KR20110044862A - 거리 화상 센서, 및 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법 - Google Patents

거리 화상 센서, 및 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법 Download PDF

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Abstract

거리 분해능의 저하없이 거리 계측 범위를 확대 가능한 거리 화상 센서를 제공한다. 방사원(13)은 시간축 상에 차례로 배열된 제1~ 제5의 프레임에 있어서 대상물에 조사되는 제1~ 제5의 펄스 PT1~PT5의 열을 방사 펄스로서 제공한다. 프레임의 각각에서는 촬상 시각 TPU1~TPU5는 각 프레임의 시점으로부터 소정의 시간 △TPD의 위치에 규정되고, 또 펄스 PT1~PT5가 각각 제1~ 제5의 프레임의 시점으로부터 서로 다른 변위량으로 변위된다. 5개의 프레임의 각각에 있어서의 촬상 윈도우 A, B를 이용하여 화소 어레이(23)는 서로 다른 거리 범위의 대상물의 거리 정보를 가지는 요소 화상 신호 SE1~SE5를 생성한다. 처리 장치(17)는 이들을 합성하여 화상 신호 SIMAGE를 생성한다. 5회의 비행시간 측정의 것을 이용하므로 넓은 거리 범위의 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 방사 펄스의 폭을 넓힐 필요가 없고 거리 분해능이 저하하지 않는다.

Description

거리 화상 센서, 및 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법{DISTANCE IMAGE SENSOR AND METHOD FOR GENERATING IMAGE SIGNAL BY TIME-OF-FLIGHT METHOD}
본 발명은, 거리 화상 센서, 및 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는 전체 화소 동시 전자 셔터 동작이 가능한 고체 촬상 장치가 기재되어 있다. 이 고체 촬상 장치는, 전체 포토다이오드를 리셋(reset)한 후에, 제1 전송 게이트를 일제히 닫아 각 포토다이오드에 전하의 축적을 행한다. 셔터 시간이 경과한 후에, 제1 전송 게이트를 일제히 열어 축적된 전하를 각각의 전하 축적 영역에 전송한다. 특허 문헌 2에는 전자 셔터 작용을 구비한 능동 화소 센서어레이(se㎱or array)가 기재되어 있다. 특허 문헌 3에는 거리 화상 센서를 위한 화소 회로가 기재되어 있다. 실리콘 기판 상에 산화막이 설치되어 있고, 이 산화막상에 2개의 전하 전송용 포토게이트(photo-gate) 전극이 설치된다. 산화막의 가장자리부에는 전하 취출용의 부유 확산층이 설치되어 있다. 특허 문헌 4에는 강도 변조된 방사 필드의 검출과 복조를 위한 방법 및 장치가 기재되어 있다. 이 방법 및 장치에서는, 센서 소자의 어레이의 광감응부에 생성된 신호 전하를 광원에 의해 생성된 변조 신호에 동기하여 메모리 셀에 전송하도록 센서 소자의 전자 스위치를 제어함과 아울러, 메모리 셀에 격납된 신호 전하를 평가 유닛에 전송하도록 메모리 셀을 제어한다. 특허 문헌 5에는 능동 화소 센서(active pixel se㎱or)가 기재되어 있다. 능동 화소 센서는 신호 전하로서 모아지는 포토 전하를 입력광으로부터 발생하는 광검출 영역과 화소 내에 증폭기의 입력에 접속된 센스 노드(node)에 광검출 영역으로부터 신호 전하를 전송하는 트랜지스터를 구비한다. 화소의 설계에서는 광검출 영역이 중심축에 관해 이차원 대칭성을 가지도록 설치되어 있다. 특허 문헌 6에서는 TOF법을 이용한 삼차원 촬상 시스템이 기재되어 있다. 삼차원 촬상 시스템의 화소는 화소 검출기, 전하 콜렉터(colletor) 및 전자 셔터를 포함하고, 전자 셔터는 화소 검출기와 전하 콜렉터의 사이에 개재하고 있다. 비특허 문헌 1은 CCD를 이용한 거리 측정 센서가 기재되어 있다. 반사광의 지연 시간은 2개의 검지 기간에 의해 위상 변위량(shift quantity)으로서 측정된다.
일본국 특허공개 평11-177076호 공보 일본국 특허공특표 2000-504489호 공보 일본국 특허공특개 2005-235893호 공보 USP5856667호 공보 USP5986297호 공보 USP6323942호 공보
비특허 문헌 1 : Ryohei Miyagawa, Takeo Kanade, "CCD-based range-finding se㎱or", IEEE Tra㎱. Electron Devices, vol. 44, no. 10, pp. 1648-1652(1997).
광의 비행시간을 이용한 종래의 거리 화상 센서에서는 거리 계측 범위를 넓히기 위해서는 이하의 사항이 필요하다. (a1) 광의 변조 주파수를 높인다. (a2) 광의 펄스의 폭을 넓힌다. 한편, 거리 분해능을 높이기 위해서는 이하의 사항이 필요하다. (b1) 광의 변조 주파수를 높인다. (b2) 광의 펄스 폭을 짧게 한다. 상기와 같이 거리 계측 범위를 넓히기 위해서는 광의 펄스의 폭을 넓히는 것이 요구되고, 한편 거리 분해능을 높이기 위해서는 광의 펄스 폭을 짧게 하는 것이 요구된다. 이런 이유로 계측 가능한 거리 범위를 확대하는 것은 거리 분해능을 향상시키는 것과 트레이드오프(trade-off)의 관계에 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이고, 거리 분해능을 저하시키는 일 없이 거리 계측 범위를 확대 가능한 거리 화상 센서, 및 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 측면은 비행시간법을 이용하는 거리 화상 센서이다. 거리 화상 센서는, (a) 비행시간을 계측하기 위해서 대상물에 조사하는 방사 펄스를 발생하는 방사원과, (b) 서로 다른 제1~제n의 비행시간(n>1)에 대응하는 제1~제n의 촬상 타이밍을 나타내는 제어 신호를 생성하는 제어 장치와, 입사 방사선에 감응하여 전하를 생성하는 검출 소자를 포함하는 복수의 화소의 화소 어레이와, 제1~제n의 촬상 타이밍에 각각 대응하는 제1~제n의 요소 화상 신호를 제어 신호에 응답하여 생성하는 신호 생성 장치를 가지는 화상 생성 장치와, (c) 제1~제n의 요소 화상 신호를 합성하여 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 화상 신호를 생성하는 처리 장치를 구비한다. 각 화소의 검출 소자는, 제1~제n의 촬상 타이밍의 각각에 있어서의 제1 및 제2의 촬상 윈도우(window)에 있어서 당해 검출 소자에 입사하는 입사 방사선에 따라 각각 제1 및 제2의 전하를 생성한다. 각 화소는 제1 및 제2의 촬상 윈도우에 대응하여 각각 제1 및 제2의 전하로부터 제1 및 제2의 요소 신호를 제공한다. 제1의 촬상 윈도우는 기준 시각으로부터 규정된 촬상 시각의 직전에 있고 소정의 시간 폭을 가지고 있다. 제2의 촬상 윈도우는 촬상 시각의 직후에 있고 소정의 시간 폭을 가지고 있다. 제i의 요소 화상 신호(1≤i≤n)는 제i의 촬상 타이밍에 있어서의 각 화소의 제1 및 제2의 요소 신호를 포함한다.
이 거리 화상 센서에 의하면, 제1~제n의 비행시간(n>1)은 서로 다르므로, 각각의 비행시간은 서로 다른 측정 거리 범위를 커버(cover)한다. 또, 제1~제n의 비행시간에 대응하는 제1~제n의 촬상 타이밍에 제1~제n의 요소 화상 신호를 생성하므로, 제1~제n의 요소 화상 신호의 각각은 서로 다른 거리 범위의 대상물의 거리 정보를 가지고 있다. 이들의 제1~제n의 요소 화상 신호를 합성하여 화상 신호를 생성하므로, 넓은 거리 범위에 있어서의 대상물의 거리 정보를 얻을 수 있다.
또, 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 제1~제n의 촬상 타이밍의 각각에서는, 제1 및 제2의 촬상 윈도우로 화소의 검출 소자에 입사하는 입사 방사선에 대응하는 제1 및 제2의 요소 신호를 생성하고 있으므로, 여러 차례의 비행시간법의 측정에 의해, 넓은 거리 범위에 있어서 대상물에 관한 거리 범위의 정보를 얻고 있다. 이런 이유로 넓은 거리 범위에 있어서의 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 방사 펄스의 폭을 넓힐 필요가 없다. 따라서, 개개의 비행시간의 측정에 있어서 거리 분해능은 저하되지 않는다.
본 발명과 관련되는 거리 화상 센서에서는 방사원은 시간축에 관해 차례로 배열된 제1~제n의 프레임 각각에 있어서 대상물에 조사되는 제1~제n의 펄스의 열(column)을 방사 펄스로서 제공한다. 제1~제n의 펄스는 각각 제1~제n의 프레임의 시점으로부터 서로 다른 변위량으로 변위(shift)되고 있다. 제1~제n의 프레임의 각각에 있어서 촬상 시각은 각 프레임의 시점으로부터 소정의 시간으로 규정되어 있다. 제1~제n의 프레임의 각각은 제1 및 제2의 촬상 윈도우를 포함한다. 제1~제n의 펄스의 각각의 지속 시간은 제1의 촬상 윈도우의 기간 이하이다. 제1~제n의 펄스의 각각의 지속 시간은 제2의 촬상 윈도우의 기간 이하이다.
이 거리 화상 센서에 의하면, 제1~제n의 비행시간의 측정에는 서로 다른 변위량으로 변위된 제1~제n의 펄스를 이용한다. 제1~제n의 펄스는 각각 시간축에 관해 차례로 배열된 제1~제n의 프레임에 있어서 대상물에 조사된다. 제1~제n의 펄스를 각각 제1~제n의 프레임에 있어서의 제1 및 제2의 촬상 윈도우에 대응지어 여러 차례의 비행시간의 측정을 행할 수가 있다.
본 발명과 관련되는 거리 화상 센서에서는 제1~제n의 프레임의 각각은 제1 및 제2의 촬상 윈도우와, 제1 및 제2의 촬상 윈도우와 다른 전하 폐기 윈도우를 포함한다. 화소는 전하 폐기 윈도우에 있어서 검출 소자의 전하를 폐기한다. 이 거리 화상 센서에 의하면, 전하 폐기 윈도우에 있어서 검출 소자의 전하가 폐기되므로, 검출 소자가 받는 배경 잡음을 제외할 수 있다.
본 발명과 관련되는 거리 화상 센서에서는 화소는 제1~제n의 촬상 타이밍에 있어서의 제1의 촬상 윈도우 및 제2의 촬상 윈도우(window)에 각각 도통하고 검출 소자에 접속되는 제1 및 제2의 전송 게이트와, 검출 소자에 접속되고 전하 폐기 윈도우에 도통하는 제1 및 제2의 폐기 게이트를 포함한다. 검출 소자는 제1의 전송 게이트와 제2의 전송 게이트(gate)의 사이에 위치한다. 검출 소자는 제1의 폐기 게이트와 제2의 폐기 게이트의 사이에 위치한다. 이 거리 화상 센서의 화소 어레이(array)는 상기의 구조의 화소의 어레이를 포함할 수가 있다.
본 발명과 관련되는 거리 화상 센서에서는 제1~제n의 펄스의 펄스 폭은 선형 응답 영역을 이용하여 거리 정보를 포함하는 화상 신호를 생성 가능하도록 규정될 수가 있다. 이 거리 화상 센서에 의하면, 선형 응답 영역을 이용하므로, 비행시간의 측정의 전체 범위에 있어서 거리 정밀도를 확보할 수 있다.
본 발명과 관련되는 거리 화상 센서에서는 방사원은 단일의 프레임에 단일의 펄스를 방사 펄스로서 제공한다. 제1~제n의 촬상 타이밍은 단일의 프레임 내에 위치한다. 제1~제n의 촬상 타이밍의 촬상 시각은 서로 다른 변위량으로 단일의 프레임의 시점으로부터 변위되어 있다. 제1의 촬상 타이밍의 촬상 시각의 직전에는 제1의 촬상 윈도우가 설치됨과 아울러, 제n의 촬상 타이밍의 촬상 시각의 직후에는 제2의 촬상 윈도우가 설치된다. 제1~제n의 촬상 타이밍 중의 제i의 촬상 타이밍(1≤i<n-1)과 제i+1의 촬상 타이밍의 사이에는 검출 소자에 입사하는 입사 방사선에 따른 전하를 집어넣기 위한 윈도우가 규정되어 있다. 윈도우는 제1 및 제2의 촬상 윈도우를 위해서 겸용되고 있다. 단일의 펄스의 지속 시간은 제1 및 제2의 촬상 윈도우의 기간 이하이다.
이 거리 화상 센서에 의하면, 제1~제n의 촬상 타이밍의 각각에 있어서의 촬상 시각의 전후에 각각 제1 및 제2의 촬상 윈도우가 설치된다. 이런 이유로 제1 및 복수의 제2의 촬상 윈도우가 교대로 배열되어 촬상 윈도우의 열을 구성한다. 촬상 윈도우의 열의 최초에는 단독의 제1의 촬상 윈도우가 있고, 최후에는 단독의 제2의 촬상 윈도우가 있다. 촬상 윈도우의 열에 있어서 단독의 제1의 촬상 윈도우와 단독의 제2의 촬상 윈도우의 사이에 하나 또는 복수의 촬상 겸용 윈도우가 있다. 촬상 겸용 윈도우는 제1의 촬상 윈도우 및 제2의 촬상 윈도우의 양쪽 모두를 위해서 설치되어 있다. 촬상 윈도우의 열에 있어서의 n개의 촬상 시각에 있어서 제1~제n의 요소 화상 신호가 생성된다.
본 발명과 관련되는 거리 화상 센서에서는 단일의 프레임은 제1 및 제2의 촬상 윈도우와, 제1의 촬상 윈도우 및 제2의 촬상 윈도우와 다른 전하 폐기 윈도우를 포함한다. 화소는 전하 폐기 윈도우에 있어서 검출 소자의 전하를 폐기한다. 이 거리 화상 센서에 의하면, 전하 폐기 윈도우에 있어서 검출 소자의 전하가 폐기되므로, 검출 소자가 받는 배경 잡음을 제외할 수 있다.
본 발명과 관련되는 거리 화상 센서에서는 화소는 검출 소자의 일방측에 배치된 제1의 군의 제1~제j의 전송 게이트와, 검출 소자의 타방측에 배치된 제2의 군의 제j+1~제n+1의 전송 게이트와, 검출 소자에 접속되고 전하 폐기 윈도우에 도통하는 제1 및 제2의 폐기 게이트를 포함한다. 제1~제n+1의 전송 게이트는 제1~제n의 촬상 타이밍의 어느 쪽인가에 있어서 도통한다. 검출 소자는 제1의 폐기 게이트와 제2의 폐기 게이트의 사이에 위치한다. 이 거리 화상 센서의 화소 어레이는 상기의 구조의 화소의 어레이를 포함할 수가 있다.
본 발명의 다른 측면은, 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이와 비행시간을 계측하기 위한 방사원을 이용하여 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법이다. 이 방법은, (a) 화소 어레이의 검출 소자를 이용하여 서로 다른 제1~제n의 비행시간(n>1)으로 복수의 촬상을 행하여 제1~제n의 요소 화상 신호를 생성하는 스텝과, (b) 제1~제n의 요소 화상 신호를 합성하여 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 화상 신호를 생성하는 스텝을 구비한다. 각 화소는 제1~제n의 촬상 타이밍에 있어서의 제1 및 제2의 촬상 윈도우에 있어서 각각 제1 및 제2의 전하를 생성한다. 제1의 촬상 윈도우는 기준 시각으로부터 규정된 촬상 시각의 직전에 있고, 또 소정의 시간 폭을 가지고 있다. 제2의 촬상 윈도우는 촬상 시각의 직후에 있고, 또 소정의 시간 폭을 가지고 있다. 각 화소는 제1 및 제2의 전하의 양에 각각 대응하는 제1 및 제2의 요소 신호를 제공한다. 제i의 요소 화상 신호(1≤i≤n)는 제i의 촬상 타이밍에 있어서의 복수의 화소의 제1 및 제2의 요소 신호를 포함한다.
이 방법에 의하면, 제1~제n의 비행시간(n>1)은 서로 다르므로, 각각의 비행시간은 서로 다른 측정 거리 범위를 커버한다. 또, 제1~제n의 비행시간에 대응하는 제1~제n의 촬상 타이밍에 제1~제n의 요소 화상 신호를 생성하므로, 제1~제n의 요소 화상 신호의 각각은 서로 다른 거리 범위의 대상물의 거리 정보를 가지고 있다. 이들의 제1~제n의 요소 화상 신호를 합성하여 화상 신호를 생성하므로, 넓은 거리 범위에 있어서의 대상물의 거리 정보를 얻을 수 있다.
또, 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 제1~제n의 촬상 타이밍의 각각에서는, 제1의 촬상 윈도우 및 제2의 촬상 윈도우로 화소의 검출 소자에 입사하는 입사 방사선에 대응하는 제1 및 제2의 요소 신호를 생성하고 있으므로, 여러 차례의 비행시간에 의해, 넓은 거리 범위에 있어서 대상물에 관한 거리 범위의 정보를 얻고 있다. 이런 이유로 넓은 거리 범위에 있어서의 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 방사 펄스의 폭을 넓힐 필요가 없다. 따라서, 개개의 비행시간의 측정에 있어서 거리 분해능은 저하되지 않는다.
본 발명과 관련되는 방법에서는, 제1~제n의 요소 화상 신호를 생성하는 스텝은 비행시간을 계측하기 위한 방사 펄스를 대상물에 조사하는 스텝을 포함한다. 방사 펄스의 조사에서는 시간축에 관해 차례로 배열된 제1~제n의 프레임 각각에 있어서 대상물에 조사하기 위한 제1~제n의 펄스가 출사된다. 제1~제n의 펄스는 각각 제1~제n의 프레임의 시점으로부터 서로 다른 변위량으로 변위되어 있다. 제1~제n의 프레임의 각각에 있어서 기준 시각은 각 프레임의 시점이다. 제1~제n의 프레임의 각각은 제1 및 제2의 촬상 윈도우를 포함한다. 제1~제n의 펄스의 각각의 지속 시간은 제1의 촬상 윈도우의 기간 이하이다. 제1~제n의 펄스의 각각의 지속 시간은 제2의 촬상 윈도우의 기간 이하이다.
이 방법에 의하면, 제1~제n의 비행시간의 측정에는 서로 다른 변위량으로 변위된 제1~제n의 펄스를 이용한다. 제1~제n의 펄스는 각각 시간축에 관해 차례로 배열된 제1~제n의 프레임에 있어서 대상물에 조사된다. 제1~제n의 펄스를 각각 제1~제n의 프레임에 있어서 제1 및 제2의 촬상 윈도우를 이용하여 여러 차례의 비행시간의 측정을 행할 수가 있다.
본 발명과 관련되는 방법에서는, 제1~제n의 요소 화상 신호를 생성하는 스텝은 비행시간을 계측하기 위한 방사 펄스를 대상물에 조사하는 스텝을 포함한다. 방사 펄스 또는 단일의 프레임에 단일의 펄스가 출사된다. 제1~제n의 촬상 타이밍은 단일의 프레임 내에 위치한다. 제1~제n의 촬상 타이밍은 단일의 프레임의 시점으로부터 서로 다른 변위량으로 변위되어 있다. 제1 및 제2의 촬상 윈도우의 각각은 제1~제n의 촬상 타이밍 중에 인접하는 촬상 타이밍의 사이에 설치되어 있다.
이 방법에 의하면, 제1~제n의 촬상 타이밍의 각각에 있어서의 촬상 시각의 전후에 제1 및 제2의 촬상 윈도우가 설치된다. 이런 이유로 복수의 제1의 촬상 윈도우 및 복수의 제2의 촬상 윈도우가 교대로 배열되어 촬상 윈도우의 열을 구성한다. 촬상 윈도우의 열의 최초에는 단독의 제1의 촬상 윈도우가 있고, 최후에는 단독의 제2의 촬상 윈도우가 있다. 촬상 윈도우의 열에 있어서 단독의 제1의 촬상 윈도우와 단독의 제2의 촬상 윈도우의 사이에 하나 또는 복수의 촬상 겸용 윈도우가 있다. 촬상 겸용 윈도우는 제1의 촬상 윈도우 및 제2의 촬상 윈도우의 양쪽 모두를 위해서 설치되어 있다.
본 발명에 의하면, 거리 분해능을 저하시키는 일 없이 거리 계측 범위를 확대 가능한 거리 화상 센서, 및 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법이 제공된다.
도 1은 본 실시의 형태와 관련되는 비행시간법에 의한 거리 화상 센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 화상 신호 SIMAGE를 표시 장치에 의해 표시한 화상을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시의 형태에 있어서의 거리 화상 센서의 화소 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 화소의 동작 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 5는 화소의 동작을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 화상 생성 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 화소 분배 특성을 나타내는 도면이다.
도 8은 단펄스(short pulse)를 이용한 화소 분배 특성을 나타내는 도면이다.
도 9는 방사 펄스 폭 및 촬상 윈도우 폭과 거리 분해능과의 관계의 도면이다.
도 10은 하나의 실시예의 측정 거리 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 11은 화소 어레이(pixel array)와 방사원을 이용하여 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법의 주요한 공정을 나타내는 도면이다.
도 12는 단일의 프레임을 이용하는 측정 거리 타이밍, 및 펄스의 지연에 따라 선택 게이트 TX1~TX4의 각각에 생성되는 신호 파형을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 실시예에 적용 가능한 화소의 구조의 평면도를 나타내는 도면이다.
도 14는 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이와 비행시간을 계측하기 위한 방사원을 이용하여 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법에 있어서의 주요한 공정을 나타내는 도면이다.
도 15는 거리 화상 센서의 일례에 있어서의 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 16은 거리 화상 센서의 일례에 있어서의 타이밍을 나타내는 도면이다.
도 17은 거리 화상 센서의 일례에 있어서의 타이밍을 나타내는 도면이다.
본 발명의 지견은 예시로서 나타난 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 기술을 고려하는 것에 의해 용이하게 이해할 수 있다. 계속해서 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 거리 화상 센서, 및 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법과 관련되는 실시의 형태를 설명한다. 가능한 경우에는 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙인다.
도 1은 본 실시의 형태와 관련되는, 비행시간법을 이용하는 거리 화상 센서를 나타내는 도면이다. 거리 화상 센서(11)는 방사원(13)과, 화상 생성 장치(15)와, 처리 장치(17)를 구비한다. 방사원(13)은 비행시간을 계측하기 위해서 대상물에 조사하는 방사 펄스 LP를 발생한다. 방사원(13)은, 예를 들면 반도체 발광 소자(13a)와, 이 발광 소자(13a)의 구동 회로(13b)를 포함하고, 구동 회로(13b)는 타이밍 신호에 응답하여 발광 소자를 구동한다. 반도체 발광 소자(13a)로서는 발광 다이오드 및 레이저 다이오드가 이용된다. 방사원(13)은 근적외선 영역, 가시광선 등의 파장 범위의 방사선을 이용할 수가 있다. 근적외선 영역, 가시광선 등을 제공하는 광원으로부터, TOF 측정을 위한 광 펄스가 출사된다. 화상 생성 장치(15)는 제어 장치(21), 화소 어레이(23), 및 신호 생성 장치(25)를 가진다. 화상 생성 장치(15)의 제어 장치(21)는 서로 다른 제1~제n의 비행시간(n>1) TOF1~TOFn에 대응하는 제1~제n의 촬상 타이밍을 나타내는 제어 신호를 생성한다. 화소 어레이(23)는 복수의 화소(27)를 포함하고, 이들의 화소(27)는, 예를 들면 행 및 열로 배열되어 있다. 각 화소(27)는 입사 방사선 LR에 감응하여 전하를 생성하는 검출 소자를 포함한다. 이 검출 소자로서 예를 들면 포토게이트 등을 이용할 수가 있다. 신호 생성 장치(17)는 제1~제n의 촬상 타이밍에 있어서의 촬상에 각각 대응하는 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 제어 신호에 응답하여 생성한다. 처리 장치(17)는 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 합성하여 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 화상 신호 SIMAGE를 생성한다.
각 화소(27)의 검출 소자는 각 촬상 타이밍에 있어서의 제1 및 제2의 촬상 윈도우 WPU1, WPU2에 있어서 당해 검출 소자에 입사하는 입사 방사선에 따라 각각 제1 및 제2의 전하를 생성한다. 각 화소(27)는 제1 및 제2의 촬상 윈도우 WPU1, WPU2에 있어서의 제1 및 제2의 전하에 각각 대응한 제1 및 제2의 출력 신호 S1, S2를 제공한다. 제1의 촬상 윈도우 WPU1은 기준 시각으로부터 규정된 촬상 시각 TPU의 직전에 있고, 제2의 촬상 윈도우 WPU2는 촬상 시각 TPU의 직후에 있다. 이런 이유로 n회의 촬상에 있어서의 제1 및 제2의 전하의 비율로부터 n회의 비행시간(TOF)을 측정할 수 있다. 제1 및 제2의 촬상 윈도우 WPU1, WPU2는 소정의 시간 폭 PWIN를 가지고 있다. 제i의 요소 화상 신호(1≤i≤n)는 제i의 촬상 타이밍에 있어서의 각 화소(27)의 제1 및 제2의 요소 신호 S1, S2를 포함한다.
이 거리 화상 센서(11)에 의하면, 제1~제n의 비행시간 TOF1~TOFn는 서로 다르므로, 각각의 비행시간 TOF1~TOFn의 측정은 서로 다른 측정 거리 범위를 커버한다. 또, 제1~제n의 비행시간 TOF1~TOFn에 대응하는 제1~제n의 촬상 타이밍에 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 생성하므로, 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn의 각각은 서로 다른 거리 범위의 대상물의 거리 정보를 가지고 있다. 이들의 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 합성하여 화상 신호 SIMAGE를 생성하므로, 넓은 거리 범위에 있어서의 대상물의 거리 정보를 얻을 수 있다.
또, 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 제1~제n의 촬상 타이밍의 각각에서는, 제1 및 제2의 촬상 윈도우 WPU1, WPU2를 통해 화소(27)의 검출 소자에 입사하는 입사 방사선 LR에 대응하는 제1 및 제2의 출력 신호 S1, S2를 생성하므로, 여러 차례의 비행시간법의 측정에 의해 소망의 거리 범위에 있어서 대상물에 관한 거리 범위의 정보를 얻고 있다. 넓은 거리 범위에 있어서의 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 방사 펄스 LP의 폭을 넓힐 필요가 없기 때문에 비행시간 TOF1~TOFn의 측정에 있어서 거리 분해능은 저하되지 않는다.
도 1을 참조하면, 거리 화상 센서 시스템(31)이 나타나 있고, 이 시스템(31)은 거리 화상 센서(11) 및 외부 장치(33)를 포함한다. 외부 장치(33)는, 예를 들면 표시 장치, 출력 디바이스(device) 등일 수가 있다. 출력 디바이스는 예를 들면 인터페이스(interface) 장치이다.
또, 신호 생성 장치(25)는 각 화소(27)로부터 제공된 제1 및 제2의 요소 신호 S1, S2로부터 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 생성하기 위한 수단(25a, 25b, 25c)을 포함한다. 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn는 각각 제1~제n의 촬상 타이밍에 있어 촬상된 대상물의 화상 정보 및 거리 정보를 포함하고 있다. 제1~제n의 촬상 타이밍의 각각이 소정의 간격으로 배치되어 있으므로, 제1~제n의 촬상 타이밍을 이용하여 소망의 측정 거리 범위의 촬상을 가능하게 하고 있다. 한편, 거리 분해능은 제1~제n의 비행시간 TOF1~TOFn의 각각의 측정에 있어서 규정된다.
도 2는 화상 신호 SIMAGE를 표시 장치(33)에 의해 표시한 화상을 나타내고 있다. 도 2(a)를 참조하면, 촬상의 대상물이 나타나 있다. 도 2(b)를 참조하면, 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 처리하여 작성된 명암 화상이 나타난다. 도 2(c)를 참조하면, 화상 신호 SIMAGE를 표시 장치에 출력된 화상이 표시되어 있다. 도 2(c)의 표시에서는 거리 화상 센서(11)와 대상물의 거리에 따라 표시의 톤(tone)이 변경되고 있다. 또한, 실제의 시스템에서는 표시된 화상은 거리 화상 센서(11)와 대상물의 거리에 따라 분류될 수가 있다.
도 3은 본 실시의 형태에 있어서의 거리 화상 센서를 위한 화소의 하나의 구조를 나타내는 도면이다. 도 3(a)을 참조하면, 화소(27)의 주요부를 나타내는 평면도이다. 도 3(b) 및 도 3(c)에는 각각 도 3(a)에 나타난 I-I선 및 II-II선을 따라 취해진 단면을 나타낸다. 화소(27)는 실리콘 기판이라고 하는 반도체 기판 P-sub 상에 형성되어 있다. 화소(27)는 포토게이트 PG와 제1 및 제2의 전송 게이트 TX1, TX2와, 제1 및 제2의 폐기 게이트 TXBCD를 포함한다. 포토게이트 PG는 입사 방사선 LR에 감응하여 전하를 생성한다. 포토게이트 PG는 각각 제1 및 제2의 전송 게이트 TX1, TX2를 통해 제1 및 제2의 부유 반도체 영역 FD1, FD2에 접속되어 있다. 또, 포토게이트 PG는 각각 제1 및 제2의 폐기 게이트 TXBCD를 통해 제1 및 제2의 반도체 영역 FDBCD에 접속되어 있다. 제1 및 제2의 반도체 영역 FDBCD는 전하 폐기 라인, 예를 들면 VDD에 접속되어 있다. 포토게이트 PG는 제1 및 제2의 전송 게이트 TX1, TX2의 사이에 설치되어 있고, 또 제1 및 제2의 폐기 게이트 TXBCD의 사이에 설치되어 있다. 제1 및 제2의 부유 반도체 영역 FD1, FD2 및 제1 및 제2의 반도체 영역 FDBCD는, 예를 들면 p형 반도체 영역 p-well, p-epi에 설치된 n형 반도체 영역이다. 제1 및 제2의 부유 반도체 영역 FD1, FD2는 리셋 게이트 Reset를 통해 제1 및 제2의 n형 반도체 영역 FDR에 접속되어 있고, 이들의 반도체 영역 FDR에는 리셋 전압이 인가되고 있다. 리셋 게이트 Reset는 얇은 MIS(바람직하게는 MOS) 구조를 가지고 있고, 리셋 게이트 Reset와 p형 반도체 영역 p-well의 사이에는 게이트 절연막이 설치되어 있고, 이 얇은 절연막은 예를 들면 얇은 SiO2로 이루어진다. 포토게이트 PG, 제1 및 제2의 전송 게이트 TX1, TX2 및 제1 및 제2의 폐기 게이트 TXBCD는 두꺼운 MIS(바람직하게는 MOS) 구조를 가지고 있고, 포토게이트 PG, 제1 및 제2의 전송 게이트 TX1, TX2 및 제1 및 제2의 폐기 게이트 TXBCD와 n형 반도체 매입 영역 n-buried의 사이에는 게이트 절연막이 설치되어 있고, 두꺼운 절연막은 예를 들면 얇은 SiO2로 이루어진다. 제1 및 제2의 부유 반도체 영역 FD1, FD2 및 제1 및 제2의 부유 반도체 영역 FDBCD는 n형 반도체 매입 영역 n-buried의 가장자리(edge)에 접촉하고 있다.
화소(27)는 제1 및 제2의 부유 반도체 영역 FD1, FD2에 각각 접속된 증폭기 Amp1, Amp2를 포함한다. 증폭기 Amp1, Amp2의 각각은 소스 팔로워 엠플리파이어(source follower amplifier)를 포함한다. 예를 들면, 증폭기 Amp1, Amp2의 각각은 증폭용 트랜지스터를 포함하고, 이들의 트랜지스터의 게이트는 각각 제1 및 제2의 부유 반도체 영역 FD1, FD2에 접속된다. 증폭용 트랜지스터의 소스는 화소 어레이(23)의 칼럼 라인(column line)에 접속된다. 증폭용 트랜지스터의 도통은 선택용 트랜지스터에 의해 행해진다. 선택용 트랜지스터 및 증폭용 트랜지스터는 전원선과 칼럼 라인(column line)의 사이에 접속되고, 선택용 트랜지스터는 증폭용 트랜지스터에 직렬로 접속된다.
도 4 및 도 5를 참조하면서 화소의 동작을 설명한다. 대표적인 프레임 Frame가 나타나 있다. 촬상 윈도우 A의 개시 시각은 프레임 Frame의 시점으로부터 규정되고 소정의 기간 T0의 기간이고, 또 촬상 윈도우 B의 개시 시각은 촬상 윈도우 A의 종료 시점으로부터 규정되고 소정의 기간 T0의 기간이다. 프레임 Frame는 촬상 윈도우 A, B와 다른 전하 폐기 윈도우 C를 포함한다. 측정 거리에 앞서 화소 어레이의 제1 및 제2의 부유 반도체 영역 FD1, FD2는 리셋(reset)된다.
제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B에서는 각각 전송 게이트 TX1, TX2가 도통한다. 제1의 촬상 윈도우 A의 폭은 제2의 촬상 윈도우 B의 폭과 동일하다. 동작의 설명을 용이하게 하기 위해서 방사 펄스 PT는 제1의 촬상 윈도우의 라이징(rising)에 동기하여 출사된다. 화소 어레이는 거리 화상 센서와 대상물과의 거리에 따른 지연 시간(TOF)으로 지연된 수신 펄스 PR를 받는다. 포토게이트 PG는 수신 펄스 PR에 응답하여 전하를 생성한다. 전하는 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B에 있어서 각각 제1 및 제2의 부유 반도체 영역 FD1, FD2에 전송된다. 도 5로부터 이해되듯이, 펄스 PR의 지연 시간은 거리 화상 센서와 대상물과의 사이의 광의 왕복 시간과 동일하다.
도 5(a)에 나타나듯이, 제1의 전송 게이트 TX1의 도통에 응답하여, 제1의 촬상 윈도우 A 내에서 생성된 전하 △Q1가 제1의 전송 게이트 TX1을 통해 제1의 부유 반도체 영역 FD1에 전송된다. 제1의 촬상 윈도우 A 내에서는, 도 5(b)에 나타나듯이, 폐기 게이트 TXBCD는 비도통이다.
도 5(c)에 나타나듯이, 제2의 전송 게이트 TX2의 도통에 응답하여, 제2의 촬상 윈도우 B 내에서 생성된 전하 △Q2가 제2의 전송 게이트 TX2를 통해 제2의 부유 반도체 영역 FD2에 전송된다. 제2의 촬상 윈도우 B내에서는, 도 5(d)에 나타나듯이, 폐기 게이트 TXBCD는 비도통이다.
도 5(e)에 나타나듯이, 폐기 게이트 TXBCD의 도통에 응답하여, 전하 폐기 윈도우 C 내에서 생성된 전하(배경 전하) △Q3이 폐기 게이트 TXBCD를 통해 반도체 영역 FDBCD에 전송된다. 전하 폐기 윈도우 C 내에서는, 도 5(f)에 나타나듯이, 제1 및 제2의 전송 게이트 TX1, TX2는 비도통이다.
도 6은 화상 생성 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4 및 도 5를 참조하면서 행해진 화소 동작의 제어는 도 6의 화상 생성 장치의 각 회로에 의해 행해진다. 도 6을 참조하면, 화소 어레이(23)가 나타나 있다. 화소 어레이(23)의 한 변에는 PG 드라이버(driver)(21a)가 설치되어 있다. PG 드라이버(21a)는 각 화소(27)의 포토게이트 PG에 접속되고, 또 각 화소(27)를 구동하고 있다. PGD 클록 발생기(21b)는 PG 드라이버(21a)에 접속되어 있고, 또 PG 드라이버(21a)를 위한 타이밍 클록을 생성한다. PGD 클록 발생기(21b)는 타이밍 발생기(21c)에 접속되어 있고, 또 화상 생성 장치(15)의 동작 타이밍을 규정하는 클록을 생성한다. 신호 생성 장치(25)가 화소 어레이(23)에 의해 생성된 신호를 수직 스캐너(25d)로부터의 제어 신호에 따라 차례로 읽어낸다. 이 신호는 화소(27)의 소스 팔로워형 증폭기의 부하가 되는 전류원(25a)을 이용하여 칼럼 라인 상의 전압 신호로 변환된다. 전압 신호는 잡음 상쇄 회로(noise cancel circuit)(25b)에 의해 처리되어 잡음 상쇄 회로(25b) 내의 기억 회로에 격납된다. 잡음 상쇄 회로(25b)에 있어서의 처리에 의해 화소에 리셋 잡음이 제거된다. 잡음 상쇄 회로(25b) 내의 기억 회로의 내용은 수평 스캐너(25c)로부터의 제어 신호에 응답하여 출력 구동 회로(25e)에 차례로 보내진다. 출력 구동 회로(25e)는 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 제공한다. 처리 장치(17)는 n개의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 합성하여 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 화상 신호 SIMAGE를 생성한다.
도 7은 화소 분배 특성을 나타내는 도면이다. 분배 특성의 측정은 도 7(a)에 나타나는 타이밍으로 행해진다. 한 프레임에 있어서 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B의 타이밍을 규정한다. 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B의 폭은, 예를 들면 100㎱이다. 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B에 의해 규정되는 촬상 시간에 대해서 방사 펄스의 출사 타이밍을 변화시켜 지연 시간을 조정하였다. 방사 펄스의 폭은, 예를 들면 100㎱이다. 도 7(b)을 참조하면, 화소의 출력 신호의 신호 V1, V2는 지연 시간에 대해서 거의 선형으로 변화하고 있다. 또, 신호 V1-V2도 거의 선형으로 변화하고 있다. 신호 V1+V2가 촬상 윈도우의 기간 폭에 있어서 거의 일정하므로, 지연 시간에 따른 전하의 배분이 적절히 행해지고 있다. 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B와 방사 펄스의 겹친 기간을 제외하고 출력값이 제로(zero)이므로, 전하 폐기 게이트의 동작이 확인된다. 도 7(b)을 참조하면, 신호 V1은 지연 시간 Td=-100㎱, +100㎱의 부근에 있어서 비선형으로 변화하고 있고, 신호 V2는 지연 시간 Td=0㎱, +200㎱의 부근에 있어서 비선형으로 변화하고 있다. 이 비선형인 행동은 방사 펄스가 이상적인 직사각형으로부터 변형하고 있는 것에 기인한다고 생각된다.
도 8은 단펄스(short pulse)를 이용한 화소 분배 특성을 나타내는 도면이다. 분배 특성의 측정은 도 8(a)에 나타나는 타이밍으로 행해진다. 한 프레임에 있어서 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B의 타이밍을 규정한다. 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B의 폭은 예를 들면 100㎱이다. 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B에 의해 규정되는 촬상 시간에 대해서 방사 펄스의 출사 타이밍을 변화시켜 지연 시간을 조정하였다. 방사 펄스의 폭은 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B의 폭보다 짧고 예를 들면 10㎱이다. 지연 시간은 투사 펄스의 폴링(falling)이 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B의 촬상 시간에 일치할 때를 기준으로 하고 있다. 도 8(b)을 참조하면, 화소의 출력 신호 V1, V2는 지연 시간에 대해서 거의 선형으로 변화하고 있다. 또, 신호 V1-V2도 거의 선형으로 변화하고 있다. 신호 V1+V2가 촬상 윈도우의 기간 폭에 있어서 거의 일정하므로, 지연 시간에 따른 전하의 배분을 하고 있다. 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B와 방사 펄스의 겹친 기간을 제외하고 출력값이 제로(zero)이므로, 전하 폐기 게이트의 동작이 확인된다.
도 9는 방사 펄스 폭 및 촬상 윈도우 폭과 거리 분해능과의 관계를 나타내는 도면이다. 도 9(a)를 참조하면, 매초 30프레임의 반복으로 행해진 측정 거리에 있어서의 방사 펄스 강도와 거리 분해능과의 관계를 나타낸다. 이 측정에 있어서 방사 펄스 폭은 100㎱ 및 0㎱가 이용되었다. 도 9(b)를 참조하면, 매초 3프레임의 반복으로 행해진 측정 거리에 있어서의 방사 펄스 강도와 거리 분해능과의 관계를 나타낸다. 이 측정에 있어서 방사 펄스 폭은 100㎱ 및 10㎱가 이용되었다.
우선, 방사 펄스의 강도는 커짐에 따라 거리 분해능이 향상하고 있다. 또, 방사 펄스의 폭을 100㎱로부터 10㎱로 변경하면 거리 분해능이 1/10로 작아지고 있다. 이런 이유로 거리 분해능이 방사 펄스 폭에 비례한다. 이런 이유로 거리 분해능은 방사원으로부터의 방사 펄스 폭에 선형으로 변화함과 아울러, 이 방사 펄스 폭과 함께 작아진다.
발명자의 실험예에 의해 얻어진 분해능의 값을 나타낸다.
측정 방식 방사 펄스 100㎱ 방사 펄스 10㎱
매초 30프레임 29㎜ 2.3㎜, (평균화 처리 없음)
매초 3프레임 9.1㎜ 1.3㎜, (평균화 처리 있음).
(실시예 1)
도 10은 하나의 실시예의 측정 거리 타이밍을 나타내는 도면이다. 도 10(a)을 참조하면, 방사원(13)은 시간축에 관해 차례로 배열된 제1~제n의 프레임(도 10에서는 5프레임) 각각에 있어서 대상물에 조사되는 제1~제n의 펄스(도 10에서는 5펄스) PT1~PT5의 열(column)을 방사 펄스로서 제공한다. 제1~제n의 프레임은 제어 신호에 의해 규정된다. 당해 프레임의 각각에 있어서 촬상 시각 TPU1~TPU5는 각 프레임의 시점으로부터 소정의 시간 △TPD의 위치에 규정된다. 각 프레임은 촬상 윈도우 A, B를 포함한다. 펄스 PT1~PT5의 폭은 제1 및 제2의 촬상 윈도우의 폭보다 작다. 혹은, 펄스 PT1~PT5의 폭은 제1 및 제2의 촬상 윈도우의 폭 이하라도 좋다. 도 10(b)은 각 프레임의 시점을 기준으로 하여 표시하는 시간축(이하 「환원된 시간축」이라고 부른다)의 원점에 맞추어 시간축에 관해 차례로 배열된 5개의 프레임의 시점을 나타내는 도면이다. 도 10(b)을 참조하면, 제1~제n의 펄스 PT1~PT5가 각각 제1~제5의 프레임의 시점으로부터 서로 다른 변위량으로 변위되는 것이 이해된다.
이 거리 화상 센서에 의하면, 제1~제n의 비행시간 TOF1~TOF5의 측정에는 서로 다른 변위량으로 변위된 제1~제n의 펄스 PT1~PT5를 이용한다. 제1~제n의 펄스 PT1~PT5는 각각 시간축에 관해 차례로 배열된 제1~제n의 프레임 Frame1~Frame5에 있어서 대상물에 조사된다. 제1~제n의 펄스 PT1~PT5를 각각 제1~제n의 프레임 Frame1~Frame5에 있어서의 제1 및 제2의 촬상 윈도우 A, B에 대응지어 여러 차례의 비행시간 TOF1~TOF5의 측정을 행할 수가 있다.
제1~제n의 프레임 Frame1~Frame5의 각각은 촬상 윈도우 A, B와 다른 전하 폐기 윈도우 C를 포함한다. 화소(27)는 전하 폐기 윈도우 C에 있어서 검출 소자의 전하를 폐기하므로, 검출 소자에 입사하는 배경 잡음을 제외할 수 있다. 또, 전하 폐기 윈도우 C의 기간은 촬상 윈도우 A, B에 있어서 각 화소에 의해 생성된 출력 신호 S1, S2를 읽어내기 위해서 이용된다.
도 11은 화소 어레이(23)와 방사원(13)을 이용하여 촬상 신호 SIMAGE를 비행시간법에 의해 생성하는 방법에 있어서의 주요한 공정을 나타내는 도면이다. 공정 S101에서는, 화소 어레이(23)의 검출 소자를 이용하여 서로 다른 제1~제n의 비행시간 TOF1~TOFn으로 제1~제n의 촬상을 행하여 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 생성한다. 공정 S107에서는, 제1~제n의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 합성하여 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 화상 신호 SIMAGE를 생성한다.
구체적으로는 공정 S101은 이하의 수순에 의한다. 공정 S102에서는, 시간축에 관해 차례로 배열된 제1~제n의 프레임 중의 제1의 프레임에 있어서 제1의 펄스를 방사하여 제1의 프레임에 있어서의 촬상 윈도우 A, B를 이용하여 제1의 촬상을 행한다. 공정 S103에서는, 공정 S102에서 얻어진 제1의 촬상을 화소 어레이로부터 읽어내어 제1의 요소 화상 신호 SE1를 생성한다. 공정 S104에서는, 시간축에 관해 차례로 배열된 제2~제n의 프레임 중의 제i의 프레임에 있어서 제i의 펄스를 방사하여 제i의 프레임에 있어서의 촬상 윈도우 A, B를 이용하여 제i의 촬상을 행한다. 공정 S105에서는, 공정 S104에서 얻어진 제i의 촬상을 화소 어레이로부터 읽어내어 제i의 요소 화상 신호 SEi를 생성한다. 공정 S106에서는, 제i의 촬상 및 제i의 요소 화상 신호 SEi의 생성을 반복한다.
상기와 같이, 제1~제n의 비행시간 TOF1~TOFn의 측정에는 서로 다른 변위량으로 변위된 제1~제n의 펄스를 이용한다. 이들의 펄스는 각각 시간축에 관해 차례로 배열된 제1~제n의 프레임에 있어서 대상물에 조사된다. 제1~제n의 펄스를 각각 제1~제n의 프레임에 있어서의 제1 및 제2의 촬상 윈도우에 대응지어 여러 차례의 비행시간 TOF1~TOFn의 측정을 행할 수가 있다.
이 방법에 의하면, 제1~제n의 비행시간 TOF1~TOFn는 서로 다르므로, 각각의 비행시간은 서로 다른 측정 거리 범위를 커버한다. 또, 비행시간 TOF1~TOFn에 대응하는 n개의 촬상 타이밍에 각각 요소 화상 신호 SE1~SEn를 생성하므로, 요소 화상 신호 SE1~SEn의 각각은 서로 다른 거리 범위의 대상물의 거리 정보를 가진다. 이들의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 합성하여 화상 신호 SIMAGE를 생성하므로, 넓은 거리 범위에 걸치는 대상물의 거리 정보를 얻을 수 있다. 또, 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 촬상 타이밍의 각각에서는, 촬상 윈도우 A, B로 화소의 검출 소자에 입사하는 입사 방사선에 대응하는 제1 및 제2의 신호 S1, S2를 생성함과 아울러, 여러 차례의 비행시간의 측정에 의해 소망의 거리 범위에 있어서 대상물에 관한 거리 범위의 정보를 얻고 있다. 이런 이유로 넓은 거리 범위에 있어서의 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 방사 펄스의 폭을 넓힐 필요가 없다. 따라서, 개개의 비행시간의 측정에 있어서 거리 분해능이 저하하지 않는다.
(실시예 2)
실시예 2의 거리 화상 센서에서는 방사원(13)은 단일의 프레임 Frame0에 단일의 펄스 PT0를 방사 펄스로서 제공한다. 도 12(a)는 단일의 프레임을 이용하는 타이밍을 나타낸다. 이 프레임은 제어 신호에 의해 규정된다. 제1~제n의 프레임의 제1~제n의 촬상 타이밍(이 예에서는, TPU1, TPU2, TPU3)은 단일의 프레임 Frame0 내에 위치한다. 촬상 타이밍의 촬상 시각 TPU1, TPU2, TPU3은 서로 다른 변위량으로 단일의 프레임 Frame0의 시점으로부터 변위되어 있다. n개의 촬상 타이밍 중의 제i의 촬상 타이밍(1≤i<n-1)과 제i+1의 촬상 타이밍의 사이에 검출 소자에 입사하는 입사 방사선에 따른 전하를 부유 반도체 영역에 집어넣기 위한 윈도우가 규정된다. 촬상 시각 TPU1, TPU2, TPU3의 각각의 직전에는 촬상 윈도우 A가 설치되고, 이 촬상 시각의 직후에는 촬상 윈도우 B가 설치되므로, 촬상 윈도우간의 윈도우는 촬상 윈도우 A, B로서 겸용된다.
이 거리 화상 센서에 의하면, 촬상 윈도우 A, B가 교대로 배열되어 촬상 윈도우의 열을 구성한다. 촬상 윈도우의 열의 최초에는 단독의 촬상 윈도우 A가 있고, 최후에는 단독의 촬상 윈도우 B가 있다. 촬상 윈도우의 열에 있어서 단독의 제1의 촬상 윈도우와 단독의 제2의 촬상 윈도우의 사이에 하나 또는 복수의 촬상 겸용 윈도우가 있다. 촬상 겸용 윈도우는 제1의 촬상 윈도우 및 제2의 촬상 윈도우의 양쪽 모두를 위해서 설치되어 있다. 이런 이유로 제1~제n의 촬상 타이밍의 각각에 있어서의 촬상 시각의 전후에 각각 제1 및 제2의 촬상 윈도우가 설치된다. 촬상 윈도우의 열에 있어서의 복수의 촬상 시각에 있어서 각각 복수의 요소 화상 신호가 생성된다.
일례에서는 단일의 펄스 PT0의 지속 시간은 제1의 촬상 윈도우 A의 기간과 동일하고, 단일의 펄스 PT0의 지속 시간은 제2의 촬상 윈도우 B의 기간과 동일하다. 단일의 펄스 PT0의 지속 시간은 프레임 Frame0의 시점으로부터 규정된다. 단일의 펄스 PT0의 종료 시점으로부터 소정의 수의 윈도우의 열이 규정된다. 윈도우 열(window column)의 내의 윈도우는 서로 다른 전송 게이트 TXi의 도통에 의해 규정된다. 단일의 프레임 Frame0은 윈도우의 열의 기간과 다른 전하 폐기 윈도우를 포함한다. 화소(27)는 이 전하 폐기 윈도우에 있어서 검출 소자의 전하를 폐기한다. 이에 의해 검출 소자가 받는 배경 잡음을 제외할 수 있다.
도 13은 본 실시예에 적용 가능한 화소의 구조의 평면도를 나타내는 도면이다. 도 13의 화소를 도 3(a)의 화소와 비교하면, 전송 게이트의 구조를 제외하고, 도 13의 화소의 구조는 도 3(a)의 화소 구조와 같다. 도 13의 화소는 포토게이트 PG의 일방측에 배치된 제1의 군의 제1~제j의 전송 게이트(도 13에서는 TX1, TX3)와, 포토게이트 PG의 타방측에 배치된 제2의 군의 제j+1~제n+1의 전송 게이트(도 13에서는 TX2, TX4)를 포함한다. 제1~제n+1의 전송 게이트(도 13에서는 TX1~TX4)는 제1~제n의 촬상 타이밍의 어느 쪽인가에 있어서 도통한다. 제1~제n+1의 전송 게이트(도 13에서는 TX1~TX4)는 각각 제1~제n+1의 부유 반도체 영역(도 13에서는 FD1~FD4)에 접속되어 있다. 또한, 포토게이트 PG는 폐기 게이트 TXBCD의 사이에 위치한다.
도 12(b)는 펄스의 지연에 따라 선택 게이트 TX1~TX4에 생성되는 신호를 나타낸다. 지연 시간의 기준은 방사 펄스의 라이징(rising) 시각에 규정된다. 선택 게이트 TX1~TX4는 비행시간에 의해 지연된 펄스를 집어넣어, 도 12(b)에 나타나는 신호 VTX1, VTX2, VTX3, VTX4를 생성한다. 도 12(b)는 지연 시간에 따라 전송 게이트 TX1~TX4가 서로 다른 신호를 생성하는 것을 나타내고 있다. 도 12(b)는 도 7(b) 및 도8(b)에 대응하는 특성을 나타낸다. 3개 이상의 촬상 윈도우의 열의 사용에 의해 단일의 펄스 TP0를 이용하지만, 여러 차례의 비행시간의 측정을 행할 수가 있다. 촬상 기간에 있어서는 전송 게이트 TX1~TX4의 어느 쪽인가가 도통하고 있다.
도 14는 화소 어레이(23)와 방사원(13)을 이용하여 촬상 신호 SIMAGE를 비행시간법에 의해 생성하는 방법에 있어서의 주요한 공정을 나타내는 도면이다. 공정 S201에서는, 화소 어레이(23)의 검출 소자를 이용하여 서로 다른 비행시간 TOF1~TOFn으로 n회의 촬상을 행하여 요소 화상 신호 SE1~SEn를 생성한다. 공정 S208에서는, 요소 화상 신호 SE1~SEn를 합성하여 화상 신호 SIMAGE를 생성한다.
구체적으로는, 공정 S201은 이하의 수순에 의한다. 공정 S202에서는, 비행시간을 계측하기 위한 방사 펄스를 대상물에 조사한다. 공정 S203에서는, 복수의 윈도우 열의 내의 제1의 촬상 윈도우에 있어서 제1의 촬상을 행한다. 공정 S204에서는, 공정 S203에서 얻어진 제1의 촬상을 화소 어레이로부터 읽어내어 제1의 요소 화상 신호 SE1를 생성한다. 공정 S205에서는, 제i-1의 윈도우의 직후의 제i의 촬상 윈도우에 있어서 제i의 촬상을 행한다. 공정 S206에서는, 공정 S205에서 얻어진 제i의 촬상을 화소 어레이로부터 읽어내어 제1의 요소 화상 신호 SEi를 생성한다. 공정 S207에서는, 제i의 촬상 및 제i의 요소 화상 신호 SEi의 생성을 반복한다.
상기와 같이, 단일의 방사 펄스 및 3개 이상의 촬상 윈도우를 이용하여 여러 차례의 촬상을 행한다. 이 방법에 의하면, 비행시간 TOF1~TOFn은 서로 다르므로, 각각의 비행시간은 서로 다른 측정 거리 범위를 커버한다. 또, 비행시간 TOF1~TOFn에 대응하는 n개의 촬상 타이밍에 요소 화상 신호 SE1~SEn를 생성하므로, 이들의 요소 화상 신호 SE1~SEn의 각각은 서로 다른 거리 범위의 대상물의 거리 정보를 가진다. 이들의 요소 화상 신호 SE1~SEn를 합성하여 화상 신호 SIMAGE를 생성하므로, 넓은 거리 범위에 있어서의 대상물의 거리 정보를 얻을 수 있다. 또, 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 제1~제n의 촬상 타이밍의 각각에서는, 촬상 윈도우 A 및 촬상 윈도우 B로 화소의 검출 소자에 입사하는 입사 방사선에 대응하는 제1 및 제2의 출력 신호 S1, S2를 생성하므로, 여러 차례의 비행시간의 측정에 의해, 소망의 범위의 대상물에 관한 거리 범위의 정보를 얻고 있다. 이런 이유로 넓은 거리 범위에 있어서의 대상물의 거리 정보를 얻기 위해서 방사 펄스의 폭을 넓힐 필요가 없다. 따라서, 개개의 비행시간의 측정에 있어서 거리 분해능은 저하되지 않는다.
이어서 몇 개의 측정 장치의 예를 설명한다.
(예 1) : 레인지 변위 타이밍(range shift timing)
도 15를 참조하면서 거리 화상 센서의 일례를 설명한다. 이 거리 화상 센서에서는 시간축을 따라 프레임 Frame1~Frame4가 배치되어 있다. 프레임 Frame1~Frame4의 각각에는 촬상 윈도우 A, B가 설치되어 있다. 도 15(a)를 참조하면, 촬상 윈도우 A, B의 폭은 100㎱이고, 촬상 윈도우 A는 프레임의 시점에 맞추어 배치되어 있고, 촬상 윈도우 B는 촬상 윈도우 A의 직후에 배치된다. 프레임 Frame1~Frame4에는 각각 펄스 PT1~PT4가 설치되어 있다. 비행시간을 위한 펄스 PT의 폭은 25㎱이다. 펄스 PT1은 프레임 Frame1의 시점으로부터 75㎱의 변위량으로 변위되고, 펄스 PT2는 프레임 Frame2의 시점으로부터 50㎱의 변위량으로 변위되고, 펄스 PT3은 프레임 Frame3의 시점으로부터 25㎱의 변위량으로 변위되고, 펄스 PT4는 프레임 Frame4의 시점에 설치되어 있다.
25㎱ 폭의 펄스 PT를 이용할 때 계측 범위는 3.75m이다. 프레임 Frame1을 이용하여 센서로부터 3.75m의 범위가 측정 가능하고, 프레임 Frame2를 이용하여 3.75m로부터 7.5m의 범위가 측정 가능하고, 프레임 Frame3을 이용하여7.5m로부터 11.25m의 범위가 측정 가능하고, 프레임 Frame4를 이용하여11.25m로부터 15m의 범위가 측정 가능하다. 4펄스를 이용한 측정 범위는 15m이고, 이것은 펄스 폭 100㎱를 이용한 측정 범위와 같다. 한편, 본 거리 화상 센서에 의하면, 펄스 폭을 짧게 할 수 있으므로, 펄스 폭 100㎱를 이용한 측정 거리에 비해 거리 분해능은 개선된다.
발명자는 도 15(b)에 나타나듯이 측정 거리에 있어서의 분해능을 추측하였다. 펄스 PT의 폭은 100㎱(비교예)임과 아울러 배경 광에 응답하여 포토게이트가 생성하는 전자(NB)는 104, 105일 때, 각각 거리 분해능 σL은 0.040m, 0.045m이다. 한편, 본 실시예에서는 펄스 PT의 폭은 25㎱임과 아울러 배경 광에 응답하여 포토게이트가 생성하는 전자(NB)는 104, 105일 때, 각각 거리 분해능 σL은 0.010m, 0.011m였다. 펄스 폭을 짧게 하는 것에 의해 거리 분해능을 작게 할 수 있다.
(예 2) : 듀티 비(duty ratio)
도 16을 참조하면서 거리 화상 센서의 일례를 설명한다. 이 거리 화상 센서에서는 시간축을 따라 프레임 Frame1~Frame4가 배치되어 있다. 프레임 Frame1~Frame4의 각각에는 촬상 윈도우 A, B가 설치되어 있다. 촬상 윈도우 A, B의 폭은 25㎱이고, 촬상 윈도우 A는 프레임의 시점으로부터 75㎱으로 변위된 시각에 맞추어 배치되어 있고, 촬상 윈도우 B는 촬상 윈도우 A의 직후에 배치되어 있다. 프레임 Frame1~Frame4에는 각각 예 1과 마찬가지로 펄스 PT1~PT4가 설치되어 있다.
프레임의 폭에 대한 촬상 윈도우의 폭의 비율(듀티 비(duty ratio))을 작게 하여 TOF 측정 기간에 있어서의 배경 광의 잡음의 영향을 저감할 수 있다. 이 저감에 의해 거리 분해능을 개선할 수 있다. 예 2에서는 촬상 윈도우의 폭이 예 1에 있어서의 값에 비해 1/4인 25㎱이므로, 촬상 윈도우에 있어서 불가피적으로 받아들여지는 배경 광을 적게 된다.
발명자는 도 16(b)에 나타나듯이 측정 거리에 있어서의 분해능을 추측하였다. 독출(read out) 회로의 랜덤 잡음에 의한 전자수(NR) 및 배경 광에 응답하여 포토게이트에 의해 생성되는 전자(NB)가 각각 100, 105이고, 또 광원의 펄스의 듀티 비가 0.1일 때 100㎱(비교예)의 펄스 PT의 거리 화상 센서의 거리 분해능을 추측하였다. 거리 분해능 σL은 15m의 측정 거리 범위에 대해서 약 4.5㎝ 이하였다.
또, 독출 회로의 랜덤 잡음에 의한 전자수(NR) 및 배경 광에 응답하여 포토게이트에 의해 생성되는 전자(NB)가 각각 100, 105일 때 25㎱의 펄스 PT의 거리 화상 센서의 거리 분해능을 추측하였다. 광원 펄스의 듀티 비가 0.1, 0.025일 때 거리 분해능 σL은 각각 15m의 측정 거리 범위에 대해서 약 1.1㎝ 이하, 1㎝ 이하였다. 광원 펄스의 듀티 비를 작게 하는 것에 의해 거리 분해능을 작게 할 수 있다.
(예 3) : 선형 응답 영역
도 17을 참조하면서 거리 화상 센서의 일례를 설명한다. 이 거리 화상 센서에서는 시간축을 따라 프레임 Frame1~Frame7이 배치되어 있다. 프레임 Frame1~Frame7의 각각에는 촬상 윈도우 A, B가 설치되어 있다. 촬상 윈도우 A, B의 폭은 100㎱이고, 촬상 윈도우 A는 프레임의 시점에 맞추어 배치되어 있고, 촬상 윈도우 B는 촬상 윈도우 A의 직후에 배치되어 있다. 프레임 Frame1~Frame7에는 예 1과 마찬가지로 펄스 PT1~PT7이 설치되어 있다. 촬상 윈도우 A, B의 폭은 100㎱이고, 비행시간을 위한 펄스 PT1~PT7의 폭은 25㎱이다.
도 17(b)에 나타나듯이, 지연 시간이 0초(zero second)와 10㎱의 부근에서 화소로부터의 신호가 지연 시간에 대한 선형인 변화로부터 벗어나고 있는 이 비선형성은 거리 정밀도를 저하시키고 있다. 지연 시간의 선형 응답 영역을 측정 거리에 이용하는 것에 의해 거리 정밀도를 소정의 값으로 유지할 수가 있다. 펄스 PT1~PT7의 폭과 변위량을 조정하여 펄스 PT1~PT7의 각각에 있어서의 선형 영역을 이용하여 지연 시간과 거리와의 관계로부터 거리의 결정을 행할 수가 있다.
프레임 Frame1에서는, 펄스 PT1은 촬상 윈도우 A 및 촬상 윈도우 B의 전환 시각을 횡단하여 설치되어 있다. 이 시각을 기준으로 하여 펄스 PT2의 폴링(fallling)은 +3㎱로 변위하고 있다. 프레임 Frame2에서는, 펄스 PT2의 변위량은 펄스 PT1의 변위량에 대해서 -4㎱로 변위되어 있다. 프레임 Frame3에서는, 펄스 PT3의 변위량은 펄스 PT2의 변위량에 대해서 -4㎱로 변위되어 있다. 마찬가지로 펄스 PT4~PT7도 각각 인접 프레임 내의 펄스 PT3~PT6의 변위량을 기준으로 하여 소정의 조정량(-4㎱)으로 변위되어 있다. 이런 이유로 어느 프레임 내의 방사 펄스의 변위량과 인접 프레임 내의 방사 펄스의 변위량의 차이는 당해 방사 펄스 폭 미만이다.
이 거리 화상 센서에 의하면 선형 응답 영역을 이용하므로 비행시간의 측정의 전체 범위에 있어서 거리 정밀도를 확보할 수 있다.
매우 적합한 실시의 형태에 있어서 본 발명의 원리를 도시하여 설명해 왔지만, 본 발명은 그러한 원리로부터 일탈하는 일 없이 배치 및 상세에 있어서 변경될 수 있는 것은 당업자에 의해 인식된다. 본 발명은 본 실시의 형태에 개시된 특정의 구성으로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 특허 청구의 범위 및 그 정신의 범위로부터 나오는 모든 수정 및 변경에 권리를 청구한다.
<산업상의 이용 가능성>
이상 설명한 것처럼, 본 실시의 형태는 레인지 변위 동작에 기초한 TOF 거리 화상 센서 및 방법에 관한 것으로 이하와 같이 구성된다. 듀티 비가 작은, 즉 단시간의 펄스 광을 이용하여 검출하는 촬상 윈도우의 기간 이외의 기간에서는 전하를 축적하지 않고 생성 전하를 배출한다. 이 구조에 기초하여 광 펄스의 발광 타이밍과 촬상 윈도우와의 관계를 상대적으로 늦추어 여러 차례의 촬상을 행하여 복수의 요소 화상 신호를 생성한다. 이들의 요소 화상 신호를 합성하는 것에 의해 소망의 거리 분해능을 유지함과 아울러, 거리 계측의 범위를 넓힐 수가 있다. 또, 본 실시의 형태와 관련되는 방법과 장치에 의하면 전하 배출 구조를 가지는 거리 화상 센서에서는 단시간 광 펄스의 발광 타이밍을 촬상을 위한 촬상 윈도우에 대해서 상대적으로 늦추어 촬상을 행한다. 이들의 화상을 합성함과 아울러, 이들의 화상에 의해 거리를 계측한다. 이에 의해 높은 거리 분해능을 가지면서 거리 계측 범위를 넓게 할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태와 관련되는 거리 화상 센서 및 방법에 의하면 복수의 촬상 타이밍의 각각에 있어서 규정된 촬상 윈도우를 이용하여 촬상 타이밍마다의 신호를 화소로부터 취출한다. 이에 의해 한 프레임 내의 신호로서 다른 값으로 레인지(range) 변위된 복수의 요소 화상 신호를 취출한다. 또한, 본 실시의 형태와 관련되는 거리 화상 센서 및 방법에 의하면 작은 펄스 폭의 측정 거리 펄스로 사용할 때 한 개의 측정 거리 펄스에서는 선형으로 검출되는 범위가 좁아진다. 이것에 따른 거리 정밀도의 저하를 피하기 위해서 서로의 변위량이 다르도록 변위한 복수의 측정 거리 펄스를 이용함과 아울러, 측정 거리 범위를 서로 겹쳐 맞추도록 배열된 측정 거리 펄스를 이용하여 거리의 계측을 실시한다. 이것은 펄스마다를 이용하는 측정 거리에 다른 측정 거리 범위를 할당함과 아울러, 측정 거리 펄스의 변위량 차가 측정 거리 펄스의 펄스 폭 미만이 되도록 펄스를 배열한다. 이에 의해 넓은 계측 범위에서 선형의 계측을 실시할 수가 있다.
11 거리 화상 센서 13 방사원
15 화상 생성 장치 17 처리 장치
13a 반도체 발광 소자 13b 구동 회로
21 제어 장치 23 화소 어레이
25 신호 생성 장치 27 화소
SE1~SEn 요소 화상 신호 SIMAGE 화상 신호
WPU1,WPU2 제1 및 제2의 촬상 윈도우

Claims (11)

  1. 비행시간법을 이용하는 거리 화상 센서로서,
    비행시간을 계측하기 위해서 대상물에 조사하는 방사 펄스를 발생하는 방사원과,
    서로 다른 제1~제n의 비행시간(n>1)에 대응하는 제1~제n의 촬상 타이밍을 나타내는 제어 신호를 생성하는 제어 장치와, 입사 방사선에 감응하여 전하를 생성하는 검출 소자를 포함하는 복수의 화소의 화소 어레이와, 상기 제1~제n의 촬상 타이밍에 각각 대응하는 제1~제n의 요소 화상 신호를 상기 제어 신호에 응답하여 생성하는 신호 생성 장치를 가지는 화상 생성 장치와,
    상기 제1~제n의 요소 화상 신호를 합성하여 상기 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 화상 신호를 생성하는 처리 장치를 구비하고,
    각 화소의 상기 검출 소자는, 상기 제1~제n의 촬상 타이밍의 각각에 있어서의 제1 및 제2의 촬상 윈도우에 있어서 당해 검출 소자에 입사하는 입사 방사선에 따라 각각 제1 및 제2의 전하를 생성하고,
    각 화소는 상기 제1 및 제2의 촬상 윈도우에 대응하여 각각 상기 제1 및 제2의 전하로부터 제1 및 제2의 요소 신호를 제공하고,
    상기 제1의 촬상 윈도우는 기준 시각으로부터 규정된 촬상 시각의 직전에 있고 소정의 시간 폭을 가지고 있고,
    상기 제2의 촬상 윈도우는 상기 촬상 시각의 직후에 있고 소정의 시간 폭을 가지고 있고,
    상기 제i의 요소 화상 신호(1≤i≤n)는, 상기 제i의 촬상 타이밍에 있어서의 각 화소의 상기 제1 및 제2의 요소 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 화상 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사원은 시간축에 관해 차례로 배열된 제1~제n의 프레임 각각에 있어서 대상물에 조사되는 제1~제n의 펄스의 열을 상기 방사 펄스로서 제공하고,
    상기 제1~제n의 펄스는 각각 상기 제1~제n의 프레임의 시점으로부터 서로 다른 변위량으로 변위되어 있고,
    상기 제1~제n의 프레임의 각각에 있어서 상기 촬상 시각은 각 프레임의 시점으로부터 소정의 시간으로 규정되고,
    상기 제1~제n의 프레임의 각각은 상기 제1 및 제2의 촬상 윈도우를 포함하고,
    상기 제1~제n의 펄스의 각각의 지속 시간은 상기 제1의 촬상 윈도우의 기간 이하이고,
    상기 제1~제n의 펄스의 각각의 지속 시간은 상기 제2의 촬상 윈도우의 기간 이하인 것을 특징으로 하는 거리 화상 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1~제n의 프레임의 각각은 상기 제1 및 제2의 촬상 윈도우와, 상기 제1 및 제2의 촬상 윈도우와 다른 전하 폐기 윈도우를 포함하고,
    상기 화소는 상기 전하 폐기 윈도우에 있어서 상기 검출 소자의 전하를 폐기하는 것을 특징으로 하는 거리 화상 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 화소는 상기 제1~제n의 촬상 타이밍에 있어서의 상기 제1 및 제2의 촬상 윈도우에 있어서 각각 도통하고 상기 검출 소자에 접속된 제1 및 제2의 전송 게이트와, 상기 검출 소자에 접속되고 상기 전하 폐기 윈도우에 도통하는 제1 및 제2의 폐기 게이트를 포함하고,
    상기 검출 소자는 상기 제1의 전송 게이트와 상기 제2의 전송 게이트의 사이에 위치하고,
    상기 검출 소자는 상기 제1의 폐기 게이트와 상기 제2의 폐기 게이트의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 거리 화상 센서.
  5. 제2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1~제n의 펄스의 펄스 폭은 선형 응답 영역을 이용하여 상기 거리 정보를 포함하는 화상 신호를 생성 가능하도록 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 거리 화상 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사원은 단일의 프레임에 단일의 펄스를 상기 방사 펄스로서 제공하고,
    상기 제1~제n의 촬상 타이밍은 상기 프레임 내에 위치하고,
    상기 제1~제n의 촬상 타이밍의 상기 촬상 시각은 서로 다른 변위량으로 상기 단일의 프레임의 시점으로부터 변위되어 있고,
    상기 제1의 촬상 타이밍의 상기 촬상 시각의 직전에는 상기 제1의 촬상 윈도우가 설치되고,
    상기 제n의 촬상 타이밍의 상기 촬상 시각의 직후에는 상기 제2의 촬상 윈도우가 설치되고,
    상기 제1~제n의 촬상 타이밍 중의 제i의 촬상 타이밍(1≤i<n-1)과 제i+1의 촬상 타이밍의 사이에는 상기 검출 소자에 입사하는 입사 방사선에 따른 전하를 집어넣기 위한 윈도우가 규정되어 있고,
    상기 윈도우는 상기 제1 및 제2의 촬상 윈도우를 위해서 겸용되고,
    상기 펄스의 지속 시간은 상기 제1의 촬상 윈도우의 기간 이하이고,
    상기 펄스의 각각의 지속 시간은 상기 제2의 촬상 윈도우의 기간 이하인 것을 특징으로 하는 거리 화상 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단일의 프레임은 상기 제1 및 제2의 촬상 윈도우와, 상기 제1의 촬상 윈도우 및 상기 제2의 촬상 윈도우와 다른 전하 폐기 윈도우를 포함하고,
    상기 화소는 상기 전하 폐기 윈도우에 있어서 상기 검출 소자의 전하를 폐기하는 것을 특징으로 하는 거리 화상 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 화소는 상기 검출 소자의 일방측에 배치된 제1의 군의 제1~제j의 전송 게이트와, 상기 검출 소자의 타방측에 배치된 제2의 군의 제j+1~제n+1의 전송 게이트와, 상기 검출 소자에 접속되고 상기 전하 폐기 윈도우에 도통하는 제1 및 제2의 폐기 게이트를 포함하고,
    상기 제1~제n+1의 전송 게이트는 상기 제1~제n의 촬상 타이밍의 어느 쪽인가에 있어서 도통하고,
    상기 검출 소자는 상기 제1의 폐기 게이트와 상기 제2의 폐기 게이트의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 거리 화상 센서.
  9. 복수의 화소를 포함하는 화소 어레이와 비행시간을 계측하기 위한 방사원을 이용하여 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 촬상 신호를 비행시간법에 의해 생성하는 방법으로서,
    상기 화소 어레이의 검출 소자를 이용하여 서로 다른 제1~제n의 비행시간(n>1)으로 복수의 촬상을 행하여 제1~제n의 요소 화상 신호를 생성하는 스텝과,
    상기 제1~제n의 요소 화상 신호를 합성하여 상기 대상물에 관한 거리 정보를 포함하는 화상 신호를 생성하는 스텝을 구비하고,
    각 화소는 상기 제1~제n의 촬상 타이밍에 있어서의 제1 및 제2의 촬상 윈도우에 있어서 각각 제1 및 제2의 전하를 생성하고,
    상기 제1의 촬상 윈도우는 기준 시각으로부터 규정된 촬상 시각의 직전에 있고 소정의 시간 폭을 가지고 있고,
    상기 제2의 촬상 윈도우는 상기 촬상 시각의 직후에 있고 소정의 시간 폭을 가지고 있고,
    각 화소는 상기 제1 및 제2의 전하의 양에 각각 대응하는 제1 및 제2의 요소 신호를 제공하고,
    상기 제i의 요소 화상 신호(1≤i≤n)는, 상기 제i의 촬상 타이밍에 있어서의 상기 복수의 화소의 상기 제1 및 제2의 요소 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1~제n의 요소 화상 신호를 생성하는 상기 스텝은 비행시간을 계측하기 위한 방사 펄스를 대상물에 조사하는 스텝을 포함하고,
    상기 방사 펄스의 조사에서는 시간축에 관해 차례로 배열된 제1~제n의 프레임 각각에 있어서 대상물에 조사하기 위한 제1~제n의 펄스가 출사되고,
    상기 제1~제n의 펄스는 각각 상기 제1~제n의 프레임의 시점으로부터 서로 다른 변위량으로 변위되어 있고,
    상기 제1~제n의 프레임의 각각에 있어서 상기 기준 시각은 각 프레임의 시점이고,
    상기 제1~제n의 프레임의 각각은 상기 제1 및 상기 제2의 촬상 윈도우를 포함하고,
    상기 제1~제n의 펄스의 각각의 지속 시간은 상기 제1의 촬상 윈도우의 기간 이하이고,
    상기 제1~제n의 펄스의 각각의 지속 시간은 상기 제2의 촬상 윈도우의 기간 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1~제n의 요소 화상 신호를 생성하는 상기 스텝은 비행시간을 계측하기 위한 방사 펄스를 대상물에 조사하는 스텝을 포함하고,
    상기 방사 펄스 조사에서는 단일의 프레임에 단일의 펄스가 출사되고,
    상기 제1~제n의 촬상 타이밍은 상기 단일의 프레임 내에 위치하고,
    상기 제1~제n의 촬상 타이밍은 상기 단일의 프레임의 시점으로부터 서로 다른 변위량으로 변위되어 있고,
    상기 제1 및 제2의 촬상 윈도우의 각각은 상기 제1~제n의 촬상 타이밍 중에 인접하는 촬상 타이밍의 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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