JP2022135438A - 距離画像撮像装置及び距離画像撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置内の光学的な構成を変えず、また装置の小型化、低背化、高精細化及び量子効率の向上を妨げずに、正確な距離画像を撮像する距離画像撮像装置を提供する。【解決手段】本発明は、測定空間に光パルスを照射する光源部と、測定空間から入射した光に応じた電荷を発生する光電変換素子と、フレーム周期において電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、電荷蓄積部に転送トランジスタのオンオフ処理を行い電荷を振分けて蓄積させる画素駆動回路とを有する受光部と、電荷蓄積部に蓄積された電荷の第１電荷量で決定される電荷量により、測定空間における被写体と受光部との距離を計算する距離演算部とを備え、距離演算部が第１電荷量から、転送トランジスタのオンオフ処理によって振り分けて蓄積した電荷以外の蓄積電荷であるノイズ電荷による第２電荷量を減算して距離の計算を行う。【選択図】図１

Description

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、光の飛行時間に基づいて被写体との距離を測定するタイム・オブ・フライト(Time of Fright以下「ＴｏＦ」と記す)方式の距離画像撮像装置がある（例えば、特許文献１参照）。
ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、光を照射する光源部と、距離を測定するための光を検出する画素回路が二次元の行列状(アレイ状)に複数配置された画素アレイを含む撮像部を備えている。上記画素回路の各々は、光の強度に対応する電荷を発生する光電変換素子（例えば、フォトダイオード）を構成要素として有している。
この構成により、ＴｏＦ方式距離画像撮像装置は、測定空間（三次元空間）において、自身と被写体との間の距離の情報や、被写体の画像を取得(撮像)することができる。

また、スマートフォンやタブレット端末などの携帯端末に用いるため、距離画像撮像装置の筐体（撮像装置）の小型化、低背化（薄型化）が求められている。
一方、距離画像撮像装置の撮像する画像をより高精細化するため、撮像部における画素数の増加が求められている。
このため、上記画素アレイの中で端部に配置されている画素回路に入射する入射光の入射角が、中央近傍に配置された画素回路に入射する入射光の入射角に比較して大きくなる。

画素回路に入射する入射光の入射角が大きくなるに従い、画素回路における光電変換素子のみでなく、当該光電変換素子の周辺の回路、例えば電荷を蓄積する電荷蓄積部などに照射される。
そして、光電変換素子のみでなく周辺回路（電荷蓄積部も含む）においても、光電効果により照射される光に対応した電荷（以下、ノイズ電荷）が発生し、これらが電位の高い電荷蓄積部に流入する。

これにより、光電変換素子から電荷蓄積部に転送され、測距に用いられる電荷に対して、周辺回路からのノイズ電荷が加わるため、電荷蓄積部に蓄積された電荷に基づいて計算される距離の精度を低下させる。
そのため、上述したノイズ電荷の発生を抑制するための対策として、画素回路において光電変換素子以外の周辺回路に入射光を入射させない構成としている。

例えば、画素回路内の光電変換素子以外の周辺回路への光の入射を抑制する対策としては、画素回路の各々の上部にマイクロレンズを形成し、当該マイクロレンズにより光を集光して、集光した光を光電変換素子に対して入射させる構成が用いられている。これにより、画素回路に対する入射光がマイクロレンズにより集光され、光電変換素子に対してのみ照射され、他の周辺回路への光の照射を抑制する。

また、他の画素回路内の光電変換素子以外の周辺回路への光の入射を抑制する対策としては、画素回路直上の層に金属パターンによる遮光層を設け、光電変換素子以外の回路部分を遮光する構成が、ＦＳＩ（Front Side Illuminated)方式のＣＭＯＳイメージセンサにおいて採用されている。

特開２０１５－２９０５４号公報

しかしながら、マイクロレンズによる集光においては、距離画像撮像装置の低背化要求により、距離画像撮像装置を薄くするに従い、マイクロレンズの厚さも対応して薄くする必要がある。
このため、マイクロレンズは、光電変換素子に入射光を集光するために充分な曲率が設けられずに、光電変換素子のみに光が照射されるような集光を行うことが困難となってきている。

また、上述した遮光層を設ける構成は、ＦＳＩ方式においては光電変換素子とマイクロレンズとの間に、画素回路における配線の配線層が配置されているため、この配線層の金属パターンを用いて遮光のための金属パターンを形成することができる。
一方、ＢＳＩ（Back Side Illuminated）方式においては、画素回路が形成される半導体基板の表面から光を入射するのではなく、当該半導体基板の裏面から光を入射する構成となっている。

このため、回路が構成されないために配線層が半導体基板の裏面に存在せず、ＢＳＩ方式の構成においては、ＦＳＩ方式のように、配線層における金属パターンを用いて、遮光のための金属パターンを形成することができない。
また、ＢＳＩ方式の構成においては、特許文献１のように、入射光に対する感度を向上させる目的で、量子効率を高めるために、散乱・反射させる構造を設けて半導体基板内における光の光路長を長くする構成を採用している場合がある。
この構成の場合、マイクロレンズによって集光された光が、半導体基板内で散乱されるため、より多くの光が周辺回路に入射し、光電変換素子以外の周辺回路においてノイズ電荷がより発生する原因となる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、装置内の光学的な構成を変えることなく、また装置の小型化、低背化、高精細化及び量子効率の向上を妨げることなく、より正確な距離画像を撮像す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している。

上述した課題を解決するために、本発明の距離画像撮像装置は、測定空間に光パルスを照射する光源部と、前記測定空間から入射した光に応じた電荷を発生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複数の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振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前記電荷の第１電荷量により、前記測定空間における被写体と前記受光部との距離を計算する距離演算部とを備え、前記距離演算部が前記第１電荷量の各々から、前記光電変換素子以外で発生した電荷であるノイズ電荷の第２電荷量を減算して前記距離の計算を行うことを特徴とする。

本発明の距離画像撮像装置は、前記フレームのいずれかを前記第２電荷量の取得を行うノイズ電荷量取得フレームとし、当該ノイズ電荷量取得フレームにおいて、前記光源部から前記光パルスが照射された後、前記画素駆動回路が前記転送トランジスタをオフとして、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷の振分けを行わない状態において、当該電荷蓄積部に蓄積される電荷量を前記第２電荷量とし、前記ノイズ電荷量取得フレーム以降のフレームにおいて、前記画素駆動回路が前記転送トランジスタをオンオフして、前記電荷を前記電荷蓄積部の各々に振分けて蓄積させて、前記第１電荷量とすることを特徴とする。

本発明の距離画像撮像装置は、フレームの各々を分割して第１サブフレームと第２サブフレームとを生成し、前記第１サブフレームにおいて、前記光源部から前記光パルスが照射された後、前記画素駆動回路が前記転送トランジスタをオフとして、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷の蓄積を行わない状態において、当該電荷蓄積部に蓄積される電荷量を前記第２電荷量とし、前記第２サブフレームにおいて、前記画素駆動回路が前記転送トランジスタをオンオフして、前記電荷を前記電荷蓄積部の各々に振分けて蓄積させて、前記第１電荷量とすることを特徴とする。

本発明の距離画像撮像装置は、前記フレームが前記電荷蓄積部の各々に前記電荷を振分けて蓄積する蓄積期間と、当該電荷蓄積部のそれぞれから蓄積された電荷量を読み出す読出期間とから構成されており、前記蓄積期間を短縮することにより、前記第１サブフレーム及び前記第２サブフレームの各々を構成することを特徴とする。

本発明の距離画像撮像装置は、測定空間に光パルスを照射する光源部と、前記測定空間から入射した光に応じた電荷を発生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複数の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振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前記電荷の第１電荷量によって決定される電荷量により、前記測定空間における被写体と前記受光部との距離を計算する距離演算部とを備え、前記距離演算部が前記第１電荷量の各々から、前記転送トランジスタのオンオフ処理によって振り分けて蓄積した電荷以外の蓄積電荷であるノイズ電荷による第２電荷量を減算して前記距離の計算を行うことを特徴とする。

本発明の距離画像撮像装置は、前記距離演算部が、前記第１ノイズ電荷量取得フレーム及び前記第２ノイズ電荷量取得フレームの各々における前記振分けの第１振分回数に対して、前記第２ノイズ電荷量取得フレーム以降の前記フレームの各々における前記振分けの第２振分回数が変化した場合、前記第２振分回数を前記第１振分回数で除算した除算結果を調整係数として、当該調整係数を前記第４電荷量に乗算して第５電荷量を算出し、前記第３電荷量に前記第５電荷量を加算して、前記第２電荷量を補正して前記距離の算出に用いることを特徴とする。

本発明の距離画像撮像装置は、前記光源部から照射される光パルスが、近赤外波長帯域の光の所定幅のパルスであることを特徴とする。

本発明の距離画像撮像装置は、前記画素回路の構造がＢＳＩ（Back Side Illumination：裏面照射）構造であることを特徴とする。

本発明の距離画像撮像装置は、前記画素回路が３個以上の電荷蓄積部を有することを特徴とする。
本発明の距離画像撮像装置は、電荷蓄積部の各々に前記電荷を振分けて蓄積させる期間以外おいて、光電変換素子から電荷を排出する一個以上の電荷排出トランジスタが前記画素回路に設けられていることを特徴とする。

本発明の距離画像撮像方法は、光電変換素子と複数の電荷蓄積部からなる複数の画素回路の各々と、光源部と、画素駆動回路と、距離演算部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、前記光源部が、測定空間に光パルスを照射する過程と、前記画素回路が、フレーム周期において、前記測定空間から入射した光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を前記電荷蓄積部に蓄積する過程と、前記画素駆動回路が、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動過程と、前記距離演算部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された前記電荷の第１電荷量によって決定される電荷量より、前記測定空間における被写体と前記受光部との距離を計算する距離演算過程とを含み、前記距離演算部が前記第１電荷量の各々から、前記転送トランジスタのオンオフ処理によって振り分けて蓄積した電荷以外の蓄積電荷であるノイズ電荷による第２電荷量を減算して前記距離の計算を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、装置内の光学的な構成を変えることなく、また装置の小型化、低背化、高精細化及び量子効率の向上を妨げることなく、より正確な距離画像を撮像す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。 本発明の第１の実施形態の距離画像撮像装置における距離画像センサ３２に配置された画素回路３２１の構成の一例を示した回路図である。 光電変換素子ＰＤで生成された電荷を電荷蓄積部ＣＳの各々に転送するタイミングチャートを示す図である。 本実施形態における画素回路３２１の各トランジスタの配置（レイアウトパターン）の一例を示す図である。 第２の実施形態における電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷の電荷量を取得する処理を説明する図である。 ノイズ電荷量取得モードにおける電荷蓄積部ＣＳに対する電荷の蓄積処理を説明する概念図である。 測距離電荷量取得モードにおける電荷蓄積部ＣＳに対する電荷の蓄積処理を説明する概念図である。 第２の実施形態における電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷の電荷量を取得する処理を説明する図である。 第３の実施形態における電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷の電荷量を取得する処理を説明する図である。 第３の実施形態における測距離電荷量取得モードにおける電荷蓄積部ＣＳにおける反射光ＲＬに対応したノイズ電荷を説明する概念図である。 第３の実施形態による距離画像撮像装置１における距離画像センサ３２と被写体Ｓとの距離の算出の処理の動作例を示すフローチャートである。

＜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。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対象物である被写体Ｓも併せて示している。距離画像撮像素子は、例えば、受光部３における距離画像センサ３２（後述）である。

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が存在する撮影対象の空間に光パルス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。光源部２は、光源装置２１と、拡散板２２とを備える。

光源装置２１は、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を発光する。
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に照射する面の広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として出射され、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。受光部３は、レンズ３１と、距離画像センサ３２とを備える。
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回路に受光（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回路３２１、画素回路３２１の各々を制御する画素駆動回路３２２とを備える。
上記画素回路３２１は、１つの光電変換素子（例えば、後述する光電変換素子ＰＤ）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（例えば、後述する電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４）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ている。

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、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る。また、距離画像センサ３２は、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。距離画像センサ３２には、複数の画素回路が二次元の行列状に配置されており、それぞれの画素回路の対応する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を制御し、被写体Ｓまでの距離を演算する。
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、測定制御部４３とを備える。
タイミング制御部４１は、測定制御部４３の制御に応じて、距離の測定に要する様々な制御信号を出力するタイミングを制御する。ここでの様々な制御信号とは、例えば、光パルスＰＯの照射を制御する信号や、反射光ＲＬを複数の電荷蓄積部に振り分ける信号、１フレームあたりの振り分け回数を制御する信号などである。振り分け回数とは、電荷蓄積部ＣＳ（図３参照）に電荷を振り分ける処理を繰返す回数である。

距離演算部４２は、測定制御部４３の制御に応じて、距離画像センサ３２から出力された画素信号に基づいて、被写体Ｓまでの距離を演算した距離情報を出力する。距離演算部４２は、複数の電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷量に基づいて、光パルスＰＯを照射してから反射光ＲＬを受光するまでの遅延時間Ｔｄを算出する。距離演算部４２は、算出した遅延時間Ｔｄに応じて、距離画像撮像装置１から被写体Ｓまでの距離を演算する。

測定制御部４３は、フレーム周期で繰返されるフレームの各々のモードを、電荷ノイズを取得するフレームであるノイズ電荷量取得モードと、測距離を行う通常のフレームとする測距電荷量取得モードとを選択する。
そして、測定制御部４３は、ノイズ電荷量取得モードと測距離電荷量取得モードとの各々のモードに対応して、タイミング制御部４１におけるタイミングの制御、距離演算部４２における演算の制御を行う（後に詳述する）。ここで、ノイズ電荷とは、光電変換素子以外の領域において、測定空間からの入射光（背景光及び反射光）により発生し、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷である。すなわち、ノイズ電荷は、転送トランジスタＧのオンオフ処理によって振り分けて蓄積される電荷以外の蓄積電荷である。

すなわち、本実施形態による距離画像撮像装置は、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷により、被写体と距離画像センサ３２との距離を算出する。このため、計算測距の計算において、光電変換素子から所定のタイミングで読み出される電荷とは関係なく、各フレームにおいて読み出す時点まで、背景光などによるノイズ電荷が電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるため、計算される距離の精度が低下する。

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と距離画像撮像装置１との距離を測定した距離情報を出力する。
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。

ここで、距離画像センサ３２における画素回路３２１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における距離画像センサ３２に配置された画素回路３２１の構成の一例を示した回路図である。図２の画素回路３２１は、４つの画素信号読み出し部ＲＵ１からＲＵ４を備えた構成例である。

画素回路３２１は、１つの光電変換素子ＰＤと、電荷排出トランジスタＧＤ（後述するＧＤ１、ＧＤ２）と、対応する出力端子Ｏから電圧信号を出力する４つの画素信号読み出し部ＲＵ（ＲＵ１からＲＵ４）とを備える。画素信号読み出し部ＲＵのそれぞれは、転送トランジスタ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、リセットトランジスタＲＴと、ソースフォロアトランジスタＳＦと、選択トランジスタＳＬとを備える。フローティングディフュージョンＦＤと電荷蓄積容量Ｃとは、電荷蓄積部ＣＳを構成している。

図２に示した画素回路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、転送トランジスタＧ１（転送ＭＯＳトランジスタ）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、リセットトランジスタＲＴ１と、ソースフォロアトランジスタＳＦ１と、選択トランジスタＳＬ１とを備える。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、ＲＵ３及びＲＵ４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、入射した光（入射光）に応じた電荷を発生させ、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。本実施形態においては、入射光は測定対象の空間から入射される。
画素回路３２１では、光電変換素子ＰＤが入射光を光電変換して発生させた電荷を４つの電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１からＣＳ４）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。
また、距離画像センサ３２に配置される画素回路の構成は、図２に示したような、４つの画素信号読み出し部ＲＵ（ＲＵ１からＲＵ４）を備えた構成に限定されるものではなく、画素信号読み出し部ＲＵが１個以上の複数の画素信号読み出し部ＲＵを備えた構成の画素回路でもよい。

上記距離画像撮像装置１の画素回路３２１の駆動において、光パルスＰＯが照射時間Ｔｏで照射され、遅延時間Ｔｄ遅れて反射光ＲＬが距離画像センサ３２に受光される。画素駆動回路３２２は、タイミング制御部４１に制御により、光パルスＰＯの照射に同期させて、光電変換素子ＰＤに発生する電荷を、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４に対して、蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４をそれぞれのタイミングにより供給して振り替えて、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４の順に蓄積させる。

そして、画素駆動回路３２２は、リセットトランジスタＲＴ及び選択トランジスタＳＬの各々を、駆動信号ＲＳＴ、ＳＥＬそれぞれにより制御し、電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷を、ソースフォロアトランジスタＳＦにより電気信号に変換し、生成された電気信号を端子Ｏを介して距離演算部４２に出力する。
また、画素駆動回路３２２は、タイミング制御部４１に制御により、駆動信号ＲＳＴＤにより、光電変換素子ＰＤにおいて発生された電荷を電源ＶＤＤに流して放電する（電荷を消去する）。

図３は、光電変換素子ＰＤで生成された電荷を電荷蓄積部ＣＳの各々に転送するタイミングチャートを示す図である。
図３のタイミングチャートにおいて、縦軸はパルスのレベルを示し、横軸は時間を示している。光パルスＰＯ及び反射光ＲＬの時間軸における相対関係と、転送トランジスタＧ１からＧ４の各々に供給する蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４それぞれのタイミングと、電荷排出トランジスタＧＤに供給する駆動信号ＲＳＴＤのタイミングとを示している。

タイミング制御部４１は、光源部２に対して光パルスＰＯを測定空間に対して照射させる。これにより、光パルスＰＯが被写体に反射し、反射光ＲＬとして受光部３に受光される。そして、光電変換素子ＰＤは、背景光及び反射光ＲＬの各々に対応した電荷を発生する。画素駆動回路３２２は、光電変換素子ＰＤの発生した電荷を、電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４の各々に対して転送するため、転送トランジスタＧ１からＧ４の各々のオンオフを制御する。
すなわち、画素駆動回路３２２は、蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４の各々を、所定の時間幅（照射時間Ｔｏと同一の幅）の「Ｈ」レベルの信号として、転送トランジスタＧ１からＧ４それぞれに供給する。

画素駆動回路３２２は、例えば、光電変換素子ＰＤから電荷を電荷蓄積部ＣＳ１に転送する転送経路上に設けられた転送トランジスタＧ１をオン状態にする。これにより、光電変換素子ＰＤにより光電変換された電荷が、転送トランジスタＧ１を介して電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される。その後、画素駆動回路３２２は、転送トランジスタＧ１をオフ状態にする。これにより、電荷蓄積部ＣＳ１への電荷の転送が停止される。このようにして、垂直走査回路３２２は、電荷蓄積部ＣＳ１に電荷を蓄積させる。他の電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４においても同様である。

このとき、電荷蓄積部ＣＳに電荷の振り分けを行なう電荷蓄積期間（フレームにおける電荷蓄積部ＣＳの各々に電荷を蓄積する期間）において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４の各々が、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４それぞれに供給される蓄積周期が繰返される。
そして、転送トランジスタ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、光電変換素子ＰＤから入射光に対応した電荷が転送される。電荷蓄積期間に複数の蓄積周期が繰返される。
これにより、電荷蓄積期間における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の蓄積周期毎に、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに電荷が蓄積される。

また、画素駆動回路３２２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の蓄積周期を繰返す際、電荷蓄積部ＣＳ４に対する電荷の転送（振替）が終了した後、光電変換素子ＰＤから電荷を排出する排出経路上に設けられた電荷排出トランジスタＧＤに対して、「Ｈ」レベルの駆動信号ＲＳＴＤを供給してオンさせる。
これにより、電荷排出トランジスタＧＤは、電荷蓄積部ＣＳ１に対する蓄積周期が開始される前に、直前の電荷蓄積部ＣＳ４の蓄積周期の後に光電変換素子ＰＤに発生した電荷を破棄する（すなわち、光電変換素子ＰＤをリセットさせる）。すなわち、電荷排出トランジスタＧＤは、一個あるいは複数個（一個以上）設けられ、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々の各々に、光電変換素子ＰＤから、入射光により発生した電荷を振分けて蓄積させる期間以外おいて、光電変換素子ＰＤから電荷を排出する。

そして、画素駆動回路３２２は、受光部３内に配置された全ての画素回路３２１の各々から、それぞれ電圧信号を画素回路３２１の行（横方向の配列）単位で、順次Ａ／Ｄ変換処理などの信号処理を行なう。
その後、画素駆動回路３２２は、信号処理を行った後の電圧信号を、受光部３において配置された列の順番に、順次、距離算出部４２に対して出力させる。

上述したような、画素駆動回路３２２による電荷蓄積部ＣＳへ電荷の蓄積と光電変換素子ＰＤが光電変換した電荷の破棄とが、１フレームに渡って繰り返し行われる。これにより、所定の時間区間に距離画像撮像装置１に受光された光量に相当する電荷が、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに蓄積される。画素駆動回路３２２は、電荷蓄積部ＣＳのそれぞれに蓄積された、１フレーム分の電荷量に相当する電気信号を、距離演算部４２に出力する。

光パルスＰＯを照射するタイミングと、電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１からＣＳ４）のそれぞれに電荷を蓄積させるタイミングとの関係から、電荷蓄積部ＣＳ１には、光パルスＰＯを照射する前の背景光などの外光成分に相当する電荷量が保持される。また、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４には、反射光ＲＬ、及び外光成分に相当する電荷量が振り分けられて保持される。電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３、あるいは電荷蓄積部ＣＳ３及びＣＳ４に振り分けられる電荷量の配分（振り分け比率）は、光パルスＰＯが被写体Ｓに反射して距離画像撮像装置１に入射されるまでの遅延時間Ｔｄに応じた比率となる。

図１に戻り、距離演算部４２は、この原理を利用して、以下の（１）あるいは（２）式により、遅延時間Ｔｄを算出する。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（Ｑ３－Ｑ１）／（Ｑ２＋Ｑ３－２×Ｑ１） …（１）
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（Ｑ４－Ｑ１）／（Ｑ３＋Ｑ４－２×Ｑ１） …（２）
ここで、Ｔｏは光パルスＰＯが照射された期間、Ｑ１は電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量、Ｑ２は電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量、Ｑ３は電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された電荷量、Ｑ４は電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された電荷量を示す。距離演算部４２は、例えば、Ｑ４＝Ｑ１である場合、（１）式で遅延時間Ｔｄを算出し、一方、Ｑ２＝Ｑ１である場合、（２）式で遅延時間Ｔｄを算出する。

（１）式においては、電荷蓄積部ＣＳ２及びＣＳ３には反射光により発生された電荷が蓄積されるが、電荷蓄積部ＣＳ４には蓄積されない。一方、（２）式においては、電荷蓄積部ＣＳ３及びＣＳ４には反射光により発生された電荷が蓄積されるが、電荷蓄積部ＣＳ２には蓄積されない。
なお、（１）式あるいは（２）式では、電荷蓄積部ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４に蓄積される電荷量のうち、外光成分に相当する成分が、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量と同量であることを前提とする。

距離演算部４２は、（１）式あるいは（２）式で求めた遅延時間に、光速（速度）を乗算させることにより、被写体Ｓまでの往復の距離を算出する。
そして、距離演算部４２は、上記で算出した往復の距離を１／２とする（遅延時間Ｔｄ×ｃ（光速度）／２）ことにより、距離画像センサ３２（すなわち、距離画像撮像装置１）から被写体Ｓまでの距離を求める。

図４は、本実施形態における画素回路３２１の各トランジスタの配置（レイアウトパターン）の一例を示す図である。
この図４のレイアウトパターンは、図３の画素回路３２１（すなわち、図２の画素回路３２１）のレイアウトパターンを示している。
また、図４においては、 転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４と、ソースフォロアトランジスタＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３及びＳＦ４と、選択トランジスタＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３及びＳＬ４と、リセットトランジスタＲＴ１、ＲＴ２、ＲＴ３及びＲＴ４と、電荷排出トランジスタＧＤ１及びＧＤ２と、光電変換素子ＰＤとの各々のパターンの配置が示されている。上述したトランジスタの各々は、すべて、ｐ型の半導体基板上に形成されたｎチャネル型のＭＯＳトランジスタである。

例えば、リセットトランジスタＲＴ１は、ｐ型の半導体基板上において、ドレインＲＴ１＿Ｄ（ｎ拡散層（ｎ型不純物の拡散層））と、ソースＲＴ１＿Ｓ（ｎ拡散層）とゲートＲＴ１＿Ｇとの各々で構成されている。
また、コンタクトＲＴ１＿Ｃは、リセットトランジスタＲＴ１のドレインＲＴ１＿Ｄ（ｎ拡散層）と、ソースＲＴ１＿Ｓ（ｎ拡散層）との各々の拡散層に設けられた、不図示の配線と接続するコンタクトを示すパターンである。他の転送トランジスタＧ１からＧ４、ソースフォロアトランジスタＳＦ１からＳＦ４、選択トランジスタＳＬ１からＳＬ４、リセットトランジスタＲＴ２からＲＴ４、電荷排出トランジスタＧＤ１及びＧＤ２も同様の構成をしている。
光電変換素子ＰＤは、長方形の形状で形成されており、長辺ＰＤＬ１と、長辺ＰＤＬ１に平行に対向するＰＤＬ２と、短辺ＰＤＳ１と、短辺ＰＤＳ１に平行に対向するＰＤＳ２とから成る。

また、転送トランジスタＧ１は、ドレインとしてのフローティングディフュージョンＦＤ１と、ゲートＧ１＿Ｇと、ソース（光電変換素子ＰＤのｎ拡散層）とから形成されている。ここで、フローティングディフュージョンＦＤ１は、転送トランジスタＧ１のドレインとしての拡散層（ｎ拡散層）であり、光電変換素子ＰＤからの電荷を蓄積する。
また、ドレインＧ１＿Ｄは、コンタクトＧ１＿Ｃにより不図示の配線を介して、ソースフォロアトランジスタＳＦ１のゲートＳＦ１＿Ｇ、及びリセットトランジスタＲＴ１のソースＲＴ１＿Ｓの各々に接続されている。他の転送トランジスタＧ２、Ｇ３及びＧ４の各々も転送トランジスタＧ１と同様の構成である。

図４においては、画素回路３２１の半導体基板上における各トランジスタの各々の配置を示すものであり、配線パターン及び電荷蓄積容量（Ｃ１からＣ４）の各々は省いて示されている。したがって、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々は、フローティングディフュージョンＦＤ１、ＦＤ２、ＦＤ３、ＦＤ４それぞれの位置に配置されている。

図４において、例えば、電荷蓄積部ＣＳにおけるフローティングディフュージョンＦＤ１と、電荷蓄積部ＣＳ１の近傍にある転送トランジスタＧ１、選択トランジスタＳＬ１、ソースフォロアトランジスタＳＦ１及びリセットトランジスタＲＴ１の各々とは、ｐｎ接合を有しており、入射光が照射されることにより、ノイズ電荷となる電荷を発生する。
そして、電荷蓄積部ＣＳ１がリセットトランジスタにより電源ＶＲＤの電圧にリセットされており、電位が高い状態となっているため、電位の違いによる電界によりノイズ電荷が電荷蓄積部ＣＳ１に注入されることになる。

この結果、電荷蓄積部ＣＳ１にノイズ電荷が蓄積される。また、電荷蓄積部ＣＳに電荷を蓄積している期間と、それぞれの電荷が電荷蓄積部ＣＳから読み出されるまで、入射光が継続的に全ての電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４の各々に照射されるため、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷量におけるノイズ電荷の比率が高くなる。
また、上述した電荷蓄積部ＣＳ１と同様に、電荷蓄積部ＣＳ２からＣＳ３の各々も、自身と、自身の近傍にある他のトランジスタが発生するノイズ電荷が流入して蓄積されることになる。

そのため、上記（１）式及び（２）式で計算される距離は、計算に用いる電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４にノイズ電荷が混入することにより精度が低下してしまう。
本実施形態においては、図５に示すように、電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷の電荷量の検出処理を行う。図５は、本実施形態における電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷の電荷量を取得する処理を説明する図である。図５において、インテグレーションタイムがフレームにおける電荷蓄積部ＣＳに電荷を蓄積する期間であり、すでに説明した光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳに対する電荷の振分け処理が所定数の蓄積周期毎に繰返される。リードタイムがフレームにおける電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷の電荷量を読み出す期間であり、距離画像センサ３２における画素回路３２１の各々の電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷の電荷量が順次読み出され、距離演算部４２へ出力される。
測定制御部４３は、タイミング制御部４１を制御して、画素駆動回路３２２からの蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々と、駆動信号ＲＳＴＤとの出力タイミングを、ノイズ電荷量取得モード及び測距電荷量取得モードとで変更する制御を行う。

ここで、ノイズ電荷量取得モードは、測距が開始された際に、１フレーム目で行われる処理のモードを示し、電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４の各々に蓄積される、ノイズ電荷の電荷量ＱＮＳ１からＱＮＳ４それぞれを求めるモードである。
一方、測距電荷量取得モードは、電荷蓄積部ＣＳ１からＣＳ４の各々に蓄積される、反射光ＲＬを含む入射光により光電変換素子ＰＤが発生した電荷の電荷量を取得するモードである。
そして、測定制御部４３は、距離画像撮像装置１において測距が開始された際で、最初の１フレーム目における画素駆動回路３２２の動作をノイズ電荷量取得モードとし、以降の２フレーム目から画素駆動回路３２２の動作を測距離電荷量取得モードとするように、タイミング制御部４１を制御する。

図６は、ノイズ電荷量取得モードにおける電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４）に対する電荷の蓄積処理を説明する概念図である。
図６（ａ）は、ノイズ電荷量取得モードにおける、光パルスＰＯの発光と、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々と、駆動信号ＲＳＴＤとのタイミングを示すタイミングチャートである。図６（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸は信号レベル（Ｈレベル（ＯＮ）あるいはＬレベル（ＯＦＦ））を示している。
図６（ｂ）は、光電変換素子ＰＤと、転送トランジスタＧ１、ＧＳ２、ＧＳ３及びＧＳ４と、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４との構成の概念を示す、図４を簡略化した概念図である。

図６（ａ）に示すように、ノイズ電荷量取得モードにおいては、インテグレーションタイム、すなわち電荷蓄積期間における全ての蓄積周期において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４の全てがＬレベルとされているため、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４それぞれがオフ状態を維持する。
また、このとき、光パルスＰＯは蓄積周期毎において所定の時間に照射され、駆動信号ＲＳＴＤがＨレベルとされており、電荷排出トランジスタＧＤ１及びＧＤ２はオン状態が維持されている。

これにより、光電変換素子ＰＤが発生した電荷は、全て電源ＶＤＤに排出される。そして、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々がオフ状態のため、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれには、光電変換素子ＰＤからの電荷が蓄積されない。
したがって、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷は、入射光（背景光及び反射光ＲＬ）によって、電荷蓄積部ＣＳにおいて生成される電荷と、電荷蓄積部ＣＳ近傍の回路において生成される電荷とのノイズ電荷である。
そして、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々には、インテグレーションタイムにおいて、ノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４それぞれのノイズ電荷が蓄積される。

また、画素駆動回路３２２は、リードタイムにおいて、画素回路３２１の各々から、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれのノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４を読出し、所定の電気信号として距離演算部４２に対して出力する。ここで、説明の簡略化のため、以下の説明においてもノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４として説明する。
距離演算部４２は、図示しない記憶部（例えば、距離画像処理部４内に備えられている）に対して、画素回路３２１毎にノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４を書き込んで記憶させる。
上述した処理により、ノイズ電荷量取得モードが終了する。

図７は、測距離電荷量取得モードにおける電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４）に対する電荷の蓄積処理を説明する概念図である。
図７（ａ）は、測距離電荷量取得モードにおける、光パルスＰＯの発光と、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々と、駆動信号ＲＳＴＤとのタイミングを示すタイミングチャートである。図７（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸は信号レベル（Ｈレベル（ＯＮ）あるいはＬレベル（ＯＦＦ））を示している。
図７（ｂ）は、光電変換素子ＰＤと、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４と、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４との構成の概念を示す、図４を簡略化した概念図である。

図７（ａ）に示すように、測距離電荷量取得モードにおいては、インテグレーションタイム、すなわち電荷蓄積期間における全ての蓄積周期において、蓄積駆動信号ＴＸ１からＴＸ４の各々が所定のタイミングでＨレベル／Ｌレベルとなるように制御され、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４それぞれがオンオフ制御され、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれへの電荷の振分けが行われる。
また、このとき、光パルスＰＯは蓄積周期毎において所定の時間に照射され、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４への電荷の振分け期間において駆動信号ＲＳＴＤがＬレベルとされており、電荷排出トランジスタＧＤ１及びＧＤ２はオフ状態が維持されている。

これにより、光電変換素子ＰＤが発生した電荷は、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに転送されて、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４に電荷が蓄積さる。
したがって、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷の電荷量Ｑには、光電変換素子ＰＤから振分けられる電荷に対して、入射光（背景光及び反射光ＲＬ）によって、電荷蓄積部ＣＳにおいて生成される電荷と、電荷蓄積部ＣＳ近傍の回路において生成される電荷とのノイズ電荷とが混入されている。
すなわち、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々において蓄積される電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４には、それぞれノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４が混入している。

また、画素駆動回路３２２は、リードタイムにおいて、画素回路３２１の各々から、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに蓄積されている電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を読出し、所定の電気信号として距離演算部４２に対して出力する。ここで、説明の簡略化のため、以下の説明においても電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４として説明する。
距離演算部４２は、距離画像センサ３２から供給される電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の各々により、すでに説明したように、（１）式または（２）式を用いて、距離画像センサ３２（すなわち、画素回路３２１の各々）と被写体Ｓとの間の距離に対応した遅延時間Ｔｄを算出する。

このとき、距離演算部４２は、画素回路３２１毎に対応して、記憶部に記憶されているノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４の各々を読出す。
そして、距離演算部４２は、電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々から、ノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４それぞれを減算し、補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３、ＱＣ４を算出する。
すなわち、補正電荷量ＱＣ１（＝Ｑ１－ＱＮＳ１）は、電荷量Ｑ１からノイズ電荷量ＱＮＳ１を除いた、光電変換素子ＰＳから振分け処理により供給されて、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積された電荷量である。同様に、補正電荷量ＱＣ２（＝Ｑ２－ＱＮＳ２）は、電荷量Ｑ２からノイズ電荷量ＱＮＳ２を除いた、光電変換素子ＰＳから振分け処理により供給されて、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積された電荷量である。補正電荷量ＱＣ３（＝Ｑ３－ＱＮＳ３）は、電荷量Ｑ３からノイズ電荷量ＱＮＳ３を除いた、光電変換素子ＰＳから振分け処理により供給されて、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積された電荷量である。補正電荷量ＱＣ４（＝Ｑ４－ＱＮＳ４）は、電荷量Ｑ４からノイズ電荷量ＱＮＳ４を除いた、光電変換素子ＰＳから振分け処理により供給されて、電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積された電荷量である。

そして、距離演算部４２は、（１）式または（２）式に対して、上記補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３、ＱＣ４の各々を以下に示すように代入して、遅延時間Ｔｄを算出する。
Ｔｄ＝Ｔｏ×（ＱＣ３－ＱＣ１）／（ＱＣ２＋ＱＣ３－２×ＱＣ１） …（１）’
Ｔｄ＝Ｔｏ＋Ｔｏ×（ＱＣ４－ＱＣ１）／（ＱＣ３＋ＱＣ４－２×ＱＣ１）…（２）’
そして、２フレーム以降の各フレームにおける距離の計算においては、記憶部に記憶されているノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４の各々を読出し、電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４それぞれから減算し、補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３、ＱＣ４を逐次求めて、（１）’式または（２）’式を用いて距離の計算を行う。

上述した構成により、本実施形態によれば、ノイズ電荷量取得モードのフレームにおいて予め電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４）の各々と、当該電荷蓄積部ＣＳの近傍の回路において、入射光により発生して電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷のノイズ電荷量ＱＮＳを取得しておき、以降の測距離電荷量取得モードのフレームにおいて、光電変換素子ＰＳから振分け処理により電荷蓄積部ＣＳの各々に振分けられて蓄積された電荷量Ｑの各々からノイズ電荷量ＱＮＳを減算し、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷量Ｑに混入したノイズ電荷を除去し、光電変換素子ＰＤにおいて入射光により発生した補正電荷量ＱＣを抽出することにより、ノイズ電荷の影響による精度の低下を抑止して、高い精度で被写体Ｓと距離画像センサ３２との距離を算出することができる。

また、本実施形態において、距離画像撮像装置１が測距を開始した際、最初のフレームをノイズ電荷量取得モードのフレームとする構成を説明したが、連続する所定のフレーム数のフレーム群における最初のフレームをノイズ電荷量取得モードのフレームとする構成としてもよい。例えば、連続する１００フレームをフレーム群とすると、フレーム群の最初のフレームをノイズ電荷量取得モードのフレームとし、２番目から９９のフレームを測距離電荷量取得モードのフレームとする。記憶部におけるノイズ電荷量の情報は、新たに取得されたノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４それぞれにより上書きされる。
あるいは、一定時間毎（例えば、５秒毎、１分毎など）に、ノイズ電荷量取得モードのフレームを挿入して、測距の処理を行うようにしてもよい。

また、本実施形態において、距離画像センサ３２における画素回路３２１全てにおけるノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４を記憶部に記憶していたが、記憶部の容量を低減させるため、画素回路３２１における電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ４、ＣＳ４の各々のノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４の平均値を算出し、平均値を全ての電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ４、ＣＳ４のノイズ電荷として用いる構成としてもよい。
また、距離画像センサ３２における画素回路３２１の各々を、所定数の画素回路３２１からなる画素回路グループに分割し、距離画像センサ３２における画素回路３２１を分割し、それぞれのグループの画素回路３２１におけるいずれかの画素回路３２１のノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４を代表値として用いたり、それぞれの平均値を求めてグループにより用いる構成としてもよい。

＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
第２の実施形態は、図１から図４に示す第１の実施形態と構成は同様である。以下、第２の実施形態について、第１の実施形態と異なる動作の説明を行う。
図８は、本実施形態における電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷の電荷量を取得する処理を説明する図である。
図８において、インテグレーションタイムがフレームにおける電荷蓄積部ＣＳに電荷を蓄積する期間であり、すでに説明した光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳに対する電荷の振分け処理が繰返される。リードタイムがフレームにおける電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷の電荷量を読み出す期間であり、距離画像センサ３２における画素回路３２１の各々の電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷の電荷量が順次読み出される。本実施形態において、フレームが３３．３ｍｓｅｃ（ミリ秒）のフレーム幅であり、１秒間に３０フレームのフレーム周期である（３０ｆｐｓ（frames per second））。

第２の実施形態においては、図８に示すようにフレームの各々を、第１サブフレームと第２サブフレームとに分割して、第１サブフレームでノイズ電荷量取得モードの処理を行ない、第２サブフレームで測距離電荷量取得モードの処理を行う。ノイズ電荷量取得モードの処理及び測距離電荷量取得モードの処理は、第１の実施形態と同様である。
第１サブフレーム及び第２サブフレームの各々において、それぞれインテグレーションタイム及びリードタイムとが設けられている。

第１サブフレームにおけるインテグレーションタイムにおいて、ノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４を取得し、リードタイムで読み出して、距離画像処理部４に対して出力する。これにより、距離演算部４２は、入力されるノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４を、記憶部に書き込んで記憶させる。
そして、第２サブフレームにおけるインテグレーションタイムにおいて、電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を取得し、リードタイムで読み出して、距離画像処理部４に対して出力する。

これにより、距離演算部４２は、入力される電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の各々から、ノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４それぞれを減算し、補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３、ＱＣ４を求める。
また、距離演算部４２は、求めた補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３、ＱＣ４により、（１）’式または（２）’式により、距離画像センサ３２から被写体Ｓまでの距離を算出するための遅延時間Ｔｄを求める。

ここで、リードタイムは、距離画像センサ３２における画素回路３２１の各々から、ノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４、あるいは電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４を読み出すため、時間を短縮することができない。
このため、電荷蓄積部ＣＳから電荷を読み出すリードタイムの時間を維持するため、電荷蓄積部ＣＳに対して電荷の蓄積を行うインテグレーションの時間を短縮する（蓄積周期数を低減する）構成となる。

上述した構成により、本実施形態によれば、同一フレームにおいて、ノイズ電荷量の取得と距離の測定とを行うため、短い時間（例えば秒単位）で環境光の変化が起こる場合、入射光により発生するノイズ電荷量ＱＮＳを、リアルタイムに電荷量Ｑから除去することができ、環境光の変化に対応してノイズ電荷の影響を抑制することが可能となり、測定する距離の精度を向上させることができる。

＜第３の実施形態＞
以下、本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
第３の実施形態は、図１から図４に示す第１の実施形態と構成は同様である。以下、第３の実施形態について、第１の実施形態と異なる動作の説明を行う。
図９は、本実施形態における電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷の電荷量を取得する処理を説明する図である。図９において、インテグレーションタイムがフレームにおける電荷蓄積部ＣＳに電荷を蓄積する期間であり、すでに説明した光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳに対する電荷の振分け処理が繰返される。リードタイムがフレームにおける電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷の電荷量を読み出す期間であり、距離画像センサ３２における画素回路３２１の各々の電荷蓄積部ＣＳに蓄積された電荷の電荷量が順次読み出される。

本実施形態においては、図９に示すように、測定制御部４３の制御により、ノイズ電荷量取得モードのフレームとして、第１ノイズ電荷量取得モードのフレーム（第１フレーム）と、第２ノイズ電荷量取得モードのフレーム（第２フレーム）との２種類が用いられている。また、測距離電荷量取得モードのフレームは、第３フレーム以降のフレームである。本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、距離画像の撮像が開始された際、初めの１フレーム及び２フレームをノイズ電荷量取得モードとする構成としてもよいし、周期的、あるいは時間的に複数の測距離電荷量取得モードの時系列のフレームのブロック間に第１ノイズ電荷量取得モード及び第２ノイズ電荷量取得モードを実行する構成としてもよい。

本実施形態において、第１ノイズ電荷量取得モードは、入射光として背景光のみにより発生して、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される第１ノイズ電荷量の取得を行うモードである。
第２ノイズ電荷量取得モードは、入射光として背景光及び反射光ＲＬにより発生して、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される第２ノイズ電荷量（第１及び第２実施形態におけるノイズ電荷量に対応）の取得を行うモードである。そして、３フレーム以降が、距離画像を取得する測距離電荷量取得モードのフレームである。

図１０は、測距離電荷量取得モードにおける電荷蓄積部ＣＳにおける反射光ＲＬに対応したノイズ電荷を説明する概念図である。
図１０は、測距離電荷量取得モードにおける、光パルスＰＯの発光と、反射光ＲＬと、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々と、駆動信号ＲＳＴＤと、ノイズ電荷量ＱＮＳＰ（ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３、ＱＮＳＰ４）の発生とのタイミングを示すタイミングチャートである。ノイズ電荷量ＱＮＳＰは、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される反射光ＲＬにより発生するノイズ電荷の電荷量である。すなわち、ノイズ電荷量ＱＮＳＰ１は、電荷蓄積部ＣＳ１に蓄積される反射光ＲＬによるノイズ電荷の電荷量である。また、ノイズ電荷量ＱＮＳＰ２は、電荷蓄積部ＣＳ２に蓄積される反射光ＲＬによるノイズ電荷の電荷量である。ノイズ電荷量ＱＮＳＰ３は、電荷蓄積部ＣＳ３に蓄積される反射光ＲＬによるノイズ電荷の電荷量である。ノイズ電荷量ＱＮＳＰ４は、電荷蓄積部ＣＳ４に蓄積される反射光ＲＬによるノイズ電荷の電荷量である。

図１０に示すように、測距離電荷量取得モードにおいては、インテグレーションタイム、すなわち電荷蓄積期間における全ての蓄積周期において、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４の各々が所定のタイミングでＨレベル／Ｌレベルとなるように制御され、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４それぞれがオンオフ制御され、光電変換素子ＰＤから電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれへの電荷の振分けが行われる。
また、このとき、光パルスＰＯは蓄積周期毎において所定の時間に照射され、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４への電荷の振分け期間において駆動信号ＲＳＴＤがＬレベルとされており、電荷排出トランジスタＧＤ１及びＧＤ２はオフ状態が維持されている。
このとき、ノイズ電荷量ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３及びＱＮＳＰ４の各々は、測距離電荷量取得モードのフレームそれぞれによる振分け回数により変化する。

これにより、光電変換素子ＰＤが発生した電荷は、転送トランジスタＧ１、Ｇ２、Ｇ３及びＧ４の各々により、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれに転送されて、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４に蓄積される電荷に、反射光ＲＬにより発生したノイズ電荷と、背景光により発生したノイズ電荷とが混入されている。
この反射光ＲＬにより発生するノイズ電荷量ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３及びＱＮＳＰ４の各々は、反射率が大きく異なる被写体が撮像された際、オートエクスポージャの機能により、振分け回数が変化する毎に取得する必要がある。
このため、オートエクスポージャによる振分け回数の変更の発生を予測することができないため、頻繁にノイズ電荷量取得モードのフレームを実行する必要がある。
しかしながら、ノイズ電荷量取得モードのフレームを頻繁に処理することにより、時間軸における距離画像の分解能が低下してしまうため、本実施形態においては、以下に説明する方法により、オートエクスポージャによる振分け回数の変更に対応する。

図９の第１ノイズ電荷量取得モードの第１フレームにおいて、インテグレーションタイムでは、第１の実施形態と同様に、ノイズ電荷量取得モードの処理が行われる。
しかしながら、測定制御部４３は、第１ノイズ電荷量取得モードにおいて、第１の実施形態のノイズ電荷量取得モードと異なり、光パルスＰＯの発光を光源部２に対して行わせずに、入射光を背景光のみとし、背景光により発生して、電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷のノイズ電荷量ＱＮＳＮを取得する。すなわち、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々における、ノイズ電荷量ＱＮＳＮ１、ＱＮＳＮ２、ＱＮＳＮ３及びＱＮＳＮ４それぞれを、距離画像センサ３２から取得する。
そして、距離演算部４２は、取得したノイズ電荷量ＱＮＳＮ１、ＱＮＳＮ２、ＱＮＳＮ３及びＱＮＳＮ４の各々を、第１ノイズ電荷量取得モードで取得したノイズ電荷量（第１ノイズ電荷量）として記憶部に書き込んで記憶させる。

また、測定制御部４３は、第２ノイズ電荷量取得モードにおいて、第１の実施形態のノイズ電荷量取得モードと同様に、光パルスＰＯの発光を光源部２に対して行わせて、入射光を背景光及び反射光ＲＬとし、背景光及び反射光ＲＬにより発生して、電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷のノイズ電荷量ＱＮＳを取得する。すなわち、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々における、ノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３及びＱＮＳ４それぞれを、距離画像センサ３２から取得する。
そして、距離演算部４２は、取得したノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３及びＱＮＳ４の各々を、第２ノイズ電荷量取得モードで取得したノイズ電荷量（第２ノイズ電荷量）として記憶部に書き込んで記憶させる。

また、距離演算部４２は、第２ノイズ電荷量ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３及びＱＮＳ４の各々から、第１ノイズ電荷量ＱＮＳＮ１、ＱＮＳＮ２、ＱＮＳＮ３、ＱＮＳＮ４のそれぞれを減算し、第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰ１（＝ＱＮＳ１－ＱＮＳＮ１）、ＱＮＳＰ２（＝ＱＮＳ２－ＱＮＳＮ２）、ＱＮＳＰ３（＝ＱＮＳ３－ＱＮＳＮ４）、ＱＮＳＰ４（＝ＱＮＳ４－ＱＮＳＮ４）を求める。
第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３及びＱＮＳＰ４の各々は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４それぞれにおける、光パルスＰＯのみにより発生したノイズ電荷のノイズ電荷量である。ここで、第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３及びＱＮＳＰ４の各々は、第２ノイズ電荷量取得モードにおける振分け回数、すなわち光源部２が光パルスＰＯを発光させた回数である発光回数に対応して、反射光ＲＬにより生成されたノイズ電荷のノイズ電荷量である。
そして、距離演算部４２は、算出した第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３及びＱＮＳＰ４の各々を、記憶部に書き込んで記憶させる。

測定制御部４３は、３フレーム以降の測距離電荷量取得モードのフレームにおいて、第１の実施形態の測距離電荷量取得モードのフレームと同様に、光パルスＰＯの発光を光源部２に対して行わせて、入射光を背景光及び反射光ＲＬとし、背景光及び反射光ＲＬにより光電変換素子ＰＤに発生した電荷が振分けられ、電荷蓄積部ＣＳに蓄積される電荷（ノイズ電荷を含む）の電荷量Ｑを取得する。すなわち、距離演算部４２は、電荷蓄積部ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４の各々における、光電変換素子ＰＤが生成した電荷が振分けられた電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４それぞれを、距離画像センサ３２から取得する。
そして、距離演算部４２は、取得した電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々から、第１の実施形態と同様にノイズ電荷量を減算して、補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３、ＱＣ４のそれぞれを算出する。

本実施形態において、補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３及びＱＣ４の各々を求める際、測距離電荷量取得モードのフレームにおけるインテグレーションタイムにおける振分け回数に基づいて、第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３、ＱＮＳＰ４それぞれが調整される。
すなわち、測距離撮像装置がオートエクスポージャ（自動露光）機能を有している場合、測定制御部４３は、インテグレーションタイムにおける振分け回数を反射光ＲＬの強度により、電荷蓄積部ＣＳのいずれかが飽和しないように変更する。
このため、第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３及びＱＮＳＰ４の各々は、振分け回数（光パルスの発光回数）により逐次変化する。

距離演算部４２は、測距離電荷量取得モードのフレームにおいて距離を算出する際、記憶部に記憶されている予め算出した第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３及びＱＮＳＰ４を読み出す。
そして、距離演算部４２は、第２ノイズ電荷量取得モードの第２フレームにおける振分け回数により、距離を算出する対象の測距離電荷量取得モードのフレームにおける振分け回数を除算し、調整係数ｋを算出する。
距離演算部４２は、求めた調整係数ｋを、第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３及びＱＮＳＰ４の各々に乗算し、調整第３ノイズ電荷量ｋＱＮＳＰ１、ｋＱＮＳＰ２、ｋＱＮＳＰ３及びｋＱＮＳＰ４を算出する。

そして、距離演算部４２は、第１ノイズ電荷量ＱＮＳＮ１、ＱＮＳＮ２、ＱＮＳＮ３及びＱＮＳＮ４の各々に対して、調整第３ノイズ電荷量ｋＱＮＳＰ１、ｋＱＮＳＰ２、ｋＱＮＳＰ３及、ｋＱＮＳＰ４それぞれを加算して、第４ノイズ電荷量ＱＮ１（＝ＱＮＳＮ１＋ｋＱＮＳＰ１）、ＱＮ２（＝ＱＮＳＮ２＋ｋＱＮＳＰ２）、ＱＮ３（＝ＱＮＳＮ３＋ｋＱＮＳＰ３）、ＱＮ４（＝ＱＮＳＮ４＋ｋＱＮＳＰ４）を算出する。
また、距離演算部４２は、電荷量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の各々から、第４ノイズ電荷量ＱＮ１、ＱＮ２、ＱＮ３、ＱＮ４のそれぞれを減算し、補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３、ＱＣ４を算出する。
そして、距離演算部４２は、第１の実施形態と同様に、（１）’式または（２）’式により、被写体Ｓと距離画像センサ３２との距離を求める際に用いる遅延時間Ｔｄの算出を、上記補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３及びＱＣ４の各々を用いて行う。

上述した構成により、本実施形態によれば、第１及び第２ノイズ電荷量取得モードのフレームにおいて予め電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３及びＣＳ４）の各々と、当該電荷蓄積部ＣＳの近傍の回路において、入射光により発生して電荷蓄積部ＣＳに蓄積されるノイズ電荷の第１ノイズ電荷量ＱＮＳＮ及び第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰの各々を求めておき、測距離電荷量取得モードのフレームの各々における振分け回数に対応した調整係数ｋにより、当該フレームの各々の調整第３ノイズ電荷量ｋＱＮＳＰを算出し、第１ノイズ電荷量ＱＮＳＮと調整第３ノイズ電荷量ｋＱＮＳＰとを加算し、加算結果の第４ノイズ電荷量ＱＮを電荷量Ｑから減算して、補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３及びＱＣ４の各々を求めて、調整時間の算出を行うため、オートエクスポージャの機能による振分け回数に対応した第４ノイズ電荷量ＱＮに基づく補正電荷量ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３、ＱＣ４により遅延時間Ｔｄが得られるため、高い精度で被写体Ｓと距離画像センサ３２との距離を算出することができる。

また、本実施形態によれば、第１及び第２ノイズ電荷量取得モードにおいて、第１フレーム及び第２フレームにおいて、第１ノイズ電荷量ＱＮＳＮ及び第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰの各々を求めているため、フレーム毎の振分け回数に対応したノイズ電荷量を得ることができるため、第２の実施形態のように、フレーム毎にノイズ電荷量を求める処理を行う必要がなくなり、かつフレーム毎の振分け回数に対応したノイズ電荷量を求めることが可能となり、計測する距離の精度を容易に向上することができる。

図１１は、第３の実施形態による距離画像撮像装置１における距離画像センサ３２と被写体Ｓとの距離の算出の処理の動作例を示すフローチャートである。以下の説明において、距離画像センサ３２における画素回路３２１の各々において、画素回路３２１（すなわち、距離画像センサ３２）から、被写体Ｓまでの距離の計算が行われる。

ステップＳ１０１：
測定制御部４３は、距離画像撮像装置１が距離測定を開始した場合、タイミング制御部４１に対して、第１ノイズ電荷量取得モードの処理を行わせる指示を出力する。
タイミング制御部４１は、第１フレームにおいて、背景光のみにより発生するノイズ電荷のノイズ電荷量ＱＮＳＮを取得するための、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４と、駆動信号ＲＳＴＤとを距離画像センサ３２へ出力する。
これにより、距離画像センサ３２は、第１フレームにおいて取得した第１ノイズ電荷量ＱＮＳＮ（ＱＮＳＮ１、ＱＮＳＮ２、ＱＮＳＮ３、ＱＮＳＮ４）を、距離演算部４２に対して出力する。

ステップＳ１０２：
測定制御部４３は、第１フレームが終了した後、タイミング制御部４１に対して、第２ノイズ電荷量取得モードの処理を行わせる指示を出力する。
タイミング制御部４１は、第２フレームにおいて、光源部２に対して光パルスＰＯを放射させ、背景光及び反射光ＲＬにより発生するノイズ電荷のノイズ電荷量ＱＮＳ（ＱＮＳ１、ＱＮＳ２、ＱＮＳ３、ＱＮＳ４）を取得するための、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４と、駆動信号ＲＳＴＤとを距離画像センサ３２へ出力する。
これにより、距離画像センサ３２は、第２フレームにおいて取得した第２ノイズ電荷量ＱＮＳを、距離演算部４２に対して出力する。

ステップＳ１０３：
そして、距離演算部４２は、第２ノイズ電荷量ＱＮＳの各々から、第１ノイズ電荷量ＱＮＳＮそれぞれを減算し、第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰ（ＱＮＳＰ１、ＱＮＳＰ２、ＱＮＳＰ３、ＱＮＳＰ４）を算出する。
距離演算部４２は、第１ノイズ電荷量ＱＮＳＮともに、第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰを、画素回路３２１単位により電荷蓄積部ＣＳ（ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３、ＣＳ４）毎に記憶部に書き込んで記憶させる。

ステップＳ１０４：
測定制御部４３は、第２フレームが終了した後、タイミング制御部４１に対して、測距離電荷量取得モードの処理を行わせる指示を出力する。
タイミング制御部４１は、第３フレーム（すなわち、第３フレーム以降のフレーム）において、光源部２に対して光パルスＰＯを放射させ、被写体Ｓと距離画像センサ３２との距離を計測するため、光電変換素子ＰＤから各電荷蓄積部ＣＳに対して電荷を振分ける制御として、蓄積駆動信号ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４と、駆動信号ＲＳＴＤとを距離画像センサ３２へ出力する。
これにより、距離画像センサ３２は、第３フレームにおいて取得した電荷量Ｑ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）の各々を、距離演算部４２に対して出力する。

ステップＳ１０５：
距離演算部４２は、測距離を行う対象の第３フレームの振分け回数を、第２フレームにおける振分け回数により除算し、調整係数ｋを算出する。

ステップＳ１０６：
距離演算部４２は、記憶部から第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰを読み出し、当該第３ノイズ電荷量ＱＮＳＰの各々に調整係数ｋを乗じて、調整第３ノイズ電荷量ｋＱＮＳＰ（ｋＱＮＳＰ１、ｋＱＮＳＰ２、ｋＱＮＳＰ３、ｋＱＮＳＰ４）それぞれを算出する。

ステップＳ１０７：
距離演算部４２は、記憶部から第１ノイズ電荷量ＱＮＳＮの各々を読み出し、読み出した第１ノイズ電荷量ＱＮＳＮそれぞれと、調整第３ノイズ電荷量ｋＱＮＳＰとを加算し、第４ノイズ電荷量ＱＮ（ＱＮ１、ＱＮ２、ＱＮ３、ＱＮ４）を算出する。

ステップＳ１０８：
距離演算部４２は、算出した第４ノイズ電荷量ＱＮの各々を、電荷量Ｑのそれぞれから減算し、補正電荷量ＱＣ（ＱＣ１、ＱＣ２、ＱＣ３、ＱＣ４）を算出する。

ステップＳ１０９：
距離演算部４２は、求めた補正電荷量ＱＣを用いて、（１）’式または（２）’式により、遅延時間Ｔｄを算出する。

ステップＳ１１０：
距離演算部４２は、求めた遅延時間Ｔｄに高速を乗じて、「２」で除算することにより、距離画像センサ３２から被写体Ｓまでの距離を算出する。

ステップＳ１１１：
測定制御部４３は、測距離を終了する制御信号が入力されたか否かの判定を行う。
このとき、測定制御部４３は、測距離の処理を終了する制御信号が入力された場合に処理を終了し、一方、測距離の処理を終了する制御信号が入力されていない場合に処理をステップＳ１０４へ進める。

上述した第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態の構成として、ＴＯＦ技術による距離画像撮像装置を説明したが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、ＲＧＢ－ＩＲ（Red Green Blue－Infrared）センサなどのフォトダイオードが一つの電荷蓄積部を供給する構造を有するセンサにおいても適用が可能である。
また、入射光によりフォトダイオードで生成された電荷を電荷蓄積部に蓄積する構成であれば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサあるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどにも適用が可能である。

１…距離画像撮像装置
２…光源部
３…受光部
３１…レンズ
３２…距離画像センサ（距離画像撮像素子）
３２１…画素回路
３２２…画素駆動回路
４…距離画像処理部
４１…タイミング制御部
４２…距離演算部
４３…測定制御部
ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４…電荷蓄積部
ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ３，ＦＤ４…フローティングディフュージョン
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４…転送トランジスタ
ＧＤ…電荷排出トランジスタ
ＭＬ…マイクロレンズ
ＰＤ…光電変換素子
ＰＯ…光パルス
ＲＴ１，ＲＴ２，ＲＴ３，ＲＴ４…リセットトランジスタ
Ｓ…被写体
ＳＦ１，ＳＦ２，ＳＦ３，ＳＦ４…ソースフォロアトランジスタ
ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３，ＳＬ４…選択トランジスタ

Claims (11)

1. 測定空間に光パルスを照射する光源部と、
   前記測定空間から入射した光に応じた電荷を発生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複数の電荷蓄積部を備える複数の画素回路と、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振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前記電荷の第１電荷量によって決定される電荷量により、前記測定空間における被写体と前記受光部との距離を計算する距離演算部と
   を備え、
   前記距離演算部が前記第１電荷量の各々から、前記転送トランジスタのオンオフ処理によって振り分けて蓄積した電荷以外の蓄積電荷であるノイズ電荷による第２電荷量を減算して前記距離の計算を行う
   ことを特徴とする距離画像撮像装置。
2. 前記フレームのいずれかを前記第２電荷量の取得を行うノイズ電荷量取得フレームとし、
   当該ノイズ電荷量取得フレームにおいて、前記光源部から前記光パルスが照射された後、
   前記画素駆動回路が前記転送トランジスタをオフとして、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷の振分けを行わない状態において、当該電荷蓄積部に蓄積される電荷量を前記第２電荷量とし、
   前記ノイズ電荷量取得フレーム以降のフレームにおいて、
   前記画素駆動回路が前記転送トランジスタをオンオフして、前記電荷を前記電荷蓄積部の各々に振分けて蓄積させて、前記第１電荷量とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
3. フレームの各々を分割して第１サブフレームと第２サブフレームとを生成し、
   前記第１サブフレームにおいて、前記光源部から前記光パルスが照射された後、
   前記画素駆動回路が前記転送トランジスタをオフとして、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷の蓄積を行わない状態において、当該電荷蓄積部に蓄積される電荷量を前記第２電荷量とし、
   前記第２サブフレームにおいて、
   前記画素駆動回路が前記転送トランジスタをオンオフして、前記電荷を前記電荷蓄積部の各々に振分けて蓄積させて、前記第１電荷量とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
4. 前記フレームが前記電荷蓄積部の各々に前記電荷を振分けて蓄積する蓄積期間と、当該電荷蓄積部のそれぞれから蓄積された電荷量を読み出す読出期間とから構成されており、
   前記蓄積期間を短縮することにより、前記第１サブフレーム及び前記第２サブフレームの各々を構成する
   ことを特徴とする請求項３に記載の距離画像撮像装置。
5. 前記光源部から前記光パルスが照射されない状態で、前記画素駆動回路が前記転送トランジスタをオフとして、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷の蓄積を行わない状態において、当該電荷蓄積部に蓄積される電荷量を第３電荷量として取得するフレームを第１ノイズ電荷量取得フレームとし、
   前記光源部から前記光パルスが照射された後、前記画素駆動回路が前記転送トランジスタをオフとして、前記光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷の蓄積を行わない状態において、当該電荷蓄積部に蓄積される電荷量を前記第２電荷量として取得するフレームを第２ノイズ電荷量取得フレームとし、
   前記距離演算部が、前記第２電荷量から前記第３電荷量を減算し、前記光電変換素子以外で前記光パルスにより生成される電荷の電荷量である第４電荷量を求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の距離画像撮像装置。
6. 前記距離演算部が、
   前記第１ノイズ電荷量取得フレーム及び前記第２ノイズ電荷量取得フレームの各々における前記振分けの第１振分回数に対して、前記第２ノイズ電荷量取得フレーム以降の前記フレームの各々における前記振分けの第２振分回数が変化した場合、前記第２振分回数を前記第１振分回数で除算した除算結果を調整係数として、当該調整係数を前記第４電荷量に乗算して第５電荷量を算出し、
   前記第３電荷量に前記第５電荷量を加算して、前記第２電荷量を補正して前記距離の算出に用いる
   ことを特徴とする請求項５に記載の距離画像撮像装置。
7. 前記光源部から照射される光パルスが、近赤外波長帯域の光の所定幅のパルスである
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
8. 前記画素回路の構造がＢＳＩ（Back Side Illumination：裏面照射）構造である
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
9. 前記画素回路が３個以上の電荷蓄積部を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
10. 電荷蓄積部の各々に前記電荷を振分けて蓄積させる期間以外おいて、光電変換素子から電荷を排出する一個以上の電荷排出トランジスタが前記画素回路に設けられている
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の距離画像撮像装置。
11. 光電変換素子と複数の電荷蓄積部からなる複数の画素回路の各々と、光源部と、画素駆動回路と、距離演算部とを備える距離画像撮像装置を制御する距離画像撮像方法であり、
    前記光源部が、測定空間に光パルスを照射する過程と、
    前記画素回路が、フレーム周期において、前記測定空間から入射した光に応じて前記光電変換素子が発生した電荷を前記電荷蓄積部に蓄積する過程と、
    前記画素駆動回路が、前記光パルスの照射に同期した所定の蓄積タイミングで、前記電荷蓄積部の各々に転送トランジスタそれぞれのオンオフ処理を行い前記電荷を振分けて蓄積させる画素駆動過程と、
    前記距離演算部が、前記電荷蓄積部の各々に蓄積された前記電荷の第１電荷量によって決定される電荷量より、前記測定空間における被写体と前記受光部との距離を計算する距離演算過程と
    を含み、
    前記距離演算部が前記第１電荷量の各々から、前記転送トランジスタのオンオフ処理によって振り分けて蓄積した電荷以外の蓄積電荷であるノイズ電荷による第２電荷量を減算して前記距離の計算を行う
    ことを特徴とする距離画像撮像方法。

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