(57)【要約】      （修正有）【課題】アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧がばらついた場合に、平均消費電力を抑制する撮像素子、制御方法及び撮像装置を提供する。【解決手段】撮像素子１００は、画素部１１０、画素１２０、電圧制御部１３０、タイミング制御部１４０、信号処理部１５０を含む。画素部にはアランシェフォトダイオードを有する画素が複数個配置される。電圧制御部は、タイミング制御部からのタイミング信号を基準として、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制御する。撮像素子が光子を検出する状態において、電圧制御部は周期的に変化する逆バイアス電圧を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アバランシェフォトダイオードをそれぞれが有する複数の画素と、
前記複数の画素のアバランシェフォトダイオードに、周期的に変化する逆バイアス電圧を供給するように制御する制御手段と、
を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記逆バイアス電圧の下限電圧は、前記複数の画素にそれぞれ含まれるアバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧の内、最も小さいブレークダウン電圧よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記逆バイアス電圧の上限電圧は、前記複数の画素にそれぞれ含まれるアバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧の内、最も大きいブレークダウン電圧よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記制御手段は、温度を計測する温度計測手段により計測された温度に応じて、前記逆バイアス電圧の前記下限電圧と前記上限電圧とを調整することを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記逆バイアス電圧の下限電圧が、１０Ｖよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記逆バイアス電圧の上限電圧が、３０Ｖよりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
【請求項７】
前記制御手段は、前記逆バイアス電圧を前記アバランシェフォトダイオードの不感時間よりも短い周期で変化させる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。
【請求項８】
前記制御手段は、温度を計測する温度計測手段により計測された温度に応じて、前記周期を調整することを特徴とする請求項７に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記制御手段は、照度を計測する照度計測手段により計測された照度に応じて、前記周期を調整することを特徴とする請求項７または８に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記撮像素子に入射する光量を制限するための絞りの開口に応じて、前記周期を調整することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から出力された信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
アバランシェフォトダイオードをそれぞれが有する複数の画素を含む撮像素子の制御方法であって、
制御手段が、前記複数の画素のアバランシェフォトダイオードに、周期的に変化する逆バイアス電圧を供給するように制御することを特徴とする撮像素子の制御方法。
【請求項１３】
コンピュータに、請求項１２に記載の撮像素子の制御方法を実行させるためのプログラム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子に用いられるアバランシェフォトダイオードを駆動する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）をガイガーモードで動作させて、単一光子の検出を可能とする受光素子がある。このようなＡＰＤでは、降伏電圧（ブレークダウン電圧）より大きな逆バイアス電圧が印加された状態で、単一光子が入射すると、入射した光子により生成されたキャリアがアバランシェ増倍を起こして、大きな電流が発生する。この電流に基づいて単一光子が入射したことを検出することができる。このようなＡＰＤは、ＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｄｉｏｄｅ）と呼ばれている。
【０００３】
画素にＳＰＡＤを用いた撮像素子では、光子が入射する度に、前述した大電流が発生する。とりわけ、多画素化された撮像素子に光子が入射され続けると、多くの画素でこの様な電流が繰り返し発生し続けるため、消費電力が増大するという問題が知られている。
【０００４】
特許文献１では、光子を検出しない期間に、ＳＰＡＤにブレークダウン電圧より小さい逆バイアス電圧を印加することが開示されており、このように制御することで、消費電力を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１７７１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、光子を検出する期間において消費電力を抑制することはできない。
【０００７】
また、一般的に、画素にＳＰＡＤを用いる場合、光子を検出する状態においては、複数の画素に用いられるすべてのＳＰＡＤのブレークダウン電圧よりも大きな逆バイアス電圧が印加される。ブレークダウン電圧は、ＳＰＡＤ毎にばらつきが生じるため、各ＳＰＡＤのブレークダウン電圧の内、最も大きいブレークダウン電圧よりも大きな逆バイアス電圧が印加されることになる。そのため、ブレークダウン電圧が小さいＳＰＡＤにおいては、必要以上に大きな逆バイアス電圧が印加されるため、光子が入射した際に発生する電流は、ブレークダウン電圧が大きい画素と比較すると大きくなり、より電力を消費してしまう。
【０００８】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、複数のアバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧がばらついた場合に、平均消費電力を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の撮像素子は、アバランシェフォトダイオードをそれぞれが有する複数の画素と、前記複数の画素のアバランシェフォトダイオードに、周期的に変化する逆バイアス電圧を供給するように制御する制御手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧がばらついた場合に、平均消費電力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態における撮像素子の構成を示す模式図。
【図２】第１の実施形態における画素の概略構成を示す回路図。
【図３】異なるブレークダウン電圧を有するＳＰＡＤのＩ−Ｖ特性を示す図。
【図４】第１の実施形態における逆バイアス電圧の一例を示す図。
【図５】第１の実施形態におけるＳＰＡＤのＩ−Ｖ特性を示す図。
【図６】第１の実施形態における逆バイアス電圧の他の例を示す図。
【図７】第２の実施形態における逆バイアス電圧の周期を説明するための図。
【図８】第３の実施形態における撮像装置の全体構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
【００１３】
なお、以下の説明において、電圧および電流の大小は、絶対値で表現するものとする。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
以下、図１を参照して、第１の実施形態における撮像素子１００の構成と、その制御方法について説明する。
【００１５】
図１において、撮像素子１００は、画素部１１０、画素１２０、電圧制御部１３０、タイミング制御部（以下、「ＴＧ」と記す。）１４０、信号処理部１５０を含む。
【００１６】
画素部１１０には、画素１２０が複数配置され、各列に配されたデータ転送線１６０を含む。画素１２０はＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｄｉｏｄｅ）を含み、ＳＰＡＤに入射した光子をカウントする。カウントしたデータであるカウント値は、データ転送線１６０を介して、信号処理部１５０へ転送される。なお、図１では、説明のため４つの画素１２０を示しているが、実際には非常に多くの画素１２０が行列状に配置されて、画素部１１０を構成する。
【００１７】
電圧制御部１３０は、ＴＧ１４０からのタイミング信号を基準として、各々の画素１２０のＳＰＡＤに印加する逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを制御する。本第１の実施形態は、撮像素子１００が光子を検出する状態において、電圧制御部１３０が逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを周期的に変化させることに特徴がある。なお、この逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓの制御については、詳細に後述する。
【００１８】
ＴＧ１４０は、画素１２０、電圧制御部１３０、信号処理部１５０を制御する。信号処理部１５０はＴＧ１４０によって制御され、データ転送線１６０を介して読み出された各画素１２０のカウント値を保持する。信号処理部１５０は、保持した各画素１２０のカウント値に対して、ゲイン処理、信号の並べ替えなどのデジタル処理を行い、その信号を撮像素子１００の外部へと出力する。
【００１９】
図２は、第１の実施形態における画素１２０の概略構成を示す回路図である。画素１２０は、ＳＰＡＤ２００、クエンチ素子２１０、インバータ２２０、カウンタ２３０、読み出しスイッチ２４０を含む。ＳＰＡＤ２００は、単一光子を検出するためにガイガーモードで動作させるアバランシェフォトダイオードである。上述した様に、ガイガーモードとは、ブレークダウン電圧より大きな逆バイアス電圧を印加して動作させるＡＰＤの動作モードである。ＳＰＡＤ２００では、電圧制御部１３０の制御によってブレークダウン電圧Ｖｂｒより大きな電圧Ｖｂｉａｓが印加されてガイガーモードになると、単一光子の入射で発生したキャリアがアバランシェ増倍を起こし、大きな電流を発生させる。以下、ガイガーモード時に発生する大きな電流を、アバランシェ電流と記す。
【００２０】
クエンチ素子２１０は、ＳＰＡＤ２００のアバランシェ増倍を停止させるための抵抗素子である。クエンチ素子２１０としては、Ｎ型もしくはＰ型のＭＯＳトランジスタのゲート端子に電圧Ｖｑｎｃを印加し、抵抗として利用しても良い。ＳＰＡＤ２００のアノード端はＧＮＤに接続されており、カソード端はクエンチ素子２１０に接続されている。そして、クエンチ素子２１０を介して、電圧ＶＩＮから逆バイアス電圧が印加される。なお、ＳＰＡＤ２００のアノード端に、ＧＮＤ（０Ｖ）の代わりに負電圧（例えば、−１０〜−３０Ｖ）をかけ、電圧ＶＩＮとして、例えば３Ｖ程度の電圧をかけるようにしても良い。すなわち、結果的に、ＳＰＡＤ２００にブレークダウン電圧より大きな逆バイアス電圧が印加されていればよい。
【００２１】
ＳＰＡＤ２００に光子が入射し、アバランシェ電流が発生すると、クエンチ素子２１０では電圧降下が発生する。この電圧降下によって、ＳＰＡＤ２００に印加される電圧がブレークダウン電圧Ｖｂｒより小さくなって、次第にオフリーク電流まで下がり、アバランシェ増倍が停止する。その後、クエンチ素子２１０を介してＳＰＡＤ２００のカソードが充電されると、ＳＰＡＤ２００の電圧が再び逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓに戻る。この様にして、ＳＰＡＤ２００は、そのカソードに、単一光子の入射に応じて１つの電圧信号パルスを発生させることができる。この時、クエンチ素子２１０の抵抗値の大きさによって電圧信号パルスの幅は変化する。また、ＴＧ１４０がクエンチ素子２１０の抵抗値を変化させることによって、光子の入射に伴って発生する電圧信号パルスの幅を変化させることができる。
【００２２】
バッファとしてのインバータ２２０は、前述した様にＳＰＡＤ２００で発生した電圧信号パルスを入力として受けて、その出力端子に波形整形した信号パルスを出力する。
【００２３】
カウンタ２３０は、インバータ２２０が出力した信号パルスを入力として受けて、その立ち上がりエッジをカウントする。ここで、バッファとしてインバータ２２０を用いるのは、カウンタが立ち上がりエッジをカウントする構成であるためである。なお、極性を反転させないバッファを用いる場合、カウンタ２３０はバッファが出力した信号パルスの立ち下がりエッジをカウントする構成とすればよい。
【００２４】
カウンタ２３０は、複数のビット数のバイナリカウンタであって、ビット数はその構成により変更することができる。例えば、１６ｂｉｔとした場合、２16分のパルス数（１０進数で６５５３５カウント）をカウントできる。また、カウンタ２３０は、ＴＧ１４０により、カウント動作の開始タイミングやカウント値のリセット動作が制御される。
【００２５】
読み出しスイッチ２４０は、ＴＧ１４０により制御され、ＬｏｗからＨｉｇｈと変化することでＯＮ状態となり、カウンタ２３０に保持されたカウント値が、データ転送線１６０を介して、信号処理部１５０に書き込まれる。
【００２６】
前述したように、画素部１１０は複数の画素１２０で構成され、各画素１２０を構成するＳＰＡＤ２００のブレークダウン電圧Ｖｂｒには、ばらつきが生じている。このブレークダウン電圧Ｖｂｒのばらつきは、アバランシェ電流のばらつきとなる。ここでこのアバランシェ電流のばらつきによる影響について、図３に示すＳＰＡＤのＩ−Ｖ特性を用いて説明する。
【００２７】
以下、説明のために、画素部１１０を構成する複数の画素１２０のうち、ブレークダウン電圧が最も小さいＳＰＡＤをＳＰＡＤ２００ａ、ブレークダウン電圧が最も大きいＳＰＡＤをＳＰＡＤ２００ｂと記す。また、ＳＰＡＤ２００ａのブレークダウン電圧をＶｂｒ１、ＳＰＡＤ２００ｂのブレークダウン電圧をＶｂｒ２とする。ＳＰＡＤ２００ａでは、逆バイアス電圧がブレークダウン電圧Ｖｂｒ１より小さい状態では微小なリーク電流が流れ、ブレークダウン電圧Ｖｂｒ1より大きい場合はガイガーモードとなり、光子が入射すると大きなアバランシェ電流が発生する。同様に、ＳＰＡＤ２００ｂでは、逆バイアス電圧がブレークダウン電圧Ｖｂｒ２より小さい状態では微小なリーク電流が流れ、ブレークダウン電圧Ｖｂｒ２より大きい場合はガイガーモードとなり、光子が入射すると大きなアバランシェ電流が発生する。
【００２８】
図３では、３１０がＳＰＡＤ２００ａのＩ−Ｖ特性、３２０がＳＰＡＤ２００ｂのＩ−Ｖ特性を表している。
【００２９】
ここで、すべてのＳＰＡＤが光子を検出できる状態になるように、ブレークダウン電圧Ｖｂｒ２より大きな逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが定電圧として印加された場合について説明する。ＳＰＡＤ２００ａに逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加したときのアバランシェ電流はＩ１となり、ＳＰＡＤ２００ｂに逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加したときのアバランシェ電流がＩ２となる。すなわち、ブレークダウン電圧Ｖｂｒ１が小さいＳＰＡＤ２００ａのアバランシェ電流Ｉ１は、ブレークダウン電圧Ｖｂｒ２が大きいＳＰＡＤ２００ｂのアバランシェ電流Ｉ２よりも大きくなる。
【００３０】
このようにブレークダウン電圧のばらつきは、アバランシェ電流のばらつきとなる。つまり、ブレークダウン電圧にばらつきのある複数のＳＰＡＤに対して、全ＳＰＡＤが光子を検出できる状態になるような大きな逆バイアス電圧を定電圧として印加すると、ブレークダウン電圧の小さいＳＰＡＤではアバランシェ電流が大きくなり、消費電力の増大を招く。ブレークダウン電圧の小さいＳＰＡＤにとっては、全ＳＰＡＤがアバランシェ増倍を起こすような大きさの逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓは必要ではなく、過剰な電流が発生してしまうことになる。
【００３１】
本発明では上記点に注目し、本第１の実施形態における撮像素子１００では、光子を検出する状態において、電圧制御部１３０からＳＰＡＤ２００に印加する逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを周期的に変化させる。以下、本第１の実施形態における逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓの制御について詳細に説明する。
【００３２】
図４は、光子を検出する状態において、電圧制御部１３０により制御される逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓの一例を示す図である。図４において、横軸は光子を検出する状態における時刻ｔ、縦軸は逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを示す。本実施形態における逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓは、下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１（下限電圧）と上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２（上限電圧）との間で周期的に変化する。
【００３３】
まず、時刻ｔ１において、電圧制御部１３０は、ＳＰＡＤ２００に印加される逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１となるように制御する。なお、下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１は、図１の画素部１１０を構成する複数の画素１２０のうち、ブレークダウン電圧が最も小さいＳＰＡＤ２００ａのブレークダウン電圧Ｖｂｒ１よりも大きい電圧である。
【００３４】
時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを次第に大きくし、時刻ｔ２において、上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２とする。なお、上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２は、図１の画素部１１０を構成する複数の画素１２０のうち、ブレークダウン電圧が最も大きいＳＰＡＤ２００ｂのブレークダウン電圧Ｖｂｒ２よりも大きい電圧である。
【００３５】
時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを次第に小さくし、時刻ｔ３において、下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１とする。
【００３６】
このように、全ＳＰＡＤがアバランシェ増倍を起こすように常に一定の逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを印加するのではなく、本実施形態では、電圧制御部１３０は、光子検出状態において、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１と上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２との間を周期的に往復するように制御する。
【００３７】
次に、図５を用いて、ＳＰＡＤ２００ａに図４のような周期的に変化する逆バイアス電圧が印加されたときの消費電流について説明する。
【００３８】
図５は、ブレークダウン電圧Ｖｂｒ１が小さいＳＰＡＤ２００ａのＩ−Ｖ特性を示す。上述したように本実施形態では、電圧制御部１３０の制御により逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓは、下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１と上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２の間で周期的に制御される。下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１のときに光子が入射された場合に発生するアバランシェ電流が最も小さくＩｍｉｎとなる。また、上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２のときに光子が入射された場合に発生するアバランシェ電流が最も大きくＩｍａｘとなる。
【００３９】
図４に示すタイミングでは、時刻ｔ１において、１つの光子がＳＰＡＤ２００ａに入射した場合は、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１であるので、アバランシェ電流はＩｍｉｎとなる。また、時刻ｔ２において、１つの光子がＳＰＡＤ２００ａに入射した場合は、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２であるので、アバランシェ電流はＩｍａｘとなる。
【００４０】
つまり、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが上限逆バイアス電圧Ｖｂａｉｓ２となる時刻ｔ２以外のタイミングで光子が入射した場合においては、アバランシェ電流はＩｍａｘより小さくなるため、電流を抑制することができる。
【００４１】
上記の通り、本第１の実施形態によれば、光子を検出する状態において、電圧制御部１３０によって、ＳＰＡＤ２００に印加される逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを周期的に変化することにより、平均消費電力を抑制することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、電圧制御部１３０がすべてのＳＰＡＤ２００に印加する逆バイアス電圧を制御するので、画素１２０毎に逆バイアス電圧を変える機構に対して、画素１２０の回路構成を小さくすることができる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、電圧制御部１３０によって制御されるＳＰＡＤに印加される逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが三角波である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１と上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２の間で周期的に変化する電圧制御であれば良い。例えば、図６（ａ）に示す様なのこぎり波、図６（ｂ）に示す様な正弦波、図６（ｃ）に示す様に電圧が階段状に変化するものであっても、同様の効果が得られる。
【００４４】
また例えば、下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１は１０Ｖより大きく、上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２は３０Ｖより小さいことが考えられる。
【００４５】
なお、温度によりブレークダウン電圧は変化するため、温度計測部（不図示）を設け、計測された温度によって、下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１、上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２を、予め決めておいた基準値に対して調整するようにしても良い。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施形態における撮像素子１００の制御方法について説明する。なお、第２の実施形態における撮像素子１００の構成は、上述した第１の実施形態で説明したものと同様であるため、説明を省略する。以下の説明では、第１の実施形態と異なる点について絞って説明する。
【００４７】
図７は、図４と同じく、光子を検出する状態において、電圧制御部１３０により制御される逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓを示す図であり、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓは、下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１と上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２との間で周期的に変化する。ここで、ブレークダウン電圧が大きいＳＰＡＤ２００ｂに、周期的に変化する逆バイアス電圧が印加された場合について説明する。
【００４８】
時刻ｔ１１において、電圧制御部１３０は、ＳＰＡＤ２００に印加する逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１となるように制御する。
【００４９】
また、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３にかけて、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓは次第に大きくなり、時刻ｔ３において、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが上限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ２となる。
【００５０】
その後、時刻ｔ１３から時刻ｔ１５にかけて、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓは次第に小さくなり、時刻ｔ５において、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが下限逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓ１となる。
【００５１】
電圧制御部１３０は、光子検出状態において、時刻ｔ１からｔ５までの逆バイアス電圧の変化を周期的に繰り返すように制御する。
【００５２】
上記のように変化する逆バイアス電圧ＶｂｉａｓがＳＰＡＤ２００ｂに印加された場合、１周期の内、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４では、ＳＰＡＤ２００ｂのブレークダウン電圧Ｖｂｒ２よりも逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが大きいので、ＳＰＡＤ２００ｂは光子を検出できる状態となる。
【００５３】
一方、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２、及び、時刻ｔ１４から時刻ｔ１５の間は、ＳＰＡＤ２００ｂのブレークダウン電圧Ｖｂｒ２よりも逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓが小さいので、ＳＰＡＤ２００ｂは光子を検出できない状態となる。
【００５４】
一般的なＳＰＡＤを用いた受光素子において、デッドタイム（不感時間）と呼ばれる課題が知られている。ＳＰＡＤ２００に連続して光子が入射した場合、インバータ２２０の出力ノードに発生した信号パルスがＨｉｇｈからＬｏｗに戻る前に続けて新たな光子が入射した場合、信号パルスがＨｉｇｈのままとなり、２つめの光子がカウントされない。このように、１つの光子が入射してカウントしてから、次に入射した光子をカウントできるようになるまでの時間が、デットタイムと呼ばれている。
【００５５】
このデットタイムにより、照度が高い状態、つまり単位時間当たりの受光量が多い状態では、複数の信号パルスが重なってしまうため、光子のカウント値が実際の入射光子の数よりも低下してしまうこともある。
【００５６】
そこで、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓの周期をデッドタイムよりも短くすることで、ＳＰＡＤ２００ｂが光子を検出できない状態の影響を抑制することができる。
【００５７】
ブレークダウン電圧が大きいＳＰＡＤ２００ｂにとっては、逆バイアス電圧の周期が長い場合には、光子のカウント値が実際の入射光子の数よりも低下してしまうことがある。一方、前述したように、ＳＰＡＤには連続した光子をカウントできないデッドタイムと呼ばれる課題が潜在的に存在する。よって、デッドタイムよりも逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓがブレークダウン電圧Ｖｂｒ２より小さい時間（連続する時間では、時刻ｔ１４からｔ１６）が短ければ、カウント値の低下の影響を少なくすることができる。そこで、逆バイアス電圧Ｖｂｉａｓの周期を、デッドタイムよりも短くすることにより、ＳＰＡＤ２００ｂが光子を検出できない状態の影響を抑制することができる。
【００５８】
なお、温度によりブレークダウン電圧は変化するため、温度計測部（不図示）を設け、計測された温度によって、逆バイアス電圧の周期を、予め決めておいた基準値に対して調整するようにしてもよい。
【００５９】
また、照度あるいは絞りにより、連続して入射される光子の時間間隔は変化する。そのため、照度計測部（不図示）を設け、計測された照度、あるいは絞りの開口によって、逆バイアス電圧の周期を、予め決めておいた基準値に対して調整するようにしてもよい。
【００６０】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、撮像装置の概略構成を示すブロック図であり、撮像素子１１０１として、第１及び第２の実施形態で説明した撮像素子１００を用いる。
【００６１】
撮影レンズ１１１０は、レンズ駆動回路１１０９によってズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などが行われ、被写体の光学像を撮像素子１１０１に結像させる。撮像素子１１０１に結像された被写体の像は、電気的な画像信号に変換されて撮像素子１１０１から出力される。信号処理回路１１０３は、撮像素子１１０１から出力される画像信号に各種の補正を行ったり、データを圧縮したりする。
【００６２】
タイミング発生回路１１０２は、撮像素子１１０１を駆動するタイミング信号を出力する。全体制御・演算回路１１０４は、各種演算を行うとともに、撮像素子１１０１の動作を含む撮像装置全体の動作を制御する。信号処理回路１１０３が出力する画像データは、メモリ回路１１０５に一時的に記憶される。表示回路１１０６は、各種情報や撮影した画像を表示する。記録回路１１０７は、画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体に対して読み書きを行う回路である。操作回路１１０８は、スイッチ、ボタン、タッチパネルなどを代表とする入力デバイス群を含み、撮像装置に対するユーザ指示を受け付ける。
【００６３】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インターフェイス機器、スキャナ、ビデオカメラなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【００６４】
また、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憶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ー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。
【００６５】
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
【符号の説明】
【００６６】
１００：撮像素子、１１０：画素部、１２０：画素、１３０：電圧制御部、１４０：タイミング制御部、１５０：信号処理部、１６０：データ転送線、２００：ＳＰＡＤ、２１０：クエンチ素子、２２０：インバータ、２３０：カウンタ、２４０：読み出しスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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