WO2015190308A1

WO2015190308A1 - 測距装置

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Publication number: WO2015190308A1
Application number: PCT/JP2015/065458
Authority: WO
Inventors: 光人間瀬; 純平光; 明洋島田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2016-12-09
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Abstract

　選択部は、パルス光の照射位置に応じて、複数の画素のうち照射位置に対応する画素の第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂに信号電荷を流入させるように第一転送電極ＴＸ１に第一転送信号を出力すると共に第二転送電極ＴＸ２に第二転送信号を出力し、複数の画素のうち照射位置に対応する画素以外の画素の不要電荷排出領域１１に不要電荷を流入させるように第三転送電極ＴＸ３に第三転送信号を出力する。演算部は、選択部により選択された画素の第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂそれぞれに収集された信号電荷の量に対応する信号を読み出し、第一信号電荷収集領域９ａに収集された信号電荷の量と第二信号電荷収集領域９ｂに収集された信号電荷の量との比率に基づいて対象物までの距離を演算する。

Description

測距装置

　本発明は、測距装置に関する。

　光源から出射されたパルス光の対象物への照射位置を走査する走査部と、複数の画素が一次元方向に配置されており、対象物でのパルス光の反射光が入射する受光部と、複数の画素から信号を読み出し、対象物までの距離を演算する演算部と、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は、ＴＯＦ（Time-Of-Flight）型の距離計測を行う。

国際公開第２０１３／１２１２６７号

　特許文献１に記載された測距装置では、電荷の蓄積毎にリセット動作が行われ、画素から不要な電荷が排出される。これにより、外乱光の入射により生じた電荷（不要な電荷）が信号電荷として蓄積されるのが抑制され、画素から読み出される信号に外乱光の成分が反映されるのを防ぐことができる。

　ところで、距離計測の精度を高めるためには、画素から信号を読み出す際に、十分な信号量を確保することが求められる。特許文献１に記載された測距装置では、上述したように、信号の蓄積毎にリセット動作が行われるため、十分な信号量を確保するためには、各画素における電荷の蓄積時間を比較的長く設定する必要がある。電荷の蓄積時間に対応させて、走査部による走査時間も長く設定する必要がある。したがって、特許文献１に記載された測距装置では、対象物が移動する場合、適切に距離計測を行うことが困難となる懼れがある。

　本発明は、距離計測を適切かつ精度よく行うことが可能な測距装置を提供することを目的とする。

　本発明の一つの観点に係る測距装置は、光源から出射されたパルス光の対象物への照射位置を走査する走査部と、一次元方向に配置されている複数の画素を有し、対象物でのパルス光の反射光が入射する受光部と、走査部によるパルス光の照射位置に応じて、信号を読み出す画素を複数の画素から選択する選択部と、選択部により選択された画素から信号を読み出し、対象物までの距離を演算する演算部と、を備えている。複数の画素それぞれは、入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、電荷発生領域からそれぞれ離間して配置され、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として収集する第一及び第二信号電荷収集領域と、電荷発生領域から離間して配置され、電荷発生領域にて発生した電荷を不要電荷として排出する不要電荷排出領域と、第一信号電荷収集領域と電荷発生領域との間に配置され、第一転送信号に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第一信号電荷収集領域に流入させる第一転送電極と、第二信号電荷収集領域と電荷発生領域との間に配置され、第一転送信号と位相が異なる第二転送信号に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第二信号電荷収集領域に流入させる第二転送電極と、不要電荷排出領域と電荷発生領域との間に配置され、第一及び第二転送信号と位相が異なる第三転送信号に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を不要電荷として不要電荷排出領域に流入させる第三転送電極と、を備えている。選択部は、走査部によるパルス光の照射位置に応じて、複数の画素のうち照射位置に対応する画素の第一及び第二信号電荷収集領域に信号電荷を流入させるように第一転送電極に第一転送信号を出力すると共に第二転送電極に第二転送信号を出力し、複数の画素のうち照射位置に対応する画素以外の画素の不要電荷排出領域に不要電荷を流入させるように第三転送電極に第三転送信号を出力する。演算部は、選択部により選択された画素の第一及び第二信号電荷収集領域それぞれに収集された信号電荷の量に対応する信号を読み出し、第一信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量と第二信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量との比率に基づいて対象物までの距離を演算する。

　本発明の一つの観点では、選択部により、パルス光の照射位置に対応する画素の第一転送電極に、当該画素の第一信号電荷収集領域に信号電荷を流入させるように、第一転送信号が出力される。選択部により、パルス光の照射位置に対応する上記画素の第二転送電極に、当該画素の第二信号電荷収集領域に信号電荷を流入させるように、第一転送信号と位相が異なる第二転送信号が出力される。すなわち、選択部により選択された画素の電荷発生領域に発生した電荷が、信号電荷として、第一信号電荷収集領域と第二信号電荷収集領域とに振り分けられて、対応する信号電荷収集領域で信号電荷が収集される。選択部により、パルス光の照射位置に対応する上記画素以外の画素の第三転送電極に、当該画素の不要電荷排出領域に不要電荷を流入させるように第三転送信号が出力される。すなわち、信号電荷が収集される画素以外の画素では、当該画素の電荷発生領域に発生した電荷が、不要電荷として、不要電荷排出領域から排出される。演算部により、選択部により選択された画素の第一及び第二信号電荷収集領域それぞれに収集された信号電荷の量に対応する信号が読み出され、第一信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量と第二信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量との比率に基づいて対象物までの距離が演算される。これらのことから、信号電荷が収集される画素以外の画素では、当該画素の電荷発生領域に発生した電荷が、不要電荷として排出されるため、対象物までの距離の演算に対し、不要電荷に基づく電荷量が反映され難い。したがって、距離計測を適切かつ精度よく行うことができる。

　一実施形態において、選択部は、選択した画素において、第一及び第二信号電荷収集領域へ信号電荷を流入させるタイミングと異なり、かつ、光源からパルス光が出射されないタイミングで、第一及び第二信号電荷収集領域に電荷を流入させるように第一転送電極に第一転送信号を出力すると共に第二転送電極に第二転送信号を出力してもよく、演算部は、光源からパルス光が出射されないタイミングで第一信号電荷収集領域に収集された電荷の量が減じられた第一信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量と、光源からパルス光が出射されないタイミングで第二信号電荷収集領域に収集された電荷の量が減じられた第二信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量と、の比率に基づいて対象物までの距離を演算してもよい。

　上述した一実施形態によれば、選択部により、選択された画素において、第一及び第二信号電荷収集領域に信号電荷を流入させるタイミングと異なり、かつ、光源からパルス光が出射されないタイミングで、第一信号電荷収集領域に電荷を流入させるように、第一転送信号が出力される。選択部により、選択された上記画素において、第一及び第二信号電荷収集領域に信号電荷を流入させるタイミングと異なり、かつ、光源からパルス光が出射されないタイミングで、第二信号電荷収集領域に電荷を流入させるように、第二転送信号が出力される。すなわち、選択部により選択された画素の電荷発生領域において、当該画素に対応するパルス光の出射によらない電荷が、第一信号電荷収集領域と第二信号電荷収集領域とに振り分けられて、対応する領域で収集される。演算部により、光源からパルス光が出射されないタイミングで第一信号電荷収集領域に収集された電荷の量が減じられた第一信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量と、光源からパルス光が出射されないタイミングで第二信号電荷収集領域に収集された電荷の量が減じられた第二信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量と、の比率に基づいて対象物までの距離が演算される。すなわち、選択された画素に対応するパルス光の出射によらない電荷が減じられることにより、対象物までの距離の演算に対し、背景光などの外乱光に基づく電荷量が反映され難い。したがって、距離計測をより一層適切かつ精度よく行うことができる。

　本発明の上記一つの観点によれば、距離計測を適切かつ精度よく行うことが可能な測距装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る測距装置の構成を示す説明図である。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。図３は、距離画像センサの構成図である。図４は、図３に示されるIV－IV線に沿った断面構成を示す図である。図５は、図３に示されるV－V線に沿った断面構成を示す図である。図６は、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７は、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８は、各種信号のタイミングチャートである。図９は、各種信号のタイミングチャートと選択される画素との関係を説明するための図である。図１０は、反射部材の動きと画素との関係を説明するための図である。図１１は、本実施形態の変形例における、各種信号のタイミングチャートと選択される画素との関係を説明するための図である。図１２は、本実施形態の変形例における、反射部材の動きと画素との関係を説明するための図である。

　以下、添付図面を参照して、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１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１は、複数の画素を有する距離画像センサＲＳと、光源ＬＳと、反射部材ＭＲ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ＤＲＶと、制御部ＣＯＮＴと、演算部ＡＲＴと、を備えている。光源ＬＳは、反射部材ＭＲ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、又はＬＥＤなどで構成される。距離画像センサＲＳは、ＴＯＦ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の制御にしたがって、光源ＬＳに駆動信号Ｓ_Ｄを送る。すなわち、駆動部ＤＲＶは、反射部材ＭＲに向けてパルス光Ｌｐをフレーム周期毎に出射するように光源ＬＳを駆動する。駆動部ＤＲＶは、制御部ＣＯＮＴの制御にしたがって、反射部材ＭＲのアクチュエータに駆動信号を送る。すなわち、駆動部ＤＲＶは、光源ＬＳから反射部材ＭＲに向けて出射されたパルス光Ｌｐの光路を変更するようにアクチュエータを駆動する。反射部材ＭＲは、光源ＬＳから出射されたパルス光Ｌｐを反射する。反射されたパルス光Ｌｐが対象物ＯＪに照射される。アクチュエータは、駆動部ＤＲＶからの駆動信号により、反射部材ＭＲの角度を偏向する。これにより、光源ＬＳから出射されたパルス光Ｌｐの対象物ＯＪへの照射位置Ｐｉが走査される。本実施形態では、駆動部ＤＲＶと反射部材ＭＲとが、光源ＬＳから出射されたパルス光Ｌｐの対象物ＯＪへの照射位置を走査する走査部として機能する。反射部材ＭＲは、たとえばＭＥＭＳ（Micro　Electro　Mechanical　Systems）ミラーである。

　制御部ＣＯＮＴは、駆動部ＤＲＶを制御すると共に、第一～第三転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＸ３を距離画像センサＲＳに出力する。制御部ＣＯＮＴは、演算部ＡＲＴの演算結果を表示器ＤＳＰに表示させる。制御部ＣＯＮＴは、選択部ＳＥＬを有している。選択部ＳＥＬは、パルス光Ｌｐの対象物ＯＪへの照射位置に応じて、距離画像センサＲＳが有する複数の画素の中から、信号を読み出す画素を選択する。演算部ＡＲＴは、選択部ＳＥＬにて選択された画素から信号電荷の電荷量Ｑ_１，Ｑ_２（合計電荷量Ｑ_Ｔ１，Ｑ_Ｔ２）を読み出す。演算部ＡＲＴは、読み出した電荷量Ｑ_１，Ｑ_２（合計電荷量Ｑ_Ｔ１，Ｑ_Ｔ２）に基づいて距離ｄを画素毎に演算し、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８を参照して後で説明する。表示器ＤＳＰは、制御部ＣＯＮＴから入力された演算部ＡＲＴの演算結果を表示する。

　測距装置１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がフレーム周期毎に光源ＬＳから出射される。光源ＬＳから出射されたパルス光Ｌｐは、反射部材ＭＲにより走査される。パルス光Ｌｐは、対象物ＯＪに入射すると、対象物ＯＪにより反射される。したがって、対象物ＯＪに入射したパルス光Ｌｐは、反射光Ｌｒとして対象物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ＳＴＸ１，ＳＴＸ２に同期して収集された電荷量Ｑ_１，Ｑ_２（合計電荷量Ｑ_Ｔ１，Ｑ_Ｔ２）が出力される。出力された電荷量Ｑ_１，Ｑ_２（合計電荷量Ｑ_Ｔ１，Ｑ_Ｔ２）が駆動信号Ｓ_Ｄに同期して演算部ＡＲＴに入力される。演算部ＡＲＴは、入力された電荷量Ｑ_１，Ｑ_２（合計電荷量Ｑ_Ｔ１，Ｑ_Ｔ２）に基づき、画素毎に距離ｄを演算する。制御部ＣＯＮＴは、演算部ＡＲＴの演算結果を演算部ＡＲＴから取得する。制御部ＣＯＮＴは、入力された演算部ＡＲＴの演算結果を表示器ＤＳＰに転送する。表示器ＤＳＰは、演算部ＡＲＴの演算結果を表示する。

　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２を備えている。半導体基板２は、互いに対向する第一及び第二主面２ａ，２ｂを有している。第二主面２ｂは、光入射面である。距離画像センサＲＳは、半導体基板２の第一主面２ａ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、絶縁性の接着剤又はフィラーを有している。距離画像センサＲＳには、半導体基板２の第二主面２ｂ側から反射光Ｌｒが入射する。

　続いて、図３～図５を参照しながら、距離画像センサＲＳについて詳細に説明する。図３は、距離画像センサの構成図である。図４は、図３に示されるIV－IV線に沿った断面構成を示す図である。図５は、図３に示されるV－V線に沿った断面構成を示す図である。

　距離画像センサＲＳは、図３に示されるように、複数の距離センサ（本実施形態では、五つの距離センサ）Ｐが一次元方向Ａに配置されたアレイ構造を成すラインセンサである。複数の距離センサＰそれぞれは、一つ又は二つ以上ずつで距離画像センサＲＳの一画素（チャンネル：ｃｈ）を構成している。本実施形態では、複数の距離センサＰそれぞれは、一つで距離画像センサＲＳの一画素を構成している。本実施形態では、距離画像センサＲＳは、一次元方向に配置されている複数の画素を有し、対象物ＯＪでのパルス光の反射光Ｌｒが入射する受光部として機能する。

　距離画像センサＲＳは、光入射面である第二主面２ｂの前方に遮光層ＬＩを備えている。遮光層ＬＩには、一次元方向Ａに複数の開口ＬＩａが形成されている。複数の開口ＬＩａは、複数の距離センサＰに対応する領域に形成されている。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２に入射する。したがって、開口ＬＩａにより、半導体基板２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。なお、図３では、遮光層ＬＩの図示が省略されている。

　半導体基板２は、第一主面２ａ側に位置するｐ型の第一半導体領域４と、第一半導体領域４よりも不純物濃度が低くかつ第二主面２ｂ側に位置するｐ^－型の第二半導体領域５と、を有している。半導体基板２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２の第二主面２ｂ（第二半導体領域５）上には、絶縁層７が形成されている。複数の距離センサＰは、半導体基板２において、一次元方向Ａに配置される。すなわち、複数の距離センサＰは、半導体基板２において、一次元方向Ａに沿って並ぶように位置する。

　各距離センサＰは、図３～図５に示されるように、フォトゲート電極ＰＧと、一対の第一信号電荷収集領域９ａと、一対の第二信号電荷収集領域９ｂと、一対の不要電荷排出領域１１と、それぞれ一対の第一～第三転送電極ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３と、を備えている。図３では、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂ上並びに不要電荷排出領域１１上に配置されている導体１３（図４及び図５参照）を省略して示す。

　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２（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４及び図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（光感応領域）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。すなわち、フォトゲート電極ＰＧは、一次元方向Ａと平行でかつ互いに対向する第一及び第二長辺Ｌ１，Ｌ２と、一次元方向Ａと直交しかつ互いに対向する第一及び第二短辺Ｓ１，Ｓ２とを有する平面形状を有している。

　一対の第一信号電荷収集領域９ａは、フォトゲート電極ＰＧの第一長辺Ｌ１側において当該第一長辺Ｌ１に沿って配置されている。一対の第一信号電荷収集領域９ａは、フォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。一対の第二信号電荷収集領域９ｂは、フォトゲート電極ＰＧの第二長辺Ｌ２側において当該第二長辺Ｌ２に沿って配置されている。一対の第二信号電荷収集領域９ｂは、フォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。いずれの距離センサＰにおいても、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂは、電荷発生領域（フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）から離間して配置されている。第一信号電荷収集領域９ａと第二信号電荷収集領域９ｂとは、第一及び第二長辺Ｌ１，Ｌ２の対向方向（一次元方向Ａと直交する方向）で、フォトゲート電極ＰＧを挟んで対向している。

　第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂ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収集し、蓄積する。第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂは、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂ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。第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂは、フローティング・ディフュージョン領域である。

　第一転送電極ＴＸ１は、絶縁層７上であって、フォトゲート電極ＰＧと第一信号電荷収集領域９ａとの間に配置されている。第一転送電極ＴＸ１は、第一信号電荷収集領域９ａ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、第一転送信号ＳＴＸ１に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第一信号電荷収集領域９ａに流入させる。

　第二転送電極ＴＸ２は、絶縁層７上であって、フォトゲート電極ＰＧと第二信号電荷収集領域９ｂとの間に設けられている。第二転送電極ＴＸ２は、第二信号電荷収集領域９ｂ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、第二転送信号ＳＴＸ２に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第二信号電荷収集領域９ｂに流入させる。

　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、フォトゲート電極ＰＧでの第一及び第二短辺Ｓ１，Ｓ２の対向方向をその長辺方向とする長方形状を呈している。第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２の長辺方向での長さは、同じに設定されている。

　不要電荷排出領域１１は、フォトゲート電極ＰＧの第一長辺Ｌ１側において、第一及び第二短辺Ｓ１，Ｓ２の対向方向（一次元方向Ａ）で一対の第一信号電荷収集領域９ａに挟まれるように、第一信号電荷収集領域９ａから離間して配置されている。不要電荷排出領域１１は、フォトゲート電極ＰＧの第二長辺Ｌ２側において、第一及び第二短辺Ｓ１，Ｓ２の対向方向（一次元方向Ａ）で一対の第二信号電荷収集領域９ｂに挟まれるように、第二信号電荷収集領域９ｂから離間して配置されている。各不要電荷排出領域１１は、フォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。各不要電荷排出領域１１は、電荷発生領域（フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）から離間して配置されている。不要電荷排出領域１１同士は、第一及び第二長辺Ｌ１，Ｌ２の対向方向で、フォトゲート電極ＰＧを挟んで対向している。

　不要電荷排出領域１１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不要電荷として排出する。不要電荷排出領域１１は、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、不要電荷排出領域１１は、平面視で正方形状を呈している。不要電荷排出領域１１は、たとえば固定電位Ｖｄｄに接続されている。

　各第三転送電極ＴＸ３は、絶縁層７上であって、フォトゲート電極ＰＧと対応する不要電荷排出領域１１との間に設けられている。第三転送電極ＴＸ３は、不要電荷排出領域１１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。第三転送電極ＴＸ３は、第三転送信号ＳＴＸ３に応じて電荷発生領域にて発生した電荷を不要電荷として不要電荷排出領域１１に流入させる。第三転送電極ＴＸ３は、平面視で矩形状を呈している。本実施形態では、第三転送電極ＴＸ３は、フォトゲート電極ＰＧでの第一及び第二短辺Ｓ１，Ｓ２の対向方向をその長辺方向とする長方形状を呈している。第三転送電極ＴＸ３の長辺方向での長さは、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２の長辺方向での長さと同じに設定されている。

　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、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂ並びに不要電荷排出領域１１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。「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／不純物濃度の一例は、以下の通りである。
第一半導体領域４：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
第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂ：厚さ０．１～１μｍ／不純物濃度１×１０^１８～１０^２０ｃｍ^－３
不要電荷排出領域１１：厚さ０．１～１μｍ／不純物濃度１×１０^１８～１０^２０ｃｍ^－３

　半導体基板２（第一及び第二半導体領域４，５）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～第三転送電極ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３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ＳＴＸ１の位相と第二転送電極ＴＸ２に印加される第二転送信号ＳＴＸ２の位相とは、位相が異なる。本実施形態では、第一転送信号ＳＴＸ１の位相と第二転送信号ＳＴＸ２の位相とは、たとえば１８０度ずれている。第三転送電極ＴＸ３に印加される第三転送信号ＳＴＸ３の位相は、第一及び第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２の位相と異なる。本実施形態では、第三転送信号ＳＴＸ３の位相は、第一及び第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２の位相と反転している。すなわち、第一又は第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２が高位のとき、第三転送信号ＳＴＸ３は低位であり、第一又は第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２が低位のとき、第三転送信号ＳＴＸ３は高位である。

　各距離センサＰに入射した光は、半導体基板２（第二半導体領域５）内において電荷に変換される。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、すなわちフォトゲート電極ＰＧの第一及び第二短辺Ｓ１，Ｓ２に平行な方向に走行する。

　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２（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る。したがって、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、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂによって形成されるポテンシャル井戸内に収集されて、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る。したがって、半導体基板２で発生した電荷は、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂには引き込まれない。

　各距離センサＰに光が入射することにより発生した電荷のうち一部は、不要電荷として、フォトゲート電極ＰＧ及び第三転送電極ＴＸ３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、第三転送電極ＴＸ３の方向に走行する。

　第三転送電極ＴＸ３に、正電位を与えると、第三転送電極ＴＸ３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２（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、第三転送電極ＴＸ３の方向に引き込まれ、不要電荷排出領域１１によって形成されるポテンシャル井戸内に収集されて、排出される。第三転送電極ＴＸ３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、第三転送電極ＴＸ３によるポテンシャル障壁が生じ、半導体基板２で発生した電荷は、不要電荷排出領域１１には引き込まれない。

　図６及び図７は、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は、信号電荷の収集動作（蓄積動作）を説明するための図である。図７は、不要電荷の排出動作を説明するための図である。図６の（ａ）及び（ｂ）並びに図７の（ａ）は、図３に示されるIV－IV線に沿った半導体基板２の第二主面２ｂ近傍におけるポテンシャル分布を示している。図６の（ｃ）及び図７の（ｂ）は、図３に示されるV－V線に沿った半導体基板２の第二主面２ｂ近傍におけるポテンシャル分布を示している。

　図６及び図７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、第三転送電極ＴＸ３の直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ３、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、第一信号電荷収集領域９ａのポテンシャルφ_ＦＤ１、第二信号電荷収集領域９ｂのポテンシャルφ_ＦＤ２、不要電荷排出領域１１のポテンシャルφ_ＯＦＤ１，φ_ＯＦＤ２が示されている。図６及び図７では、下向きがポテンシャルの正方向である。

　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～第三転送電極ＴＸ１～ＴＸ３直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ１，φ_ＴＸ２，φ_ＴＸ３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。すなわち、光入射時において、フォトゲート電極ＰＧに与えられる電位（たとえば、第一転送電極ＴＸ１に与えられる高い方の電位と低い方の電位の中間の電位）により、フォトゲート電極ＰＧの直下の領域のポテンシャルφ_ＰＧは、基板電位よりも若干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，φ_ＴＸ３よりも高い。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である。

　図６を参照して、信号電荷の収集動作（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ＳＴＸ１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度での電位（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の（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、第一信号電荷収集領域９ａのポテンシャル井戸内に流れ込む。

　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、第二信号電荷収集領域９ｂ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、信号電荷が第一信号電荷収集領域９ａのポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂ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ＳＴＸ２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度での電位（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の（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、第二信号電荷収集領域９ｂのポテンシャル井戸内に流れ込む。

　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、第一信号電荷収集領域９ａ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、信号電荷が第二信号電荷収集領域９ｂのポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。

　第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に位相が１８０度ずれた第一及び第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２が印加されている間、第三転送電極ＴＸ３にはグラウンド電位が与えられている。このため、図６の（ｃ）に示されるように、第三転送電極ＴＸ３直下の半導体のポテンシャルφ_ＴＸ３は下がらず、不要電荷排出領域１１のポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。

　以上により、信号電荷が第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂのポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂのポテンシャル井戸に蓄積された信号電荷は、外部に読み出される。

　図７を参照して、不要電荷の排出動作を説明する。

　第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２には、グラウンド電位が与えられている。このため、図７の（ａ）に示されるように、第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２直下の半導体のポテンシャルφ_ＴＸ１，φ_ＴＸ２は下がらず、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂのポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。第三転送電極ＴＸ３には正の電位が与えられる。この場合、図７の（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、第三転送電極ＴＸ３直下の半導体のポテンシャルφ_ＴＸ３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、不要電荷排出領域１１のポテンシャル井戸内に流れ込む。以上により、不要電荷が不要電荷排出領域１１のポテンシャル井戸に収集される。不要電荷排出領域１１のポテンシャル井戸に収集された不要電荷は、外部に排出される。

　ここで、図８を参照して、距離ｄの演算方法について説明する。図８は、各種信号のタイミングチャートである。図８には、信号電荷を収集し、蓄積する期間（蓄積期間）での各種信号が示されている。フレーム周期は、蓄積期間の他、信号電荷を読み出す期間（読み出し期間）を含んでいる。

　図８には、光源の駆動信号ＳＤ、反射光Ｌｒが距離画像センサＲＳに入射したときの反射光Ｌｒの強度信号ＳＰ、第一転送電極ＴＸ１に印加される第一転送信号ＳＴＸ１、及び、第二転送電極ＴＸ２に印加される第二転送信号ＳＴＸ２が示されている。駆動信号Ｓ_Ｄ、強度信号ＳＰ、第一転送信号ＳＴＸ１、及び第二転送信号ＳＴＸ２は、いずれもパルス幅Ｔ_ｐのパルス信号である。

　蓄積期間において、駆動信号Ｓ_Ｄが光源ＬＳに印加されと、駆動信号Ｓ_Ｄの印加に同期して、第一及び第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２が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。本実施形態では、一つの蓄積期間において、駆動信号Ｓ_Ｄが光源ＬＳに２度印加され、駆動信号Ｓ_Ｄごとに第一及び第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２が第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２に印加される。第一及び第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２が第一及び第二転送電極ＴＸ１，ＴＸ２にそれぞれ印加されることにより、電荷転送が行われ、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂに信号電荷が蓄積される。すなわち、時系列で連続して、駆動信号Ｓ_Ｄ並びに第一及び第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２の印加が行われ、信号電荷の収集動作（蓄積動作）も、時系列で連続して行われる。その後、読み出し期間において、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂ内に蓄積された信号電荷が読み出される。

　第一及び第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２の出力制御は、制御部ＣＯＮＴにより行われる。すなわち、制御部ＣＯＮＴは、パルス光Ｌｐの出射と同期するように、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第一信号電荷収集領域９ａに流入させるように、第一転送信号ＳＴＸ１を第一転送電極ＴＸ１に出力し、電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として第二信号電荷収集領域９ｂに流入させるように、第二転送信号ＳＴＸ２を第二転送電極ＴＸ２に出力する。

　強度信号ＳＰと、駆動信号Ｓ_Ｄに位相差０で同期して出力される第一転送信号ＳＴＸ１との重なり合った部分に相当する電荷量Ｑ_１は、第一信号電荷収集領域９ａに蓄積される。強度信号ＳＰと、駆動信号Ｓ_Ｄに位相差１８０で同期して出力される第二転送信号ＳＴＸ２との重なり合った部分に相当する電荷量Ｑ_２は、第二信号電荷収集領域９ｂに蓄積される。

　強度信号ＳＰと、駆動信号Ｓ_Ｄに位相差０で同期して出力される信号との位相差Ｔｄが、光の飛行時間である。位相差Ｔｄは、距離画像センサＲＳから対象物ＯＪまでの距離ｄを示している。距離ｄは、演算部ＡＲＴにより、時系列で連続して蓄積された電荷量Ｑ_１の合計電荷量Ｑ_Ｔ１及び電荷量Ｑ_２の合計電荷量Ｑ_Ｔ２の比率を用いて、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）×（Ｔ_Ｐ×Ｑ_Ｔ２／（Ｑ_Ｔ１＋Ｑ_Ｔ２））　・・・　（１）
すなわち、演算部ＡＲＴは、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂに蓄積された信号電荷の電荷量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に基づいて対象物ＯＪまでの距離ｄを演算する。演算部ＡＲＴは、この際、時系列で連続して第一信号電荷収集領域９ａと第二信号電荷収集領域９ｂとに蓄積された信号電荷の合計電荷量Ｑ_Ｔ１，Ｑ_Ｔ２に基づいて対象物ＯＪまでの距離ｄを演算する。

　続いて、図９及び図１０を参照して、各距離センサＰにより構成される各画素（チャンネル：ｃｈ）の選択動作について説明する。図９は、各種信号のタイミングチャートと選択される画素との関係を説明するための図である。図１０は、反射部材の動きと画素との関係を説明するための図である。

　図９の（ａ）には、距離画像センサＲＳの各距離センサＰにより構成される各画素（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）において、印加される信号、すなわち第一～第三転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＸ３が駆動信号Ｓ_Ｄと共に示されている。図９の（ｂ）には、パルス光Ｌｐの対象物ＯＪへの照射位置を走査した結果、反射光Ｌｒが入射する距離センサＰ（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）が、太線で囲まれた領域として示されている。本実施形態では、図１０にも示されるように、チャンネル１ｃｈからチャンネル５ｃｈの順に反射光Ｌｒが入射し、その後、チャンネル５ｃｈからチャンネル１ｃｈの順に反射光Ｌｒが入射するように、パルス光Ｌｐの対象物ＯＪへの照射位置の走査が繰り返される。

　本実施形態では、図１０の（ａ）にも示されるように、チャンネル１ｃｈからチャンネル５ｃｈの順に反射光Ｌｒが入射し、その後、チャンネル５ｃｈからチャンネル１ｃｈの順に反射光Ｌｒが入射するように、パルス光Ｌｐの対象物ＯＪへの照射位置の走査が繰り返される。図１０の（ａ）には、反射部材ＭＲの動きが、線図として模式的に示されている。図１０の（ｂ）には、反射光Ｌｒが入射する距離センサＰ（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）が、時系列順に、ハッチングを付した領域として示されている。図１０の（ｂ）には、合計電荷量Ｑ_Ｔ１，Ｑ_Ｔ２が読み出される距離センサＰ（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）も、時系列順に、太線で囲まれた領域として示されている。

　対象物ＯＪでのパルス光Ｌｐの照射位置に応じて、反射光Ｌｒが入射する画素（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）が異なる。たとえば、図９の（ｂ）に示されるように、チャンネル１ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰに反射光Ｌｒが入射する場合、選択部ＳＥＬは、チャンネル１ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰにおいて上述した信号電荷の収集動作（蓄積動作）が行われるように、当該距離センサＰに第一～第三転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＸ３を出力する。たとえば、チャンネル５ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰに反射光Ｌｒが入射する場合、選択部ＳＥＬは、チャンネル５ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰにおいて上述した信号電荷の収集動作（蓄積動作）が行われるように、当該距離センサＰに第一～第三転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＸ３を出力する。すなわち、選択部ＳＥＬは、対象物ＯＪでのパルス光Ｌｐの照射位置に応じて、信号を読み出す画素を複数の画素（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）から選択する。

　演算部ＡＲＴは、選択部ＳＥＬにより選択された画素から信号を読み出し、画素ごとに対象物ＯＪまでの距離を演算する。本実施形態では、演算部ＡＲＴは、一往復の走査、すなわち、各チャンネル１ｃｈ～５ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰに反射光Ｌｒが二度入射し、その二度の反射光Ｌｒの入射により生じた信号電荷をまとめて読み出している。したがって、演算部ＡＲＴは、それぞれ二つの合計電荷量Ｑ_Ｔ１，Ｑ_Ｔ２を、一つの読み出し周期で読み出す。

　選択部ＳＥＬは、反射光Ｌｒが入射しない画素（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）を構成する距離センサＰでは、上述した不要電荷の排出動作が行われるように、当該距離センサＰに第一～第三転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＸ３を出力する。すなわち、反射光Ｌｒが入射しない距離センサＰでは、発生した電荷が排出されるため、当該電荷が蓄積されることはない。

　以上のように、本実施形態では、選択部ＳＥＬ（制御部ＣＯＮＴ）により、パルス光Ｌｐの照射位置に対応する画素（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）を構成する距離センサＰの第一転送電極ＴＸ１に、当該距離センサＰの第一信号電荷収集領域９ａに信号電荷を流入させるように、第一転送信号ＳＴＸ１が出力される。選択部ＳＥＬにより、パルス光Ｌｐの照射位置に対応する上記距離センサＰの第二転送電極ＴＸ２に、当該距離センサＰの第二信号電荷収集領域９ｂに信号電荷を流入させるように、第二転送信号ＳＴＸ２が出力される。すなわち、選択部ＳＥＬにより選択された距離センサＰの電荷発生領域（フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）に発生した電荷が、信号電荷として、第一信号電荷収集領域９ａと第二信号電荷収集領域９ｂとに振り分けられて、対応する領域９ａ，９ｂで信号電荷が収集される。

　選択部ＳＥＬ（制御部ＣＯＮＴ）により、パルス光Ｌｐの照射位置に対応する上記距離センサＰ以外の距離センサＰの第三転送電極ＴＸ３に、当該距離センサＰの不要電荷排出領域１１に不要電荷を流入させるように第三転送信号ＳＴＸ３が出力される。すなわち、信号電荷が収集される距離センサＰ以外の距離センサＰでは、当該距離センサＰの電荷発生領域（フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）に発生した電荷が、不要電荷として、不要電荷排出領域１１から排出される。演算部ＡＲＴにより、選択部ＳＥＬにより選択された距離センサＰの第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂそれぞれに収集された信号電荷の量に対応する信号が読み出され、第一信号電荷収集領域９ａに収集された信号電荷の量と第二信号電荷収集領域９ｂに収集された信号電荷の量との比率に基づいて対象物ＯＪまでの距離が演算される。

　これらのことから、信号電荷が収集される距離センサＰ以外の距離センサＰでは、当該距離センサＰの電荷発生領域（フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）に発生した電荷が、不要電荷として排出されるため、対象物ＯＪまでの距離の演算に対し、不要電荷に基づく電荷量が反映され難い。したがって、測距装置１は、距離計測を適切かつ精度よく行うことができる。測距装置１によれば、対象物ＯＪが移動体である場合でも、動き歪みが抑制された距離画像を取得することができる。

　次に、図１１及び図１２を参照して、本実施形態の変形例を説明する。図１１は、本変形例における、各種信号のタイミングチャートと選択される画素との関係を説明するための図である。図１２は、本変形例における、反射部材の動きと画素との関係を説明するための図である。

　図１１の（ａ）には、図９の（ａ）と同様に、各距離センサＰにより構成される各画素（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）において印加される第一～第三転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＸ３と、駆動信号Ｓ_Ｄと、が示されている。図１１の（ｂ）には、図９の（ｂ）と同様に、パルス光Ｌｐの走査の結果、反射光Ｌｒが入射する距離センサＰ（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）が、太線で囲まれた領域として示されている。本変形例でも、図１２にも示されるように、チャンネル１ｃｈからチャンネル５ｃｈの順に反射光Ｌｒが入射し、その後、チャンネル５ｃｈからチャンネル１ｃｈの順に反射光Ｌｒが入射するように、パルス光Ｌｐの対象物ＯＪへの照射位置の走査が繰り返される。

　本変形例でも、図１２の（ａ）に示されるように、チャンネル１ｃｈからチャンネル５ｃｈの順に反射光Ｌｒが入射し、その後、チャンネル５ｃｈからチャンネル１ｃｈの順に反射光Ｌｒが入射するように、パルス光Ｌｐの対象物ＯＪへの照射位置の走査が繰り返される。図１２の（ａ）には、図１０の（ａ）と同様に、反射部材ＭＲの動きが、線図として模式的に示されている。図１２の（ｂ）には、反射光Ｌｒが入射する距離センサＰ（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）が、時系列順に、ハッチングを付した領域として示されている。図１２の（ｂ）には、反射光Ｌｒが入射しないタイミングで電荷量が読み出される距離センサＰ（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）が、時系列順に、太線で囲まれた領域して示されている。

　たとえば、図１１の（ｂ）に示されるように、チャンネル１ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰに反射光Ｌｒが入射する場合、選択部ＳＥＬは、チャンネル１ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰにおいて上述した信号電荷の収集動作（蓄積動作）が行われるように、当該距離センサＰに第一～第三転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＸ３を出力する。

　選択部ＳＥＬは、信号電荷の収集動作に先立って、チャンネル１ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰに反射光Ｌｒが入射しないタイミングで、電荷の収集動作（蓄積動作）が行われるように、当該距離センサＰに第一～第三転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＸ３を出力する。チャンネル１ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰに反射光Ｌｒが入射しないタイミングは、当該距離センサＰに反射光Ｌｒが入射する照射位置へパルス光Ｌｐが出射されないタイミングである。反射光Ｌｒが入射しないタイミングで収集される電荷は、背景光、又は、他のチャンネル２ｃｈ～５ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰに入射する反射光Ｌｒの一部などの外乱光によって生じた電荷であり、信号電荷に対してノイズ成分である。

　選択部ＳＥＬは、同様に、チャンネル１ｃｈ以外のチャンネル２ｃｈ～５ｃｈに対しても、信号電荷の収集動作、及び、信号電荷の収集動作に先立った電荷の収集動作を行うように、対応する距離センサＰに第一～第三転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＸ３を出力する。信号電荷の収集動作に先立って収集動作により収集される電荷は、信号電荷と同様に、第一信号電荷収集領域９ａと第二信号電荷収集領域９ｂとに収集される。各チャンネル１ｃｈ～５ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰに反射光Ｌｒが入射しないタイミングでは、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂへ信号電荷を流入させるタイミングと異なるタイミングでもある。

　演算部ＡＲＴは、選択部ＳＥＬにより選択された画素から信号を読み出し、画素ごとに対象物ＯＪまでの距離を演算する。本変形例では、演算部ＡＲＴは、各チャンネルチャンネル１ｃｈ～５ｃｈに対応する画素を構成する距離センサＰ毎に、信号電荷の収集動作に基づく電荷量Ｑ_１，Ｑ_２と、信号電荷の収集動作に先立った電荷の収集動作に基づく電荷量を読み出す。演算部ＡＲＴは、信号電荷の収集動作に基づく電荷量Ｑ_１から、信号電荷の収集動作に先立った電荷の収集動作において第一信号電荷収集領域９ａに収集された電荷量ｑ_１が減じられた電荷量（Ｑ_１－ｑ_１）と、信号電荷の収集動作に基づく電荷量Ｑ_２から、信号電荷の収集動作に先立った電荷の収集動作において第二信号電荷収集領域９ｂに収集された電荷量ｑ_２が減じられた電荷量（Ｑ_２－ｑ_２）と、の比率に基づいて対象物ＯＪまでの距離を演算する。

　本変形例においても、選択部ＳＥＬは、反射光Ｌｒが入射しない画素（チャンネル１ｃｈ～５ｃｈ）を構成する距離センサＰのうち、上述した信号電荷の収集動作に先立った電荷の収集動作を行う距離センサＰを除いた距離センサＰで、上述した不要電荷の排出動作が行われるように、当該距離センサＰに第一～第三転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２，ＳＴＸ３を出力する。すなわち、反射光Ｌｒが入射せず、かつ、信号電荷の収集動作に先立った電荷の収集動作を行わない距離センサＰでは、発生した電荷が排出されるため、当該電荷が蓄積されることはない。

　以上のように、本変形例では、選択部ＳＥＬ（制御部ＣＯＮＴ）により、選択された距離センサＰにおいて、当該距離センサＰの第一転送電極ＴＸ１に、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂへの信号電荷の流入に先立って、光源ＬＳからパルス光Ｌｐが出射されないタイミングで、第一信号電荷収集領域９ａに電荷を流入させるように、第一転送信号ＳＴＸ１が出力される。選択部ＳＥＬにより、選択された上記距離センサＰにおいて、当該距離センサＰの第二転送電極ＴＸ２に、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂへの信号電荷の流入に先立って、光源ＬＳからパルス光Ｌｐが出射されないタイミングで、第二信号電荷収集領域９ｂに電荷を流入させるように、第二転送信号ＳＴＸ２が出力される。すなわち、選択部ＳＥＬにより選択された距離センサＰの電荷発生領域（フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）において、当該距離センサＰに対応するパルス光Ｌｐの出射によらない電荷が、第一信号電荷収集領域９ａと第二信号電荷収集領域９ｂとに振り分けられて、対応する領域９ａ，９ｂで収集される。

　演算部ＡＲＴにより、光源ＬＳからパルス光Ｌｐが出射されないタイミングで第一信号電荷収集領域９ａに収集された電荷の量ｑ_１が減じられた第一信号電荷収集領域９ａに収集された信号電荷の量（Ｑ_１－ｑ_１）と、光源ＬＳからパルス光Ｌｐが出射されないタイミングで第二信号電荷収集領域９ｂに収集された電荷の量ｑ_２が減じられた第二信号電荷収集領域９ｂに収集された信号電荷の量（Ｑ_２－ｑ_２）と、の比率に基づいて対象物ＯＪまでの距離が演算される。すなわち、選択された距離センサＰに対応するパルス光Ｌｐの出射によらない電荷が減じられることにより、対象物ＯＪまでの距離の演算に対し、上述した外乱光に基づく電荷量が反映され難い。したがって、本変形例では、距離計測をより一層適切かつ精度よく行うことができる。

　以上、本発明の実施形態及び実施形態の変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

　たとえば、上記実施形態及び変形例では、各距離センサＰは、それぞれ一対の、第一信号電荷収集領域９ａ、第二信号電荷収集領域９ｂ、不要電荷排出領域１１、第一転送電極ＴＸ１、第二転送電極ＴＸ２、及び第三転送電極ＴＸ３を備えているが、各距離センサＰが有する第一信号電荷収集領域９ａ、第二信号電荷収集領域９ｂ、不要電荷排出領域１１、及び第一～第三転送電極ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３の数は、これに限られない。各距離センサＰが有する第一信号電荷収集領域９ａ、第二信号電荷収集領域９ｂ、不要電荷排出領域１１、及び第一～第三転送電極ＴＸ１，ＴＸ２，ＴＸ３の数は、一つであってもよく、三つ以上であってもよい。距離画像センサＲＳが有する距離センサＰの数も、五つでなくてもよく、複数であればよい。本実施形態及び本変形例では、選択部ＳＥＬにより選択されたる画素（距離センサＰ）の数は、一つであるが、二つ以上であってもよい。

　本実施形態及び本変形例では、反射部材ＭＲにより、光源ＬＳから出射されたパルス光Ｌｐの光路を変更し、パルス光Ｌｐの対象物ＯＪへの照射位置を走査しているが、これに限られない。反射部材ＭＲを用いることなく、光源ＬＳを移動ざせることにより、パルス光Ｌｐの対象物ＯＪへの照射位置を走査してもよい。

　本変形例では、選択部ＳＥＬ（制御部ＣＯＮＴ）は、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂへの信号電荷の流入に先立って、光源ＬＳからパルス光Ｌｐが出射されないタイミングで、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂに電荷を流入させるように、第一及び第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２を出力しているが、これに限られない。選択部ＳＥＬ（制御部ＣＯＮＴ）は、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂへの信号電荷の流入の後で、かつ、光源ＬＳからパルス光Ｌｐが出射されないタイミングで、第一及び第二信号電荷収集領域９ａ，９ｂに電荷を流入させるように、第一及び第二転送信号ＳＴＸ１，ＳＴＸ２を出力してもよい。

　本実施形態では、各距離センサＰにおいて、時系列で連続する二回の収集動作（蓄積動作）により収集された電荷の量が読み出されているが、これに限られない。各距離センサＰにおいて、時系列で連続する三回以上の収集動作により収集された電荷の量が読み出されてもよい。このように、収集動作の回数が増えるにしたがって、収集される電荷の量も増加し、十分な信号量が確保される。もちろん、二回の収集動作にて収集された電荷の量によっても、十分な信号量が確保される。

　距離画像センサＲＳは、複数の距離センサＰが一次元に配置されたラインセンサに限られない。距離画像センサＲＳは、複数の距離センサＰが二次元に配置されているセンサであってもよい。この場合、二次元画像を容易に得ることができる。

　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、裏面照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は、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）により構成されていてもよい。

　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。

　本発明は、対象物までの距離を測定する測距装置に利用できる。

　１…測距装置、９ａ…第一信号電荷収集領域、９ｂ…第二信号電荷収集領域、１１…不要電荷排出領域、Ａ…一次元方向、ＡＲＴ…演算部、ＣＯＮＴ…制御部、ＤＲＶ…駆動部、Ｌｐ…パルス光、Ｌｒ…反射光、ＬＳ…光源、ＭＲ…反射部材、ＯＪ…対象物、Ｐ…距離センサ、ＰＧ…フォトゲート電極、Ｐｉ…照射位置、ＲＳ…距離画像センサ、ＳＥＬ…選択部、ＳＴＸ１…第一転送信号、ＳＴＸ２…第二転送信号、ＳＴＸ３…第三転送信号、ＴＸ１…第一転送電極、ＴＸ２…第二転送電極、ＴＸ３…第三転送電極。

Claims

　測距装置であって、
　光源から出射されたパルス光の対象物への照射位置を走査する走査部と、
　一次元方向に配置されている複数の画素を有し、前記対象物でのパルス光の反射光が入射する受光部と、
　前記走査部によるパルス光の照射位置に応じて、信号を読み出す画素を前記複数の画素から選択する選択部と、
　前記選択部により選択された画素から信号を読み出し、前記対象物までの距離を演算する演算部と、を備え、
　前記複数の画素それぞれは、
　　入射光に応じて電荷が発生する電荷発生領域と、
　　前記電荷発生領域からそれぞれ離間して配置され、前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として収集する第一及び第二信号電荷収集領域と、
　　前記電荷発生領域から離間して配置され、前記電荷発生領域にて発生した電荷を不要電荷として排出する不要電荷排出領域と、
　　前記第一信号電荷収集領域と前記電荷発生領域との間に配置され、第一転送信号に応じて前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として前記第一信号電荷収集領域に流入させる第一転送電極と、
　　前記第二信号電荷収集領域と前記電荷発生領域との間に配置され、前記第一転送信号と位相が異なる第二転送信号に応じて前記電荷発生領域にて発生した電荷を信号電荷として前記第二信号電荷収集領域に流入させる第二転送電極と、
　　前記不要電荷排出領域と前記電荷発生領域との間に配置され、前記第一及び第二転送信号と位相が異なる第三転送信号に応じて前記電荷発生領域にて発生した電荷を不要電荷として前記不要電荷排出領域に流入させる第三転送電極と、を備えており、
　前記選択部は、前記走査部によるパルス光の照射位置に応じて、前記複数の画素のうち前記照射位置に対応する画素の前記第一及び第二信号電荷収集領域に信号電荷を流入させるように前記第一転送電極に前記第一転送信号を出力すると共に前記第二転送電極に前記第二転送信号を出力し、前記複数の画素のうち前記照射位置に対応する画素以外の画素の前記不要電荷排出領域に不要電荷を流入させるように前記第三転送電極に前記第三転送信号を出力し、
　前記演算部は、前記選択部により選択された画素の前記第一及び第二信号電荷収集領域それぞれに収集された信号電荷の量に対応する信号を読み出し、前記第一信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量と前記第二信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量との比率に基づいて前記対象物までの距離を演算する。
　請求項１に記載の測距装置であって、
　前記選択部は、選択した画素において、前記第一及び第二信号電荷収集領域へ信号電荷を流入させるタイミングと異なり、かつ、前記光源からパルス光が出射されないタイミングで、前記第一及び第二信号電荷収集領域に電荷を流入させるように前記第一転送電極に前記第一転送信号を出力すると共に前記第二転送電極に前記第二転送信号を出力し、
　前記演算部は、前記光源からパルス光が出射されないタイミングで前記第一信号電荷収集領域に収集された電荷の量が減じられた前記第一信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量と、前記光源からパルス光が出射されないタイミングで前記第二信号電荷収集領域に収集された電荷の量が減じられた前記第二信号電荷収集領域に収集された信号電荷の量と、の比率に基づいて前記対象物までの距離を演算する。