JP7149784B2 - 固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法に関する。

従来より、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）を用いることによって単一光子の検出を行う技術が提案されている。降伏電圧（ブレークダウン電圧）より大きい逆バイアス電圧が印加されたアバランシェフォトダイオードにフォトン（光子）が入射すると、キャリアが生成され、アバランシェ増倍が起こり、大きな電流が発生する。この電流に基づいて、フォトンを検出することが可能となる。このようなアバランシェフォトダイオードは、ＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）と呼ばれている。特許文献１には、アバランシェフォトダイオードが受光素子に備えられた光検出器が開示されている。

特開２０１４－８１２５３号公報

アバランシェフォトダイオードに結晶欠陥が存在すると、結晶欠陥に起因して暗電流が生じ、アバランシェフォトダイオードにフォトンが入射していないにもかかわらず、アバランシェ増倍現象が当該アバランシェフォトダイオードにおいて生ずる場合がある。フォトンが入射していないにもかかわらずアバランシェ増倍現象が生じると、消費電力の増加を招く。

本発明の目的は、電力消費を低減し得る固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法を提供することにある。

実施形態の一観点によれば、アバランシェフォトダイオードとクエンチ抵抗と供給する逆バイアス電圧を選択する構成とを含むセンサ部を備える画素が複数配された画素部を有し、複数の前記画素のうちの欠陥画素に対して、前記構成は、前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧未満の逆バイアス電圧が前記アバランシェフォトダイオードに印加されるように選択することを特徴とする固体撮像素子が提供される。

本発明によれば、電力消費を低減し得る固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法を提供することができる。

第１実施形態による撮像装置を示すブロック図である。 第１実施形態による固体撮像素子のレイアウトの例を示す図である。 第１実施形態による固体撮像素子に備えられた単位画素を示す図である。 アバランシェフォトダイオードの電圧－電流特性を示すグラフである。 第１実施形態による固体撮像素子の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態による固体撮像素子に備えられた単位画素を示す図である。 第３実施形態による固体撮像素子に備えられた単位画素を示す図である。 第４実施形態による固体撮像素子に備えられた単位画素を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を用いて以下に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態を適宜組み合わせるようにしてもよい。

［第１実施形態］
第１実施形態による固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法について図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本実施形態による撮像装置を示すブロック図である。

本実施形態による撮像装置１００は、レンズ駆動部１０２、シャッタ１０３、シャッタ駆動部１０４、固体撮像素子１０５、信号処理部１０６、タイミング発生部１０７、メモリ部１０８、制御部１０９、記録部１１０、及び、表示部１１２を有する。また、撮像装置１００には、撮影レンズ（撮像光学系、レンズユニット）１０１が備えられる。撮影レンズ１０１は、撮像装置１００のボディ（本体）から着脱可能であってもよいし着脱不能であってもよい。

固体撮像素子１０５は、撮影レンズ１０１によって形成される被写体の光学像を光電変換することによって撮像信号を生成し、生成した撮像信号を出力する。固体撮像素子１０５に備えられた単位画素３０６（図３参照）には、アバランシェフォトダイオード３０２（図３参照）とカウンタ３０５（図３参照）とが備えられており、入射したフォトンの数をカウントして信号値として出力し得る。

レンズ駆動部１０２は、撮影レンズ１０１を駆動するものであり、ズーム制御、フォーカス制御、絞り制御等を行う。撮影レンズ１０１は、被写体の光学像を形成し、形成した光学像を固体撮像素子１０５の撮像面に結像させる。

撮影レンズ１０１と固体撮像素子１０５との間には、シャッタ１０３が備えられている。シャッタ１０３は、メカニカルシャッタであり、シャッタ駆動部１０４によって駆動される。

信号処理部１０６は、固体撮像素子１０５から出力される画像信号（画像データ）に対して補正処理等の所定の信号処理（画像処理）等を行う。信号処理部１０６は、現像や圧縮等の信号処理をも行い得る。信号処理部１０６は、制御部１０９と相俟って、固体撮像素子１０５から出力される信号に対して所定の処理を行う処理部として機能し得る。

タイミング発生部（タイミングジェネレータ）１０７は、固体撮像素子１０５、信号処理部１０６等に各種のタイミング信号を供給する。

制御部（全体制御・演算部、制御手段）１０９は、撮像装置１００全体の制御を司るとともに、所定の演算処理等を行う。制御部１０９は、撮像装置１００の各機能ブロックを駆動するための制御信号や、固体撮像素子１０５を制御するための制御データ等を出力する。

メモリ部１０８は画像データ等を一時的に記憶する。

表示部１１２は、制御部１０９によって所定の処理等が施された撮像信号や、撮像装置１００の各種設定情報等を表示する。

記録部１１０は、信号処理部１０６等によって信号処理等が施された撮像信号等を記録媒体１１１に記録する。また、記録部１１０は、記録媒体１１１に記録された撮像信号等を記録媒体１１１から読み出す。記録媒体１１１は、記録部１１０から着脱可能であってもよいし着脱不能であってもよい。記録媒体１１１としては、例えばフラッシュメモリ等の半導体メモリ等が挙げられる。

次に、撮影時における撮像装置１００の動作について説明する。

ユーザによる電源スイッチの操作によって、メイン電源がオン状態にされると、制御部１０９等に供給される電源がオン状態となり、更に、信号処理部１０６等に供給される電源がオン状態となる。

この後、不図示のレリーズボタンがユーザによって押されると、撮像装置１００による撮影動作が開始される。撮像装置１００による撮影動作が終了すると、固体撮像素子１０５から出力された画像信号に対して、信号処理部１０６によって所定の信号処理が施される。信号処理部１０６によって所定の信号処理が施された画像データ（データ）は、制御部１０９の指示によりメモリ部１０８に保持される。メモリ部１０８に保持されたデータは、制御部１０９の制御により記録部１１０を介して記録媒体１１１に記録される。

なお、不図示の外部Ｉ／Ｆ部を介して、パーソナルコンピュータ等に画像データ等を出力するようにしてもよい。そして、パーソナルコンピュータ等によって画像データに対して所定の信号処理が行われてもよい。

次に、本実施形態による固体撮像素子１０５について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態による固体撮像素子１０５のレイアウトの例を示す図である。

固体撮像素子１０５は、センサ部２０３が行列状に複数配された画素アレイ（画素部）２０７を有するセンサ部基板２０１と、複数のカウンタ３０５（図３参照）が行列状に配された画素制御部２０５を有する計数部基板２０２とを積層させた構成となっている。センサ部基板２０１に備えられた電極（図示せず）と計数部基板２０２に備えられた電極（図示せず）とが、互いに電気的に接続されている。これにより、センサ部基板２０１に備えられたセンサ部２０３から出力されるパルス信号ＰＬＳが、計数部基板２０２に備えられたカウンタ３０５に入力されるようになっている。また、計数部基板２０２に備えられた画素制御部２０５から出力される制御信号ＰＤＥＦが、センサ部基板２０１に備えられたスイッチ３０３（図３参照）に供給されるようになっている。

計数部基板２０２には、欠陥画素記憶部２０４、画素制御部２０５、及び、信号処理回路２０６が備えられている。欠陥画素記憶部２０４は、複数の単位画素３０６のうちの欠陥が存在している画素、即ち、欠陥画素のアドレスを記憶するメモリである。画素制御部２０５には、複数のセンサ部２０３にそれぞれ対応する複数のカウンタ３０５が備えられている。カウンタ３０５は、フォトンの入射に応じてセンサ部２０３から出力されるパルス信号の数をカウントする。画素制御部２０５においてカウントされたカウント値は、信号処理回路２０６を介して外部に出力される。画素制御部２０５は、欠陥画素記憶部２０４に記憶されている欠陥画素情報に基づいて、画素毎に適切な制御を行う。画素制御部２０５は、以下のような設定手段として機能する。設定手段は、欠陥画素に備えられたアバランシェフォトダイオード３０２に対して降伏電圧以上の電圧が印加され、欠陥画素でない画素に備えられたアバランシェフォトダイオード３０２に対して降伏電圧未満の電圧が印加されるように設定する。

センサ部２０３とカウンタ３０５とが別個の基板に備えられているため、画素アレイ２０７の面積を広く確保することができる。なお、固体撮像素子１０５の構成は、上記のような構成に限定されるものではない。例えば、同一の基板にセンサ部２０３とカウンタ３０５とを備えるようにしてもよい。

次に、固体撮像素子１０５に備えられた単位画素３０６について図３を用いて説明する。図３は、固体撮像素子１０５に備えられた単位画素３０６を示す図である。

図３に示すように、単位画素３０６には、センサ部（受光部）２０３と、カウンタ３０５とが備えられている。センサ部２０３には、アバランシェフォトダイオード３０２と、クエンチ抵抗３０１と、スイッチ３０３と、反転バッファ３０４とが備えられている。アバランシェフォトダイオード３０２のアノードは、スイッチ３０３を介して第１の電位ＬＶＤＤ又は第２の電位ＭＶＤＤに接続され、アバランシェフォトダイオード３０２のカソードはクエンチ抵抗３０１の一端に接続されている。クエンチ抵抗３０１の他端は第３の電位ＨＶＤＤに接続されている。

アバランシェフォトダイオード３０２のアノードがスイッチ３０３を介して第１の電位ＬＶＤＤに接続されている場合には、降伏電圧以上の逆バイアス電圧がクエンチ抵抗３０１を介してアバランシェフォトダイオード３０２に印加される。この際、アバランシェフォトダイオード３０２は、ガイガーモードで動作する。即ち、アバランシェフォトダイオード３０２にフォトンが入射するとアバランシェ増倍現象を引き起こす。これにより、アバランシェ電流が生じ、クエンチ抵抗３０１において電圧降下が生ずる。クエンチ抵抗３０１は、アバランシェフォトダイオード３０２のアバランシェ増倍現象を停止させるための抵抗素子である。クエンチ抵抗３０１は、トランジスタの抵抗成分を利用して構成し得る。アバランシェフォトダイオード３０２においてアバランシェ増倍現象によってアバランシェ電流が生じると、クエンチ抵抗３０１において電圧降下が生じ、アバランシェフォトダイオード３０２に印加される逆バイアス電圧が降下する。逆バイアス電圧が降伏電圧まで降下するとアバランシェ増倍現象が停止する。その結果、アバランシェ電流が流れなくなり、アバランシェフォトダイオード３０２には、アバランシェフォトダイオード３０２の降伏電圧以上の逆バイアス電圧が再び印加される。

反転バッファ３０４は、クエンチ抵抗３０１で発生した電圧変化をパルス信号ＰＬＳとして取り出すために設けられる。アバランシェフォトダイオード３０２にフォトンが入射すると、反転バッファ３０４からパルス信号ＰＬＳが出力される。このように、センサ部２０３からは、フォトンの受光頻度に応じた頻度でパルスが発せられる。

アバランシェフォトダイオード３０２のアノードがスイッチ３０３を介して第２の電位ＭＶＤＤに接続されている場合には、降伏電圧より小さい逆バイアス電圧がクエンチ抵抗３０１を介してアバランシェフォトダイオード３０２に印加される。この際、アバランシェフォトダイオード３０２は、ガイガーモードでは動作しない。

画素制御部２０５からスイッチ３０３に供給される制御信号ＰＤＥＦがＬレベルの際には、アバランシェフォトダイオード３０２のアノードは接地電位ＬＤＶＶに接続される。一方、画素制御部２０５からスイッチ３０３に供給される制御信号ＰＤＥＦがＨレベルの際には、アバランシェフォトダイオード３０２のアノードは第２の電位ＭＶＤＤに接続される。

次に、Ｌレベルの制御信号ＰＤＥＦが供給された際のセンサ部２０３の動作について図４を用いて説明する。図４は、アバランシェフォトダイオードの電圧－電流特性を示すグラフである。

欠陥画素ではない単位画素３０６、即ち、通常画素のセンサ部２０３に対しては、Ｌレベルの制御信号ＰＤＥＦが画素制御部２０５から供給される。制御信号ＰＤＥＦがＬレベルである際には、アバランシェフォトダイオード３０２のアノードはスイッチ３０３を介して第１の電位ＬＶＤＤに接続される。このため、アバランシェフォトダイオード３０２は、ガイガーモードで動作する。アバランシェフォトダイオード３０２にフォトンが入射すると、アバランシェフォトダイオード３０２においてアバランシェ増倍現象が生じ、アバランシェフォトダイオード３０２に大電流が流れる（動作Ａ）。アバランシェフォトダイオード３０２に大電流が流れると、クエンチ抵抗３０１において電圧降下が生じ、アバランシェフォトダイオード３０２に印加される逆バイアス電圧が降伏電圧未満となり、アバランシェ増倍現象が停止する（動作Ｂ）。アバランシェ増倍現象が停止すると、アバランシェフォトダイオード３０２には降伏電圧以上の逆バイアス電圧が再び印加され、アバランシェフォトダイオード３０２の動作モードは、ガイガーモードに戻る（動作Ｃ）。

上述した動作Ａ～Ｃによって、反転バッファ３０４の入力端子の電位に変化が生じる。反転バッファ３０４によって波形整形が行われ、反転バッファ３０４からパルス信号ＰＬＳが出力される。反転バッファ３０４から出力されるパルス信号ＰＬＳは、カウンタ３０５によってカウントされる。このような動作を繰り返すことによって、アバランシェフォトダイオード３０２に入射したフォトンの数が計測される。

ところで、欠陥画素を上記のように動作させた場合には、フォトンの入射のみならず、欠陥によって生じた暗電子によってもアバランシェ増倍現象が生じてしまう。重篤な欠陥が生じている欠陥画素においては、暗電子が定常的に生成されるため、アバランシェ増倍現象が高い頻度で発生し、大きな電力が消費されてしまう。

次に、Ｈレベルの制御信号ＰＤＥＦが供給された際のセンサ部２０３の動作について説明する。本実施形態では、欠陥のある単位画素３０６、即ち、欠陥画素のセンサ部２０３に対しては、Ｈレベルの制御信号ＰＤＥＦが画素制御部２０５から供給される。制御信号ＰＤＥＦがＨレベルである際には、アバランシェフォトダイオード３０２のアノードはスイッチ３０３を介して第２の電位ＭＶＤＤに接続される。このため、アバランシェフォトダイオード３０２に印加される逆バイアス電圧は、アバランシェフォトダイオード３０２の降伏電圧未満となり、アバランシェフォトダイオード３０２はリニアモードで動作する。この場合、フォトンが当該単位画素３０６に入射されても、暗電子が当該単位画素３０６において生じても、アバランシェ増倍現象は生じず、電力消費は抑制される。また、反転バッファ３０４の入力端子の電位にも変化が生じないため、カウンタ３０５はカウント動作をおこなわず、カウンタ３０５のカウント値は０のままとなる。

次に、本実施形態による固体撮像素子１０５の動作について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態による固体撮像素子１０５の動作を示すフローチャートである。図５には、欠陥検出モードでの動作と、撮影モードでの動作とが示されている。欠陥検出モードとは、欠陥画素を検出し、検出した欠陥画素のアドレスを欠陥画素記憶部２０４に記憶させるモードである。撮影モードとは、実際に被写体の撮影を行うモードである。

はじめに、ステップＳ５０１において、不図示のレリーズボタンが押下されるとユーザによる撮影動作を検出し、本フローチャートの動作を開始する。この後、ステップＳ５０２に遷移する。

ステップＳ５０２において、固体撮像素子１０５に電源が投入される。この時、画素制御部２０５より出力される制御信号ＰＤＥＦの論理初期値は、全アドレスについて「Ｈ」となる構成としておく。この構成とすることで、電源投入時点で欠陥画素による電力消費は発生しなくなる。この後、ステップＳ５０３に遷移する。なお、本実施形態においては電源の投入タイミングをユーザによる撮影動作指示があった場合としたが、これに限定されるものではない。例えば、所定の時間間隔で電源投入を行ってもよい。また、電源の投入に関して、撮影動作指示の前は全画素についてリニアモードで動作させておき、撮影動作指示に応じて通常画素をガイガーモードにモードに変更してもよい。

ステップＳ５０３において、欠陥検出モードで動作させるか撮影モードで動作させるかの判定が行われる。例えば、固体撮像素子１０５を出荷する前、又は、撮像装置１００を出荷する前には、固体撮像素子１０５を欠陥検出モードで動作させることによって、欠陥画素のアドレスが欠陥画素記憶部２０４に記憶される。また、固体撮像素子１０５を欠陥画素検出モードで動作させるようにユーザが不図示の操作部を介して操作を行った場合にも、固体撮像素子１０５は欠陥検出モードで動作し得る。また、撮影が開始される前である本画像取得の直前に、固体撮像素子１０５を欠陥検出モードで動作させ、黒画像を取得するようにしてもよい。固体撮像素子１０５を欠陥検出モードで動作させる場合には（Ｓ５０３においてＹＥＳ）、ステップＳ５０４に遷移する。一方、固体撮像素子１０５を欠陥検出モードで動作させない場合（Ｓ５０３においてＮＯ）、即ち、固体撮像素子１０５を撮影モードで動作させる場合には、ステップＳ５０７に遷移する。

ステップＳ５０４において、画素制御部２０５は、全ての単位画素３０６に供給する制御信号ＰＤＥＦをＬレベルにする。これにより、全ての単位画素３０６のアバランシェフォトダイオード３０２がガイガーモードで動作することとなる。この後、ステップＳ５０５に遷移する。

ステップＳ５０５において、シャッタ１０３を閉じたまま撮影動作を行い、暗画像の取得が行われる。正常な単位画素３０６においては、フォトンがほとんど入射されないため、当該単位画素３０６におけるカウント値は０に近い値となる。一方、欠陥画素においては、暗電子が生ずるため、当該単位画素３０６におけるカウント値は大きい値となる。画素制御部２０５は、所定の閾値以上のカウント値が得られた単位画素３０６を欠陥画素と判定する。この後、ステップＳ５０６に遷移する。

ステップＳ５０６において、画素制御部２０５は、欠陥画素と判定された単位画素３０６のアドレスを示す情報、即ち、欠陥画素情報を、欠陥画素記憶部２０４に記憶する。この後、欠陥検出モードでの動作を終了する。

ステップＳ５０７において、画素制御部２０５は、欠陥画素記憶部２０４に記憶されているアドレスに対応する単位画素３０６のスイッチ３０３に、Ｈレベルの制御信号ＰＤＥＦを供給する。これにより、欠陥画素はリニアモードで動作するようになり、アバランシェ増倍現象が発生しなくなり、消費電力を抑制することが可能となる。この後、ステップＳ５０８に遷移する。

ステップＳ５０８においては、通常の撮影が行われる。こうして、撮影モードでの動作を終了する。

なお、本実施形態では、欠陥画素のアドレスのみを欠陥画素記憶部２０４に記憶する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。当該欠陥画素における欠陥の度合いを示す情報を、当該欠陥画素のアドレスとともに、欠陥画素記憶部２０４に記憶するようにしてもよい。そして、固体撮像素子１０５の周囲温度や蓄積時間や感度等に応じて、制御信号ＰＤＥＦを切り替えるようにしてもよい。

このように、本実施形態によれば、単位画素３０６が欠陥画素である場合には、当該単位画素３０６のアバランシェフォトダイオード３０２に印加される逆バイアス電圧をアバランシェフォトダイオード３０２の降伏電圧未満に設定する。このため、本実施形態によれば、欠陥によって生じた暗電子によってアバランシェ増倍現象が生じてしまうのを防止することができ、消費電力の低減を図ることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態による固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態による固体撮像素子に備えられた単位画素を示す図である。本実施形態による固体撮像素子は、欠陥画素の配線６０２がレーザ照射等によって切断（溶断）されているものである。

図６に示すように、本実施形態による固体撮像素子では、アバランシェフォトダイオード３０２のアノードが配線６０２を介して第１の電位ＬＶＤＤに接続されている。配線６０２の一の箇所６０３には、抵抗器６０１の一端が接続されている。配線６０２の他の箇所６０４には、抵抗器６０１の他端が接続されている。

配線６０２が切断されていない状態においては、抵抗器６０１の両端が配線６０２によって短絡されている。アバランシェフォトダイオード３０２のアノードは第１の電位ＬＶＤＤとなっているため、アバランシェフォトダイオード３０２はガイガーモードとして動作する。

一点鎖線の楕円で囲まれた部分６０５において配線６０２をレーザ照射等によって切断すると、アバランシェフォトダイオード３０２のアノードは抵抗器６０１を介して第１の電位ＬＶＤＤに接続される。抵抗器６０１の抵抗値は、アバランシェフォトダイオード３０２のアノードとカソードとの間に、アバランシェフォトダイオード３０２の降伏電圧未満の逆バイアス電圧が印加されるように設定されている。このため、配線６０２を切断した場合には、アバランシェフォトダイオード３０２においてアバランシェ増倍現象が生じにくくなり、アバランシェフォトダイオード３０２はリニアモードで動作する。

固体撮像素子が製造された工場においては、製造された固体撮像素子に対して試験が行われる。当該試験においては、暗画像の取得が行われ、取得された暗画像に基づいて、欠陥画素の判定が行われる。当該欠陥画素の配線６０２は、例えばレーザによって切断される。

抵抗器６０１及び配線６０２は、以下のような設定手段として機能する。設定手段は、欠陥画素に備えられたアバランシェフォトダイオード３０２に対して降伏電圧以上の電圧が印加され、欠陥画素でない画素に備えられたアバランシェフォトダイオード３０２に対して降伏電圧未満の電圧が印加されるように設定する。

このように、本実施形態によれば、ガイガーモードで動作しないように欠陥画素が加工される。本実施形態によれば、第１実施形態において備えられていたスイッチ３０３を要しない。また、制御信号ＰＤＥＦを供給するための配線も要しない。また、第２の電位ＭＶＤＤを供給するための配線も要しない。また、欠陥画素記憶部２０４も要しない。本実施形態によれば、これらの構成要素が不要であるため、アバランシェフォトダイオード３０２の面積の拡大、低コスト化等に寄与し得る。

［第３実施形態］
第１実施形態では、アバランシェフォトダイオード３０２のアノードを電圧ＬＶＤＤに接続するか、電圧ＭＶＤＤに接続するかを切り替えるスイッチを設ける構成を示した。本実施形態では別の構成として、アバランシェフォトダイオード３０２のカソード側に設けられるクエンチ抵抗３０１をＭＯＳトランジスタで置き換えた構成を示す。

以下、図７を参照して、第３実施形態における単位画素３０６の構成について説明する。図３で示した構成に対して、電圧ＭＶＤＤ、電圧切替スイッチ３０３が不要となっており、クエンチ抵抗３０１をＰＭＯＳトランジスタ７０１に置き換え、ＰＭＯＳトランジスタ７０１のゲートには制御信号ＰＤＥＦが入力される構成としている。

正常な画素の場合は制御信号ＰＤＥＦを「Ｌ」とし、ＰＭＯＳトランジスタをオン状態にさせ、ＰＭＯＳトランジスタのオン抵抗をクエンチ抵抗として作用させることでアバランシェ増倍現象を制御する。一方、欠陥画素の場合は制御信号ＰＤＥＦを「Ｈ」とし、ＰＭＯＳトランジスタをオフ状態とすることで、アバランシェフォトダイオード３０２のカソードをフローティングとさせることでアバランシェ増倍現象が発生しない状態に制御する。

このような構成においても、第１実施形態と同様に欠陥画素による消費電力の低減が可能となる。

なお、上記説明では、クエンチ抵抗３０１の代わりにＰＭＯＳトランジスタ７０１を用いる構成としたが、正常画素の場合に制御信号ＰＤＥＦを「Ｈ」、欠陥画素の場合に制御信号ＰＤＥＦを「Ｌ」、として、ＮＭＯＳトランジスタを用いてもよい。

［第４実施形態］
第１乃至第３実施形態では、欠陥画素による電力増加を課題として、欠陥画素のアバランシェフォトダイオードに印加する逆バイアス電圧を降伏電圧未満となるよう制御することで暗電子によるアバランシェ増倍現象を生じさせない例を示した。欠陥画素は上述する技術を適用することでアバランシェ増倍現象が生じなくなるため、カウンタの値は常に０となる。これは画像としては黒キズとして視認されることになるため補正を行う必要がある。ここで、信号処理部１０６では、カウンタの値からは、欠陥画素であるため０なのか、出力が０の正常な画素なのかの判断が付かない。また、例えば撮像素子の工場における検査で欠陥画素のアドレスデータを生成し、後段のメモリ部１０８へ記憶させて欠陥画素か否かを判別する手段が考えられるが、メモリ部１０８の容量を圧迫させるため、好適ではない。

ここでは、欠陥画素か否かを正確に判別可能で、メモリ部１０８の容量に圧迫が生じない構成を説明する。

以下、図８を参照して、本発明の第４実施形態による単位画素３０６の構成について説明する。図３で示した構成に対して、一点鎖線８０１で示すように画素制御部２０５より出力される制御信号ＰＤＥＦがカウンタ３０５にも入力される構成としている。

次に第４実施形態におけるカウンタ３０５の動作について説明する。

カウンタ３０５は、露光開始直前にリセット動作を行う。この時、カウンタ３０５に入力される制御信号ＰＤＥＦが「Ｈ」、すなわち欠陥画素である場合は、カウンタ３０５のリセット値を０とし、制御信号ＰＤＥＦが「Ｌ」、すなわち正常な画素である場合は、カウンタ３０５のリセット値を１とする構成とする。

このような構成とすることで、正常な画素のカウント値は必ず１以上となるため、カウンタ値が０の場合は欠陥画素、１以上の場合は正常な画素と判別することが可能となる。後段の信号処理部１０６では、カウンタ値が０の画素は、欠陥画素と判別し、種々の補正を行う。なお、正常な画素のリセット値である１は、信号処理部１０６による欠陥補正の後段で１を減算することで影響を除外すればよい。

これにより、メモリ部１０８の容量を圧迫することなく、後段の処理回路において、正確に欠陥画素と正常な画素の判別が可能となる。

なお、上述した例では、正常な画素に対応するカウンタのリセット値を１、欠陥画素に対応するカウンタのリセット値を０としたが、本発明はこれに限られるものでは無い。少なくとも、欠陥画素に対応するカウンタのリセット値を０とすれば、正常な画素に対応するカウンタのリセット値を０以外の予め決められた値としても良い。

［その他の実施形態］
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記録媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０３：シャッタ、１０５：固体撮像素子、１０６：信号処理部、２０１：センサ部基板、２０２：計数部基板、２０３：センサ部、２０４：欠陥画素記憶部、２０５：画素制御部、２０６：信号処理回路、３０１：クエンチ抵抗、３０２：アバランシェフォトダイオード、３０３：スイッチ、３０４：反転バッファ、３０５：カウンタ、６０１抵抗器、６０２：配線、７０１：ＰＭＯＳトランジスタ

Claims (16)

1. アバランシェフォトダイオードとクエンチ抵抗と供給する逆バイアス電圧を選択する構成とを含むセンサ部を備える画素が複数配された画素部を有し、
   複数の前記画素のうちの欠陥画素に対して、前記構成は、前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧未満の逆バイアス電圧が前記アバランシェフォトダイオードに印加されるように選択することを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記複数の画素のうちの非欠陥画素に対して、前記構成は、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧以上の逆バイアス電圧が前記アバランシェフォトダイオードに印加されるように選択することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記画素において、前記構成はスイッチであり、
   前記アバランシェフォトダイオードのアノードが前記スイッチを介して第１の電位に接続されている際には、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧以上の逆バイアス電圧が前記アバランシェフォトダイオードに印加され、
   前記アバランシェフォトダイオードの前記アノードが前記スイッチを介して前記第１の電位と異なる第２の電位に接続されている際には、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧未満の逆バイアス電圧が前記アバランシェフォトダイオードに印加されることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
4. 前記欠陥画素を示す情報を記憶する記憶部を更に有し、
   前記画素の前記スイッチは、前記記憶部に記憶された前記欠陥画素を示す情報に基づいて、前記第１の電位と前記第２の電位とのいずれかに接続することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
5. 前記構成は、一端が前記アバランシェフォトダイオードのアノードに接続され、他端が所定の電位に接続された配線と、前記配線の一の箇所に一端が接続され、前記配線の他の箇所に他端が接続された抵抗器とを備え、
   前記画素が非欠陥画素の場合、前記配線は切断されず、
   前記画素が欠陥画素の場合、前記配線は、前記一の箇所と前記他の箇所との間において切断されることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
6. 前記画素の前記クエンチ抵抗および前記構成を、ＭＯＳトランジスタのオン抵抗により一体的に構成し、
   複数の前記画素のうちの非欠陥画素に備えられた前記ＭＯＳトランジスタをオンすることで、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧以上の逆バイアス電圧を印加し、前記複数の画素のうちの前記欠陥画素に備えられた前記ＭＯＳトランジスタをオフすることで、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧未満の逆バイアス電圧を印加することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
7. 前記欠陥画素を示す情報を記憶する記憶部を更に有し、
   前記記憶部に記憶された前記欠陥画素を示す情報に基づいて、前記ＭＯＳトランジスタをオン、オフすることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子。
8. 前記センサ部から発せられる信号をカウントするカウンタを更に有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
9. 前記複数の画素のうちの前記欠陥画素に対応する前記カウンタのリセット値を０に設定することを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子。
10. 前記欠陥画素を示す情報を記憶する記憶部と、制御部とを更に有し、
    前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記欠陥画素を示す情報に基づいて、前記カウンタのリセット値を制御することを特徴とする請求項９に記載の固体撮像素子。
11. 前記センサ部は、第１の基板に配されており、
    前記センサ部から発せられる信号をカウントするカウンタは、前記第１の基板とは異なる第２の基板に配されていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子から出力される信号に対して所定の処理を行う処理部と
    を有することを特徴とする撮像装置。
13. アバランシェフォトダイオードとクエンチ抵抗と供給する逆バイアス電圧を選択する構成とを含むセンサ部をそれぞれ備える複数の画素のうちの欠陥画素に対して、前記構成は、前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧未満の逆バイアス電圧が前記アバランシェフォトダイオードに印加されるように選択するステップと、
    複数の前記センサ部が備えられた画素アレイを有する固体撮像素子を用いて撮像を行うステップと
    を有することを特徴とする撮像方法。
14. 前記複数の画素のうちの非欠陥画素に対して、前記構成は、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧以上の逆バイアス電圧が前記アバランシェフォトダイオードに印加されるように選択することを特徴とする請求項１３に記載の撮像方法。
15. 前記固体撮像素子を用いて取得される暗画像に基づいて前記欠陥画素を示す情報を取得するステップを更に有することを特徴とする請求項１３に記載の撮像方法。
16. 前記固体撮像素子は、前記センサ部から発せられる信号をカウントするカウンタを更に有し、
    前記複数の画素のうちの非欠陥画素に対応する前記カウンタのリセット値を０以外の予め決められた値に設定し、前記複数の画素のうちの前記欠陥画素に対応する前記カウンタのリセット値を０に設定するステップを更に有することを特徴とする請求項１４に記載の撮像方法。

Images