WO2021234932A1

WO2021234932A1 - 距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法

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Publication number: WO2021234932A1
Application number: PCT/JP2020/020221
Authority: WO
Inventors: 正規永瀬; 圭吾磯部
Original assignee: 株式会社ブルックマンテクノロジ
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-11-25
Also published as: CN115667984A; US20230281957A1; JPWO2021235542A1; EP4155766A1; WO2021235542A1; EP4155766A4

Abstract

本発明の距離画像撮像装置は、測定対象の空間である測定空間に対して照射光を照射する光源部と、測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、当該入射光により生成された電荷を画素毎に蓄積し、画素毎に蓄積された電荷の電荷量からなる距離画像を生成する距離画像センサと、距離画像における電荷量から、距離画像センサにおいて電荷を蓄積する制御によらない非制御電荷に基づく信号値を記憶し、記憶した信号値を用いて空間における対象物との距離を補正し取得する距離画像処理部とを備える。

Description

距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法

　本発明は、距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法に関する。

　従来から、光の速度が既知であることを利用し、空間（測定空間）における光の飛行時間に基づいて測定器と対象物との距離を測定する、タイム・オブ・フライト（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ、以下「ＴＯＦ」という）方式の距離画像センサが実現されている。ＴＯＦ方式の距離画像センサでは、測定対象に光（例えば、近赤外光など）パルスを照射し、光パルスを照射した時間と、測定空間における対象物によって反射した光パルス（反射光）が戻ってくる時間との差、つまり、測定器と対象物との間における光の飛行時間に基づいて、測定器と対象物との距離を測定している（例えば、特許文献１参照）。

　ＴＯＦ方式の距離画像センサは、光電変換素子が入射される光の光量を電荷に変換し、変換した電荷を電荷蓄積部に蓄積し、ＡＤ変換器により蓄積された電荷の電荷量に対応したアナログ電圧をデジタル値に変換している。
　また、ＴＯＦ方式の距離画像センサは、電荷量に対応したアナログ電圧や、デジタル値に含まれる、測定器と対象物との間における光の飛行時間の情報により、測定器と対象物との距離を求めている。

　このとき、測定空間の環境における背景光が、距離の測定に用いる反射光を入射する際に含まれており、正確に距離を求めるため、入射した光から背景光を除去して反射光のみの情報を得る必要がある。
　このため、測定空間の環境における背景光の影響を距離測定において除去（キャンセル）する目的で、常に照射光が照射されない期間を設定することにより、背景光のみの受光量を蓄積しておき、対象物との距離を算出する際に、対象物からの反射光（対象物までの距離の情報を含む）を受光する期間に入力した入射光による電荷から、照射光が照射されない期間に蓄積していた背景光による電荷を差し引いて、反射光のみの電荷としている。

特開２００４－２９４４２０号公報

　特許文献１は、ＴＯＦセンサの場合、照射光の複数回の照射を行ない、その照射を行う毎に受光した光で発生した電荷を蓄積し、蓄積した電荷に対応するアナログ電圧を距離の計測に用いる。
　このとき、照射光を照射するごとに、対象物から反射される反射光を入射し、入射光により発生する電荷Ｑ２及びＱ３の各々の比から距離の算出を行う。このとき、ＴＯＦセンサが受光する光には、照射光が対象物から反射される反射光に加えて環境における背景光が含まれる。

　これにより、入射光により発生する電荷Ｑ２及びＱ３の各々には、反射光により発生する電荷のほかに、背景光により発生する電荷Ｑ１が含まれる。
　背景光による電荷Ｑ１は、ＴＯＦセンサから対象物までの距離を算出する際に精度を低下する原因となる。
　このため、照射光を照射する前に、背景光のみをＴＯＦセンサに入射させて、電荷Ｑ１を求めて、以下の（１）式により距離Ｌの計算を行う。

　Ｌ＝（（Ｑ３－Ｑ１）／（Ｑ２＋Ｑ３－２Ｑ１））×（ｃＴｗ）／２　…（１）
　（１）式において、ｃは光速であり、Ｔｗは照射光のパルス幅である。（１）式を用いることにより、ＴＯＦセンサから対象物までの距離Ｌを算出することができる。ここで、（ｃＴｗ）／２は光パルスＰＯの照射によって測定することができる最大の距離（最大測定距離）を示している。
　しかしながら、図１１に示されるように、ＴＯＦセンサを用いた距離画像撮像装置では、画素素子が形成された距離画像センサ３２（センサチップ）の画素領域に光を集光するためにレンズ３１が設けられている。
　図１１（Ａ）において、レンズ３１が距離画像センサ３２の画素領域の各画素に対して所定の視野角αの入射光を結像させる。
　このため、距離画像センサ３２の画素の各々に対しては、図１１（Ｂ）に示すように、レンズ３１のような、例えば球面形状のレンズ面全体から様々な入射角度の入射光が、距離画像センサ３２におけるそれぞれの画素に結像されることになる。

　ここで、距離画像センサ３２において、レンズ３１の軸ｆにおける視野角α１に対応した結像点５０１の画素に対する入射光の入射角度θ１に比較して、視野角α２に対応した端部の結像点５０２の画素に対する入射光の入射角度θ２が大きくなっている。
　この各画素に対する入射光の入射角度θの変化に対応して、背景光により発生する電荷Ｑ１が異なる。また、画素毎に蓄積される電荷には、それぞれ異なる非制御電荷ＱＢ１が含まれる。
　また、画素毎に蓄積される電荷Ｑ２及び電荷Ｑ３にも、それぞれ異なる非制御電荷ＱＢ２、ＱＢ３それぞれが含まれる。上述した非制御電荷とは、光電変換素子（後述するフォトダイオードＰＤ）に収集され、読み出しゲートトランジスタＧをオン／オフ制御して電荷を振分ける制御により、電荷蓄積部ＦＤに蓄積される電荷である制御電荷以外の電荷を示している。

　図１２は、入射光の画素に対する入射角度による電荷Ｑ１、Ｑ２及びＱ３の各々に含まれる非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３の発生について説明する図である。図１２（Ａ）は、ＴＯＦセンサの一例における画素の平面視の構成を示している。画素の光電変換素子であるフォトダイオードＰＤで発生して電荷蓄積部ＦＤ１（後述する電荷蓄積部ＣＳ１に対応）に振り分けられた電荷が電荷Ｑ１となる。より厳密には、フォトダイオードＰＤを含む画素が形成されているシリコン基板において光電変換により発生した電荷が、フォトダイオードＰＤに収集され、読み出しゲートトランジスタＧ１をオンすることにより、電荷蓄積部ＦＤ１に振り分けられた電荷が電荷Ｑ１となる。
　同様に、フォトダイオードＰＤに収集され、電荷蓄積部ＦＤ２（後述する電荷蓄積部ＣＳ２に対応）に振り分けられた電荷が電荷Ｑ２となり、電荷蓄積部ＦＤ３（後述する電荷蓄積部ＣＳ２に対応）に振り分けられた電荷が電荷Ｑ３となる。
　読み出しゲートトランジスタＧ１をオンすることにより、フォトダイオードＰＤに収集される電荷が電荷蓄積部ＦＤ１に振り分けられる。読み出しゲートトランジスタＧ２をオンすることにより、フォトダイオードＰＤに収集される電荷が電荷蓄積部ＦＤ２に振り分けられる。また、読み出しゲートトランジスタＧ３をオンすることにより、フォトダイオードＰＤに収集される電荷が電荷蓄積部ＦＤ３に振り分けられる。

　図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）における線分Ａ－Ａ’における断面の構成を示している。距離画像センサ３２のセンサチップ表面に対する入射光が０°ではなく、入射角が線分Ａ－Ａ’に平行でセンサチップ平面に対して垂直な平面に対して－２０°の場合を示している。
　ここで、電荷蓄積部ＦＤ１、ＦＤ２及びＦＤ３の各々には、フォトダイオードＰＤで収集した電荷が読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３それぞれを介して振り分けられる電荷である制御電荷ＱＡ１、ＱＡ２、ＱＡ３と、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３を介さずに流入する電荷である非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３が含まれている。ここで、非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２及びＱＢ３の各々は、画素回路で読み出し制御が行なわれることなく、電荷蓄積部ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３に流入する電荷を示している。
　この非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３は、背景光に対して同様では無く、入射光の入射角度によって、電荷蓄積部ＦＤ１、ＦＤ２及びＦＤ３の各々で異なっている。

　図１２（Ｂ）の場合、入射光が電荷蓄積部ＦＤ３側に比較して電荷蓄積部ＦＤ２側に多く入射するため、電荷蓄積部ＦＤ３に流入する非制御電荷ＱＢ３に比較して、電荷蓄積部ＦＤ２に流入する非制御電荷ＱＢ２が多くなる。

　図１３は、センサチップに対する入射光の入射角度により電荷蓄積部に蓄積される電荷が変化することを示す図である。図１３（Ａ）は、コリメート光の放射方向に対して、距離画像センサ３２の画素の形成された面の角度を傾けて、レンズ３１による、距離画像センサ３２の画素に対する入射光の入射角の変化を疑似的に単純化させた実験の概念を示している。
　図１３（Ｂ）は、横軸が入射角度を示し、縦軸が電荷量を電荷蓄積部ＦＤ１、ＦＤ２及びＦＤ３の各々における電荷量Ｑ１（実線）、Ｑ２（一点鎖線）、Ｑ３（二点鎖線）それぞれに相当するデジタル値（ＬＳＢ）を示している。入射光量は、入射光の入射角により投影面積の縮小分だけ小さくなる。具体的には入射角θとすれば、ｃｏｓ（コサイン）θ倍に変化する。したがって、フォトダイオードＰＤに収集される電荷量も、理想的には、入射角θとすれば、ｃｏｓ（コサイン）θ倍に変化する。ここで、フォトダイオードＰＤに収集されて、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２及びＧ３の各々により、電荷蓄積部ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３それぞれに振り分けられる制御電荷ＱＡ１、ＱＡ２、ＱＡ３の各々は同一である。
　したがって、例えば、入射角θが負の時、電荷Ｑ２が他の電荷Ｑ１及び電荷Ｑ３よりも大きな電荷量となるのは、入射光の入射角によって非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２及びＱＢ３が各々異なるためである。

　図１４は、電荷Ｑ１、Ｑ２及びＱ３の各々における非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３それぞれの関係を示す概念図である。図１４（Ａ）は、非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２及びＱＢ３の各々が同一の場合であり、例えば入射角０°等の小さい（後述する２０°より小さい）入射角の時の電荷Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３それぞれを示している。図１４（Ａ）の場合、電荷Ｑ２及びＱ３の各々から電荷Ｑ１を（１）式に示すように除去することにより、背景光により発生する電荷をすべて除き、反射光により発生する電荷のみから距離の算出を高い精度で行うことができる。
　一方、図１４（Ｂ）は、非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２及びＱＢ３の各々が同一でない場合であり、例えば入射角２０°等の大きい入射角の時の電荷Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３それぞれを示している。図１４（Ｂ）の場合、電荷Ｑ２及びＱ３の各々から電荷Ｑ１を（１）式に示すように減算しても、電荷Ｑ２、Ｑ３それぞれにおいて背景光により発生する電荷量が電荷Ｑ１と異なり、減算結果に非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３それぞれの違いによる差分が残り、背景光により発生する電荷をすべて除くことができないため、距離の算出を高い精度で行うことができない。

　従来においては、フォトダイオードＰＤから電荷蓄積部ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３それぞれに流入する非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３の電荷量が、反射光で発生し、フォトダイオードＰＤに収集され、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、およびＧ３をオンすることにより、電荷蓄積部ＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３にそれぞれ振り分けられる電荷量に比較して無視できる比率（誤差範囲の割合）であり、上記（１）式から算出される距離の精度も誤差範囲に含まれる程度の大きさであった。
　しかしながら、距離画像の解像度を高くしたり、距離画像センサ３２のチップサイズをより小さくするため、画素を形成する面積を低減することが必要となる。
　そのため、反射光で発生する電荷量が面積比に対応して減少し、非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３の電荷量の差分が、反射光で発生する電荷量に比較して無視できない比となり、（１）式で算出する距離の精度が、画素の面積の縮小に応じて低下してしまう。

　上述の課題を鑑み、距離画像センサにおける画素の面積を縮小しても、電荷蓄積部に蓄積される電荷の各々に含まれる、入射光の入射角に依存して電荷量が異なる非制御電荷それぞれの影響を受けずに、対象物と自身との距離を、画素を縮小しない場合と同様の精度で求める距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法を提供することを目的とする。

　本発明の距離画像撮像装置は、測定対象の空間である測定空間に対して照射光を照射する光源部と、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、当該入射光により生成された電荷を画素毎に蓄積し、当該画素毎に蓄積された前記電荷の電荷量からなる距離画像を生成する距離画像センサと、前記距離画像における前記電荷量から、前記距離画像センサにおいて前記電荷を蓄積する制御によらずに当該電荷量に含まれる非制御電荷に基づく信号値を記憶し、記憶した前記信号値を用いて前記空間における前記対象物との距離を補正する距離画像処理部とを備える。

　本発明の距離画像撮像装置は、前記距離画像センサが、前記入射光に応じて生成された電荷を収集する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積する電荷蓄積部とを具備し、前記電荷を前記電荷蓄積部に蓄積する制御を行う画素回路を画素毎に備え、前記距離画像処理部が、前記画素回路による制御によらずに前記電荷蓄積部に流入する前記電荷である前記非制御電荷の電荷量に対応した調整電圧を、前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷量に応じた入力電圧から減算し、前記距離画像センサと前記測定対象との距離の測定を行う。

　本発明の距離画像撮像装置は、前記電荷蓄積部が、前記空間の背景光を受光して発生した背景光電荷を蓄積する少なくとも一つの第１電荷蓄積部と、前記照射光の前記対象物からの前記反射光を受光して発生した反射光電荷を蓄積する２個以上の複数の第２電荷蓄積部とを備える。

　本発明の距離画像撮像装置は、所定の環境光下における前記照射光が放射されない状態において予め測定された、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させ、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照背景光電圧と、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させず、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照基準電圧とのそれぞれを記憶する記憶部を備える。

　本発明の距離画像撮像装置は、前記距離画像センサが、前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、当該入射光により生成された電荷を前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積し、前記距離画像処理部が、前記第１電荷蓄積部に蓄積された電荷によって生成された背景光電圧を、予め測定されて前記記憶部に記憶された前記参照背景光電圧により除算して調整比を求め、前記参照基準電圧の各々に対して当該調整比を乗算することにより、前記入力電圧それぞれに対する前記調整電圧を算出する。

　本発明の距離画像撮像装置は、前記フレーム周期が、第１フレーム周期及び第２フレーム周期の各々を含み、前記第１フレーム周期において、前記距離画像センサが、前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、前記画素回路が制御した電荷を前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積させ、前記距離画像処理部が、前記蓄積された電荷によって生成された前記入力電圧を取得し、前記第２フレーム周期において、前記距離画像センサが、前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、前記画素回路が制御した電荷を前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積させず、前記距離画像処理部が、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々における前記非制御電荷に対応した調整電圧を取得する。

　本発明の距離画像撮像装置は、遮光された環境下における前記照射光が照射された状態において予め測定された、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させ、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照反射光電圧と、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積せず、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照基準電圧とのそれぞれを記憶する記憶部を備える。

　本発明の距離画像撮像装置は、距離画像処理部が、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷によって生成された前記入力電圧それぞれを加算した結果を、前記参照反射光電圧の各々を加算した結果により除算して調整比を求め、前記参照基準電圧に対して当該調整比を乗算することにより、前記入力電圧の各々に対する前記調整電圧それぞれを算出する。

　本発明の距離画像撮像装置は、前記フレーム周期が、第１フレーム周期及び第２フレーム周期の各々を含み、前記第１フレーム周期において、前記距離画像センサが、遮光された環境において前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、前記画素回路が制御した電荷を前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積させ、前記距離画像処理部が、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷によって生成された前記入力電圧を取得し、前記第２フレーム周期において、前記距離画像センサが、遮光された環境において前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、前記画素回路が制御した電荷を前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積させず、前記距離画像処理部が、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に電荷によって前記非制御電荷に対応した調整電圧を取得する。

　本発明の距離画像撮像装置は、所定の環境光下における前記照射光が放射されない状態において予め測定された、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させ、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照背景光電圧と、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させず、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから参照基準電圧として取得した第１参照基準電圧と、また、遮光された環境下における前記照射光が照射された状態において予め測定された、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させ、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照反射光電圧と、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させず、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから参照基準電圧として取得した第２参照基準電圧と、のそれぞれを記憶する記憶部を備える。

　本発明の距離画像撮像装置は、前記距離画像センサが、前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、当該入射光により生成された電荷を前記画素毎に蓄積し、前記距離画像処理部が、前記蓄積された電荷によって生成された前記入力電圧を、予め測定されて前記記憶部に記憶された前記参照背景光電圧により除算して調整比として第１調整比を求め、前記第１参照基準電圧の各々に対して当該第１調整比を乗算することにより、前記入力電圧それぞれに対する第１調整電圧を算出し、また、前記入力電圧の各々を加算した結果を、前記参照反射光電圧の各々を加算した加算結果により除算して調整比として第２調整比を求め、前記第２参照基準電圧に対して当該第２調整比を乗算することにより、前記入力電圧の各々に対する第２調整電圧それぞれを算出し、前記第１調整電圧及び前記２調整電圧を加算して、前記調整電圧を算出する。

　本発明の距離画像撮像装置は、前記空間からの前記入射光を入射するレンズをさらに備え、前記距離画像センサが前記レンズを介して前記入射光を受光する。

　本発明の距離画像撮像装置は、前記空間からの前記入射光を入射するレンズをさらに備え、前記入射光が、前記レンズを介して前記画素のそれぞれに入射するため、前記レンズの特性に対応して、前記調整比が所定の差分範囲内の前記画素をグループに分割し、当該グループにおける前記参照基準電圧の中央値を、前記グループの全ての画素に対する参照基準電圧とする。

　本発明の距離画像撮像装置は、前記入射光が、前記レンズを介して前記画素のそれぞれに入射するため、前記レンズの特性に対応して、当該レンズの複数の特性が記憶部に記憶されている。

　本発明の距離画像撮像装置は、前記入射光が、前記レンズを介して前記画素のそれぞれに入射するため、前記レンズの特性に対応して、当該画素の各々の位置に対応した前記調整比を出力する調整関数が記憶部に記憶されている。

　本発明の距離画像撮像方法は、距離画像センサが、測定対象の空間である測定空間に対して照射光を光源部から照射させ、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、当該入射光により生成された電荷を画素毎に蓄積し、当該画素毎に蓄積された前記電荷の電荷量を有する距離画像を生成する距離画像生成過程と、前記距離画像における前記電荷量から、前記距離画像センサにおいて前記電荷を蓄積する制御によらずに当該電荷量に含まれる非制御電荷を除去した補正電荷量により前記空間における前記対象物との距離を取得する距離画像処理過程とを含む。

　本発明は、距離画像センサにおける画素の面積を縮小しても、電荷蓄積部に蓄積される電荷の各々に含まれる、入射光の入射角に依存して電荷量が異なる非制御電荷それぞれの影響を受けずに、対象物と自身との距離を、画素の面積を縮小しない場合と同様の精度で求める距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置の概略構成を示したブロック図である。本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置１に用いられる撮像素子（距離画像センサ３２）の概略構成を示したブロック図である。本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置１に用いられる撮像素子（距離画像センサ３２）の受光画素部３２０内に配置された画素３２１の構成の一例を示した回路図である。本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置１に用いられる撮像素子（距離画像センサ３２）の受光画素部３２０内に配置された画素３２１を駆動するタイミングを示したタイミングチャートである。本発明の第１の実施形態における参照背景光電圧及び参照基準電圧の各々の取得の処理を説明するタイミングチャートである。非制御電荷が蓄積される期間を説明するタイミングチャートである。レンズ３１の特性における入射光が各画素に入射する入射角度の変化の傾向を示す図である。本発明の第２実施形態における参照背景光電圧及び参照基準電圧の各々の取得の処理を説明するタイミングチャートである。本発明の第３の実施形態における参照背景光電圧及び参照基準電圧の各々の取得の処理を説明するタイミングチャートである。本発明の第４の実施形態における参照背景光電圧及び参照基準電圧の各々の取得の処理を説明するタイミングチャートである。距離画像センサにおける画素の各々に対する入射光の入射角度を説明する概念図である。入射光の画素に対する入射角度による電荷Ｑ１、Ｑ２及びＱ３の各々に含まれる非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３の発生について説明する図である。センサチップに対する入射光の入射角度により電荷蓄積部に蓄積される電荷が変化することを示す図である。電荷Ｑ１、Ｑ２及びＱ３の各々における非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３それぞれの関係を示す概念図である。

＜第１の実施形態＞
　以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置の概略構成を示したブロック図である。なお、図１には、距離画像撮像装置１において距離を測定する被写体Ｓも併せて示している。
　図１に示した構成の距離画像撮像装置１は、光源部２と、受光部３と、距離画像処理部４とを備えている。

　光源部２は、距離画像処理部４からの制御に従って、距離画像撮像装置１において距離を測定する対象の被写体Ｓが存在する空間（測定空間Ｐ）に、所定の周期で断続的な光パルスＰＯを照射する。光源部２は、例えば、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｌａｓｅｒ）などの面発光型の半導体レーザーモジュールである。

　光源装置２１は、例えば、被写体Ｓに照射する光パルスＰＯとなる近赤外の波長帯域（例えば、波長が８５０ｎｍ～９４０ｎｍの波長帯域）のレーザー光を発光する光源である。光源装置２１は、例えば、半導体レーザー発光素子である。光源装置２１は、タイミング制御部４１からの制御に応じて、パルス状のレーザー光としての光パルスを放射する。

　拡散板２２は、光源装置２１が発光した近赤外の波長帯域のレーザー光を、被写体Ｓのある測定空間Ｐに照射する所定の断面積の大きさに拡散する光学部品である。拡散板２２が拡散したパルス状のレーザー光が、光パルスＰＯとして光源部２から出射されて、測定空間Ｐの被写体Ｓに照射される。

　受光部３は、距離画像撮像装置１において距離を測定する対象の被写体Ｓによって反射された光パルスＰＯの反射光ＲＬを受光し、受光した反射光ＲＬに応じた画素信号を出力する。

　レンズ３１は、入射した反射光ＲＬを距離画像センサ３２に導く光学レンズである。レンズ３１は、入射した反射光ＲＬを距離画像センサ３２側に出射して、距離画像センサ３２の受光領域に備えた画素に受光（入射）させる。

　距離画像センサ３２は、距離画像撮像装置１に用いられる撮像素子である。距離画像センサ３２は、二次元の受光領域に複数の画素を備え、それぞれの画素の中に、１つの光電変換素子と、この１つの光電変換素子に対応する複数の電荷蓄積部と、それぞれの電荷蓄積部に電荷を振り分ける構成要素とが設けられた振り分け構成の撮像素子である。距離画像センサ３２は、タイミング制御部４１からの制御に応じて、画素を構成する光電変換素子が発生した電荷をそれぞれの電荷蓄積部に振り分け、それぞれの電荷蓄積部に振り分けられた電荷量に応じた画素信号を出力する。

　なお、距離画像センサ３２では、複数の画素が二次元の格子状（行列状）に配置されており、それぞれの画素の対応する１フレーム分の画素信号を出力する。

　距離画像処理部４は、距離画像撮像装置１の全体を制御する制御部であり、かつ距離画像撮像装置１において測定する被写体Ｓとの間の距離を演算する演算部でもある。この距離画像処理部４は、タイミング制御部４１と距離演算部４２と補正パラメータ記憶部４３を備えている。

　タイミング制御部４１は、光源部２が被写体Ｓに光パルスＰＯを照射するタイミングや、受光部３に備えた距離画像センサ３２が反射光ＲＬを受光し、蓄積させるタイミングなどを制御する。

　距離演算部４２は、距離画像センサ３２から出力された画素信号に基づいて、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの間の距離を演算した距離情報を出力する。また、距離演算部４２は、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの間の距離情報を算出する際、画素信号における電荷量から取得する、距離の演算に用いる入力電圧に含まれる非制御電荷に対応した電圧成分を調整電圧として、入力電圧から減算して除去し、補正入力電圧を求めて（１）式による距離の演算を行う（後に詳述）。

　補正パラメータ記憶部４３は、距離演算部４２が入力電圧から、上記非制御電荷に対応した電圧を除去する際に、入力電圧から減算する調整電圧を生成するための補正パラメータが記憶されている（後に詳述）。

　このような構成によって、距離画像撮像装置１では、光源部２が被写体Ｓに照射した近赤外の波長帯域の光パルスＰＯが被写体Ｓによって反射された反射光ＲＬを受光部３が受光し、距離画像処理部４が、被写体Ｓとの距離を測定した距離情報を、入射光に対応した非制御電荷に対応する電圧成分を除去した入力電圧により算出して出力する。

　なお、図１においては、距離画像処理部４を内部に備えた構成の距離画像撮像装置１を示しているが、距離画像処理部４は、距離画像撮像装置１の外部に備える構成要素であってもよい。

　次に、距離画像撮像装置１において撮像素子として用いられる距離画像センサ３２の構成について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置１に用いられる撮像素子（距離画像センサ３２）の概略構成を示したブロック図である。図２において、距離画像センサ３２は、複数の画素３２１が配置された受光画素部３２０と、制御回路３２２と、垂直走査回路３２３と、水平走査回路３２４と、画素信号処理回路３２５と、画素駆動回路３２６とを備えている。なお、図２に示した距離画像センサ３２では、複数の画素３２１が、８行８列に二次元の格子状に配置された受光画素部３２０の一例を示している。

　制御回路３２２は、垂直走査回路３２３、水平走査回路３２４、画素信号処理回路３２５及び画素駆動回路３２６などの距離画像センサ３２に備えた構成要素を制御する。制御回路３２２は、例えば、距離画像撮像装置１に備えた距離画像処理部４（より具体的には、タイミング制御部４１）からの制御に応じて、距離画像センサ３２に備えた構成要素の動作を制御する。なお、制御回路３２２による距離画像センサ３２に備えた構成要素の制御は、例えば、距離画像処理部４（より具体的には、タイミング制御部４１）が直接行う構成であってもよい。この場合、距離画像センサ３２は、制御回路３２２を備えない構成であってもよい。

　画素駆動回路３２６は、格子状に配列した画素３２１が備える光電変換素子（後述する光電変換素子ＰＤ）が発生した電荷を、画素３２１が備えた複数の電荷蓄積部（後述する電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３）に振り分けて蓄積させる蓄積駆動信号（後述する蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３）、リセット信号（後述するリセット信号ＲＳＴ１、ＲＳＴ２、ＲＳＴ３）及びリセット駆動信号（後述するリセット駆動信号ＲＳＴＤ）を、受光画素部３２０内に格子状に配置された画素３２１の列単位に出力する。
　垂直走査回路３２３は、制御回路３２２からの制御に応じて、受光画素部３２０内に配置された画素３２１の各々を制御し、画素３２１それぞれから、入射した光を光電変換した電荷量に応じた電圧の信号（以下、「電圧信号」という）を対応する垂直信号線３２７に出力させる（読み出させる）駆動回路である。垂直走査回路３２３は、画素３２１を駆動（制御）して読み出すための制御信号（後述する選択駆動信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２、ＳＥＬ３）を、受光画素部３２０内に格子状に配置された画素３２１の行単位に出力する。
　これにより、画素３２１において電荷蓄積部（後述する電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３）それぞれに振り分けられた電荷量に応じた電圧信号が、受光画素部３２０の列ごとに対応する垂直信号線３２７の各々に読み出され、画素信号処理回路３２５に出力される。

　受光画素部３２０において、画素３２１は、光源部２が被写体Ｓに照射した光パルスＰＯが被写体Ｓによって反射された反射光ＲＬを受光し、受光した反射光ＲＬの光量（受光量）に応じた電荷を発生させる。それぞれの画素３２１において、画素駆動回路３２６は、蓄積駆動信号を出力することにより、複数備えたいずれかの電荷蓄積部に、受光した反射光ＲＬの光量（受光量）に応じた電荷を振り分けて蓄積させる。そして、画素３２１において、垂直走査回路３２３は、読出駆動信号として選択駆動信号を出力することにより、それぞれの電荷蓄積部に振り分けられて蓄積された電荷の電荷量に応じた大きさの電圧信号を、対応する垂直信号線３２７に出力する。なお、画素３２１の構成と駆動（制御）方法とに関する詳細な説明は、後述する。

　画素信号処理回路３２５は、垂直走査回路３２３からの制御に応じて、それぞれの列の画素３２１から、対応する垂直信号線３２７に出力された電圧信号に対して、予め定めた信号処理を行う信号処理回路である。予め定めた信号処理としては、例えば、相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ：ＣＤＳ）によって電圧信号に含まれるノイズを抑圧するノイズ抑圧処理などがある。

　なお、画素信号処理回路３２５は、受光画素部３２０のそれぞれの列に対応した複数の画素信号処理回路からなる画素信号処理回路群であってもよい。この場合、画素信号処理回路３２５は、制御回路３２２からの制御に応じて、予め定めた信号処理をした後の電圧信号を、内部に設けられたＡＤ変換回路に対して出力し、ＡＤ変換回路は、水平走査回路３２４の制御に応じて、受光画素部３２０の行ごとに、ＡＤ変換されたデジタル値を水平信号線３２９に出力する。

　垂直走査回路３２３は、それぞれの列の画素３２１に対応する電圧信号を出力させるための読出駆動信号を、画素信号処理回路３２５に順次出力する。
　水平走査回路３２４は、制御回路３２２からの制御に応じて、信号処理をした後の電圧信号がＡＤ変換されたデジタル値を、水平信号線３２９に順次出力させる（読み出させる）。これにより、画素信号処理回路３２５が出力した信号処理をした後の１フレーム分の電圧信号が、１フレーム分の画素信号として、水平信号線３２９を経由して距離画像センサ３２の外部に順次出力される。このとき、距離画像センサ３２は、例えば、出力アンプなどの不図示の出力回路から、信号処理をした後の電圧信号を、画素信号として距離画像センサ３２の外部に出力する。

　以下の説明においては、距離画像センサ３２に備えた画素信号処理回路３２５が、画素３２１から出力された電圧信号に対してノイズ抑圧処理を行い、その後、ＡＤ変換回路においてＡ／Ｄ変換処理をして出力する、つまり、デジタル値に変換した電圧信号を水平信号線３２９から出力するものとして説明する。

　次に、距離画像センサ３２に備える受光画素部３２０内に配置された画素３２１の構成について説明する。図３は、本発明の実施形態の距離画像撮像装置１に用いられる撮像素子（距離画像センサ３２）の受光画素部３２０内に配置された画素３２１の構成の一例を示した回路図である。図３には、受光画素部３２０内に配置された複数の画素３２１のうち、１つの画素３２１の構成の一例を示している。画素３２１は、３つの画素信号読み出し部を備えた構成の一例である。

　画素３２１は、１つの光電変換素子ＰＤと、ドレインゲートトランジスタＧＤと、対応する出力端子Ｏから電圧信号を出力する３つの画素信号読み出し部ＲＵとを備えている。画素信号読み出し部ＲＵのそれぞれは、読み出しゲートトランジスタＧと、フローティングディフュージョンＦＤと、電荷蓄積容量Ｃと、リセットゲートトランジスタＲＴと、ソースフォロアゲートトランジスタＳＦと、選択ゲートトランジスタＳＬとを備えている。それぞれの画素信号読み出し部ＲＵでは、フローティングディフュージョンＦＤと電荷蓄積容量Ｃとによって電荷蓄積部ＣＳが構成されている。ドレインゲートトランジスタＧＤ、読み出しゲートトランジスタＧ、リセットゲートトランジスタＲＴ、ソースフォロアゲートトランジスタＳＦ及び選択ゲートトランジスタＳＬは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタである。

　なお、図３においては、３つの画素信号読み出し部ＲＵの符号「ＲＵ」の後に、「１」、「２」または「３」の数字を付与することによって、それぞれの画素信号読み出し部ＲＵを区別する。また、同様に、３つの画素信号読み出し部ＲＵに備えたそれぞれの構成要素も、それぞれの画素信号読み出し部ＲＵを表す数字を符号の後に示すことによって、それぞれの構成要素が対応する画素信号読み出し部ＲＵを区別して表す。図３に示した画素３２１において、出力端子Ｏ１から電圧信号を出力する画素信号読み出し部ＲＵ１は、ゲートトランジスタＧ１と、フローティングディフュージョンＦＤ１と、電荷蓄積容量Ｃ１と、リセットゲートトランジスタＲＴ１と、ソースフォロアゲートトランジスタＳＦ１と、選択ゲートトランジスタＳＬ１とを備えている。画素信号読み出し部ＲＵ１では、フローティングディフュージョンＦＤ１と電荷蓄積容量Ｃ１とによって電荷蓄積部ＣＳ１が構成されている。画素信号読み出し部ＲＵ２および画素信号読み出し部ＲＵ３も同様の構成である。

　光電変換素子ＰＤは、入射した光を光電変換して電荷を発生させ、発生させた電荷を蓄積する埋め込み型のフォトダイオードである。なお、本発明においては、画素３２１に備える光電変換素子ＰＤの構造に関して特に規定しない。このため、光電変換素子ＰＤは、例えば、Ｐ型半導体とＮ型半導体とを接合した構造のＰＮフォトダイオードであってもよいし、Ｐ型半導体とＮ型半導体との間にＩ型半導体を挟んだ構造のＰＩＮフォトダイオードであってもよい。また、画素３２１に備える光電変換素子としては、フォトダイオードに限定されるものではなく、例えば、フォトゲート方式の光電変換素子であってもよい。

　ドレインゲートトランジスタＧＤは、垂直走査回路３２３から入力された駆動信号に応じて、光電変換素子ＰＤが発生して蓄積し、それぞれの画素信号読み出し部ＲＵに転送されなかった電荷を破棄するためのトランジスタである。つまり、ドレインゲートトランジスタＧＤは、光電変換素子ＰＤが発生した、被写体Ｓとの間の距離の測定に用いない電荷をリセットするトランジスタである。

　読み出しゲートトランジスタＧは、垂直走査回路３２３から入力された駆動信号に応じて、光電変換素子ＰＤが発生して蓄積した電荷を、対応する電荷蓄積部ＣＳに転送するためのトランジスタである。読み出しゲートトランジスタＧによって転送された電荷は、対応する電荷蓄積部ＣＳに保持（蓄積）される。
　ここで、画素信号読み出し部ＲＵ１において、読み出しゲートトランジスタＧ１は、ソースが光電変換素子ＰＤの第２の端子に接続され、ゲートが蓄積駆動信号ＴＸ１を伝搬する信号線ＬＴＸ１に接続され、ドレインがフローティングディフュージョンＦＤ１及び電荷蓄積容量Ｃ１の第１の端子とに接続されている。
　同様に、画素信号読み出し部ＲＵ２において、読み出しゲートトランジスタＧ２は、ソースが光電変換素子ＰＤの第２の端子に接続され、ゲートが蓄積駆動信号ＴＸ２を伝搬する信号線ＬＴＸ２に接続され、ドレインがフローティングディフュージョンＦＤ２及び電荷蓄積容量Ｃ２の第１の端子とに接続されている。
　また、同様に、画素信号読み出し部ＲＵ３において、読み出しゲートトランジスタＧ３は、ソースが光電変換素子ＰＤの第２の端子に接続され、ゲートが蓄積駆動信号ＴＸ３を伝搬する信号線ＬＴＸ３に接続され、ドレインがフローティングディフュージョンＦＤ３及び電荷蓄積容量Ｃ３の第１の端子とに接続されている。
　上述した蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２及びＴＸ３の各々は、画素駆動回路３２６から、信号線ＬＴＸ１、ＬＴＸ２、ＬＴＸ３それぞれを介して供給される。

　電荷蓄積容量Ｃは、対応する読み出しゲートトランジスタＧによって転送された電荷を保持（蓄積）する容量である。

　リセットゲートトランジスタＲＴは、垂直走査回路３２３から入力された駆動信号に応じて、対応する電荷蓄積部ＣＳに保持された電荷を破棄するためのトランジスタである。つまり、リセットゲートトランジスタＲＴは、対応する電荷蓄積部ＣＳに保持された電荷をリセットするトランジスタである。

　ソースフォロアゲートトランジスタＳＦは、ゲート端子に接続された電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷量に応じた電圧信号を増幅して、対応する選択ゲートトランジスタＳＬに出力するためのトランジスタである。

　選択ゲートトランジスタＳＬは、垂直走査回路３２３から入力された駆動信号に応じて、対応するソースフォロアゲートトランジスタＳＦによって増幅された電圧信号を、対応する出力端子Ｏから出力するためのトランジスタである。

　上述した構成によって、画素３２１では、光電変換素子ＰＤが入射した光を光電変換して発生させた電荷を３つの電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに振り分け、振り分けられた電荷の電荷量に応じたそれぞれの電圧信号を、画素信号処理回路３２５に出力する。

　距離画像センサ３２に配置される画素の構成は、図３に示したような、３つの画素信号読み出し部ＲＵを備えた構成に限定されるものではなく、１つの光電変換素子ＰＤと、光電変換素子ＰＤが発生して蓄積した電荷を振り分ける複数の画素信号読み出し部ＲＵを備えた構成の画素であれば、いかなる構成の画素であってもよい。つまり、距離画像センサ３２に配置される画素に備える画素信号読み出し部ＲＵ（電荷蓄積部ＣＳ）の数は、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。

　また、図３に示した構成の画素３２１では、電荷蓄積部ＣＳを、フローティングディフュージョンＦＤと電荷蓄積容量Ｃとによって構成する一例を示した。しかし、電荷蓄積部ＣＳは、少なくともフローティングディフュージョンＦＤによって構成されればよい。つまり、画素３２１は、それぞれの電荷蓄積容量Ｃを備えていない構成であってもよい。この構成の場合には、電荷検出感度（電荷電圧変換ゲインＣＧ）が高められる効果を有する。しかしながら、距離画像撮像装置１において距離の測定におけるダイナミックレンジを広くすることを考えると、より多くの電荷を保持（蓄積）することができる構成の方が優位である。このため、画素３２１では、画素信号読み出し部ＲＵに電荷蓄積容量Ｃを備え、フローティングディフュージョンＦＤと電荷蓄積容量Ｃとによって電荷蓄積部ＣＳを構成することにより、フローティングディフュージョンＦＤのみで電荷蓄積部ＣＳを構成した場合よりも、より多くの電荷を保持（蓄積）することができる構成にしている。

　また、図３に示した構成の画素３２１では、ドレインゲートトランジスタＧＤを備える構成の一例を示したが、光電変換素子ＰＤに蓄積されている（残っている）電荷を破棄する必要がない場合には、距離画像センサ３２に配置される画素に、ドレインゲートトランジスタＧＤを備えない構成であってもよい。

　次に、距離画像撮像装置１における画素３２１の駆動（制御）方法（タイミング）について説明する。図４は、本発明の実施形態の距離画像撮像装置１に用いられる撮像素子（距離画像センサ３２）の受光画素部３２０内に配置された画素３２１を駆動するタイミングを示したタイミングチャートである。図４には、距離画像センサ３２に１フレーム分の画素信号を出力させる際の画素３２１の駆動信号のタイミングとともに、光源部２が被写体Ｓに照射する光パルスＰＯのタイミングを示している。

　最初に、受光した光の光量（受光量）に応じて光電変換素子ＰＤが発生して蓄積した電荷を、それぞれの画素信号読み出し部ＲＵに振り分ける電荷蓄積期間における画素３２１の駆動（制御）について説明する。電荷蓄積期間では、光源部２によって光パルスＰＯを被写体Ｓに照射する。そして、光パルスＰＯを照射したタイミングに同期して画素３２１を駆動することにより、受光した背景光および反射光ＲＬに応じた電荷を、それぞれの電荷蓄積部ＣＳに振り分ける。画素駆動回路３２６は、受光画素部３２０内に配置された全ての画素３２１を同時に駆動する、いわゆる、グローバルシャッタ駆動によって、全ての画素３２１に備えたそれぞれの電荷蓄積部ＣＳに電荷を振り分けて蓄積させる。なお、光源装置２１がパルス状のレーザー光を発光する時間、つまり、光パルスＰＯのパルス幅Ｔｗは、例えば、１０ｎＳなど、予め定めた非常に短い時間である。その理由は、パルス変調方式による距離の測定では、測定することができる最大の距離（以下、「最大測定距離」という）が、光パルスＰＯのパルス幅Ｔｗによって決められるからである。上述した光パルスＰＯのパルス幅Ｔｗが１０ｎＳである場合、最大測定距離は１．５ｍになる。また、単純に光パルスＰＯのパルス幅Ｔｗを広くする、つまり、光源装置２１におけるレーザー光の発光時間を長くすると、光電変換素子ＰＤがより多くの反射光ＲＬを受光することができるが、測定する被写体Ｓとの距離の分解能が低下する。他方、光パルスＰＯのパルス幅Ｔｗが短いと、光電変換素子ＰＤが光電変換によって発生させる電荷の電荷量も少なくなる。このため、距離画像撮像装置１では、電荷蓄積期間においてそれぞれの電荷蓄積部ＣＳに十分な量の電荷が蓄積されるように、光パルスＰＯの照射および電荷の振り分けを複数回行う。
　ここで、垂直走査回路３２３及び画素駆動回路３２６の各々が画素３２１を駆動（制御）する構成として説明する。以下の説明において、制御回路３２２は、画素駆動回路３２６に対して、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、リセット駆動信号ＲＳＴＤの各々を生成するクロック信号ＣＫ１、ＣＫ２、ＣＫ３、ＣＫＲＳＴＤをそれぞれ出力する。また、制御回路３２２は、垂直走査回路３２３に対して、選択駆動信号ＳＥＬ１、ＳＥＬ２、ＳＥＬ３、リセット信号ＲＳＴ１、ＲＳＴ２、ＲＳＴ３の各々を生成するクロック信号をそれぞれ出力する。

　図４に示したタイミングチャートの電荷蓄積期間には、光パルスＰＯの照射および全ての画素３２１における電荷の振り分けを複数回行う場合の画素３２１の駆動タイミングを示している。なお、図４に示したタイミングチャートの電荷蓄積期間における光パルスＰＯは、“Ｈ（Ｈｉｇｈ）”レベルのときに光パルスＰＯが照射（光源装置２１がレーザー光を発光）し、“Ｌ（Ｌｏｗ）”レベルのときに光パルスＰＯの照射が停止（光源装置２１が消灯）されるものとして説明する。また、図４に示したタイミングチャートは、全ての画素３２１がリセットされている、つまり、光電変換素子ＰＤおよび電荷蓄積部ＣＳに電荷が蓄積されていない状態から始まるものとして説明する。

　図４に示したタイミングチャートの電荷蓄積期間には、光パルスＰＯの照射および全ての画素３２１における電荷の振り分けを複数回行う場合の画素３２１の駆動タイミングを示している。図４に示す信号レベルとして、２値の電圧パルスのうち高い側の電圧値が“Ｈ”レベルであり、低い側の電圧値が“Ｌ”レベルである。
　以下の説明において、時刻ｔＡ１からｔＡ５が電荷の振り分けを行なう蓄積周期であり、電荷蓄積期間に複数の蓄積周期が繰返される。また、例えば、時刻ｔＡ１、ｔＡ２、ｔＡ３、ｔＡ４の間の時間幅、すなわち光パルスＰＯ、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３それぞれのパルス幅は、同一のＴｗである。

　電荷蓄積期間では、まず、画素駆動回路３２６は、光源部２が光パルスＰＯを照射するパルス幅Ｔｗと同じ時間だけ前の時刻ｔＡ１から、光電変換素子ＰＤが光電変換して発生させた、光パルスＰＯが照射される前の背景光に応じた電荷を、読み出しゲートトランジスタＧ１を介して電荷蓄積部ＣＳ１に転送して蓄積させる。

　その後、画素駆動回路３２６は、光源部２が光パルスＰＯを照射するタイミングと同じ時刻ｔＡ２から、光電変換素子ＰＤが現在光電変換した光に応じて発生させた電荷を、読み出しゲートトランジスタＧ２を介して電荷蓄積部ＣＳ２に転送して蓄積させる。ここで、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷は、光パルスＰＯを照射しているパルス幅Ｔｗの時間内に被写体Ｓによって反射されてきた反射光ＲＬに応じた電荷である。この電荷には、背景光に応じた電荷に加えて、被写体Ｓまでの距離（絶対距離）に比例した少ない遅れ時間で入射してきた反射光ＲＬに応じた電荷が含まれている。より具体的には、例えば、被写体Ｓが近い位置に存在する場合には、照射した光パルスＰＯが短い時間で被写体Ｓによって反射されて反射光ＲＬとして戻ってくるため、電荷蓄積部ＣＳ２には、近い位置に存在する被写体Ｓが反射した反射光ＲＬに応じた電荷がより多く含まれている。

　その後、画素駆動回路３２６は、光源部２が光パルスＰＯの照射を停止するタイミングと同じ時刻ｔＡ３から、光電変換素子ＰＤが現在光電変換した光に応じて発生させた電荷を、読み出しゲートトランジスタＧ３を介して電荷蓄積部ＣＳ３に転送して蓄積させる。ここで、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷は、光パルスＰＯを照射しているパルス幅Ｔｗの時間外に被写体Ｓによって反射されてきた反射光ＲＬに応じた電荷である。この電荷には、背景光に応じた電荷に加えて、被写体Ｓまでの距離（絶対距離）に比例した多くの遅れ時間で入射してきた反射光ＲＬに応じた電荷が含まれている。より具体的には、例えば、被写体Ｓが遠い位置に存在する場合には、照射した光パルスＰＯがより長い時間を要して被写体Ｓによって反射されて反射光ＲＬとして戻ってくるため、電荷蓄積部ＣＳ３には、遠い位置に存在する被写体Ｓが反射した反射光ＲＬに応じた電荷がより多く含まれている。

　その後、画素駆動回路３２６は、光源部２が光パルスＰＯを照射するパルス幅Ｔｗと同じ時間だけ経過した時刻ｔＡ４から、光電変換素子ＰＤが現在光電変換した光に応じて発生させた電荷、つまり、被写体Ｓとの間の距離の測定に用いない電荷を、ドレインゲートトランジスタＧＤを介して破棄させる。言い換えれば、光電変換素子ＰＤがリセットさせる。

その後、画素駆動回路３２６は、光源部２が次に光パルスＰＯを照射するパルス幅Ｔｗと同じ時間だけ前の時刻ｔＡ５において、光電変換素子ＰＤのリセットを解除する。そして、画素駆動回路３２６は、時刻ｔＡ１からのタイミングと同様に、光電変換素子ＰＤが次に光電変換して発生させた電荷、つまり、次に光パルスＰＯが照射される前の背景光に応じた電荷を、読み出しゲートトランジスタＧ１を介して電荷蓄積部ＣＳ１に転送して蓄積させる。

　以降、画素駆動回路３２６は、時刻ｔＡ１～時刻ｔＡ５までと同様の画素３２１の駆動（以下、「電荷振り分け駆動」という）を繰り返す。これにより、電荷蓄積期間では、全ての画素３２１に備えたそれぞれの電荷蓄積部ＣＳに、電荷振り分け駆動を繰り返した分の電荷量が蓄積されて保持される。なお、電荷蓄積期間において電荷振り分け駆動を繰り返す最大の回数は、距離画像センサ３２が、１フレーム分の画素信号を出力する（取得する）周期によって決まる。より具体的には、距離画像センサ３２が、１フレーム分の画素信号を取得する時間から、画素信号読み出し期間を差し引いた時間を、光源装置２１がパルス状のレーザー光を発光する時間、つまり、光パルスＰＯのパルス周期時間Ｔｏで除算した商の回数である。なお、距離画像センサ３２では、電荷振り分け駆動の回数が多いほど、それぞれの電荷蓄積部ＣＳに蓄積（積算）される電荷量が多くなり、高感度となる。これにより、距離画像センサ３２では、測定する被写体Ｓとの距離の分解能を高めることができる。

　続いて、電荷蓄積期間が終了した後に、それぞれの画素信号読み出し部ＲＵに備えたそれぞれの電荷蓄積部ＣＳに振り分けられた電荷量に応じた電圧信号を、受光画素部３２０内に配置された画素３２１の行ごとに順次出力させる画素信号読み出し期間における画素３２１の駆動（制御）について説明する。画素信号読み出し期間では、受光画素部３２０内に配置された画素３２１を行ごとに駆動する、いわゆる、ローリング駆動によって、対応する行に配置された画素３２１に備えた電荷蓄積部ＣＳに蓄積（積算）されて保持されている電荷量に応じた電圧信号を、行順次で画素信号処理回路３２５に出力させる。

　なお、上述したように、距離画像センサ３２においては、それぞれの画素３２１が出力した電圧信号に対して、画素信号処理回路３２５が、ノイズ抑圧処理やＡ／Ｄ変換処理などの予め定めた信号処理を行う。ここで、画素信号処理回路３２５がノイズ抑圧処理として行う相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理は、電荷蓄積部ＣＳに蓄積（積算）されて保持されている電荷量に応じた電圧信号（以下、「距離画素電圧信号ＰＳ」という）と、電荷蓄積部ＣＳがリセットされている状態（リセット状態）の電荷量に応じた電圧信号（以下、「リセット電圧信号ＰＲ」という）との差分をとる処理である。このため、画素信号読み出し期間では、それぞれの画素３２１に備えたそれぞれの電荷蓄積部ＣＳに対応する距離画素電圧信号ＰＳとリセット電圧信号ＰＲとのそれぞれの電圧信号を、行順次で画素信号処理回路３２５に出力させる。

　図４に示したタイミングチャートの画素信号読み出し期間には、受光画素部３２０の水平方向（行方向）にｙ行（ｙは１以上の整数）、垂直方向（列方向）にｘ列（ｘは１以上の整数）の複数の画素３２１が配置されている場合において、受光画素部３２０のｉ行目（１≦ｉ≦ｙ）に配置されたそれぞれの画素３２１（ｉ）から、距離画素電圧信号ＰＳ（ｉ）とリセット電圧信号ＰＲ（ｉ）とのそれぞれの電圧信号を出力させる場合の画素３２１の駆動タイミングを示している。なお、図４に示したタイミングチャートでは、それぞれの画素３２１（ｉ）に備えた電荷蓄積部ＣＳ１（ｉ）、ＣＳ２（ｉ）、ＣＳ３（ｉ）の順番に、それぞれの電圧信号を出力させている。

　画素信号読み出し期間では、まず、時刻ｔＲ１～時刻ｔＲ２の期間において、垂直走査回路３２３は、距離画素電圧信号ＰＳ１（ｉ）を、出力端子Ｏ１（ｉ）から垂直信号線を介して画素信号処理回路３２５に出力させる。これにより、画素信号処理回路３２５は、垂直信号線を介して画素信号読み出し部ＲＵ１（ｉ）から出力された距離画素電圧信号ＰＳ１（ｉ）を、一旦保持する。

　その後、時刻ｔＲ３～時刻ｔＲ４の期間において、垂直走査回路３２３は、リセット電圧信号ＰＲ１（ｉ）を、出力端子Ｏ１（ｉ）から垂直信号線を介して画素信号処理回路３２５に出力させる。これにより、画素信号処理回路３２５は、一旦保持している距離画素電圧信号ＰＳ１（ｉ）と、垂直信号線を介して画素信号読み出し部ＲＵ１（ｉ）から出力されたリセット電圧信号ＰＲ１（ｉ）との差分をとる、すなわち、電荷蓄積部ＣＳ１（ｉ）に蓄積（積算）されて保持されている電荷量に応じた電圧信号に含まれるノイズを抑圧する。

　その後、時刻ｔＲ４～時刻ｔＲ７の期間において、垂直走査回路３２３は、時刻ｔＲ１～時刻ｔＲ４の期間と同様に、距離画素電圧信号ＰＳ２（ｉ）とリセット電圧信号ＰＲ２（ｉ）とを、出力端子Ｏ２（ｉ）から垂直信号線を介して画素信号処理回路３２５に出力させる。さらに、時刻ｔＲ７～時刻ｔＲ１０の期間においても、垂直走査回路３２３は、時刻ｔＲ１～時刻ｔＲ４の期間と同様に、距離画素電圧信号ＰＳ３（ｉ）とリセット電圧信号ＰＲ３（ｉ）とを、出力端子Ｏ３（ｉ）から垂直信号線を介して画素信号処理回路３２５に出力させる。

　以降、垂直走査回路３２３は、時刻ｔＲ１～時刻ｔＲ１０までと同様の画素３２１の駆動（以下、「画素信号読み出し駆動」という）を順次、受光画素部３２０の他の行に配置されたそれぞれの画素３２１（例えば、ｉ＋１行目に配置されたそれぞれの画素３２１）に対して行って、受光画素部３２０内に配置された全ての画素３２１から、それぞれの電圧信号を順次出力させる。

　このような駆動（制御）方法（タイミング）によって、画素駆動回路３２６は、受光画素部３２０内に配置されたそれぞれの画素３２１において光電変換素子ＰＤが発生して蓄積した電荷のそれぞれの画素信号読み出し部ＲＵへの振り分けを複数回行う。
　また、垂直走査回路３２３は、画素信号読み出し部ＲＵに備えた電荷蓄積部ＣＳに蓄積（積算）された電荷量に応じた電圧信号を順次、垂直信号線を介して画素信号処理回路３２５に出力させる。

　なお、画素信号処理回路３２５は、ノイズを抑圧したそれぞれの電圧信号に対してＡ／Ｄ変換処理を行ごとに行う。そして、水平走査回路３２４は、画素信号処理回路３２５がＡ／Ｄ変換処理を行った後のそれぞれの行の電圧信号（デジタル化された電圧信号）を、受光画素部３２０の列の順番に水平信号線を経由して順次出力させる。これにより、距離画像センサ３２は、１フレーム分の全ての画素３２１の画素信号（電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々の電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３それぞれに対応する画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３）を外部に出力する。これにより、距離画像撮像装置１では、撮像画像の１フレーム分の画素信号（画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３）が、いわゆる、ラスター順に、距離演算部４２に出力される。

　なお、図４に示した画素３２１の駆動（制御）タイミングからもわかるように、１フレーム分の画素信号のそれぞれには、対応する画素３２１に備えた３つの画素信号読み出し部ＲＵ（電荷蓄積部ＣＳ）のそれぞれに対応する３つの電圧信号が含まれている。距離演算部４２は、距離画像センサ３２から出力された１フレーム分の画素信号に基づいて、被写体Ｓとの間の距離を、それぞれの画素信号ごと、つまり、それぞれの画素３２１ごとに演算する。

　ここで、距離演算部４２における距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの間の距離の演算方法について説明する。ここでは、画素信号読み出し部ＲＵ１の電荷蓄積部ＣＳ１に振り分けられた光パルスＰＯが照射される前の背景光に応じた電荷量を電荷Ｑ１とする。また、画素信号読み出し部ＲＵ２の電荷蓄積部ＣＳ２に振り分けられた背景光と少ない遅れ時間で入射してきた反射光ＲＬに応じた電荷量を電荷Ｑ２とする。また、画素信号読み出し部ＲＵ３の電荷蓄積部ＣＳ３に振り分けられた背景光と多くの遅れ時間で入射してきた反射光ＲＬに応じた電荷量を電荷Ｑ３とする。距離演算部４２は、それぞれの画素３２１ごとの被写体Ｓとの間の距離Ｌを、すでに説明した式（１）によって求める。

　上述したように、距離画像撮像装置１は、距離画像センサ３２の受光画素部３２０内に配置されたそれぞれの画素３２１ごとに、自身と被写体Ｓとの間の距離Ｌを求める。

　なお、上述したように、距離画像センサ３２に格子状に配置される画素の構成は、図３に示したような、３つの画素信号読み出し部ＲＵ１、ＲＵ２及びＲＵ３を備えた構成に限定されるものではなく、１つの光電変換素子ＰＤと、光電変換素子ＰＤが発生して蓄積した電荷を振り分ける２つ以上の画素信号読み出し部ＲＵを備えた構成の画素３２１であればよい。この場合、画素信号読み出し部ＲＵを備える数が異なる構成の画素が配置された距離画像センサにおいても、画素の駆動（制御）方法（タイミング）は、図４に示した距離画像撮像装置１における画素３２１の駆動（制御）方法（タイミング）と同様に考えることによって、容易に実現することができる。より具体的には、それぞれの画素信号読み出し部ＲＵに備えた読み出しゲートトランジスタＧやドレインゲートトランジスタＧＤに入力する駆動信号の位相が互いに重ならないように位相関係を維持した周期で、画素に対する電荷振り分け駆動を繰り返すことによって、距離画像センサ３２と同様に、それぞれの画素信号読み出し部ＲＵに備えた電荷蓄積部ＣＳに、対応する光に応じた電荷が蓄積（積算）させることができる。そして、画素信号読み出し駆動によって全ての画素からそれぞれの電圧信号を順次出力させることによって、距離画像センサ３２と同様に、１フレーム分の画素信号を距離画像センサの外部に出力することができる。これにより、距離演算部４２は、画素信号読み出し部ＲＵを備える数が異なる構成の画素が配置された距離画像センサから出力された１フレーム分の画素信号に基づいて、同様に、距離画像撮像装置１と被写体Ｓとの間の距離Ｌをそれぞれの画素信号ごと（それぞれの画素ごと）に求めることができる。

　本実施形態においては、非制御電荷の電圧成分を除去するため、予め補正パラメータとして、以下の処理により非制御電荷の電荷量に対応した電圧を参照基準電圧として、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々において取得し、補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させておく。
　また、同様に、背景光により生成された電荷量に対応した電圧を参照背景光電圧として、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々において取得し、補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させておく。

　本実施形態においては、背景光により生成される非制御電荷に対応した参照基準電圧のデータと、背景光により生成される背景光電荷に対応した参照背景光電圧を、例えば、距離画像撮像装置１の出荷時や起動時、すなわち距離画像を撮像する前に予め取得し、補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させておく。
　図５は、本発明の第１の実施形態における参照背景光電圧及び参照基準電圧の各々の取得の処理を説明するタイミングチャートである。例えば、距離画像撮像装置１が起動された際、距離演算部４２は、参照背景光電圧取得フレーム及び参照基準電圧取得フレームの各々におけるタイミング出力処理をタイミング制御部４１に行わせる。

　図５（Ａ）は、参照背景光電圧取得フレームにおいて、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される背景光により生成された電荷量に対応する参照背景光電圧ＶＡ１、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される背景光により生成された電荷量に対応する参照背景光電圧ＶＡ２、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される背景光により生成された電荷量に対応する参照背景光電圧ＶＡ３のそれぞれを取得する処理を示している。
　図５（Ａ）においては、距離画像センサ３２は、図４におけるフレーム周期の動作説明と同様な処理により、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２及びＴＸ３の各々を、それぞれパルス幅Ｔｗ１、Ｔｗ２、Ｔｗ３により、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３に供給する。これにより、フォトダイオードＰＤが入射光により収集した電荷を、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３に振り分けて、背景光電荷の蓄積を行う。このとき、タイミング制御部４１は、図４の処理とは異なり、光源装置２１を制御して光パルスＰＯの放射を行わせない。このため、距離画像センサ３２の各画素３２１のフォトダイオードＰＤに入力される入射光、より厳密には、フォトダイオードＰＤを含む画素のシリコン領域に入力される入射光は、撮像する環境における背景光のみとなる。

　これにより、参照背景光電圧取得フレームにおける蓄積期間において、各画素回路における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々には、レンズ３１により入射角度が画素３２１のそれぞれにおいて異なった角度で入射され生成された電荷が蓄積される。
　そして、図４の説明と同様に読み出し処理が行われ、画素信号処理回路３２５から、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された背景光のみによる背景光電荷（すなわち、参照背景光電荷）の電荷量に対応した参照背景光電圧ＶＡ１、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された背景光電荷の電荷量に対応した参照背景光電圧ＶＡ２、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された背景光電荷の電荷量に対応した参照背景光電圧ＶＡ３が画素信号として出力される。距離演算部４２は、取得した参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３の各々を、受光画素部３２０における画素３２１それぞれを識別する識別情報とともに補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる。または、距離演算部４２が、画素信号処理回路３２５から画素信号が読み出される順番と同様に順番に取得した参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３の各々を補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる構成としてもよい。ここで、同一の画素３２１においては、フォトダイオードＰＤを含む画素のシリコン領域に入力される入射光により光電変換され発生した電荷のうち、フォトダイオードＰＤに収集され、それぞれの読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３で制御されて振り分けられた電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３それぞれに蓄積される電荷は同一である。参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３の各々が異なるのは、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３それぞれに流入して蓄積される非制御電荷が異なるためである。

　図５（Ｂ）は、参照基準電圧取得フレームにおいて、背景光によって生成されて、読み出しゲートトランジスタＧ１を介さずに電荷蓄積部ＣＳ１に流入して蓄積される非制御電荷の電荷量に対応する参照基準電圧ＶＢ１、読み出しゲートトランジスタＧ２を介さずに電荷蓄積部ＣＳ２に流入して蓄積される非制御電荷の電荷量に対応する参照基準電圧ＶＢ２、読み出しゲートトランジスタＧ３を介さずに電荷蓄積部ＣＳ３に流入して蓄積される非制御電荷の電荷量に対応する参照基準電圧ＶＢ３のそれぞれを取得する処理を示している。
　図５（Ｂ）においては、距離画像センサ３２は、図４におけるフレーム周期の動作説明と同様な処理により、電荷の蓄積及び読み出しを行う。一方、タイミング制御部４１は、図５（Ａ）の場合と同様に、光源装置２１を制御して光パルスＰＯの放射を行わせないとともに、図５（Ａ）の場合と異なり、制御回路３２２を制御して蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２及びＴＸ３の各々を出力させず、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３それぞれに、電荷（すなわち、電荷蓄積部に蓄積させる制御電荷）の振り分けを行わせない。
　また、タイミング制御部４１は、制御回路３２２を制御して、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々に電荷振り分けを行うタイミングで、ドレインゲートトランジスタＧＤがオン状態とするリセット駆動信号ＲＳＴＤを出力し、フォトダイオードＰＤに収集され、それぞれの読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３で制御されて振り分けられて、それぞれの電荷蓄積部に蓄積される制御電荷に相当する電荷を破棄している。しかしながら、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３で振り分けを行う期間は、３０ｎｓほどの極めて短い時間であり、フォトダイオードＰＤに収集される電荷は少ないため、ほとんどの場合、フォトダイオードＰＤで保持できるため、図５（Ａ）と同様に各読み出しゲートトランジスタＧで振り分けを行う期間においてドレインゲートトランジスタＧＤをオフ状態とする構成としてもよく、その場合は、振り分け期間直後のドレインゲートトランジスタＧＤをオン状態にしたときに、フォトダイオードＰＤで保持された電荷はドレインに破棄される。

　このため、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３の各々がオフのままとなり、背景光による制御電荷が電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３のそれぞれに蓄積されることがない。すなわち、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３それぞれを介して、背景光による制御電荷が伝搬されないため、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々には、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２及びＧ３の各々を介さずに流入する非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３それぞれのみが蓄積される。
　そして、図５（Ｂ）においても、図５（Ａ）と同様に読み出し処理が行われ、画素信号処理回路３２５から画素信号として、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された非制御電荷ＱＢ１の電荷量に対応した参照基準電圧ＶＢ１、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された非制御電荷ＱＢ２の電荷量に対応した参照基準電圧ＶＢ２、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された非制御電荷の電荷量に対応した参照基準電圧ＶＢ３が画素信号として出力される。距離演算部４２は、取得した参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３の各々を、受光画素部３２０における画素３２１それぞれを識別する識別情報とともに補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる。または、距離演算部４２が、画素信号処理回路３２５から画素信号が読み出される順番と同様に、順番に取得した参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３の各々を補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる構成としてもよい。

　そして、距離画像センサ３２と被写体Ｓとの間の距離を測定するフレーム周期において、すでに説明したように、画素信号処理回路３２５は、画素信号（デジタル値）として、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２およびＣＳ３の各々に対応した画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３のそれぞれを、１フレーム分に対応して画素３２１毎に、距離演算部４２に対して出力する。
　このとき、距離演算部４２は、画素信号処理回路３２５から供給される画素３２１毎の画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々に対応し、この画素３２１に対応する参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３と、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３との各々を、補正パラメータ記憶部４３から順次読み出す。
　そして、距離演算部４２は、参照背景光電圧ＶＡ１により画素信号ＶＱ１を除算（ＶＱ１／ＶＡ１）し、調整比βを算出する。
　この調整比βは、補正パラメータの取得の時点と、距離の算出を行う時点とにおける背景光の強度比を示す値であり、ＶＱ２’／ＶＡ２及びＶＱ３’／ＶＡ３に対しても、信号強度のリニアリティ領域（非飽和領域）においては同じ値となる。ここで、補正画素信号ＶＱ２’は、電荷蓄積部ＣＳ２に振り分けられた背景光と少ない遅れ時間で入射してきた反射光ＲＬに応じた電荷量のうち反射光ＲＬに応じた電荷の成分が含まれていない電圧である。同様に、補正画素信号ＶＱ３’は、電荷蓄積部ＣＳ３に振り分けられた背景光と多くの遅れ時間で入射してきた反射光ＲＬに応じた電荷量のうち反射光ＲＬに応じた電荷の成分が含まれていない電圧である。

　距離演算部４２は、算出した調整比βと、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３の各々とを用いて以下の（２）式、（３）式、（４）式により、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３のそれぞれに対応した調整電圧ＶＰ１、ＶＰ２、ＶＰ３を算出する。ここで、調整電圧ＶＰ１、ＶＰ２及びＶＰ３の各々は、距離測定時に生じている、非制御電荷が電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３それぞれに蓄積されたことにより生ずる電圧のことである。
　ＶＰ１＝β×ＶＢ１＝（ＶＱ１／ＶＡ１）×ＶＢ１　　　…（２）
　ＶＰ２＝β×ＶＢ２＝（ＶＱ１／ＶＡ１）×ＶＢ２　　　…（３）
　ＶＰ３＝β×ＶＢ３＝（ＶＱ１／ＶＡ１）×ＶＢ３　　　…（４）
　上述した（２）式、（３）式、（４）式により、調整比βに対応した、すなわち距離Ｌを算出する時点における背景光の強度に対応した参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３の各々に基づいた調整電圧ＶＰ１、ＶＰ２、ＶＰ３それぞれを取得することができる。
　そして、距離演算部４２は、取得した調整電圧ＶＰ１、ＶＰ２及びＶＰ３の各々を用いて、以下の（５）式、（６）式、（７）式により、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々から、距離測定時に生じている、非制御電荷が電荷蓄積部ＣＳに蓄積されたことにより生ずる電圧成分を除去した補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’、ＶＱ３’を算出する。
　ＶＱ１’＝ＶＱ１－ＶＰ１　　　…（５）
　ＶＱ２’＝ＶＱ２－ＶＰ２　　　…（６）
　ＶＱ３’＝ＶＱ３－ＶＰ３　　　…（７）

　距離演算部４２は、求めた補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’及びＶＱ３’の各々を用いて、すでに説明した（１）式に対応した以下の（８）式により、距離画像センサ３２と被写体Ｓとの間の距離Ｌを算出する。
　Ｌ＝［（ＶＱ３’－ＶＱ１’）／（ＶＱ２’＋ＶＱ３’－２ＶＱ１’）］×Ｄｍ
　…（８）
　上式（８）において、Ｄｍは、（ｃ／２）Ｔｗである。
　上述したように、距離画像撮像装置１は、距離画像センサ３２の受光画素部３２０内に配置されたそれぞれの画素３２１ごとに、距離画像センサ３２と被写体Ｓとの間の距離Ｌを求める。本実施形態によれば、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々を、調整電圧ＶＰ１、ＶＰ２、ＶＰ３それぞれで補正した補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’、ＶＱ３’を用いることにより、従来から用いていた距離を求める式（１）をそのまま利用することができる。

　図６は、非制御電荷が蓄積される期間を説明するタイミングチャートである。図６は、図４と同様に示したタイミングチャートであり、２個のフレーム周期にわたって示され、フレーム周期毎において図４で説明したように、光パルスＰＯを照射して電荷蓄積部ＣＳに対して電荷を蓄積する電荷蓄積期間（Ｉｎｔｅｇｕｒａｔｉｏｎ）と、電荷蓄積部ＣＳから電荷を読み出す画素信号読み出し期間（Ｒｅａｄ）とがある。ここで、フォトダイオードＰＤにより収集され、それぞれの読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３により制御されて振分けられた制御電荷は、電荷蓄積期間（Ｉｎｔｅｇｕｒａｔｉｏｎ）のみに電荷が電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々に蓄積される。電荷蓄積部ＣＳは、電荷が読み出された後、一旦、リセットゲートトランジスタＲＴにより破棄されてリセットされるが、次の電荷読み出し時間まで電荷は破棄されない。すなわち、電荷の破棄は、１フレーム（Ｉｎｔｅｇｕｒａｔｉｏｎ＋Ｒｅａｄ）毎に１回のみ行なわれるため、非制御電荷は、ほぼ１フレームの期間において電荷蓄積部ＣＳに蓄積される。すなわち、制御電荷が電荷蓄積部ＣＳに蓄積される期間よりも非制御電荷が電荷蓄積部ＣＳに蓄積される期間の方が長くなる。
　このため、従来技術では、画素３２１の面積を縮小した場合、フォトダイオードＰＤにより収集され、読み出しゲートトランジスタＧを介して電荷蓄積部ＣＳに振分けられて蓄積される制御電荷の電荷量に対して、読み出しゲートトランジスタＧを介さずに電荷蓄積部ＣＳに蓄積される非制御電荷の電荷量の比率が大きくなり、求める距離Ｌの精度が低下する。さらに画素３２１の面積を縮小するに従って、非制御電荷の蓄積割合は、段階的に高くなるため、求める距離Ｌの精度が徐々に低下する。

　しかしながら、本実施形態によれば、読み出しゲートトランジスタＧを介して制御電荷の電荷量に対して、読み出しゲートトランジスタＧを介さずに電荷蓄積部ＣＳに蓄積される非制御電荷の電荷量の比率が大きくなっても、画素３２１の面積を縮小しても、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷の各々に含まれる、入射光の入射角に依存して電荷量が異なる非制御電荷それぞれの影響を排除することができ、被写体Ｓと自身との距離Ｌを、同様あるいはより高い精度で求めることができる。
　また、本実施形態によれば、レンズ３１を取り付けて距離画像撮像装置１が組み立てられた後に、特別な校正機器を用いることなく、参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３と、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３とを計測することができ、取り付けられたレンズ３１の個々の特性、また取り付けられたレンズ３１と距離画像センサ３２との相対位置の違いなどに対応させて、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々の補正を容易に行うことができる。

　また、本実施形態においては、レンズ３１が複数のＦ値を有するなど、入射光の距離画像センサ３２への入射角度を変化させる異なる特性を複数有している場合、それぞれの特性毎に、参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３と、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３とを求めて、あらかじめ特性の各々に対応させて補正パラメータ記憶部４３に対して書き込んで記憶させ、特性に対応した画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々の補正を行う構成としてもよい。この場合、距離演算部４２は、フレーム周期において電荷の蓄積期間に用いたレンズの特性に対応した参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３と、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３などの補正パラメータを補正パラメータ記憶部４３から読み込み、読み込んだ補正パラメータにより、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々の補正を行う。

　また、本実施形態においては、受光画素部３２０における全ての画素３２１の各々に対応した参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３と、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３とを、補正パラメータ記憶部４３に記憶させたが、被写体Ｓに対して受光画素部３２０の前部に設けられたレンズ３１を介して、画素３２１のそれぞれに入射光が入射するため、レンズ３１の特性に対応して、調整比βが所定の差分範囲内に入るように画素３２１の各々をグループに分割し、それぞれのグループ内の画素３２１における参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３の各々と、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３各々との中央値を、グループ内の全ての画素３２１に対する参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３と、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３として用い、補正パラメータ記憶部４３の記憶容量を低下する構成としてもよい。

　図７は、レンズ３１の特性における入射光が各画素に入射する入射角度の変化の傾向を示す図である。
　図７において示すように、距離画像センサ３２のチップの面積重心ＣＯを中心として、同心円状（同心円Ｅ）に連続して入射光の入射角度が徐々に変化するため、上述したように入射角度が同様な所定の画素３２１の各々のグループ化を行う構成とすることが可能である。
　また、他の構成として、面積重心ＣＯを中心とした同心円Ｅの所定の半径の位置における画素３２１における参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３と、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３との補正パラメータ値を補正パラメータ記憶部４３に記憶させておく構成としてもよい。この場合には、上記所定の半径の同心円Ｅにおける補正パラメータ値を、同心円Ｅで挟まれる領域における画素３２１の各々の補正パラメータ値に補完する補完関数をあらかじめ、上記領域ごとに補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させておく。そして、距離演算部４２が、必要に応じて、同心円Ｅにおける補正パラメータ値及び補完関数を読み出し、同心円Ｅで挟まれる領域における画素３２１の補正パラメータ値を、その領域を挟んでいる同心円Ｅに対応する画素３２１における補正パラメータ値を補完関数により生成する構成とする。
　本実施形態においては、レンズ３１特性を同心円状（同心円Ｅ）に連続して入射光の入射角度が徐々に変化する例で説明したが、使用するレンズの特性によって、必ずしも同心円状に変化させなくてもよく、レンズのもつ入射光の入射角度の特性に対応して変化させてもよい。
　また、本実施形態においては、距離画像センサ３２における回路をｎチャネル型トランジスタにより形成した例を示したが、半導体の極性を換えて、ｐチャネル型トランジスタにより形成してもよい。

＜第２の実施形態＞
　第２の実施形態による距離画像撮像装置は、図１に示す第１の実施形態と同様の構成であるが、第１の実施形態の画素３２１が画素信号読み出し部ＲＵ１、ＲＵ２及びＲＵ３の３個であるのに対して、本実施形態においては、画素信号読み出し部ＲＵ１、ＲＵ２、ＲＵ３及びＲＵ４（不図示）の４個を有している。
　画素信号読み出し部ＲＵ１、ＲＵ２、ＲＵ３及びＲＵ４の各々は、それぞれ電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４（不図示）を備えている。
　本実施形態の構成の場合、電荷蓄積部ＣＳ１は、第１の実施形態と同様に、背景光のみによる入射光によりフォトダイオードＰＤで収集した背景光電荷が振り分け時間Ｔｗ１（パルス幅Ｔｗと同一の時間幅であり、以降に示すＴｗ２、Ｔｗ３、Ｔｗ４それぞれも同様）において振り分けられて蓄積される。振り分け時間Ｔｗ１Ｔｗ２、Ｔｗ３及びＴｗ４（不図示）の各々は、読み出しゲートトランジスタＧ１に印加される蓄積駆動信号ＴＸ１、読み出しゲートトランジスタＧ２に印加される蓄積駆動信号ＴＸ２、読み出しゲートトランジスタＧ３に印加される蓄積駆動信号ＴＸ３、読み出しゲートトランジスタＧ４（不図示）に印加される蓄積駆動信号ＴＸ４（不図示）のパルス幅である。Ｔｗ１、Ｔｗ２、Ｔｗ３及びＴｗ４の各々は、それぞれ光パルスＰＯのパルス幅Ｔｗと同一である。
　電荷蓄積部ＣＳ１には、図４のタイミングチャートと同様に、光パルスＰＯが照射される前の振り分け時間Ｔｗ１において、フォトダイオードＰＤで収集した背景光電荷が振り分けられる。電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々には、図４のタイミングチャートと同様に、光パルスＰＯが照射されている振り分け時間Ｔｗ２、次の振り分け時間Ｔｗ３、さらに次の振分け時間Ｔｗ４それぞれにおいて、フォトダイオードＰＤで収集した背景光電荷と反射光ＲＬに応じた電荷とが振り分けられる。

　本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、背景光により生成される非制御電荷に対応した参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３及びＶＢ４の各々のデータと、背景光により生成される背景光電荷に対応した参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＡ３及びＶＡ４の各々のデータとを、例えば、距離画像撮像装置１の出荷時や起動時、すなわち距離画像を撮像する前に予め取得し、補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させておく。
　図８は、本発明の第２の実施形態における参照背景光電圧及び参照基準電圧の各々の取得の処理を説明するタイミングチャートである。例えば、距離画像撮像装置１が起動された際、距離演算部４２は、参照背景光電圧取得フレームにおける参照背景光電圧の取得処理と、参照基準電圧取得フレームにおける参照基準電圧取得処理とをタイミング制御部４１に行わせる。
　図８（Ａ）は、参照背景光電圧取得フレームにおいて、図５（Ａ）と同様に、参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２及びＶＡ３の各々とともに、電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される参照背景光電圧ＶＡ４を取得する処理を示している。
　図８（Ａ）においては、距離画像センサ３２は、電荷蓄積部ＣＳに対する電荷の蓄積、及び電荷蓄積部ＣＳからの電荷の読み出しを行う。この電荷の蓄積を行う際、タイミング制御部４１は、光源装置２１を制御して光パルスＰＯの放射を行わせない。このため、距離画像センサ３２の各画素３２１に入力される入射光は、撮像する環境における背景光のみとなる。

　これにより、参照背景光電圧取得フレームにおける電荷の蓄積期間において、各画素３２１における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々には、レンズ３１により入射角度がそれぞれ異なった角度に変更された背景光のみの入射光が入射する。
　そして、図５（Ａ）の説明と同様に読み出し処理が行われ、画素信号処理回路３２５から画素信号として、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された背景光のみによる背景光電荷（すなわち、参照背景光電荷）の電荷量に対応した参照背景光電圧ＶＡ１、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された背景光電荷の電荷量に対応した参照背景光電圧ＶＡ２、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された背景光電荷の電荷量に対応した参照背景光電圧ＶＡ３、電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された背景光電荷の電荷量に対応した参照背景光電圧ＶＡ４が画素信号として出力される。距離演算部４２は、取得した参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＡ３及びＶＡ４の各々を、受光画素部３２０における画素３２１それぞれを識別する識別情報とともに補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる。または、距離演算部４２が、画素信号処理回路３２５から画素信号が読み出される順番と同様に、順番に取得した参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＡ３及びＶＡ４の各々を補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる構成としてもよい。

　図８（Ｂ）は、図５（Ｂ）と同様に、参照基準電圧取得フレームにおいて、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３のそれぞれと、背景光に伴って電荷蓄積部ＣＳ４に流入して蓄積される非制御電荷の電荷量に対応する参照基準電圧ＶＢ４を取得する処理を示している。
　図８（Ｂ）においては、距離画像センサ３２は、図４におけるフレーム周期の動作説明と同様な処理により、電荷の蓄積及び読み出しを行う。一方、タイミング制御部４１は、光源装置２１を制御して光パルスＰＯの放射を行わせないとともに、制御回路３２２を制御して蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々を出力させず、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに、電荷の振り分けを行わせない。
　また、タイミング制御部４１は、制御回路３２２を制御して、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々に電荷振り分けを行うタイミングで、ドレインゲートトランジスタＧＤがオン状態とするリセット駆動信号ＲＳＴＤを出力して電荷を破棄している。しかしながら、各読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４で振り分けを行う期間は、４０ｎｓほどの極めて短い時間であるため、フォトダイオードＰＤに収集される電荷は少なく、ほとんどの場合、フォトダイオードＰＤで保持できるため、図８（Ａ）と同様に振り分けを行う期間においてドレインゲートトランジスタＧＤをオフ状態とする構成としてもよく、その場合は、振り分け期間直後のドレインゲートトランジスタＧＤをオン状態にしたときにフォトダイオードＰＤで保持された電荷はドレインに破棄される。

　これにより、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４の各々がオフのままとなり、背景光による電荷が読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々を介して、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに伝搬されない。このため、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々には、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々を介さずに流入する非制御電荷ＱＢ１、ＱＢ２、ＱＢ３、ＱＢ４のみが蓄積される。
　そして、図８（Ａ）と同様に読み出し処理が行われ、画素信号処理回路３２５から画素信号として、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３とともに、電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された非制御電荷の電荷量に対応した参照基準電圧ＶＢ４が画素信号として出力される。距離演算部４２は、取得した参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３及びＶＢ４の各々を、受光画素部３２０における画素３２１それぞれを識別する識別情報とともに補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる。または、距離演算部４２が、画素信号処理回路３２５から画素信号が読み出される順番と同様に、順番に取得した参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３及びＶＢ４の各々を補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる構成としてもよい。

　そして、距離画像センサ３２と被写体Ｓとの間の距離を測定するフレーム周期において、すでに説明したように、画素信号処理回路３２５は、画素信号（デジタル）として、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３およびＣＳ４の各々に対応した画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３、ＶＱ４のそれぞれを、１フレーム分に対応して画素３２１毎に、距離演算部４２に対して出力する。
　このとき、距離演算部４２は、順次、補正パラメータ記憶部４３から、読み出された画素３２１に対応する参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＡ３及びＶＡ４と、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３及びＶＢ４とを読み出す。
　距離演算部４２は、参照背景光電圧ＶＡ１により画素信号ＶＱ１を除算（ＶＱ１／ＶＡ１）し、調整比βを算出する。この調整比βは、補正パラメータの取得の時点と、距離の算出を行う時点とにおける背景光の強度比を示す値であり、ＶＱ２’／ＶＡ２、ＶＱ３’／ＶＡ３及びＶＱ４’／ＶＡ４も、信号強度のリニアリティ領域（非飽和領域）においては同じ値となる。ここで、補正画素信号ＶＱ２’は、電荷蓄積部ＣＳ２に振り分けられた背景光と反射光ＲＬに応じた電荷量のうち反射光ＲＬに応じた電荷の成分が含まれていない電圧である。同様に、補正画素信号ＶＱ３’は、電荷蓄積部ＣＳ３に振り分けられた背景光と反射光ＲＬに応じた電荷量のうち反射光ＲＬに応じた電荷の成分が含まれていない電圧であり、補正画素信号ＶＱ４’は、電荷蓄積部ＣＳ４に振り分けられた背景光と反射光ＲＬに応じた電荷量のうち反射光ＲＬに応じた電荷の成分が含まれていない電圧である。

　距離演算部４２は、調整比βと、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３及びＶＢ４とを用いて以下の（９）式、（１０）式、（１１）式、（１２）式により、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３及びＶＱ４の各々に対応した距離測定時に生じている、非制御電荷が電荷蓄積部ＣＳに蓄積されたことにより生ずる調整電圧ＶＰ１、ＶＰ２、ＶＰ３、ＶＰ４それぞれを算出する。
　ＶＰ１＝β×ＶＢ１＝（ＶＱ１／ＶＡ１）×ＶＢ１　　　…（９）
　ＶＰ２＝β×ＶＢ２＝（ＶＱ１／ＶＡ１）×ＶＢ２　　　…（１０）
　ＶＰ３＝β×ＶＢ３＝（ＶＱ１／ＶＡ１）×ＶＢ３　　　…（１１）
　ＶＰ４＝β×ＶＢ４＝（ＶＱ１／ＶＡ１）×ＶＢ４　　　…（１２）
　そして、距離演算部４２は、調整電圧ＶＰ１、ＶＰ２、ＶＰ３及びＶＰ４の各々を用いて、以下の（１３）式、（１４）式、（１５）式、（１６）式により、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３及びＶＱ４の補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’、ＶＱ３’、ＶＱ４’それぞれを算出する。
　ＶＱ１’＝ＶＱ１－ＶＰ１　　　…（１３）
　ＶＱ２’＝ＶＱ２－ＶＰ２　　　…（１４）
　ＶＱ３’＝ＶＱ３－ＶＰ３　　　…（１５）
　ＶＱ４’＝ＶＱ４－ＶＰ４　　　…（１６）

　以上により、画素信号読み出し部をＲＵ１、ＲＵ２、ＲＵ３及びＲＵ４の４個とした場合でも、画素信号読み出し部をＲＵ１、ＲＵ２及びＲＵ３の３個の場合と同様に、補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’、ＶＱ３’、ＶＱ４’を算出できる。すなわち、画素信号読み出し部が３個以上の場合で、上述した補正方法により、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３、ＶＱ４の電圧値の正確な補正ができる。

＜第３の実施形態＞
　第１の実施形態及び第２の実施形態の各々が、被写体Ｓと距離画像センサ３２との距離の計測を行う以前に、予め参照背景光電圧と参照基準電圧とを補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させていたが、第３の実施形態においては、距離の計測処理毎に、補正パラメータを取得する構成となっている。
　本実施形態は、図１に示す距離画像撮像装置１と同様の構成であり、以下、第１の実施形態及び第２の実施形態の各々と異なる動作を説明する。
　本実施形態においては、一枚の距離画像を取得するために第１フレーム及び第２フレームの各々２つのフレームを使用する。このため、第１の実施形態及び第２の実施形態においては、例えば１秒間に６０回の距離計測が行われるのに比較し、本実施形態においては、１秒間に３０回の距離計測が行われる。

　図９は、本発明の第３の実施形態における参照背景光電圧及び参照基準電圧の各々の取得の処理を説明するタイミングチャートである。図９（Ａ）が第１フレームのタイミングチャートを示し、図９（Ｂ）が第２フレームのタイミングチャートを示している。
　図９（Ａ）は、第１フレームにおいて、図４で説明した処理と同様に、光パルスＰＯを照射し、被写体Ｓからの反射光ＲＬ（光パルスＰＯの照射タイミングから遅延時間Ｔｄ）を受光する処理を行って距離画像を撮像し、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々を取得する。そして、距離演算部４２は、取得した画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々を、補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる。
　画素信号ＶＱ１は、背景光のみの入射光によりフォトダイオードＰＤで収集され、電荷蓄積部ＣＳ１に振分けられて蓄積される電荷の電荷量に対応する電圧である。また、画素信号ＶＱ２は、背景光及び反射光ＲＬの一部が含まれる入射光によりフォトダイオードＰＤで収集され、電荷蓄積部ＣＳ２に振分けられて蓄積される電荷の電荷量に対応する電圧である。画素信号ＶＱ３は、背景光及び反射光ＲＬの一部が含まれる入射光によりフォトダイオードＰＤで収集され、電荷蓄積部ＣＳ３に振分けられて蓄積される電荷の電荷量に対応する電圧である。画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々には、入射光に対応した電荷量の非制御電荷の電圧成分である参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３それぞれが含まれている。

　図９（Ｂ）は、第２フレームにおいて、図９（Ａ）の第１フレームと同様に、光パルスＰＯを放射するため、被写体Ｓからの反射光ＲＬ（光パルスＰＯの放射タイミングから遅延時間Ｔｄ）を受光するが、図５（Ｂ）と同様の処理により、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々に対して参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３の各々を取得する。ここで、図９（Ｂ）のタイミングチャートにおいては、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々に電荷の振り分けを行うタイミングで、ドレインゲートトランジスタＧＤがオン状態とするリセット駆動信号ＲＳＴＤを出力して電荷を破棄しているが、ここでも、各読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３で振り分けを行う期間は、３０ｎｓほどの極めて短い時間であるため、フォトダイオードＰＤに収集される電荷は少なく、ほとんどの場合、フォトダイオードＰＤで保持できるため、図９（Ａ）と同様に、振り分けを行う期間においてドレインゲートトランジスタＧＤをオフ状態とする構成としてもよく、この構成の場合は、振り分け期間直後のドレインゲートトランジスタＧＤをオン状態にしたときに、フォトダイオードＰＤで保持された電荷はドレインに破棄される。
　そして、距離演算部４２は、補正パラメータ記憶部４３から画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々を読み込む。
　距離演算部４２は、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３の各々を、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３それぞれの調整電圧ＶＰ１、ＶＰ２、ＶＰ３とし、以下の（１７）式、（１８）式、（１９）式により、補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’、ＶＱ３’を算出する。
　ＶＱ１’＝ＶＱ１－ＶＰ１　　　…（１７）
　ＶＱ２’＝ＶＱ２－ＶＰ２　　　…（１８）
　ＶＱ３’＝ＶＱ３－ＶＰ３　　　…（１９）
　そして、距離演算部４２は、求めた補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’、ＶＱ３’を用いて、被写体Ｓと距離画像撮像装置１における距離画像センサ３２との距離Ｌを（８）式により算出する。

　本実施形態によれば、距離を算出する処理毎に、補正パラメータとして参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２及びＶＢ３の各々の取得を行うため、第１の実施形態及び第２の実施形態のように予め補正パラメータ記憶部４３に、全ての画素３２１に対応する参照背景光電圧ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＡ３と、参照基準電圧ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３とを書き込んで記憶させる必要がないため、補正パラメータ記憶部４３の容量を低減することができる。
　また、本実施形態によれば、第１フレームにおいて計測用の画素信号を取得し、次の第２フレームにおいて、計測用の画素信号を補正するための参照基準電圧の画素信号を取得するため、本発明で示している単発の光パルスの遅延を測る方法だけでなく、例えば、連続変調された光を照射して、この照射光と反射光の間の位相シフト量を求めて距離の計算に使うＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｗａｖｅ）変調を用いたＴＯＦセンサにも適用することができるし、その他さまざまなＴＯＦセンサに適用することができる。
　例えば、ＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｗａｖｅ）変調を用いたＴＯＦセンサでは、通常２つのフレームを用いて測距しているが、本実施形態と同様な補正を行うためには、２つの補正するためのフレームを追加し、一枚の距離画像を取得するために４つのフレームを使用すればよい。

＜第４の実施形態＞
　第１の実施形態から第３の実施形態は、背景光により発生して電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３に流入する非制御電荷に対応した電圧成分を画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３それぞれから除去する構成であった。
　一方、第４の実施形態は、光パルスＰＯ（パルス幅Ｔｗ）が被写体Ｓで反射した反射光ＲＬにより発生して電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々に流入する非制御電荷に対応した電圧成分を画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３それぞれから除去する構成である。
　すでに述べたように、第１の実施形態から第３の実施形態のいずれかを施せば、背景光による非制御電荷が補正できる。本実施形態においては、第４の実施形態について、補正できることが既知であるため、背景光が存在しない状態、すなわち背景光が距離画像センサ３２に入射されない、暗室などにおける環境光から遮光された状態を用いて説明する。
　本実施形態においては、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される反射光により生成される反射光電荷Ｃ１の電荷量に対応した参照反射光電圧ＶＣ１、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される反射光により生成される反射光電荷Ｃ２の電荷量に対応した参照反射光電圧ＶＣ２及び電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される反射光により生成される反射光電荷Ｃ３の電荷量に対応した参照反射光電圧ＶＣ３と、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される反射光により生成される非制御電荷Ｄ１の電荷量に対応した参照基準電圧ＶＤ１、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される反射光により生成される非制御電荷Ｄ２の電荷量に対応した参照基準電圧ＶＤ２及び電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される反射光により生成される非制御電荷Ｄ３の電荷量に対応した参照基準電圧ＶＤ３を、例えば、距離画像撮像装置１の出荷時や起動時、すなわち距離画像を撮像する前に予め取得し、補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させておく。

　図１０は、本発明の第４の実施形態における参照反射光電圧及び参照基準電圧の各々の取得の処理を説明するタイミングチャートである。
　図１０（Ａ）は、参照反射光電圧取得フレームにおいて、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される反射光のみの入射光により生成された電荷量に対応する参照反射光電圧ＶＣ１、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される反射光のみの入射光により生成された電荷量に対応する参照反射光電圧ＶＣ２、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される反射光のみの入射光により生成された電荷量に対応する参照反射光電圧ＶＣ３のそれぞれを取得する処理を示している。
　図１０（Ａ）においては、距離画像センサ３２は、図４におけるフレーム周期の動作説明と同様に光パルスＰＯの放射を行う距離計測と同様な処理により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々に対する電荷の蓄積、及び電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３それぞれからの読み出しを行う。

　これにより、参照反射光電圧取得フレームにおける蓄積期間において、各画素３２１における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々には、レンズ３１により画素３２１の各々への入射角度がそれぞれ異なって入射される反射光のみが入射光となり発生する電荷が蓄積される。
　そして、図４の説明と同様に読み出し処理が行われ、画素信号処理回路３２５から画素信号として、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された反射光のみによる反射光電荷（すなわち、参照反射光電荷）の電荷量に対応した参照反射光電圧ＶＣ１、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された反射光のみの電荷量に対応した参照反射光電圧ＶＣ２、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された反射光のみの電荷量に対応した参照反射光電圧ＶＣ３が画素信号として出力される。距離演算部４２は、取得した参照反射光電圧ＶＣ１、ＶＣ２及びＶＣ３の各々を、受光画素部３２０における画素３２１それぞれを識別する識別情報とともに補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる。または、距離演算部４２が、画素信号処理回路３２５から画素信号が読み出される順番と同様に、順番に取得した参照反射光電圧ＶＣ１、ＶＣ２及びＶＣ３の各々を補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる構成としてもよい。

　図１０（Ｂ）は、参照基準電圧取得フレームにおいて、反射光に伴って電荷蓄積部ＣＳ１に流入して蓄積される非制御電荷の電荷量に対応する参照基準電圧ＶＤ１、反射光に伴って電荷蓄積部ＣＳ２に流入して蓄積される非制御電荷の電荷量に対応する参照基準電圧ＶＤ２、反射光に伴って電荷蓄積部ＣＳ３に流入して蓄積される非制御電荷の電荷量に対応する参照基準電圧ＶＤ３のそれぞれを取得する処理を示している。
　図１０（Ｂ）においては、距離画像センサ３２は、図５（Ｂ）における参照基準電圧取得フレームの動作説明と同様な処理により、電荷の蓄積及び読み出しを行う。すなわち、タイミング制御部４１は、光源装置２１を制御して光パルスＰＯの放射を行わせ、一方、制御回路３２２を制御して蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２及びＴＸ３の各々を出力させず、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３それぞれに電荷の振り分けを行わせない。
　また、タイミング制御部４１は、制御回路３２２を制御して、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々に電荷の振り分けを行うタイミングで、ドレインゲートトランジスタＧＤがオン状態とするリセット駆動信号ＲＳＴＤを出力し、反射光により生成される電荷を破棄している。しかしながら、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２及びＧ３の各々で振り分けを行う期間は、３０ｎｓほどの極めて短い時間であるため、フォトダイオードＰＤに収集される電荷は少なく、ほとんどの場合、フォトダイオードＰＤで保持できるため、図１０（Ａ）と同様に電荷の振り分けを行う期間においてドレインゲートトランジスタＧＤをオフ状態とする構成としてもよく、その場合は、振り分け期間直後のＧＤをオン状態にしたときにフォトダイオードＰＤで保持された電荷はドレインに破棄される。

　これにより、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３の各々がオフのままとなり、反射光による電荷が読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３それぞれを介して、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々に伝搬されない。このため、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々には、読み出しゲートトランジスタＧ１、Ｇ２及びＧ３の各々を介さずに流入する非制御電荷ＱＤ１、ＱＤ２、ＱＤ３のみが蓄積される。
　そして、図１０（Ａ）と同様に読み出し処理が行われ、画素信号処理回路３２５から画素信号として、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された非制御電荷ＱＤ１の電荷量に対応した参照基準電圧ＶＤ１、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された非制御電荷ＱＤ２の電荷量に対応した参照基準電圧ＶＤ２、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された非制御電荷ＱＤ３の電荷量に対応した参照基準電圧ＶＤ３が画素信号として出力される。距離演算部４２は、取得した参照基準電圧ＶＤ１、ＶＤ２及びＶＤ３の各々を、受光画素部３２０における画素３２１それぞれを識別する識別情報とともに補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる。または、距離演算部４２が、画素信号処理回路３２５から画素信号が読み出される順番と同様に、順番に取得した参照基準電圧ＶＤ１、ＶＤ２及びＶＤ３の各々を補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる構成としてもよい。

　そして、距離画像センサ３２と被写体Ｓとの間の距離を測定するフレーム周期において、すでに説明したように、画素信号処理回路３２５は、画素信号（デジタル値）として、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２およびＣＳ３の各々に対応した画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３のそれぞれを、１フレーム分に対応して画素３２１毎に、距離演算部４２に対して出力する。
　このとき、距離演算部４２は、順次、補正パラメータ記憶部４３から、読み出された画素３２１に対応する参照反射光電圧ＶＣ１、ＶＣ２及びＶＣ３と、参照基準電圧ＶＤ１、ＶＤ２及びＶＤ３とを読み出す。

　そして、距離演算部４２は、参照反射光電圧取得フレームにおける反射光により生成された電荷の電荷量に対応する反射光総電荷電圧ＶＣＡＬＬを、以下の（２０）式により算出する。
　ＶＣＡＬＬ＝（ＶＣ２－ＶＣ１）＋（ＶＣ３－ＶＣ１）　　…（２０）
　距離演算部４２は、上記（２０）式により、参照反射光電圧ＶＣ１、ＶＣ２及びＶＣ３の各々に含まれる反射光により発生した反射光電荷の成分を反射光総電荷電圧ＶＣＡＬＬとして抽出する。
　そして、距離演算部４２は、距離画像センサ３２と被写体Ｓとの間の距離を測定するフレームにおける反射光により生成された電荷の電荷量に対応する反射光総電荷電圧ＶＱＡＬＬを、以下の（２１）式により算出する。
　ＶＱＡＬＬ＝（ＶＱ２－ＶＱ１）＋（ＶＱ３－ＶＱ１）　　…（２１）
　距離演算部４２は、上記（２１）式により、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々に含まれる反射光により発生した反射光電荷の成分を反射光総電荷電圧ＶＱＡＬＬとして抽出する。

　距離演算部４２は、反射光総電荷電圧ＶＣＡＬＬにより反射光総電荷電圧ＶＱＡＬＬを除算（ＶＱＡＬＬ／ＶＣＡＬＬ）し、調整比βを算出する。
　この調整比βは、参照反射光電圧取得フレームと、距離画像センサ３２と被写体Ｓとの間の距離を測定するフレームとにおける反射光ＲＬの強度比を示している。
　このため、距離演算部４２は、以下の（２２）式、（２３）式及び（２４）式の各々により、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３のそれぞれを補正する調整電圧ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３を算出する。
　ＶＲ１＝β×ＶＤ１＝（ＶＱＡＬＬ／ＶＣＡＬＬ）×ＶＤ１　　　…（２２）
　ＶＲ２＝β×ＶＤ２＝（ＶＱＡＬＬ／ＶＣＡＬＬ）×ＶＤ２　　　…（２３）
　ＶＲ３＝β×ＶＤ３＝（ＶＱＡＬＬ／ＶＣＡＬＬ）×ＶＤ３　　　…（２４）
　そして、距離演算部４２は、以下の（２５）式、（２６）式及び（２７）式の各々により、補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’及びＶＱ３’の各々を算出する。
　ＶＱ１’＝ＶＱ１－ＶＲ１　　　…（２５）
　ＶＱ２’＝ＶＱ２－ＶＲ２　　　…（２６）
　ＶＱ３’＝ＶＱ３－ＶＲ３　　　…（２７）
　距離演算部４２は、求めた補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’及びＶＱ３’を用い、第１の実施形態における（８）式により、距離画像センサ３２と被写体Ｓとの間の距離Ｌを算出する。

＜第５の実施形態＞
　上述した第４の実施形態が、被写体Ｓと距離画像センサ３２との距離の計測を行う以前に、予め参照反射光電圧と参照基準電圧とを補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させていたが、第５の実施形態においては、距離の計測処理毎に、補正パラメータを取得する構成となっている。
　本実施形態は、すでに述べた第４の実施形態に示す距離画像撮像装置１と同様の構成であり、以下、第４の実施形態と異なる動作を説明する。
　本実施形態においては、一枚の距離画像を取得するために第１フレーム及び第２フレームの各々２つのフレームを使用する。このため、第４の実施形態においては、例えば１秒間に６０回の距離計測が行われるのに比較し、本実施形態においては、１秒間に３０回の距離計測が行われる。
　また、本実施形態においても、第４の実施形態と同様に、背景光が存在しない状態、すなわち背景光が距離画像センサ３２に入射されない、暗室などにおける環境光から遮光された状態を用いて説明する。

　本実施形態において、図１０のタイミングチャートにおける図１０（Ａ）が第１フレームのタイミングチャートを示し、図１０（Ｂ）が第２フレームのタイミングチャートを示すものとして説明する。
　図１０（Ａ）は、第１フレームにおいては、第４の実施形態における処理と同様に、光パルスＰＯを照射し、被写体Ｓからの反射光ＲＬ（光パルスＰＯの照射タイミングから遅延時間Ｔｄ）を受光する処理を行って距離画像を撮像し、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々を取得する。そして、距離演算部４２は、取得した画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々を、補正パラメータ記憶部４３に書き込んで記憶させる。
　画素信号ＶＱ１は、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される電荷の電荷量に対応する電圧である。また、画素信号ＶＱ２は、反射光ＲＬの一部が含まれる入射光によりフォトダイオードＰＤで収集され、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される電荷の電荷量に対応する電圧であり、画素信号ＶＱ３は、反射光ＲＬの一部が含まれる入射光によりフォトダイオードＰＤで収集され、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される電荷の電荷量に対応する電圧である。画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々には、入射光に対応した電荷量の非制御電荷の電圧成分である参照基準電圧ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３それぞれが含まれている。

　図１０（Ｂ）に示す第２フレームにおいて、図１０（Ａ）に示す第１フレームと同様に、光パルスＰＯを放射するため、被写体Ｓからの反射光ＲＬ（光パルスＰＯの放射タイミングから遅延時間Ｔｄ）を受光するが、図５（Ｂ）と同様の処理により、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２及びＣＳ３の各々に対して参照基準電圧ＶＤ１、ＶＤ２及びＶＤ３の各々を取得する。
　そして、距離演算部４２は、補正パラメータ記憶部４３から画素信号ＶＱ１、ＶＱ２及びＶＱ３の各々を読み込む。
　距離演算部４２は、参照基準電圧ＶＤ１、ＶＤ２及びＶＤ３の各々を、画素信号ＶＱ１、ＶＱ２、ＶＱ３それぞれの調整電圧ＶＯ１、ＶＯ２、ＶＯ３とし、以下の（２８）式、（２９）式、（３０）式により、補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’、ＶＱ３’を算出する。
　ＶＱ１’＝ＶＱ１－ＶＯ１　　　…（２８）
　ＶＱ２’＝ＶＱ２－ＶＯ２　　　…（２９）
　ＶＱ３’＝ＶＱ３－ＶＯ３　　　…（３０）
　そして、距離演算部４２は、求めた補正画素信号ＶＱ１’、ＶＱ２’、ＶＱ３’を用いて、被写体Ｓと距離画像撮像装置１における距離画像センサ３２との距離Ｌを（８）式により算出する。

　本実施形態によれば、距離を算出する処理毎に、補正パラメータとして参照基準電圧ＶＤ１、ＶＤ２及びＶＤ３の各々の取得を行うため、第４の実施形態のように予め補正パラメータ記憶部４３に、全ての画素３２１に対応する参照反射光電圧ＶＣ１、ＶＣ２、ＶＣ３と、参照基準電圧ＶＤ１、ＶＤ２、ＶＤ３とを書き込んで記憶させる必要がないため、補正パラメータ記憶部４３の容量を低減することができる。
　また、本実施形態によれば、第１フレームにおいて計測用の画素信号を取得し、次の第２フレームにおいて、計測用の画素信号を補正するための参照基準電圧の画素信号を取得するため、本発明で示している単発の光パルスの遅延を測る方法だけでなく、第４の実施形態と同様に、連続変調された光を照射して、この照射光と反射光の間の位相シフト量を求めて距離の計算に使うＣＷ変調を用いたＴＯＦセンサにも適用することができるし、その他さまざまなＴＯＦセンサに適用することができる。

　以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

　１…距離画像撮像装置
　２…光源部
　３…受光部
　４…距離画像処理部
　２１…光源装置
　２２…拡散板
　３１…レンズ
　３２…距離画像センサ
　４１…タイミング制御部
　４２…距離演算部
　４３…補正パラメータ記憶部
　３２０…受光画素部
　３２１…画素
　３２２…制御回路
　３２３…垂直走査回路
　３２４…水平走査回路
　３２５…画素信号処理回路
　３２６…画素駆動回路
　Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…電荷蓄積容量
　ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３　電荷蓄積部
　ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３…フローティングディフュージョン
　Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３…読み出しゲートトランジスタ
　ＧＤ…ドレインゲートトランジスタ
　Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３…出力端子
　Ｐ…測定空間
　ＰＤ…光電変換素子
　ＰＯ…光パルス（照射光）
　ＲＬ…反射光
　ＲＴ１，ＲＴ２，ＲＴ３…リセットゲートトランジスタ
　ＲＵ１，ＲＵ２，ＲＵ３…画素信号読み出し部
　Ｓ…被写体（対象物）
　ＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３…ソースフォロアゲートトランジスタ
　ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３…選択ゲートトランジスタ

Claims

　測定対象の空間である測定空間に対して照射光を照射する光源部と、
　前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、当該入射光により生成された電荷を画素毎に蓄積し、当該画素毎に蓄積された前記電荷の電荷量からなる距離画像を生成する距離画像センサと、
　前記距離画像における前記電荷量から、前記距離画像センサにおいて前記電荷を蓄積する制御によらずに当該電荷量に含まれる非制御電荷に基づく信号値を記憶し、記憶した前記信号値を用いて前記空間における前記対象物との距離を補正する距離画像処理部と
　を備える距離画像撮像装置。
　前記距離画像センサが、
　前記入射光に応じて生成された電荷を収集する光電変換素子と、フレーム周期において前記電荷を蓄積する電荷蓄積部とを具備し、前記電荷を前記電荷蓄積部に蓄積する制御を行う画素回路を画素毎に備え、
　前記距離画像処理部が、
　前記画素回路による制御によらずに前記電荷蓄積部に流入する前記電荷である前記非制御電荷の電荷量に対応した調整電圧を、前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷量に応じた入力電圧から減算し、前記距離画像センサと前記測定対象との距離の測定を行う
　請求項１に記載の距離画像撮像装置。
　前記電荷蓄積部が、
　前記空間の背景光を受光して発生した背景光電荷を蓄積する少なくとも一つの第１電荷蓄積部と、前記照射光の前記対象物からの前記反射光を受光して発生した反射光電荷を蓄積する２個以上の複数の第２電荷蓄積部とを備える
　請求項２に記載の距離画像撮像装置。
　所定の環境光下における前記照射光が放射されない状態において予め測定された、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させ、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照背景光電圧と、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させず、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照基準電圧とのそれぞれを記憶する記憶部を備える
　請求項３に記載の距離画像撮像装置。
　前記距離画像センサが、前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、当該入射光により生成された電荷を前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積し、
　前記距離画像処理部が、前記第１電荷蓄積部に蓄積された電荷によって生成された背景光電圧を、予め測定されて前記記憶部に記憶された前記参照背景光電圧により除算して調整比を求め、前記参照基準電圧の各々に対して当該調整比を乗算することにより、前記入力電圧それぞれに対する前記調整電圧を算出する
　請求項４に記載の距離画像撮像装置。
　前記フレーム周期が、第１フレーム周期及び第２フレーム周期の各々を含み、
　前記第１フレーム周期において、
　前記距離画像センサが、前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、前記画素回路が制御した電荷を前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積させ、
　前記距離画像処理部が、前記蓄積された電荷によって生成された前記入力電圧を取得し、
　前記第２フレーム周期において、
　前記距離画像センサが、前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、前記画素回路が制御した電荷を前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積させず、
　前記距離画像処理部が、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々における前記非制御電荷に対応した調整電圧を取得する
　請求項３に記載の距離画像撮像装置。
　遮光された環境下における前記照射光が照射された状態において予め測定された、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させ、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照反射光電圧と、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積せず、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照基準電圧とのそれぞれを記憶する記憶部を備える
　請求項３に記載の距離画像撮像装置。
　距離画像処理部が、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷によって生成された前記入力電圧それぞれを加算した結果を、前記参照反射光電圧の各々を加算した結果により除算して調整比を求め、前記参照基準電圧に対して当該調整比を乗算することにより、前記入力電圧の各々に対する前記調整電圧それぞれを算出する
　請求項７に記載の距離画像撮像装置。
　前記フレーム周期が、第１フレーム周期及び第２フレーム周期の各々を含み、
　前記第１フレーム周期において、
　前記距離画像センサが、遮光された環境において前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、前記画素回路が制御した電荷を前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積させ、
　前記距離画像処理部が、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷によって生成された前記入力電圧を取得し、
　前記第２フレーム周期において、
　前記距離画像センサが、遮光された環境において前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、前記画素回路が制御した電荷を前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に蓄積させず、
　前記距離画像処理部が、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に電荷によって前記非制御電荷に対応した調整電圧を取得する
　請求項３に記載の距離画像撮像装置。
　所定の環境光下における前記照射光が放射されない状態において予め測定された、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させ、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照背景光電圧と、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させず、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから参照基準電圧として取得した第１参照基準電圧と、
　また、遮光された環境下における前記照射光が照射された状態において予め測定された、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させ、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部それぞれから取得した参照反射光電圧と、前記第１電荷蓄積部及び前記第２電荷蓄積部の各々に前記画素回路が制御した電荷を蓄積させず、前記第１電荷蓄積部、前記第２電荷蓄積部それぞれから参照基準電圧として取得した第２参照基準電圧と、
　のそれぞれを記憶する記憶部を備える
　請求項３に記載の距離画像撮像装置。
　前記距離画像センサが、前記測定空間に対して照射光を照射し、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、当該入射光により生成された電荷を前記画素毎に蓄積し、
　前記距離画像処理部が、前記蓄積された電荷によって生成された前記入力電圧を、予め測定されて前記記憶部に記憶された前記参照背景光電圧により除算して調整比として第１調整比を求め、前記第１参照基準電圧の各々に対して当該第１調整比を乗算することにより、前記入力電圧それぞれに対する第１調整電圧を算出し、
　また、前記入力電圧の各々を加算した結果を、前記参照反射光電圧の各々を加算した加算結果により除算して調整比として第２調整比を求め、前記第２参照基準電圧に対して当該第２調整比を乗算することにより、前記入力電圧の各々に対する第２調整電圧それぞれを算出し、前記第１調整電圧及び前記２調整電圧を加算して、前記調整電圧を算出する
　請求項１０に記載の距離画像撮像装置。
　前記空間からの前記入射光を入射するレンズをさらに備え、
　前記距離画像センサが前記レンズを介して前記入射光を受光する
　請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
　前記空間からの前記入射光を入射するレンズをさらに備え、
　前記入射光が、前記レンズを介して前記画素のそれぞれに入射するため、前記レンズの特性に対応して、前記調整比が所定の差分範囲内の前記画素をグループに分割し、当該グループにおける前記参照基準電圧の中央値を、前記グループの全ての画素に対する参照基準電圧とする
　請求項５、請求項８及び請求項１１のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
　前記入射光が、前記レンズを介して前記画素のそれぞれに入射するため、前記レンズの特性に対応して、当該レンズの複数の特性が記憶部に記憶されている
　請求項５、請求項８及び請求項１１のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
　前記入射光が、前記レンズを介して前記画素のそれぞれに入射するため、前記レンズの特性に対応して、当該画素の各々の位置に対応した前記調整比を出力する調整関数が記憶部に記憶されている
　請求項５、請求項８及び請求項１１のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
　距離画像センサが、測定対象の空間である測定空間に対して照射光を光源部から照射させ、前記測定空間における対象物からの反射光を含む光を入射光として受光し、当該入射光により生成された電荷を画素毎に蓄積し、当該画素毎に蓄積された前記電荷の電荷量を有する距離画像を生成する距離画像生成過程と、
　前記距離画像における前記電荷量から、前記距離画像センサにおいて前記電荷を蓄積する制御によらずに当該電荷量に含まれる非制御電荷を除去した補正電荷量により前記空間における前記対象物との距離を取得する距離画像処理過程と
　を含む距離画像撮像方法。