JP6280002B2 - 測距方法及び測距装置 - Google Patents

Description

本発明は、測距方法及び測距装置に関する。

ＴＯＦ（Time-Of-Flight）型の距離センサを備える測距装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された測距装置では、距離センサが、受光層と、電荷転送用のフォトゲート電極と、電荷取り出し用の浮遊拡散層と、を含んで構成されている。この測距装置では、フォトゲート電極にパルス信号を与えることで、パルス光の入射により受光層で発生した電荷を浮遊拡散層に流入させる。流入された電荷は、浮遊拡散層に信号電荷として蓄積される。浮遊拡散層に蓄積された電荷は、蓄積された電荷量に対応した出力として読み出される。この出力に基づいて、対象物までの距離が算出される。

特開２００５−２３５８９３号公報

上記特許文献１に記載されるような測距装置では、光源の駆動信号を方形波としても、光源から発光されるパルス光の光強度信号は、光強度が徐々に増加して所定値に達する立上り期間と、光強度が所定値以上で維持される光強度安定期間と、光強度が所定値を下回り徐々に減少する立下り期間と、を有する台形波となる。本発明者らの調査研究の結果、このようにパルス光の光強度信号が台形波となることに起因して、測距装置の測距精度が悪化する場合があることが明らかになった。

本発明は、測距精度を向上させることが可能な測距方法及び測距装置を提供することを目的とする。

本発明に係る測距方法は、対象物に向けてパルス光を出射する光源と、対象物でのパルス光の反射光の入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域と電荷発生領域で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積領域とを有する距離センサと、を用いた測距方法であって、電荷発生領域に発生した電荷を、パルス光の出射期間に対する第一期間において電荷蓄積領域に送ることにより、第一期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積し、電荷発生領域に発生した電荷を、第一期間とタイミングが異なり、かつ、第一期間と同じ幅である第二期間において電荷蓄積領域に送ることにより、第二期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積し、第一期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積された電荷量と、第二期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積された電荷量と、に基づいて対象物までの距離を演算し、光源からパルス光を出射する際に、光源からパルス光の出射期間における光強度安定期間が第一及び第二期間それぞれよりも長くされたパルス光を出射する。

本発明に係る測距装置は、対象物に向けてパルス光を出射する光源と、対象物でのパルス光の反射光の入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域と電荷発生領域で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積領域とを有する距離センサと、を備える測距装置であって、電荷発生領域に発生した電荷を、パルス光の出射期間に対する第一期間において電荷蓄積領域に送ることにより、第一期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積させ、電荷発生領域に発生した電荷を、第一期間とタイミングが異なり、かつ、第一期間と同じ幅である第二期間において電荷蓄積領域に送ることにより、第二期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積させる電荷転送部と、第一期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積された電荷量と、第二期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積された電荷量と、に基づいて対象物までの距離を演算する距離演算部と、パルス光の出射期間における光強度安定期間が第一及び第二期間それぞれよりも長くされたパルス光を出射するように光源を駆動する光源駆動部と、を備える。

これらの本発明では、光源からパルス光が出射され、対象物でのパルス光の反射光が距離センサに入射する。距離センサの電荷発生領域では、反射光の入射に応じて電荷が発生する。電荷発生領域で発生した電荷は、第一及び第二期間において電荷蓄積領域に送られ、電荷蓄積領域に蓄積される。第一及び第二期間は、タイミングが異なり、かつ同じ幅である。対象物までの距離は、第一及び第二期間にわたりそれぞれ蓄積された電荷量に基づき求められる。

光源から出射されるパルス光の光強度信号が、上述のような立上り期間及び立下り期間を有する台形波となる場合、方形波となる場合と比べて、電荷発生領域で発生する電荷量は、立上り期間では減少し、立下り期間では増加する。したがって、たとえば第一期間が立上り期間と重複し、第二期間が立下り期間と重複する場合、第一期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積される電荷量は方形波となる場合よりも減少し、第二期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積される電荷量は方形波となる場合よりも増加する。このように、立上り期間及び立下り期間の影響により、対象物までの距離を求めるために用いる電荷量が変化する結果、測距精度が低下する。

ここで、光源から出射されるパルス光は、パルス光の出射期間における光強度安定期間が第一及び第二期間それぞれよりも長くされている。これにより、第一及び第二期間のそれぞれにわたり電荷蓄積領域に蓄積される電荷量において、光強度安定期間に対応して蓄積される電荷量の割合が高くなり、立上り期間及び立下り期間に対応して蓄積される電荷量の割合が低くなる。したがって、測距精度に対する立上り期間及び立下り期間の影響が低減され、測距精度を向上させることが可能となる。

光源からパルス光を出射する際に、第一期間の開始タイミングに遅延してパルス光を出射してもよい。この場合、第二期間にわたり電荷蓄積領域に蓄積される電荷量において、パルス光の光強度安定期間に対応して蓄積される電荷量の割合がより高まる。この結果、測距精度を特に近距離で向上させることが可能となる。

第一期間の開始タイミングに対するパルス光の出射タイミングの遅延時間は、実際の距離と距離センサにより求めた距離との相関関係を示す測距プロファイルのリニアリティ領域の下限値に対応する時間に設定されてもよい。この場合、距離０を当該下限値の距離にオフセットさせた条件で測定を行うことができるため、当該下限値未満の距離範囲に対しても、測距精度を向上させることが可能となる。

距離センサは、複数の電荷蓄積領域と、電荷発生領域で発生した電荷を複数の電荷蓄積領域に送る複数の転送電極と、を有し、複数の転送電極には、異なる位相の転送信号がそれぞれ与えられてもよい。この場合、パルス光が一回出射される度に、発生した電荷をそれぞれ異なる電荷蓄積領域に蓄積し、対象物までの距離を求めることができる。このため、対象物までの距離の時間変化により、測距精度が低下するのを防ぐことができる。

距離センサは、電荷発生領域で発生した電荷を電荷蓄積領域に送る転送電極を有し、転送電極には、所定のタイミングで間欠的に位相シフトが与えられた転送信号が与えられてもよい。この場合、少なくとも転送電極及び電荷蓄積領域が１つずつあれば測距可能となるので、距離センサを小型化することができる。

本発明によれば、測距精度を向上させることが可能な測距方法及び測距装置を提供することができる。

本実施形態に係る測距装置の構成を示す説明図である。 距離画像センサの断面構成を説明するための図である。 距離画像センサの概略平面図である。 距離センサの構成図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面構成を示す図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った半導体基板の第二主面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。 従来技術に係る測距方法における測距精度の悪化について説明する図である。 従来技術に係る測距方法により求めた距離と実際の距離との相関関係を示す測距プロファイルである。 本実施形態に係る測距方法における各種信号のタイミングチャートの一例である。 本実施形態に係る測距方法における各種信号のタイミングチャートの他の例である。 本実施形態に係る測距方法における延長時間及び発光遅延時間の設定方法を示すフローチャートである。 測距プロファイルの一例である。 変形例に係る距離センサの構成図である。 変形例に係る測距方法における各種信号のタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、本実施形態に係る測距装置の構成を示す説明図である。

測距装置１０は、対象物ＯＪまでの距離ｄを測定する装置である。測距装置１０は、距離画像センサＲＳと、光源ＬＳと、表示器ＤＳＰと、制御ユニットと、を備えている。制御ユニットは、駆動部（光源駆動部）ＤＲＶと、制御部ＣＯＮＴと、演算部（距離演算部）ＡＲＴと、を備えている。光源ＬＳは、対象物ＯＪに向けてパルス光Ｌｐを出射する。光源ＬＳは、たとえば、レーザ光照射装置、ＬＥＤなどで構成される。距離画像センサＲＳは、電荷振り分け型の距離画像センサである。距離画像センサＲＳは、配線基板ＷＢ上に配置されている。

制御ユニット（駆動部ＤＲＶ、制御部ＣＯＮＴ、及び演算部ＡＲＴ）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算回路、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリ、電源回路、及びＡ／Ｄコンバータを含む読出回路などのハードウエアによって構成されている。この制御ユニットは、一部もしくは全体がＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路によって構成されていてもよい。

駆動部ＤＲＶは、制御部ＣＯＮＴの制御に従って光源ＬＳに駆動信号Ｓ_Ｄを印加し、対象物ＯＪに向けてパルス光Ｌｐを出射するように光源ＬＳを駆動する。制御部ＣＯＮＴは、駆動部ＤＲＶを制御すると共に、第一及び第二転送信号Ｓ_１，Ｓ_２を距離画像センサＲＳに出力し、更に、演算部ＡＲＴの演算結果を表示器ＤＳＰに表示させる。演算部ＡＲＴは、距離画像センサＲＳから電荷量Ｑ_１，Ｑ_２をそれぞれ読み出し、読み出した電荷量Ｑ_１，Ｑ_２に基づいて距離ｄを演算し、演算結果を制御部ＣＯＮＴに出力する。距離ｄの演算方法の詳細については、図７を参照して後で説明する。表示器ＤＳＰは、制御部ＣＯＮＴから演算部ＡＲＴの演算結果を入力し、当該演算結果を表示するディスプレイである。

測距装置１０では、駆動信号Ｓ_Ｄが光源ＬＳに印加されることにより、パルス光Ｌｐが光源ＬＳから出射される。光源ＬＳから出射されたパルス光Ｌｐが対象物ＯＪに入射すると、反射によりパルス光である反射光Ｌｒが対象物ＯＪから出射される。対象物ＯＪから出射された反射光Ｌｒは、距離画像センサＲＳの電荷発生領域に入射する。

距離画像センサＲＳからは、画素毎に第一及び第二転送信号Ｓ_１，Ｓ_２に同期して収集された電荷量Ｑ_１，Ｑ_２が出力され、駆動信号Ｓ_Ｄに同期して演算部ＡＲＴに入力される。演算部ＡＲＴでは、入力された電荷量Ｑ_１，Ｑ_２に基づき、画素毎に距離ｄが演算され、演算結果が制御部ＣＯＮＴに入力される。制御部ＣＯＮＴに入力された演算結果は、表示器ＤＳＰに転送されて表示される。

図２は、距離画像センサの断面構成を説明するための図である。

距離画像センサＲＳは、表面入射型の距離画像センサであって、半導体基板１を備えている。半導体基板１は、互いに対向する第一及び第二主面１ａ，１ｂを有している。第二主面１ｂは、光入射面である。距離画像センサＲＳは、半導体基板１の第一主面１ａ側を配線基板ＷＢに対向させた状態で、接着領域ＦＬを介して配線基板ＷＢに貼り付けられている。接着領域ＦＬは、絶縁性の接着剤やフィラーを有している。距離画像センサＲＳは、半導体基板１の第二主面１ｂの前方に配置された遮光層ＬＩを備えている。距離画像センサＲＳには、半導体基板１の第二主面１ｂ側から反射光Ｌｒが入射する。

図３は、距離画像センサの概略平面図である。なお、図３では、遮光層ＬＩを省略して示す。

距離画像センサＲＳでは、半導体基板１が二次元状に配列した複数の距離センサＰ（ｍ，ｎ）からなる撮像領域１Ａを有している。各距離センサＰ（ｍ，ｎ）からは、上述の二つの電荷量Ｑ_１，Ｑ_２が出力される。したがって、対象物ＯＪからの反射光Ｌｒを撮像領域１Ａで結像すれば、対象物ＯＪの距離画像を得ることができる。一つの距離センサＰ（ｍ，ｎ）は、一つの画素として機能する。なお、二つ以上の距離センサＰ（ｍ，ｎ）が、一つの画素として機能してもよい。

図４は、距離センサの構成図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面構成を示す図である。なお、図４では、遮光層ＬＩを省略して示す。

距離画像センサＲＳは、光入射面である第二主面１ｂの前方に遮光層ＬＩを備えている。遮光層ＬＩには、各距離センサＰ（ｍ，ｎ）に対応する領域それぞれにおいて、開口ＬＩａが形成されている。開口ＬＩａは、矩形状を呈している。本実施形態では、開口ＬＩａは、長方形状を呈している。光は、遮光層ＬＩの開口ＬＩａを通って、半導体基板１に入射する。したがって、開口ＬＩａにより、半導体基板１には、受光領域が規定される。遮光層ＬＩは、たとえば、アルミニウムなどの金属からなる。

半導体基板１は、第一主面１ａ側に位置するｐ型の第一半導体領域３と、第一半導体領域３よりも不純物濃度が低く且つ第二主面１ｂ側に位置するｐ⁻型の第二半導体領域５と、からなる。半導体基板１は、たとえば、ｐ型の半導体基板上に、当該半導体基板よりも不純物濃度が低いｐ⁻型のエピタキシャル層を成長させることにより得ることができる。半導体基板１の第二主面１ｂ（第二半導体領域５）上には、絶縁層７が形成されている。

各距離センサＰ（ｍ，ｎ）は、電荷振り分け方式の距離センサであり、フォトゲート電極ＰＧと、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２と、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２と、を有している。フォトゲート電極ＰＧは、開口ＬＩａに対応して配置されている。半導体基板１（第二半導体領域５）におけるフォトゲート電極ＰＧに対応する領域（図５において、フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）は、対象物ＯＪでのパルス光Ｌｐの反射光Ｌｒの入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域として機能する。フォトゲート電極ＰＧは、開口ＬＩａの形状にも対応し、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、フォトゲート電極ＰＧは、開口ＬＩａと同様に長方形状を呈している。

第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、フォトゲート電極ＰＧを挟んで配置されている。第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、フォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、平面視で正方形状を呈しており、互いに同形状を成している。第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２は、第二半導体領域５に形成された不純物濃度が高いｎ型の半導体領域であり、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として蓄積する。

第一転送電極ＴＸ１は、絶縁層７上であって、第一電荷蓄積領域ＦＤ１とフォトゲート電極ＰＧとの間に配置されている。第一転送電極ＴＸ１は、第一電荷蓄積領域ＦＤ１とフォトゲート電極ＰＧとからそれぞれ離間して配置されている。第一転送電極ＴＸ１は、電荷発生領域にて発生した電荷を、第一転送信号Ｓ_１（図７参照）に応じ、パルス光Ｌｐの出射期間Ｔ_Ｔ（図７参照）に対する第一期間Ｔ_１（図７参照）において第一電荷蓄積領域ＦＤ１に送る。

第二転送電極ＴＸ２は、絶縁層７上であって、第二電荷蓄積領域ＦＤ２とフォトゲート電極ＰＧとの間に配置されている。第二転送電極ＴＸ２は、第二電荷蓄積領域ＦＤ２とフォトゲート電極ＰＧとからそれぞれ離間して配置されている。第二転送電極ＴＸ２は、電荷発生領域にて発生した電荷を、第一転送信号Ｓ_１と位相が異なる第二転送信号Ｓ_２（図７参照）に応じ、第一期間Ｔ_１とタイミングが異なり、かつ、第一期間Ｔ_１と同じ幅である第二期間Ｔ_２（図７参照）において第二電荷蓄積領域ＦＤ２に送る。

上述のように、制御部ＣＯＮＴは、第一及び第二転送信号Ｓ_１，Ｓ_２を出力する。第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２は、制御部ＣＯＮＴにより出力された第一及び第二転送信号Ｓ_１，Ｓ_２が印加されることにより、電荷発生領域に発生した電荷を第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に振り分けて送る。したがって、制御部ＣＯＮＴの一部及び第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２は、電荷転送部として機能している。

第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２は、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２は、長方形状を呈し、互いに同形状を成している。第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２の長辺の長さは、フォトゲート電極ＰＧの長辺の長さよりも短い。

絶縁層７には、第二半導体領域５の表面を露出させるためのコンタクトホールが設けられている。コンタクトホール内には、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２を外部に接続するための導体１３が配置される。

本実施形態では、「不純物濃度が高い」とはたとえば不純物濃度が１×１０^１７ｃｍ^−３程度以上のことであって、「＋」を導電型に付けて示す。一方、「不純物濃度が低い」とはたとえば１０×１０^１５ｃｍ^−３程度以下のことであって、「−」を導電型に付けて示す。

各半導体領域の厚さ／不純物濃度は以下の通りである。
第一半導体領域３：厚さ１０〜１０００μｍ／不純物濃度１×１０^１２〜１０^１９ｃｍ^−３
第二半導体領域５：厚さ１〜５０μｍ／不純物濃度１×１０^１２〜１０^１５ｃｍ^−３
第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２：厚さ０．１〜１μｍ／不純物濃度１×１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３

半導体基板１（第一及び第二半導体領域３，５）には、バックゲート又は貫通電極などを介してグラウンド電位などの基準電位が与えられる。半導体基板１はＳｉからなり、絶縁層７はＳｉＯ_２からなり、フォトゲート電極ＰＧ及び第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２はポリシリコンからなるが、これらは他の材料を用いてもよい。

第一転送電極ＴＸ１に印加される第一転送信号Ｓ_１の位相と第二転送電極ＴＸ２に印加される第二転送信号Ｓ_２の位相とは、１８０度ずれている。各距離センサＰ（ｍ，ｎ）に入射した光は、半導体基板１（第二半導体領域５）内において電荷に変換される。このようにして発生した電荷のうち一部は、信号電荷として、フォトゲート電極ＰＧ並びに第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に印加される電圧により形成されるポテンシャル勾配にしたがって、第一転送電極ＴＸ１又は第二転送電極ＴＸ２の方向に走行する。

第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に正電位を与えると、第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２の下のポテンシャルがフォトゲート電極ＰＧの下の部分の半導体基板１（第二半導体領域５）のポテンシャルより電子に対して低くなり、負の電荷（電子）は、第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２の方向に引き込まれ、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２によって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。ｎ型の半導体は、正にイオン化したドナーを含んでおり、正のポテンシャルを有し、電子を引き付ける。第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に、上記正電位よりも低い電位（たとえば、グラウンド電位）を与えると、第一又は第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２によるポテンシャル障壁が生じ、半導体基板１で発生した電荷は、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２には引き込まれない。

図６は、図４のＶ−Ｖ線に沿った半導体基板の第二主面近傍におけるポテンシャル分布を示す図である。

図６では、下向きがポテンシャルの正方向である。図６には、第一転送電極ＴＸ１の直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ１、第二転送電極ＴＸ２の直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ２、フォトゲート電極ＰＧの直下の電荷発生領域のポテンシャルφ_ＰＧ、第一電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャルφ_ＦＤ１、及び第二電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャルφ_ＦＤ２が示されている。

フォトゲート電極ＰＧの直下の領域（電荷発生領域）のポテンシャルφ_ＰＧは、無バイアス時における隣接する第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２直下の領域のポテンシャル（φ_ＴＸ１，φ_ＴＸ２）を基準電位とすると、この基準電位よりも高く設定されている。この電荷発生領域のポテンシャルφ_ＰＧはポテンシャルφ_ＴＸ１，φ_ＴＸ２よりも高くなり、ポテンシャル分布は電荷発生領域において図面の下向きに凹んだ形状となる。

図６を参照して、電荷の蓄積動作を説明する。第一転送電極ＴＸ１に印加される第一転送信号Ｓ_１の位相が０度のとき、第一転送電極ＴＸ１には正の電位が与えられる。第二転送電極ＴＸ２には、逆相の電位、すなわち位相が１８０度の電位（たとえば、グラウンド電位）が与えられる。フォトゲート電極ＰＧには、第一転送電極ＴＸ１に与えられる電位と、第二転送電極ＴＸ２に与えられる電位との間の電位が与えられる。この場合、図６（ａ）に示されるように、電荷発生領域で発生した負の電荷ｅは、第一転送電極ＴＸ１直下の半導体のポテンシャルφ_ＴＸ１が電荷発生領域のポテンシャルφ_ＰＧよりも下がることにより、第一電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内に流れ込む。

一方、第二転送電極ＴＸ２直下の半導体のポテンシャルφ_ＴＸ２は下がらず、第二電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。これにより、電荷が第一電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２では、ｎ型の不純物が添加されているため、正方向にポテンシャルが凹んでいる。

第二転送電極ＴＸ２に印加される第二転送信号Ｓ_２の位相が０度のとき、第二転送電極ＴＸ２には正の電位が与えられ、第一転送電極ＴＸ１には、逆相の電位、すなわち位相が１８０度の電位（たとえば、グラウンド電位）が与えられる。フォトゲート電極ＰＧには、第一転送電極ＴＸ１に与えられる電位と、第二転送電極ＴＸ２に与えられる電位との間の電位が与えられる。この場合、図６（ｂ）に示されるように、電荷発生領域で発生した負の電荷ｅは、第二転送電極ＴＸ２直下の半導体のポテンシャルφ_ＴＸ２が電荷発生領域のポテンシャルφ_ＰＧよりも下がることにより、第二電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャル井戸内に流れ込む。

一方、第一転送電極ＴＸ１直下の半導体のポテンシャルφ_ＴＸ１は下がらず、第一電荷蓄積領域ＦＤ１のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。これにより、電荷が第二電荷蓄積領域ＦＤ２のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。

以上により、電荷が第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２のポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２のポテンシャル井戸に蓄積された電荷は、外部に読み出される。

図７は、従来技術に係る測距方法における測距精度の悪化について説明する図である。具体的には、図７（ａ）は、光源から出射されたときのパルス光の光強度信号が理想的な方形波となる場合の各種信号のタイミングチャートであり、図７（ｂ）は、実際の場合の各種信号のタイミングチャートであり、図７（ｃ）は、撮像領域まで戻ってきたときの反射光の光強度信号を比較する図である。

まず、光源ＬＳから出射されたときのパルス光Ｌｐの光強度信号Ｓ_Ｌｐが理想的な方形波となる場合について、図７（ａ）を参照して説明する。図７（ａ）には、制御部ＣＯＮＴにより光源ＬＳに印加される駆動信号Ｓ_Ｄ、光源ＬＳから出射されたときのパルス光Ｌｐの光強度信号Ｓ_Ｌｐ、撮像領域１Ａまで戻ってきたときの反射光Ｌｒの光強度信号Ｓ_Ｌｒ、第一転送電極ＴＸ１に印加される第一転送信号Ｓ_１、及び第二転送電極ＴＸ２に印加される第二転送信号Ｓ_２が示されている。

図７（ａ）に示されるように、駆動信号Ｓ_Ｄ、光強度信号Ｓ_Ｌｐ，Ｓ_Ｌｒ、並びに第一及び第二転送信号Ｓ_１，Ｓ_２は、いずれも理想的な方形波となるパルス信号である。これら全ての信号は、光源ＬＳに駆動信号Ｓ_Ｄが印加される前の状態では、ローレベルとされている。

駆動信号Ｓ_Ｄは、パルス幅Ｔｐのパルス信号である。駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐは、光強度信号Ｓ_Ｌｐのパルス幅の設定値である。この場合は、光強度信号Ｓ_Ｌｐが理想的な方形波となるため、光強度信号Ｓ_Ｌｐのパルス幅は、設定どおり駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐに等しくなる。駆動信号Ｓ_Ｄは、パルス幅Ｔｐの間でハイレベルとされた後、ローレベルとされる。光強度信号Ｓ_Ｌｐは、駆動信号Ｓ_Ｄの印加開始と同時に立ち上がり、パルス光Ｌｐの光強度に対応したレベルとされる。光強度信号Ｓ_Ｌｐは、パルス幅Ｔｐ後に立ち下がり、ローレベルとされる。

第一及び第二転送信号Ｓ_１，Ｓ_２は、パルス光Ｌｐの出射に同期して互いに逆位相で第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に印加される。具体的には、第一転送信号Ｓ_１は、光強度信号Ｓ_Ｌｐに位相差０で同期して、第一転送電極ＴＸ１にパルス幅Ｔｐの間印加され、この間ハイレベルとされる。第二転送信号Ｓ_２は、光強度信号Ｓ_Ｌｐに位相差１８０度で同期して、第二転送電極ＴＸ２にパルス幅Ｔｐの間印加され、この間ハイレベルとされる。第一及び第二転送信号Ｓ_１，Ｓ_２がハイレベルとされる期間は、それぞれ第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２である。第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２は、タイミングが異なり、かつ、幅が等しい。この場合は、第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２の幅は、それぞれ駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐに等しい。

光強度信号Ｓ_Ｌｒは、反射光Ｌｒが撮像領域１Ａまで戻ってくると同時に立ち上がり、反射光Ｌｒの光強度に対応したレベルとされる。光強度信号Ｓ_Ｌｒは、パルス幅Ｔｐ後に立ち下がり、ローレベルとされる。この場合は、光強度信号Ｓ_Ｌｒのパルス幅は、駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐに等しい。光強度信号Ｓ_Ｌｐと光強度信号Ｓ_Ｌｒとの位相差Ｔｄは、光の飛行時間であり、距離画像センサＲＳから対象物ＯＪまでの距離ｄに対応している。

反射光Ｌｒの入射に応じて電荷発生領域に発生した電荷は、パルス光Ｌｐの出射期間Ｔ_Ｔに対して第一転送信号Ｓ_１がハイレベルとされる第一期間Ｔ_１において第一電荷蓄積領域ＦＤ１に送られることにより、第一期間Ｔ_１にわたり第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積される。パルス光Ｌｐの出射期間Ｔ_Ｔとは、光強度信号Ｓ_Ｌｐがローレベルにない期間である。この場合は、出射期間Ｔ_Ｔの幅は、駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐに等しい。

反射光Ｌｒの入射に応じて電荷発生領域に発生した電荷は、第二転送信号Ｓ_２がハイレベルとされる第二期間Ｔ_２において第二電荷蓄積領域ＦＤ２に送られることにより、第二期間Ｔ_２にわたり第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積される。

電荷発生領域に電荷が発生するのは、反射光Ｌｒの入射する期間である。したがって、第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積される電荷量Ｑ_１は、第一期間Ｔ_１のうち光強度信号Ｓ_Ｌｒと第一転送信号Ｓ_１とが重なり合う期間に蓄積される電荷量となる。また、第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積される電荷量Ｑ_２は、第二期間Ｔ_２のうち光強度信号Ｓ_Ｌｒと第二転送信号Ｓ_２とが重なり合う期間に蓄積される電荷量となる。

距離ｄの演算は、電荷量Ｑ_１と電荷量Ｑ_２との比率（振り分け比）を用いて、下記の式（１）により演算される。なお、ｃは光速である。
距離ｄ＝（ｃ／２）×（Ｔｐ×Ｑ_２／（Ｑ_１＋Ｑ_２））・・・（１）

この場合の測定可能な距離ｄの範囲は、第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅によって異なり、位相差Ｔｄが第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅以内となる範囲である。すなわち、位相差Ｔｄが第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅と等しくなる距離ｄが、測定可能な距離ｄの最大値である。したがって、測定したい距離範囲の幅である測距レンジは、第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅により設定することができる。なお、測定可能とは、理論上、上記の式（１）により距離ｄを算出できるという意味である。

次に、実際の場合について、図７（ｂ）及び図７（ｃ）を参照して説明する。図７（ｂ）に示されるように、光強度信号Ｓ_Ｌｐ，Ｓ_Ｌｒは台形波となる。光強度信号Ｓ_Ｌｐ，Ｓ_Ｌｒは、それぞれ立上り期間Ｔ_Ｒにおいて徐々に増加して所定値に達し、光強度安定期間Ｔ_Ｓにおいて所定値以上で維持され、立下り期間Ｔ_Ｆにおいて所定値を下回り徐々に減少する。このような場合、パルス光Ｌｐの出射期間Ｔ_Ｔは、駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐよりも長くなる。

なお、光強度安定期間Ｔ_Ｓとは、光強度信号Ｓ_Ｌｐ，Ｓ_Ｌｒが一定となる期間のみではなく、光強度信号Ｓ_Ｌｐ，Ｓ_Ｌｒが、たとえば最大値の５％以内に収まる期間である。光強度信号Ｓ_Ｌｐ，Ｓ_Ｌｒが一定となる期間とした場合は、パルス光Ｌｐの出射期間Ｔ_Ｔから立上り期間Ｔ_Ｒ及び立下り期間Ｔ_Ｆを除いた期間が光強度安定期間Ｔ_Ｓである。この場合、パルス光Ｌｐの出射期間Ｔ_Ｔは、立下り期間Ｔ_Ｆの幅と駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐとの和に等しい。

図７（ｃ）に示されるように、実際の場合は、光強度信号Ｓ_Ｌｐ，Ｓ_Ｌｒが理想的な方形波となる場合と比較すると、電荷量Ｑ_１が、立上り期間Ｔ_Ｒの影響により電荷量ｑ_１だけ減少する。また、電荷量Ｑ_２が、立下り期間Ｔ_Ｆの影響により電荷量ｑ_２だけ増加する。このように、従来技術に係る測距方法では、電荷の振分け比が理想的な場合と異なることにより、測距精度が悪化する。

図８は、実際の距離と従来技術に係る測距方法により求めた距離との相関関係を示す測距プロファイルである。

図８では、横軸は実際の距離ｄを示し、縦軸は従来技術に係る測距方法により求めた距離（算出距離）ｄ_ｃａｌを示す。駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐを３０ｎｓとして得られたパルス光Ｌｐを測定に用いた。横軸及び縦軸は、第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２の幅をそれぞれ駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐと同じく３０ｎｓとしたときに測距可能な範囲で示す。直線Ｂは、原点を通る傾き１の直線である。

図８に示されるように、測距プロファイルは、リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅと、非リニアリティ領域Ａ_{ｓｈｏｒｔ}，Ａ_ｌｏｎｇとに分割される。リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅとは、実際の距離ｄと算出距離ｄ_ｃａｌとが略等しい（同等な）領域であり、算出距離ｄ_ｃａｌの実際の距離ｄからの誤差（｜ｄ−ｄ_ｃａｌ｜／ｄ×１００（％））が許容限界以下の領域である。リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅは、たとえば当該誤差が数％以下の領域である。リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅでは、このように当該誤差が小さいことから、測距精度が高い。リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅでは、測定データは概ね直線Ｂ上に配置されている。

一方、非リニアリティ領域Ａ_{ｓｈｏｒｔ}，Ａ_ｌｏｎｇとは、リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅ以外の領域であって、実際の距離ｄと算出距離ｄ_ｃａｌとが同等ではない領域を、少なくともリニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅに隣接して含む領域である。すなわち、非リニアリティ領域Ａ_{ｓｈｏｒｔ}，Ａ_ｌｏｎｇは、リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅに隣接しない領域に、実際の距離ｄと算出距離ｄ_ｃａｌとが同等な領域を含んでいてもよい。実際の距離ｄと算出距離ｄ_ｃａｌとが同等ではない領域とは、上記誤差が許容限界を超える領域であり、たとえば上記誤差が数％を超える領域である。非リニアリティ領域Ａ_{ｓｈｏｒｔ}は、リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅよりも短距離側に位置する。非リニアリティ領域Ａ_ｌｏｎｇは、リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅよりも長距離側に位置する。

非リニアリティ領域Ａ_{ｓｈｏｒｔ}，Ａ_ｌｏｎｇでは、測定データが直線Ｂからずれた位置に配置されている。非リニアリティ領域Ａ_{ｓｈｏｒｔ}，Ａ_ｌｏｎｇでは、上記誤差が大きいことから、測距精度が低い。これは、非リニアリティ領域Ａ_{ｓｈｏｒｔ}では、電荷量Ｑ_２に対する電荷量ｑ_２の影響が大きくなるためである。また、非リニアリティ領域Ａ_ｌｏｎｇでは、電荷量Ｑ_１に対する電荷量ｑ_１の影響が大きくなるためである。

図９は、本実施形態に係る測距方法における各種信号のタイミングチャートの一例である。

図９に示されるように、本実施形態に係る測距方法の一例では、駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐが、第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅よりも延長時間Ｔｘだけ長く設定される。これにより、光源ＬＳから出射されるパルス光Ｌｐは、光強度安定期間Ｔ_Ｓの幅が第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅よりも長くされている。なお、従来技術と同様に、第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２は、タイミングが異なり同じ幅である。

この場合、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に蓄積される電荷量Ｑ_１，Ｑ_２において、パルス光Ｌｐの光強度安定期間Ｔ_Ｓに対応して蓄積される電荷の割合が高くなる。したがって、立上り期間Ｔ_Ｒの影響により理想的な場合から減少する電荷量ｑ_１の電荷量Ｑ_１に対する影響が小さくなる。また、立下り期間Ｔ_Ｆの影響により理想的な場合から増加する電荷量ｑ_２の電荷量Ｑ_２に対する影響が小さくなる。この結果、測距精度に対する光強度信号Ｓ_Ｌｐの立上り期間Ｔ_Ｒ及び立下り期間Ｔ_Ｆの影響が低減され、測距精度を向上させることが可能となる。

図１０は、本実施形態に係る測距方法における各種信号のタイミングチャートの他の例である。

図１０に示されるように、本実施形態に係る測距方法の他の例では、駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐが、第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅よりも延長時間Ｔｘだけ長くされていることに加え、駆動信号Ｓ_Ｄが、第一転送信号Ｓ_１の印加よりも発光遅延時間（遅延時間）Ｔｙだけ遅延して印加される。

この場合、第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積される電荷量Ｑ_２において、パルス光Ｌｐの光強度安定期間Ｔ_Ｓに対応して蓄積される電荷の割合が更に高くなる。したがって、立下り期間Ｔ_Ｆの影響により理想的な場合から増加する電荷量ｑ_２の電荷量Ｑ_２に対する影響が更に小さくなる。この結果、測距精度に対する光強度信号Ｓ_Ｌｐの立下り期間Ｔ_Ｆの影響が低減され、特に近距離の測距精度を向上させることが可能となる。なお、距離ｄを算出する際は、発光遅延時間Ｔｙに相当する距離をオフセットする必要がある。

図１１は、本実施形態に係る測距方法における延長時間及び発光遅延時間の設定方法を示すフローチャートである。図１２は、測距プロファイルの一例である。

図１１に示されるように、まず初期設定として、各種測定条件を従来技術に係る測距方法と同様に設定する（ステップＳ０１）。具体的には、第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅を測定したい距離範囲に対応する値Ｔ０とすることにより、測距レンジを設定する。駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐを同じくＴ０とする。発光遅延時間Ｔｙを０とし、これに合わせて算出距離ｄ_ｃａｌに対する発光遅延時間Ｔｙのオフセットｄ_ｏｆｓを０とする。

続いて、算出距離ｄ_ｃａｌと実際の距離ｄとの関係を示す測距プロファイルを作成する（ステップＳ０２）。図１２に示されるように、測距プロファイルはリニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅと、非リニアリティ領域Ａ_{ｓｈｏｒｔ}，Ａ_ｌｏｎｇとに分割される。

続いて、測距プロファイルにおいて、リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅの距離範囲ｄ_ｌｉｎｅ及びその下限値ｄ_{ｓｈｏｒｔ}を確認し、それぞれ対応する時間範囲Ｔ_ｌｉｎｅ及びその下限値Ｔ_{ｓｈｏｒｔ}を算出する（ステップＳ０３）。ここでは、リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅの下限値ｄ_{ｓｈｏｒｔ}は、非リニアリティ領域Ａ_{ｓｈｏｒｔ}の距離範囲の値に対応している。

続いて、測定条件の再設定を行う（ステップＳ０４）。具体的には、駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐ＝Ｔ０＋（Ｔ０−Ｔ_ｌｉｎｅ）とする。発光遅延時間Ｔｙ＝T_{ｓｈｏｒｔ}とし、これに合わせて算出距離ｄ_ｃａｌに対する発光遅延時間Ｔｙのオフセットｄ_ｏｆｓ＝ｄ_{ｓｈｏｒｔ}とする。第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅は変更しない。

続いて、再び測距プロファイルを作成する（ステップＳ０５）。続いて、測距プロファイルにおいて所望のリニアリティ特性が得られたか否かを判断する（ステップＳ０６）。具体的には、リニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅの距離範囲ｄ_ｌｉｎｅ、及びリニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅの下限値ｄ_{ｓｈｏｒｔ}が所望の範囲内であるか否かを判断する。距離範囲ｄ_ｌｉｎｅが広くなるほど、高い精度で測距できる距離範囲が広くなる。また、下限値ｄ_{ｓｈｏｒｔ}が小さくなるほど、高い精度で測距できる最小距離が短くなる。

ステップＳ０６においてＹＥＳの場合、処理が終了される。ステップＳ０６においてＮＯの場合、ステップＳ０３の処理に移行され、ステップＳ０３〜Ｓ０６の処理を繰り返す。

本実施形態では、立上り期間Ｔ_Ｒ及び立下り期間Ｔ_Ｆの影響がなくなるわけではなく、測距レンジ全体を測距精度の高いリニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅとすることはできない。しかしながら、光強度安定期間Ｔ_Ｓを長くすることにより、パルス光Ｌｐの出射期間Ｔ_Ｔにおける立上り期間Ｔ_Ｒ及び立下り期間Ｔ_Ｆの割合が相対的に低減され、立上り期間Ｔ_Ｒ及び立下り期間Ｔ_Ｆの影響を低減することができる。これにより、測距精度の高いリニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅが、測距レンジ全体に占める割合を増やし、測距精度を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る測距方法では、光源ＬＳからパルス光Ｌｐを出射する際に、光源ＬＳからパルス光Ｌｐの出射期間Ｔ_Ｔにおける光強度安定期間Ｔ_ｓが第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれよりも長くされたパルス光Ｌｐを出射する。

また、本実施形態に係る測距装置１０は、パルス光Ｌｐの出射期間Ｔ_Ｔにおける光強度安定期間Ｔ_ｓが第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれよりも長くされたパルス光Ｌｐを出射するように光源ＬＳを駆動する駆動部ＤＲＶを備える。

これにより、第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２のそれぞれにわたり第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に蓄積される電荷量Ｑ_１，Ｑ_２において、光強度安定期間Ｔ_ｓに対応して蓄積される電荷量の割合が高くなり、立上り期間Ｔ_Ｒ及び立下り期間Ｔ_Ｆに対応して蓄積される電荷量の割合が低くなる。したがって、立上り期間Ｔ_Ｒの影響により理想的な場合から減少する電荷量ｑ_１の電荷量Ｑ_１に対する影響が小さくなる。また、立下り期間Ｔ_Ｆの影響により理想的な場合から増加する電荷量ｑ_２の電荷量Ｑ_２に対する影響が小さくなる。この結果、測距精度に対する光強度信号Ｓ_Ｌｐの立上り期間Ｔ_Ｒ及び立下り期間Ｔ_Ｆの影響が低減され、測距精度を向上させることが可能となる。

上述の式（１）を前提とした測距方法では、駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐを第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅と同じ長さに設定すれば、位相差Ｔｄが０から第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅となる距離まで測距可能である。しかしながら、駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔ_ｐを第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅と同じ長さに設定しても、実際には、立上り期間Ｔ_Ｒ及び立下り期間Ｔ_Ｆの影響により、光強度安定期間Ｔ_ｓの幅が減少する。これに対し、駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔ_ｐを意図的に長くすることにより、光強度安定期間Ｔ_ｓの幅を意図的に長くし、光強度安定期間Ｔ_ｓの幅が減少することによる影響を補うことができる。

また、光源ＬＳからパルス光Ｌｐを出射する際に、第一期間Ｔ_１の開始タイミングに発光遅延時間Ｔｙで遅延してパルス光Ｌｐを出射する。これにより、第二期間Ｔ_２にわたり第二電荷蓄積領域ＦＤ２に蓄積される電荷量Ｑ_２において、光強度安定期間Ｔ_ｓに対応して蓄積される電荷量の割合がより高まる。この結果、測距精度を特に近距離で向上させることが可能となる。

また、第一期間Ｔ_１の開始タイミングに対するパルス光Ｌｐの出射タイミングの発光遅延時間Ｔｙは、実際の距離ｄと距離センサＰ（ｍ，ｎ）により求めた距離ｄ_ｃａｌとの相関関係を示す測距プロファイルのリニアリティ領域Ａ_ｌｉｎｅの下限値ｄ_{ｓｈｏｒｔ}に対応する下限値Ｔ_{ｓｈｏｒｔ}に設定される。この場合、距離０を当該下限値ｄ_{ｓｈｏｒｔ}にオフセットさせた条件で測定を行うことができるため、下限値ｄ_{ｓｈｏｒｔ}未満の距離範囲に対しても、測距精度を向上させることが可能となる。

また、距離センサＰ（ｍ，ｎ）は、第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２と、電荷発生領域で発生した電荷を第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，ＦＤ２に送る第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２と、を有している。第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２には、第一及び第二転送信号Ｓ_１，Ｓ_２がそれぞれ与えられる。第一及び第二転送信号Ｓ_１，Ｓ_２は、位相が１８０度ずれている。これにより、パルス光Ｌｐが一回出射される度に、発生した電荷を第一及び第二電荷蓄積領域ＦＤ１，Ｆ２にそれぞれ蓄積し、対象物ＯＪまでの距離ｄを求めることができる。したがって、対象物ＯＪまでの距離ｄの時間変化により、測距精度が低下するのを防ぐことができる。

続いて、本実施形態の変形例について説明する。図１３は、変形例に係る距離センサの構成図である。なお、図１３では、遮光層ＬＩを省略して示す。

図１３に示されるように、変形例に係る距離センサＰ（ｍ，ｎ）は、フォトゲート電極ＰＧと、第一電荷蓄積領域ＦＤ１と、第一転送電極ＴＸ１と、を有している。本変形例に係る距離センサＰ（ｍ，ｎ）が、第二電荷蓄積領域ＦＤ２と、第二転送電極ＴＸ２と、を有さない点で上述の実施形態と相違している。

フォトゲート電極ＰＧは、平面視で矩形環状を呈している。本変形例では、フォトゲート電極ＰＧは、平面視で正方形環状を呈している。フォトゲート電極ＰＧの外縁は、距離センサＰ（ｍ，ｎ）の外縁と一致している。フォトゲート電極ＰＧの呈する正方形環の内側には、第一電荷蓄積領域ＦＤ１が形成されている。第一電荷蓄積領域ＦＤは、平面視で矩形状を呈している。本変形例では、第一電荷蓄積領域ＦＤ１は、平面視で正方形状を呈している。第一電荷蓄積領域ＦＤ１は、平面視で距離センサＰ（ｍ，ｎ）の略中央に位置している。

フォトゲート電極ＰＧと第一電荷蓄積領域ＦＤ１との間には、第一転送電極ＴＸ１が形成されている。第一転送電極ＴＸ１は、平面視で矩形環状を呈している。本変形例では、第一電荷蓄積領域ＦＤ１は、平面視で正方形環状を呈している。

図１４は、変形例に係る測距方法における各種信号のタイミングチャートである。

図１４に示されるように、第一転送電極ＴＸ１に印加される第一転送信号Ｓ_１は、所定のタイミングで間欠的に位相シフトが与えられている。本変形例では、第一転送信号Ｓ_１は、１８０度のタイミングで１８０度の位相シフトが与えられている。第一転送信号Ｓ_１は、０度のタイミングで駆動信号Ｓ_Ｄに同期し、１８０度のタイミングで駆動信号Ｓ_Ｄに１８０度の位相差を有している。

本変形例では、０度のタイミングで第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積された電荷量Ｑ_１、及び１８０度のタイミングで第一電荷蓄積領域ＦＤ１に蓄積された電荷量Ｑ_２が順番に読み出される。これらの電荷量Ｑ_１，Ｑ_２に基づいて、距離ｄが算出される。

このように距離センサＰ（ｍ，ｎ）は、電荷発生領域で発生した電荷を第一電荷蓄積領域ＦＤ１に送る第一転送電極ＴＸ１を有し、第一転送電極ＴＸ１には、１８０度のタイミングで間欠的に１８０度の位相シフトが与えられた第一転送信号Ｓ_１が与えられている。この場合、少なくとも第一転送電極ＴＸ１及び第一電荷蓄積領域ＦＤ１が１つずつあれば測距可能となるので、距離センサＰ（ｍ，ｎ）を小型化することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、測距プロファイルを作成しながら、延長時間Ｔｘ及び発光遅延時間Ｔｙの設定を行ったが、光源ＬＳから出射されたときのパルス光Ｌｐの光強度信号Ｓ_Ｌｐの信号波形について既知の情報があれば、これに基づき延長時間Ｔｘ及び発光遅延時間Ｔｙの設定を行ってもよい。たとえば、光強度安定期間Ｔ_Ｓの幅が既知であれば、第一及び第二期間Ｔ_１，Ｔ_２それぞれの幅と光強度安定期間Ｔ_Ｓの幅との差を延長時間Ｔｘに設定することができる。

また、光強度信号Ｓ_Ｌｐの立上り期間Ｔ_Ｒの幅が既知であれば、駆動信号Ｓ_Ｄのパルス幅Ｔｐから立上り期間Ｔ_Ｒの幅を引いた値を光強度安定期間Ｔ_Ｓの幅と推測できる。この推測した光強度安定期間Ｔ_Ｓの幅に基づき、同様に延長時間Ｔｘを設定することができる。

また、光源ＬＳからパルス光Ｌｐを出射する際に、第一期間Ｔ_１の開始タイミングに先行してパルス光Ｌｐを出射することもできる。この場合、発光遅延時間Ｔｙがマイナスの値とされる。上記式（１）により測距可能な距離範囲の最大値に近い領域、たとえば非リニアリティ領域Ａ_ｌｏｎｇでは、光強度信号Ｓ_Ｌｐの立上り期間Ｔ_Ｒの影響が大きい。すなわち、この領域では、理想的な場合から減少する電荷量ｑ_１の電荷量Ｑ_１に対する影響が大きい。発光遅延時間Ｔｙをマイナスの値とすることにより、電荷量ｑ_１の電荷量Ｑ_１に対する影響が小さくなり、この領域における測距精度を向上させることができる。

距離画像センサＲＳは、各距離センサＰ（ｍ，ｎ）が二次元状に配列されているが、一次元状に配置されたラインセンサであってもよい。なお、ラインセンサを回転させたり、ラインセンサ２つ用いて走査させたりすることによっても二次元画像を得ることができる。

距離画像センサＲＳは、表面入射型の距離画像センサに限られない。距離画像センサＲＳは、裏面入射型の距離画像センサであってもよい。

入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域をフォトダイオード（たとえば、埋め込み型のフォトダイオードなど）により構成してもよい。

本実施形態に係る距離画像センサＲＳにおけるｐ型およびｎ型の各導電型は、上述したものとは逆になるように入れ替えられていてもよい。

１０…測距装置、Ａ_ｌｉｎｅ…リニアリティ領域、ｄ…距離、ｄ_{ｓｈｏｒｔ}…リニアリティ領域の下限値、ＦＤ１…第一電荷蓄積領域、ＦＤ２…第二電荷蓄積領域、Ｐ…距離センサ、ＰＧ…フォトゲート電極、Ｓ_１…第一転送信号、Ｓ_２…第二転送信号、Ｔ_１…第一期間、Ｔ_２…第二期間、ＴＸ１…第一転送電極（電荷転送部）、ＴＸ２…第二転送電極（電荷転送部）、ＬＳ…光源、ＣＯＮＴ…制御部（電荷転送部）、ＤＲＶ…駆動部（光源駆動部）、ＡＲＴ…演算部（距離演算部）、ＯＪ…対象物、Ｌｐ…パルス光、Ｌｒ…反射光、Ｔ_ｓ…光強度安定期間、Ｔ_Ｔ…パルス光の出射期間、Ｔｙ…発光遅延時間（遅延時間）、Ｑ_１，Ｑ_２…電荷量。

Claims (4)

1. 対象物に向けてパルス光を出射する光源と、前記対象物での前記パルス光の反射光の入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域と前記電荷発生領域で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積領域とを有する距離センサと、を用いた測距方法であって、
   前記電荷発生領域に発生した電荷を、前記パルス光の出射期間に対する第一期間において前記電荷蓄積領域に送ることにより、前記第一期間にわたり前記電荷蓄積領域に蓄積し、
   前記電荷発生領域に発生した電荷を、前記第一期間とタイミングが異なり、かつ、前記第一期間と同じ幅である第二期間において前記電荷蓄積領域に送ることにより、前記第二期間にわたり前記電荷蓄積領域に蓄積し、
   前記第一期間にわたり前記電荷蓄積領域に蓄積された電荷量と、前記第二期間にわたり前記電荷蓄積領域に蓄積された電荷量と、に基づいて前記対象物までの距離を演算し、
   前記光源から前記パルス光を出射する際に、前記光源から前記パルス光の出射期間における光強度安定期間が前記第一及び第二期間それぞれよりも長くされたパルス光を出射し、
   前記光源から前記パルス光を出射する際に、前記第一期間の開始タイミングに遅延して前記パルス光を出射し、
   前記第一期間の開始タイミングに対する前記パルス光の出射タイミングの遅延時間は、実際の距離と前記距離センサにより求めた距離との相関関係を示す測距プロファイルのリニアリティ領域の下限値に対応する時間に設定される、測距方法。
2. 前記距離センサは、複数の前記電荷蓄積領域と、前記電荷発生領域で発生した電荷を複数の前記電荷蓄積領域に送る複数の転送電極と、を有し、
   複数の前記転送電極には、異なる位相の転送信号がそれぞれ与えられる、請求項１に記載の測距方法。
3. 前記距離センサは、前記電荷発生領域で発生した電荷を前記電荷蓄積領域に送る転送電極を有し、
   前記転送電極には、所定のタイミングで間欠的に位相シフトが与えられた転送信号が与えられる、請求項１又は２に記載の測距方法。
4. 対象物に向けてパルス光を出射する光源と、前記対象物での前記パルス光の反射光の入射に応じて電荷が発生する電荷発生領域と前記電荷発生領域で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積領域とを有する距離センサと、を備える測距装置であって、
   前記電荷発生領域に発生した電荷を、前記パルス光の出射期間に対する第一期間において前記電荷蓄積領域に送ることにより、前記第一期間にわたり前記電荷蓄積領域に蓄積させ、前記電荷発生領域に発生した電荷を、前記第一期間とタイミングが異なり、かつ、前記第一期間と同じ幅である第二期間において前記電荷蓄積領域に送ることにより、前記第二期間にわたり前記電荷蓄積領域に蓄積させる電荷転送部と、
   前記第一期間にわたり前記電荷蓄積領域に蓄積された電荷量と、前記第二期間にわたり前記電荷蓄積領域に蓄積された電荷量と、に基づいて前記対象物までの距離を演算する距離演算部と、
   前記パルス光の出射期間における光強度安定期間が前記第一及び第二期間それぞれよりも長くされたパルス光を出射するように前記光源を駆動する光源駆動部と、を備え、
   前記パルス光は、前記第一期間の開始タイミングに遅延して前記光源から出射され、
   前記第一期間の開始タイミングに対する前記パルス光の出射タイミングの遅延時間は、実際の距離と前記距離センサにより求めた距離との相関関係を示す測距プロファイルのリニアリティ領域の下限値に対応する時間に設定されている、測距装置。

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