(57)【要約】      （修正有）【課題】光子の数をより良好にカウントする固体撮像素子及び撮像装置を提供する。【解決手段】単位画素２０１は、光子の受光頻度に応じた頻度でパルスを発するフォトダイオード３０１Ａ〜３０１Ｄ、クエンチ抵抗３０２Ａ〜３０２Ｄ及び反転バッファ３０３Ａ〜３０３Ｄからなるパルス整形部３０４Ａ〜３０４Ｄをそれぞれ備える複数の受光部３００Ａ〜３００Ｄと、複数の受光部からそれぞれ出力されるパルスをカウントするカウンタ３０６とを備えている。パルス整形部３０４Ａ〜３０４Ｄは、パルス信号ＰＤ＿Ａ＿ｉｎｖ〜ＰＤ＿Ｄ＿ｉｎｖのエッジに基づいて、Ｈｉｇｈ状態の期間の短いパルス信号を生成し出力する。【選択図】図３
2019075610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子の受光頻度に応じた頻度でパルスを発するパルス生成部を備える受光部をそれぞれ複数備える複数の単位画素と、
前記複数の受光部からそれぞれ出力されるパルスをカウントするカウンタと
を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記パルス生成部から発せられるパルスを整形するパルス整形部を更に備え、
前記パルス整形部によって整形されたパルスが前記カウンタによってカウントされることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記パルス整形部は、前記パルス生成部から発せられるパルスのエッジの検出に応じて生成されるパルスを出力することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記パルス整形部によって整形されたパルスの幅は、前記パルス生成部から発せられるパルスの幅より狭いことを特徴とする請求項２又は３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記複数の受光部からそれぞれ出力されるパルスの前記カウンタへの入力を制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記制御部は、前記複数の受光部からそれぞれ出力されるパルスを前記カウンタに入力するか否かを制御することを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記パルス整形部によって整形されたパルスの幅は、前記パルス生成部から発せられるパルスの幅よりも広く、
複数の前記パルス整形部からそれぞれ出力されるパルスに応じたパルスの前記カウンタへの入力を制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
１つの前記単位画素に対して複数の前記カウンタが備えられており、
いずれの前記受光部から出力されるパルスを前記複数のカウンタのうちのいずれに入力するかを制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
１つの前記単位画素に対して備えられた前記カウンタの数は、前記１つの単位画素に備えられた前記受光部の数よりも少ないことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記パルス生成部は、アバランシェフォトダイオードを備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記パルス生成部は、第１の基板に備えられており、
前記カウンタは、前記第１の基板は異なる第２の基板に備えられていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記単位画素には、マイクロレンズが備えられていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
光子の受光頻度に応じた頻度でパルスを発するパルス生成部を備える受光部をそれぞれ複数備える複数の単位画素と、前記複数の受光部からそれぞれ出力されるパルスをカウントするカウンタとを備える固体撮像素子と、
前記固体撮像素子によって取得される信号に対して所定の処理を行う処理部と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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単一光子が入射すると、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、単一光子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）とされる。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−８１２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、大量の光子がアバランシェフォトダイオードに入射した場合には、光子の数を必ずしも正確にカウントし得ない。
本発明の目的は、光子の数をより良好にカウントし得る固体撮像素子及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の一観点によれば、光子の受光頻度に応じた頻度でパルスを発するパルス生成部を備える受光部をそれぞれ複数備える複数の単位画素と、前記複数の受光部からそれぞれ出力されるパルスをカウントするカウンタとを備えることを特徴とする固体撮像素子が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光子の数をより良好にカウントし得る固体撮像素子及び撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態による撮像装置を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態による固体撮像素子を示す図である。
【図３】第１実施形態による固体撮像素子を示す図である。
【図４】第１実施形態による固体撮像素子の動作の例を示すタイミングチャートである。
【図５】第１実施形態による固体撮像素子を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態による固体撮像素子を示す図である。
【図７】第３実施形態による固体撮像素子を示す図である。
【図８】第３実施形態による固体撮像素子の動作の例を示すタイミングチャートである。
【図９】第４実施形態による固体撮像素子の単位画素を示す平面図である。
【図１０】第４実施形態による固体撮像素子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施の形態について図面を参照して以下に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【０００９】
［第１実施形態］
第１実施形態による固体撮像素子及び撮像装置について図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１００を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態による撮像装置１００は、固体撮像素子１０３と、信号処理部１０４と、タイミング発生部１０５と、制御部１０６と、メモリ１０７と、記録部１０８と、操作部１０９と、表示部１１０とを備えている。撮像装置１００には、撮像光学系１１１が備えられる。撮像光学系１１１は、撮像レンズ１０１と、絞り１０２とを備えている。図１における破線は、撮像光学系１１１の光軸を示している。撮像レンズ１０１及び絞り１０２を通過した光は、撮像レンズ１０１の焦点位置近傍に結像される。なお、ここでは、１つのレンズが図示されているが、実際には、撮像レンズ１０１は複数のレンズによって構成されている。撮像光学系１１１は、撮像装置１００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。記録部１０８には、記録媒体が備えられる。記録媒体は、記録部１０８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。
【００１０】
固体撮像素子１０３は、撮像レンズ１０１によって撮像面に結像される被写体の光学像を光電変換することによって画像信号を取得する。信号処理部１０４は、固体撮像素子１０３から出力される画像信号（画像データ）に対して所定の信号処理を行う。所定の信号処理としては、増幅、基準レベル調整、データの並べ替え等が挙げられる。タイミング発生部（タイミング発生回路）１０５は、固体撮像素子１０３及び信号処理部１０４に制御信号（駆動タイミング信号）を供給する。
【００１１】
制御部（全体制御・演算部）１０６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１０６は、信号処理部１０４から出力される画像信号に対して、所定の画像処理、所定の欠陥補正等を行う。メモリ１０７としては、例えば不揮発性メモリが用いられる。メモリ１０７には、制御部１０６から出力される画像データ等が保持される。メモリ１０７は、制御部１０６のワークエリアとしても用いられ得る。記録部１０８には、メモリカード等の記録媒体が備えられる。記録媒体には、制御部１０６から出力される画像データ等が記録される。操作部１０９は、撮像装置１００に備えられた操作部材からの信号を受け付ける。ユーザによる操作に応じた信号が、操作部１０９から制御部１０６に入力される。表示部１１０は、固体撮像素子１０３によって取得される撮影画像、ライブビュー画像等を表示する。また、表示部１１０は、各種設定画面の表示をも行い得る。
【００１２】
次に、本実施形態による固体撮像素子１０３の構成について図２及び図３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１０３を示す図である。図２に示すように、固体撮像素子１０３は、画素アレイ（画素領域）２００と、垂直選択回路２０２と、水平選択回路２０３と、タイミング発生部（ＴＧ：Ｔｉｍｉｎｇ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０４と、デジタル出力部２０５と、制御部２０６とを備えている。画素アレイ２００には、複数の単位画素２０１が行列状に配置されている。図２においては、４行４列の計１６個の単位画素２０１が図示されているが、実際には、画素アレイ２００には、数千万個の単位画素２０１が配列されている。
【００１３】
垂直選択回路２０２は、画素アレイ２００に備えられた単位画素２０１をスイッチ２０７によって１行単位で選択する。水平選択回路２０３は、画素アレイ２００に備えられた単位画素２０１をスイッチ２０８によって１列単位で選択する。垂直選択回路２０２と水平選択回路２０３とにより選択された単位画素２０１によって取得された信号は、デジタル出力部２０５を介して固体撮像素子１０３の外部に出力される。
タイミング発生部２０４は、垂直選択回路２０２、水平選択回路２０３及び制御部２０６に制御信号を供給することにより、これらの駆動を制御する。
【００１４】
図３は、本実施形態による固体撮像素子１０３を示す図である。図３には、単位画素２０１の構成が示されている。単位画素２０１は、センサ部３０７と、計数部３０８とを備えている。センサ部３０７は、受光部３００を複数備えている。受光部一般について説明する際には、符号３００を用い、個々の受光部について説明する際には、符号３００Ａ〜３００Ｄを用いることとする。計数部３０８には、ＯＲ回路３０５とカウンタ３０６とが備えられている。なお、図３に示す例においては、４つの受光部３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄが示されているが、受光部３００の数は４つに限定されるものではない。
【００１５】
受光部３００は、フォトダイオード３０１と、クエンチ抵抗３０２と、反転バッファ３０３と、パルス整形部（パルス整形回路）３０４とを備えている。なお、フォトダイオード一般について説明する際には、符号３０１を用い、個々のフォトダイオードについて説明する際には、符号３０１Ａ〜３０１Ｄを用いることとする。また、クエンチ抵抗一般について説明する際には、符号３０２を用い、個々のクエンチ抵抗について説明する際には、符号３０２Ａ〜３０２Ｄを用いることとする。また、反転バッファ一般について説明する際には、符号３０３を用い、個々の反転バッファについて説明する際には、符号３０３Ａ〜３０３Ｄを用いることとする。また、パルス整形部一般について説明する際には、符号３０４を用い、個々のパルス整形部について説明する際には、符号３０４Ａ〜３０４Ｄを用いることとする。
【００１６】
フォトダイオード３０１は、アバランシェフォトダイオードである。フォトダイオード３０１には、クエンチ抵抗３０２を介して降伏電圧以上のバイアス電圧Ｖｂｉａｓが印加される。このため、フォトダイオード３０１は、ガイガーモードで動作する。すなわち、フォトダイオード３０１に光子（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し、アバランシェ電流が発生する。クエンチ抵抗３０２は、フォトダイオード３０１のアバランシェ増倍現象を停止するための抵抗素子である。クエンチ抵抗３０２は、例えばトランジスタの抵抗成分を用いて構成し得る。フォトダイオード３０１においてアバランシェ増倍現象が生じ、フォトダイオード３０１にアバランシェ電流が流れると、クエンチ抵抗３０２において電圧降下が生じ、フォトダイオード３０１に印加されるバイアス電圧が降下する。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は停止する。その結果、アバランシェ電流がフォトダイオード３０１に流れなくなり、フォトダイオード３０１にバイアス電圧Ｖｂｉａｓが再び印加される状態に戻る。反転バッファ３０３は、クエンチ抵抗３０２において生じる電圧変化に応じたパルス信号を出力する。このように、フォトダイオード３０１に光子が入射すると、反転バッファ３０３からパルス信号を出力させることができる。信号ＰＤは、フォトダイオード３０１及びクエンチ抵抗３０２によって生成される信号である。フォトダイオード３０１及びクエンチ抵抗３０２によって生成される信号一般について説明する際には、符号ＰＤを用いることとする。フォトダイオード３０１Ａ〜３０１Ｄ及びクエンチ抵抗３０２Ａ〜３０２Ｄによって生成される個々の信号について説明する際には、符号ＰＤ＿Ａ〜ＰＤ＿Ｄを用いることとする。パルス信号ＰＤ＿ｉｎｖは、反転バッファ３０３から出力されるパルス信号である。反転バッファ３０３から出力されるパルス信号一般について説明する際には、符号ＰＤ＿ｉｎｖを用い、反転バッファ３０３Ａ〜３０３Ｄから出力される個々のパルス信号について説明する際には、符号ＰＤ＿Ａ＿ｉｎｖ〜ＰＤ＿Ｄ＿ｉｎｖを用いることとする。図３に示すように、信号ＰＤの電圧が閾値Ｖｔｈより低くなっている間、パルス信号ＰＤ＿ｉｎｖはＨｉｇｈレベルとなる。フォトダイオード３０１、クエンチ抵抗３０２及び反転バッファ３０３は、光子の受光頻度に応じた頻度でパルスを発するパルス生成部として機能し得る。
【００１７】
反転バッファ３０３から出力されるパルス信号ＰＤ＿ｉｎｖは、パルス整形部３０４に入力される。パルス整形部３０４は、反転バッファ３０３から出力されるパルス信号ＰＤ＿ｉｎｖに対してエッジ検出を行う。具体的には、パルス整形部３０４は、反転バッファ３０３から出力されるパルス信号ＰＤ＿ｉｎｖの立ち上がりエッジを検出する。パルス整形部３０４は、パルス信号ＰＤ＿ｉｎｖのエッジに基づいて、図３に示すように、細いパルス、すなわち、Ｈｉｇｈ状態の期間の短いパルス信号ＰＬＳを生成し、生成したパルス信号ＰＬＳを出力する。パルス整形部３０４によって整形されたパルス信号ＰＬＳの幅は、反転バッファ３０３から出力されるパルス信号ＰＤ＿ｉｎｖの幅よりも狭い。パルス整形部３０４によって整形されたパルス信号一般について説明する際には、符号ＰＬＳを用い、パルス整形部３０４によって整形された個々のパルス信号について説明する際には、符号ＰＬＳ＿Ａ〜ＰＬＳ＿Ｄを用いることとする。このように、本実施形態では、パルス整形部３０４によってパルス信号ＰＬＳ＿ｉｎｖを整形することにより、Ｈｉｇｈ状態の期間の短いパルス信号ＰＬＳを生成する。このような幅の短いパルス信号ＰＬＳを生成するのは、後述するように、検出できない光子を少なくするためである。
【００１８】
パルス整形部３０４Ａ〜３０４Ｄからそれぞれ出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ａ〜ＰＬＳ＿Ｄは、ＯＲ回路（ＯＲゲート）３０５に入力される。ここでは、４入力、１出力のＯＲ回路３０５を例に説明するが、ＯＲ回路３０５は、これに限定されるものではない。ＯＲ回路３０５から出力される信号は、カウンタ３０６に入力される。カウンタ３０６は、ＯＲ回路３０５から出力される信号、即ち、ＯＲ回路３０５から出力されるパルスをカウントする。
【００１９】
図３に示す例においては、単位画素２０１は、４つの受光部３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄを備えている。そして、これらの受光部３００Ａ〜３００Ｄから出力されるパルスがＯＲ回路３０５を介してカウンタ３０６によってカウントされる。すなわち、図３に示す例においては、複数の受光部３００が１つのカウンタ３０６を共有している。
【００２０】
このように、１つの単位画素２０１に複数の受光部３００Ａ〜３００Ｄを備えるようにすることにより、光子を検出し得ない期間を減らすことが可能となる。例えば、単位画素２０１に１つの受光部３００のみが備えられている場合には、当該受光部３００に備えられたフォトダイオード３０１においてアバランシェ増倍が生じている期間においては、光子が更に当該受光部３００に入射しても、その光子を検出し得ない。すなわち、かかる場合には、光子を検出し得ない時間が生じてしまう。一方、本実施形態のように、単位画素２０１に複数の受光部３００が備えられていれば、異なる受光部３００に光子が入射する可能性が高くなる。ある受光部３００に光子が入射し、当該受光部３００においては光子の検出を行い得ない状態になっていても、当該受光部３００が備えられた単位画素２０１に備えられた他の受光部３００は、光子を検出し得る状態になっている。このため、当該他の受光部３００に光子が入射した場合には、当該他の受光部３００において光子を検出し得る。このように、本実施形態によれば、光子を検出し得ない時間を少なくすることができる。
【００２１】
また、本実施形態では、複数の受光部３００が１つのカウンタ３０６を共有している。各々の受光部３００に対してカウンタ３０６をそれぞれ設けた場合には、回路規模が大きくなってしまうが、本実施形態では、複数の受光部３００が１つのカウンタ３０６を共有しているため、回路規模の増大を抑制し得る。
【００２２】
続いて、本実施形態による固体撮像素子１０３の動作について図４を用いて説明する。図４は、本実施形態による固体撮像素子１０３の動作の例を示すタイミングチャートである。信号ＰＤ＿Ａ、ＰＤ＿Ｂ、ＰＤ＿Ｃ、ＰＤ＿Ｄは、上述したように、フォトダイオード３０１Ａ〜３０１Ｄ及びクエンチ抵抗３０２Ａ〜３０２Ｄによってそれぞれ生成される信号である。パルス信号ＰＤ＿Ａ＿ｉｎｖ、ＰＤ＿Ｂ＿ｉｎｖ、ＰＤ＿Ｃ＿ｉｎｖ、ＰＤ＿Ｄ＿ｉｎｖは、上述したように、反転バッファ３０３Ａ〜３０３Ｄからそれぞれ出力される信号である。パルス信号ＰＬＳ＿Ａ、ＰＬＳ＿Ｂ、ＰＬＳ＿Ｃ、ＰＬＳ＿Ｄは、上述したように、パルス整形部３０４Ａ〜３０４Ｄによってそれぞれ整形されたパルス信号である。リセット信号ＣＮＴ＿ＲＳＴは、カウンタ３０６をリセットするための信号であり、制御部２０６からカウンタ３０６に供給される。イネーブル信号ＣＮＴ＿ＥＮは、カウンタ３０６をイネーブル状態にするための信号であり、制御部２０６からカウンタ３０６に供給される。リセット信号ＣＮＴ＿ＲＳＴがＨｉｇｈレベルになると、カウンタ３０６はカウンタをリセットする。また、カウンタ３０６は、イネーブル信号ＣＮＴ＿ＥＮがＨｉｇｈレベルとなっている期間のみ、パルス信号をカウントする。すなわち、イネーブル信号ＣＮＴ＿ＥＮによって露光時間を制御することができる。カウント値ＣＮＴは、カウンタ３０６によってカウントされたパルス信号の数を示している。
【００２３】
露光開始に先立って、タイミングｔ４００においてリセット信号ＣＮＴ＿ＲＳＴをＨｉｇｈレベルにし、タイミングｔ４０１においてリセット信号ＣＮＴ＿ＲＳＴをＬｏｗレベルにする。これにより、カウンタ３０６のカウント値がリセットされる。
タイミングｔ４０１において、イネーブル信号ＣＮＴ＿ＥＮをＨｉｇｈレベルにする。これにより、カウンタ３０６がパルス信号をカウント可能な状態となる（撮影開始）。
【００２４】
タイミングｔ４０２において、フォトダイオード３０１Ａに光子が入射すると、アバランシェ増倍が生じ、信号ＰＤ＿Ａの電位が変化する。クエンチ抵抗３０２Ａを介して電荷が排出されるため、信号ＰＤ＿Ａが再び一定の電位に戻るまである程度の時間を要する。信号ＰＤ＿Ａの電圧変化に応じて、反転バッファ３０３Ａによってパルス信号ＰＤ＿Ａ＿ｉｎｖが生成される。そして、パルス整形部３０４Ａによってパルス信号ＰＤ＿Ａ＿ｉｎｖのエッジが検出され、Ｈｉｇｈ状態の期間の短いパルス信号ＰＬＳ＿Ａがパルス整形部３０４Ａから出力される。反転バッファ３０３Ａから出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ａ＿ｉｎｖは、タイミングｔ４０２からタイミングｔ４０３までの間だけＨｉｇｈレベルとなる。パルス整形部３０４Ａによって整形されたパルス信号ＰＬＳ＿ＡがＨｉｇｈ状態と期間は、反転バッファ３０３Ａから出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ａ＿ｉｎｖがＨｉｇｈ状態となる期間よりも短い。タイミングｔ４０２においてＨｉｇｈレベルとなったパルス信号ＰＬＳ＿Ａは、ＯＲ回路３０５を介してカウンタ３０６に入力される。これにより、カウント値ＣＮＴが０から１に変化する。
【００２５】
タイミングｔ４０３以降においても、上記と同様にして光子が順次カウントされる。イネーブル信号ＣＮＴ＿ＥＮがＬｏｗレベルになるタイミングｔ４０４（撮影終了）まで、光子のカウントが行われる。単位画素２０１に備えられた受光部３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄに光子がそれぞれ入射すると、受光部３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄの各々においてパルス信号ＰＬＳ＿Ａ〜ＰＬＳ＿Ｄが生成される。そして、カウンタ３０６によって当該パルス信号ＰＬＳ＿Ａ〜ＰＬＳ＿Ｄがカウントされる。つまり、光子の入射数に応じたカウント値がカウンタ３０６によって得られ、こうして得られるカウント値が単位画素２０１の画素値（撮像信号値）となる。
【００２６】
撮影が終了するタイミングｔ４０４の後、垂直選択回路２０２及び水平選択回路２０３によって単位画素２０１が順次選択され、各々の単位画素２０１に備えられたカウンタ３０６によって得られたカウント値がデジタル出力部２０５に順次供給される。デジタル出力部２０５は、このようにして順次供給されるカウント値を、固体撮像素子１０３の外部に順次出力する。
【００２７】
図４で示す例においては、フォトダイオード３０１Ａに入射した１つ目の光子に応じて電位変化が生じた信号ＰＤ＿Ａが元の電位に復帰しようとしている最中に、フォトダイオード３０１Ｂに２つ目の光子が入射し、信号ＰＤ＿Ｂに電位変化が生じている。１つの単位画素２０１に備えられている受光部３００が１つのみであれば、このような場合には、２つ目の光子の検出は不可能である。これに対し、本実施形態では、１つの単位画素２０１に複数の受光部３００が備えられているため、２つ目の光子を検出することが可能である。しかも、単位画素２０１に備えられた受光部３００によって検出された光子に応じたパルス信号を共通のカウンタ３０６によってカウントするため、回路規模の増大を防止することができる。しかも、Ｈｉｇｈ状態の期間の短いパルス信号ＰＬＳがパルス整形部３０４によって生成されるため、近いタイミングで２つの光子が単位画素２０１に入射した場合であっても、これらをカウントすることが可能となる。
【００２８】
図５は、本実施形態による固体撮像素子を示す斜視図である。図５に示すように、固体撮像素子１０３は、２つの基板（半導体チップ）５０１，５０２を積層することによって構成されている。図５に示すように、固体撮像素子１０３は、撮像光学系１１１によって形成される光学像を受光する基板（上部基板）５０１と、主としてデジタル系の回路を備える基板（下部基板）５０２とから構成されている。単位画素２０１は、上述したように、センサ部３０７と計数部３０８とを備えている。単位画素２０１のうちのセンサ部３０７は、基板５０１に形成されている。単位画素２０１のうちの計数部３０８は、基板５０２に形成されている。複数のセンサ部３０７が、基板５０１に行列状に配列されている。複数の計数部３０８が、基板５０２に行列状に配列されている。複数のセンサ部３０７の各々と、これらのセンサ部３０７に対応する複数の計数部３０８の各々とが、基板５０１に形成された不図示の複数の貫通電極をそれぞれ介して、互いに電気的に接続されている。こうして、複数の単位画素２０１がマトリクス状に配されている。上述したように、センサ部３０７には、フォトダイオード３０１と、クエンチ抵抗３０２と、反転バッファ３０３と、パルス整形部３０４とが備えられている。センサ部３０７から計数部３０８に伝送される信号はパルス信号であるため、センサ部３０７から計数部３０８への伝送は比較的ロバストである。計数部３０８には、上述したように、ＯＲ回路３０５と、カウンタ３０６とが備えられている。垂直選択回路２０２と、水平選択回路２０３と、タイミング発生部２０４と、デジタル出力部２０５と、制御部２０６とは、基板５０２に備えられている。なお、ここでは、垂直選択回路２０２と、水平選択回路２０３と、タイミング発生部２０４と、デジタル出力部２０５と、制御部２０６とが、基板５０２に備えられている場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。例えば、これらの構成要素が適宜基板５０１に備えられていてもよい。
【００２９】
このように、本実施形態では、センサ部３０７が基板５０１に形成されており、計数部３０８が基板５０２に形成されている。回路規模が大きい計数部３０８が、センサ部３０７が備えられている基板５０１とは別個の基板５０２に備えられているため、センサ部３０７の面積を十分に確保することができる。このため、センサ部３０７の開口面積を十分に確保することができる。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、１つの単位画素２０１に複数の受光部３００が備えられている。このため、本実施形態によれば、ある受光部３００において光子の検出が行われている際に、当該受光部３００が備えられた単位画素２０１に備えられた他の受光部３００において光子の検出を行い得る。このため、本実施形態によれば、大量の光子が単位画素２０１に入射した場合であっても、カウントし得ない光子を少なくすることができる。しかも、本実施形態によれば、反転バッファ３０３から出力されるパルス信号ＰＤ＿ｉｎｖよりもパルス幅の狭いパルス信号ＰＬＳがパルス整形部３０４から出力される。このため、本実施形態によれば、大量の光子が単位画素２０１に入射した際にカウントされ得ない光子の数をより少なくすることができる。このように、本実施形態によれば、光子の数をより良好にカウントし得る固体撮像素子及び撮像装置を提供することができる。
また、本実施形態によれば、１つの単位画素２０１に備えられた受光部３００の数よりも１つの単位画素２０１に備えられたカウンタ３０６の数の方が少ないため、回路規模の抑制をも図り得る。
【００３１】
［第２実施形態］
第２実施形態による固体撮像素子及び撮像装置について図６を用いて説明する。図１乃至図５に示す第１実施形態による固体撮像素子及び撮像装置と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【００３２】
本実施形態による固体撮像素子は、受光部３００Ａ〜３００ＰとＯＲ回路３０５との間にスイッチ６０２Ａ〜６０２Ｐが備えられているものである。本実施形態では、カウンタ３０６によってカウントされ得る受光部３００Ａ〜３００Ｐの数を、スイッチ６０２Ａ〜６０２Ｐによって制御することが可能である。
【００３３】
図６は、本実施形態による固体撮像素子１０３に備えられた単位画素２０１の例を示す図である。図６に示すように、単位画素２０１には、センサ部６００と、計数部６０１とが備えられている。センサ部６００には、例えば４行×４列の合計１６個の受光部３００が備えられている。なお、受光部一般について説明する際には、符号３００を用い、個々の受光部について説明する際には、符号３００Ａ〜３００Ｐを用いることとする。計数部６０１には、スイッチ６０２と、ＯＲ回路３０５と、カウンタ３０６とが備えられている。なお、スイッチ一般について説明する際には、符号６０２を用い、個々のスイッチについて説明する際には、符号６０２Ａ〜６０２Ｐを用いることとする。ＯＲ回路３０５は、ＯＲ回路３０５Ａ〜３０５Ｅによって構成されている。スイッチ６０２は、受光部３００とＯＲ回路３０５との間に設けられている。本実施形態による固体撮像素子１０３は、図１を用いて上述した撮像装置１００に備えられ得る。
【００３４】
受光部３００Ａ〜３００Ｐからそれぞれ出力されるパルス信号ＰＬＳは、ＯＲ回路３０５を介してカウンタ３０６に入力される。受光部３００とＯＲ回路３０５との間には、上述したように、スイッチ（選択スイッチ）６０２が設けられている。受光部３００Ａ〜３００Ｄから出力されるパルス信号ＰＬＳは、スイッチ６０２Ａ〜６０２Ｄをそれぞれ介してＯＲ回路３０５Ａに入力される。受光部３００Ｅ〜３００Ｈから出力されるパルス信号ＰＬＳは、スイッチ６０２Ｅ〜６０２Ｈをそれぞれ介してＯＲ回路３０５Ｂに入力される。受光部３００Ｉ〜３００Ｌから出力されるパルス信号ＰＬＳは、スイッチ６０２Ｉ〜６０２Ｌをそれぞれ介してＯＲ回路３０５Ｃに入力される。受光部３００Ｍ〜３００Ｐから出力されるパルス信号ＰＬＳは、スイッチ６０２Ｍ〜６０２Ｐをそれぞれ介してＯＲ回路３０５Ｄに入力される。ＯＲ回路３０５Ａ〜３０５Ｄからそれぞれ出力されるパルス信号は、ＯＲ回路３０５Ｅに入力される。ＯＲ回路３０５Ｅから出力されるパルス信号は、カウンタ３０６によって計数される。
【００３５】
制御部２０６は、スイッチ６０２のＯＮ／ＯＦＦを制御する。スイッチ６０２をＯＮ状態にすることによって、当該スイッチ６０２に対応する受光部３００がカウンタ３０６によるカウントの対象となる。従って、スイッチ６０２を適宜制御することによって、カウンタ３０６によるカウントの対象となる受光部３００の数を制御し得る。本実施形態では、カウンタ３０６によるカウントの対象となる受光部３００の数を制御し得るため、露光量を制御することが可能となる。例えば図６に示すように、１６個のスイッチ６０２のうちの８個をＯＦＦ状態にすると、ＯＦＦ状態になったスイッチ６０２に対応する受光部３００に入射した光子はカウンタ３０６によってカウントされない。図６においてハッチングが付された受光部３００は、カウンタ３０６によるカウントの対象となっていない受光部３００を示している。このように、１６個のスイッチ６０２のうちの８個をＯＦＦ状態にすれば、露光量を半分にすることができる。
【００３６】
なお、図６に示す例においては、４入力１出力のＯＲ回路３０５Ａ〜３０５Ｄの後段に４入力１出力のＯＲ回路３０５Ｅが備えられているが、ＯＲ回路３０５の構成はこのような構成に限定されるものではない。
このように、本実施形態によれば、受光部３００とカウンタ３０６との間にスイッチ６０２が設けられている。このため、本実施形態によれば、スイッチ６０２を適宜制御することにより、露光量を適宜制御することができる。
【００３７】
［第３実施形態］
第３実施形態による固体撮像素子及び撮像装置について図７及び図８を用いて説明する。図１乃至図６に示す第１又は第２実施形態による固体撮像素子及び撮像装置と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による固体撮像素子は、受光部７００Ａ〜７００Ｄの各々に光子が同時に入射した場合であっても、これらの光子をそれぞれカウントし得るものである。
【００３８】
図７は、本実施形態による固体撮像素子１０３を示す図である。単位画素２０１には、センサ部７０３と、計数部７０４とが備えられている。センサ部７０３には、複数の受光部７００が備えられている。受光部一般について説明する際には、符号７００を用い、個々の受光部について説明する際には、符号７００Ａ〜７００Ｄを用いることとする。受光部７００には、第１実施形態における受光部３００と同様に、フォトダイオード３０１、クエンチ抵抗３０２及び反転バッファ３０３が備えられている。受光部７００には、パルス整形部３０４（図３参照）の代わりにパルス整形部７０１が備えられている。パルス整形部一般について説明する際には、符号７０１を用い、個々のパルス整形部について説明する際には、符号７０１Ａ〜７０１Ｄを用いることとする。また、受光部７００には、ＡＮＤ回路７０２が備えられている。ＡＮＤ回路一般について説明する際には、符号７０２を用い、個々のＡＮＤ回路について説明する際には、符号７０２Ａ〜７０２Ｄを用いることとする。パルス整形部７０１とＡＮＤ回路７０２には、制御部２０６から供給される制御信号が入力される。計数部７０４には、ＯＲ回路３０５と、カウンタ３０６とが備えられている。
【００３９】
パルス整形部７０１は、反転バッファ３０３から供給されるパルス信号ＰＤ＿ｉｎｖに対してエッジ検出を行い、制御部２０６から供給される制御信号に応じて、Ｈｉｇｈ状態の期間の長いパルス信号ＰＬＳを生成して出力する。パルス整形部７０１によって整形されるパルスの幅は、反転バッファ３０３から出力されるパルスの幅よりも大きい。パルス整形部７０１から出力されるパルス信号ＰＬＳの幅は１つの単位画素２０１に備えられる受光部７００の数に依存しており、１つの単位画素２０１に備えられる受光部７００の数が大きいほどパルス信号ＰＬＳの幅は長く設定される。パルス整形部７０１から出力されるパルス信号ＰＬＳのパルス幅の決定手法については、後述することとする。パルス整形部７０１から出力されるパルス信号ＰＬＳは、ＡＮＤ回路７０２の一方の入力端子に入力される。ＡＮＤ回路７０２の他方の入力端子には、制御部２０６から供給される制御信号Ｓが入力される。制御信号一般について説明する際には、符号Ｓを用い、個々の制御信号について説明する際には、符号Ｓ＿Ａ〜Ｓ＿Ｄを用いることとする。制御部２０６からＡＮＤ回路７０２に供給される制御信号Ｓは、単位画素２０１に備えられた複数の受光部７００Ａ、７００Ｂ、７００Ｃ、７００Ｄの各々から出力されるパルス信号ＰＬＳのサンプリングのタイミングを制御するためのものである。制御部２０６は、互いに異なるタイミングでＨｉｇｈ状態になる制御信号Ｓ＿Ａ〜Ｓ＿Ｄを、ＡＮＤ回路７０２Ａ〜７０２Ｄの各々に供給する。このため、受光部７００Ａ〜７００Ｄの各々に同時に光子が入射した場合であっても、これらの光子をそれぞれ検出し得る。例えば、制御部２０６は、１クロックずつタイミングをずらした制御信号Ｓ＿Ａ〜Ｓ＿ＤをＡＮＤ回路７０２Ａ〜７０２Ｄに繰り返し供給する。また、制御部２０６は、１つの単位画素２０１に備えられる受光部７００の数とクロック信号の周期とを乗ずることにより得られる期間がＨｉｇｈ状態となる期間である制御信号を、パルス整形部７０１に供給する。例えば、図７に示すように、１つの単位画素２０１に４つの受光部７００が備えられている場合には、制御部２０６は、クロック信号の４倍のパルス幅を有する制御信号を、パルス整形部７０１に供給する。パルス整形部７０１は、このような制御信号に基づいて、パルス整形部７０１から出力されるパルスの幅を設定する。ＡＮＤ回路７０２から出力される信号ＯＵＴは、ＯＲ回路３０５に供給される。ＡＮＤ回路７０２から出力される信号一般について説明する際には、符号ＯＵＴを用い、個々のＡＮＤ回路７０２から出力される信号について説明する際には、符号ＯＵＴ＿Ａ〜ＯＵＴ＿Ｄを用いることとする。ＯＲ回路３０５から出力される信号は、カウンタ３０６に供給される。
【００４０】
続いて、本実施形態における固体撮像素子１０３の動作について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態による固体撮像素子１０３の動作の例を示すタイミングチャートである。信号ＰＤ＿Ａ、ＰＤ＿Ｂ、ＰＤ＿Ｃ、ＰＤ＿Ｄは、第１実施形態において上述したように、フォトダイオード３０１Ａ〜３０１Ｄ及びクエンチ抵抗３０２Ａ〜３０２Ｄによってそれぞれ生成される信号である。パルス信号ＰＬＳ＿Ａ、ＰＬＳ＿Ｂ、ＰＬＳ＿Ｃ、ＰＬＳ＿Ｄは、パルス整形部７０１Ａ〜７０１Ｄによってそれぞれ整形されるパルス信号である。制御信号Ｓ＿Ａ〜Ｓ＿Ｄは、制御部２０６からＡＮＤ回路７０２Ａ〜７０２Ｄにそれぞれ供給され、互いに異なるタイミングでＨｉｇｈ状態となる。信号ＯＵＴ＿Ａ〜ＯＵＴ＿Ｄは、ＡＮＤ回路７０２Ａ〜７０２Ｄからそれぞれ出力される信号であり、ＯＲ回路３０５に供給される。リセット信号ＣＮＴ＿ＲＳＴは、第１実施形態において上述したように、カウンタ３０６をリセットするための信号であり、制御部２０６からカウンタ３０６に供給される。イネーブル信号ＣＮＴ＿ＥＮは、第１実施形態において上述したように、カウンタ３０６をイネーブル状態にするための信号であり、制御部２０６からカウンタ３０６に供給される。リセット信号ＣＮＴ＿ＲＳＴがＨｉｇｈレベルになると、カウンタ３０６はカウンタをリセットする。また、カウンタ３０６は、イネーブル信号ＣＮＴ＿ＥＮがＨｉｇｈレベルとなっている期間のみ、パルス信号をカウントする。カウント値ＣＮＴは、カウンタ３０６によってカウントされたパルス信号の数を示している。
【００４１】
露光開始に先立って、タイミングｔ８００においてリセット信号ＣＮＴ＿ＲＳＴをＨｉｇｈレベルにし、タイミングｔ８０１においてリセット信号ＣＮＴ＿ＲＳＴをＬｏｗレベルにする。これにより、カウンタ３０６のカウント値がリセットされる。
タイミングｔ８０１において、イネーブル信号ＣＮＴ＿ＥＮをＨｉｇｈレベルにする。これにより、カウンタ３０６がパルス信号をカウントし得る状態となる（撮影開始）。
【００４２】
タイミングｔ８０２において、フォトダイオード３０１Ａに光子が入射すると、アバランシェ増倍が生じ、信号ＰＤ＿Ａの電位が変化する。クエンチ抵抗３０２Ａを介して電荷が排出されるため、信号ＰＤ＿Ａが再び一定の電位に戻るまである程度の時間を要する。信号ＰＤ＿Ａの電圧変化に応じて、反転バッファ３０３Ａによってパルス信号ＰＤ＿Ａ＿ｉｎｖが生成される。そして、パルス整形部７０１Ａによってパルス信号ＰＤ＿Ａ＿ｉｎｖのエッジが検出され、Ｈｉｇｈ状態の期間の長いパルス信号ＰＬＳ＿Ａがパルス整形部７０１Ａから出力される。パルス信号ＰＬＳ＿Ａは、タイミングｔ８０２からタイミングｔ８０６までの間、Ｈｉｇｈレベルとなる。パルス信号ＰＬＳがＨｉｇｈレベルとなる期間は、例えば４クロック分に相当する。即ち、パルス信号ＰＬＳがＨｉｇｈレベルとなる期間は、制御信号Ｓ＿Ａ、Ｓ＿Ｂ、Ｓ＿Ｃ、Ｓ＿Ｄが１回ずつＨｉｇｈ状態になる期間に相当する。パルス信号ＰＬＳがＨｉｇｈレベルとなる期間は、アバランシェ増倍によって電位の変化が生じた信号ＰＤが、再び一定の電位に戻るまでの時間より長いことが好ましい。時刻ｔ８０２においては、フォトダイオード３０１Ｂにも別の光子が入射され、パルス信号ＰＬＳ＿ＡがＨｉｇｈレベルになるのと同じタイミングでパルス信号ＰＬＳ＿ＢもＨｉｇｈレベルになる。
【００４３】
タイミングｔ８０３からタイミングｔ８０４までの間は、制御信号Ｓ＿ＢがＨｉｇｈレベルになる。パルス信号ＰＬＳ＿ＢがＨｉｇｈレベルになっている状態で、制御信号Ｓ＿ＢがＨｉｇｈレベルになると、ＡＮＤ回路７０２Ｂから出力される信号ＯＵＴ＿ＢはＨｉｇｈレベルとなる。ＡＮＤ回路７０２Ｂから出力されるＨｉｇｈレベルの信号ＯＵＴ＿Ｂが、ＯＲ回路３０５を介してカウンタ３０６に入力される。これにより、カウント値ＣＮＴが０から１に変化する。こうして、受光部７００Ｂに入射した光子がカウントされる。
【００４４】
受光部７００Ａに入射した光子は、以下のようにしてカウントされる。即ち、タイミングｔ８０５からタイミングｔ８０６までの間において、制御信号Ｓ＿ＡがＨｉｇｈレベルになる。パルス信号ＰＬＳ＿ＡがＨｉｇｈレベルになっている状態で、制御信号Ｓ＿ＡがＨｉｇｈレベルになると、ＡＮＤ回路７０２Ａから出力される信号ＯＵＴ＿ＡはＨｉｇｈレベルとなる。ＡＮＤ回路７０２Ａから出力されるＨｉｇｈレベルの信号ＯＵＴ＿Ａが、ＯＲ回路３０５を介してカウンタ３０６に入力される。これにより、カウント値ＣＮＴが１から２に変化する。こうして、受光部７００Ａに入射した光子がカウントされる。
【００４５】
タイミング８０６以降においても、上記と同様にして光子が順次カウントされる。イネーブル信号ＣＮＴ＿ＥＮがＬｏｗレベルになるタイミングｔ８０７（撮影終了）まで、光子のカウントが行われる。単位画素２０１に備えられた受光部７００Ａ、７００Ｂ、７００Ｃ、７００Ｄに光子がそれぞれ入射すると、受光部７００Ａ、７００Ｂ、７００Ｃ、７００Ｄの各々においてパルス信号が生成され、カウンタ３０６によってパルス信号がカウントされる。つまり、光子の入射数に応じたカウント値がカウンタ３０６によって得られ、こうして得られるカウント値が単位画素２０１の画素値（撮像信号値）となる。
【００４６】
このように、本実施形態では、反転バッファ３０３から出力されるパルスよりも大きい幅のパルスがパルス整形部３０４から出力される。各々のパルス整形部３０４から出力されるパルス信号ＰＬＳは、制御部２０６から供給される制御信号に基づいて順次サンプリングされ、カウンタ３０６に供給される。従って、本実施形態によれば、受光部７００の各々に光子が同時に入射した場合であっても、これらの光子をそれぞれカウントすることが可能である。
また、本実施形態によれば、ＡＮＤ回路７０２にそれぞれ供給される制御信号Ｓ＿Ａ〜Ｓ＿Ｄを適宜制御することによって、露光量の制御をも行うことが可能である。
【００４７】
［第４実施形態］
第４実施形態による固体撮像素子及び撮像装置について図９及び図１０を用いて説明する。図１乃至図８に示す第１乃至第３実施形態による固体撮像素子及び撮像装置と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態による固体撮像素子は、焦点検出をも行い得るものである。
【００４８】
図９は、本実施形態による固体撮像素子１０３に備えられた単位画素２０１を示す平面図である。単位画素２０１は、図２を用いて上述したように、行列状に複数配置されている。図９には、複数の単位画素２０１のうちの１つの単位画素２０１が抜き出して示されている。
【００４９】
図９に示すように、単位画素２０１には、マイクロレンズ９０１が備えられている。単位画素２０１には、例えば４つの受光部３００が備えられている。単位画素２０１は、横方向に２分割されており、縦方向にも２分割されている。このように、単位画素２０１は、分割された４つの領域を含んでいる。単位画素２０１のうちの左上の部分には、受光部３００Ａを備える分割画素９０２Ａが位置している。単位画素２０１のうちの右上の部分には、受光部３００Ｂを備える分割画素９０２Ｂが位置している。単位画素２０１のうちの左下の部分には、受光部３００Ｃを備える分割画素９０２Ｃが位置している。単位画素２０１のうちの右下の部分には、受光部３００Ｄを備える分割画素９０２Ｄが位置している。受光部３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄは、同一のマイクロレンズ９０１の下方に位置している。受光部３００Ａ〜３００Ｄは、４つに分割された射出瞳領域の光をそれぞれ受光し得る。異なる射出瞳領域の光をそれぞれ受光した４つの受光部３００Ａ〜３００Ｄの計数値を適宜比較することによって、撮像レンズ１０１の焦点検出を行うことが可能である。
【００５０】
分割画素９０２Ａに備えられた受光部３００Ａの計数値を、複数の単位画素２０１の各々から取得することにより得られる計数値群によって構成される被写体像をＡ像とする。また、分割画素９０２Ｂに備えられた受光部３００Ｂの計数値を、複数の単位画素２０１の各々から取得することにより得られる計数値群によって構成される被写体像をＢ像とする。また、分割画素９０２Ｃに備えられた受光部３００Ｃの計数値を、複数の単位画素２０１の各々から取得することにより得られる計数値群によって構成される被写体像をＣ像とする。また、分割画素９０２Ｄに備えられた受光部３００Ｄの計数値を、複数の単位画素２０１の各々から取得することにより得られる計数値群によって構成される被写体像をＤ像とする。
【００５１】
また、分割画素９０２Ａに備えられた受光部３００Ａの計数値と分割画素９０２Ｃに備えられた受光部３００Ｃの計数値とを単位画素２０１毎に加算することにより得られる計数値群によって構成される被写体像を、Ａ＋Ｃ像とする。また、分割画素９０２Ｂに備えられた受光部３００Ｂの計数値と分割画素９０２Ｄに備えられた受光部３００Ｄの計数値とを単位画素２０１毎に加算することにより得られる計数値群によって構成される被写体像を、Ｂ＋Ｄ像とする。Ａ＋Ｃ像とＢ＋Ｄ像とに対して相関演算を実施することにより、像ずれ量（瞳分割位相差）が検出される。更に、撮像レンズ１０１の焦点位置と光学系とによって決定される変換係数とを像ずれ量に乗じることによって、画面内の任意の被写体位置に対応した焦点位置を算出することができる。こうして算出される焦点位置の情報に基づいて、撮像レンズ１０１のフォーカスを制御することによって、撮像面位相差ＡＦが可能となる。Ａ＋Ｃ像とＢ＋Ｄ像とを比較する場合には、例えば左右方向の像のずれ量を良好に検出することが可能である。また、Ａ＋Ｂ像とＣ＋Ｄ像とを比較する場合には、例えば上下方向の像のずれ量を良好に検出することが可能である。例えば、横縞状のパターンの多い被写体に対しては、左右方向の像のずれ量に基づく位相差検出のみでは焦点検出を必ずしも良好に行い得ない。このような場合、上下方向の像のずれ量に基づく位相差検出を行えば、焦点検出を良好に行い得る。つまり、異なる方向の像ずれ量にそれぞれ応じた複数の位相差信号を併用することによって、焦点検出を良好に行うことができる。
【００５２】
また、受光部３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄのそれぞれの計数値を単位画素２０１毎に加算することにより得られる計数値群によって構成される被写体像を、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ像とする。Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ像は、通常の撮影画像に用い得る。
【００５３】
図１０は、本実施形態による固体撮像素子１０３の構成の例を示す図である。本実施形態における単位画素２０１には、センサ部１００４と、計数部１００５とが備えられている。センサ部１００４には、４つの受光部３００Ａ〜３００Ｄが備えられている。計数部１００５には、スイッチ１００１Ａ〜１００Ｄと、ＯＲ回路１００２Ａ、１００２Ｂと、カウンタ１００３Ａ、１００３Ｂとが備えられている。スイッチ一般について説明する際には、符号１００１を用い、個々のスイッチについて説明する際には、符号１００１Ａ〜１００１Ｄを用いることとする。また、ＯＲ回路一般について説明する際には符号１００２を用い、個々のＯＲ回路について説明する際には符号１００２Ａ、１００２Ｂを用いることとする。また、カウンタ一般について説明する際には、符号１００３を用い、個々のカウンタについて説明する際には、符号１００３Ａ、１００３Ｂを用いることとする。
【００５４】
受光部３００Ａから出力される信号は、スイッチ１００１Ａを介してＯＲ回路１００２Ａ又はＯＲ回路１００２Ｂに入力される。受光部３００Ｂから出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ｂは、スイッチ１００１Ｂを介してＯＲ回路１００２Ａ又はＯＲ回路１００２Ｂに入力される。受光部３００Ｃから出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ｃは、スイッチ１００１Ｃを介してＯＲ回路１００２Ａ又はＯＲ回路１００２Ｂに入力される。受光部３００Ｄから出力される信号ＰＬＳ＿Ｄは、スイッチ１００１Ｄを介してＯＲ回路１００２Ａ又はＯＲ回路１００２Ｂに入力される。
【００５５】
図１０に示す例においては、受光部３００Ａ、３００Ｂからそれぞれ出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ａ、ＰＬＳ＿ＢがＯＲ回路１００２Ａを介してカウンタ１００３Ａに入力されるように、スイッチ１００１Ａ、１００１Ｂが設定されている。また、図１０に示す例においては、受光部３００Ｃ、３００Ｄからそれぞれ出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ｃ、ＰＬＳ＿ＤがＯＲ回路１００２Ｂを介してカウンタ１００３Ｂに入力されるように、スイッチ１００１Ｃ、１００１Ｄが設定されている。スイッチ１００１がこのように設定されている場合には、Ａ＋Ｂ像とＣ＋Ｄ像とを得ることができる。
【００５６】
一方、以下のようにスイッチ１００１を設定することもできる。即ち、受光部３００Ａ、３００Ｃからそれぞれ出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ａ、ＰＬＳ＿ＣがＯＲ回路１００２Ａを介してカウンタ１００３Ａに入力されるように、スイッチ１００１Ａ、１００１Ｃを設定することもできる。また、受光部３００Ｂ、３００Ｄからそれぞれ出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ｂ、ＰＬＳ＿ＤがＯＲ回路１００２Ｂを介してカウンタ１００３Ｂに入力されるように、スイッチ１００１Ｂ、１００１Ｄを設定することもできる。スイッチ１００１がこのように設定されている場合には、Ａ＋Ｃ像とＢ＋Ｄ像とを得ることができる。
【００５７】
こうして得られる信号は、焦点検出に用いることができる。また、これらを加算することにより、撮影画像を得ることもできる。また、焦点検出を行わない場合には、受光部３００Ａ〜３００Ｄからそれぞれ出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ａ〜ＰＬＳ＿Ｄが、カウンタ１００３Ａとカウンタ１００３Ｂとのうちのいずれか一方にのみ入力されるようにしてもよい。例えば、受光部３００Ａ〜３００Ｄからそれぞれ出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ａ〜ＰＬＳ＿Ｄが、カウンタ１００３Ａにのみ入力されるようにスイッチ１００１Ａ〜１００１Ｄを設定した場合には、カウンタ１００３Ｂを使用しないようにすることが可能である。また、受光部３００Ａ〜３００Ｄからそれぞれ出力されるパルス信号ＰＬＳ＿Ａ〜ＰＬＳ＿Ｄが、カウンタ１００３Ｂにのみ入力されるようにスイッチ１００１Ａ〜１００１Ｄを設定した場合には、カウンタ１００３Ａを使用しないようにすることが可能である。これにより、カウンタ１００３Ａとカウンタ１００３Ｂとのうちの一方のみを用いるようにすることにより、消費電力の低減を図ることができる。
【００５８】
このように、本実施形態によれば、単位画素２０１に複数のカウンタ１００３Ａ、１００３Ｂが備えられている。本実施形態によれば、いずれの受光部３００から出力される信号がいずれのカウンタ１００３に入力されるかが適宜制御されるため、焦点検出用の信号を得ることが可能となる。
【００５９】
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。
【符号の説明】
【００６０】
１００    撮像装置
１０１    撮像レンズ
１０２    絞り
１０３    固体撮像素子
１０４    信号処理部
１０５    タイミング発生部
１０６    制御部
１０７    メモリ
１０８    記録部
１０９    操作部
１１０    表示部
【図１】
2019075610.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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