WO2020255759A1 - 測距装置、測距方法、および、測距システム - Google Patents

測距装置、測距方法、および、測距システム Download PDF

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Definitions

  • the DirectToF sensor (hereinafter, simply referred to as a ToF sensor) directly measures the distance from the time when the light is irradiated toward the subject and the time when the reflected light reflected from the subject is received.
  • the ranging device on the first aspect of the present technology includes a readout circuit that outputs the timing at which a photon is detected in the light receiving element, a TDC that counts the time based on the output of the readout circuit, and the TDC is the first.
  • a first histogram generation unit that generates a first histogram based on the count value counted with the time resolution of the first histogram, a calculation unit that determines a predetermined bin range of the first histogram, and the TDC being the first
  • the second histogram generator that generates the second histogram of the predetermined bin range based on the count value counted by the second time resolution higher than the time resolution of, and based on the second histogram. It is provided with a distance calculation unit that calculates the distance to the object.
  • the distance measuring system 11 is a system that measures the distances to the object 12 and the object 13 as measurement targets by using, for example, the ToF method.
  • the distance measuring system 11 includes a timing signal generation circuit 21, a lighting device 22, and a distance measuring device 23.
  • the light receiving device 42 is affected by ambient light, multipath, etc. by repeating the light emission of the light source 32 and the reception of the reflected light a plurality of times (for example, several thousand to tens of thousands of times). It is possible to generate and output a distance image from which.
  • the histogram generation unit 132 generates a histogram based on the TDC codes from the plurality of TDCs 112 belonging to the pixel group in charge of the histogram generation unit 132, so that the plurality of pixels of the pixel group in charge of the histogram generation unit 132 are generated.
  • a histogram is generated for all of a plurality of active pixels in the pixel group.
  • a histogram of one pixel set as the active pixel is generated.
  • the gating inversion signal VG_I of Hi (1) is supplied to the switch 143, and the switch 143 is turned on.
  • the switch 143 is turned on, the cathode voltage VS of the SPAD 101 becomes 0V.
  • the voltage between the anode and the cathode of the SPAD 101 becomes equal to or lower than the breakdown voltage VBD, so that even if a photon enters the SPAD 101, it does not react.
  • the histogram generation unit 132 has a larger TDC. Need to correspond to the code. As a result, the circuit area of the histogram generation unit 132 increases, and the cost increases. For example, if the TDC code is N bits and the frequency value is accumulated in M bits using a D-FF circuit (D-flip-flop circuit) of M bits per bin of the histogram, the histogram generator 132 Requires 2 N x M D-FF circuits.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating high resolution measurement in pixel 81A.
  • the distance db1 to the start point sb1 of the bin range R_PK2 of the histogram set at the time of high resolution measurement can be obtained from the TDC code at the time of low resolution measurement. Further, the distance db2 from the start point sb1 of the bin range R_PK2 to the point sb2 detected as a peak in the high resolution measurement can be obtained from the TDC code in the high resolution measurement. Therefore, the distance calculation unit 133'can obtain the distance to the object in the pixel 81B by adding the distance db1 and the distance db2.
  • the above processing is executed in parallel for a plurality of active pixels in the pixel array 72.
  • the third configuration example of FIG. 14 is different from the first configuration example shown in FIG. 7 in that the mask signal is supplied to the input unit 131'.
  • the read circuit 102 is the same as the basic configuration example.
  • the distance calculation unit 133' may determine a plurality of bin ranges corresponding to a plurality of peaks. For example, as shown in C of FIG. 15, among the peaks PK11, PK12, and PK13 detected in the histogram at the time of low resolution measurement, the bin range including the peak PK13 having the first frequency value and the frequency value of 2 The two bin ranges with the bin range containing the second PK11 may be determined as the bin range of the histogram at the time of high resolution measurement.
  • the number of bins of the histogram at the time of low resolution measurement and the number of bins of the histogram at the time of high resolution measurement are set to be the same. Specifically, since the TDC code counted by the TDC 112 is N bits, the number of bins in the histogram during low-resolution measurement and high-resolution measurement was 2 N in both cases.
  • the SPAD 101 is arranged in each pixel 81 of the pixel array 72, and one read circuit 102'is provided for the SPAD 101 of the plurality of pixels 81.
  • the read circuit 102' for example, when the light receiving device 42 is composed of one chip having a laminated structure shown in FIG. 16A, the read circuit 102'is under the region of a plurality of SPAD 101 to be read from the pixel array 72 of the sensor die 151. It can be placed on the logic die 152.
  • the readout circuit 102' may be arranged on the outer peripheral portion of the pixel array 72 of the sensor die 151.
  • one TDC 112 is provided for the plurality of read circuits 102'. Then, one histogram generation unit 132 is provided for the plurality of TDC 112s.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumpers, back doors, and the upper part of the windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100, for example.
  • the imaging unit 12101 provided on the front nose and the imaging unit 12105 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire images of the side of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 12100.
  • the images in front acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.

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Abstract

本技術は、低コストで距離測定の精度を向上させることができるようにする測距装置、測距方法、および、測距システムに関する。 測距装置は、受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路と、読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCと、TDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムを生成する第１のヒストグラム生成部と、第１のヒストグラムの所定のビン範囲を決定する演算部と、TDCが第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、所定のビン範囲の第２のヒストグラムを生成する第２のヒストグラム生成部と、第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離を算出する距離演算部とを備える。本技術は、例えば、例えば、被写体までの奥行き方向の距離を検出する測距システム等に適用できる。

Description

測距装置、測距方法、および、測距システム
　本技術は、測距装置、測距方法、および、測距システムに関し、特に、低コストで距離測定の精度を向上させることができるようにした測距装置、測距方法、および、測距システムに関する。
　被写体までの距離を測定する測距センサの一つに、Direct ToF(Time of flight)センサがある。Direct ToFセンサ（以下、単にToFセンサと称する。）は、被写体に向けて光を照射した時刻と、被写体から反射された反射光を受信した時刻とから距離を直接測定する。
　ToFセンサでは、光を照射した時刻から反射光を受信した時刻までの光の飛行時間がTDC(time to digital converter)によって距離相当のカウント値に変換される。光の照射と受信は、外乱光やマルチパスの影響を除去するために、複数回に渡って実施される。そして、複数回分のカウント値のヒストグラムが生成され、頻度値が最も大きいカウント値が、最終的なカウント値として出力される。
　ToFセンサが測定可能な距離の範囲を拡大しようとすると、カウント値が大きくなるため、ヒストグラムのビン数を増やす必要があり、ヒストグラム生成回路の製造コストが増大する。
　測定可能な距離の範囲を拡大する手法として、例えば、特許文献１には、ToFによる低分解能の測距と、フーリエ変換を用いた高分解能の測距の２段階の方式を組み合わせた距離測定方法が開示されている。
特開２０１３－１１５５８号公報
　しかしながら、特許文献１のようにToF方式以外の測距手段を組み合わせる方法では、ToF方式以外の測距手段の回路が別途必要になるため、やはり製造コストが増大する。
　本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、低コストで距離測定の精度を向上させることができるようにするものである。
　本技術の第１の側面の測距装置は、受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路と、前記読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCと、前記TDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムを生成する第１のヒストグラム生成部と、前記第１のヒストグラムの所定のビン範囲を決定する演算部と、前記TDCが前記第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、前記所定のビン範囲の第２のヒストグラムを生成する第２のヒストグラム生成部と、前記第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離を算出する距離演算部とを備える。
　本技術の第２の側面の測距方法は、受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路と、前記読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCとを備える測距装置が、前記TDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムを生成し、前記第１のヒストグラムの所定のビン範囲を決定し、前記TDCが前記第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、前記所定のビン範囲の第２のヒストグラムを生成し、前記第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離を算出する。
　本技術の第３の側面の測距システムは、照射光を照射する照明装置と、前記照射光が物体に反射された反射光を受光する測距装置とを備え、前記測距装置は、受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路と、前記読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCと、前記TDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムを生成する第１のヒストグラム生成部と、前記第１のヒストグラムの所定のビン範囲を決定する演算部と、前記TDCが前記第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、前記所定のビン範囲の第２のヒストグラムを生成する第２のヒストグラム生成部と、前記第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離を算出する距離演算部とを備える。
　本技術の第１乃至第３の側面においては、受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムが生成され、前記第１のヒストグラムの所定のビン範囲が決定される。そして、前記TDCが前記第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、前記所定のビン範囲の第２のヒストグラムが生成され、前記第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離が算出される。
　測距装置及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
本技術を適用した測距システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 図１の受光装置の構成例を示すブロック図である。 比較例としての受光装置の基本構成例を示すブロック図である。 画素の回路構成例を示す図である。 画素の動作を説明する図である。 TDCおよびヒストグラム生成部の動作を説明する図である。 受光装置の第１構成例を示すブロック図である。 アクティブ画素の例を示す図である。 受光装置の低分解能測定を説明する図である。 高分解能測定を説明する図である。 高分解能測定を説明する図である。 距離測定処理を説明するフローチャートである。 受光装置の第２構成例を示すブロック図である。 受光装置の第３構成例を示すブロック図である。 高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲の決定方法を説明する図である。 受光装置のチップ構成例を示す斜視図である。 図７の受光装置の第１構成例の変形例を示すブロック図である。 図７の受光装置の第１構成例の変形例を示すブロック図である。 測距システムの使用例を説明する図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．測距システムの構成例
２．受光装置の概略構成例
３．受光装置の基本構成例
４．受光装置の第１構成例
５．受光装置の測距方法
６．受光装置の第２構成例
７．受光装置の第３構成例
８．変形例
９．測距システムの使用例
１０．移動体への応用例
＜１．測距システムの構成例＞
　図１は、本技術を適用した測距システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
　測距システム１１は、例えば、ToF法を用いて、測定対象としての物体１２及び物体１３までの距離を測定するシステムである。測距システム１１は、タイミング信号生成回路２１、照明装置２２、及び、測距装置２３を備える。
　タイミング信号生成回路２１は、照明装置２２が光を照射するタイミングを制御する発光タイミング信号を生成し、照明装置２２および測距装置２３に供給する。
　照明装置２２は、照明制御部３１及び光源３２を備える。
　照明制御部３１は、タイミング信号生成回路２１から供給される発光タイミング信号に従って、光源３２に光を照射させる。例えば、発光タイミング信号は、High（１）とLow（０）のパルス信号で構成され、照明制御部３１は、発光タイミング信号が、Highのとき光源３２を点灯させ、発光タイミング信号がLowのとき光源３２を消灯させる。
　光源３２は、照明制御部３１の制御の下、所定の波長域の光を発する。光源３２は、例えば、赤外線レーザダイオードで構成される。なお、光源３２の種類、及び、照射光の波長域は、測距システム１１の用途等に応じて任意に設定することが可能である。
　測距装置２３は、照明装置２２から照射された光（照射光）が物体１２または物体１３によって反射された反射光を受光し、反射光を受光したタイミングに基づいて物体までの距離を算出する。
　測距装置２３は、レンズ４１、及び、受光装置４２を備える。レンズ４１は、入射光を受光装置４２の受光面に結像させる。なお、レンズ４１の構成は任意であり、例えば、複数のレンズ群によりレンズ４１を構成することも可能である。
　受光装置４２は、例えば、受光素子としてSPAD（Single Photon Avalanche Diode）やAPD(Avalanche photodiode)などを用いた画素が行方向及び列方向の行列状に２次元配置された画素アレイを有する。受光装置４２は、照明装置２２が照射光を照射してから受光装置４２が受光するまでの時間をカウントしたデジタルのカウント値と光速とに基づいて、物体１２または物体１３までの距離を求める演算を行い、その演算結果を各画素に格納した距離画像を生成して出力する。光源３２が発光するタイミングを示す発光タイミング信号は、タイミング信号生成回路２１から受光装置４２にも供給される。
　なお、測距システム１１では、光源３２の発光と、その反射光の受光とを複数回（例えば、数千乃至数万回）繰り返すことにより、受光装置４２が、外乱光やマルチパス等の影響を除去した距離画像を生成して出力することができる。
＜２．受光装置の概略構成例＞
　図２は、受光装置４２の概略構成例を示すブロック図である。
　受光装置４２は、画素駆動部７１、画素アレイ７２、時間計測部７３、信号処理部７４、および、入出力部７５を備える。
　画素アレイ７２は、光子の入射を検出し、検出結果を示す検出信号を画素信号として出力する画素８１が行方向及び列方向の行列状に２次元配置されて構成されている。ここで、行方向とは水平方向の画素８１の配列方向を言い、列方向とは垂直方向の画素８１の配列方向を言う。図２では、紙面の制約上、画素アレイ７２が１０行１２列の画素配列構成で示されているが、画素アレイ７２の行数および列数は、これに限定されず、任意である。
　画素アレイ７２の行列状の画素配列に対して、画素行ごとに画素駆動線８２が水平方向に配線されている。画素駆動線８２は、画素８１の駆動を行うための駆動信号を伝送する。なお、図２では、画素駆動線８２を１本の配線として示しているが、複数の配線で構成してもよい。
　画素駆動部７１は、画素駆動線８２を介して所定の駆動信号を各画素８１に供給することにより、各画素８１を駆動する。具体的には、画素駆動部７１は、入出力部７５を介して外部から供給される発光タイミング信号に合わせた所定のタイミングで、行列状に２次元配置された複数の画素８１の少なくとも一部をアクティブ画素とし、残りの画素８１を非アクティブ画素とする制御を行う。アクティブ画素は、光子の入射を検出する画素であり、非アクティブ画素は、光子の入射を検出しない画素である。なお、水平方向に配線された画素駆動線８２だけでなく、垂直方向に配線された画素駆動線（不図示）も用いて、両者の論理積により、アクティブ画素及び非アクティブ画素の制御を行ってもよい。勿論、画素アレイ７２の全ての画素８１をアクティブ画素としてもよい。画素アレイ７２内のアクティブ画素で生成された画素信号は、時間計測部７３へ入力される。画素８１の詳細構成については後述する。
　時間計測部７３は、画素アレイ７２のアクティブ画素から供給される画素信号と、光源３２の発光タイミングを示す発光タイミング信号とに基づいて、光源３２が光を発光してからアクティブ画素が光を受光するまでの時間に対応するカウント値を生成する。発光タイミング信号は、入出力部７５を介して外部（タイミング信号生成回路２１）から時間計測部７３へ供給される。
　信号処理部７４は、所定の回数（例えば、数千乃至数万回）繰り返し実行される光源３２の発光と、その反射光の受光とに基づいて、反射光を受光するまでの時間をカウントしたカウント値のヒストグラムを画素ごとに作成する。そして、信号処理部７４は、ヒストグラムのピークを検出することで、光源３２から照射された光が物体１２または物体１３で反射して戻ってくるまでの時間を判定する。信号処理部７４は、受光装置４２が受光するまでの時間をカウントしたデジタルのカウント値と光速とに基づいて、物体までの距離を算出する。
　入出力部７５は、信号処理部７４において検出された各画素の距離を画素値として格納した距離画像を生成し、距離画像の信号（距離画像信号）を、外部に出力する。また、入出力部７５は、タイミング信号生成回路２１から供給される発光タイミング信号を取得し、画素駆動部７１および時間計測部７３に供給する。
　受光装置４２は、以上のように構成されている。
＜３．受光装置の基本構成例＞
　受光装置４２の詳細構成を説明する前に、受光装置４２の前提となる受光装置の基本構成例について説明する。
　図３は、受光装置４２と比較する比較例としての受光装置の基本構成例を示すブロック図である。
　図３の基本構成例においては、画素アレイ７２の各画素８１は、SPAD１０１と、読み出し回路１０２とを有し、時間計測部７３は、TDCクロック生成部１１１と、複数のTDC１１２とを有し、信号処理部７４は、入力部１３１、ヒストグラム生成部１３２、および、距離演算部１３３を有する。
　SPAD（単一光子アバランシェフォトダイオード）１０１は、入射光が入射されたとき、発生する電子をアバランシェ増幅させて信号を出力する受光素子である。なお、受光素子として、SPADではなく、APDを用いることもできる。
　読み出し回路１０２は、SPAD１０１において光子が検出されたタイミングを検出信号PFout（図４）として出力する回路である。
　したがって、画素８１では、SPAD１０１に入射光が入射されたタイミングを読み出し回路１０２が読み出して、TDC１１２に出力する。
　なお、本実施の形態では、簡単のため、１つの画素８１に、SPAD１０１と、読み出し回路１０２とが１対１で設けられていることとするが、図１７を参照して後述するように、複数のSPAD１０１に対して、１つの読み出し回路１０２を設けてもよい。
　TDCクロック生成部１１１は、時間計測部７３内に１つ設けられ、TDCクロック信号を生成して、時間計測部７３内の全てのTDC１１２に供給する。TDCクロック信号は、TDC１１２が、照射光を照射してから画素８１が受光するまでの時間をカウントするためのクロック信号である。
　TDC（Time to Digital Converter）１１２は、読み出し回路１０２の出力に基づいて、時間をカウントし、その結果得られたカウント値を、信号処理部７４の入力部１３１に供給する。以下では、TDC１１２がカウントする値をTDCコードと呼ぶ。
　TDC１１２には、TDCクロック生成部１１１からTDCクロック信号が供給される。TDC１１２は、TDCクロック信号に基づいて、TDCコードを０から順にカウントアップする。そして、読み出し回路１０２から入力される検出信号PFoutが、SPAD１０１に入射光が入射されたタイミングを示した時点でカウントアップを停止し、最終状態のTDCコードを、入力部１３１に出力する。
　入力部１３１の入力段には、複数のTDC１１２が接続され、入力部１３１の出力段には、１つのヒストグラム生成部１３２が接続されている。入力部１３１は、複数のTDC１１２のいずれかから出力されたTDCコードを、ヒストグラム生成部１３２に入力する。すなわち、後段のヒストグラム生成部１３２は、画素アレイ７２の複数の画素８１単位で設けられている。１つのヒストグラム生成部１３２が担当する複数の画素８１を画素グループと称することとすると、入力部１３１は、ヒストグラム生成部１３２が担当する画素グループに属する複数の画素８１に対応する複数のTDC１１２のいずれかから、TDCコードが出力された場合に、そのTDCコードを、ヒストグラム生成部１３２に入力させる。
　ヒストグラム生成部１３２は、光源３２が光を照射してから反射光を受光するまでの時間であるTDCコードのヒストグラムを生成する。測距システム１１では、１回の距離画像の生成において、光源３２の発光と、その反射光の受光とが所定回数（例えば、数千乃至数万回）繰り返されるので、複数のTDCコードが発生する。ヒストグラム生成部１３２は、発生した複数のTDCコードについて、ヒストグラムを生成し、距離演算部１３３に供給する。
　ヒストグラム生成部１３２は、上述したように、ヒストグラム生成部１３２が担当する画素グループに属する複数のTDC１１２からのTDCコードに基づいてヒストグラムを生成するので、ヒストグラム生成部１３２が担当する画素グループの複数画素が同時にアクティブ画素に設定されている場合には、画素グループ内の複数のアクティブ画素全体におけるヒストグラムを生成する。一方、ヒストグラム生成部１３２が担当する画素グループのいずれか１画素がアクティブ画素に設定されている場合には、アクティブ画素に設定された１画素のヒストグラムを生成する。
　なお、図３の基本構成例および、後述する受光装置４２の構成では、ヒストグラム生成部１３２の回路面積削減のため、このように、複数画素からなる画素グループ単位で、ヒストグラム生成部１３２を設けることとするが、勿論、画素単位に、ヒストグラム生成部１３２を設けてもよい。
　距離演算部１３３は、ヒストグラム生成部１３２から供給されるヒストグラムにおいて、例えば、頻度値が最大（ピーク）となるTDCコードを検出する。距離演算部１３３は、ピークとなったTDCコードと光速とに基づいて、物体までの距離を求める演算を行う。
　基本構成例においては、図３に示される、画素アレイ７２の複数の画素８１と、それに対応する、複数のTDC１１２、入力部１３１、ヒストグラム生成部１３２、および、距離演算部１３３のセットが、受光装置全体では、複数設けられている。そして、受光装置全体では、画素アレイ７２内に設定された各アクティブ画素のヒストグラムが並列に（同時に）生成され、各アクティブ画素の距離が算出される。
　図４は、画素８１の回路構成例を示している。
　図４の画素８１は、SPAD１０１と、トランジスタ１４１およびインバータ１４２で構成される読み出し回路１０２とを備える。また、画素８１は、スイッチ１４３、ラッチ回路１４４、および、インバータ１４５も備える。トランジスタ１４１は、P型のMOSトランジスタで構成される。
　SPAD１０１のカソードは、トランジスタ１４１のドレインに接続されるとともに、インバータ１４２の入力端子、及び、スイッチ１４３の一端に接続されている。SPAD１０１のアノードは、電源電圧VA（以下では、アノード電圧VAとも称する。）に接続されている。
　SPAD１０１は、入射光が入射されたとき、発生する電子をアバランシェ増幅させてカソード電圧VSの信号を出力するフォトダイオード（単一光子アバランシェフォトダイオード）である。SPAD１０１のアノードに供給される電源電圧VAは、例えば、-２０V程度の負バイアス（負の電位）とされる。
　トランジスタ１４１は、飽和領域で動作する定電流源であり、クエンチング抵抗として働くことにより、パッシブクエンチを行う。トランジスタ１４１のソースは電源電圧VEに接続され、ドレインがSPAD１０１のカソード、インバータ１４２の入力端子、及び、スイッチ１４３の一端に接続されている。これにより、SPAD１０１のカソードにも、電源電圧VEが供給される。SPAD１０１と直列に接続されたトランジスタ１４１の代わりに、プルアップ抵抗を用いることもできる。
　SPAD１０１には、十分な効率で光（フォトン）を検出するため、SPAD１０１の降伏電圧VBDよりも大きな電圧（過剰バイアス（ExcessBias））が印加される。例えば、SPAD１０１の降伏電圧VBDが２０Vであり、それよりも３V大きい電圧を印加することとすると、トランジスタ１４１のソースに供給される電源電圧VEは、３Vとされる。
　なお、SPAD１０１の降伏電圧VBDは、温度等によって大きく変化する。そのため、降伏電圧VBDの変化に応じて、SPAD１０１に印加する印加電圧が制御（調整）される。例えば、電源電圧VEを固定電圧とすると、アノード電圧VAが制御（調整）される。
　スイッチ１４３は、両端の一端がSPAD１０１のカソード、インバータ１４２の入力端子、および、トランジスタ１４１のドレインに接続され、他端が、グランド（GND）に接続されているグランド接続線１４６に接続されている。スイッチ１４３は、例えば、N型のMOSトランジスタで構成することができ、ラッチ回路１４４の出力であるゲーティング制御信号VGを、インバータ１４５で反転させたゲーティング反転信号VG_Iに応じてオンオフさせる。
　ラッチ回路１４４は、画素駆動部７１から供給されるトリガ信号SETと、アドレスデータDECとに基づいて、画素８１をアクティブ画素または非アクティブ画素のいずれかに制御するゲーティング制御信号VGをインバータ１４５に供給する。インバータ１４５は、ゲーティング制御信号VGを反転させたゲーティング反転信号VG_Iを生成し、スイッチ１４３に供給する。
　トリガ信号SETは、ゲーティング制御信号VGを切り替えるタイミングを示すタイミング信号であり、アドレスデータDECは、画素アレイ７２内の行列状に配置された複数の画素８１のうち、アクティブ画素に設定する画素のアドレスを示すデータである。トリガ信号SETとアドレスデータDECは、画素駆動線８２を介して画素駆動部７１から供給される。
　ラッチ回路１４４は、トリガ信号SETが示す所定のタイミングで、アドレスデータDECを読み込む。そして、ラッチ回路１４４は、アドレスデータDECが示す画素アドレスに自分（の画素８１）の画素アドレスが含まれている場合には、自身の画素８１をアクティブ画素に設定するためのHi（1)のゲーティング制御信号VGを出力する。一方、アドレスデータDECが示す画素アドレスに自分（の画素８１）の画素アドレスが含まれていない場合には、自身の画素８１を非アクティブ画素に設定するためのLo（0)のゲーティング制御信号VGを出力する。これにより、画素８１がアクティブ画素とされる場合には、インバータ１４５によって反転されたLo(0)のゲーティング反転信号VG_Iがスイッチ１４３に供給される。一方、画素８１が非アクティブ画素とされる場合には、Hi（1)のゲーティング反転信号VG_Iがスイッチ１４３に供給される。したがって、スイッチ１４３は、画素８１がアクティブ画素に設定される場合にオフし（非接続とされ）、非アクティブ画素に設定される場合にオンされる（接続される）。
　インバータ１４２は、入力信号としてのカソード電圧VSがLoのとき、Hiの検出信号PFoutを出力し、カソード電圧VSがHiのとき、Loの検出信号PFoutを出力する。インバータ１４２は、SPAD１０１への光子の入射を検出信号PFoutとして出力する出力部である。
　次に、図５を参照して、画素８１がアクティブ画素に設定された場合の動作について説明する。
　図５は、光子の入射に応じたSPAD１０１のカソード電圧VSの変化と検出信号PFoutを示すグラフである。
　まず、画素８１がアクティブ画素である場合、上述したように、スイッチ１４３はオフに設定される。
　SPAD１０１のカソードには電源電圧VE（例えば、３V）が供給され、アノードには電源電圧VA（例えば、－２０V）が供給されることから、SPAD１０１に降伏電圧VBD（＝２０V）より大きい逆電圧が印加されることにより、SPAD１０１がガイガーモードに設定される。この状態では、SPAD１０１のカソード電圧VSは、例えば図５の時刻t0のように、電源電圧VEと同じである。
　ガイガーモードに設定されたSPAD１０１に光子が入射すると、アバランシェ増倍が発生し、SPAD１０１に電流が流れる。
　図５の時刻t1において、アバランシェ増倍が発生し、SPAD１０１に電流が流れたとすると、時刻t1以降、SPAD１０１に電流が流れることにより、トランジスタ１４１にも電流が流れ、トランジスタ１４１の抵抗成分により電圧降下が発生する。
　時刻t2において、SPAD１０１のカソード電圧VSが0Vよりも低くなると、SPAD１０１のアノード・カソード間電圧が降伏電圧VBDよりも低い状態となるので、アバランシェ増幅が停止する。ここで、アバランシェ増幅により発生する電流がトランジスタ１４１に流れることで電圧降下を発生させ、発生した電圧降下に伴って、カソード電圧VSが降伏電圧VBDよりも低い状態となることで、アバランシェ増幅を停止させる動作がクエンチ動作である。
　アバランシェ増幅が停止するとトランジスタ１４１の抵抗に流れる電流が徐々に減少して、時刻t4において、再びカソード電圧VSが元の電源電圧VEまで戻り、次の新たなフォトンを検出できる状態となる（リチャージ動作）。
　インバータ１４２は、入力電圧であるカソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth以上のとき、Loの検出信号PFoutを出力し、カソード電圧VSが所定の閾値電圧Vth未満のとき、Hiの検出信号PFoutを出力する。従って、SPAD１０１に光子が入射し、アバランシェ増倍が発生してカソード電圧VSが低下し、閾値電圧Vthを下回ると、検出信号PFoutは、ローレベルからハイレベルに反転する。一方、SPAD１０１のアバランシェ増倍が収束し、カソード電圧VSが上昇し、閾値電圧Vth以上になると、検出信号PFoutは、ハイレベルからローレベルに反転する。
　なお、画素８１が非アクティブ画素とされる場合には、Hi（1)のゲーティング反転信号VG_Iがスイッチ１４３に供給され、スイッチ１４３がオンされる。スイッチ１４３がオンされると、SPAD１０１のカソード電圧VSが０Vとなる。その結果、SPAD１０１のアノード・カソード間電圧が降伏電圧VBD以下となるので、SPAD１０１に光子が入ってきても反応しない状態となる。
　図６は、TDC１１２およびヒストグラム生成部１３２の動作を説明する図である。
　TDC１１２は、図６に示されるように、光源３２の発光開始を０として、TDCクロック信号に基づいてTDCコードをカウントアップする。そして、上述したように、アクティブ画素に入射光が入射され、Hiの検出信号PFoutが、読み出し回路１０２からTDC１１２に入力された時点で、カウントが停止する。
　ヒストグラム生成部１３２は、TDC１１２の最終状態のTDCコードを、入力部１３１を介して取得し、TDCコードに対応するヒストグラムのビン（Bin）の頻度値を１だけ追加する。光源３２の発光と、その反射光の受光とが所定回数（例えば、数千乃至数万回）繰り返された結果、ヒストグラム生成部１３２において、図６の下段に示されるような、TDCコードの頻度分布を示すヒストグラムが完成する。
　図６の例では、頻度値が最大となるBin#で示されるビンのTDCコードが、ヒストグラム生成部１３２から、距離演算部１３３に供給される。
　以上が、受光装置の基本構成例における動作の概要となる。
　以上のように構成される受光装置の基本構成例において、測距範囲を拡大しようとすると、光の飛行時間が長くなるので、図６から明らかなように、ヒストグラム生成部１３２が、さらに大きなTDCコードに対応する必要がある。その結果、ヒストグラム生成部１３２の回路面積が増加し、コストが増大する。例えば、TDCコードをNビットとし、ヒストグラムの１つのビン当たりMビットのD-FF回路(D-フリップフロップ回路)を用いて、Mビットで頻度値を蓄積することとすると、ヒストグラム生成部１３２には、２N×M個のD-FF回路が必要となる。
　そこで、以下では、TDC１１２のビット数、換言すれば、ヒストグラム生成部１３２のビン数を増やさずに測距範囲を拡大できる、または、測距範囲を同一とした場合には、測距精度を向上させる（高分解能で測距する）ことができるようにした受光装置４２の詳細について説明する。
＜４．受光装置の第１構成例＞
　図７は、受光装置４２の第１構成例を示すブロック図である。
　図７において、図３に示した基本構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図７の構成を、図３に示した構成と比較すると、読み出し回路１０２が、読み出し回路１０２’へ変更され、TDCクロック生成部１１１が、TDCクロック生成部１１１’へ変更され、距離演算部１３３が、距離演算部１３３’へ変更されている。図７のその他の構成は、図３に示した基本構成例と同一である。
　図７の受光装置４２は、最初に、時間分解能を低分解能に設定して第１の距離測定（以下、低分解能測定とも称する。）を実行し、次に、時間分解能を高分解能に設定して第２の距離測定（以下、高分解能測定とも称する。）を実行することで、ヒストグラム生成部１３２のビン数を増やさずに測距範囲の拡大、または、測距精度の向上を実現する。
　読み出し回路１０２’には、信号処理部７４の距離演算部１３３’からマスク信号が供給される。マスク信号は、読み出し回路１０２’の出力を制御する制御信号である。読み出し回路１０２’は、マスク信号に基づいて、検出信号PFoutの出力をオンオフする。読み出し回路１０２’のその他の動作は、上述した読み出し回路１０２と同様である。読み出し回路１０２’は、例えば、Hi(1)のマスク信号が供給されたとき、検出信号PFoutを出力し、Lo(0)のマスク信号が供給されたとき、検出信号PFoutの出力を停止する（出力しない）。
　TDCクロック生成部１１１’は、TDCクロック信号を生成して、時間計測部７３内の全てのTDC１１２に供給する点で、TDCクロック生成部１１１と共通する。
　一方、TDCクロック生成部１１１’は、低分解能測定時と、高分解能測定時のそれぞれで、異なる周波数のTDCクロック信号を生成し、全てのTDC１１２に供給する点で、TDCクロック生成部１１１と相違する。
　TDCクロック生成部１１１’は、低分解能測定では、第１の周波数Fs1のTDCクロック信号を生成し、全てのTDC１１２に供給する。一方、高分解能測定では、TDCクロック生成部１１１’は、第１の周波数Fs1よりも高い第２の周波数Fs2（Fs1<Fs2）のTDCクロック信号を生成し、全てのTDC１１２に供給する。
　ヒストグラム生成部１３２は、TDCコードのヒストグラムを生成する。なお、ヒストグラム生成部１３２には、低分解能測定時のTDCコードが供給される場合と、高分解能測定時のTDCコードが供給される場合とがあるが、ヒストグラム生成部１３２の動作は同じである。
　すなわち、ヒストグラム生成部１３２は、低分解能測定時には、低分解能でTDC１１２がカウントしたTDCコードに基づいて、ヒストグラムを生成し、TDCコードのヒストグラムを生成する。また、ヒストグラム生成部１３２は、高分解能測定時には、高分解能でTDC１１２がカウントしたTDCコードに基づいて、ヒストグラムを生成し、TDCコードのヒストグラムを生成する。
　距離演算部１３３’は、低分解能測定では、ヒストグラム生成部１３２から供給されるヒストグラムにおいて、頻度値が最大（ピーク）となるTDCコードを検出し、その検出結果に基づいて、ヒストグラムのビン範囲を決定する。ここで決定されるビン範囲は、高分解能測定時において、ヒストグラムを生成する範囲に相当する。
　そして、距離演算部１３３’は、決定したビン範囲に応じて、高分解能測定時の検出信号PFoutの出力をオンオフさせるマスク信号を生成し、ヒストグラムが生成された画素８１の読み出し回路１０２’に供給する。なお、画素８１によって測定される距離が異なるため、決定されるビン範囲も画素８１ごとに異なる。そのため、図７では、距離演算部１３３’から複数の画素８１へのマスク信号が、１本の信号線で示されているが、実際には、異なるビン範囲に対応した異なるマスク信号が、読み出し回路１０２’それぞれに供給される。
　次の高分解能測定において、距離演算部１３３’は、ヒストグラム生成部１３２から供給されるヒストグラムにおいて、頻度値が最大（ピーク）となるTDCコードを検出する。そして、距離演算部１３３’は、高分解能測定時に設定したヒストグラムのビン範囲と、設定したビン範囲内においてピークとして検出されたTDCコードとに基づいて、物体までの距離を求める演算を行う。
＜５．受光装置の測距方法＞
　図８乃至図１１を参照して、受光装置４２の測距方法について詳細に説明する。
　図８は、画素アレイ７２に設定されるアクティブ画素の例を示している。
　画素アレイ７２において、例えば、図８に示される画素８１Aと画素８１Bが、アクティブ画素に設定される。画素８１Aおよび画素８１Bのそれぞれに入射される反射光は、物体１２または物体１３の異なる位置で反射されたものであるので、画素８１Aおよび画素８１Bのそれぞれで測定される距離は異なる値となる。
　初めに、受光装置４２は、時間分解能を低分解能に設定した低分解能測定を行う。
　図９は、受光装置４２の低分解能測定を説明する図である。
　低分解能測定では、図６に示した受光装置の基本構成例における動作と同様に、第１の周波数Fs1のTDCクロック信号に基づいて、ヒストグラムが生成される。第１の周波数Fs1は、NビットのTDCコードの全範囲が受光装置４２の測定距離範囲に対応するような周波数である。
　画素８１Aおよび画素８１Bそれぞれに対応するヒストグラム生成部１３２は、入射光を検出したタイミングに対応するTDCコードをTDC１１２から取得する処理を所定回数繰り返し、ヒストグラムを生成する。
　画素８１Aと画素８１Bとでは、測定される対象物までの距離が異なるので、検出されるヒストグラムのピークも異なる。例えば、画素８１Aでは、所定のビンBin_PK1が、ヒストグラムのピークとして検出され、画素８１Bでは、所定のビンBin_PK2が、ヒストグラムのピークとして検出される。ヒストグラムの各ビンは、TDCコードに対応する。
　距離演算部１３３’は、画素ごとに、ピークのビンを含む複数のビンを、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲に決定する。高分解能測定時のビン範囲は、誤差等を考慮して、複数のビンで構成されるように決定するが、実際には、ピークとなるビンの頻度値は、その他のビンの頻度値と比べて突出して大きい値となる場合が多いため、ピークとなった１個のビンを高分解能測定時のビン範囲としてもよい。すなわち、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲は、１以上のビンとすることができる。
　図９の例では、ピークのビンを含む周辺の４個のビンが、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲に決定されている。具体的には、画素８１Aについては、所定のビンBin_PK1を含む４個のビンからなるビン範囲R_PK1が、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲に決定される。画素８１Bについては、所定のビンBin_PK2を含む４個のビンからなるビン範囲R_PK2が、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲に決定される。
　図１０は、画素８１Aにおける高分解能測定を説明する図である。
　高分解能測定では、TDCクロック生成部１１１’からTDC１１２に供給されるTDCクロック信号の周波数が、低分解能測定時の第１の周波数Fs1から、それよりも高い第２の周波数Fs2（Fs1<Fs2）に変更される。また、決定されたビン範囲に応じたマスク信号が、読み出し回路１０２’に供給される。
　高分解能測定時のTDCクロック信号の第２の周波数Fs2は、低分解能測定時の第１の周波数Fs1のXs倍（Xs＞１）とされ、TDC１１２は、図１０のBに示されるように、受光装置４２の測定距離範囲において、２NまでのカウントとオーバーフローをXs回繰り返すようなTDCコードを生成する。図１０のBは、Xs＝８の例である。
　また、マスク信号は、図１０のBに示されるように、TDC１１２が、所定のビンBin_PK1を含むビン範囲R_PK1の期間においてのみ、読み出し回路１０２’から検出信号PFoutを出力させ、ビン範囲R_PK1以外の期間では、読み出し回路１０２’から検出信号PFoutが出力されないように制御する信号となる。
　その結果、TDC１１２は、図１０のCに示されるように、ビン範囲R_PK1の期間においてのみ、読み出し回路１０２’からの検出信号PFoutに応じて、TDCコードをヒストグラム生成部１３２に出力する。ヒストグラム生成部１３２は、図１０のDに示されるように、ビン範囲R_PK1の期間においてのみ、TDC１１２から供給されるTDCコードについてのヒストグラムを生成する。生成されるヒストグラムのビン数は、ビン範囲R_PK1の測定距離範囲に対して２N個となる。
　距離演算部１３３’は、高分解能測定時に設定したヒストグラムのビン範囲と、設定したビン範囲内においてピークとして検出されたTDCコードとに基づいて、物体までの距離を求める演算を行う。
　高分解能測定時に設定したヒストグラムのビン範囲R_PK1の開始点sa1までの距離da1は、低分解能測定時のTDCコードから求めることができる。また、ビン範囲R_PK1の開始点sa1から、高分解能測定時にピークとして検出された点sa2までの距離da2は、高分解能測定時のTDCコードから求めることができる。したがって、距離演算部１３３’は、距離da1と、距離da2とを加算することで、画素８１Aにおける対象物までの距離を求めることができる。
　なお、高分解能測定時のピークを検出する際、高分解能測定時のヒストグラムに、低分解能測定時のヒストグラムを加算して、最終的な高分解能測定時のピークを検出するようにしてもよい。
　図１１は、画素８１Bにおける高分解能測定を説明する図である。なお、図１０における画素８１Aと同じ部分についての説明は適宜省略する。
　画素８１Bにおいては、図１１のBに示されるように、ビン範囲R_PK2の期間においてのみ、検出信号PFoutを出力させ、ビン範囲R_PK2以外の期間では、検出信号PFoutが出力されないように制御するマスク信号が、読み出し回路１０２’に供給される。画素８１Bの読み出し回路１０２’が検出信号PFoutを出力するTDC１１２には、画素８１Aと同様の、低分解能測定時の第１の周波数Fs1のXs倍に設定された第２の周波数Fs2のTDCクロック信号が供給される。
　TDC１１２は、図１１のCに示されるように、ビン範囲R_PK2の期間においてのみ、読み出し回路１０２’からの検出信号PFoutに応じて、TDCコードをヒストグラム生成部１３２に出力する。ヒストグラム生成部１３２は、図１１のDに示されるように、ビン範囲R_PK2の期間においてのみ、TDC１１２から供給されるTDCコードについてのヒストグラムを生成する。生成されるヒストグラムのビン数は、ビン範囲R_PK2の測定距離範囲に対して２N個となる。
　高分解能測定時に設定したヒストグラムのビン範囲R_PK2の開始点sb1までの距離db1は、低分解能測定時のTDCコードから求めることができる。また、ビン範囲R_PK2の開始点sb1から、高分解能測定時にピークとして検出された点sb2までの距離db2は、高分解能測定時のTDCコードから求めることができる。したがって、距離演算部１３３’は、距離db1と、距離db2とを加算することで、画素８１Bにおける対象物までの距離を求めることができる。
　高分解能測定時のピークを検出する際、高分解能測定時のヒストグラムに、低分解能測定時のヒストグラムを加算して、最終的な高分解能測定時のピークを検出するようにしてもよい。
　なお、画素８１Bにおいては、図１１に示されるように、ビン範囲R_PK2の開始点sb1においてTDCコードが０からスタートせず、また、ビン範囲R_PK2の途中で、２NまでのTDCコードがオーバーフローするような範囲となっている。このように、低分解能測定時のピークに基づいて決定されるビン範囲は、画素８１Aのように、TDCコードが０からスタートするとは限らない。この場合であっても、高分解能測定時の第２の周波数Fs2が既知であるので、オーバーフローのタイミングも既知であることから、オフセット処理を行うことにより、高分解能測定時のピーク点sb2を、正確に求めることができる。
　図１２は、受光装置４２の第１構成例における距離測定処理を説明するフローチャートである。この処理は、例えば、測距システム１１において、距離測定の実行が指示されたとき、開始される。
　初めに、ステップＳ１において、時間計測部７３は、時間分解能を低分解能に設定する。すなわち、TDCクロック生成部１１１’は、TDCクロック信号の周波数を第１の周波数Fs1に設定し、第１の周波数Fs1のTDCクロック信号を、時間計測部７３内の各TDC１１２に供給する。
　ステップＳ２において、ヒストグラム生成部１３２は、アクティブ画素が入射光を検出したタイミングに応じて供給されるTDCコードに基づいて、低分解能測定時のヒストグラムを生成する。光源３２の発光と、その反射光の受光とが所定の回数繰り返し実行されている間、ステップＳ２の処理が継続して実行される。
　ステップＳ３において、距離演算部１３３’は、アクティブ画素ごとに、ヒストグラムのピークを検出し、ピークのビンを含む複数のビンを、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲に決定する。
　ステップＳ４において、時間計測部７３は、時間分解能を高分解能に設定する。すなわち、TDCクロック生成部１１１’は、TDCクロック信号の周波数を第１の周波数Fs1よりも高い第２の周波数Fs2（Fs1<Fs2）に設定し、第２の周波数Fs2のTDCクロック信号を、時間計測部７３内の各TDC１１２に供給する。
　ステップＳ５において、距離演算部１３３’は、決定したビン範囲に応じたマスク信号を生成し、ヒストグラムが生成されたアクティブ画素の読み出し回路１０２’に供給する。
　ステップＳ６において、ヒストグラム生成部１３２は、アクティブ画素が入射光を検出したタイミングに応じて供給されるTDCコードに基づいて、高分解能測定時のヒストグラムを生成する。光源３２の発光と、その反射光の受光とが所定の回数繰り返し実行されている間、ステップＳ５およびＳ６の処理が継続して実行される。
　ステップＳ７において、距離演算部１３３’は、ヒストグラム生成部１３２から供給されたヒストグラムのピークを検出し、高分解能測定時のビン範囲の開始点に相当する距離と、高分解能測定時のビン範囲の開始点からピークまでの距離とを加算することで、アクティブ画素における対象物までの距離を算出して、入出力部７５に供給する。
　ステップＳ８において、入出力部７５は、距離演算部１３３’において算出された各画素の距離を画素値として格納した距離画像を生成し、距離画像の信号（距離画像信号）を、外部に出力する。
　以上の処理が、画素アレイ７２内の複数のアクティブ画素について、並行に実行される。
　以上の低分解能測定と高分解能測定との２段階による測距方法によれば、低分解能測定時の１カウント当たりの時間分解能を低く設定することで、測定可能距離を延ばし、かつ、高分解能測定時には、１カウント当たりの時間分解能を高く設定することで、ヒストグラム生成部１３２のビン数を増やさずに測距範囲を拡大することができる。
　あるいはまた、測距範囲を従来と同一に設定した場合には、ビットと高分解能測定時の１カウント当たりの時間分解能を高く設定することができるので、測距精度を向上させることができる。測距精度を従来と同一にする場合には、TDCコードのビット数Nを減らすことができる。
　したがって、受光装置４２によれば、ヒストグラムのビン数を増大させず、低コストで距離測定の精度を向上させることができる。
＜６．受光装置の第２構成例＞
　図１３は、受光装置４２の第２構成例を示すブロック図である。
　図１３において、図７に示した第１構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図７に示した第１構成例では、マスク信号が、読み出し回路１０２’に供給され、読み出し回路１０２’が、マスク信号に基づいて、検出信号PFoutの出力をオンオフした。
　これに対して、図１３の第２構成例では、マスク信号が、TDC１１２’に供給されている。TDC１１２’は、マスク信号に基づいて、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲以外の期間では、TDCコードの出力を停止する。読み出し回路１０２については、基本構成例と同様である。
　例えば、TDC１１２’は、マスク信号に基づいて、高分解能測定時のビン範囲以外の期間では、読み出し回路１０２からの出力を、所定の値（例えば、Loの検出信号PFout と同等の値）に固定する。あるいはまた、TDC１１２’は、マスク信号に基づいて、高分解能測定時のビン範囲以外の期間においてTDCクロック信号の入力を停止してもよい。
＜７．受光装置の第３構成例＞
　図１４は、受光装置４２の第３構成例を示すブロック図である。
　図１４において、図７に示した第１構成例と対応する部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。
　図１４の第３構成例では、マスク信号が、入力部１３１’に供給されている点が、図７に示した第１構成例と異なる。読み出し回路１０２については、基本構成例と同様である。
　入力部１３１’は、マスク信号に基づいて、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲以外の期間では、TDCコードの出力を停止する。すなわち、出力停止を示すマスク信号が供給されている場合、入力部１３１’は、接続されている複数のTDC１１２のいずれかからTDCコードが入力されても、入力されたTDCコードを、ヒストグラム生成部１３２に出力しない。
　図１３の第２構成例、および、図１４の第３構成例においても、マスク信号の供給先が、第１構成例と異なるのみであり、高分解能測定において、低分解能測定に基づいて設定された所定のビン範囲においてのみ、ヒストグラムを生成する点は、第１構成例と同様である。したがって、第２構成例および第３構成例においても、ヒストグラムのビン数を増大させず、低コストで距離測定の精度を向上させることができる。
＜８．変形例＞
＜高分解能測定時のビン範囲の決定方法＞
　上述した例では、距離演算部１３３’は、低分解能測定時のヒストグラムのピークのビンを含む複数のビンを、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲に決定した。
　しかしながら、その他の方法により、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲を決定してもよい。
　例えば、図１５に示されるように、生成された低分解能測定時のヒストグラムにおいて、所定の閾値以上の頻度値を持つピークPK１１、PK１２、およびPK１３が検出されたとする。ここで、ヒストグラムのピークは、その前後のビンにおいて頻度値が増加減少している場合の極大値と置き換えることができる。ヒストグラムのピークまたは極大値は、ヒストグラムの形状など、隣接する複数のビンの頻度値の増加減少の傾向などの特徴量に基づいて検出して決定することができる。
　距離演算部１３３’は、図１５のAに示されるように、低分解能測定時のヒストグラムにおいて検出されたピークPK１１、PK１２、およびPK１３のうち、頻度値がN番目（例えば、N=２）のピークPK１１を含むビンを、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲に決定してもよい。
　あるいはまた、距離演算部１３３’は、図１５のBに示されるように、低分解能測定時のヒストグラムにおいて検出されたピークPK１１、PK１２、およびPK１３のうち、距離が短い方からN番目（例えば、N=３）のピークPK１３を含むビンを、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲に決定してもよい。
　さらに、距離演算部１３３’は、複数のピークに対応する複数のビン範囲を決定してもよい。例えば、図１５のCに示されるように、低分解能測定時のヒストグラムにおいて検出されたピークPK１１、PK１２、およびPK１３のうち、頻度値が１番目のピークPK１３を含むビン範囲と、頻度値が２番目のPK１１を含むビン範囲との２つのビン範囲を、高分解能測定時のヒストグラムのビン範囲に決定してもよい。
＜低分解能測定時のビン数の削減＞
　上述した例では、低分解能測定時のヒストグラムのビン数と、高分解能測定時のヒストグラムのビン数が同じに設定されていた。具体的には、TDC１１２がカウントするTDCコードはNビットであるので、低分解能測定時および高分解能測定時のヒストグラムのビン数は、いずれも２N個とされていた。
　しかしながら、低分解能測定時のヒストグラムは、高分解能測定時の測定範囲を決定するためであるので、より簡易に生成することとして、低分解能測定時のビン数を、高分解能測定時のビン数よりも少なく設定して、ヒストグラムを生成してもよい。
　例えば、ヒストグラム生成部１３２は、高分解能測定時のNビットのTDCコードに対して、低分解能測定時は、LSB(least significant bit)の１ビットをヒストグラム生成に用いないようにして、（N-1）ビットのTDCコードとして用いてもよい。
＜３段階以上の分解能による測距＞
　上述した例では、受光装置４２は、低分解能測定と、高分解能測定との２段階に分解能を変更し、距離測定処理を行った。しかし、低分解能測定、中分解能測定、高分解能測定のように、３段階以上に分解能を変更し、距離測定処理を行ってもよい。
＜受光装置のチップ構成例＞
　図１６は、受光装置４２のチップ構成例を示す斜視図である。
　受光装置４２は、例えば、図１６のAに示されるように、複数のダイ（基板）としてのセンサダイ１５１とロジックダイ１５２とが積層された１つのチップで構成することができる。
　センサダイ１５１には、センサ部１６１（としての回路）が構成され、ロジックダイ１５２には、ロジック部１６２が構成されている。
　センサ部１６１には、例えば、画素駆動部７１と画素アレイ７２とが形成されている。ロジック部１６２には、時間計測部７３、信号処理部７４、および、入出力部７５が形成されている。入出力部７５は、例えば、センサダイ１５１との接合面とは反対側の面に形成された、はんだボール等を含む。
　また、受光装置４２は、センサダイ１５１とロジックダイ１５２とに加えて、もう１つのロジックダイを積層した３層で構成してもよい。勿論、４層以上のダイ（基板）の積層で構成してもよい。
　あるいはまた、受光装置４２は、例えば、図１６のBに示されるように、第１のチップ１７１および第２のチップ１７２と、それらが搭載された中継基板（インターポーザ基板）１７３とで構成してもよい。
　第１のチップ１７１には、例えば、画素駆動部７１と画素アレイ７２とが形成されている。第２のチップ１７２には、時間計測部７３、信号処理部７４、および、入出力部７５が形成されている。入出力部７５は、例えば、中継基板１７３の下面に形成された、はんだボール等を含む。
　なお、上述した図１６のAにおけるセンサダイ１５１とロジックダイ１５２との回路配置、および、図１６のBにおける第１のチップ１７１と第２のチップ１７２との回路配置は、あくまで一例であり、これに限定されない。例えば、時間計測部７３を、画素アレイ７２が配置されているセンサダイ１５１または第１のチップ１７１に形成してもよい。
＜読出し回路およびTDCの接続構成＞
　上述した受光装置４２の構成では、図７等に示したように、１つの画素８１に、SPAD１０１と読み出し回路１０２’とが対で配置されるとともに、１つの読み出し回路１０２’に対して、１つのTDC１１２が設けられるように構成されていた。すなわち、SPAD１０１と、読み出し回路１０２’と、TDC１１２とが、１対１の関係で設けられていた。
　しかしながら、SPAD１０１と読み出し回路１０２’との個数の対応関係、および、読み出し回路１０２’とTDC１１２との個数の対応関係は、上述の例に限定されず、任意に組み合わせることができる。
　図１７は、図７に示した受光装置４２の第１構成例に対して、読み出し回路１０２’とTDC１１２の個数を変更した変形例を示している。
　図１７の例では、画素アレイ７２の各画素８１にはSPAD１０１のみが配置され、複数の画素８１のSPAD１０１に対して、１つの読み出し回路１０２’が設けられている。読み出し回路１０２’は、例えば、受光装置４２が、図１６のAに示した積層構造の１チップで構成されている場合、センサダイ１５１の画素アレイ７２の読み出し対象の複数のSPAD１０１の領域の下層のロジックダイ１５２に配置することができる。読み出し回路１０２’は、センサダイ１５１の画素アレイ７２の外周部に配置してもよい。
　さらに、図１７の例では、複数の読み出し回路１０２’に対して、１個のTDC１１２が設けられている。そして、複数のTDC１１２に対して、１つのヒストグラム生成部１３２が設けられている。
　図１７の例では、画素８１からヒストグラム生成部１３２まで、後段の回路に行くに従って、各回路の個数が少なくなるような接続関係となっている。すなわち、SPAD１０１：読み出し回路１０２’＝Ｍ1：１、読み出し回路１０２’：TDC１１２＝Ｍ2：１、TDC１１２：ヒストグラム生成部１３２＝Ｍ3：１（Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3は２以上の整数）の関係となっている。
　しかしながら、各回路の個数は任意に設定することができ、信頼性向上等の観点から、後段の回路を複数設けた冗長構成としてもよい。すなわち、SPAD１０１：読み出し回路１０２’＝Ｍ1’：Ｎ1’、読み出し回路１０２’：TDC１１２＝Ｍ2’：Ｎ2’、TDC１１２：ヒストグラム生成部１３２＝Ｍ3’：Ｎ3’（Ｍ1’，Ｍ2’，Ｍ3’，Ｎ1’，Ｎ2’，Ｎ3’は１以上の整数）の関係とすることができる。
　さらに、上述した例では、１つの画素グループ、即ち、１つの入力部１３１に接続される複数の画素８１に対して１つのヒストグラム生成部１３２を設ける構成としたが、図１８に示されるように、１つの画素グループに対して、複数のヒストグラム生成部１３２を設けるようにしてもよい。図１８の例は、１つの画素グループに対して、第１および第２のヒストグラム生成部としての２つのヒストグラム生成部１３２Aおよび１３２Bを設けた例を示している。２つのヒストグラム生成部１３２Aおよび１３２Bは、例えば、信頼性向上のため、同一の処理を並行して実行してもよいし、ヒストグラム生成部１３２Aが低分解能測定時のヒストグラムを生成し、ヒストグラム生成部１３２Bが、高分解能測定時のヒストグラムを生成するなど、機能を分担してもよい。
＜９．測距システムの使用例＞
　本技術は、測距システムへの適用に限られるものではない。即ち、本技術は、例えば、スマートフォン、タブレット型端末、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、テレビ受像機、ウェアラブル端末、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの電子機器全般に対して適用可能である。上述の測距装置２３は、レンズ４１及び受光装置４２がまとめてパッケージングされたモジュール状の形態であってもよいし、レンズ４１と受光装置４２とが別に構成され、受光装置４２のみをワンチップとして構成してもよい。
　図１９は、上述の測距システム１１または測距装置２３の使用例を示す図である。
　上述した測距システム１１は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
＜１０．移動体への応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図２０は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２０に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２０の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図２１は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図２１では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図２１には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１等に適用され得る。具体的には、例えば、図１の測距システム１１は、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１は、例えばＬＩＤＡＲであり、車両１２１００の周囲の物体及び物体までの距離の検出に用いられる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、車両１２１００の周囲の物体及び物体までの距離の検出精度が向上する。その結果、例えば、車両の衝突警告を適切なタイミングで行うことができ、交通事故を防止することが可能となる。
　なお、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。
　また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
　なお、本技術は、以下の構成を取ることができる。
（１）
　受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路と、
　前記読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCと、
　前記TDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムを生成する第１のヒストグラム生成部と、
　前記第１のヒストグラムの所定のビン範囲を決定する演算部と、
　前記TDCが前記第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、前記所定のビン範囲の第２のヒストグラムを生成する第２のヒストグラム生成部と、
　前記第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離を算出する距離演算部と
　を備える測距装置。
（２）
　前記受光素子を少なくとも含む画素が行列状に複数配置された画素アレイをさらに備え、
　前記所定のビン範囲は、前記画素ごとに決定される
　前記（１）に記載の測距装置。
（３）
　前記所定のビン範囲は、前記第１のヒストグラムのN番目（N＞０）のピークを含む範囲である
　前記（１）または（２）に記載の測距装置。
（４）
　前記所定のビン範囲は、頻度値が１番目のピークを含む範囲である
　前記（１）または（２）に記載の測距装置。
（５）
　前記所定のビン範囲は、距離の短い方からN番目のピークを含む範囲である
　前記（１）または（２）に記載の測距装置。
（６）
　前記演算部は、複数のピークに対応する複数の前記ビン範囲を決定する
　前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の測距装置。
（７）
　前記所定のビン範囲は、前記第１のヒストグラムの所定のピークを含む複数のビンで構成される
　前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の測距装置。
（８）
　前記第１のヒストグラム生成部は、前記第１の時間分解能のビン数を、前記第２の時間分解能のビン数よりも少なく設定し、前記第１のヒストグラムを生成する
　前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の測距装置。
（９）
　前記距離演算部は、前記所定のビン範囲の開始点に相当する距離と、前記開始点から前記第２のヒストグラムのピークまでの距離とに基づいて、前記対象物までの距離を算出する
　前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の測距装置。
（１０）
　前記第１のヒストグラム生成部と前記第２のヒストグラム生成部は、同一のヒストグラム生成部である
　前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の測距装置。
（１１）
　前記演算部は、決定した前記ビン範囲に応じて出力を制御する制御信号を、前記第２のヒストグラム生成部よりも前段の回路に供給し、
　前記前段の回路は、前記制御信号に応じて、前記第２のヒストグラム生成部が前記ビン範囲以外の期間に、出力を停止する
　前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の測距装置。
（１２）
　前記前段の回路は、前記読み出し回路である
　前記（１１）に記載の測距装置。
（１３）
　前記前段の回路は、前記TDCである
　前記（１１）に記載の測距装置。
（１４）
　複数の前記TDCから出力された前記カウント値を、前記第２のヒストグラム生成部に入力する入力部をさらに備え、
　前記前段の回路は、前記入力部である
　前記（１１）に記載の測距装置。
（１５）
　前記読み出し回路は、複数の前記受光素子に対して設けられている
　前記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の測距装置。
（１６）
　１チップで構成されている
　前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の測距装置。
（１７）
　受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路と、前記読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCとを備える測距装置が、
　前記TDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムを生成し、
　前記第１のヒストグラムの所定のビン範囲を決定し、
　前記TDCが前記第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、前記所定のビン範囲の第２のヒストグラムを生成し、
　前記第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離を算出する
　測距方法。
（１８）
　照射光を照射する照明装置と、
　前記照射光が物体に反射された反射光を受光する測距装置と
　を備え、
　前記測距装置は、
　　受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路と、
　　前記読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCと、
　　前記TDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムを生成する第１のヒストグラム生成部と、
　　前記第１のヒストグラムの所定のビン範囲を決定する演算部と、
　　前記TDCが前記第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、前記所定のビン範囲の第２のヒストグラムを生成する第２のヒストグラム生成部と、
　　前記第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離を算出する距離演算部と
　を備える測距システム。
　１１　測距システム，　２１　タイミング信号生成回路，　２２　照明装置，　２３　測距装置，　３１　照明制御部，　３２　光源，　４２　受光装置，　７１　画素駆動部，　７２　画素アレイ，　７３　時間計測部，　７４　信号処理部，　７５　入出力部，　８１　画素，　１０１　SPAD，　１０２，１０２’　読み出し回路，　１１１，１１１’　TDCクロック生成部，　１１２　TDC，　１３１，１３１’　入力部，　１３２　ヒストグラム生成部，　１３３，１３３’　距離演算部

Claims (18)

  1. 　受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路と、
    　前記読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCと、
    　前記TDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムを生成する第１のヒストグラム生成部と、
    　前記第１のヒストグラムの所定のビン範囲を決定する演算部と、
    　前記TDCが前記第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、前記所定のビン範囲の第２のヒストグラムを生成する第２のヒストグラム生成部と、
    　前記第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離を算出する距離演算部と
    　を備える測距装置。
  2. 　前記受光素子を少なくとも含む画素が行列状に複数配置された画素アレイをさらに備え、
    　前記所定のビン範囲は、前記画素ごとに決定される
    　請求項１に記載の測距装置。
  3. 　前記所定のビン範囲は、前記第１のヒストグラムのN番目（N＞０）のピークを含む範囲である
    　請求項１に記載の測距装置。
  4. 　前記所定のビン範囲は、頻度値が１番目のピークを含む範囲である
    　請求項３に記載の測距装置。
  5. 　前記所定のビン範囲は、距離の短い方からN番目のピークを含む範囲である
    　請求項３に記載の測距装置。
  6. 　前記演算部は、複数のピークに対応する複数の前記所定のビン範囲を決定する
    　請求項１に記載の測距装置。
  7. 　前記所定のビン範囲は、前記第１のヒストグラムの所定のピークを含む複数のビンで構成される
    　請求項１に記載の測距装置。
  8. 　前記第１のヒストグラム生成部は、前記第１の時間分解能のビン数を、前記第２の時間分解能のビン数よりも少なく設定し、前記第１のヒストグラムを生成する
    　請求項１に記載の測距装置。
  9. 　前記距離演算部は、前記所定のビン範囲の開始点に相当する距離と、前記開始点から前記第２のヒストグラムのピークまでの距離とに基づいて、前記対象物までの距離を算出する
    　請求項１に記載の測距装置。
  10. 　前記第１のヒストグラム生成部と前記第２のヒストグラム生成部は、同一のヒストグラム生成部である
    　請求項１に記載の測距装置。
  11. 　前記演算部は、決定した前記ビン範囲に応じて出力を制御する制御信号を、前記第２のヒストグラム生成部よりも前段の回路に供給し、
    　前記前段の回路は、前記制御信号に応じて、前記第２のヒストグラム生成部が前記ビン範囲以外の期間に、出力を停止する
    　請求項１に記載の測距装置。
  12. 　前記前段の回路は、前記読み出し回路である
    　請求項１１に記載の測距装置。
  13. 　前記前段の回路は、前記TDCである
    　請求項１１に記載の測距装置。
  14. 　複数の前記TDCから出力された前記カウント値を、前記第２のヒストグラム生成部に入力する入力部をさらに備え、
    　前記前段の回路は、前記入力部である
    　請求項１１に記載の測距装置。
  15. 　前記読み出し回路は、複数の前記受光素子に対して設けられている
    　請求項１に記載の測距装置。
  16. 　１チップで構成されている
    　請求項１に記載の測距装置。
  17. 　受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路と、前記読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCとを備える測距装置が、
    　前記TDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムを生成し、
    　前記第１のヒストグラムの所定のビン範囲を決定し、
    　前記TDCが前記第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、前記所定のビン範囲の第２のヒストグラムを生成し、
    　前記第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離を算出する
    　測距方法。
  18. 　照射光を照射する照明装置と、
    　前記照射光が物体に反射された反射光を受光する測距装置と
    　を備え、
    　前記測距装置は、
    　　受光素子において光子が検出されたタイミングを出力する読み出し回路と、
    　　前記読み出し回路の出力に基づいて、時間をカウントするTDCと、
    　　前記TDCが第１の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、第１のヒストグラムを生成する第１のヒストグラム生成部と、
    　　前記第１のヒストグラムの所定のビン範囲を決定する演算部と、
    　　前記TDCが前記第１の時間分解能よりも高い第２の時間分解能でカウントしたカウント値に基づいて、前記所定のビン範囲の第２のヒストグラムを生成する第２のヒストグラム生成部と、
    　　前記第２のヒストグラムに基づいて、対象物までの距離を算出する距離演算部と
    　を備える測距システム。
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