JP2024041961A - Distance image capturing device and distance image capturing method - Google Patents
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Abstract
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 distance image capturing device and a distance image capturing method.
従来から、光の速度が既知であることを利用し、光の飛行時間に基づいて被写体との距離を測定する、タイム・オブ・フライト(Time of Flight、以下「TOF」という)方式の距離画像撮像装置がある。距離画像撮像装置では、撮像装置と同様に、距離を測定するための光を検出する画素が二次元の行列状に複数配置され、被写体との間の2次元の距離の情報や、被写体の画像を取得(撮像)することができる。 Traditionally, time-of-flight (hereinafter referred to as "TOF") distance imaging utilizes the known speed of light to measure the distance to an object based on the flight time of light. There is an imaging device. Similar to an imaging device, in a distance image imaging device, a plurality of pixels that detect light for measuring distance are arranged in a two-dimensional matrix, and information on the two-dimensional distance to the subject and an image of the subject can be acquired (imaged).
このような距離画像撮像装置では、画素が備える複数の電荷蓄積部に振り分けられた電荷の比に基づいて、被写体によって反射してきたパルス光の遅れ時間を算出することによって、被写体との距離を測定することができる。このような複数の電荷蓄積部と電荷振り分け構造とを備える構成は、マルチタップ構成などと称される。特許文献1では、フレームごとに互いに異なるタイミングで電荷蓄積部に電荷を振分ける構成により、見かけ上のタップ数(電荷蓄積部の数)を増やし、距離分解能を低下させることなく、距離計測範囲を拡大させることができる技術が開示されている。
In such a distance image capturing device, the distance to the subject is measured by calculating the delay time of pulsed light reflected by the subject based on the ratio of the charges distributed to the plurality of charge storage units included in the pixel. can do. A configuration including such a plurality of charge storage sections and a charge distribution structure is called a multi-tap configuration or the like. In
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、距離計測範囲をさらに拡大させようとする場合に改善の余地があった。すなわち、遠方の範囲を測定可能とするためにフレームの数を増やすと、最初のフレームから最後のフレームまでの間隔が増大し、測定対象物が動体である場合に精度よく測定できなくなる可能性があった。
以下の説明においては、複数のフレームを用いて作成する1つの画像(1フレーム画像)における、1フレーム画像の作成に用いられた複数のフレームを、サブフレームと記載する。
また、遠方の範囲を測定可能とするための別の方法として、画素が備える電荷蓄積部の数を増やす方法が考えられる。この方法は、測定対象物が動体であっても、サブフレームを増やして測定する場合と比較して精度よく測定することが可能となるが、画素サイズが増大してしまう問題があった。
However, with the technique disclosed in
In the following description, in one image (one frame image) created using a plurality of frames, the plurality of frames used to create one frame image will be referred to as subframes.
Another possible method for making it possible to measure a distant range is to increase the number of charge storage units included in each pixel. With this method, even if the object to be measured is a moving object, it is possible to measure it more accurately than when measuring by increasing the number of subframes, but there is a problem in that the pixel size increases.
本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、サブフレームの数を増やす方法とは異なる方法にて、見かけ上のタップ数を増やすことができる距離画像撮像装置、および距離画像撮像方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made based on the above-mentioned problems, and provides a distance image capturing device and a distance image capturing method that can increase the apparent number of taps by a method different from the method of increasing the number of subframes. is intended to provide.
本発明によれば、距離画像撮像装置は、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、及び電荷を蓄積する3つ以上の電荷蓄積部を具備し二次元の行列状に複数配置された複数の画素と、前記光パルスの照射が開始される照射タイミングに同期させた所定の蓄積タイミングで前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、前記蓄積タイミングを制御するタイミング制御部と、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、前記測定空間に存在する被写体までの距離を演算する距離演算部と、を備え、前記複数の画素のそれぞれが予め定められた二以上のグループのいずれかに分類され、前記タイミング制御部は、前記二以上のグループのそれぞれに属する画素において前記照射タイミングに対する前記蓄積タイミングが、グループごとに互いに異なり、前記光パルスが照射される前の外光蓄積期間に、前記二以上のグループのうち第1グループに属する画素における第1電荷蓄積部に、前記光パルスの反射光が含まれない外光成分に対応する電荷を蓄積させ、前記第1グループに属する画素の第2電荷蓄積部と第3電荷蓄積部に前記反射光と前記外光成分を含む光に対応する電荷が蓄積され、前記第1グループとは異なる第2グループに属する画素の3つの前記電荷蓄積部に前記外光成分又は前記反射光と前記外光成分を含む光に対応する電荷が蓄積され、前記照射タイミングに応じて前記二以上のグループのそれぞれに属する画素が備える前記電荷蓄積部の全てに対する電荷の蓄積が完了した後に、次の前記照射タイミングが到来するように制御する。 According to the present invention, a distance image capturing device includes a light receiving unit having a light source unit that irradiates a measurement space with a light pulse, a plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix, each of which has a photoelectric conversion element that generates a charge according to the incident light and three or more charge accumulation units that accumulate the charge, a pixel drive circuit that distributes and accumulates charge in each of the charge accumulation units at a predetermined accumulation timing synchronized with the irradiation timing at which the irradiation of the light pulse begins, a timing control unit that controls the accumulation timing, and a distance calculation unit that calculates a distance to a subject present in the measurement space based on the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units, each of the plurality of pixels being classified into one of two or more predetermined groups, and the timing control unit controls the timing of the illumination at pixels belonging to each of the two or more groups. The accumulation timing with respect to the irradiation timing is different for each group, and during an external light accumulation period before the light pulse is irradiated, a first charge accumulation unit in a pixel belonging to a first group of the two or more groups accumulates a charge corresponding to an external light component that does not include reflected light of the light pulse, a second charge accumulation unit and a third charge accumulation unit in the pixel belonging to the first group accumulate a charge corresponding to light including the reflected light and the external light component, and three charge accumulation units in a pixel belonging to a second group different from the first group accumulate a charge corresponding to the external light component or the reflected light and the external light component, and the next irradiation timing is controlled to arrive after charge accumulation in all of the charge accumulation units provided in the pixels belonging to each of the two or more groups according to the irradiation timing is completed.
本発明によれば、上述した距離画像撮像装置において、前記タイミング制御部は、前記照射タイミングより後の前記蓄積タイミングで電荷が蓄積される前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を蓄積する蓄積時間の合計について、前記照射タイミングからの遅延時間が小さいほど前記合計が小さく、前記遅延時間が大きいほど前記合計が大きくなるように制御する。 According to the present invention, in the above-mentioned distance image imaging device, the timing control section is configured to control the total accumulation time for accumulating charges in each of the charge accumulating sections in which charges are accumulated at the accumulation timing subsequent to the irradiation timing. Control is performed such that the smaller the delay time from the irradiation timing is, the smaller the sum is, and the longer the delay time is, the larger the sum is.
本発明によれば、上述した距離画像撮像装置において、前記画素における複数の前記電荷蓄積部は、第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、および第3電荷蓄積部の、3個の前記電荷蓄積部からなり、前記タイミング制御部は、前記照射タイミングから前記光パルスを照射する照射期間が終了するまでの第1反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第1電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、前記第1反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が経過するまでの第2反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第2電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させ、前記第2グループに属する画素における第2電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させ、前記第2反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が経過するまでの第3反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第3電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させ、前記第2グループに属する画素における第3電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させる。 According to the present invention, in the distance image imaging device described above, the plurality of charge storage sections in the pixel include three charge storage sections, a first charge storage section, a second charge storage section, and a third charge storage section. The timing control section controls the first charge accumulation section in the pixels belonging to the second group during a first reflected light accumulation period from the irradiation timing to the end of the irradiation period in which the light pulse is irradiated. a second charge accumulation section in pixels belonging to the first group during a second reflected light accumulation period from the timing at which the first reflected light accumulation period ends until a time corresponding to the irradiation period has elapsed; the charges are accumulated in a second charge accumulation section of the pixels belonging to the second group until a time corresponding to the irradiation period elapses from the timing at which the second reflected light accumulation period ends. During the third reflected light accumulation period, the charges are accumulated in the third charge accumulation sections of the pixels belonging to the first group, and the charges are accumulated in the third charge accumulation sections of the pixels belonging to the second group.
本発明によれば、上述した距離画像撮像装置において、前記画素における複数の前記電荷蓄積部は、第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、および第3電荷蓄積部の、3個の前記電荷蓄積部からなり、前記タイミング制御部は、前記外光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第1電荷蓄積部に、電荷を蓄積させ、前記照射タイミングから前記光パルスを照射する照射期間が終了するまでの第1反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第2電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、前記第1反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が経過するまでの第2反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第3電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、前記光パルスの照射が開始されてから前記照射期間が経過する前のタイミングから前記照射期間が終了するまでの第1半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第2電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、前記第1半反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第2半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第3電荷蓄積部に電荷を蓄積させる。 According to the present invention, in the above-mentioned distance image capturing device, the multiple charge accumulation sections in the pixel are composed of three charge accumulation sections, namely, a first charge accumulation section, a second charge accumulation section, and a third charge accumulation section, and the timing control section accumulates charge in the first charge accumulation section in the pixel belonging to the second group during the external light accumulation period, accumulates charge in the second charge accumulation section in the pixel belonging to the first group during a first reflected light accumulation period from the irradiation timing to the end of the irradiation period in which the light pulse is irradiated, accumulates charge in the third charge accumulation section in the pixel belonging to the first group during a second reflected light accumulation period from the timing at which the first reflected light accumulation period ends until the time equivalent to the irradiation period has elapsed, accumulates charge in the second charge accumulation section in the pixel belonging to the second group during a first semi-reflective light accumulation period from the timing before the irradiation period has elapsed after the irradiation of the light pulse begins until the irradiation period ends, and accumulates charge in the third charge accumulation section in the pixel belonging to the second group during a second semi-reflective light accumulation period from the timing at which the first semi-reflective light accumulation period ends until the time equivalent to the irradiation period ends.
本発明によれば、上述した距離画像撮像装置において、前記画素における複数の前記電荷蓄積部は、第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、および第3電荷蓄積部の、3個の前記電荷蓄積部からなり、前記タイミング制御部は、前記照射タイミングから前記光パルスを照射する照射期間が終了するまでの第1反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第2電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、前記第1反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が経過するまでの第2反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第3電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、前記外光蓄積期間の開始から前記照射期間に相当する時間が経過する前のタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの半遅延外光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第1電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、前記半遅延外光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第1半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第2電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させ、前記第1半反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第2半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第3電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させる。 According to the present invention, in the distance image imaging device described above, the plurality of charge storage sections in the pixel include three charge storage sections, a first charge storage section, a second charge storage section, and a third charge storage section. The timing control section controls the second charge accumulation section in the pixels belonging to the first group during a first reflected light accumulation period from the irradiation timing to the end of the irradiation period in which the light pulse is irradiated. A third charge storage section in a pixel belonging to the first group during a second reflected light accumulation period from the timing when the first reflected light accumulation period ends until a time corresponding to the irradiation period elapses after accumulating charges. during a half-delay external light accumulation period from a timing before a time corresponding to the irradiation period has elapsed from the start of the external light accumulation period until a time corresponding to the irradiation period ends. Charges are accumulated in first charge accumulation sections in pixels belonging to two groups, during a first half-reflected light accumulation period from the timing at which the half-delayed external light accumulation period ends until the time corresponding to the irradiation period ends, The charge is accumulated in a second charge storage section of the pixel belonging to the second group, and second semi-reflected light is generated from the timing when the first semi-reflected light accumulation period ends until the time corresponding to the irradiation period ends. During the accumulation period, the charges are accumulated in a third charge accumulation section in the pixels belonging to the second group.
本発明によれば、上述した距離画像撮像装置において、前記画素における複数の前記電荷蓄積部は、第1電荷蓄積部、第2電荷蓄積部、および第3電荷蓄積部の、3個の前記電荷蓄積部からなり、前記タイミング制御部は、前記照射タイミングから前記光パルスを照射する照射期間が終了するまでの第1反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第2電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、前記第1反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が経過するまでの第2反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第3電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、前記第1反射光蓄積期間の開始から前記照射期間に相当する時間が経過する前のタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第1半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第1電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、前記第1半反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第2半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第2電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させ、前記第2半反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第3半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第3電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させる。 According to the present invention, in the distance image imaging device described above, the plurality of charge storage sections in the pixel include three charge storage sections, a first charge storage section, a second charge storage section, and a third charge storage section. The timing control section controls the second charge accumulation section in the pixels belonging to the first group during a first reflected light accumulation period from the irradiation timing to the end of the irradiation period in which the light pulse is irradiated. A third charge storage section in a pixel belonging to the first group during a second reflected light accumulation period from the timing when the first reflected light accumulation period ends until a time corresponding to the irradiation period elapses after accumulating charges. in a first semi-reflected light accumulation period from a timing before a time corresponding to the irradiation period has elapsed from the start of the first reflected light accumulation period until a time corresponding to the irradiation period ends. , second semi-reflected light from the timing at which the first semi-reflected light accumulation period ends until the time corresponding to the irradiation period ends by accumulating charges in the first charge accumulating section of the pixels belonging to the second group; During the accumulation period, the charges are accumulated in a second charge accumulation section of the pixels belonging to the second group, and the charge is accumulated from the timing when the second semi-reflection light accumulation period ends until the time corresponding to the irradiation period ends. During the third half-reflection light accumulation period, the charges are accumulated in the third charge accumulation section of the pixels belonging to the second group.
本発明によれば、距離画像撮像方法は、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、及び電荷を蓄積する3つ以上の電荷蓄積部を具備し二次元の行列状に複数配置された複数の画素と、前記光パルスの照射が開始される照射タイミングに同期させた所定の蓄積タイミングで前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、前記蓄積タイミングを制御するタイミング制御部と、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、前記測定空間に存在する被写体までの距離を演算する距離演算部と、を備える距離画像撮像装置が行う距離画像撮像方法であって、前記複数の画素のそれぞれが予め定められた二以上のグループのいずれかに分類され、前記タイミング制御部は、前記二以上のグループのそれぞれに属する画素において前記照射タイミングに対する前記蓄積タイミングが、グループごとに互いに異なり、前記光パルスが照射される前の外光蓄積期間に、前記二以上のグループのうち第1グループに属する画素における第1電荷蓄積部に、前記光パルスの反射光が含まれない外光成分に対応する電荷を蓄積させ、前記第1グループに属する画素の第2電荷蓄積部と第3電荷蓄積部に前記反射光と前記外光成分を含む光に対応する電荷が蓄積され、前記第1グループとは異なる第2グループに属する画素の3つの前記電荷蓄積部に前記外光成分又は前記反射光と前記外光成分を含む光に対応する電荷が蓄積され、前記照射タイミングに応じて前記二以上のグループのそれぞれに属する画素が備える前記電荷蓄積部の全てに対する電荷の蓄積が完了した後に、次の前記照射タイミングが到来するように制御する。 According to the present invention, a distance image capturing method includes a light source unit that irradiates a measurement space with a light pulse, a photoelectric conversion element that generates charges according to the incident light, and three or more charge storage units that accumulate charges. and a plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix, and charges are distributed and accumulated in each of the charge accumulation sections at a predetermined accumulation timing synchronized with the irradiation timing at which irradiation of the light pulse is started. a pixel drive circuit that controls the measurement, a timing control section that controls the accumulation timing, and a distance to the object existing in the measurement space based on the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation section. A distance image capturing method carried out by a distance image capturing device comprising a distance calculating section for calculating, each of the plurality of pixels being classified into one of two or more predetermined groups, and the timing controlling section , the accumulation timing with respect to the irradiation timing in the pixels belonging to each of the two or more groups is different for each group, and during the external light accumulation period before the light pulse is irradiated, the accumulation timing for the pixels belonging to each of the two or more groups is Charges corresponding to an external light component that does not include reflected light of the optical pulse are accumulated in a first charge accumulation section of the pixels belonging to one group, and a second charge accumulation section of the pixels belonging to the first group and a third charge accumulation section of the pixels belonging to the first group are accumulated. Charges corresponding to the reflected light and the light including the external light component are stored in the charge storage section, and the charge corresponding to the external light component or the external light component is stored in the three charge storage sections of pixels belonging to a second group different from the first group. After charges corresponding to the reflected light and the light including the external light component are accumulated, and charge accumulation is completed in all of the charge accumulation sections included in the pixels belonging to each of the two or more groups according to the irradiation timing. , the control is performed so that the next irradiation timing arrives.
上記各態様によれば、サブフレームの数を増やす方法とは異なる方法にて、見かけ上のタップ数を増やすことができる。 According to each of the above aspects, the apparent number of taps can be increased by a method different from the method of increasing the number of subframes.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
(実施形態)
まず、実施形態について説明する。ここでは、後述する第1の実施形態から第3の実施形態に共通する、距離画像撮像装置1の構成について説明する。
図1は、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。なお、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Sも併せて示している。
(Embodiment)
First, an embodiment will be described. Here, the configuration of the distance
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a distance image capturing device according to an embodiment. A distance
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S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。
The
光源装置21は、被写体S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
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S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Sに照射される。
The
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S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
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
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
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
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S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とを備える。
The distance
タイミング制御部41は、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や、反射光RLを複数の電荷蓄積部に振り分ける信号、1フレームあたりの振り分け回数を制御する信号などである。振り分け回数とは、電荷蓄積部に電荷を振り分ける処理を繰返す回数である。
The
本発明の実施形態では、距離画像撮像装置1が備える複数の画素のそれぞれが予め定められた二以上のグループのいずれかに分類されている。タイミング制御部41は、二以上のグループのそれぞれに属する画素における電荷蓄積部の蓄積期間が、グループごとに互いに異なるタイミングとなるように制御する。蓄積期間とは、電荷蓄積部に電荷が蓄積される期間である。タイミング制御部41が電荷蓄積部に電荷を蓄積させるタイミングを制御する方法の詳細については、後述する第1の実施形態から第3の実施形態の各実施形態で詳しく説明する。
In an embodiment of the present invention, each of the multiple pixels included in the distance
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Sまでの距離を演算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、光パルスPOを照射してから反射光RLを受光するまでの遅延時間Td(図18参照)を算出する。距離演算部42は、算出した遅延時間Tdに応じて被写体Sまでの距離を演算する。
The
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Sに照射した近赤外の波長帯域の光パルスPOが被写体S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S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
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。
Note that although FIG. 1 shows the distance
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、本発明の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
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
受光領域320は、複数の画素321が配置された領域であって、図2では、8行8列に二次元の行列状に配置された例を示している。画素321は、受光した光量に応じた電荷を蓄積する。制御回路322は、距離画像センサ32を統括的に制御する。制御回路322は、例えば、距離画像処理部4のタイミング制御部41からの指示に応じて、距離画像センサ32の構成要素の動作を制御する。なお、距離画像センサ32に備えた構成要素の制御は、タイミング制御部41が直接行う構成であってもよく、この場合、制御回路322を省略することも可能である。
The
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
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
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応じた画素信号が、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
以下の説明においては、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 explanation, it is assumed that the pixel
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、本発明の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
画素321は、1つの光電変換素子PDと、ドレイントランジスタ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、リセットトランジスタRTと、ソースフォロアトランジスタSFと、選択トランジスタ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。
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 addition, in FIG. 3, each pixel signal readout unit RU is distinguished by adding a number “1”, “2”, or “3” after the code “RU” of the three pixel signal readout units RU. do. Similarly, each component included in the three pixel signal readout units RU is indicated by a number representing each pixel signal readout unit RU after the symbol, so that each component corresponds to the pixel signal readout unit RU. RUs are represented separately.
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、リセットトランジスタRT1と、ソースフォロアトランジスタSF1と、選択トランジスタ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。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。
In the
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 stores 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, or a PN photodiode having a structure in which an I-type semiconductor is sandwiched between a P-type semiconductor and an N-type semiconductor. It may also be a PIN photodiode. Further, the photoelectric conversion element PD is not limited to a photodiode, and may be a photogate type photoelectric conversion element, for example.
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
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
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。
Further, in the
また、図3に示した構成の画素321では、ドレイントランジスタGDを備える構成の一例を示したが、光電変換素子PDに蓄積されている(残っている)電荷を破棄する必要がない場合には、ドレイントランジスタGDを備えない構成であってもよい。
Further, in the
次に、距離画像撮像装置1における画素321の駆動(制御)方法について図18を用いて説明する。図18は、従来の距離画像撮像装置における画素を駆動する駆動信号のタイミングを示したタイミングチャートである。
Next, a method for driving (controlling) the
図18では、光パルスPOを照射するタイミングを「Light」、反射光が受光されるタイミングを「REFRECTION」、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。また、距離画像撮像装置における一連の受光動作タイミングを「Camera」の項目名で示している。「Camera」では、読み出しトランジスタG1、G2、G3、及びドレイントランジスタGDがオン状態となるタイミングを、それぞれ、「G1」、「G2」、「G3」、及び「GD」で示している。なお、駆動信号TX1は、読み出しトランジスタ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. 18, the timing of irradiating the optical pulse PO is "Light", the timing of receiving the reflected light is "REFRECTION", the timing of the drive signal TX1 is "G1", the timing of the drive signal TX2 is "G2", and the timing of the drive signal TX2 is "G2". The timing of TX3 is shown as "G3", and the timing of drive signal RSTD is shown as "GD". Further, a series of light receiving operation timings in the distance image capturing device are indicated by the item name "Camera". In "Camera", the timings at which the read transistors G1, G2, G3 and drain transistor GD are turned on are indicated by "G1", "G2", "G3", and "GD", respectively. Note that the drive signal TX1 is a signal that drives the read transistor G1. The same applies to drive signals TX2 and TX3.
図18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。
As shown in FIG. 18, it is assumed that the optical pulse PO is emitted for an irradiation time To, and the reflected light RL is received by the
まず、垂直走査回路323は、読み出しトランジスタG1をオン状態にする。これにより、光電変換素子PDにより光電変換された電荷が、読み出しトランジスタG1を介して電荷蓄積部CS1に蓄積される。その後、垂直走査回路323は、読み出しトランジスタG1をオフ状態にする。これにより、電荷蓄積部CS1への電荷の転送が停止される。このようにして、垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させる。
First, the
次に、垂直走査回路323は、電荷蓄積部CS1への電荷の蓄積を終了させたタイミングで、読み出しトランジスタG2をオン状態とし、電荷蓄積部CS2への電荷の蓄積を開始させる。以降の電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させる処理の流れは、電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させる処理の流れと同様である。このため、その説明を省略する。
Next, the
一方、光源部2は、読み出しトランジスタG1がオフ状態となったタイミング、つまり読み出しトランジスタG2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。光源部2が光パルスPOを照射する照射時間Toは、蓄積期間Taと同じ長さである。ここで、読み出しトランジスタG1がオン状態となり、電荷蓄積部CS1に電荷が蓄積された期間(蓄積期間Ta)は、「外光蓄積期間」の一例である。
On the other hand, the
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、読み出しトランジスタG3をオン状態とし、電荷蓄積部CS3への電荷の蓄積を開始させる。以降の電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる処理の流れは、電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させる処理の流れと同様である。このため、その説明を省略する。
Next, the
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、ドレイントランジスタGDをオン状態にし、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がドレイントランジスタGDを介して破棄される。
Next, the
上述したような、垂直走査回路323による電荷蓄積部CSへ電荷の蓄積と光電変換素子PDが光電変換した電荷の破棄とが、1フレームに渡って繰り返し行われる。これにより、所定の時間区間に距離画像撮像装置1に受光された光量に応じた電荷が、電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積される。水平走査回路324は、電荷蓄積部CSのそれぞれに蓄積された、1フレーム分の電荷量に相当する電気信号を、距離演算部42に出力する。
As described above, the accumulation of charges in the charge storage section CS by the
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には、光パルスPOを照射する前の背景光などの外光成分に応じた電荷量が保持される。また、電荷蓄積部CS2、及びCS3には、反射光RL、及び外光成分に応じた電荷量が振り分けられて保持される。電荷蓄積部CS2、及びCS3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S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。
Due to the relationship between the timing of irradiating the optical pulse PO and the timing of accumulating charges in each of the charge storage sections CS, the charge storage section CS1 has an external light component such as background light before the irradiation of the optical pulse PO. The amount of charge is retained. In addition, the charge storage units CS2 and CS3 distribute and hold charge amounts according to the reflected light RL and external light components. The distribution (distribution ratio) of the amount of charge distributed to the charge storage units CS2 and CS3 is a ratio according to the delay time Td from when the optical pulse PO is reflected by the subject S to when it is input to the distance
距離演算部42は、この原理を利用して、以下の(1)式により、遅延時間Tdを算出する。
Using this principle, the
Td=To×(Q3-Q1)/(Q2+Q3-2×Q1) …(1) Td=To×(Q3-Q1)/(Q2+Q3-2×Q1)…(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CS2、及びCS3に蓄積される電荷量のうち、外光成分に応じた成分が、電荷蓄積部CS1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 optical pulse PO was irradiated, Q1 is the amount of charge accumulated in the charge storage section CS1, Q2 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS2, and Q3 is the amount of charge accumulated in the charge accumulation section CS3. Indicates the amount of charge. In addition, in equation (1), it is assumed that among the amount of charge accumulated in the charge storage units CS2 and CS3, the component corresponding to the external light component is the same amount as the amount of charge accumulated in the charge accumulation unit CS1. Assumed.
距離演算部42は、(1)式で求めた遅延時間に、光の速度を乗算させることにより、被写体S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Sまでの距離を求める。
The
(第1の実施形態)
ここで、第1の実施形態について説明する。本実施形態では、受光部3における1つの画素321が、4つの電荷蓄積部CS(電荷蓄積部CS1~CS4)を備える。すなわち、本実施形態の距離画像撮像装置1は、4タップ構成である。この場合、図3の画素321において、画素信号読み出し部RU4を更に備える。画素信号読み出し部RU4は、画素信号読み出し部RU1と同様の構成である。ここで、電荷蓄積部CS4は、「第4電荷蓄積部」の一例である。
(First embodiment)
Here, a first embodiment will be described. In this embodiment, one
図4~図7は、第1の実施形態の距離画像撮像装置における画素を駆動させるタイミングを示したタイミングチャートである。
図4では、受光部3における複数の画素321が、二つのグループGr1、Gr2のいずれかに分類される場合であって、且つ、1フレームが二つのサブフレームSf1、Sf2からなる場合におけるタイミングチャートの例を示している。ここで、グループGr1は「第1グループ」の一例である。また、グループGr2は「第2グループ」の一例である。また、1フレームに要する期間は「フレーム期間」の一例である。また、サブフレームSf1、Sf2のそれぞれに要する期間は、「サブフレーム期間」の一例である。また、サブフレームSf1に要する期間は、「第1サブフレーム期間」の一例である。また、サブフレームSf2に要する期間は、「第2サブフレーム期間」の一例である。
4 to 7 are timing charts showing the timing of driving pixels in the distance image imaging device of the first embodiment.
FIG. 4 shows a timing chart for a case where a plurality of
図4の「REFRECTION」、「G1」、「G2」、「G3」、「GD」の項目は、図18と同様である。このため、その説明を省略する。「G4」は、駆動信号TX4のタイミングを「G4」で示している。駆動信号TX4は、読み出しトランジスタG4を駆動させる信号である。 The items “REFRECTION”, “G1”, “G2”, “G3”, and “GD” in FIG. 4 are the same as in FIG. 18. Therefore, the explanation thereof will be omitted. "G4" indicates the timing of the drive signal TX4. The drive signal TX4 is a signal that drives the read transistor G4.
図4では横軸に時間tを示しており、横軸の目盛りは「期間To」に相当する時間区間ごとに付されている。「期間To」は光パルスPOの照射期間、及び1つの電荷蓄積部CSの蓄積期間Taに相当する。光パルスPOは、横軸の目盛りが「0」から「1」までの期間に照射される。この例では光パルスPOの照射から時間Td1が経過した後の入射期間R1にて反射光RLが入射された場合、及び時間Td2が経過した後の入射期間R2にて反射光RLが入射された場合を、それぞれ示している。
図4では、各ゲート(読み出しトランジスタG1~G4、及びドレイントランジスタGD)をオン状態とする時間Tonを、各ゲートの蓄積期間Taより少し短い時間としている。これにより、各ゲートのうち、ドレイントランジスタGDを、オン状態からオフ状態に変化させるタイミングと、第1ゲート(読み出しトランジスタG1)をオフ状態からオン状態に変化させるタイミングと、を同時に発生させることによる、電荷排出及び電荷振り分けのエラー(クロストーク)を抑えることが可能となる。また、第1ゲートをオン状態からオフ状態に変化させるタイミングと、第2ゲート(読み出しトランジスタG2)をオフ状態からオン状態に変化させるタイミングとを同時に発生させることによる電荷振り分けのエラーを抑えることが可能となる。同様に、第2ゲートと第3ゲート(読み出しトランジスタG3)のタイミングの関係、第3ゲートとドレイントランジスタGDの関係を、図4に示すタイミングとすることにより、電荷排出や電荷振り分けのエラーを抑えることが可能となる。以下、図5から図7に示すタイミングチャートも同様である。
In Fig. 4, the horizontal axis indicates time t, and the scale on the horizontal axis is marked for each time section corresponding to "period To". "Period To" corresponds to the irradiation period of the light pulse PO and the accumulation period Ta of one charge accumulation unit CS. The light pulse PO is irradiated during the period from "0" to "1" on the horizontal axis scale. In this example, the case where the reflected light RL is incident during an incidence period R1 after the elapse of time Td1 from the irradiation of the light pulse PO, and the case where the reflected light RL is incident during an incidence period R2 after the elapse of time Td2 are shown.
In FIG. 4, the time Ton during which each gate (read transistors G1 to G4 and drain transistor GD) is in the on state is set to a time slightly shorter than the accumulation period Ta of each gate. This makes it possible to suppress charge discharge and charge distribution errors (crosstalk) caused by simultaneously generating the timing of changing the drain transistor GD from the on state to the off state and the timing of changing the first gate (read transistor G1) from the off state to the on state. In addition, it is possible to suppress charge distribution errors caused by simultaneously generating the timing of changing the first gate from the on state to the off state and the timing of changing the second gate (read transistor G2) from the off state to the on state. Similarly, by setting the timing relationship between the second gate and the third gate (read transistor G3) and the relationship between the third gate and the drain transistor GD to the timing shown in FIG. 4, it is possible to suppress charge discharge and charge distribution errors. The same applies to the timing charts shown in FIG. 5 to FIG. 7.
図4の「Gr1、Sf1」は、グループGr1に属する画素をサブフレームSf1にて駆動させるタイミングチャートを示す。「Gr2、Sf1」は、グループGr2に属する画素をサブフレームSf1にて駆動させるタイミングチャートを示す。「Gr1、Sf2」は、グループGr1に属する画素をサブフレームSf2にて駆動させるタイミングチャートを示す。「Gr2、Sf2」は、グループGr2に属する画素をサブフレームSf2にて駆動させるタイミングチャートを示す。 “Gr1, Sf1” in FIG. 4 shows a timing chart for driving pixels belonging to group Gr1 in subframe Sf1. "Gr2, Sf1" indicates a timing chart for driving pixels belonging to group Gr2 in subframe Sf1. “Gr1, Sf2” indicates a timing chart for driving pixels belonging to group Gr1 in subframe Sf2. “Gr2, Sf2” indicates a timing chart for driving pixels belonging to group Gr2 in subframe Sf2.
図4に示す入射期間R1は、「Gr1、Sf1」における、読み出しトランジスタG3、G4がオン状態となる期間に跨っており、この場合、反射光RLに応じた電荷が電荷蓄積部CS3、CS4に跨って蓄積される。 The incident period R1 shown in FIG. 4 spans the period in which the readout transistors G3 and G4 are in the on state in "Gr1, Sf1", and in this case, charges corresponding to the reflected light RL are transferred to the charge storage units CS3 and CS4. It is accumulated across the board.
これは、入射期間R1が、サブフレームのない従来の4タップ構成にて測定可能な距離のほぼ上限に位置する被写体Sからの反射光であることを示している。すなわち、これ以上遠方にある被写体Sは、入射期間R1よりも遅れて入射され、従来の4タップ構成で測定することができない。例えば、入射期間R2は、入射期間R1より遅れて入射される反射光RLであり、従来の4タップ構成における何れの読み出しトランジスタGにも反射光RLに応じた電荷を蓄積させることができない。このため、距離を測定することができない。 This indicates that the incident period R1 is the reflected light from the subject S located approximately at the upper limit of the distance that can be measured with the conventional 4-tap configuration without subframes. That is, a subject S located further away is incident later than the incident period R1, and cannot be measured with the conventional 4-tap configuration. For example, during the incident period R2, the reflected light RL is incident later than the incident period R1, and charges corresponding to the reflected light RL cannot be accumulated in any of the readout transistors G in the conventional 4-tap configuration. Therefore, distance cannot be measured.
この対策として、本実施形態では、距離画像撮像装置1が備える複数の画素321をグループGr1、Gr2に分類する。そして、タイミング制御部41は、グループGr1とGr2とが、互いに異なるタイミングにて連動して動作するように制御する。
As a countermeasure against this, in this embodiment, the plurality of
具体的に、タイミング制御部41は、「Gr1、Sf1」に示すように、グループGr1に属する画素における読み出しトランジスタG1からG4を順にオン状態とし、電荷蓄積部CS1~CS4に順に電荷が蓄積されるようにする。
Specifically, as shown in "Gr1, Sf1", the
また、タイミング制御部41は、「Gr2、Sf1」に示すように、グループGr1に属する画素における読み出しトランジスタG4がオン状態からオフ状態に変化したタイミングにて、グループGr2に属する画素における読み出しトランジスタG1からG4を順にオン状態とし、電荷蓄積部CS1~CS4に順に電荷が蓄積されるようにする。すなわち、タイミング制御部41は、グループGr1に属する画素321における電荷蓄積部CS1~CS4、グループGr2に属する画素321における電荷蓄積部CS1~CS4のそれぞれに、順に電荷を振り分けて蓄積させる。
Further, as shown in "Gr2, Sf1", the
すなわち、タイミング制御部41は、電荷蓄積部CSのそれぞれの蓄積期間Taが重ならないように制御する。これにより、距離画像撮像装置1が受光することができる反射光RLの遅延時間Tdを拡大させる。
That is, the
これにより、入射期間R2が、「Gr2、Sf1」に示す読み出しトランジスタG3、G4がオン状態となる期間に跨るようになり、反射光RLに応じた電荷が、グループGr2に属する画素321における電荷蓄積部CS3、CS4に跨って蓄積されるようになる。つまり、本実施形態の「グループGr1とGr2とが、互いに異なるタイミングにて連動して動作させる構成」により、見かけ上のタップ数を8として、実際のタップ数の4より増やすことができる。したがって、4タップ構成では計測することができなかった入射期間R2に対応する被写体Sまでの距離を、サブフレームの数を増やすことなく測定することが可能となる。
As a result, the incident period R2 extends over the period in which the readout transistors G3 and G4 shown in "Gr2, Sf1" are in the on state, and the charge according to the reflected light RL is accumulated in the
図4では、1フレームが、二つのサブフレームSf1、Sf2を含むように構成する。この構成は、見かけ上のタップ数を増やすための構成ではなく、以下に説明する通り、二つのグループGrに、外光ノイズを均等に配分させるための構成である。 In FIG. 4, one frame is configured to include two subframes Sf1 and Sf2. This configuration is not a configuration for increasing the apparent number of taps, but is a configuration for evenly distributing external light noise to the two groups Gr, as described below.
「Gr1、Sf1」、「Gr2、Sf2」に示すように、タイミング制御部41は、サブフレームSf1においてグループGr1に属する画素321を駆動させるタイミングと、サブフレームSf2においてグループGr2に属する画素321を駆動させるタイミングとが、同一のタイミング(「第1タイミング」の一例)となるように制御する。
As shown in "Gr1, Sf1" and "Gr2, Sf2", the
また、「Gr2、Sf1」、「Gr1、Sf2」に示すように、タイミング制御部41は、サブフレームSf1においてグループGr2に属する画素321を駆動させるタイミングと、サブフレームSf2においてグループGr1に属する画素321を駆動させるタイミングとが、同一のタイミング(「第2タイミング」の一例)となるように制御する。
Further, as shown in "Gr2, Sf1" and "Gr1, Sf2", the
このように、図4では、サブフレームSf1における駆動タイミングと、サブフレームSf2における駆動タイミングとで、グループごとに交互に駆動タイミング入れ替える。これにより、特有の外光ノイズがグループGrのいずれかに偏って蓄積されてしまうことを抑制することが可能である。ここでの特有の外光ノイズとは、サブフレームSfごとに、グループGrの駆動タイミングを変更しない場合に蓄積され得る外光であって、例えば、サブフレームの周期に連動した外光が定期的に発生するような場合である。すなわち、サブフレームごとに、グループGrの駆動タイミングを交互に入れ替える構成により、サブフレームの周期に連動した外光が定期的に発生するような場合であっても、その外光成分をグループGr1、Gr2に属する画素321に、ほぼ均等に配分して受光させることができる。したがって、特有の外光ノイズが一方のグループのみに偏って受光される場合と比較して、測定の精度を向上させることが可能である。
In this way, in FIG. 4, the drive timing in subframe Sf1 and the drive timing in subframe Sf2 are alternately swapped for each group. Thereby, it is possible to prevent specific external light noise from being accumulated in one of the groups Gr. The unique external light noise here is the external light that can be accumulated when the driving timing of the group Gr is not changed for each subframe Sf. For example, the external light that is linked to the period of the subframe is periodically This is a case that occurs in In other words, with the configuration in which the driving timing of the groups Gr is alternately changed for each subframe, even if external light that is linked to the period of the subframe is generated periodically, the external light component is transferred to the groups Gr1, The
図5は、受光部3における複数の画素321が、二つのグループGr1、Gr2のいずれかに分類される場合であって、且つ、1フレームが四つのサブフレームSf1~Sf4からなる場合におけるタイミングチャートの例を示している。図5では、「Gr1、Sf3」は、グループGr1に属する画素をサブフレームSf3にて駆動させるタイミングチャートを示す。「Gr2、Sf3」は、グループGr2に属する画素をサブフレームSf3にて駆動させるタイミングチャートを示す。「Gr1、Sf4」は、グループGr1に属する画素をサブフレームSf4にて駆動させるタイミングチャートを示す。「Gr2、Sf4」は、グループGr2に属する画素をサブフレームSf4にて駆動させるタイミングチャートを示す。なお、図5における項目について、図4と項目名が重複するものは、図4と同等であるため、その説明を省略する。
FIG. 5 is a timing chart in a case where a plurality of
図5に示すように、タイミング制御部41は、グループGr1とGr2とを、サブフレームSf1~Sf4に渡り、互いに異なるタイミングにて連動して動作するように制御する。
As shown in FIG. 5, the
具体的に、タイミング制御部41は、「Gr1、Sf1」に示すように、サブフレームSf1において、グループGr1に属する画素における読み出しトランジスタG1からG4を順にオン状態とし、電荷蓄積部CS1~CS4に順に電荷が蓄積されるようにする。
Specifically, as shown in "Gr1, Sf1", in subframe Sf1, the
また、タイミング制御部41は、「Gr2、Sf1」に示すように、サブフレームSf1において、グループGr1に属する画素における読み出しトランジスタG4がオン状態からオフ状態に変化したタイミングにて、グループGr2に属する画素における読み出しトランジスタG1からG4を順にオン状態とし、電荷蓄積部CS1~CS4に順に電荷が蓄積されるようにする。
Furthermore, as shown in "Gr2, Sf1", the
また、タイミング制御部41は、「Gr1、Sf2」に示すように、サブフレームSf2において、サブフレームSf1においてグループGr2に属する画素における読み出しトランジスタG4がオン状態からオフ状態に変化したタイミングにて、グループGr1に属する画素における読み出しトランジスタG1からG4を順にオン状態とし、電荷蓄積部CS1~CS4に順に電荷が蓄積されるようにする。
Further, as shown in "Gr1, Sf2", in subframe Sf2, the
また、タイミング制御部41は、「Gr2、Sf2」に示すように、サブフレームSf2において、グループGr1に属する画素における読み出しトランジスタG4がオン状態からオフ状態に変化したタイミングにて、グループGr2に属する画素における読み出しトランジスタG1からG4を順にオン状態とし、電荷蓄積部CS1~CS4に順に電荷が蓄積されるようにする。
Further, as shown in "Gr2, Sf2", the
すなわち、タイミング制御部41は、サブフレームSf1においてグループGr1に属する画素321における電荷蓄積部CS1~CS4、グループGr2に属する画素321における電荷蓄積部CS1~CS4のそれぞれに、順に電荷を振り分けて蓄積させることで、見かけ上のタップ数を8とすることにより、測定可能な範囲を拡大させる。
That is, the
さらにタイミング制御部41は、サブフレームSf2において、サブフレームSf1の蓄積が終了するタイミングからグループGr1に属する画素321における電荷蓄積部CS1~CS4、グループGr2に属する画素321における電荷蓄積部CS1~CS4のそれぞれに、順に電荷を振り分けて蓄積させ、見かけ上のタップ数をさらに8タップ増やし、見かけ上のタップ数の合計を16タップとする。
Further, in subframe Sf2, the
これにより、測定可能な範囲をさらに拡大させることができる。しかも、1フレームを4つのサブフレームにすることにより、見かけ上のタップ数を16とした場合と比較して、測定に要する時間は短くなる。このため、対象物が動体であっても、1フレームを4つのサブフレームとした構成と比較して、測定の精度の劣化を抑制することが可能である。 This allows the measurable range to be further expanded. Furthermore, by forming one frame into four subframes, the time required for measurement becomes shorter than when the apparent number of taps is 16. Therefore, even if the object is a moving object, it is possible to suppress deterioration in measurement accuracy compared to a configuration in which one frame has four subframes.
図5では、1フレームが、上記二つのサブフレームSf1、Sf2に加え、更に二つのサブフレームSf3、Sf4を含むように構成する。この構成は、見かけ上のタップ数を増やすための構成ではなく、以下に説明する通り、二つのグループGrに、外光ノイズを均等に受光させるための構成である。 In FIG. 5, one frame is configured to include two subframes Sf3 and Sf4 in addition to the above two subframes Sf1 and Sf2. This configuration is not a configuration for increasing the apparent number of taps, but is a configuration for allowing the two groups Gr to receive external light noise equally, as described below.
「Gr1、Sf1」、「Gr2、Sf3」に示すように、タイミング制御部41は、サブフレームSf1においてグループGr1に属する画素321を駆動させるタイミングと、サブフレームSf3においてグループGr2に属する画素321を駆動させるタイミングとが、同一のタイミング(「第1タイミング」の一例)となるように制御する。
As shown in "Gr1, Sf1" and "Gr2, Sf3", the
また、「Gr2、Sf1」、「Gr1、Sf3」に示すように、タイミング制御部41は、サブフレームSf1においてグループGr2に属する画素321を駆動させるタイミングと、サブフレームSf3においてグループGr1に属する画素321を駆動させるタイミングとが、同一のタイミング(「第2タイミング」の一例)となるように制御する。
Further, as shown in "Gr2, Sf1" and "Gr1, Sf3", the
また、「Gr1、Sf2」、「Gr2、Sf4」に示すように、タイミング制御部41は、サブフレームSf2においてグループGr1に属する画素321を駆動させるタイミングと、サブフレームSf4においてグループGr2に属する画素321を駆動させるタイミングとが、同一のタイミング(「第1タイミング」の一例)となるように制御する。
Further, as shown in "Gr1, Sf2" and "Gr2, Sf4", the
また、「Gr2、Sf2」、「Gr1、Sf4」に示すように、タイミング制御部41は、サブフレームSf2においてグループGr2に属する画素321を駆動させるタイミングと、サブフレームSf4においてグループGr1に属する画素321を駆動させるタイミングとが、同一のタイミング(「第2タイミング」の一例)となるように制御する。
Further, as shown in "Gr2, Sf2" and "Gr1, Sf4", the
このように、図5では、サブフレームSf1、Sf2における駆動タイミングと、サブフレームSf3、Sf4における駆動タイミングとで、グループGrごとに交互に駆動タイミングを入れ替える。これにより、サブフレームの周期に連動した外光ノイズが定期的に発生するような場合であっても、その外光成分をグループGr1、Gr2に属する画素321に、ほぼ均等に受光させることができる。したがって、特有の外光ノイズが一方のグループのみに偏って受光される場合と比較して、測定の精度を向上させることが可能である。
In this manner, in FIG. 5, the drive timings are alternately exchanged for each group Gr between the drive timings in subframes Sf1 and Sf2 and the drive timings in subframes Sf3 and Sf4. As a result, even if external light noise linked to the subframe cycle occurs periodically, the
図6は、図4と同様に、受光部3における複数の画素321が、二つのグループGr1、Gr2のいずれかに分類される場合であって、且つ、1フレームが二つのサブフレームSf1、Sf2からなる場合におけるタイミングチャートの例を示している。図6における項目は、図4と同等であるため、その説明を省略する。
Similar to FIG. 4, FIG. 6 shows a case where a plurality of
図6では、タイミング制御部41が、グループGr1とGr2とを、互いに異なるタイミングにて連動して動作するように制御する際に、グループGr1とGr2の駆動タイミングの一部が重なるように制御する点において、図4と異なる。
In FIG. 6, the
具体的に、タイミング制御部41は、「Gr1、Sf1」に示すように、グループGr1に属する画素における読み出しトランジスタG1からG4を順にオン状態とし、電荷蓄積部CS1~CS4に順に電荷が蓄積されるようにする。
Specifically, as shown in "Gr1, Sf1", the
また、タイミング制御部41は、「Gr2、Sf1」に示すように、グループGr1に属する画素における読み出しトランジスタG4がオン状態となっている間の任意のタイミングで、グループGr2に属する画素における読み出しトランジスタG1からG4を順にオン状態とし、以降、電荷蓄積部CS1~CS4に順に電荷が蓄積されるようにする。
Further, as shown in "Gr2, Sf1", the
すなわち、タイミング制御部41は、グループGr1に属する画素321における電荷蓄積部CS4の蓄積期間Taと、グループGr2に属する画素321における電荷蓄積部CS1蓄積期間Taの一部が重なるに制御する。これにより、グループGr1の駆動から、グループGr2の駆動に切り替わるタイミングTsにおいて、反射光RLが入射された場合に、測定の精度が劣化することを抑制する。
That is, the
図6では、1フレームが、二つのサブフレームSf1、Sf2含むように構成する。この構成は、見かけ上のタップ数を増やすための構成ではなく、二つのグループGrに、外光ノイズを均等に配分させるための構成である。この構成は、図4と同様である。このため、その説明を省略する。 In FIG. 6, one frame is configured to include two subframes Sf1 and Sf2. This configuration is not intended to increase the apparent number of taps, but rather to distribute external light noise evenly to the two groups Gr. This configuration is the same as that in FIG. 4. Therefore, its description will be omitted.
図7は、図6と同様に、受光部3における複数の画素321が、二つのグループGr1、Gr2のいずれかに分類される場合であって、且つ、1フレームが四つのサブフレームSf1~Sf4からなる場合におけるタイミングチャートの例を示している。図7の項目は、図6と同等であるため、その説明を省略する。
As with FIG. 6, FIG. 7 shows an example of a timing chart in which the
図7に示すように、タイミング制御部41は、グループGr1とGr2とを、サブフレームSf1、Sf2に渡り、互いに異なるタイミングにて連動して動作するように制御する。その際、タイミング制御部41は、グループGr1とGr2の駆動タイミングの一部が重なるように制御する。この構成は、図6と同様である。このため、その説明を省略する。
As shown in FIG. 7, the
また、図7では、1フレームが、上記二つのサブフレームSf1、Sf2に加え、更に二つのサブフレームSf3、Sf4を含むように構成する。この構成は、見かけ上のタップ数を増やすための構成ではなく、以下に説明する通り、二つのグループGrに、外光ノイズを均等に受光させるための構成である。この構成は、図5と同様である。このため、その説明を省略する。 Further, in FIG. 7, one frame is configured to include two subframes Sf3 and Sf4 in addition to the above two subframes Sf1 and Sf2. This configuration is not a configuration for increasing the apparent number of taps, but is a configuration for allowing the two groups Gr to receive external light noise equally, as described below. This configuration is similar to that in FIG. Therefore, the explanation thereof will be omitted.
図8~図10は、第1の実施形態の距離画像撮像装置における画素群のグループ分けの例を示す図である。図8~図10は、二次元状に配置された画素321を模式的に示している。
FIGS. 8 to 10 are diagrams showing examples of grouping of pixel groups in the distance image imaging device of the first embodiment. 8 to 10 schematically show
図8に示すように、例えば、画素321の列(column)ごとに、二つのグループGr1、Gr2に分類することが考えられる。
図9に示すように、例えば、画素321の行(row)ごとに、二つのグループGr1、Gr2に分類することが考えられる。
図10に示すように、例えば、画素321ごと(ピクセルごと)に、四つのグループGr1~Gr4に分類することが考えられる。この場合、例えば、四つのピクセルP1~P4を単位として、四つのグループに分類し、グループごとに異なるタイミングで駆動させる。
As shown in FIG. 8, for example, each column of
As shown in FIG. 9, for example, each row of
As shown in FIG. 10, for example, each pixel 321 (pixel by pixel) may be classified into four groups Gr1 to Gr4. In this case, for example, the four pixels P1 to P4 are classified into four groups, and each group is driven at a different timing.
このように、本実施形態において、距離画像撮像装置における画素群を3以上の複数のグループに分類し、グループごとに互いに異なるタイミングで駆動する構成としてもよい。この構成においても、二つのグループGr1、Gr2に分類する場合と同様の手法を適用することができる。 As described above, in this embodiment, the pixel group in the distance image capturing device may be classified into three or more groups, and each group may be driven at different timings. Even in this configuration, the same method as in the case of classifying into two groups Gr1 and Gr2 can be applied.
また、画素321の二次元状の配置の状況に応じたグループ分けを行ってもよい。例えば、画素321の配置が、列方向と比較して行方向が長い、横長センサである場合、制御線を行方向に沿って実装させることが一般的である。この場合、制御のし易さを鑑みて、行ごとに異なるグループに分類する構成が好適である。
Further, the
以上説明したように、第1の実施形態では、画素321は、二次元の行列状に複数配置されると共に、複数の画素321のそれぞれが、予め定められた二以上のグループGr1、Gr2のいずれかに分類される。タイミング制御部41は、二以上のグループGr1、Gr2のそれぞれに属する画素321における電荷蓄積部CSの蓄積期間Taが、グループごとに互いに異なるタイミングとなるように制御する。これにより、グループGr1、Gr2を連動させることができ、サブフレームの数を増やすことなく、見かけ上のタップ数を増加させることが可能である。
As described above, in the first embodiment, a plurality of
また、第1の実施形態では、距離画像撮像装置1は4タップ構成であり、タイミング制御部41は、グループGr1、Gr2を、それぞれの電荷蓄積部CSの蓄積期間Taが重ならないように、順に駆動させる。これにより、上述した効果と同様の効果を奏する。
また、第1の実施形態では、距離画像撮像装置1は4タップ構成であり、タイミング制御部41は、グループGr1、Gr2を順に駆動させ、グループGr1の電荷蓄積部CS4の蓄積期間Taと、グループGr2の電荷蓄積部CS1の蓄積期間Taとの、少なくとも一部の期間が重なるように制御する。これにより、グループGr1の駆動を終了させる前に、グループGr2の駆動が開始されるように制御することができ、測定の精度を向上させることが可能である。
また、第1の実施形態では、1フレームを複数のサブフレームSf1、Sf2で構成し、タイミング制御部41は、サブフレームSf1においてグループGr1を駆動させたタイミングで、サブフレームSf2におけるグループGr2を駆動させる。また、タイミング制御部41は、サブフレームSf1においてグループGr2を駆動させたタイミングで、サブフレームSf2におけるグループGr1を駆動させる。これにより、外光ノイズが片方のグループに偏って蓄積されることを抑制し、測定精度の劣化を抑制することが可能である。また、第1の実施形態では、サブフレームの数を増やす場合には、外光耐性をあげたり、見かけ上のタップ数をより多く増やしたりすることが可能である。
Further, in the first embodiment, the distance
Further, in the first embodiment, the distance
Furthermore, in the first embodiment, one frame is composed of a plurality of subframes Sf1 and Sf2, and the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。本実施形態では、受光部3における1つの画素321が、3つの電荷蓄積部CS(電荷蓄積部CS1~CS3)を備える。すなわち、本実施形態の距離画像撮像装置1は、3タップ構成である。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In this embodiment, one
図11は、第2の実施形態の距離画像撮像装置における画素群のグループ分けの例を示す図である。図11では、二次元状に配置された画素321が、千鳥格子状に、縦方向及び横方向に互い違いに二つのグループGr1、Gr2のいずれかに分類される場合の例を示している。図11におけるTX_CTRL[0]は、グループGr1に分類された画素321を駆動させるタイミング信号である。また、TX_CTRL[1]は、グループGr2に分類された画素321を駆動させるタイミング信号である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of grouping of pixel groups in the distance image capturing device of the second embodiment. FIG. 11 shows an example in which
図12は、第2の実施形態の距離画像撮像装置における画素を駆動させるタイミングを示したタイミングチャートである。
図12に示す項目のうち、「Gr1」は、グループGr1に属する画素を駆動させるタイミングチャートを示す。「Gr2」は、グループGr2に属する画素を駆動させるタイミングチャートを示す。「Gr1_Camera」では、グループGr1に属する読み出しトランジスタG1、G2、G3、及びドレイントランジスタGDがオン状態となるタイミングを、それぞれ、「G1」、「G2」、「G3」、及び「GD」で示している。「Gr2_Camera」では、グループGr2に属する読み出しトランジスタG1、G2、G3、及びドレイントランジスタGDがオン状態となるタイミングを、それぞれ、「G1」、「G2」、「G3」、及び「GD」で示している。「合成」では、グループGr1、Gr2を合成した場合の電荷を、それぞれ、「G1」、「G2」、「G3」、「G4」及び「GD」で示している。
FIG. 12 is a timing chart showing the timing of driving pixels in the distance image capturing device of the second embodiment.
Among the items shown in FIG. 12, "Gr1" indicates a timing chart for driving pixels belonging to group Gr1. "Gr2" indicates a timing chart for driving pixels belonging to group Gr2. In "Gr1_Camera", the timings at which read transistors G1, G2, G3 and drain transistor GD belonging to group Gr1 turn on are indicated by "G1", "G2", "G3", and "GD", respectively. There is. In "Gr2_Camera", the timings at which read transistors G1, G2, G3 and drain transistor GD belonging to group Gr2 turn on are indicated by "G1", "G2", "G3", and "GD", respectively. There is. In "Synthesis", the charges when groups Gr1 and Gr2 are synthesized are shown as "G1", "G2", "G3", "G4" and "GD", respectively.
なお、図12に示す項目のうち、「Light」、「G1」、「G2」、「G3」、及び「GD」については、図18と同様である。このため、その説明を省略する。 Note that among the items shown in FIG. 12, "Light", "G1", "G2", "G3", and "GD" are the same as in FIG. 18. Therefore, the explanation thereof will be omitted.
図12では、タイミング制御部41は、測定において、比較的精度が劣化する要因となり易いタイミングでは、グループGr1、Gr2の双方の電荷蓄積部CSに電荷が蓄積されるように制御する。一方、タイミング制御部41は、比較的精度が劣化する要因となり難いタイミングでは、グループGr1、又はGr2の一方の電荷蓄積部CSのみに電荷が蓄積されるように制御する。
In FIG. 12, the
ここで、比較的精度が劣化する要因となり易いタイミングとは、比較的遠距離に位置する被写体Sからの反射光RLが入射されるタイミングである。一方、比較的精度が劣化する要因となり難いタイミングとは、外光(背景光)を受光するタイミング、及び比較的近距離に位置する被写体Sからの反射光RLが入射されるタイミングである。これは、光量が距離の二乗に反比例して減少する性質を有するためである。 Here, the timing that is likely to cause relatively poor accuracy is the timing at which the reflected light RL from the subject S located at a relatively long distance is incident. On the other hand, the timings that are relatively unlikely to cause accuracy deterioration are the timing at which external light (background light) is received and the timing at which the reflected light RL from the subject S located at a relatively short distance is incident. This is because the amount of light has the property of decreasing in inverse proportion to the square of the distance.
具体的に、まず、タイミング制御部41は、光パルスPOが照射されていない外光蓄積期間Tnに、グループGr1に属する画素321における電荷蓄積部CS1のみに電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、光パルスPOが照射されている第1反射光蓄積期間T1に、グループGr2に属する画素321における電荷蓄積部CS1のみに電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第1反射光蓄積期間T1の経過後の第2反射光蓄積期間T2に、グループGr1に属する画素321における電荷蓄積部CS2、及びグループGr2に属する画素321における電荷蓄積部CS2の双方に電荷を蓄積させる。
Specifically, first, the
Next, the
Next, the
そして、タイミング制御部41は、第2反射光蓄積期間T2の経過後の第3反射光蓄積期間T3に、グループGr1に属する画素321における電荷蓄積部CS3、及びグループGr2に属する画素321における電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる。これにより、比較的遠方からの反射光を受光する場合であっても、受光する光量が、近距離の場合と比較して減少してしまうことを抑制できる。したがって、測定の精度の劣化を抑制することが可能である。
Then, during the third reflected light accumulation period T3 after the second reflected light accumulation period T2 has elapsed, the
なお、合成の方法は任意であってよい。ここでの合成とは、グループGr1を駆動させることにより蓄積させた電荷、及び、電荷に応じた信号と、グループGr2を駆動させることにより蓄積させた電荷、及び、電荷に応じた信号とを合成する処理である。例えば、距離演算部42が、合成処理を行い、合成した結果を用いて距離の演算を行う。この場合、距離演算部42は、外光蓄積期間Tn、及び第1反射光蓄積期間T1にそれぞれ蓄積された電荷を2倍とした電荷、第2反射光蓄積期間T2及び第3反射光蓄積期間T3にそれぞれ蓄積された電荷を加算した電荷を用いて、合成する。或いは、外光蓄積期間Tn、及び第1反射光蓄積期間T1にそれぞれ蓄積された電荷、第2反射光蓄積期間T2及び第3反射光蓄積期間T3にそれぞれ蓄積された電荷を加算平均した電荷を用いて、合成するようにしてもよい。
Note that the synthesis method may be arbitrary. Synthesis here means combining the charge accumulated by driving group Gr1 and a signal corresponding to the charge with the charge accumulated by driving group Gr2 and a signal corresponding to the charge. This is the process of For example, the
図13は、第2の実施形態の距離画像撮像装置における画素群のグループ分けの例を示す図である。図13では、二次元状に配置された画素321が、縦方向の2列に渡り、1列目に互い違いに二つのグループGr1、Gr2のいずれかに分類され、2列目に互い違いに二つのグループGr3、Gr4のいずれかに分類され、1列目、2列目の組合せが横方向に展開される場合の例を示している。図13におけるTX_CTRL[0]、TX_CTRL[1]は、図11と同様である。TX_CTRL[2]は、グループGr3に分類された画素321を駆動させるタイミング信号である。また、TX_CTRL[3]は、グループGr4に分類された画素321を駆動させるタイミング信号である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of grouping of pixel groups in the distance image capturing device of the second embodiment. In FIG. 13,
このように、本実施形態において、距離画像撮像装置1における画素群を3以上の複数のグループに分類し、グループごとに互いに異なるタイミングで駆動する構成としてもよい。この構成においても、二つのグループGr1、Gr2に分類する場合と同様の手法を適用することができる。
In this manner, in this embodiment, the pixel group in the distance
本実施形態において、1フレームが複数のサブフレームを備える構成としてもよい。図14は、第2の実施形態の距離画像撮像装置における複数のサブフレームを合成する処理の例を説明するための図である。
タイミング制御部41は、それぞれのサブフレームにおいて、グループごとに互いに異なるタイミングで駆動する。以下では、1フレームが二つのサブフレームSf1、Sf2からなる場合を例に説明するが、これに限定されることはない。1フレームが3以上のサブフレームで構成される場合であっても、以下に説明する合成方法を適用することができる。
In this embodiment, one frame may include a plurality of subframes. FIG. 14 is a diagram for explaining an example of a process of composing a plurality of subframes in the distance image capturing apparatus according to the second embodiment.
The
また、本実施形態において、第1の実施形態と同様に、タイミング制御部41は、サブフレームSf1においてグループGr1を駆動させたタイミングで、サブフレームSf2におけるグループGr2を駆動させてもよい。或いは、タイミング制御部41は、サブフレームSf1、Sf2共に、グループGr1、Gr2のそれぞれの駆動タイミングを変更しないように制御してもよい。駆動タイミングを変更しないことにより処理を単純化することができる。
Further, in this embodiment, similarly to the first embodiment, the
図14に示すように、距離画像撮像装置1は、サブフレームSf1による処理(処理F1)、及びサブフレームSf2による処理(処理F2)を交互に繰り返す。
距離画像撮像装置1は、タイミングTm1にて、処理F1による処理結果をフレームメモリに記憶させ、サブフレームSf1による処理結果を一時的に保持する(処理F4)。
距離画像撮像装置1は、タイミングTm1の次のタイミングTm2にて、処理F2による処理結果をフレームメモリに記憶させ、サブフレームSf2による処理結果を一時的に保持する(処理F3)。
距離画像撮像装置1は、タイミングTm2の次のタイミングTm3にて、処理F3による処理結果と、処理F1による処理結果とを用いて、サブフレームSf1とサブフレームSf2との二つの処理結果を合成する(処理F5)。
距離画像撮像装置1は、タイミングTm2にて、処理F4による処理結果と、処理F2による処理結果とを用いて、サブフレームSf2とサブフレームSf1の二つの処理結果を合成する(処理F6)。
As shown in FIG. 14, the distance
At timing Tm1, the distance
The distance
The distance
At timing Tm2, the distance
以上説明したように、第2の実施形態では、距離画像撮像装置1は3タップ構成であり、タイミング制御部41は、外光蓄積期間TnにおいてグループGr1の電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させ、第1反射光蓄積期間T1においてグループGr2の電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させる。また、タイミング制御部41は、第2反射光蓄積期間T2において、グループGr1、Gr2の両方の電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させる。また、タイミング制御部41は、第3反射光蓄積期間T3において、グループGr1、Gr2の両方の電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させる。これにより、受光する光量が、近距離の場合と比較して減少してしまう遠距離を計測する場合でも、測定の精度の劣化を抑制することが可能である。
As described above, in the second embodiment, the distance
また、第2の実施形態では、1フレームが複数のサブフレームからなり、距離演算部42は、複数のサブフレームのそれぞれにおいて、電荷蓄積部CSに蓄積された電荷量を合成する。これにより、画素群を複数のグループに分けて駆動させる方法、及びサブフレームを用いる方法の双方を用いて、見た目のタップ数を増加させることができ、上述した効果と同様の効果を奏する。
In the second embodiment, one frame is made up of multiple subframes, and the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。本実施形態では、受光部3における1つの画素321が、3つの電荷蓄積部CS(電荷蓄積部CS1~CS3)を備える。すなわち、本実施形態の距離画像撮像装置1は、3タップ構成である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. In this embodiment, one
本実施形態では、タイミング制御部41は、距離分解能が高い距離領域を増やすように、電荷蓄積部CSの駆動タイミングを制御する。すなわち、タイミング制御部41は、図18に示すような従来の受光タイミングでグループGr1に属する画素321を駆動させ、グループGr1による測定の精度を向上させることができ、且つ、測定することが可能となる距離の範囲が拡大するように、グループGr2に属する画素321を駆動させる。
以下、本実施形態の詳細について図15~図17を用いて説明する。
In this embodiment, the
Details of this embodiment will be explained below using FIGS. 15 to 17.
図15~図17は、第3の実施形態の距離画像撮像装置における画素を駆動させるタイミングを示したタイミングチャートである。
図15~図17に示す項目のうち、「Gr1 or Sf1」は、グループGr1に属する画素321、又はサブフレームSf1にて画素321を駆動させるタイミングチャートを示している。「Gr2 or Sf2」は、グループGr2に属する画素321、又はサブフレームSf1にて画素321を駆動させるタイミングチャートを示している。
図15~図17に示す項目のうち、「Light」、「G1」、「G2」、「G3」、及び「GD」については、図18と同様である。このため、その説明を省略する。
15 to 17 are timing charts showing the timing of driving pixels in the distance image capturing device of the third embodiment.
Among the items shown in FIGS. 15 to 17, "Gr1 or Sf1" indicates a timing chart for driving the
Among the items shown in FIGS. 15 to 17, "Light", "G1", "G2", "G3", and "GD" are the same as in FIG. 18. Therefore, the explanation thereof will be omitted.
図15では、まず、タイミング制御部41は、外光蓄積期間Tnに、グループGr1及びGr2の双方に属する電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第1反射光蓄積期間T1に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第1反射光蓄積期間T1から、蓄積期間Taの半分(Ta/2)の期間ずらした(遅らせた)、反射光蓄積期間T105に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第2反射光蓄積期間T2に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第2反射光蓄積期間T2から、蓄積期間Taの半分(Ta/2)の期間ずらした(遅らせた)、反射光蓄積期間T205に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる。
In FIG. 15, first, the
Next, the
Next, the
Next, the
Next, the
これにより、グループGr1における電荷蓄積部CS2への蓄積から電荷蓄積部CS3への蓄積に切り替わるタイミングTp1を含むように、グループGr2の電荷蓄積部CS2への蓄積を行うことができる。したがって、タイミングTp1において電荷を精度よく蓄積させることが可能である。また、グループGr1における電荷蓄積部CS3への蓄積を終了させるタイミングTp2以降に、グループGr2の電荷蓄積部CS3への蓄積を行うことができる。したがって、タイミングTp2以降に入射される反射光RLに応じた電荷量を蓄積させることができ、測定可能となる距離の範囲を拡大させることができる。
また、この例では、グループGr1に属する電荷蓄積部CS2、CS3の蓄積期間(第1反射光蓄積期間T1、第2反射光蓄積期間T2)と、グループGr2に属する電荷蓄積部CS2、CS3の蓄積期間(反射光蓄積期間T105、T205)とを、蓄積期間Taの半分(Ta/2)ずらす。これにより、グループGr1、Gr2とも、ほぼ均等な分配率にて、電荷を電荷蓄積部CS2、CS3に振分けて蓄積することができる。したがって、距離分解能が高い距離の領域を増やすことができる。また、グループGr1、Gr2で蓄積期間が重複する部分においては、2つの電荷蓄積部CSに電荷を蓄積させることができる。このため、1つの電荷蓄積部CSに電荷を蓄積させる場合と比較して、時間分解能を2倍とすることができる。したがって距離を精度よく測定することが可能となる。
また、「半分ずらす」ことにより、グループGr1において精度よく電荷を蓄積させることが困難な「端の箇所」が、グループGr2において精度よく電荷を蓄積させることが可能な「真ん中の箇所」となるように制御することができる。「端の箇所」とは電荷蓄積部CSをオン状態からオフ状態とする切り替わりのタイミングである。「真ん中の箇所」とは電荷蓄積部CSをオン状態としてからオフ状態とするまでの期間の真ん中のタイミングである。つまり、グループGr1、Gr2が互いに補い合うようにして、測定精度の低下を抑制することができる。
但し、厳密に、蓄積期間Taの「半分ずらす」ことが、最も精度よく測定できる制御になるとは限らない。実際には、測定を劣化させる要因として、光パルスのくずれ、電荷の転送の遅れ、転送する電極に与えられる電気パルスのくずれ等が発生し得る。このような劣化要因との相補的な関係から、「実効的に、蓄積期間Taの半分に相当する時間」だけ、グループGr1、Gr2の蓄積期間がずれるように制御することが望ましい。
Thereby, the charge storage unit CS2 of the group Gr2 can be stored to include the timing Tp1 at which the charge storage unit CS2 in the group Gr1 switches to the charge storage unit CS3. Therefore, it is possible to accumulate charges with high accuracy at timing Tp1. Further, after the timing Tp2 at which the accumulation in the charge accumulation section CS3 in the group Gr1 is ended, the accumulation in the charge accumulation section CS3 in the group Gr2 can be performed. Therefore, the amount of charge corresponding to the reflected light RL incident after timing Tp2 can be accumulated, and the range of distance that can be measured can be expanded.
In addition, in this example, the accumulation period (first reflected light accumulation period T1, second reflected light accumulation period T2) of the charge accumulation sections CS2 and CS3 belonging to the group Gr1 and the accumulation period of the charge accumulation sections CS2 and CS3 belonging to the group Gr2 are explained. The period (reflected light accumulation period T105, T205) is shifted by half (Ta/2) of the accumulation period Ta. Thereby, in both groups Gr1 and Gr2, charges can be distributed and stored in the charge storage sections CS2 and CS3 at a substantially equal distribution ratio. Therefore, the range of distances with high distance resolution can be increased. Further, in a portion where the accumulation periods overlap between the groups Gr1 and Gr2, charges can be accumulated in the two charge accumulation sections CS. Therefore, the time resolution can be doubled compared to the case where charges are accumulated in one charge accumulation section CS. Therefore, it becomes possible to measure distance with high accuracy.
In addition, by "shifting by half", the "edge locations" where it is difficult to accumulate charge accurately in group Gr1 become the "center locations" where it is possible to accumulate charges accurately in group Gr2. can be controlled. The "end point" is the timing of switching the charge storage section CS from the on state to the off state. The "middle point" is the timing in the middle of the period from when the charge storage section CS is turned on to when it is turned off. In other words, the groups Gr1 and Gr2 complement each other, thereby suppressing a decrease in measurement accuracy.
However, strictly speaking, "shifting by half" the accumulation period Ta does not necessarily provide control that allows for the most accurate measurement. In reality, factors that degrade measurement may include distortions in optical pulses, delays in charge transfer, and distortions in electrical pulses applied to transfer electrodes. In view of the complementary relationship with such deterioration factors, it is desirable to perform control so that the storage periods of groups Gr1 and Gr2 are shifted by "a time effectively equivalent to half of the storage period Ta."
図16では、まず、タイミング制御部41は、外光蓄積期間Tnに、グループGr1に属する電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、外光蓄積期間Tnから、蓄積期間Taの半分(Ta/2)の期間ずらした(遅らせた)、蓄積期間Tn05に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第1反射光蓄積期間T1に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第1反射光蓄積期間T1から、蓄積期間Taの半分(Ta/2)の期間ずらした(遅らせた)、反射光蓄積期間T105に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第2反射光蓄積期間T2に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第2反射光蓄積期間T2から、蓄積期間Taの半分(Ta/2)の期間ずらした(遅らせた)、反射光蓄積期間T205に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる。
In FIG. 16, first, the
Next, the
Next, the
Next, the
Next, the
Next, the
これにより、グループGr1における電荷蓄積部CS1への蓄積から電荷蓄積部CS2への蓄積に切り替わるタイミングTp0を含むように、グループGr2の電荷蓄積部CS1への蓄積を行うことができる。したがって、タイミングTp0において入射される反射光RLに応じた電荷量を精度よく蓄積させることが可能である。つまり、近距離にある被写体Sを測定するのに好適である。
また、図15と同様に、タイミングTp1において電荷を精度よく蓄積させることが可能である。また、図15と同様に、タイミングTp2以降の期間において電荷量を蓄積させることができ、測定可能な距離を拡大させることが可能である。
Thereby, the charge storage unit CS1 of the group Gr2 can be stored so as to include the timing Tp0 at which the charge storage unit CS1 in the group Gr1 switches to the charge storage unit CS2. Therefore, it is possible to accurately accumulate the amount of charge according to the reflected light RL incident at timing Tp0. In other words, it is suitable for measuring a subject S located at a short distance.
Further, as in FIG. 15, it is possible to accumulate charges with high accuracy at timing Tp1. Further, as in FIG. 15, the amount of charge can be accumulated in the period after timing Tp2, and the measurable distance can be expanded.
図17では、まず、タイミング制御部41は、外光蓄積期間Tnに、グループGr1に属する電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第1反射光蓄積期間T1に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第1反射光蓄積期間T1から、蓄積期間Taの半分(Ta/2)の期間ずらした(遅らせた)、反射光蓄積期間T105に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第2反射光蓄積期間T2に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、第2反射光蓄積期間T2から、蓄積期間Taの半分(Ta/2)の期間ずらした(遅らせた)、反射光蓄積期間T205に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させる。
次に、タイミング制御部41は、反射光蓄積期間T205が経過した後、反射光蓄積期間T305に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる。
In FIG. 17, first, the
Next, the
Next, the
Next, the
Next, the
Next, after the reflected light accumulation period T205 has elapsed, the
これにより、タイミングTp2以降の、図16のケースよりもさらに長い期間において、電荷量を蓄積させることができ、測定可能な距離を拡大させることが可能である。つまり、遠距離にある被写体Sを測定するのに好適である。
また、図15と同様に、タイミングTp1において電荷を精度よく蓄積させることが可能である。
Thereby, the amount of charge can be accumulated in a longer period after timing Tp2 than in the case of FIG. 16, and it is possible to expand the measurable distance. In other words, it is suitable for measuring a subject S located at a long distance.
Further, as in FIG. 15, it is possible to accumulate charges with high precision at timing Tp1.
以上説明したように、第3の実施形態の距離画像撮像装置1は、3タップ構成であり、タイミング制御部41は、外光蓄積期間Tnに、グループGr1、Gr2に属する電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させ、第1反射光蓄積期間T1に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させ、第2反射光蓄積期間T2に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させ、第1反射光蓄積期間T1が終了するタイミングTp1(終了タイミング)を含む反射光蓄積期間T105(第1期間)に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させ、第2反射光蓄積期間T2が終了するタイミングTp2(終了タイミング)を含む反射光蓄積期間T205(第2期間)に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる。これにより、タイミングTp1において電荷を精度よく蓄積させることができ、距離分解能を高めることができる。また、タイミングTp2以降に入射された反射光RLに応じた電荷を蓄積させることができ、測定可能な距離を拡大させることができる。
As described above, the distance
また、第3の実施形態の距離画像撮像装置1は、外光蓄積期間Tnに、グループGr1に属する電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させ、第1反射光蓄積期間T1に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させ、第2反射光蓄積期間T2に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させ、外光蓄積期間Tnが終了するタイミングTp0(終了タイミング)を含む蓄積期間Tn05(第1期間)に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させ、第1反射光蓄積期間T1が終了するタイミングTp1(終了タイミング)を含む反射光蓄積期間T105(第2期間)に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させ、第2反射光蓄積期間T2が終了するタイミングTp2(終了タイミング)を含む反射光蓄積期間T205(第3期間)に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる。これにより、タイミングTp0、Tp1において電荷を精度よく蓄積させることができ、距離分解能を高めることができる。また、タイミングTp2以降に入射された反射光RLに応じた電荷を蓄積させることができ、測定可能な距離を拡大させることができる。
Further, the distance
また、第3の実施形態の距離画像撮像装置1は、外光蓄積期間Tnに、グループGr1に属する電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させ、第1反射光蓄積期間T1に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させ、第2反射光蓄積期間T2に、グループGr1に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させ、第1反射光蓄積期間T1が終了するタイミングTp1(終了タイミング)を含む反射光蓄積期間T105(第2期間)に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS1に電荷を蓄積させ、第2反射光蓄積期間T2が終了するタイミングTp2(終了タイミング)を含む反射光蓄積期間T205(第3期間)に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS2に電荷を蓄積させ、反射光蓄積期間T205(第3期間)の経過後に、グループGr2に属する電荷蓄積部CS3に電荷を蓄積させる。これにより、Tp1において電荷を精度よく蓄積させることができ、距離分解能を高めることができる。また、タイミングTp2以降に入射された反射光RLに応じた電荷を蓄積させることができ、測定可能な距離をさらに拡大させることができる。
Further, the distance
なお、上述した実施形態では、距離画像撮像装置1が4タップ構成、或いは3タップ構成である場合を例示して説明した。しかしながらこれに限定されることはない。距離画像撮像装置1は、少なくとも複数の電荷蓄積部CSを備えていればよい。すなわち、距離画像撮像装置1は、M個(Mは2以上の整数)の電荷蓄積部CSからなるMタップ構成であってよい。
また、上述した実施形態では、複数の画素321のそれぞれが、二つのグループGr1、Gr2のいずれかに分類され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。距離画像撮像装置1では、画素321のそれぞれがNグループ(Nは2以上の整数)に分けられてもよい。
In addition, in the embodiment mentioned above, the case where the distance
Further, in the above-described embodiment, the case where each of the plurality of
上記各実施形態によれば、サブフレームの数を増やす方法とは異なる方法にて、見かけ上のタップ数を増やすことができる。 According to each of the above embodiments, the apparent number of taps can be increased by a method different from the method of increasing the number of subframes.
1 距離画像撮像装置
2 光源部
3 受光部
31 レンズ
32 距離画像センサ
321 画素
4 距離画像処理部
41 タイミング制御部
42 距離演算部
PD 光電変換素子
GD ドレイントランジスタ
G 読み出しトランジスタ
CS 電荷蓄積部
PO 光パルス
1 Distance
Claims (7)
入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子、及び電荷を蓄積する3つ以上の電荷蓄積部を具備し二次元の行列状に複数配置された複数の画素と、前記光パルスの照射が開始される照射タイミングに同期させた所定の蓄積タイミングで前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、
前記蓄積タイミングを制御するタイミング制御部と、
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、前記測定空間に存在する被写体までの距離を演算する距離演算部と、
を備え、
前記複数の画素のそれぞれが予め定められた二以上のグループのいずれかに分類され、
前記タイミング制御部は、
前記二以上のグループのそれぞれに属する画素において前記照射タイミングに対する前記蓄積タイミングが、グループごとに互いに異なり、
前記光パルスが照射される前の外光蓄積期間に、前記二以上のグループのうち第1グループに属する画素における第1電荷蓄積部に、前記光パルスの反射光が含まれない外光成分に対応する電荷を蓄積させ、
前記第1グループに属する画素の第2電荷蓄積部と第3電荷蓄積部に前記反射光と前記外光成分を含む光に対応する電荷が蓄積され、前記第1グループとは異なる第2グループに属する画素の3つの前記電荷蓄積部に前記外光成分又は前記反射光と前記外光成分を含む光に対応する電荷が蓄積され、
前記照射タイミングに応じて前記二以上のグループのそれぞれに属する画素が備える前記電荷蓄積部の全てに対する電荷の蓄積が完了した後に、次の前記照射タイミングが到来するように制御する、
距離画像撮像装置。 a light source unit that irradiates a light pulse into the measurement space;
A plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix are provided with a photoelectric conversion element that generates a charge according to the incident light, and three or more charge storage sections that accumulate the charge, and a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional matrix, and the irradiation with the light pulse a pixel drive circuit that distributes and accumulates charges in each of the charge accumulation sections at a predetermined accumulation timing synchronized with the starting irradiation timing;
a timing control section that controls the accumulation timing;
a distance calculation unit that calculates a distance to an object existing in the measurement space based on the amount of charge accumulated in each of the charge storage units;
Equipped with
Each of the plurality of pixels is classified into one of two or more predetermined groups,
The timing control section includes:
The accumulation timing relative to the irradiation timing in pixels belonging to each of the two or more groups is different for each group,
During an external light accumulation period before the light pulse is irradiated, an external light component that does not include the reflected light of the light pulse is stored in the first charge storage section of the pixel belonging to the first group of the two or more groups. Accumulate the corresponding charge,
Charges corresponding to the reflected light and the light including the external light component are accumulated in the second charge accumulation section and the third charge accumulation section of the pixels belonging to the first group, and the charges are accumulated in the second group different from the first group. Charges corresponding to the external light component or the light including the reflected light and the external light component are accumulated in the three charge storage sections of the pixel to which it belongs,
Control is performed so that the next irradiation timing arrives after charge accumulation has been completed in all of the charge storage units included in pixels belonging to each of the two or more groups according to the irradiation timing;
Distance image imaging device.
前記照射タイミングより後の前記蓄積タイミングで電荷が蓄積される前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を蓄積する蓄積時間の合計について、前記照射タイミングからの遅延時間が小さいほど前記合計が小さく、前記遅延時間が大きいほど前記合計が大きくなるように制御する、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。 The timing control section includes:
Regarding the total accumulation time for accumulating charges in each of the charge accumulation sections in which charges are accumulated at the accumulation timing after the irradiation timing, the shorter the delay time from the irradiation timing, the smaller the total is. control such that the larger the sum, the larger the sum is;
The distance image imaging device according to claim 1.
前記タイミング制御部は、
前記照射タイミングから前記光パルスを照射する照射期間が終了するまでの第1反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第1電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、
前記第1反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が経過するまでの第2反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第2電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させ、前記第2グループに属する画素における第2電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させ、
前記第2反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が経過するまでの第3反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第3電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させ、前記第2グループに属する画素における第3電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させる、
請求項2に記載の距離画像撮像装置。 The plurality of charge storage units in the pixel include three charge storage units, a first charge storage unit, a second charge storage unit, and a third charge storage unit,
The timing control section includes:
accumulating charges in a first charge accumulation section in pixels belonging to the second group during a first reflected light accumulation period from the irradiation timing to the end of an irradiation period in which the light pulse is irradiated;
Accumulating the charges in a second charge accumulation section of pixels belonging to the first group during a second reflected light accumulation period from the timing at which the first reflected light accumulation period ends until a time corresponding to the irradiation period elapses. causing the charges to be accumulated in a second charge accumulation section in the pixels belonging to the second group;
Accumulating the charges in a third charge accumulation section in pixels belonging to the first group during a third reflected light accumulation period from the timing when the second reflected light accumulation period ends until a time corresponding to the irradiation period elapses. and causing the charge to be accumulated in a third charge accumulation section in the pixel belonging to the second group.
The distance image imaging device according to claim 2.
前記タイミング制御部は、
前記外光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第1電荷蓄積部に、電荷を蓄積させ、
前記照射タイミングから前記光パルスを照射する照射期間が終了するまでの第1反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第2電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、
前記第1反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が経過するまでの第2反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第3電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、
前記光パルスの照射が開始されてから前記照射期間が経過する前のタイミングから前記照射期間が終了するまでの第1半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第2電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、
前記第1半反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第2半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第3電荷蓄積部に電荷を蓄積させる、
請求項2に記載の距離画像撮像装置。 The plurality of charge storage units in the pixel include three charge storage units, a first charge storage unit, a second charge storage unit, and a third charge storage unit,
The timing control section includes:
accumulating charges in a first charge accumulation section of pixels belonging to the second group during the external light accumulation period;
accumulating charges in a second charge accumulation section of pixels belonging to the first group during a first reflected light accumulation period from the irradiation timing until the end of an irradiation period in which the light pulse is irradiated;
During a second reflected light accumulation period from the timing at which the first reflected light accumulation period ends until a time corresponding to the irradiation period elapses, charges are accumulated in a third charge accumulation section in the pixels belonging to the first group. ,
a second charge storage section in a pixel belonging to the second group during a first semi-reflection light accumulation period from a timing before the irradiation period elapses after the irradiation of the light pulse starts until the end of the irradiation period; Accumulate a charge in
During a second half-reflection light accumulation period from the end of the first half-reflection light accumulation period to the end of a time corresponding to the irradiation period, charges are added to a third charge storage section in the pixels belonging to the second group. accumulate,
The distance image imaging device according to claim 2.
前記タイミング制御部は、
前記照射タイミングから前記光パルスを照射する照射期間が終了するまでの第1反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第2電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、
前記第1反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が経過するまでの第2反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第3電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、
前記外光蓄積期間の開始から前記照射期間に相当する時間が経過する前のタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの半遅延外光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第1電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、
前記半遅延外光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第1半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第2電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させ、
前記第1半反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第2半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第3電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させる、
請求項1に記載の距離画像撮像装置。 The plurality of charge storage units in the pixel include three charge storage units, a first charge storage unit, a second charge storage unit, and a third charge storage unit,
The timing control section includes:
accumulating charges in a second charge accumulation section of pixels belonging to the first group during a first reflected light accumulation period from the irradiation timing until the end of an irradiation period in which the light pulse is irradiated;
During a second reflected light accumulation period from the timing at which the first reflected light accumulation period ends until a time corresponding to the irradiation period elapses, charges are accumulated in a third charge accumulation section in the pixels belonging to the first group. ,
In the pixels belonging to the second group during the half-delayed external light accumulation period from the timing before the time corresponding to the irradiation period has elapsed from the start of the external light accumulation period until the time corresponding to the irradiation period ends, accumulating charges in the first charge accumulating section;
During a first half-reflection light accumulation period from the end of the half-delayed external light accumulation period to the end of a time corresponding to the irradiation period, the charges are added to the second charge storage section of the pixels belonging to the second group. let it accumulate,
During a second half-reflection light accumulation period from the end of the first half-reflection light accumulation period to the end of a time corresponding to the irradiation period, the charges are stored in the third charge storage section of the pixels belonging to the second group. accumulate,
The distance image imaging device according to claim 1.
前記タイミング制御部は、
前記照射タイミングから前記光パルスを照射する照射期間が終了するまでの第1反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第2電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、
前記第1反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が経過するまでの第2反射光蓄積期間に、前記第1グループに属する画素における第3電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、
前記第1反射光蓄積期間の開始から前記照射期間に相当する時間が経過する前のタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第1半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第1電荷蓄積部に電荷を蓄積させ、
前記第1半反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第2半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第2電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させ、
前記第2半反射光蓄積期間が終了したタイミングから前記照射期間に相当する時間が終了するまでの第3半反射光蓄積期間に、前記第2グループに属する画素における第3電荷蓄積部に前記電荷を蓄積させる、
請求項2に記載の距離画像撮像装置。 The plurality of charge storage units in the pixel include three charge storage units, a first charge storage unit, a second charge storage unit, and a third charge storage unit,
The timing control section includes:
accumulating charges in a second charge accumulation section of pixels belonging to the first group during a first reflected light accumulation period from the irradiation timing until the end of an irradiation period in which the light pulse is irradiated;
During a second reflected light accumulation period from the timing at which the first reflected light accumulation period ends until a time corresponding to the irradiation period elapses, charges are accumulated in a third charge accumulation section in the pixels belonging to the first group. ,
In the second group during a first semi-reflected light accumulation period from a timing before a time corresponding to the irradiation period has elapsed from the start of the first reflected light accumulation period until a time corresponding to the irradiation period ends. accumulating charges in a first charge accumulating section in the pixel to which it belongs;
During a second half-reflection light accumulation period from the end of the first half-reflection light accumulation period to the end of a time corresponding to the irradiation period, the charge is stored in the second charge storage section of the pixels belonging to the second group. accumulate,
During the third half-reflection light accumulation period from the end of the second half-reflection light accumulation period to the end of the time corresponding to the irradiation period, the charge is stored in the third charge storage section of the pixels belonging to the second group. accumulate,
The distance image imaging device according to claim 2.
前記複数の画素のそれぞれが予め定められた二以上のグループのいずれかに分類され、
前記タイミング制御部は、
前記二以上のグループのそれぞれに属する画素において前記照射タイミングに対する前記蓄積タイミングが、グループごとに互いに異なり、
前記光パルスが照射される前の外光蓄積期間に、前記二以上のグループのうち第1グループに属する画素における第1電荷蓄積部に、前記光パルスの反射光が含まれない外光成分に対応する電荷を蓄積させ、
前記第1グループに属する画素の第2電荷蓄積部と第3電荷蓄積部に前記反射光と前記外光成分を含む光に対応する電荷が蓄積され、前記第1グループとは異なる第2グループに属する画素の3つの前記電荷蓄積部に前記外光成分又は前記反射光と前記外光成分を含む光に対応する電荷が蓄積され、
前記照射タイミングに応じて前記二以上のグループのそれぞれに属する画素が備える前記電荷蓄積部の全てに対する電荷の蓄積が完了した後に、次の前記照射タイミングが到来するように制御する、
距離画像撮像方法。 It is equipped with a light source unit that irradiates a light pulse into the measurement space, a photoelectric conversion element that generates charges according to the incident light, and three or more charge storage units that accumulate charges, and is arranged in a two-dimensional matrix. a plurality of pixels, and a pixel drive circuit that distributes and accumulates charges in each of the charge accumulation sections at a predetermined accumulation timing synchronized with the irradiation timing at which irradiation of the light pulse is started; A distance image capturing device comprising: a timing control unit that controls the accumulation timing; and a distance calculation unit that calculates a distance to a subject existing in the measurement space based on the amount of charge accumulated in each of the charge accumulation units. A distance image imaging method performed by a device, the method comprising:
Each of the plurality of pixels is classified into one of two or more predetermined groups,
The timing control section includes:
The accumulation timing relative to the irradiation timing in pixels belonging to each of the two or more groups is different for each group,
During an external light accumulation period before the light pulse is irradiated, an external light component that does not include the reflected light of the light pulse is stored in the first charge storage section of the pixel belonging to the first group of the two or more groups. Accumulate the corresponding charge,
Charges corresponding to the reflected light and the light including the external light component are accumulated in the second charge accumulation section and the third charge accumulation section of the pixels belonging to the first group, and the charges are accumulated in the second group different from the first group. Charges corresponding to the external light component or the light including the reflected light and the external light component are accumulated in the three charge storage sections of the pixel to which it belongs,
Control is performed so that the next irradiation timing arrives after charge accumulation has been completed in all of the charge storage units included in pixels belonging to each of the two or more groups according to the irradiation timing;
Distance image imaging method.
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