測距対象物で反射されて戻ってくるまでの時間を計測するＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ：飛行時間）が採用されている。

ところが、測定光以外に起因する入射光に応答し、測距システムが誤測定を行う恐れがある。

特開２０２１－１５６６８８号公報

そこで、本開示では、測定光以外の入射光の影響を抑制可能な受光装置、制御方法、および測距システムを提供する。

上記の課題を解決するために、本開示によれば、
対象物までの距離を測定するために用いられる測定画素と、前記対象物からの入射光を瞳分割して位相差を検出する対となる複数の位相差画素と、を有する画素アレイ部と、
前記測定画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分に関する情報に基づき、前記対象物までの第１距離値を生成する第１距離測定部と、
前記複数の位相差画素それぞれに入射する光子の数に対応する情報に基づき、前記対象物までの第２距離値を生成する第２距離測定部と、
を備える、受光装置が提供される。

前記測定画素は、入射した光子に応じて光電変換する光電変換部を有し、
前記位相差画素は、入射した光子に応じて光電変換する光電変換部を有してもよい。

前記光電変換部は、シングルフォトンアバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）であってもよい。

前記測定画素の駆動期間を、前記複数の位相差画素の出力信号に基づく、第２距離に応じて設定する制御部を、
更に備えてもよい。

前記第１距離測定部は、前記測定画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分値の出現頻度情報を有するヒストグラムの値に応じて前記第１距離値を生成し、
前記第２距離測定部は、前記複数の位相差画素それぞれに入射する光子の数に対応する信号値を用いた位相差に応じて前記第２距離値を生成してもよい。

前記測定画素は、複数の前記光電変換部を有しており、
前記測定画素と、前記対となる複数の位相差画素と、はユニットを構成しており、
前記ユニットに対応する第１変換部を更に備え、
前記第１変換部は、前記測定画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分に関する情報を有する受信信号を生成してもよい。

第１赤外光パルスレーザを更に備え、
前記制御部は、前記第２距離に応じて前記第１赤外光パルスレーザが照射するレーザ光の光量を制御してもよい。

第２赤外光パルスレーザを更に備え、
前記複数の位相差画素は、前記第２赤外光パルスレーザの照射するレーザ光に応じて信号を生成してもよい。

前記画素アレイ部と、前記第１変換部は積層化されており、前記ユニットに対応する前記第１変換部は、前記ユニットの直下に配置されてもよい。

前記ユニットに対応する第２変換部を更に備え、
前記第２変換部は、前記複数の位相差画素それぞれに入射する光子の数に対応する情報を有する第２受信信号を生成してもよい。

前記第２変換部は、前記位相差画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分に関する情報を有する第３受信信号を生成し、第３受信信号の数に応じて前記第２受信信号を生成してもよい。

前記測定画素と、前記対となる複数の位相差画素とは、同じ時間帯に受光した光子に応じて、信号を生成してもよい。

前記測定画素と、前記対となる複数の位相差画素とは、異なる半導体素子のチップに構成されてもよい。

第１赤外光パルスレーザを更に備え、
前記測定画素が構成される第１チップと、前記対となる複数の位相差画素が構成される第２チップと、前記第１赤外光パルスレーザは、Ｌ字形状に配置されてもよい。

複数の画素で構成される画素アレイ部と、
前記画素アレイ部を制御する制御部と、を、備え、
前記画素アレイ部は、
対象物からの入射光を瞳分割して位相差を検出する対となる複数の位相差画素と、
前記対象物までの距離を測定するために用いられる測定画素と、を有し、
前記制御部は、前記測定画素の駆動期間を、前記複数の位相差画素の出力信号に基づく、第２距離に応じて設定されてもよい。

前記位相差画素は、可視光を受光して光電変換する光電変換部を有し、
前記測定画素は、入射した光子に応じて光電変換する光電変換部を有してもよい。

前記光電変換部は、入射側に反射防止部を更に有してもよい。

前記光電変換部は、入射側に高屈折率素材で形成されたオンチップレンズを有してもよい。

前記光電変換部は、
オンチップレンズと、
前記光電変換により発生したキャリアを増倍するアバランシェ増倍領域を少なくとも有する拡散層とを、有し、
前記拡散層は、前記オンチップレンズの主光軸の位置に応じて配置されてもよい。

前記位相差画素は、
前記光電変換部は、
入射領域の絞りと、
前記光電変換により発生したキャリアを増倍するアバランシェ増倍領域を少なくとも有する拡散層とを、有し、
前記拡散層は、前記絞りの位置に応じて配置されてもよい。

前記対となる複数の位相差画素の内の、２つの位相差画素は、
前記２つの位相差画素の光電変換部に配置される楕円形状のオンチップレンズを有してもよい。

前記対となる複数の位相差画素の内の、２つの位相差画素の光電変換部と、
２つの前記測定画素の光電変換部と、に配置される円形状のオンチップレンズを有してもよい。

前記位相差画素の光電変換部は、可視光を透過するカラーフィルタを介してして受光し、
前記測定画素の光電変換部は、赤外光を透過するカラーフィルタを介してして受光してもよい。

上記の課題を解決するために、本開示によれば、
対象物からの入射光を瞳分割して位相差を検出する対となる複数の位相差画素と、
前記対象物までの距離を測定するために用いられる測定画素と、を有する画素アレイ部の制御方法であって、
前記測定画素の駆動期間を、前記複数の位相差画素の出力信号に基づく、第２距離に応じて設定する、制御方法が提供される。

上記の課題を解決するために、本開示によれば、
受光装置と、
前記対象物からの入射光を集光するレンズと
を備える、測距システムが提供される。

測距システムの概略構成例を模式的に示すブロック図。 画素アレイ部に配置される複数のユニットの構成例を示す図。 測定画素の構成例を示す回路図。 図３の左側に配置される位相差画素の構成例を示す回路図。 図３の右側に配置される位相差画素の構成例を示す回路図。 参照画素ユニットの回路構成例を示す図。 画素アレイ部に形成されるＳＰＡＤの断面的な模式図。 基板上に配置されるＴＤＣ１とカウンタの配置例を示す図。 制御部の構成例を示すブロック図。 ドットパターンのパルス光が、戻り光として到達した状態を模式的に示す図。 ユニットのＴＤＣの処理例を模式的に示す図。 可視イメージと測距イメージを模式的に示す図。 位相差検出を説明する図。 画素アレイ部の横一軸上の位相差画素の位置とカウンタ値を示す図。 妨害光の例を模式的に示す図。 図１５の未攻撃時の参照画素のヒストグラムと測定画素のヒストグラム例を示す図。 図１５の攻撃時の参照画素のヒストグラムと測定画素のヒストグラムを示す図。 妨害光を受けたときの画素アレイ部の横一軸上の位相差画素の位置とカウンタ値を示す図。 総合制御部の制御例を示すタイミングチャート。 総合制御部の制御例を示すフローチャート。 ＳＰＡＤの断面を簡略化した模式図。 反射防止部を設けたＳＰＡＤの断面を示す模式図。 拡散層の位置をオンチップレンズ、及び絞りのいずれかの位置に応じて変更した模式図。 画素アレイ部の構成例を示す模式図。 第１実施形態の変形例４に係る画素アレイ部の構成例を示す模式図。 位相差法による距離値に応じて光量を変更する例を模式的に示す図。 第２実施形態に係る総合制御部の制御例を示すフローチャート。 第３実施形態に係る制御部の構成例を示すブロック図。 第３実施形態に係るユニットの処理例を模式的に示す図。 ヒストグラム生成部が生成した位相差画素それぞれの出力に対応するヒストグラムを示す図。 第４実施形態に係る位相差検出を説明する図。 対となるの位相差画素の焦点位置と、出力値の関係を示す図。 妨害光を受けたときの位相差画素の焦点位置と、出力値の関係を示す図。 第４実施形態に係る総合制御部の制御例を示すタイミングチャート。 第４実施形態に係る総合制御部の制御例を示すフローチャート。 第５実施形態に係る総合制御部の制御例を示すフローチャート。 第６実施形態に係る測距システムの概略構成例を模式的に示すブロック図。 第７実施形態に係る測距システムの概略構成例を模式的に示すブロック図。 比較例に係る測距システムの概略構成例を模式的に示すブロック図。 画素アレイ部に配置される複数の位相差画素、及び複数の測定画素の構成例を示す図。 赤外光パルスレーザを一方のチップにより近づけた逆Ｌ字構造の例を示す図。 斜めＬ字構造の例を示す図。 Ｌ字構造の例を示す図。 画素アレイ部に形成されるＳＰＡＤの断面的な模式図。 位相差画素、及び測定画素の平面配置例を示す図。 位相差画素の簡略化した断面的な模式図。 画素アレイ部に形成される位相差画素、及び測定画素の平面配置例を示す図。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。

以下、図面を参照して、受光装置、制御方法、及び測距システムの実施形態について説明する。以下では、受光装置、制御方法、及び測距システムの主要な構成部分を中心に説明するが受光装置、制御方法、及び測距システムには、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。

（第１実施形態）
＜測距システムの構成例＞
図１は、本技術を適用した測距システム１の概略構成例を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、第１実施形態に係る測距システム１は、受光装置１０と、制御装置２２と、表示装置２４と、操作装置２６と、出射側のレンズ３０と、入射側のレンズ４０とを備える。また、図１では更に測定の対象物５０を図示している。

受光装置１０は、基板１１と、画素アレイ部１２と、回路部１３と、赤外光パルスレーザ１４とを有する。制御部２０は、例えばＣＰＵを含んで構成され、受光装置１０を制御する。

制御装置２２は、操作装置２６の操作に従い、受光装置１０を制御する装置である。表示装置２４は、例えばモニタであり、受光装置１０が生成した画像イメージを表示する。また、操作装置２６は、キーボード、及ぶマウスなどを含んで構成され、操作者の操作信号を制御装置２２に入力する。

測距システム１は、赤外光パルスレーザ１４が出射した光を、レンズ３０を介して対象物５０へ照射する。そして、対象物５０で反射した光を、レンズ４０を介して画素アレイ部１２へ入射した光を用いて、対象物５０までの距離を測定するシステムである。なお、制御部２０の詳細は後述する。

画素アレイ部１２は、基板１１に搭載され、複数の測定画素１１０ｉと、複数の位相差画素１１０ｚと、複数の参照画素１１０ｒを有する。画素アレイ部１２の各画素は、例えば、シングルフォトンアバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を用いて、例えば半導体素子として形成されている。回路部１３は、画素アレイ部１２の制御及び信号処理を行う回路である。

測定画素１１０ｉは、測距対象物に向けて照射した測定光が、測距対象物で反射されて戻ってくるまでの時間を計測するＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ：飛行時間）に用いる画素である。一方で、位相差画素１１０ｚは、対象物５０からの入射光を瞳分割して像面位相差を検出する位相差画素である。位相差画素１１０ｚは、ＰＤＡＦ（Ｐｈａｓｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）に用いる画素である。本実施形態では、ＳＰＡＤを用いて形成される位相差画素１１０ｚをＰＤＡＦ画素と称する場合がある。また、参照画素１１０ｒは、赤外光パルスレーザ１４の発光タイミングを計測するために用いられる。さらにまた、本実施形態では、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ：飛行時間）を用いた計測をＴｏＦ法と称し、位相差画素１１０ｚを用いた計測を位相差法と称する場合がある。

赤外光パルスレーザ１４は、基板１１に搭載される。赤外光パルスレーザ１４は、例えば、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）光源を用いて形成されている。また、赤外光パルスレーザ１４の照射側に回折光学素子１４ａ（ＤＯＥ）を配置することにより、例えば１００点の行列状に配置されるスポット光のドットパターンを、対象物５０に照射可能である。

赤外光パルスレーザ１４が照射する計測光の波長は例えば８５０［ｎｍ］である。制御部２０から入力される発光制御信号に同期させて計測光を照射する。

図１に示すように、ＴｏＦ法では、赤外光パルスレーザ１４が出射したパルス光を、画素アレイ部１２内で参照画素１１０ｒが受光する。例えば、赤外光パルスレーザ１４が出射したパルス光は、導光部材を介して参照画素１１０ｒに導光される。一方で、レンズ３０を介して出射されたパルス光は、レンズ４０を介して複数の測定画素１１０ｉのそれぞれへ異なるタイミングで入射する。

複数の位相差画素１１０ｚでは、レンズ３０を介して出射されたパルス光を、レンズ４０を介してそれぞれ受光する。複数の位相差画素１１０ｚでは、後述するように、左右、又は上下に対となる絞りを介して、パルス光を受光する。これにより、対となる位相差画素１１０ｚでは、対象物５０までの距離に応じた像面位相差を検出することが可能となる。対となる位相差画素１１０ｚでは、複数の参照画素１１０ｒを用いることなく、ＴｏＦ法での計測と異なるタイミングで、或いはＴｏＦ法での計測と重なる時間を有して、対象物５０までの距離を計測可能となる。

＜ユニットの構成例＞
図２は、画素アレイ部１２に配置される複数のユニット１１ｕの構成例を示す図である。画素アレイ部１２は、複数のユニット１１ｕが行列状に配置される。また、画素アレイ部１２の端部には、参照画素１１０ｒが配置される参照画素ユニット１６６ｕが構成される。ユニット１１ｕは、ＳＰＡＤ３３１乃至３３４で構成される測定画素１１０ｉと、ＳＰＡＤ３３５、３３６それぞれで構成される位相差画素１１０ｚとを有する。また、後述するように、ＳＰＡＤ３３５の入射領域の右半分に絞りＷＬのある画素を位相差画素１１０ｚＬとし、ＳＰＡＤ３３６の入射領域の左半分に絞りＷＲのある画素を位相差画素１１０ｚＲとする。

図３は、測定画素１１０ｉの構成例を示す回路図である。この測定画素１１０ｉは、クエンチ・検出回路３１０と、選択トランジスタ３２１乃至３２４と、ＳＰＡＤ３３１乃至３３４とを備える。クエンチ・検出回路３１０は、抵抗３１１およびインバータ３１２を備える。図３の配線例では、選択トランジスタ３２１乃至３２４として、例えば、ｐＭＯＳ（ｐ－ｃｈａｎｎｅｌＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタが用いられる。また、論理信号３０９－１～３０９－４が対応する選択トランジスタ２１乃至３２４のゲートに制御部２０から入力される。

ＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）３３１乃至３３４は、光子を光電変換してアバランシェ増倍し、電流を生成する。ＳＰＡＤ３３１乃至３３４のアノードには、負バイアスＶＲＬＤが印加される。ＳＰＡＤ３３１のカソードは、選択トランジスタ３２１のドレインに接続され、ＳＰＡＤ３３２のカソードは、選択トランジスタ３２２のドレインに接続される。また、ＳＰＡＤ３３３のカソードは、選択トランジスタ３２３のドレインに接続され、ＳＰＡＤ３３４のカソードは、選択トランジスタ３２４のドレインに接続される。

選択トランジスタ３２１乃至３２４のそれぞれのソースは、共通ノード３１９に共通に接続される。また、選択トランジスタ３２１乃至３２４のゲートには、選択線３０９－１乃至３０９－４を介して、制御部２０からの選択信号ＸＳＥＬ１が入力される。選択信号ＸＳＥＬ１のタイミングを異ならせることで、ＳＰＡＤ３３１乃至３３４を個別の画素として駆動することも可能である。選択信号ＸＳＥＬ１がハイレベルとなり、選択トランジスタ３２１乃至３２４が導通状態である場合に、ＳＰＡＤ３３１乃至３３４の各電位ＶＫ＿１乃至ＶＫ＿４が共通ノード３１９に伝導される。

抵抗３１１は、所定の電源電圧ＶＤＤのノードと、共通ノード３１９との間に挿入される。インバータ３１２は、共通ノード３１９の電位に基づいてパルス信号ＴＯＵＴを生成し、ＴＤＣ（Ｔｉｍｅ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１７０に供給する。また、抵抗３１１は、アバランシェ増倍により所定の電位を越えた共通ノード３１９の電位を低下させ、アバランシェ増倍を抑制する。なお、本実施形態に係るＴＤＣ１７０が、第１変換部に対応する。

ＴＤＣ１７０は、パルス信号ＴＯＵＴに基づいて、受光タイミングをデジタル値に変換する。例えば、回路部１３はクロック回路を有している。これにより、ＤＣ１７０は、クロック回路の情報を用いて、測定開始時を基準時点として、基準時点からパルス信号ＴＯＵＴの入力時点の差分の時間をデジタル値に変換する。このＴＤＣ１７０は、デジタル値を制御部２０に供給する。また、ＴＤＣ１７０は、ユニット１１ｕ毎に構成することが可能である。なお、以下の説明でＳＰＡＤ３３１乃至ＳＰＡＤ３４０を除く回路構成は回路部１３内に構成される。

図４は、図３の左側に配置される位相差画素１１０ｚＬの構成例を示す回路図である。この位相差画素１１０ｚＬは、クエンチ・検出回路３１０と、選択トランジスタ３２５と、ＳＰＡＤ３３５とを備える。また、論理信号３０９－５が対応する選択トランジスタ３２５のゲートに入力される。

ＳＰＡＤ３３５のアノードには、負バイアスＶＲＬＤが印加される。ＳＰＡＤ３３５のカソードは、選択トランジスタ３２５のドレインに接続される。選択トランジスタ３２５のソースは、ノード３１９に接続される。また、選択トランジスタ３２５のゲートには、選択線３０９－５を介して、制御部２０からの選択信号ＸＳＥＬ２が入力される。インバータ３１２は、ノード３１９の電位に基づいてパルス信号ＣＯＵＴを生成し、カウンタ１７２に供給する。なお、本実施形態に係るカウンタ１７２が第２変換部に対応する。

カウンタ１７２は、パルス信号ＣＯＵＴに基づいてＳＰＡＤ３３５に入射する光子の個数を計数する。このカウンタ１７２は、パルス信号ＣＯＵＴのパルス数を、光子数に応じた値として計数し、その計数値を制御部２０に供給する。このように、選択信号ＸＳＥＬ２がハイレベルとなり、選択トランジスタ３２５が導通状態である場合に、ＳＰＡＤ３３５の電位がノード３１９に伝導される。また、カウンタ１７２は、ユニット１１ｕ毎に構成することが可能である。

図５は、図３の右側に配置される位相差画素１１０ｚＲの構成例を示す回路図である。この位相差画素１１０ｚＲは、位相差画素１１０ｚＬと同等の構成である。すなわち、位相差画素１１０ｚＲは、クエンチ・検出回路３１０と、選択トランジスタ３２６と、ＳＰＡＤ３３６とを備える。また、論理信号３０９－６が対応する選択トランジスタ３２６のゲートに入力される。

ＳＰＡＤ３３６のアノードには、負バイアスＶＲＬＤが印加される。ＳＰＡＤ３３６のカソードは、選択トランジスタ３２６のドレインに接続される。選択トランジスタ３２６のソースは、ノード３１９に接続される。また、選択トランジスタ３２６のゲートには、選択線３０９－６を介して、制御部２０からの選択信号ＸＳＥＬ３が入力される。インバータ３１２は、ノード３１９の電位に基づいてパルス信号ＣＯＵＴを生成し、カウンタ１７２に供給する。カウンタ１７２は、パルス信号ＣＯＵＴに基づいてＳＰＡＤ３３６に入射する光子の個数を計数する。このカウンタ１７２は、パルス信号ＣＯＵＴのパルス数を、光子数に応じた値として計数し、その計数値を制御部２０に供給する。このように、選択信号ＸＳＥＬ３がハイレベルとなり、選択トランジスタ３２６が導通状態である場合に、ＳＰＡＤ３３６の電位がノード３１９に伝導される。

図６は、参照画素ユニット１６６ｕの回路構成例を示す図である。参照画素１１０ｒも、測定画素１１０ｉと同等の構成である。すなわち、この参照画素１１０ｒは、クエンチ・検出回路３１０と、選択トランジスタ３２７乃至３３０と、ＳＰＡＤ３３７乃至３４０とを備える。クエンチ・検出回路３１０は、抵抗３１１およびインバータ３１２を備える。また、論理信号３０９－７～３０９－１０が対応する選択トランジスタ３２７乃至３３０のゲートに入力される。

選択トランジスタ３２７乃至３３０のそれぞれのソースは、共通ノード３１９に共通に接続される。また、選択トランジスタ３２７乃至３３０のゲートには、選択線３０９－７乃至３０９－１０を介して、制御部２０からの選択信号ＸＳＥＬ０が入力される。選択信号ＸＳＥＬ０がハイレベルとなり、選択トランジスタ３２１乃至３２４が導通状態である場合に、ＳＰＡＤ３３７乃至３４０の各電位ＶＫ＿１乃至ＶＫ＿４が共通ノード３１９に伝導される。

図７は、画素アレイ部１２に形成されるＳＰＡＤ３３１、３３２、３３５、３３６の断面的な模式図である。ＳＰＡＤ３３１、３３２、３３５、３３６は、それぞれ位相差画素１１０ｚＬ、位相差画素１１０ｚＲ、及び測定画素１１０ｉを構成する４つの画素の内の２つに対応する（図２参照）。

ＳＰＡＤ３３１と、ＳＰＡＤ３３２とは同等の構成である。また、ＳＰＡＤ３３３、３３４も、ＳＰＡＤ３３１、３３２と同等の構成である。すなわち、測定画素１１０ｉを構成する４つの画素は同等の構成である。位相差画素１１０ｚＬ、及び位相差画素１１０ｚＲは、それぞれ絞りＷＬ、ＷＲを有する点で測定画素１１０ｉａと相違する。絞りＷＬ、ＷＲは遮光部材で構成され、それぞれ対象物５０からの入射光Ｌ１、Ｌ２を瞳分割する。なお、ＳＰＡＤ３３７乃至３４０も、ＳＰＡＤ３３１、３３２と同等の構成である。

図７に示すように、ＳＰＡＤ３３１は、オチップレンズ１１１０と、Ｎウェル１１１２と、拡散層１１１４と、メタル配線１１１６と、メタルパッド１１１８と、画素間分離部１１２０とを有する。なお、配線層の詳細な記載は省略している。なお、ＳＰＡＤ３３１乃至３４０の構成は一般的な構成を用いることが可能であり、図７の構成に限定されない。

オチップレンズ１１１０は、レンズ４０を介して入射した光をＮウェル１１１２内に集光する。Ｎウェル１１１２は、センサ基板の不純物濃度がｎ型に制御されることにより形成され、ＳＰＡＤにおける光電変換により発生する電子をアバランシェ増倍領域へ転送する電界を形成する。オチップレンズ１１１０は、例えば高屈折材料で構成してもよい。例えば、高屈折材料としてアモルファスシリコン、ＳｉＮ等を用いることが可能である。高屈折材料で構成する場合には、赤外光による感度が向上し、位相差画素１１０ｚＬ、位相差画素１１０ｚＲ、及び測定画素１１０ｉのカウントレートが向上し、位相差画素１１０ｚＬ、及び位相差画素１１０ｚＲの集光効率が向上する。

拡散層１１１４は、Ｐ型拡散層、Ｎ型拡散層、ホール蓄積層、ピニング層、および高濃度Ｐ型拡散層により構成される。例えば、このＳＰＡＤでは、Ｐ型拡散層とＮ型拡散層とが接続する領域に形成される空乏層によって、アバランシェ増倍領域が形成される。

メタル配線１１１６は、例えばアバランシェ増倍領域を覆うように、拡散層１１１４よりも広く形成される。メタルパッド１１１８は、ロジック側配線層に形成されているメタルパッドと、それぞれを形成する金属（Ｃｕ）どうしにより電気的および機械的に接合するのに用いられる。画素間分離部１１２０は、隣接するＳＰＡＤどうしの間に形成されるメタル膜および絶縁膜による二重構造によって、それぞれのＳＰＡＤを絶縁して分離する。

＜基板上の配置例＞
図８は、基板１１上に配置されるＴＤＣ１７０とカウンタ１７２の配置例を示す図である。ＴＤＣ１７０は、画素アレイ部１２の左端部に配置されるＴＤＣ１７０ａと、画素アレイ部１２の右端部に配置されるＴＤＣ１７０ｂとを有する。同様にカウンタ１７２は、画素アレイ部１２の左端部に配置されるカウンタ１７２ａと、画素アレイ部１２の右端部に配置されるカウンタ１７２ｂとを有する。このように、回路部１３は、例えば２つのＴＤＣ１７０と、２つのカウンタ１７２を有する。

ＴＤＣ１７０ａは、画素アレイ部１２の左半分の複数のユニット１１ｕに配線され、ＴＤＣ１７０ｂは、画素アレイ部１２の右半分の複数のユニット１１ｕに配線される。同様に、カウンタ１７２ａは、画素アレイ部１２の左半分の複数のユニット１１ｕに配線され、カウンタ１７２ｂは、画素アレイ部１２の右半分の複数のユニット１１ｕに配線される。これにより、配線量を短く構成することが可能となる。

＜制御部の構成例＞
図９は、制御部２０の構成例を示すブロック図である。図９に示すように、制御部２０は、発光制御部２００と、駆動制御部２０２と、第１距離測定部２０４と、第２距離測定部２０６と、総合制御部２０８とを有する。また、第１距離測定部２０４は、ヒストグラム生成部２０４ａと、処理部２０４ｂとを有する。

発光制御部２００は、発光制御信号を赤外光パルスレーザ１４に供給することで、回折光学素子１４ａを介して形成されたドットパターンのパルス光の照射タイミングを制御する。ＴｏＦ法では、発光制御信号の周波数は、例えば、２０［ＭＨｚ］である。なお、発光制御信号の周波数は、２０［ＭＨｚ］に限定するものではなく、５［ＭＨｚ］等であってもよい。また、発光制御信号は、周期信号であれば、矩形波に限定されない。例えば、発光制御信号は、サイン波であってもよい。一方で、複数の位相差画素１１０ｚを用いた計測では、例えばＴｏＦ法での計測前に、例えばパルス光を２０［ＭＨｚ］で数回照射する。なお、照射周期、及び期間は一例であり、これに限定されない。

図１０は、ドットパターンのパルス光が、対象物５０からの戻り光として、画素アレイ部１２の受光面に到達した状態を模式的に示す図である。図１０に示すように、ドットパターンのパルス光は、例えばユニット１１ｕ毎に分散してスポット光１１ｓとして受光される。

駆動制御部２０２は、選択トランジスタ３２１乃至３３０（図３乃至５参照）の選択信号ＸＳＥＬ０乃至３、論理信号３０９－１～３０９－１０などを生成し、各ユニット１１ｕ、ユニット１１６ｕの駆動を制御する。

第１距離測定部２０４は、ヒストグラム生成部２０４ａと、処理部２０４ｂとを有する。ヒストグラム生成部２０４ａは、ＴＤＣ１７０により得られたデジタル値に基づいてヒストグラムを生成する。処理部２０４ｂは、ヒストグラム生成部２０４ａが生成したヒストグラムに基づいて、様々な処理を行う。例えば、処理部２０４ｂは、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ処理、エコー判定、デプス値（距離値）算出処理、ピーク検出処理などを行うことが可能である。処理部２０４ｂが生成した距離イメージ（デプス画像）は、インタフェースを介して出力される。

図１１は、ユニット１１ｕのＴＤＣ１７０の処理例を模式的に示す図である。上述のように、ＳＰＡＤ３３１乃至３３４は、ＴＤＣ１７０に接続され、ＳＰＡＤ３３５、３３６は、カウンタ１７２にそれぞれ接続される。ＴＤＣヒスグラムの横軸は時間を示し、縦軸は頻度を示す。

ＳＰＡＤ３３１乃至３３４それぞれには、光子ｐｈ１乃至ｐｈ７が時系列に入射している例を模式的に示している。ユニット１１ｕは、これの光子ｐｈ１乃至ｐｈ７に応じたパルス信号ＴＯＵＴを生成する。そして、ＴＤＣ１７０では、光子ｐｈ１乃至ｐｈ７に起因して時系列に生成されたパルス信号ＴＯＵＴの入力タイミングと、基準時間ｔ０との差分に比例するデジタル値を生成し、ヒストグラム生成部２０４ａに供給する。

ヒストグラム生成部２０４ａは、デジタル値が入力される度に、そのデジタル値に応じた時間区間の頻度に例えば１を加算する。パルス光が対象部５０に繰り返し照射されることにより、対象部５０までの距離に応じたデジタル値に対応する時間区間の頻度が増加する。

同様に、ユニット１１６ｕのＳＰＡＤ３３７乃至３４０にも赤外光パルスレーザ１４から光子ｐが時系列に導入される。ユニット１１６ｕは、これの光子に応じたパルス信号ＴＯＵＴを生成する。そして、ＴＤＣ１７０では、光子に起因して時系列に生成されたパルス信号ＴＯＵＴの入力タイミングと、基準時間ｔ０との差分に比例するデジタル値を生成し、ヒストグラム生成部２０４ａに供給する。パルス光が繰り返し照射されることにより、パルス光の照射タイミングに応じたデジタル値に対応する時間区間の頻度が増加する。

処理部２０４ｂは、例えばヒストグラム生成部２０４ａがユニット１６６ｕの参照画素１１０ｒに対して生成したヒストグラムの最大頻度に対応する時間を時間ｔ１として生成する。時間ｔ１は、パルス光の照射開始時間とほぼ同等の値となる。

一方で、処理部２０４ｂは、例えばヒストグラム生成部２０４ａが複数の測定画素１１０ｉのそれぞれに対して生成したヒストグラムの最大頻度に対応する時間を例えば時間ｔ２ｎとして生成する。ｎは、各ユニット１１ｕを示す。これにより、処理部２０４ｂは、各ユニット１１ｕで検出される対象物５０までの距離Ｄｎを（ｔ２ｎ－ｔ１）×光速／２として生成する。

図１２は、可視イメージ１１０ａと測距イメージ１１０ｂを模式的に示す図である。測距イメージ１１０ｂの各濃度点Ｃｐは、処理部２０４ｂで演算された距離Ｄｎに対応させた濃度値を有する。このように、処理部２０４ｂは、各ユニット１１ｕで計測されたパルス信号ＴＯＵＴに基づく２次元状の距離値の分布を測距イメージ（デプス画像）１１０ｂとして生成することが可能である。例えば、この測距イメージ１１０ｂは、表示装置２４に制御装置２２を介して表示される。

図１３は、本開示の実施形態に係る位相差検出を説明する図である。同図におけるＡは、対象物５０、レンズ４０および画素アレイ部１２の表面位置と入射光の光路との関係を表す図である。同図において、レンズ４０の左側および右側を通過する光をそれぞれ３０１および３０２により表した。便宜上、光３０１および３０２はレンズ４０の端部を通過する光だけを記載した。同図におけるＡの左、中央および右の図は、それぞれ画素アレイ部１２（の撮像面）にある場合（合焦の状態）、画素アレイ部１２（の撮像面）とは反対の側にある場合（いわゆる後ピン状態）および画素アレイ部１２の側にある場合（いわゆる前ピン状態）を表したものである。

これに対し、同図におけるＢの中央および左の図の場合には、光画像３０３および３０４がずれた形状となる。この画像のずれが位相差を表す。同図におけるＢの中央の図の後ピン状態の場合には光画像３０３および３０４がそれぞれ左および右にずれた画像となる。同図におけるＢの左の図の後ピン状態の場合には光画像３０３および３０４が逆の方向にずれた画像となる。

図１４は、画素アレイ部１２の横一軸上の位相差画素１１０ｚＬ，ｚＲの位置とカウンタ値を示す図である。横軸は、位相差画素１１０ｚＬと、位相差画素１１０ｚＲとの位置に対応する。縦軸は、カウンタ１７２のカウント値である。すなわち、信号値Ｌ２０は、位相差画素１１０ｚＬのパルス信号ＴＯＵＴに基づいた光子の個数に対応する。一方で、信号値Ｒ２０は、位相差画素１１０ｚＲのパルス信号ＴＯＵＴに基づいた光子の個数に対応する。

位相差は、信号値Ｌ２０又は信号値Ｒ２０を水平方向にシフトさせた時に、信号値Ｌ２０と信号値Ｒ２０の差分値の総和が最小となるシフト量に対応する。

再び図９に示すように、第２距離測定部２０６は、各ユニット１１ｕのパルス信号ＴＯＵＴに基づき、シフト量を演算する。そして、第２距離測定部２０６は、シフト量に基づき、対象物５０までの距離を演算する。シフト量は、対象物５０までの距離に対応するので、ＴＯＦ法よりも精度は低下するが距離を測定可能となる。このように、本実施形態では、ＳＰＡＤ３３５、３３６を用いることにより、光子レベルの光量を用いて、対象物５０までの距離を測定可能となる。

第２距離測定部２０６は、信号値Ｌ２０と信号値Ｒ２０の差分値の総和が最小となるシフト量を演算するため、第２距離測定部２０６は、ノイズを含む環境光や、意図的な妨害光に対する影響がＴＯＦ法よりも抑制される。

図１５は、妨害光の例を模式的に示す図である。Ａ図が未攻撃の状態を模式的に示し、Ｂ図が意図的な妨害光を受けている攻撃時を模式的に示す図である。攻撃回路１０００は、パルス光と同等の波長帯域のパルス光を対象物５０に出射する。

図１６は、図１５の未攻撃時の参照画素１１０ｒのヒストグラムと測定画素１１０ｉのヒストグラム例を示す図である。Ａ図は、ヒストグラム生成部２０４ａが参照画素１１０ｒの出力信号に基づき生成したヒストグラムを示し、Ｂ図は、ヒストグラム生成部２０４ａが測定画素１１０ｉの出力信号に基づき生成したヒストグラムを示す。参照画素のヒストグラムのピーク時点と、測定画素のヒストグラムのピーク時点の差分の時間が対象物５０までの真の距離Ｒに対応する。

図１７は、図１５の攻撃時の参照画素１１０ｒのヒストグラムと測定画素１１０ｉのヒストグラムを示す図である。Ａ図は、ヒストグラム生成部２０４ａが参照画素１１０ｒの出力信号に基づき生成したヒストグラムを示し、Ｂ図は、ヒストグラム生成部２０４ａが測定画素１１０ｉの出力信号に基づき生成したヒストグラムを示す。測定画素のヒストグラムには、妨害光に起因するパルス信号ＤＯＵＴが含まれてしまい、測定画素のヒストグラムのピークがずれてしまっている。参照画素のヒストグラムのピーク時点と、測定画素のヒストグラムのピーク時点の差分の時間が偽対象物５０ｆまでの距離Ｒｆに対応してしまう。

このように、ＴＯＦ法では、光子の入射タイミングをデジタル値に変換するため、攻撃回路１０００のパルス光の入射タイミングにより誤信号を生成してしまい、対象物５０の位置を、例えば対象物５０ｆの位置に誤測定してしまう。これから分かるように、ＴＯＦ法での測定精度は、位相差法による測定精度よりも高いが、攻撃光又は環境光による影響が受けやすくなってしまう。

図１８は、妨害光を受けたときの画素アレイ部１２の横一軸上の位相差画素１１０ｚＬ，ｚＲの位置とカウンタ値を示す図である。横軸は、位相差画素１１０ｚＬと、位相差画素１１０ｚＲとの位置に対応する。縦軸は、カウンタ１７２のカウント値である。すなわち、信号値Ｌ２０ａは、位相差画素１１０ｚＬのパルス信号ＴＯＵＴに基づいた光子の個数に対応する。一方で、信号値Ｒ２０ａは、位相差画素１１０ｚＲのパルス信号ＴＯＵＴに基づいた光子の個数に対応する。位相差は、信号値Ｌ２０ａ又は信号値Ｒ２０ａを水平方向にシフトさせた時に、信号値Ｌ２０ａと信号値Ｒ２０ａの差分値の総和が最小となるシフト量に対応する。

このように、妨害光を受けても、位相差画素１１０ｚＬと、位相差画素１１０ｚＲとのカウンタ値は、妨害光に起因する光子によるカウント値がオフセットとして増加するだけである。このため、妨害光を受けてもシフト量への影響は抑制される。このように、位相差画素１１０ｚＬと、位相差画素１１０ｚＲとを用いる位相差法では、攻撃回路１０００のパルス光が対象物５０に照射されても、信号値Ｌ２０ａと信号値Ｒ２０ａとが同程度増加するだけであるので、シフト量への影響は抑制され、攻撃回路１０００のパルス光、及び環境光の影響が抑制される。

＜制御装置の制御例＞
図１９は、総合制御部２０８の制御例を示すタイミングチャートである。横軸は時間を示す。Ａ図の縦軸は、総合制御部２０８の制御にしたがって、発光制御部２００が生成する発光制御信号、駆動制御部２０２が生成する選択信号ＸＳＥＬ２、選択信号ＸＳＥＬ３、選択信号ＸＳＥＬ０、選択信号ＸＳＥＬ１を示す。これらの信号は、ハイレベルが駆動状態をしめす。

Ｂ図は、画素アレイ部１２に入射する光子を模式的に示している。すなわち、攻撃光、或いは環境光により生じる光子と、２回目の測定光により生じる光子を模式的に示している。

図２０は、総合制御部２０８の制御例を示すフローチャートである。図１９を参照にしつつ総合制御部２０８の制御例を説明する。

図１９に示すように総合制御部２０８は、位相差信号の測定用に発光制御信号を一回目のハイレベル信号にし、赤外光パルスレーザ１４に測定パルス光を発光させる（ステップＳ１００）。

続けて、総合制御部２０８は、１回目の測定パルスを発光するタイミングに応じて、位相差画素１１０ｚＬと、位相差画素１１０ｚＲを駆動する選択信号ＸＳＥＬ２、及び選択信号ＸＳＥＬ３をハイレベルにし、位相差画素１１０ｚＬと、位相差画素１１０ｚＲを駆動し、位相差信号を測定する（ステップＳ１０２）。選択信号ＸＳＥＬ２、及び選択信号ＸＳＥＬ３をハイレベルにする第１測定期間の範囲は、対象物５０までの予め定められている測定距離範囲に応じて設定することが可能である。

次に、第２距離測定部２０６は、ユニット１１ｕ毎の位相差画素１１０ｚＬ、ｚＲのパルス信号ＣＯＵＴに基づき、シフト量を演算し、対象物５０までの各第１距離を生成する（ステップＳ１０４）。上述のように、位相差法による距離値は、攻撃光、環境光などの影響を抑制した状態で生成される。

次に、総合制御部２０８は、第２距離測定部２０６が生成した第１距離に基づき、２回目の発光制御信号をハイレベルにする期間、及び選択信号ＸＳＥＬ０をハイレベルにする期間を制御する。これにより、２回目の測定パルスが発光する（ステップＳ１０６）。

そして、総合制御部２０８は、２回目の測定パルスが発光するタイミングに応じて、参照画素１１０ｒを駆動する選択信号ＸＳＥＬ０をハイレベルにし、参照光の信号を測定する（ステップＳ１０８）。同様に、合制御部２０８は、２回目の測定パルスが発光するタイミングに応じて、測定画素１１０ｉを駆動する選択信号ＸＳＥＬ１をハイレベルにし、測定光の信号を測定する（ステップＳ１１０）。このように、総合制御部２０８は、対象物５０から反射して戻ってる光子の測定時間の範囲を位相差法による第１距離値に対応する第２測定期間に設定する。

次に、第１距離測定部２０４のヒストグラム生成部２０４ａは、選択信号ＸＳＥＬ０がハイレベルの期間に、デジタル値が入力される度に、そのデジタル値に応じた時間区間の頻度に例えば１を加算し、参照画素１１０ｒ出力に応じたヒストグラムを生成する。処理部２０４ｂは、例えばヒストグラム生成部２０４ａが参照画素１１０ｒに対して生成したヒストグラムの最大頻度に対応する時間を時間ｔ１として生成する。

同様に、第２距離測定部２０６のヒストグラム生成部２０４ａは、選択信号ＸＳＥＬ１がハイレベルの期間に、デジタル値が入力される度に、そのデジタル値に応じた時間区間の頻度に例えば１を加算し、複数の測定画素１１０ｉのそれぞれに対応するヒストグラムを生成する。そして、処理部２０４ｂは、ヒストグラム生成部２０４ａが複数の測定画素１１０ｉのそれぞれに対して生成したヒストグラムの最大頻度に対応する時間を例えば時間ｔ２ｎとして生成する。これにより、処理部２０４ｂは、各ユニット１１ｕで検出される対象物５０までの距離Ｄｎを（ｔ２ｎ－ｔ１）×光速／２として生成する（ステップＳ１１２）。

上述のように、総合制御部２０８は、対象物５０から反射して戻ってる光子の第２測定期間を位相差法による第１距離値に対応させて設定する。図１９のＢ図に示すように、測定画素１１０ｉが駆動される第２測定期間にも、攻撃光又は環境光に起因する光子も画素アレイ部１２に入射する。しかしながら、測定期間に入射する攻撃光は、例えば第２測定期間外に高密度に入射され、環境光により光子は、ランダムに入射される。

一方で、第２測定期間に入射する測定光に起因する光子は、対象物５０の位置に対応する時間を中心として光子の密度が増加する。このため、ヒストグラム生成部２０４ａが生成するヒストグラムのピークは、測定光に起因する光子の影響が支配的になる。このように、位相差法による第１距離値に対応する第２測定期間を設定することにより、ＴＯＦ法での測定精度の低下を抑制できる。これらから分かるように、攻撃光などが無い場合の測定精度は位相法よりもＴＯＦ法の測定精度がより高いので、攻撃光がある場合でも、位相法よりも高い測定精度の測定距離値を得ることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る測距システム１は、総合制御部２０８が、対象物５０から反射して戻ってくる光子の第２測定期間を位相差法による第１距離値に対応させて設定することとした。これにより、攻撃光又は環境光による影響が抑制される第１距離値により第２測定期間が設定されるので、ＴＯＦ法での第２測定期間外の攻撃光又は環境光による影響が抑制され、攻撃光などがある場合でのＴＯＦ法による距離測定の低下が抑制される。

（第１実施形態の変形例１）
第１実施形態の変形例１に係る測距システム１は、画素アレイ部１２に形成されるＳＰＡＤ３３１、３３２、３３５、３３６において、反射防止部（モスアイ）１１２２を設けた点で、第１実施形態に係る測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図２１Ａは、ＳＰＡＤの断面を簡略化した模式図である。図２１Ａに示すように、Ｎウェル１１１２では、可視光はほとんど吸収される。一方で、赤外光の約半分は、反射されてしまう。そこで、本実施形態に係るＳＰＡＤでは、反射防止部（モスアイ）１１２２を設けることとした。

図２１Ｂは、反射防止部（モスアイ）１１２２を設けたＳＰＡＤ３３１、３３２、３３５、３３６の断面を示す模式図である。図２１に示すように、第１実施形態の変形例１に係るＳＰＡＤ３３１、３３２、３３５、３３６では、光が入射する側の表面（板面）に、微細な突起による反射防止構造、いわゆるモスアイ構造を有する。反射防止部１１２２は、反射防止に加え、回折により実効光路長を長くする。このように、光電変換素子側の表面に所定のピッチで配列される凹凸構造部である反射防止部（モスアイ）１１２２を構成する。なお、ＳＰＡＤ３３３、３３４もＳＰＡＤ３３１、３３２、と同様の構成である。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＳＰＡＤ３３１、３３２、３３５、３３６に入った光を反射防止部（モスアイ）１１２２により、Ｎウェル１１１２と内で往復させ、ＳＰＡＤ３３１、３３２、３３５、３３６の感度を向上させることができる。

（第１実施形態の変形例２）
第１実施形態の変形例２に係る測距システム１は、画素アレイ部１２に形成されるＳＰＡＤ３３１、３３２、３３５、３３６において、拡散層１１１４の位置をオンチップレンズ１１１０、及び絞りＷＬ、ＷＲのいずれかの位置に応じて変更する点で、第１実施形態に係る測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図２２は、拡散層１１１４の位置をオンチップレンズ１１１０、及び絞りＷＬ、ＷＲのいずれかの位置に応じて変更したＳＰＡＤ３３１、３３２、３３５、３３６の断面を示す模式図である。図２２に示すように、ＳＰＡＤ３３５では、絞りＷＬの無い側に、拡散層１１１４を配置することにより、より感度を上げることが可能である。同様に、ＳＰＡＤ３３６では、絞りＷＲの無い側に、拡散層１１１４を配置することにより、より感度を上げることが可能である。

各ＳＰＡＤ３３１、３３２は、画素アレイ部１２上での配置位置と、レンズ４０の光軸との関係で焦点位置が配置位置に応じて変動する。このため、本変形例に係るＳＰＡＤ３３１、３３２は、オンチップレンズ１１１０の焦点位置に合わせて、拡散層１１１４を配置している。すなわち、拡散層１１１４をンチップレンズ１１１０の主光軸の位置に合わせて配置する。これにより、所謂瞳補正の効果を有することとなり、ＳＰＡＤ３３１、３３２の感度を上げることが可能である。なお、ＳＰＡＤ３３３、３３４、もＳＰＡＤ３３１、３３２、と同様の構成である。

（第１実施形態の変形例３）
第１実施形態の変形例３に係る測距システム１は、画素アレイ部１２に形成される回路部１３を２層に積層化した点で、第１実施形態に係る測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図２３は、画素アレイ部１２の構成例を示す模式図である。図２３に示すように、第１基板１１ａには画素アレイ部１２が構成され、第２基板１１ｂには各画素１１０ｒ、１１０ｉ、１１０ｚＲ、１１０ｚＬのインバータ３１２と、ＴＤＣ１７０ａ、ｂと、カウンタ１７２ａ、ｂと、を配置する。これにより、受光装置１０の上面面積を縮小可能となり、受光装置１０をより小型化可能となる。

（第１実施形態の変形例４）
第１実施形態の変形例４に係る測距システム１は、画素アレイ部１２に形成される回路部１３を３層に積層化した点で、第１実施形態に係る測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図２４は、第１実施形態の変形例４に係る画素アレイ部１２の構成例を示す模式図である。図２４に示すように、第１基板１１ｃには画素アレイ部１２が構成され、第２基板１１ｄには各画素１１０ｒ、１１０ｉ、１１０ｚＲ、１１０ｚＬのインバータ３１２が構成され、第３基板１１ｅには、ＴＤＣ１７０と、カウンタ１７２と、を配置する。また、画素アレイ部１２の各ユニット１１ｕに対応するＴＤＣ１７０を、各ユニット１１ｕの直下に配置する。同様に、画素アレイ部１２の各ユニット１１ｕに対応するカウンタ１７２を、各ユニット１１ｕの直下に配置する。これにより、受光装置１０の配線距離を更に短縮できると共に、上面面積を更に縮小可能となり、受光装置１０をより小型化可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る測距システム１は、第２距離測定部２０６が生成した位相差法による第１距離値に基づき、ＴＯＦ法の測定に用いる測定光の光量を更に変更可能である点で、第１実施形態に係る測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図２５は、位相差法による距離値に応じて光量を変更する例を模式的に示す図である。図２５のＡ図は、近距離の例であり、Ｂ図は、Ａ図よりも距離の遠い遠距離の例である。

図２６は、第２実施形態に係る総合制御部２０８の制御例を示すフローチャートである。図２０で示した第２実施形態に係る総合制御部２０８の制御例を示すフローチャートと、ステップＳ２００において赤外光パルスレーザ１４の光量を設定する点で相違する。

すなわち、総合制御部２０８は、ステップＳ２００において、第２距離測定部２０６が生成した位相差法による第１距離値に応じて、外光パルスレーザ１４の光量を設定する。総合制御部２０８は、例えば距離値と光量を対応させたテーブルを記憶しており、そのテーブルを参照して光量を設定する。

以上説明したように本実施形態によれば、総合制御部２０８は、対象物５０から反射して戻ってる光子の第２測定期間、及びパルスレーザ１４の光量を位相差法による第１距離値に対応させて設定することとした。これにより、攻撃光又は環境光による影響が抑制される第１距離値により第２測定期間が設定されるとともに、対象物５０から反射して戻ってる光子の量の距離変動を抑制できるので、ＴＯＦ法での測定精度の低下がより抑制される。

（第３実施形態）
第１実施形態の測距システム１に係る位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲは、出力値をカウンタ１７２でカウント値として生成していたのに対し、第３実施形態に係る測距システム１に係る位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲは、出力値をＴＤＣ１７０に出力し、ＴＤＣ１７０を用いてカウント値を生成する点で、第１実施形態に係る測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図２７は、第３実施形態に係る制御部２０の構成例を示すブロック図である。図２７に示すように、第３実施形態に係る制御部２０は、第３距離測定部２１０を更に有する。第３距離測定部２１０は、ヒストグラム生成部２１０ａと処理部２１０ｂとを有する。第３距離測定部２１０の処理の詳細は後述する。

図２８は、第３実施形態に係るユニット１１ｕの処理例を模式的に示す図である。上述のように、ＳＰＡＤ３３１乃至３３４（図３参照）は、ＴＤＣ１７０に接続され、第３実施形態に係るＳＰＡＤ３３５、３３６は、ＴＤＣ１７０にそれぞれ接続される点で、第１実施形態に係るＳＰＡＤ３３５、３３６と相違する。

ＳＰＡＤ３３５、３３６それぞれには、光子ｐｈ８乃至ｐｈ１１が時系列に入射している例を模式的に示している。ユニット１１ｕのＳＰＡＤ３３５を有する位相差画素１１０ｚＬ、ＳＰＡＤ３３６を有する位相差画素１１０ｚＲそれぞれは、これらの光子ｐｈ８乃至ｐｈ１０に応じたパルス信号ＴＯＵＴを生成する。そして、ＳＰＡＤ３３５に対応するＴＤＣ１７０では、光子ｐｈ８乃至ｐｈ９に起因して時系列に生成されたパルス信号ＴＯＵＴの入力タイミングと、基準時間ｔ０との差分に比例するデジタル値を生成し、ヒストグラム生成部２１０ａに供給する。同様に、ＰＡＤ３３６に対応するＴＤＣ１７０では、光子ｐｈ１０乃至ｐｈ１１に起因して時系列に生成されたパルス信号ＴＯＵＴの入力タイミングと、基準時間ｔ０との差分に比例するデジタル値を生成し、ヒストグラム生成部２１０ａに供給する。

ヒストグラム生成部２１０ａは、デジタル値が入力される度に、そのデジタル値に応じた時間区間の頻度に例えば１を加算する。パルス光が対象部５０に繰り返し照射されることにより、対象部５０までの距離に応じたデジタル値に対応する時間区間の頻度が増加する。

図２９は、ヒストグラム生成部２１０ａが生成した位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲそれぞれの出力に対応するヒストグラムを示す図である。図Ａが位相差画素１１０ｚＬに対応するヒストグラムであり、図Ｂが位相差画素１１０ｚＲに対応するヒストグラムである。

処理部２１０ｂは、例えばヒストグラム生成部２１０ａが生成したヒストグラムを積算した積算値をカウンタ値として生成する。つまり、積算値は、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲそれぞれに到達した光子の数に比例する。換言すると、処理部２１０ｂは、ＴＤＣ１７０が生成するパルス信号ＴＯＵＴの数を積算して、カウンタ値として生成している。

この処理部２１０ｂは、図１４に示したように、列状に配置された各位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲそれぞれに対応するカウンタ値に基づき、シフト量を演算する。そして、処理部２１０ｂは、シフト量に基づき、対象物５０までの距離を演算する。シフト量は、対象物５０までの距離に対応するので、ＴＯＦ法よりも精度は低下するが、攻撃光、環境光の影響を抑制しつつ距離を測定可能となる。

以上説明したように本実施形態によれば、ＳＰＡＤ３３５、３３６をＴＤＣ１７０にそれぞれ接続し、第３距離測定部２１０は、ＴＤＣ１７０が生成するパルス信号ＴＯＵＴの数を積算することによりカウンタ値を生成し、距離値を演算することとした。これにより、第１実施形態乃至第２実施形態の測距システム１と同等の効果に加え、カウンタ１７２を用いずにＴＤＣ１７０により同等の処理効果を得ることが可能となる。このため、ＴＤＣ１７０のみで測距システム１を構成可能となる。

（第４実施形態）
第１実施形態の測距システム１は、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲによる距離測定をした後に測定画素１１０ｉによる距離測定をしていたのに対し、第４実施形態に係る測距システム１では、ユニットＵ１１毎の位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ、及び測定画素１１０ｉによる距離測定を並行して行う点で、第１実施形態に係る測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図３０は、第４実施形態に係る位相差検出を説明する図である。同図におけるＡは、対象物５０、レンズ４０および画素アレイ部１２の表面位置と入射光の光路との関係を表す図である。同図において、レンズ４０の左側および右側を通過する光をそれぞれ３０１および３０２により表した。便宜上、光３０１および３０２はレンズ４０の端部を通過する光だけを記載した。オンチップレンズ１１１０（図７参照）により、光３０１は実際にはオンチップレンズ１１１０右側を通過し、光３０２は実際にはオンチップレンズ１１１０左側を通過する。このため、遮蔽部ＷＲの位置を図７とは反対側に模式的に記載している。

同図の－（マイナス）位置は、焦点位置が画素アレイ部１２（の撮像面）とは反対の側にある、いわゆる後ピン状態を示す。また、同図の０位置は、合焦の状態を示す。さらにまた、同図の＋（プラス）位置は、焦点位置が画素アレイ部１２（の撮像面）側にある、いわゆる前ピン状態を示す。

図３１は、対となるの位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの焦点位置と、出力値の関係を示す図である。横軸は、焦点位置を０、－位置を後ピン状態、＋位置を前ピン状態とする。

また、位相差画素１１０ｚＬの出力値をＬ２０ａとし、位相差画素１１０ｚＲの出力値をＲ２０ａとする。すなわち、出力値Ｌ２０ａは、位相差画素１１０ｚＬに対応するカウンタ１７２のカウント値である。同様に、出力値Ｒ２０ａは、位相差画素１１０ｚＲに対応するカウンタ１７２のカウント値である。図３１に示すように、Ｌ２０ａとＲ２０ａとの値は、後ピン状態、及び前ピン状態の度合により変化する。

再び図９に示すように、第２距離測定部２０６は、各ユニット１１ｕの位相差画素１１０ｚＬの出力値をＬ２０ａとし、位相差画素１１０ｚＲの出力値をＲ２０ａとし、出力値Ｌ２０ａ、Ｒ２０ａに基づき、差分値Ｄ２０を演算する。そして、第２距離測定部２０６は、差分値Ｄ２０に基づき、対象物５０までの距離をユニット１１毎に演算する。差分値Ｄ２０は、対象物５０までの距離に対応するので、ＴＯＦ法よりも精度は低下するが距離を測定可能となる。このように、本実施形態では、ＡＳＰＡＤ３３５、３３６を用いることにより、光子レベルの光量を用いて、対象物５０までの距離を各ユニット１１ｕ毎に測定可能となる。

図３２は、妨害光を受けたときの位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの焦点位置と、出力値の関係を示す図である。横軸は、焦点位置を０、－位置を後ピン状態、＋位置を前ピン状態とする。

また、位相差画素１１０ｚＬの出力値をＬ２０ａとし、位相差画素１１０ｚＲの出力値をＲ２０ａとする。すなわち、出力値Ｌ２０ａは、位相差画素１１０ｚＬに対応するカウンタ１７２のカウント値である。同様に、出力値Ｒ２０ａは、位相差画素１１０ｚＲに対応するカウンタ１７２のカウント値である。

一方で、妨害光を受けても、位相差画素１１０ｚＬと、位相差画素１１０ｚＲとのカウンタ値は、妨害光に起因する光子数に起因するオフセットが増加するだけである。このため、妨害光を受けても差分値Ｄ２０への影響は抑制される。このように、位相差画素１１０ｚＬと、位相差画素１１０ｚＲとを用いる位相差法では、攻撃回路１０００のパルス光が対象物５０に照射されても、信号値Ｌ２０ａと信号値Ｒ２０ａとが同程度増加するだけであるので、攻撃回路１０００のパルス光、環境光などの影響が抑制される。

図３３は、第４実施形態に係る総合制御部２０８の制御例を示すタイミングチャートである。横軸は時間を示す。Ａ図の縦軸は、総合制御部２０８の制御にしたがって、発光制御部２００が生成する発光制御信号、駆動制御部２０２が生成する選択信号ＸＳＥＬ２、選択信号ＸＳＥＬ３、選択信号ＸＳＥＬ０、選択信号ＸＳＥＬ１を示す。これらの信号は、ハイレベルが駆動状態をしめす。

Ｂ図は、画素アレイ部１２に入射する光子を模式的に示している。すなわち、攻撃光、或いは環境光により生じる光子と、２回目の測定光により生じる光子を模式的に示している。

図３４は、第４実施形態に係る総合制御部２０８の制御例を示すフローチャートである。図３３を参照にしつつ第４実施形態に係る総合制御部２０８の制御例を説明する。

図３３に示すように総合制御部２０８は、発光制御信号をハイレベル信号にし、赤外光パルスレーザ１４に測定パルス光を発光させる（ステップＳ３００）。

（位相画素側の駆動）
続けて、総合制御部２０８は、測定パルスを発光するタイミングに応じて、位相差画素１１０ｚＬと、位相差画素１１０ｚＲを駆動する選択信号ＸＳＥＬ２、及び選択信号ＸＳＥＬ３をハイレベルにし、位相差画素１１０ｚＬと、位相差画素１１０ｚＲを駆動し、位相差信号をユニットｕ毎に測定する（ステップＳ３０２）。選択信号ＸＳＥＬ２、及び選択信号ＸＳＥＬ３をハイレベルにする範囲は、対象物５０までの予め定められている測定距離範囲に応じて設定することが可能である。

次に、第２距離測定部２０６は、各ユニット１１ｕのパルス信号ＣＯＵＴに基づき、ユニット１１ｕ毎に差分値Ｄ２０を演算し、対象物５０までのユニット１１ｕ毎の第１距離値を生成する（ステップＳ３０４）。上述のように、距離値は、攻撃光などの影響を抑制した状態で生成される。

（測定画素側の駆動）
総合制御部２０８は、測定パルスが発光するタイミングに応じて、参照画素１１０ｒを駆動する選択信号ＸＳＥＬ０をハイレベルにし、参照光の信号を測定する（ステップＳ３０６）。続けて、第１距離測定部２０４のヒストグラム生成部２０４ａは、選択信号ＸＳＥＬ０がハイレベルの期間に、デジタル値が入力される度に、そのデジタル値に応じた時間区間の頻度に例えば１を加算し、参照画素１１０ｒ出力に応じたヒストグラムを生成する。処理部２０４ｂは、例えばヒストグラム生成部２０４ａが参照画素１１０ｒに対して生成したヒストグラムの最大頻度に対応する時間を時間ｔ１として生成する。

同様に、総合制御部２０８は、測定パルスが発光するタイミングに応じて、各測定画素１１０ｉを駆動する選択信号ＸＳＥＬ１をハイレベルにし、測定光の信号を測定する（ステップＳ３０８）。続けて、第１距離測定部２０４のヒストグラム生成部２０４ａは、選択信号ＸＳＥＬ１がハイレベルの期間に、デジタル値が入力される度に、そのデジタル値に応じた時間区間の頻度に例えば１を加算し、複数の測定画素１１０ｉのそれぞれに対応するヒストグラムを生成する。そして、処理部２０４ｂは、ヒストグラム生成部２０４ａが複数の測定画素１１０ｉのそれぞれに対して生成したヒストグラムの最大頻度に対応する時間を例えば時間ｔ２ｎとして生成する。これにより、処理部２０４ｂは、各ユニット１１ｕで検出される対象物５０までの距離Ｄｎを（ｔ２ｎ－ｔ１）×光速／２として生成する（ステップＳ３１０）。

上述のように、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの距離測定値は、測定精度が測定画素１１０ｉよりも低くなるが、攻撃光、及び環境光の影響が抑制される。一方で。測定画素１１０ｉの距離測定値は、測定精度が位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの距離測定値よりも高く、攻撃光、及び環境光の影響を受けやすい傾向を有する。

そこで、総合制御部２０８は、ユニット１１ｕ毎の測定画素１１０ｉの距離測定値が位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの距離測定値の所定の範囲内であれば、測定画素１１０ｉの距離測定値を選択する。一方で、測定画素１１０ｉの距離測定値が位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの距離測定値が所定の範囲内でない場合には、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの距離測定値を選択する（ステップＳ３１２）。例えば、所定値の範囲を測位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの距離測定値の９０パーセント以上１１０パーセントの範囲とする。

以上説明したように、本実施形態によれば、ユニットｕ１１毎の位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ、及び係る測定画素１１０ｉによる距離測定を並行して行い、ユニットｕ１１毎の第１距離値に基づく第２距離値の値に応じて、妨害光などを受けている場合には、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの第１距離値を選択し、妨害光などを受けていない場合には、測定画素１１０ｉの第２距離値を選択することとした。これにより、測定時間を短縮できると共に、妨害光などを受けている場合には位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲによる距離測定値を選択することにより、妨害光の影響が抑制され、妨害光などを受けていない場合には、測定画素１１０ｉの距離測定値を選択することにより、より高精度な距離測定値を生成可能となる。

（第５実施形態）
第４実施形態に係る測距システム１では、ユニットＵ１１毎の位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ、及び測定画素１１０ｉによる距離測定を並行して行っていたのに対し、第５実施形態に係る測距システム１は、ユニットＵ１１毎に位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲによる距離測定をした後にユニットＵ１１毎の測定画素１１０ｉによる距離測定を行う点で、第４実施形態に係る測距システム１と相違する。以下では第５実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図３５は、第５実施形態に係る総合制御部２０８の制御例を示すフローチャートである。図３５に示すように総合制御部２０８は、（ステップＳ３００）～（ステップＳ３０４）を図３４と同様に行う。

続けて、総合制御部２０８は、２回目の発光制御信号をハイレベルにする期間、選択信号ＸＳＥＬ０を設定し、ユニット１１ｕ毎の第１距離値に応じてユニット１１ｕ毎の選択信号ＸＳＥＬ１をハイレベルにする第２測定期間を設定する（ステップＳ４００）。

次に、総合制御部２０８は、２回目の測定パルスが発光するタイミングに応じて、参照画素１１０ｒを駆動する選択信号ＸＳＥＬ０をハイレベルにし、参照光の信号を測定する（ステップＳ４０４）。続けて、第１距離測定部２０４のヒストグラム生成部２０４ａは、選択信号ＸＳＥＬ０がハイレベルの期間に、デジタル値が入力される度に、そのデジタル値に応じた時間区間の頻度に例えば１を加算し、参照画素１１０ｒ出力に応じたヒストグラムを生成する。処理部２０４ｂは、例えばヒストグラム生成部２０４ａが参照画素１１０ｒに対して生成したヒストグラムの最大頻度に対応する時間を時間ｔ１として生成する。

次に、総合制御部２０８は、２回目の測定パルスが発光するタイミングに応じて、各測定画素１１０ｉを駆動する選択信号ＸＳＥＬ１を、測定画素１１０ｉ毎の第２測定期間に応じてハイレベルにし、測定光の信号を測定する（ステップＳ４０６）。このように、総合制御部２０８は、対象物５０から反射して戻ってる光子の測定時間の範囲をユニット１１ｕ毎に、位相差法によるユニット１１ｕ毎の第１距離値に対応する第２測定期間に設定する。

次に、第１距離測定部２０４のヒストグラム生成部２０４ａは、選択信号ＸＳＥＬ０がハイレベルの期間に、デジタル値が入力される度に、そのデジタル値に応じた時間区間の頻度に例えば１を加算し、参照画素１１０ｒ出力に応じたユニット１１ｕ毎のヒストグラムを生成する。処理部２０４ｂは、例えばヒストグラム生成部２０４ａが参照画素１１０ｒに対して生成したヒストグラム毎の最大頻度に対応する時間を時間ｔ１として生成する。

そして、処理部２０４ｂは、ヒストグラム生成部２０４ａが複数の測定画素１１０ｉのそれぞれに対して生成したヒストグラムの最大頻度に対応する時間を例えば時間ｔ２ｎとして生成する。これにより、処理部２０４ｂは、各ユニット１１ｕで検出される対象物５０までの距離Ｄｎを（ｔ２ｎ－ｔ１）×光速／２として生成する（ステップＳ４０８）。

以上説明したように、本実施形態に係る測距システム１は、総合制御部２０８が、対象物５０から反射して戻ってくる光子の測定期間を位相差法により測定されたユニット１１ｕ毎の第１距離値に対応させて、ユニット１１ｕ毎に設定することとした。これにより、攻撃光又は環境光による影響が抑制されるユニット１１ｕ毎の第１距離値により、ユニット１１ｕ毎の第２測定期間が設定されるので、ＴＯＦ法での第２測定期間外の攻撃光又は環境光による影響が抑制され、ユニット１１ｕ毎のＴＯＦ法での測定精度の低下が抑制される。

（第６実施形態）
第６実施形態に係る測距システム１では位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ用の赤外光パルスレーザ１６を、更に備える点で第１実施形態の測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図３６は、第６実施形態に係る測距システム１の概略構成例を模式的に示すブロック図である。図３６に示すように、第６実施形態に係る測距システム１は、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ用の赤外光パルスレーザ１６と回折光学素子１６ａ（ＤＯＥ）とを更に備える点で第１実施形態に係る測距システム１と相違する。

赤外光パルスレーザ１６は、基板１１に搭載される。赤外光パルスレーザ１６は、例えば、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ＬＡＳＥＲ）光源を用いて形成されている。また、赤外光パルスレーザ１６の照射側に回折光学素子１６ａ（ＤＯＥ）を配置することにより、例えば１００点の行列状に配置されるスポット光のドットパターンを、対象物５０に照射可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ用の赤外光パルスレーザ１６を更に備えることとした。これにより、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ用の計測と、測定画素１１０ｉ用の計測を独立した光源により行うことが可能となる。

（第７実施形態）
第７実施形態に係る測距システム１では位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲと、参照画素１１０ｒ、及び測定画素１１０ｉとを異なるチップとして構成する点で第１実施形態の測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図３７Ａは、第７実施形態に係る測距システム１の概略構成例を模式的に示すブロック図である。図３７に示すように、第７実施形態に係る測距システム１は、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲと、参照画素１１０ｒ、及び測定画素１１０ｉとを異なるチップとして構成する。

図３７Ｂは、比較例に係る測距システム１の概略構成例を模式的に示すブロック図である。図３７Ｂに示すように、比較例に係る測距システム１は、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲのチップが、参照画素１１０ｒのチップ、と赤外光パルスレーザ１４の間に配置されている。このため、比較例では、赤外光パルスレーザ１４からの迷光が位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲのチップに入射しやすくなってしまう。これに対して本実施形態に係る画素アレイ部１２は、参照画素１１０ｒのチップと、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲのチップとの間に赤外光パルスレーザ１４が配置されるので、迷光が抑制される。

以上説明したように、本実施形態によれば、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲと、参照画素１１０ｒ、及び測定画素１１０ｉとを異なるチップとして構成することとした。これにより、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲと、参照画素１１０ｒ、及び測定画素１１０ｉとの回路構成を異ならすことが容易となり、設計の自由度がより向上する。

（第８実施形態）
第８実施形態に係る測距システム１では位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ、及び参照画素１１０ｒをそれぞれを一つのＳＰＡＤ毎に構成する点で、第１実施形態の測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図３８は、第８実施形態に係る画素アレイ部１２に配置される複数の位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ、及び複数の測定画素１１０ｉの構成例を示す図である。図３８に示すように、複数の位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ、及び複数の参照測定画素１１０ｉのそれぞれは、一つのＳＰＡＤで構成される。位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの中間部には絞りＷＬ、ＷＲが構成される。

これにより、参照測定画素１１０ｉの解像度をより上げることが可能となる。

（第９実施形態）
第９実施形態に係る測距システム１では位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲを一つのチップで構成し、測定画素１１０ｉを別の一つのチップで構成する点で、第１実施形態の測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

図３９乃至図４１は、画素アレイ部１２に配置に配置されるチップ１１０ｚｃｈ、及びチップ１１０ｉｃｈと、赤外光パルスレーザ１４との位置関係を模式的に示す図である。半導体素子のチップ１１０ｚｃｈには、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲが構成され、半導体素子のチップ１１０ｉｃｈには測定画素１１０ｉが配置される。なお、各チップを円形で模式的に示すが、各チップ内の画素は、方形の行列状に配置される。

図３９は、チップ１１０ｚｃｈとチップ１１０ｉｃｈとを縦長に配置し、赤外光パルスレーザ１４をチップ１１０ｉｃｈにより近づけた逆Ｌ字構造の例を示す図である。このような構成では、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲへの赤外光パルスレーザ１４からの迷光が抑制される。

図４０は、チップ１１０ｚｃｈとチップ１１０ｉｃｈと斜めに配置し、赤外光パルスレーザ１４をチップ１１０ｉｃｈにより近づけた斜めＬ字構造の例を示す図である。このような構成では、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲへの赤外光パルスレーザ１４からの迷光が抑制される。

図４１は、チップ１１０ｚｃｈとチップ１１０ｉｃｈとを水平に配置し、赤外光パルスレーザ１４をチップ１１０ｉｃｈにより近づけたＬ字構造の例を示す図である。このような構成では、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲへの赤外光パルスレーザ１４からの迷光が抑制される。なお、本実施形態に係る逆Ｌ字構造、及び斜めＬ字構造のそれぞれもＬ字構造に対応する。

以上説明したように、本実施形態によれば、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲが配置されるチップ１１０ｚｃｈと、測定画素１１０ｉが配置されるチップ１１０ｉｃｈを独立に構成し、外光パルスレーザ１４をチップ１１０ｉｃｈにより近づけたＬ字構造をとることとした。これにより、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲへの赤外光パルスレーザ１４からの迷光が抑制される。

（第１０実施形態）
第１０実施形態に係る測距システム１では位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲをＣＩＳ（ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）で構成し、可視光で距離測定を可能とする点で、第１乃至第９実施形態の測距システム１と相違する。以下では第１実施形態の測距システム１と相違する点を説明する。

第１乃至第９実施形態の測距システム１では、赤外光パルスレーザ１４又は赤外光パルスレーザ１６を照射することにより、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲを用いた測定を行っていたが、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲをＣＩＳ（ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）で構成することにより、パルスレーザ光の照射をすることなく、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲを用いた測定が可能となる。また、第６実施形態に係る測距システム１（図３６参照）では赤外光パルスレーザ１６の代わりに可視光源を配置することが可能である。これにより、夜間などの光量が少ない環境でも、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲを用いた測定が可能となる。

図４２は、画素アレイ部１２に形成されるＳＰＡＤ３３１０、３３２０、ＣＩＳ３３５０、３３６０の断面的な模式図である。ＳＰＡＤ３３１０、３３２０、ＣＩＳ３３５０、３３６０は、それぞれ位相差画素１１０ｚＬ、位相差画素１１０ｚＲ、及び測定画素１１０ｉを構成する４つの画素の内の２つに対応する（図２参照）。

ＳＰＡＤ３３１０、３３２０には、それぞれ赤色フィルタ１１２２Ｒと青色フィルタ１１２２Ｂが構成される点で、図７で示したＳＰＡＤ３３１、３３２と相違する。これにより、可視光のＮウェル１１１２への入射が抑制される。

一方でＣＩＳ３３５０、３３６０には、緑色フィルタ１１２２Ｇが構成され、光電変換部１１１２ａはＣＩＳ（ＣＭＯＳ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）で構成される。このように、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲを可視光で距離測定を可能とすることが可能である。また、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの距離測定での感度をより向上させることも可能となる。

（第１１実施形態）
第１１実施形態に係る測距システム１では位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲを楕円形又は円形のオンチップレンズで構成する点で、第１乃至第１０実施形態の測距システム１と相違する。以下では第１乃至第１０の測距システム１と相違する点を説明する。

第１乃至第１０実施形態の測距システム１では、絞りＷＬ、ＷＲにより、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲを構成していたが、第１１実施形態に係る測距システム１では位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲを楕円形又は円形のオンチップレンズで構成する。

図４３は、画素アレイ部１２に形成される位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ、及び測定画素１１０ｉの平面配置例を示す図である。各画素は、一つのＳＰＡＤで構成される。位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲには、楕円形状のオンチップレンズＬｚ１０が配置される。

図４４は、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの簡略化した断面的な模式図である。図４３及び図４４に示すように、楕円形状のオンチップレンズＬｚ１０により、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの瞳分割が可能である。絞りを用いないため、より感度を向上させることが可能となる。

図４５は、画素アレイ部１２に形成される位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ、及び測定画素１１０ｉの平面配置例を示す図である。各画素は、一つのＳＰＡＤで構成される。位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲ、二つの測定画素１１０ｉには円形状のオンチップレンズＬｚ２０が配置される。これにより、オンチップレンズＬｚ２０が配置される各ＳＰＡＤの出力を積算することにより、一つの画素として構成可能である。

一方で、位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲそれぞれの出力を用いることにより、瞳分割が可能な位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲとして構成可能である。位相差画素１１０ｚＬ、１１０ｚＲの瞳分割が可能である。絞りを用いないため、より感度を向上させることが可能となる。

＜＜応用例＞＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

図４６は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図４６に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。

各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図４６では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。

駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）又はＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）等の制御装置としての機能を有してもよい。

駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。

ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。

車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。

環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ、Ｌａｓｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。

ここで、図４７は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

なお、図４７には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。

図４６に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。

また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。

車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。

統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。

記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。

汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）若しくはＬＴＥ－Ａ（ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Ｐｅｅｒ Ｔｏ Ｐｅｅｒ）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｙｐｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）端末）と接続してもよい。

専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ ｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｖｅｈｉｃｌｅ）通信、路車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）通信、車両と家との間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｈｏｍｅ）の通信及び歩車間（Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏ Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。

測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。

ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。

車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ－Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、又はＭＨＬ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｈｉｇｈ－ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｌｉｎｋ）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。

車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。

統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。

マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。

音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図４６の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。

なお、図４６に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。

なお、図１を用いて説明した本実施形態に係る測距システム１の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを、いずれかの制御ユニット等に実装することができる。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することもできる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。

以上説明した車両制御システム７０００において、図１を用いて説明した本実施形態に係る測距システム１の受光装置１０は、図４６に示した応用例の撮像部７４１０に適用することができる。例えば、制御部２０は、図４６に示した車外情報検出ユニット７４００に適用することができる。

また、図１を用いて説明した測距システム１の少なくとも一部の構成要素は、図４６に示した統合制御ユニット７６００のためのモジュール（例えば、一つのダイで構成される集積回路モジュール）において実現されてもよい。あるいは、図１を用いて説明した測距システム１が、図４６に示した車両制御システム７０００の複数の制御ユニットによって実現されてもよい。

なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。

（１）
対象物までの距離を測定するために用いられる測定画素と、前記対象物からの入射光を瞳分割して位相差を検出する対となる複数の位相差画素と、を有する画素アレイ部と、
前記測定画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分に関する情報に基づき、前記対象物までの第１距離値を生成する第１距離測定部と、
前記複数の位相差画素それぞれに入射する光子の数に対応する情報に基づき、前記対象物までの第２距離値を生成する第２距離測定部と、
を備える、受光装置。

（２）
前記測定画素は、入射した光子に応じて光電変換する光電変換部を有し、
前記位相差画素は、入射した光子に応じて光電変換する光電変換部を有する、（１）に記載の受光装置。

（３）
前記光電変換部は、シングルフォトンアバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）である、（２）に記載の受光装置。

（４）
前記測定画素の駆動期間を、前記複数の位相差画素の出力信号に基づく、第１距離に応じて設定する制御部を、
更に備える、（３）に記載の受光装置。

（５）
前記第１距離測定部は、前記測定画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分値の出現頻度情報を有するヒストグラムの値に応じて前記第１距離値を生成し、
前記第２距離測定部は、前記複数の位相差画素それぞれに入射する光子の数に対応する信号値を用いた位相差に応じて前記第２距離値を生成する、（１）に記載の受光装置。

（６）
前記測定画素は、複数の前記光電変換部を有しており、
前記測定画素と、前記対となる複数の位相差画素と、はユニットを構成しており、
前記ユニットに対応する第１変換部を更に備え、
前記第１変換部は、前記測定画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分に関する情報を有する受信信号を生成する、（５）に記載の受光装置。

（７）
第１赤外光パルスレーザを更に備え、
前記制御部は、前記第２距離に応じて前記第１赤外光パルスレーザが照射するレーザ光の光量を制御する、（３）に記載の受光装置。

（８）
第２赤外光パルスレーザを更に備え、
前記複数の位相差画素は、前記第２赤外光パルスレーザの照射するレーザ光に応じて信号を生成する、（７）に記載の受光装置。

（９）
前記画素アレイ部と、前記第１変換部は積層化されており、前記ユニットに対応する前記第１変換部は、前記ユニットの直下に配置される、（６）に記載の受光装置。

（１０）
前記ユニットに対応する第２変換部を更に備え、
前記第２変換部は、前記複数の位相差画素それぞれに入射する光子の数に対応する情報を有する第２受信信号を生成する、（６）に記載の受光装置。

（１１）
前記第２変換部は、前記位相差画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分に関する情報を有する第３受信信号を生成し、第３受信信号の数に応じて前記第２受信信号を生成する、（１０）に記載の受光装置。

（１２）
前記測定画素と、前記対となる複数の位相差画素とは、同じ時間帯に受光した光子に応じて、信号を生成する、（１１）に記載の受光装置。

（１３）
前記測定画素と、前記対となる複数の位相差画素とは、異なる半導体素子のチップに構成される、（２）に記載の受光装置。

（１４）
第１赤外光パルスレーザを更に備え、
前記測定画素が構成される第１チップと、前記対となる複数の位相差画素が構成される第２チップと、前記第１赤外光パルスレーザは、Ｌ字形状に配置される、（１３）に記載の受光装置。

（１５）
複数の画素で構成される画素アレイ部と、
前記画素アレイ部を制御する制御部と、を、備え、
前記画素アレイ部は、
対象物からの入射光を瞳分割して位相差を検出する対となる複数の位相差画素と、
前記対象物までの距離を測定するために用いられる測定画素と、を有し、
前記制御部は、前記測定画素の駆動期間を、前記複数の位相差画素の出力信号に基づく、第２距離に応じて設定する、受光装置。

（１６）
前記位相差画素は、可視光を受光して光電変換する光電変換部を有し、
前記測定画素は、入射した光子に応じて光電変換する光電変換部を有する、（１５）に記載の受光装置。

（１７）
前記光電変換部は、入射側に反射防止部を更に有する、（２）に記載の受光装置。

（１８）
前記光電変換部は、入射側に高屈折率素材で形成されたオンチップレンズを有する、（２）に記載の受光装置。

（１９）
前記光電変換部は、
オンチップレンズと、
前記光電変換により発生したキャリアを増倍するアバランシェ増倍領域を少なくとも有する拡散層とを、有し、
前記拡散層は、前記オンチップレンズの主光軸の位置に応じて配置される、（２）に記載の受光装置。

（２０）
前記位相差画素は、
前記光電変換部は、
入射領域の絞りと、
前記光電変換により発生したキャリアを増倍するアバランシェ増倍領域を少なくとも有する拡散層とを、有し、
前記拡散層は、前記絞りの位置に応じて配置される、（２）に記載の受光装置。

（２１）
前記対となる複数の位相差画素の内の、２つの位相差画素は、
前記２つの位相差画素の光電変換部に配置される楕円形状のオンチップレンズを有する、（２）に記載の受光装置。

（２２）
前記対となる複数の位相差画素の内の、２つの位相差画素の光電変換部と、
２つの前記測定画素の光電変換部と、に配置される円形状のオンチップレンズを有する、（２）に記載の受光装置。

（２３）
前記位相差画素の光電変換部は、可視光を透過するカラーフィルタを介してして受光し、
前記測定画素の光電変換部は、赤外光を透過するカラーフィルタを介してして受光する、（１５）に記載の受光装置。

（２４）
対象物からの入射光を瞳分割して位相差を検出する対となる複数の位相差画素と、
前記対象物までの距離を測定するために用いられる測定画素と、を有する画素アレイ部の制御方法であって、
前記測定画素の駆動期間を、前記複数の位相差画素の出力信号に基づく、第２距離に応じて設定する、制御方法。

（２５）
前記（１に記載の受光装置と、
前記対象物からの入射光を集光するレンズと
を備える、測距システム。

本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１：測距システム、１０：受光装置、１２：画素アレイ部、１４：赤外光パルスレーザ、１６：赤外光パルスレーザ、２０：制御部、２４：表示装置、４０：レンズ、１１０ｉ：測定画素、１１０ｒ：参照画素、１１０ｚ、１１０ｚＬ、１１０ｚＲ：位相差画素、３３１～３４０：ＳＰＡＤ、１１１０：オンチップレンズ、３３５０、３３６０：ＣＩＳ、Ｌｚ１０、Ｌｚ２０：オンチップレンズ、ＷＬ，ＷＲ：絞り。

Claims (25)

1. 対象物までの距離を測定するために用いられる測定画素と、前記対象物からの入射光を瞳分割して位相差を検出する対となる複数の位相差画素と、を有する画素アレイ部と、
   前記測定画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分に関する情報に基づき、前記対象物までの第１距離値を生成する第１距離測定部と、
   前記複数の位相差画素それぞれに入射する光子の数に対応する情報に基づき、前記対象物までの第２距離値を生成する第２距離測定部と、
   を備える、受光装置。
2. 前記測定画素は、入射した光子に応じて光電変換する光電変換部を有し、
   前記位相差画素は、入射した光子に応じて光電変換する光電変換部を有する、請求項１に記載の受光装置。
3. 前記光電変換部は、シングルフォトンアバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）である、請求項２に記載の受光装置。
4. 前記測定画素の駆動期間を、前記複数の位相差画素の出力信号に基づく、第２距離に応じて設定する制御部を、
   更に備える、請求項３に記載の受光装置。
5. 前記第１距離測定部は、前記測定画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分値の出現頻度情報を有するヒストグラムの値に応じて前記第１距離値を生成し、
   前記第２距離測定部は、前記複数の位相差画素それぞれに入射する光子の数に対応する信号値を用いた位相差に応じて前記第２距離値を生成する、請求項１に記載の受光装置。
6. 前記測定画素は、複数の前記光電変換部を有しており、
   前記測定画素と、前記対となる複数の位相差画素と、はユニットを構成しており、
   前記ユニットに対応する第１変換部を更に備え、
   前記第１変換部は、前記測定画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分に関する情報を有する受信信号を生成する、請求項２に記載の受光装置。
7. 第１赤外光パルスレーザを更に備え、
   前記制御部は、前記第２距離に応じて前記第１赤外光パルスレーザが照射するレーザ光の光量を制御する、請求項４に記載の受光装置。
8. 第２赤外光パルスレーザを更に備え、
   前記複数の位相差画素は、前記第２赤外光パルスレーザの照射するレーザ光に応じて信号を生成する、請求項７に記載の受光装置。
9. 前記画素アレイ部と、前記第１変換部は積層化されており、前記ユニットに対応する前記第１変換部は、前記ユニットの直下に配置される、請求項６に記載の受光装置。
10. 前記ユニットに対応する第２変換部を更に備え、
    前記第２変換部は、前記複数の位相差画素それぞれに入射する光子の数に対応する情報を有する第２受信信号を生成する、請求項６に記載の受光装置。
11. 前記第２変換部は、前記位相差画素が光子を受光するタイミングと所定時点との差分に関する情報を有する第３受信信号を生成し、第３受信信号の数に応じて前記第２受信信号を生成する、請求項１０に記載の受光装置。
12. 前記測定画素と、前記対となる複数の位相差画素とは、同じ時間帯に受光した光子に応じて、信号を生成する、請求項１１に記載の受光装置。
13. 前記測定画素と、前記対となる複数の位相差画素とは、異なる半導体素子のチップに構成される、請求項２に記載の受光装置。
14. 第１赤外光パルスレーザを更に備え、
    前記測定画素が構成される第１チップと、前記対となる複数の位相差画素が構成される第２チップと、前記第１赤外光パルスレーザは、Ｌ字形状に配置される、請求項１３に記載の受光装置。
15. 複数の画素で構成される画素アレイ部と、
    前記画素アレイ部を制御する制御部と、を、備え、
    前記画素アレイ部は、
    対象物からの入射光を瞳分割して位相差を検出する対となる複数の位相差画素と、
    前記対象物までの距離を測定するために用いられる測定画素と、を有し、
    前記制御部は、前記測定画素の駆動期間を、前記複数の位相差画素の出力信号に基づく第２距離に応じて設定する、受光装置。
16. 前記位相差画素は、可視光を受光して光電変換する光電変換部を有し、
    前記測定画素は、入射した光子に応じて光電変換する光電変換部を有する、請求項１５に記載の受光装置。
17. 前記光電変換部は、入射側に反射防止部を更に有する、請求項２に記載の受光装置。
18. 前記光電変換部は、入射側に高屈折率素材で形成されたオンチップレンズを有する、請求項２に記載の受光装置。
19. 前記光電変換部は、
    オンチップレンズと、
    前記光電変換により発生したキャリアを増倍するアバランシェ増倍領域を少なくとも有する拡散層とを、有し、
    前記拡散層は、前記オンチップレンズの主光軸の位置に応じて配置される、請求項２に記載の受光装置。
20. 前記位相差画素は、
    前記光電変換部は、
    入射領域の絞りと、
    前記光電変換により発生したキャリアを増倍するアバランシェ増倍領域を少なくとも有する拡散層とを、有し、
    前記拡散層は、前記絞りの位置に応じて配置される、請求項２に記載の受光装置。
21. 前記対となる複数の位相差画素の内の、２つの位相差画素は、
    前記２つの位相差画素の光電変換部に配置される楕円形状のオンチップレンズを有する、請求項２に記載の受光装置。
22. 前記対となる複数の位相差画素の内の、２つの位相差画素の光電変換部と、
    ２つの前記測定画素の光電変換部と、に配置される円形状のオンチップレンズを有する、請求項２に記載の受光装置。
23. 前記位相差画素の光電変換部は、可視光を透過するカラーフィルタを介してして受光し、
    前記測定画素の光電変換部は、赤外光を透過するカラーフィルタを介してして受光する、請求項１５に記載の受光装置。
24. 対象物からの入射光を瞳分割して位相差を検出する対となる複数の位相差画素と、
    前記対象物までの距離を測定するために用いられる測定画素と、を有する画素アレイ部の制御方法であって、
    前記測定画素の駆動期間を、前記複数の位相差画素の出力信号に基づく、第２距離に応じて設定する、制御方法。
25. 前記請求項１に記載の受光装置と、
    前記対象物からの入射光を集光するレンズと
    を備える、測距システム。

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