JP2020025171A5 - 撮像素子及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子及びその制御方法に関する。

上記目的を達成するために、本発明の撮像素子は、フォトンの入射に応じて、出力電圧が変動する複数の受光素子と、前記複数の受光素子それぞれについて、前記出力電圧が予め決められた閾値を超えて変動する回数をカウントして、カウント値を出力するカウント手段と、前記複数の受光素子に、降伏電圧以上の複数の異なる逆バイアス電圧を印加する電圧供給手段と、を有し、前記複数の受光素子はそれぞれカラーフィルタを備え、前記電圧供給手段は、第１の色のカラーフィルタを備える前記受光素子に第１の逆バイアス電圧を印加し、前記第１の色と異なる第２の色のカラーフィルタを備える前記受光素子に前記第１の逆バイアス電圧よりも高い第２の逆バイアス電圧を印加する。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本第１の実施形態における撮像装置１００の概略構成を示すブロック図である。
図１において、レンズ部１０１は、レンズ駆動回路１０２により、ズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などが行われて、被写体の光学像を撮像素子１０３に結像させる。撮像素子１０３は、レンズ部１０１により結像された被写体を画像信号として取り込み、画像処理回路１０４は、撮像素子１０３から出力される画像信号に各種の補正や現像処理、データ圧縮のための演算等を行う。
タイミング発生回路１０５は、撮像素子１０３に各種タイミング信号を出力して駆動する。制御回路１０６は、様々な演算と撮像装置１００全体の制御と監視を行う。メモリ１０７は、画像データを一時的に記憶する。記録回路１０８は、半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体に記録または読み出しを行う。操作回路１０９は、ユーザーからの命令を受け付け、表示回路１１０は各種情報や撮影画像を表示する。

ここで、図３を用いてフォトン入射時の画素２０３の動作について簡単に説明する。図３は、ＡＰＤ３０２の電流電圧特性を示している。
本第１の実施形態ではＡＰＤ３０２のカソードには、クエンチ抵抗３０１を介して、降伏電圧を超える電圧とするための電位ＨＶＤＤが供給され、ＡＰＤ３０２はガイガーモードとなる。
ここでＡＰＤ３０２にフォトンが入射すると、ＡＰＤ３０２ではアバランシェ増幅による大電流（光電流）が流れる（動作Ａ）。この電流が流れると同時にクエンチ抵抗３０１によって電圧降下が発生し、ＡＰＤ３０２に印加される電圧が降伏電圧未満となり、アバランシェ増幅が止まる（動作Ｂ）。
アバランシェ増幅が止まると、ＡＰＤ３０２のカソードは再び電位ＨＶＤＤによりチャージされ、ガイガーモードに戻る（動作Ｃ）。動作Ａ〜Ｃによるバッファ入力端の電圧変化はバッファ３０３によってパルス整形され、カウンタ３０４によって計測される。これを繰り返すことでＡＰＤ３０２に入射したフォトンの数を計測することが可能となる。

Claims (9)

1. フォトンの入射に応じて、出力電圧が変動する複数の受光素子と、
   前記複数の受光素子それぞれについて、前記出力電圧が予め決められた閾値を超えて変動する回数をカウントして、カウント値を出力するカウント手段と、
   前記複数の受光素子に、降伏電圧以上の複数の異なる逆バイアス電圧を印加する電圧供給手段と、を有し、
   前記複数の受光素子はそれぞれカラーフィルタを備え、前記電圧供給手段は、第１の色のカラーフィルタを備える前記受光素子に第１の逆バイアス電圧を印加し、前記第１の色と異なる第２の色のカラーフィルタを備える前記受光素子に前記第１の逆バイアス電圧よりも高い第２の逆バイアス電圧を印加することを特徴とする撮像素子。
2. 前記カラーフィルタは、ベイヤー配列のカラーフィルタであって、前記第１の色は緑、前記第２の色は、赤または青であることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. フォトンの入射に応じて、出力電圧が変動する複数の受光素子と、
   前記複数の受光素子それぞれについて、前記出力電圧が予め決められた閾値を超えて変動する回数をカウントして、カウント値を出力するカウント手段と、
   前記複数の受光素子に、降伏電圧以上の複数の異なる逆バイアス電圧を印加する電圧供給手段と、を有し、
   前記電圧供給手段は、第１の領域の前記受光素子に第１の逆バイアス電圧を印加し、前記第１の領域よりも像高が高い第２の領域の前記受光素子に、前記第１の逆バイアス電圧より高い第２の逆バイアス電圧を印加することを特徴とする撮像素子。
4. フォトンの入射に応じて、出力電圧が変動する複数の受光素子と、
   前記複数の受光素子それぞれについて、前記出力電圧が予め決められた閾値を超えて変動する回数をカウントして、カウント値を出力するカウント手段と、
   前記複数の受光素子に、降伏電圧以上の複数の異なる逆バイアス電圧を印加する電圧供給手段と、を有し、
   前記降伏電圧は温度に応じて変化し、前記電圧供給手段は、第１の温度の場合に該第１の温度における第１の降伏電圧以上の第１の逆バイアス電圧を印加し、前記第１の温度よりも低い第２の温度の場合に、前記第１の降伏電圧未満であって、かつ、前記第２の温度における第２の降伏電圧以上の第２の逆バイアス電圧を印加することを特徴とする撮像素子。
5. 温度を計測する計測手段を更に有することを特徴とする請求項４に記載の撮像素子。
6. 前記逆バイアス電圧が大きくなると共に増加する暗電流に基づいて、前記閾値を決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像素子。
7. 前記カウント値を処理する信号処理手段をさらに備え、
   前記複数の受光素子を第１の基板に構成し、前記カウント手段及び前記信号処理手段を第２の基板に構成し、前記第１の基板と前記第２の基板を積層したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像素子。
8. 前記複数の受光素子の各受光素子はガイガーモードで駆動されたアバランシェフォトダイオードであって、前記各受光素子と前記電圧供給手段との間にクエンチ抵抗を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像素子。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像素子と、
   前記カウント値を、前記複数の受光素子それぞれに印加した前記逆バイアス電圧に基づいて補正する補正手段と、
   前記カウント値に対してホワイトバランス調整を行うホワイトバランス調整手段と、を有し、
   前記電圧供給手段は、ホワイトバランス調整で用いるホワイトバランスゲインに応じて異なる逆バイアス電圧を印加することを特徴とする撮像装置。