距離情報入力装置
【課題】本発明は、クロストークの低減された高精度な距離情報を取得可能にする距離情報入力装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様によると、輝度変調光源によって輝度変調された光が照射された前記対象物からの反射光を受光し、光電変換を行うと共に、前記輝度変調光源と同期して感度変調可能な受光素子を備えた距離情報入力装置において、前記受光素子は、光電変換部と、二つの電荷蓄積部と、二つの電荷振り分けゲートと、二つの電荷検出部と、二つの電荷転送部とを有し、前記受光素子のリセット動作と前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を読み出す読み出し動作との間に、前記電荷振り分けゲートをオフして前記電荷蓄積部のポテンシャルを上げることによって飽和電荷量以上の余剰電子を排出する動作を少なくとも一回行なうことを特徴とする距離情報入力装置が提供される。
【解決手段】本発明の一態様によると、輝度変調光源によって輝度変調された光が照射された前記対象物からの反射光を受光し、光電変換を行うと共に、前記輝度変調光源と同期して感度変調可能な受光素子を備えた距離情報入力装置において、前記受光素子は、光電変換部と、二つの電荷蓄積部と、二つの電荷振り分けゲートと、二つの電荷検出部と、二つの電荷転送部とを有し、前記受光素子のリセット動作と前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を読み出す読み出し動作との間に、前記電荷振り分けゲートをオフして前記電荷蓄積部のポテンシャルを上げることによって飽和電荷量以上の余剰電子を排出する動作を少なくとも一回行なうことを特徴とする距離情報入力装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対象物に向けて光を照射し、その反射光を受光することにより対象物までの距離を検出する距離情報入力装置に関わり、対象物の距離情報を画像としてリアルタイムに取り込む距離情報入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、対象物までの距離を検出する測距方法の一つに光の空間伝搬時間計測（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ法；ＴＯＦ法）がある。
【０００３】このＴＯＦ法に基づいて、対象物の距離情報を２次元的に表現するには、輝度変調したスポット光を２次元的に走査して１つの感度変調素子で受光するか、あるいは輝度変調光をエリア照明して一括して感度変調素子アレイで受光するといった方法がとられる。
【０００４】以下、輝度変調光源と感度変調素子を用いてリアルタイムに距離情報（対象物の奥行きに関する情報を２次元的に並べたもの）を取得する方法について、Ｒ．Ｍｉｙａｇａｗａらによる発表（１９９５ ＩＥＥＥ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎＣｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ＡｄｖａｎｃｅｄＩｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ａｐｒｉｌ２０−２２；”Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ−Ｔｉｍｅ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ”）を例にとって説明する。
【０００５】図８の（ａ），（ｂ）は、上記したＲ．Ｍｉｙａｇａｗａらが用いた感度変調素子の受光部について、１画素分の断面構造（ａ）とポテンシャルダイアグラム（ｂ）を示したものである。
【０００６】入射光が遮光層８０８の開口部から感度変調素子の光電変換部８０５に入射すると、この光電変換部８０５で入射光の光量に応じた光生成電子が発生する。
【０００７】ここで、光電変換部８０５は、ＭＯＳフォトゲート８００の下に形成されている。
【０００８】そして、この光電変換部８０５で生成された電子は、電荷振り分けゲート８０１及び８０２を介して、それぞれ電荷蓄積ゲート８０３下の電荷蓄積部８０６及び電荷蓄積ゲート８０４下の電荷蓄積部８０７に転送されるように構成されている。
【０００９】このとき、電荷蓄積ゲート８０３及び８０４には、フォトゲート８００よりも高い電圧が印加され、かつ電荷振り分けゲート８０１及び８０２には、相補的、すなわち電荷振り分けゲート８０１に転送パルスを印加するときには電荷振り分けゲート８０２がオフするような、逆に電荷振り分けゲート８０２に転送パルスを印加するときには電荷振り分けゲート８０２がオフするようなパルスが入力される。
【００１０】このように駆動することにより、入射光の光量に応じて光電変換部８００で発生した電子を時間的に選択し、振り分けながら電荷蓄積部８０６及び８０７に蓄積することができる。
【００１１】そして、電荷蓄積部８０６及び８０７に蓄積された電荷は、それぞれ読みだしゲート８０８及び８０９を介して増幅器（ＡＭＰ１及び２）からＯｕｔ１及び２として出力される。
【００１２】次に、図９により、上記感度変調素子を用いた測距原理について説明する。
【００１３】図９は、送光時の輝度変調光と受光時の対象物からの反射光の光強度、電荷振り分けゲート８０１及び８０２の印加電圧、受光部８０５で生成される信号電荷量及び電荷蓄積部８０６、８０７の電荷蓄積量の時間変化を表している。
【００１４】ここで、パルス変調された輝度変調光は、一方の電荷振り分けゲート８０１に印加される電圧とは同位相であり、他方の電荷振り分けゲート８０２に印加される電圧とは１８０度位相がずれている。
【００１５】また、反射光は、送光時の輝度変調光に対して、対象物までの距離Ｒを往復するのにかかる時間△ｔだけ位相が遅れている。
【００１６】この反射光が、受光部８０５に達すると、その光強度に比例した量の電荷Ｑが生成される。
【００１７】この電荷Ｑは、電荷振り分けゲート８０１及び８０２のオン／オフに対応して、それぞれの位相と揃った成分ごとに電荷振り分けゲート８０１及び８０２を介し、電荷蓄積部８０６及び８０７にそれぞれ振り分けられ、電荷Ｑ１、電荷Ｑ２が蓄積される。
【００１８】このとき対象物までの距離Ｒは、光速ｃ、変調パルス幅Ｔとすると、 Ｒ＝ｃ・△ｔ／２ ＝（ｃＴ／２）・｛Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）｝
＝（ｃＴ／４）・［１−｛（Ｑ１−Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）｝］…（１）
と表される。
【００１９】したがって、電荷蓄積部８０６及び８０７の電荷を各々検出し、式（１）に基づいて処理することにより、対象物までの距離を検出することが可能となる。
【００２０】このように、ＴＯＦ法に基づく測距において、電荷振り分けゲート８０１及びゲート８０２のオン／オフにより、電荷を振り分けるタイプの感度変調画素（以下、電荷振り分け方式画素）を用いると、対象物までの距離は振り分けられた電荷Ｑ１とＱ２の比から求められるので、一度の検出で距離情報を得ることができる。
【００２１】また、電荷振り分け方式は、対象物までの距離Ｒが電荷蓄積部８０６及び８０７に蓄えられた電荷量の比Ｑ１とＱ２により定められるから、入射光の強度に影響されにくいという利点がある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】上記の電荷振り分け方式において、飽和光量を超える入射光や外光成分の増大などにより、電荷蓄積部から溢れだした余剰電子が引き起こすクロストークについて、図１０を用いて説明する。
【００２３】図１０の（ａ），（ｂ）は、１画素分の断面構造に対応したポテンシャルダイヤグラムを示している。
【００２４】まず、図１０の（ａ）に示すように、電荷蓄積部１００３に過剰に溜まった状態から電荷振り分けのためにゲートの印加電圧をオンすると、余剰電子が電荷振り分けゲート１００１へと溢れる。
【００２５】さらに、図１０の（ｂ）に示すように、電荷振り分けゲート１００１に溢れた電子は、電荷振り分けゲート１００１がオフするのに合わせてフォトゲート１０００へと流れ込む。
【００２６】このフォトゲート１０００へと送られた電子は、電荷振り分け動作により入射光によりフォトゲートの下に生成された光生成電子とともに、反対側の電荷振り分けゲート１００２を介して反対側の電荷蓄積部１００４へと送られる。
【００２７】この結果、一旦、電荷蓄積部１００３に振り分けられた電子が反対側の蓄積部１００４へと混入してしまうことになり、いわゆる、クロストークが起こる。
【００２８】このクロストークは、信号のＳ／Ｎの低下あるいは測定誤差の増大を招く原因につながる。
【００２９】ここに、上記電荷振り分け方式による問題がある。
【００３０】本発明は、この点に着目し、クロストークの低減された高精度な距離情報を取得可能にする距離情報入力装置を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】まず、本発明の電荷振り分け方式におけるクロストークの軽減方法の考え方を図１１１１にて説明する。
【００３２】図１１の（ａ），（ｂ）は、１画素分の断面構造に対応したポテンシャルダイヤグラムを示している。
【００３３】すなわち、本発明による電荷振り分け方式においては、図１１の（ａ）に示すように電荷振り分けゲート１１０１及び１１０２のオンオフを繰り返すことにより電荷を振り分けながら蓄積する合間に、図１１の（ｂ）に示すように、間欠的に蓄積動作を休止して両方の電荷振り分けゲート１１０１及び１１０２をオフして電荷蓄積部１１０３及び１１０４の電位を上げることにより、電子がフォトゲート１１００へ逆流するのを防止する。
【００３４】また、本発明による電荷振り分け方式においては、上述と同時に、電荷蓄積部１１０３及び１１０４の電位を上げるのに合わせて信号転送ゲート１１０５及び１１０６の電位を下げて、余剰電子を画素ドレイン電極１１０７及び１１０８にオーバーフローさせる。
【００３５】このオーバーフロー動作を電荷振り分け蓄積期間中に間欠的に設けることにより、電荷振り分け時にフォトゲート１１００へ電子が逆流するのを防止する。
【００３６】このとき、信号転送ゲート１１０５及び１１０６と電荷蓄積部１１０３及び１１０４のそれぞれの電位差は、信号の飽和電荷量を決定する。
【００３７】この方法により、本発明による電荷振り分け方式では、余剰電子が原因で引き起こされるクロストークを防止することができる。
【００３８】本発明によると、上記課題を解決するために、（１） 対象物に輝度変調した光を照射する輝度変調光源、前記輝度変調光源によって輝度変調された光が照射された前記対象物からの反射光を受光し、光電変換を行うと共に、前記輝度変調光源と同期して感度変調可能な受光素子を備えた距離情報入力装置において、前記受光素子は、前記対象物からの反射光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で変換された電荷を蓄積記憶する二つの電荷蓄積部と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に設けられ、前記光電変換部で変換された電荷を前記輝度変調光源と同期して前記二つの電荷蓄積部に振り分ける二つの電荷振り分けゲートと、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を検出する二つの電荷検出部と、前記電荷蓄積部と前記電荷検出部との間に設けられるとともに、二つの信号振り分けゲートで構成され、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を前記電荷蓄積部から前記電荷検出部に転送する二つの電荷転送部と、を有し、前記受光素子のリセット動作と前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を読み出す読み出し動作との間に、前記電荷振り分けゲートをオフして前記電荷蓄積部のポテンシャルを上げることによって飽和電荷量以上の余剰電子を排出する動作を少なくとも一回行なうことを特徴とする距離情報入力装置が提供される。
【００３９】（対応する発明の実施の形態）この本発明に関する実施の形態は、後述する第１の実施の形態が対応する。
【００４０】（作用）本発明による電荷振り分け方式では、受光素子のリセット動作と前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を読み出す読み出し動作との間に、前記電荷振り分けゲートをオフして前記電荷蓄積部のポテンシャルを上げることによって飽和電荷量以上の余剰電子を排出する動作を少なくとも一回行なうことを特徴とする。
【００４１】本発明によれば、余剰電子が引き起こすクロストークの問題を防止しながら、高精度な距離情報を取得することが可能になる。
【００４２】また、本発明によると、上記課題を解決するために、（２） 前記電荷振り分けゲートがオフされるのと同期して、前記電荷転送部のポテンシャルを下げることを特徴とする（１）に記載の距離情報入力装置が提供される。
【００４３】（対応する発明の実施の形態）この本発明に関する実施の形態は、後述する第１の実施の形態が対応する。
【００４４】（作用）本発明による電荷振り分け方式では、前記電荷振り分けゲートがオフされるのと同期して、前記電荷転送部のポテンシャルを下げることを特徴とする。
【００４５】本発明によれば、余剰電子が引き起こすクロストークの問題を防止しながら、より高精度な距離情報を取得することが可能になる。
【００４６】また、本発明によると、上記課題を解決するために、（３） 前記光電変換部が一次元または二次元のアレイ状に配置されていることを特徴とする（１）に記載の距離情報入力装置が提供される。
【００４７】（対応する発明の実施の形態）この本発明に関する実施の形態は、後述する第２の実施の形態が対応する。
【００４８】（作用）本発明によれば、クロストークの低減された高精度な距離情報を画像としてリアルタイムに取得することが可能になる。
【００４９】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００５０】（第１の実施の形態）図１を用いて本発明の第１の実施の形態による距離情報入力装置について説明する。
【００５１】図１は、本発明の第１の実施の形態による距離情報入力装置における感度変調素子の１画素分の画素の構成例を示したものである。
【００５２】図１に示すように、距離情報入力装置における感度変調素子としての１画素は、入射光が入射される開口部１００ａを有する遮光層１００と、ＭＯＳフォトゲート部１０１ａと、このＭＯＳフォトゲート部１０１ａへの印加電圧入力端子１０１と、電荷振り分けゲート１０２ａ及び１０３ａと、これら電荷振り分けゲート１０２ａ及び１０３ａへの電荷振り分けパルス入力端子１０２及び１０３と、電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂと、これら電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂへの制御パルス入力端子１０４と、信号電荷転送ゲート１０５ａ及び１０５ｂと、これら信号電荷転送ゲート１０５ａ及び１０５ｂへの制御パルス入力端子１０５と、画素電極リセットパルス入力端子１０６と、画素電極リセット電圧入力端子１０７と、画素ドレイン電圧入力端子１０８と、画素選択パルス入力端子１０９と、画素リセットＭＯＳトランジスタ１１０及び１１１と、画素信号増幅トランジスタ１１２及び１１３と、画素選択トランジスタ１１４及び１１５、画素信号出力端子１１６及び１１７とで構成されている。
【００５３】入射光が遮光層１００の開口部１００ａから感度変調素子を構成する光電変換部１２０に入射すると、この光電変換部１２０で入射光の光量に応じた光生成電子が発生する。
【００５４】ここで、光電変換部１２０は、ＭＯＳフォトゲート部１０１ａと電荷振り分けゲート１０２ａ及び１０３ａの下に形成されている。
【００５５】このように構成された感度変調素子の１画素を使って実際に感度変調信号を読み出す駆動方法を図２R>２、図３、図４を用いて説明する。
【００５６】なお、図１において、ＭＯＳフォトゲート部１０１ａへの印加電圧入力端子１０１には、フォトゲート部印加電圧が印加され、画素電極リセット電圧入力端子１０７には画素電極リセット電圧が印加され、画素ドレイン電圧入力端子１０８には画素ドレイン電圧が印加されているものとする。
【００５７】（画素リセット動作）図２を用いて図１の画素のリセット動作を説明する。
【００５８】まず、（１）の期間において、画素ドレイン電圧入力端子１０８を画素電極リセットパルス入力端子１０６から印加されたリセット電圧に固定したまま全ての端子をオンすることにより、ＭＯＳフォトゲート部１０１ａと電荷振り分けゲート１０２ａ及び１０３ａの下の光電変換部１２０で入射光の光量に応じて発生した光生成電子による電荷を画素ドレイン電圧入力端子１０８へと排出する。
【００５９】次に、（２）の期間において、電荷振り分けパルス入力端子１０２及び１０３の電荷振り分けパルスをオフすることにより、電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂからＭＯＳフォトゲート部１０１ａヘの電荷逆流を防止する。
【００６０】次に、（３）の期間において、電荷蓄積ゲート制御パルス入力端子１０４のパルスをオフすることにより、上記電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂ下の電荷を信号電荷転送ゲート１０５ａ及び１０５ｂと画素ドレイン電圧入力端子１０８へ排出する。
【００６１】次に、（４）の期間において、信号電荷転送ゲート制御パルス入力端子１０５をオフすることにより、信号電荷転送ゲート１０５ａ及び１０５ｂ下の電荷を画素ドレイン電圧入力端子１０８へと排出する。
【００６２】（感度変調動作：電荷振り分けとオーバーフロー）図３を用いて図１の画素による感度変調動作（電荷振り分けとオーバーフロー）を説明する。
【００６３】まず、（５）の期間において、電荷振り分けパルス入力端子１０２及び１０３に対して相補的にオンオフするようなパルスを入力することにより、ＭＯＳフォトゲート１０１ａ下の光電変換部１２０で生成された光電荷をそれぞれの電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂに振り分ける。
【００６４】次に、（６）の期間において、電荷蓄積ゲート制御パルス入力端子１０４の印加電圧を下げることにより、電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂに溜まった余剰電子を信号電荷転送ゲート１０５ａ及び１０５ｂを介して画素ドレイン電圧入力端子１０８へとオーバーフローさせる。
【００６５】この（５）と（６）の期間を交互に繰り返し行うことにより、クローストークを防止しながら、感度変調された信号電荷を蓄積することができる。
【００６６】（読み出し動作）図４を用いて図１の画素の読み出し動作を説明する。
【００６７】まず、（７）の期間において、画素選択パルス入力端子１０９をオンすることにより、信号電荷転送前のオフセット信号を画素信号出力端子１１６及び１１７から読み出す。
【００６８】次に、（８）の期間において、信号電荷転送ゲート制御パルス入力端子１０５をオンすることにより、蓄積した電荷をフローティング状態にされた画素ドレイン電圧入力端子１０８へ転送する。
【００６９】次に、（９）の期間において、信号電荷転送後の信号レベルを画素信号出力端子１１６及び１１７からそれぞれ読み出し、（７）の期間において読み出したオフセットレベルとの差をとることにより、オフセット成分を除去する。
【００７０】以上の動作をすることにより、感度変調信号を読み出すことができる。
【００７１】この感度変調信号から式（１）における電荷Ｑ１とＱ２を算出し、式（１）に代入することにより距離情報が抽出される。
【００７２】本実施の形態によれば、余剰電子が引き起こすクロストークの問題を防止しながら、高精度な距離情報を取得することが可能になる。
【００７３】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態について、図５、図６、図７、を用いて説明する。
【００７４】図５において、参照符号５００は光源部、参照符号５０１は輝度変調光源、参照符号５０５は光源駆動回路、参照符号５０２はコリメータレンズ、参照符号５０３はスリット光走査用のミラー、参照符号５０６はミラー５０３の向きを制御するミラー駆動回路、参照符号５０４はシリンドリカルレンズ、参照符号５０９は画素アレイ、参照符号５０７はＴＯＦ法に基づいた測距を行うための輝度変調信号及び感度変調信号を光源駆動回路５０５及び画素駆動回路５０８にそれぞれ送るとともに、スリット光の走査と同期して画素信号を読み出せるようにミラー駆動回路５０６と画素駆動回路５０８とに信号を送るコントローラ、参照符号５１０は撮像光学系、参照符号５１１は信号処理回路、参照符号５１２は対象物、参照符号５１３は撮像部を表している。
【００７５】図６はｍ行×ｎ列に配列された電荷振り分け方式の画素アレイ５０９でＸＹアドレス型エリアセンサを構成したときの構成例を表す。
【００７６】受光したスリット光の位置変化と同期して、画素駆動回路５０８により画素アレイ５０９の行ごとに、感度変調、リセット、信号読み出しが行われる。
【００７７】画素アレイ５０９からの画素出力信号は、信号処理回路５１１でオフセット除去などの前処理後に、画素駆動回路５０８で水平走査されることによって時系列信号に変換され、この後、距離画像化される。
【００７８】図７は、図６の画素アレイ５０９の各行における感度変調期間及び輝度変調光照射期間、画素信号のリセット及び読み出しのタイミング、水平走査期間を表している。
【００７９】ここで、感度変調期間とは、感度変調信号が図６の画素駆動回路５０８から出力される期間を表している。
【００８０】また、輝度変調光照射期間とは、輝度変調光が図６の光源５０１から出射される期間を表している。
【００８１】そして、感度変調期間と、輝度変調光照射期間との、それぞれの期間中に感度変調及び輝度変調がなされている。
【００８２】なお、この感度変調期間は、前述した第１の実施の形態で示した電荷振り分け蓄積と余剰電子のオーバーフローの繰り返しにより構成されている。
【００８３】また、水平走査期間とは、水平走査信号φＨ１，φＨ２，…，φＨｎが図６の画素駆動回路５０８（水平走査回路）から順次出力される期間を表し、この期間中に図６の画素アレイ５０９の１行分の画素出力信号が時系列信号として変換される。
【００８４】そして、感度変調期間及び輝度変調光照射期間、画素信号のリセット及び読み出しのタイミングは、スリット光の走査に同期してシフトするとともに、感度変調期間及び輝度変調光照射期間はどの行においても画素信号のリセット及び読み出しのタイミングと重ならないようになっている。
【００８５】このような装置構成により、対象物をスリット光で走査しながら、ＴＯＦ法に基づく距離画像生成が可能になる。
【００８６】本実施の形態の特徴は、電荷振り分け方式画素をＸＹアドレス型エリアセンサに適用し、本発明の距離情報入力装置におけるクロストーク低減のための駆動方法を用いることにより、一度の検出でクロストークの軽減された距離（画像）情報を生成することができ、かつスリット光を用いることによって１画素あたりの蓄積時間が短くなるので外光の影響が少なくなるとともに、上述の画素駆動タイミングを用いることにより、消費電力を抑え、リアルタイムに高精度な距離画像の取得が小型の装置で行えるところにある。
【００８７】
【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明によれば、クロストークの低減された高精度な距離情報を取得可能にする距離情報入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による距離情報入力装置における感度変調素子の１画素分の画素の構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１の画素のリセット動作を説明するために示す図である。
【図３】図３は、図１の画素による感度変調動作（電荷振り分けとオーバーフロー）を説明するために示す図である。
【図４】図４は、図１の画素の読み出し動作を説明するために示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態による距離情報入力装置の構成例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態による距離情報入力装置において、ｍ行×ｎ列に配列された電荷振り分け方式の画素アレイ５０９でＸＹアドレス型エリアセンサを構成したときの構成例を示す図である。
【図７】図７は、図６の画素アレイ５０９の各行における感度変調期間及び輝度変調光照射期間、画素信号のリセット及び読み出しのタイミング、水平走査期間を示す図である。
【図８】図８の（ａ），（ｂ）は、Ｒ．Ｍｉｙａｇａｗａらが用いた感度変調素子の受光部について、１画素分の断面構造（ａ）とポテンシャルダイアグラム（ｂ）を示す図である。
【図９】図９は、図８の（ａ）に示すような受光部を有する感度変調素子を用いた測距原理を説明するために、送光時の輝度変調光と受光時の対象物からの反射光の光強度、電荷振り分けゲート８０１及び８０２の印加電圧、受光部８０５で生成される信号電荷量及び電荷蓄積部８０６、８０７の電荷蓄積量の時間変化を示す図である。
【図１０】図１０の（ａ），（ｂ）は、図８の（ａ）に示すような受光部を有する感度変調素子による電荷振り分け方式において、飽和光量を超える入射光や外光成分の増大などにより、電荷蓄積部から溢れだした余剰電子が引き起こすクロストークを説明するために、１画素分の断面構造に対応したポテンシャルダイヤグラムを示す図である。
【図１１】図１１の（ａ），（ｂ）は、本発明の電荷振り分け方式におけるクロストークの軽減方法の考え方を説明するために、１画素分の断面構造に対応したポテンシャルダイヤグラムを示す図である。
【符号の説明】
１００ａ…開口部、
１００…遮光層、
１０１ａ…ＭＯＳフォトゲート部、
１０１…ＭＯＳフォトゲート部への印加電圧入力端子、
１０２ａ，１０３ａ…電荷振り分けゲート、
１０２…電荷振り分けゲート１０２ａへの電荷振り分けパルス入力端子、
１０３…電荷振り分けゲート１０３ａへの電荷振り分けパルス入力端子、
１０４ａ，１０４ｂ…電荷蓄積ゲート、
１０４…電荷蓄積ゲート１０４ａ，１０４ｂへの制御パルス入力端子、
１０５ａ，１０５ｂ…信号電荷転送ゲート、
１０５…信号電荷転送ゲート１０５ａ，１０５ｂへの制御パルス入力端子、
１０６…画素電極リセットパルス入力端子、
１０７…画素電極リセット電圧入力端子、
１０８…画素ドレイン電圧入力端子、
１０９…画素選択パルス入力端子、
１１０，１１１…画素リセットＭＯＳトランジスタ、
１１２，１１３…画素信号増幅トランジスタ、
１１４，１１５…画素選択トランジスタ、
１１６，１１７…画素信号出力端子、
１２０…光電変換部、
５００…光源部、
５０１…輝度変調光源、
５０５…光源駆動回路、
５０２…コリメータレンズ、
５０３…スリット光走査用のミラー、
５０６…ミラー５０３の向きを制御するミラー駆動回路、
５０４…シリンドリカルレンズ、
５０９…画素アレイ、
５０７…コントローラ、
５０８…画素駆動回路、
５１０…撮像光学系、
５１１…信号処理回路、
５１２…対象物、
５１３…撮像部、
１１０１，１１０２…電荷振り分けゲート、
１１００…フォトゲート、
１１０３，１１０４…電荷蓄積部、
１１０５，１１０６…信号転送ゲート、
１１０７，１１０８…画素ドレイン電極。
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対象物に向けて光を照射し、その反射光を受光することにより対象物までの距離を検出する距離情報入力装置に関わり、対象物の距離情報を画像としてリアルタイムに取り込む距離情報入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、対象物までの距離を検出する測距方法の一つに光の空間伝搬時間計測（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ法；ＴＯＦ法）がある。
【０００３】このＴＯＦ法に基づいて、対象物の距離情報を２次元的に表現するには、輝度変調したスポット光を２次元的に走査して１つの感度変調素子で受光するか、あるいは輝度変調光をエリア照明して一括して感度変調素子アレイで受光するといった方法がとられる。
【０００４】以下、輝度変調光源と感度変調素子を用いてリアルタイムに距離情報（対象物の奥行きに関する情報を２次元的に並べたもの）を取得する方法について、Ｒ．Ｍｉｙａｇａｗａらによる発表（１９９５ ＩＥＥＥ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎＣｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ＡｄｖａｎｃｅｄＩｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ａｐｒｉｌ２０−２２；”Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ−Ｔｉｍｅ Ｂａｓｅｄ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ”）を例にとって説明する。
【０００５】図８の（ａ），（ｂ）は、上記したＲ．Ｍｉｙａｇａｗａらが用いた感度変調素子の受光部について、１画素分の断面構造（ａ）とポテンシャルダイアグラム（ｂ）を示したものである。
【０００６】入射光が遮光層８０８の開口部から感度変調素子の光電変換部８０５に入射すると、この光電変換部８０５で入射光の光量に応じた光生成電子が発生する。
【０００７】ここで、光電変換部８０５は、ＭＯＳフォトゲート８００の下に形成されている。
【０００８】そして、この光電変換部８０５で生成された電子は、電荷振り分けゲート８０１及び８０２を介して、それぞれ電荷蓄積ゲート８０３下の電荷蓄積部８０６及び電荷蓄積ゲート８０４下の電荷蓄積部８０７に転送されるように構成されている。
【０００９】このとき、電荷蓄積ゲート８０３及び８０４には、フォトゲート８００よりも高い電圧が印加され、かつ電荷振り分けゲート８０１及び８０２には、相補的、すなわち電荷振り分けゲート８０１に転送パルスを印加するときには電荷振り分けゲート８０２がオフするような、逆に電荷振り分けゲート８０２に転送パルスを印加するときには電荷振り分けゲート８０２がオフするようなパルスが入力される。
【００１０】このように駆動することにより、入射光の光量に応じて光電変換部８００で発生した電子を時間的に選択し、振り分けながら電荷蓄積部８０６及び８０７に蓄積することができる。
【００１１】そして、電荷蓄積部８０６及び８０７に蓄積された電荷は、それぞれ読みだしゲート８０８及び８０９を介して増幅器（ＡＭＰ１及び２）からＯｕｔ１及び２として出力される。
【００１２】次に、図９により、上記感度変調素子を用いた測距原理について説明する。
【００１３】図９は、送光時の輝度変調光と受光時の対象物からの反射光の光強度、電荷振り分けゲート８０１及び８０２の印加電圧、受光部８０５で生成される信号電荷量及び電荷蓄積部８０６、８０７の電荷蓄積量の時間変化を表している。
【００１４】ここで、パルス変調された輝度変調光は、一方の電荷振り分けゲート８０１に印加される電圧とは同位相であり、他方の電荷振り分けゲート８０２に印加される電圧とは１８０度位相がずれている。
【００１５】また、反射光は、送光時の輝度変調光に対して、対象物までの距離Ｒを往復するのにかかる時間△ｔだけ位相が遅れている。
【００１６】この反射光が、受光部８０５に達すると、その光強度に比例した量の電荷Ｑが生成される。
【００１７】この電荷Ｑは、電荷振り分けゲート８０１及び８０２のオン／オフに対応して、それぞれの位相と揃った成分ごとに電荷振り分けゲート８０１及び８０２を介し、電荷蓄積部８０６及び８０７にそれぞれ振り分けられ、電荷Ｑ１、電荷Ｑ２が蓄積される。
【００１８】このとき対象物までの距離Ｒは、光速ｃ、変調パルス幅Ｔとすると、 Ｒ＝ｃ・△ｔ／２ ＝（ｃＴ／２）・｛Ｑ２／（Ｑ１＋Ｑ２）｝
＝（ｃＴ／４）・［１−｛（Ｑ１−Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）｝］…（１）
と表される。
【００１９】したがって、電荷蓄積部８０６及び８０７の電荷を各々検出し、式（１）に基づいて処理することにより、対象物までの距離を検出することが可能となる。
【００２０】このように、ＴＯＦ法に基づく測距において、電荷振り分けゲート８０１及びゲート８０２のオン／オフにより、電荷を振り分けるタイプの感度変調画素（以下、電荷振り分け方式画素）を用いると、対象物までの距離は振り分けられた電荷Ｑ１とＱ２の比から求められるので、一度の検出で距離情報を得ることができる。
【００２１】また、電荷振り分け方式は、対象物までの距離Ｒが電荷蓄積部８０６及び８０７に蓄えられた電荷量の比Ｑ１とＱ２により定められるから、入射光の強度に影響されにくいという利点がある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】上記の電荷振り分け方式において、飽和光量を超える入射光や外光成分の増大などにより、電荷蓄積部から溢れだした余剰電子が引き起こすクロストークについて、図１０を用いて説明する。
【００２３】図１０の（ａ），（ｂ）は、１画素分の断面構造に対応したポテンシャルダイヤグラムを示している。
【００２４】まず、図１０の（ａ）に示すように、電荷蓄積部１００３に過剰に溜まった状態から電荷振り分けのためにゲートの印加電圧をオンすると、余剰電子が電荷振り分けゲート１００１へと溢れる。
【００２５】さらに、図１０の（ｂ）に示すように、電荷振り分けゲート１００１に溢れた電子は、電荷振り分けゲート１００１がオフするのに合わせてフォトゲート１０００へと流れ込む。
【００２６】このフォトゲート１０００へと送られた電子は、電荷振り分け動作により入射光によりフォトゲートの下に生成された光生成電子とともに、反対側の電荷振り分けゲート１００２を介して反対側の電荷蓄積部１００４へと送られる。
【００２７】この結果、一旦、電荷蓄積部１００３に振り分けられた電子が反対側の蓄積部１００４へと混入してしまうことになり、いわゆる、クロストークが起こる。
【００２８】このクロストークは、信号のＳ／Ｎの低下あるいは測定誤差の増大を招く原因につながる。
【００２９】ここに、上記電荷振り分け方式による問題がある。
【００３０】本発明は、この点に着目し、クロストークの低減された高精度な距離情報を取得可能にする距離情報入力装置を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】まず、本発明の電荷振り分け方式におけるクロストークの軽減方法の考え方を図１１１１にて説明する。
【００３２】図１１の（ａ），（ｂ）は、１画素分の断面構造に対応したポテンシャルダイヤグラムを示している。
【００３３】すなわち、本発明による電荷振り分け方式においては、図１１の（ａ）に示すように電荷振り分けゲート１１０１及び１１０２のオンオフを繰り返すことにより電荷を振り分けながら蓄積する合間に、図１１の（ｂ）に示すように、間欠的に蓄積動作を休止して両方の電荷振り分けゲート１１０１及び１１０２をオフして電荷蓄積部１１０３及び１１０４の電位を上げることにより、電子がフォトゲート１１００へ逆流するのを防止する。
【００３４】また、本発明による電荷振り分け方式においては、上述と同時に、電荷蓄積部１１０３及び１１０４の電位を上げるのに合わせて信号転送ゲート１１０５及び１１０６の電位を下げて、余剰電子を画素ドレイン電極１１０７及び１１０８にオーバーフローさせる。
【００３５】このオーバーフロー動作を電荷振り分け蓄積期間中に間欠的に設けることにより、電荷振り分け時にフォトゲート１１００へ電子が逆流するのを防止する。
【００３６】このとき、信号転送ゲート１１０５及び１１０６と電荷蓄積部１１０３及び１１０４のそれぞれの電位差は、信号の飽和電荷量を決定する。
【００３７】この方法により、本発明による電荷振り分け方式では、余剰電子が原因で引き起こされるクロストークを防止することができる。
【００３８】本発明によると、上記課題を解決するために、（１） 対象物に輝度変調した光を照射する輝度変調光源、前記輝度変調光源によって輝度変調された光が照射された前記対象物からの反射光を受光し、光電変換を行うと共に、前記輝度変調光源と同期して感度変調可能な受光素子を備えた距離情報入力装置において、前記受光素子は、前記対象物からの反射光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で変換された電荷を蓄積記憶する二つの電荷蓄積部と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に設けられ、前記光電変換部で変換された電荷を前記輝度変調光源と同期して前記二つの電荷蓄積部に振り分ける二つの電荷振り分けゲートと、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を検出する二つの電荷検出部と、前記電荷蓄積部と前記電荷検出部との間に設けられるとともに、二つの信号振り分けゲートで構成され、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を前記電荷蓄積部から前記電荷検出部に転送する二つの電荷転送部と、を有し、前記受光素子のリセット動作と前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を読み出す読み出し動作との間に、前記電荷振り分けゲートをオフして前記電荷蓄積部のポテンシャルを上げることによって飽和電荷量以上の余剰電子を排出する動作を少なくとも一回行なうことを特徴とする距離情報入力装置が提供される。
【００３９】（対応する発明の実施の形態）この本発明に関する実施の形態は、後述する第１の実施の形態が対応する。
【００４０】（作用）本発明による電荷振り分け方式では、受光素子のリセット動作と前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を読み出す読み出し動作との間に、前記電荷振り分けゲートをオフして前記電荷蓄積部のポテンシャルを上げることによって飽和電荷量以上の余剰電子を排出する動作を少なくとも一回行なうことを特徴とする。
【００４１】本発明によれば、余剰電子が引き起こすクロストークの問題を防止しながら、高精度な距離情報を取得することが可能になる。
【００４２】また、本発明によると、上記課題を解決するために、（２） 前記電荷振り分けゲートがオフされるのと同期して、前記電荷転送部のポテンシャルを下げることを特徴とする（１）に記載の距離情報入力装置が提供される。
【００４３】（対応する発明の実施の形態）この本発明に関する実施の形態は、後述する第１の実施の形態が対応する。
【００４４】（作用）本発明による電荷振り分け方式では、前記電荷振り分けゲートがオフされるのと同期して、前記電荷転送部のポテンシャルを下げることを特徴とする。
【００４５】本発明によれば、余剰電子が引き起こすクロストークの問題を防止しながら、より高精度な距離情報を取得することが可能になる。
【００４６】また、本発明によると、上記課題を解決するために、（３） 前記光電変換部が一次元または二次元のアレイ状に配置されていることを特徴とする（１）に記載の距離情報入力装置が提供される。
【００４７】（対応する発明の実施の形態）この本発明に関する実施の形態は、後述する第２の実施の形態が対応する。
【００４８】（作用）本発明によれば、クロストークの低減された高精度な距離情報を画像としてリアルタイムに取得することが可能になる。
【００４９】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００５０】（第１の実施の形態）図１を用いて本発明の第１の実施の形態による距離情報入力装置について説明する。
【００５１】図１は、本発明の第１の実施の形態による距離情報入力装置における感度変調素子の１画素分の画素の構成例を示したものである。
【００５２】図１に示すように、距離情報入力装置における感度変調素子としての１画素は、入射光が入射される開口部１００ａを有する遮光層１００と、ＭＯＳフォトゲート部１０１ａと、このＭＯＳフォトゲート部１０１ａへの印加電圧入力端子１０１と、電荷振り分けゲート１０２ａ及び１０３ａと、これら電荷振り分けゲート１０２ａ及び１０３ａへの電荷振り分けパルス入力端子１０２及び１０３と、電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂと、これら電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂへの制御パルス入力端子１０４と、信号電荷転送ゲート１０５ａ及び１０５ｂと、これら信号電荷転送ゲート１０５ａ及び１０５ｂへの制御パルス入力端子１０５と、画素電極リセットパルス入力端子１０６と、画素電極リセット電圧入力端子１０７と、画素ドレイン電圧入力端子１０８と、画素選択パルス入力端子１０９と、画素リセットＭＯＳトランジスタ１１０及び１１１と、画素信号増幅トランジスタ１１２及び１１３と、画素選択トランジスタ１１４及び１１５、画素信号出力端子１１６及び１１７とで構成されている。
【００５３】入射光が遮光層１００の開口部１００ａから感度変調素子を構成する光電変換部１２０に入射すると、この光電変換部１２０で入射光の光量に応じた光生成電子が発生する。
【００５４】ここで、光電変換部１２０は、ＭＯＳフォトゲート部１０１ａと電荷振り分けゲート１０２ａ及び１０３ａの下に形成されている。
【００５５】このように構成された感度変調素子の１画素を使って実際に感度変調信号を読み出す駆動方法を図２R>２、図３、図４を用いて説明する。
【００５６】なお、図１において、ＭＯＳフォトゲート部１０１ａへの印加電圧入力端子１０１には、フォトゲート部印加電圧が印加され、画素電極リセット電圧入力端子１０７には画素電極リセット電圧が印加され、画素ドレイン電圧入力端子１０８には画素ドレイン電圧が印加されているものとする。
【００５７】（画素リセット動作）図２を用いて図１の画素のリセット動作を説明する。
【００５８】まず、（１）の期間において、画素ドレイン電圧入力端子１０８を画素電極リセットパルス入力端子１０６から印加されたリセット電圧に固定したまま全ての端子をオンすることにより、ＭＯＳフォトゲート部１０１ａと電荷振り分けゲート１０２ａ及び１０３ａの下の光電変換部１２０で入射光の光量に応じて発生した光生成電子による電荷を画素ドレイン電圧入力端子１０８へと排出する。
【００５９】次に、（２）の期間において、電荷振り分けパルス入力端子１０２及び１０３の電荷振り分けパルスをオフすることにより、電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂからＭＯＳフォトゲート部１０１ａヘの電荷逆流を防止する。
【００６０】次に、（３）の期間において、電荷蓄積ゲート制御パルス入力端子１０４のパルスをオフすることにより、上記電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂ下の電荷を信号電荷転送ゲート１０５ａ及び１０５ｂと画素ドレイン電圧入力端子１０８へ排出する。
【００６１】次に、（４）の期間において、信号電荷転送ゲート制御パルス入力端子１０５をオフすることにより、信号電荷転送ゲート１０５ａ及び１０５ｂ下の電荷を画素ドレイン電圧入力端子１０８へと排出する。
【００６２】（感度変調動作：電荷振り分けとオーバーフロー）図３を用いて図１の画素による感度変調動作（電荷振り分けとオーバーフロー）を説明する。
【００６３】まず、（５）の期間において、電荷振り分けパルス入力端子１０２及び１０３に対して相補的にオンオフするようなパルスを入力することにより、ＭＯＳフォトゲート１０１ａ下の光電変換部１２０で生成された光電荷をそれぞれの電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂに振り分ける。
【００６４】次に、（６）の期間において、電荷蓄積ゲート制御パルス入力端子１０４の印加電圧を下げることにより、電荷蓄積ゲート１０４ａ及び１０４ｂに溜まった余剰電子を信号電荷転送ゲート１０５ａ及び１０５ｂを介して画素ドレイン電圧入力端子１０８へとオーバーフローさせる。
【００６５】この（５）と（６）の期間を交互に繰り返し行うことにより、クローストークを防止しながら、感度変調された信号電荷を蓄積することができる。
【００６６】（読み出し動作）図４を用いて図１の画素の読み出し動作を説明する。
【００６７】まず、（７）の期間において、画素選択パルス入力端子１０９をオンすることにより、信号電荷転送前のオフセット信号を画素信号出力端子１１６及び１１７から読み出す。
【００６８】次に、（８）の期間において、信号電荷転送ゲート制御パルス入力端子１０５をオンすることにより、蓄積した電荷をフローティング状態にされた画素ドレイン電圧入力端子１０８へ転送する。
【００６９】次に、（９）の期間において、信号電荷転送後の信号レベルを画素信号出力端子１１６及び１１７からそれぞれ読み出し、（７）の期間において読み出したオフセットレベルとの差をとることにより、オフセット成分を除去する。
【００７０】以上の動作をすることにより、感度変調信号を読み出すことができる。
【００７１】この感度変調信号から式（１）における電荷Ｑ１とＱ２を算出し、式（１）に代入することにより距離情報が抽出される。
【００７２】本実施の形態によれば、余剰電子が引き起こすクロストークの問題を防止しながら、高精度な距離情報を取得することが可能になる。
【００７３】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態について、図５、図６、図７、を用いて説明する。
【００７４】図５において、参照符号５００は光源部、参照符号５０１は輝度変調光源、参照符号５０５は光源駆動回路、参照符号５０２はコリメータレンズ、参照符号５０３はスリット光走査用のミラー、参照符号５０６はミラー５０３の向きを制御するミラー駆動回路、参照符号５０４はシリンドリカルレンズ、参照符号５０９は画素アレイ、参照符号５０７はＴＯＦ法に基づいた測距を行うための輝度変調信号及び感度変調信号を光源駆動回路５０５及び画素駆動回路５０８にそれぞれ送るとともに、スリット光の走査と同期して画素信号を読み出せるようにミラー駆動回路５０６と画素駆動回路５０８とに信号を送るコントローラ、参照符号５１０は撮像光学系、参照符号５１１は信号処理回路、参照符号５１２は対象物、参照符号５１３は撮像部を表している。
【００７５】図６はｍ行×ｎ列に配列された電荷振り分け方式の画素アレイ５０９でＸＹアドレス型エリアセンサを構成したときの構成例を表す。
【００７６】受光したスリット光の位置変化と同期して、画素駆動回路５０８により画素アレイ５０９の行ごとに、感度変調、リセット、信号読み出しが行われる。
【００７７】画素アレイ５０９からの画素出力信号は、信号処理回路５１１でオフセット除去などの前処理後に、画素駆動回路５０８で水平走査されることによって時系列信号に変換され、この後、距離画像化される。
【００７８】図７は、図６の画素アレイ５０９の各行における感度変調期間及び輝度変調光照射期間、画素信号のリセット及び読み出しのタイミング、水平走査期間を表している。
【００７９】ここで、感度変調期間とは、感度変調信号が図６の画素駆動回路５０８から出力される期間を表している。
【００８０】また、輝度変調光照射期間とは、輝度変調光が図６の光源５０１から出射される期間を表している。
【００８１】そして、感度変調期間と、輝度変調光照射期間との、それぞれの期間中に感度変調及び輝度変調がなされている。
【００８２】なお、この感度変調期間は、前述した第１の実施の形態で示した電荷振り分け蓄積と余剰電子のオーバーフローの繰り返しにより構成されている。
【００８３】また、水平走査期間とは、水平走査信号φＨ１，φＨ２，…，φＨｎが図６の画素駆動回路５０８（水平走査回路）から順次出力される期間を表し、この期間中に図６の画素アレイ５０９の１行分の画素出力信号が時系列信号として変換される。
【００８４】そして、感度変調期間及び輝度変調光照射期間、画素信号のリセット及び読み出しのタイミングは、スリット光の走査に同期してシフトするとともに、感度変調期間及び輝度変調光照射期間はどの行においても画素信号のリセット及び読み出しのタイミングと重ならないようになっている。
【００８５】このような装置構成により、対象物をスリット光で走査しながら、ＴＯＦ法に基づく距離画像生成が可能になる。
【００８６】本実施の形態の特徴は、電荷振り分け方式画素をＸＹアドレス型エリアセンサに適用し、本発明の距離情報入力装置におけるクロストーク低減のための駆動方法を用いることにより、一度の検出でクロストークの軽減された距離（画像）情報を生成することができ、かつスリット光を用いることによって１画素あたりの蓄積時間が短くなるので外光の影響が少なくなるとともに、上述の画素駆動タイミングを用いることにより、消費電力を抑え、リアルタイムに高精度な距離画像の取得が小型の装置で行えるところにある。
【００８７】
【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明によれば、クロストークの低減された高精度な距離情報を取得可能にする距離情報入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態による距離情報入力装置における感度変調素子の１画素分の画素の構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１の画素のリセット動作を説明するために示す図である。
【図３】図３は、図１の画素による感度変調動作（電荷振り分けとオーバーフロー）を説明するために示す図である。
【図４】図４は、図１の画素の読み出し動作を説明するために示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態による距離情報入力装置の構成例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態による距離情報入力装置において、ｍ行×ｎ列に配列された電荷振り分け方式の画素アレイ５０９でＸＹアドレス型エリアセンサを構成したときの構成例を示す図である。
【図７】図７は、図６の画素アレイ５０９の各行における感度変調期間及び輝度変調光照射期間、画素信号のリセット及び読み出しのタイミング、水平走査期間を示す図である。
【図８】図８の（ａ），（ｂ）は、Ｒ．Ｍｉｙａｇａｗａらが用いた感度変調素子の受光部について、１画素分の断面構造（ａ）とポテンシャルダイアグラム（ｂ）を示す図である。
【図９】図９は、図８の（ａ）に示すような受光部を有する感度変調素子を用いた測距原理を説明するために、送光時の輝度変調光と受光時の対象物からの反射光の光強度、電荷振り分けゲート８０１及び８０２の印加電圧、受光部８０５で生成される信号電荷量及び電荷蓄積部８０６、８０７の電荷蓄積量の時間変化を示す図である。
【図１０】図１０の（ａ），（ｂ）は、図８の（ａ）に示すような受光部を有する感度変調素子による電荷振り分け方式において、飽和光量を超える入射光や外光成分の増大などにより、電荷蓄積部から溢れだした余剰電子が引き起こすクロストークを説明するために、１画素分の断面構造に対応したポテンシャルダイヤグラムを示す図である。
【図１１】図１１の（ａ），（ｂ）は、本発明の電荷振り分け方式におけるクロストークの軽減方法の考え方を説明するために、１画素分の断面構造に対応したポテンシャルダイヤグラムを示す図である。
【符号の説明】
１００ａ…開口部、
１００…遮光層、
１０１ａ…ＭＯＳフォトゲート部、
１０１…ＭＯＳフォトゲート部への印加電圧入力端子、
１０２ａ，１０３ａ…電荷振り分けゲート、
１０２…電荷振り分けゲート１０２ａへの電荷振り分けパルス入力端子、
１０３…電荷振り分けゲート１０３ａへの電荷振り分けパルス入力端子、
１０４ａ，１０４ｂ…電荷蓄積ゲート、
１０４…電荷蓄積ゲート１０４ａ，１０４ｂへの制御パルス入力端子、
１０５ａ，１０５ｂ…信号電荷転送ゲート、
１０５…信号電荷転送ゲート１０５ａ，１０５ｂへの制御パルス入力端子、
１０６…画素電極リセットパルス入力端子、
１０７…画素電極リセット電圧入力端子、
１０８…画素ドレイン電圧入力端子、
１０９…画素選択パルス入力端子、
１１０，１１１…画素リセットＭＯＳトランジスタ、
１１２，１１３…画素信号増幅トランジスタ、
１１４，１１５…画素選択トランジスタ、
１１６，１１７…画素信号出力端子、
１２０…光電変換部、
５００…光源部、
５０１…輝度変調光源、
５０５…光源駆動回路、
５０２…コリメータレンズ、
５０３…スリット光走査用のミラー、
５０６…ミラー５０３の向きを制御するミラー駆動回路、
５０４…シリンドリカルレンズ、
５０９…画素アレイ、
５０７…コントローラ、
５０８…画素駆動回路、
５１０…撮像光学系、
５１１…信号処理回路、
５１２…対象物、
５１３…撮像部、
１１０１，１１０２…電荷振り分けゲート、
１１００…フォトゲート、
１１０３，１１０４…電荷蓄積部、
１１０５，１１０６…信号転送ゲート、
１１０７，１１０８…画素ドレイン電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 対象物に輝度変調した光を照射する輝度変調光源、前記輝度変調光源によって輝度変調された光が照射された前記対象物からの反射光を受光し、光電変換を行うと共に、前記輝度変調光源と同期して感度変調可能な受光素子を備えた距離情報入力装置において、前記受光素子は、前記対象物からの反射光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で変換された電荷を蓄積記憶する二つの電荷蓄積部と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に設けられ、前記光電変換部で変換された電荷を前記輝度変調光源と同期して前記二つの電荷蓄積部に振り分ける二つの電荷振り分けゲートと、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を検出する二つの電荷検出部と、前記電荷蓄積部と前記電荷検出部との間に設けられるとともに、二つの信号振り分けゲートで構成され、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を前記電荷蓄積部から前記電荷検出部に転送する二つの電荷転送部と、を有し、前記受光素子のリセット動作と前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を読み出す読み出し動作との間に、前記電荷振り分けゲートをオフして前記電荷蓄積部のポテンシャルを上げることによって飽和電荷量以上の余剰電子を排出する動作を少なくとも一回行なうことを特徴とする距離情報入力装置。
【請求項２】 前記電荷振り分けゲートがオフされるのと同期して、前記電荷転送部のポテンシャルを下げることを特徴とする請求項１に記載の距離情報入力装置。
【請求項３】 前記光電変換部が一次元または二次元のアレイ状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の距離情報入力装置。
【請求項１】 対象物に輝度変調した光を照射する輝度変調光源、前記輝度変調光源によって輝度変調された光が照射された前記対象物からの反射光を受光し、光電変換を行うと共に、前記輝度変調光源と同期して感度変調可能な受光素子を備えた距離情報入力装置において、前記受光素子は、前記対象物からの反射光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部で変換された電荷を蓄積記憶する二つの電荷蓄積部と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に設けられ、前記光電変換部で変換された電荷を前記輝度変調光源と同期して前記二つの電荷蓄積部に振り分ける二つの電荷振り分けゲートと、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を検出する二つの電荷検出部と、前記電荷蓄積部と前記電荷検出部との間に設けられるとともに、二つの信号振り分けゲートで構成され、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を前記電荷蓄積部から前記電荷検出部に転送する二つの電荷転送部と、を有し、前記受光素子のリセット動作と前記電荷蓄積部に蓄積された電荷を読み出す読み出し動作との間に、前記電荷振り分けゲートをオフして前記電荷蓄積部のポテンシャルを上げることによって飽和電荷量以上の余剰電子を排出する動作を少なくとも一回行なうことを特徴とする距離情報入力装置。
【請求項２】 前記電荷振り分けゲートがオフされるのと同期して、前記電荷転送部のポテンシャルを下げることを特徴とする請求項１に記載の距離情報入力装置。
【請求項３】 前記光電変換部が一次元または二次元のアレイ状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の距離情報入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００３−２４７８０９（Ｐ２００３−２４７８０９Ａ）
【公開日】平成１５年９月５日（２００３．９．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−５０１７８（Ｐ２００２−５０１７８）
【出願日】平成１４年２月２６日（２００２．２．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス光学工業株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１５年９月５日（２００３．９．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年２月２６日（２００２．２．２６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス光学工業株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]