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公開番号2025099755
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023216662
出願日2023-12-22
発明の名称距離画像撮像装置、及び距離画像撮像方法
出願人TOPPANホールディングス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01S 17/894 20200101AFI20250626BHJP(測定;試験)
要約【課題】複数の電荷蓄積部のうち最初に電荷を蓄積させる第1電荷蓄積部と2番目以降に電荷を蓄積させるその他の電荷蓄積部との駆動条件が近づくように画素を駆動させる。
【解決手段】フレーム周期において単位蓄積期間の駆動を蓄積回数実行し、前記単位蓄積期間において蓄積タイミングで電荷蓄積部に順に電荷を蓄積させる蓄積フェーズと電荷排出部を介して電荷を排出する排出フェーズを実行し、前回実行された単位蓄積期間の前記排出フェーズから今回実行する前記単位蓄積期間に切り替わるタイミングで調整フェーズを実行し、前記調整フェーズにおいて前記電荷排出部に電荷を排出させず且つ前記電荷蓄積部に電荷を蓄積させない第1駆動と、前記電荷排出部を介して電荷を排出する第2駆動とを順に実行し、前記第2駆動を実行する時間は、前記蓄積フェーズにおいて1つの前記電荷蓄積部に電荷を蓄積させる蓄積駆動を実行する蓄積駆動時間と同じである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
被写体に光パルスを照射する光源部と、
入射した光に応じて電荷を発生する光電変換素子、前記光電変換素子が発生させた電荷を排出する電荷排出部、及び前記光電変換素子が発生させた電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を具備する画素が二次元マトリクス状に複数配置された距離画像センサと、フレーム周期により前記光パルスを照射する照射タイミングに同期させた蓄積タイミングで前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、
前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量に基づいて前記被写体までの距離を計算する距離画像処理部と、
を備え、
前記フレーム周期において単位蓄積期間の駆動を蓄積回数実行し、
前記単位蓄積期間において前記蓄積タイミングで前記電荷蓄積部に順に電荷を蓄積させる蓄積フェーズと前記電荷排出部を介して電荷を排出する排出フェーズを実行し、前回実行された前記単位蓄積期間の前記排出フェーズから今回実行する前記単位蓄積期間に切り替わるタイミングで調整フェーズを実行し、
前記調整フェーズにおいて前記電荷排出部に電荷を排出させず且つ前記電荷蓄積部に電荷を蓄積させない第１駆動と、前記電荷排出部を介して電荷を排出する第２駆動とを順に実行し、
前記第２駆動を実行する時間は、前記蓄積フェーズにおいて１つの前記電荷蓄積部に電荷を蓄積させる蓄積駆動を実行する蓄積駆動時間と同じである、
距離画像撮像装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記調整フェーズにおいて前記第１駆動と前記第２駆動とを複数回実行する、
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項３】
前記排出フェーズにおいて、前記調整フェーズにおける前記第１駆動と前記第２駆動とを交互に実行する、
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項４】
前記電荷排出部は、第１電荷排出部と第２電荷排出部の２つからなり、
前記調整フェーズにおいて、前記第１電荷排出部が電荷を排出し、前記第２電荷排出部が前記第１駆動と前記第２駆動とを順に実行する、
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項５】
前記蓄積フェーズが終了するタイミングで前記調整フェーズを実行した後に前記排出フェーズを実行する、
請求項４に記載の距離画像撮像装置。
【請求項６】
前記フレーム周期において複数のサブフレームが設けられ、
前記複数のサブフレームの各々において前記照射タイミングに対する前記蓄積タイミングが互いに異なり、
前記複数のサブフレームの各々において、前回実行された前記単位蓄積期間の前記排出フェーズから今回実行する前記単位蓄積期間に切り替わるタイミングで前記調整フェーズを実行する、
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項７】
前記フレーム周期において第１サブフレームと第２サブフレームの２つのサブフレームが設けられ、
前記第１サブフレームにおいて前回実行された前記単位蓄積期間の前記排出フェーズから今回実行する前記単位蓄積期間に切り替わる第１タイミングで前記調整フェーズを実行し、前記照射タイミングを基準とする第２タイミングで前記蓄積フェーズを実行し、
前記第２サブフレームにおいて前記照射タイミングを基準とする第３タイミングで前記蓄積フェーズを実行し、
前記第２タイミングは前記第３タイミングより早く到来し、
前記第２サブフレームにおいて、前記第１タイミングで前記調整フェーズを実行開始し、
前記第２タイミングから前記第３タイミングに到達するまでの経過時間は、前記第１駆動と前記第２駆動の各々を実行する時間より大きく、
前記経過時間に前記第１駆動と前記第２駆動とを交互に実行する、
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項８】
前記蓄積フェーズにおいて前記電荷蓄積部のうちの第１電荷蓄積部への電荷蓄積を第４タイミングで終了し、前記第１電荷蓄積部の次に電荷を蓄積させる第２電荷蓄積部への電荷蓄積を第５タイミングで開始し、
前記第４タイミングから前記第５タイミングに到達するまでの経過時間は、前記第１駆動と前記第２駆動の各々を実行する時間より大きく、
前記経過時間に前記第１駆動と前記第２駆動とを交互に実行する、
請求項１に記載の距離画像撮像装置。
【請求項９】
被写体に光パルスを照射する光源部と、入射した光に応じて電荷を発生する光電変換素子、前記光電変換素子が発生させた電荷を排出する電荷排出部、及び前記光電変換素子が発生させた電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を具備する画素が二次元マトリクス状に複数配置された距離画像センサと、フレーム周期により前記光パルスを照射する照射タイミングに同期させた蓄積タイミングで前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量に基づいて前記被写体までの距離を計算する距離画像処理部と、を備える距離画像撮像装置が行う距離画像撮像方法であって、
前記フレーム周期において単位蓄積期間の駆動を蓄積回数実行し、
前記単位蓄積期間において前記蓄積タイミングで前記電荷蓄積部に順に電荷を蓄積させる蓄積フェーズと前記電荷排出部を介して電荷を排出する排出フェーズを実行し、前回実行された前記単位蓄積期間の前記排出フェーズから今回実行する前記単位蓄積期間に切り替わるタイミングで調整フェーズを実行し、
前記調整フェーズにおいて前記電荷排出部に電荷を排出させず且つ前記電荷蓄積部に電荷を蓄積させない第１駆動と、前記電荷排出部を介して電荷を排出する第２駆動とを順に実行し、
前記第２駆動を実行する時間は、前記蓄積フェーズにおいて１つの前記電荷蓄積部に電荷を蓄積させる蓄積駆動を実行する蓄積駆動時間と同じである、
距離画像撮像方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
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。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
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（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ、以下「ＴｏＦ」という）方式の距離画像撮像装置が実現されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような距離画像撮像装置の撮像素子（画素）には、光電変換部、複数の電荷蓄積部、電荷排出部などが設けられている。パルス光を被写体に照射し、測定対象物（被写体）に反射した反射光を画素に入射させる単位蓄積期間の駆動を蓄積回数繰返し実行することで１フレーム周期による画素の駆動が実行される。単位蓄積期間の駆動では、電荷を蓄積させる蓄積フェーズと電荷を排出する排出フェーズが実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第４２３５７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、同じ光量の光が入射されたとしても、蓄積フェーズにおいて最初に電荷を蓄積させる第１電荷蓄積部と、２番目以降に電荷を蓄積させるその他の電荷蓄積部とで蓄積される電荷量に差が生じてしまうことがあり、距離の精度が劣化する要因となっていた。
第１電荷蓄積部とその他の電荷蓄積部とで蓄積される電荷量に差が生じてしまう要因のひとつに駆動条件の相違がある。単位蓄積期間の駆動では、蓄積フェーズが実行される時間が比較的短く、排出フェーズを実行する時間が比較的長く設定されることが多い。このため、第１電荷蓄積部は、前回の単位蓄積期間の排出フェーズで電荷排出部を介して電荷が排出される状態が長時間続いた後に電荷が排出されない状態に切り替わるタイミングで電荷の蓄積が開始される。一方、その他の電荷蓄積部は、前段の電荷蓄積部への短時間の電荷蓄積が完了したタイミングで電荷の蓄積が開始される。このような駆動条件の相違が距離の精度が劣化要因の一つであると考えられる。
【０００６】
本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、複数の電荷蓄積部のうち最初に電荷を蓄積させる第１電荷蓄積部と２番目以降に電荷を蓄積させるその他の電荷蓄積部との駆動条件が近づくように画素を駆動させることができ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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の距離画像撮像装置は、被写体に光パルスを照射する光源部と、入射した光に応じて電荷を発生する光電変換素子、前記光電変換素子が発生させた電荷を排出する電荷排出部、及び前記光電変換素子が発生させた電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を具備する画素が二次元マトリクス状に複数配置された距離画像センサと、フレーム周期により前記光パルスを照射する照射タイミングに同期させた蓄積タイミングで前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量に基づいて前記被写体までの距離を計算する距離画像処理部と、を備え、前記フレーム周期において単位蓄積期間の駆動を蓄積回数実行し、前記単位蓄積期間において前記蓄積タイミングで前記電荷蓄積部に順に電荷を蓄積させる蓄積フェーズと前記電荷排出部を介して電荷を排出する排出フェーズを実行し、前回実行された前記単位蓄積期間の前記排出フェーズから今回実行する前記単位蓄積期間に切り替わるタイミングで調整フェーズを実行し、前記調整フェーズにおいて前記電荷排出部に電荷を排出させず且つ前記電荷蓄積部に電荷を蓄積させない第１駆動と、前記電荷排出部を介して電荷を排出する第２駆動とを順に実行し、前記第２駆動を実行する時間は、前記蓄積フェーズにおいて１つの前記電荷蓄積部に電荷を蓄積させる蓄積駆動を実行する蓄積駆動時間と同じである。
【０００８】
本発明の距離画像撮像方法は、被写体に光パルスを照射する光源部と、入射した光に応じて電荷を発生する光電変換素子、前記光電変換素子が発生させた電荷を排出する電荷排出部、及び前記光電変換素子が発生させた電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を具備する画素が二次元マトリクス状に複数配置された距離画像センサと、フレーム周期により前記光パルスを照射する照射タイミングに同期させた蓄積タイミングで前記電荷蓄積部のそれぞれに電荷を振り分けて蓄積させる画素駆動回路と、を有する受光部と、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された電荷量に基づいて前記被写体までの距離を計算する距離画像処理部と、を備える距離画像撮像装置が行う距離画像撮像方法であって、前記フレーム周期において単位蓄積期間の駆動を蓄積回数実行し、前記単位蓄積期間において前記蓄積タイミングで前記電荷蓄積部に順に電荷を蓄積させる蓄積フェーズと前記電荷排出部を介して電荷を排出する排出フェーズを実行し、前回実行された前記単位蓄積期間の前記排出フェーズから今回実行する前記単位蓄積期間に切り替わるタイミングで調整フェーズを実行し、前記調整フェーズにおいて前記電荷排出部に電荷を排出させず且つ前記電荷蓄積部に電荷を蓄積させない第１駆動と、前記電荷排出部を介して電荷を排出する第２駆動とを順に実行し、前記第２駆動を実行する時間は、前記蓄積フェーズにおいて１つの前記電荷蓄積部に電荷を蓄積させる蓄積駆動を実行する蓄積駆動時間と同じである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の電荷蓄積部のうち最初に電荷を蓄積させる第１電荷蓄積部と２番目以降に電荷を蓄積させるその他の電荷蓄積部との駆動条件が近づくように画素を駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態の距離画像撮像装置１の構成を示すブロック図である。
実施形態の距離画像センサ３２の構成を示すブロック図である。
実施形態の画素３２１の構成の一例を示す回路図である。
実施形態の画素３２１のレイアウトパターンの例を模式的に示す図である。
従来の画素３２１を駆動させるタイミングを示すタイミングチャートである。
図４Ｂの駆動をした画素信号Ｑ１～Ｑ４のイメージを示す図である。
実施形態の画素３２１を駆動させるタイミングの第１例を示すタイミングチャートである。
実施形態の画素３２１を駆動させるタイミングの第２例を示すタイミングチャートである。
実施形態の画素３２１を駆動させるタイミングの第３例を示すタイミングチャートである。
実施形態の画素３２１のレイアウトパターンの例を模式的に示す図である。
実施形態の画素３２１のレイアウトパターンの例を模式的に示す図である。
実施形態の画素３２１のレイアウトパターンの例を模式的に示す図である。
実施形態の画素３２１を駆動させるタイミングの第４例を示すタイミングチャートである。
実施形態の画素３２１を駆動させるタイミングの第５例を示すタイミングチャートである。
実施形態の画素３２１を駆動させるタイミングの第６例を示すタイミングチャートである。
実施形態の画素３２１を駆動させるタイミングの第７例を示すタイミングチャートである。
実施形態の画素３２１を駆動させるタイミングの第８例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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