(57)【要約】【課題】光子検知素子が検知した信号をホールドして種々の信号処理に供しうる固体撮像装置及びその駆動方法を提供する。【解決手段】ガイガーモードで動作し、光子の入射に応じた出力信号を出力する光子検知素子と、前記出力信号に応じて前記光子検知素子を非ガイガーモードに遷移するクエンチ素子と、光子検知素子がガイガーモードから非ガイガーモードへと遷移した際に出力信号をホールドするようにクエンチ素子を制御する制御部と、出力信号に対して所定の処理を行う信号処理回路と、を有する。【選択図】図３
2019179980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイガーモードで動作し、光子の入射に応じた出力信号を出力する光子検知素子と、
前記出力信号に応じて前記光子検知素子を非ガイガーモードに遷移するクエンチ素子と、
前記光子検知素子がガイガーモードから非ガイガーモードへと遷移した際に前記出力信号をホールドするように前記クエンチ素子を制御する制御部と、
前記出力信号に対して所定の処理を行う信号処理回路と
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記光子検知素子からの前記出力信号に応じて前記クエンチ素子を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記クエンチ素子を、前記光子検知素子が光子を検知する検知モードから、前記出力信号をホールドする保持モードに切り替える
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、動作タイミングを決定するタイミング信号が第１のレベルから第２のレベルに遷移するのに応じて、前記クエンチ素子を、前記保持モードから前記検知モードに切り替える
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記タイミング信号が前記第１のレベルの期間は、前記クエンチ素子を前記保持モードに設定する
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記信号処理回路は、前記タイミング信号に同期して、前記所定の処理を実行する
ことを特徴とする請求項４又は５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記検知モードは、前記クエンチ素子が相対的に低抵抗な状態であり、前記保持モードは、前記クエンチ素子が相対的に高抵抗な状態である
ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記クエンチ素子は、前記制御部からの制御信号により駆動されるトランジスタであり、前記検知モードは前記トランジスタがオンの状態であり、前記保持モードは前記クエンチ素子がオフの状態である
ことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記信号処理回路は、前記出力信号の変化の回数の積算を行うカウンタを有し、
前記固体撮像装置は、第１の動作と第２の動作を含む複数の動作の中から動作の選択が可能であって、
前記第１の動作は、前記カウンタによる前記積算の開始から終了までの期間にわたって、前記光子検知素子がガイガーモードから非ガイガーモードへと遷移した際に前記出力信号をホールドするように前記クエンチ素子を前記制御部が制御する動作であり、
前記第２の動作は、前記カウンタによる前記積算の開始から終了までの期間にわたって、前記光子検知素子がガイガーモードから非ガイガーモードへと遷移した際に前記出力信号をホールドせず、前記光子検知素子が非ガイガーモードからガイガーモードに遷移するように前記クエンチ素子を前記制御部が制御する動作である
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
入射する光子をアバランシェ増幅した出力信号を出力する光子検知素子と、
前記光子検知素子に接続されたクエンチ素子であって、制御ノードと、前記光子検知素子に接続された主ノードとを有するトランジスタと、
前記制御ノードに、設定された所定の周期で前記トランジスタをオンの状態とする制御信号を供給する制御部とを有する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
前記固体撮像装置は、前記出力信号が入力される信号処理回路を更に有し、
周期的に信号値が変化する周期信号が、前記制御部と前記信号処理回路に入力され、
前記制御信号が、前記周期信号に基づく信号である
ことを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記制御信号が、クロック信号に基づく信号である
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記制御信号が、前記クロック信号を分周させた信号である
ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記信号処理回路は、前記出力信号の変化の回数の積算を行うカウンタを有し、
前記固体撮像装置は、第１の動作と第２の動作を含む複数の動作の中から動作の選択が可能であって、
前記第１の動作は、前記カウンタによる前記積算の開始から終了までの期間にわたって、前記制御部が前記トランジスタを設定された所定の周期で繰り返しオンの状態とする動作であり、
前記第２の動作は、前記カウンタによる前記積算の開始から終了までの期間にわたって、前記制御部が前記トランジスタをオンの状態に維持する動作である
ことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記出力信号は、前記光子検知素子から出力されたアナログ信号をパルス状の波形に整形したデジタル信号である
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記光子検知素子と、前記クエンチ素子と、前記制御部と、前記信号処理回路と、を各々が含む複数の画素を有する
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
ガイガーモードで動作し、光子の入射に応じた出力信号を出力する光子検知素子と、前記出力信号に応じて前記光子検知素子を非ガイガーモードに遷移するクエンチ素子と、前記出力信号に対して所定の処理を行う信号処理回路と、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光子検知素子がガイガーモードから非ガイガーモードへと遷移した際に、前記クエンチ素子により、前記出力信号をホールドする
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１８】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される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システム。
【請求項１９】
移動体であって、
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光子検知素子として、光子の入射により発生する電荷をアバランシェ降伏により増倍するＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）やＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）が知られている。これら光子検知素子は、検知した光子を計数するフォトンカウントセンサとして、撮像や測距に利用されている。ＳＰＡＤを用いたセンサは、一般に、光子検知素子と、クエンチ素子と、波形整形部と、信号処理回路と、により構成される。光子検知素子が光子を検知することにより発生するなだれ電流は、クエンチ素子によって電圧降下を起こし、光子検知信号を生成する。光子検知信号は、波形整形部によってパルス状の波形に整形され、信号処理回路に入力される。特許文献１には、光子検知素子のガイガーモードと非ガイガーモードとの切り替えを光子検知信号や制御信号に従って行うことにより検出応答速度を向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７９５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光子検知信号に対して信号処理を行う場合、光子検出信号をある程度の期間ホールドしておくことが望まれる。しかしながら、特許文献１に記載の方法は、光子検知信号をホールドすることを考慮しておらず、後段の信号処理回路が光子検知信号に対して行える信号処理は、非常に単純なものに限られていた。例えば、２次元状に配置された画素を有するフォトンカウントセンサにおいては、各画素が独立に光子の計数を行うことはできるが、フィルタ処理など、単純な計数以外の演算を行うことは困難であった。また、複数の画素に対して同時に信号処理を行うことは困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、光子検知素子が検知した信号をホールドして種々の信号処理を実行しうる固体撮像装置及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、ガイガーモードで動作し、光子の入射に応じた出力信号を出力する光子検知素子と、前記出力信号に応じて前記光子検知素子を非ガイガーモードに遷移するクエンチ素子と、前記光子検知素子がガイガーモードから非ガイガーモードへと遷移した際に前記出力信号をホールドするように前記クエンチ素子を制御する制御部と、前記出力信号に対して所定の処理を行う信号処理回路とを有する固体撮像装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一観点によれば、入射する光子をアバランシェ増幅した出力信号を出力する光子検知素子と、前記光子検知素子に接続されたクエンチ素子であって、制御ノードと、前記光子検知素子に接続された主ノードとを有するトランジスタと、前記制御ノードに、設定された所定の周期で前記トランジスタをオンの状態とする制御信号を供給する制御部とを有する固体撮像装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の更に他の一観点によれば、ガイガーモードで動作し、光子の入射に応じた出力信号を出力する光子検知素子と、前記出力信号に応じて前記光子検知素子を非ガイガーモードに遷移するクエンチ素子と、前記出力信号に対して所定の処理を行う信号処理回路と、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、前記光子検知素子がガイガーモードから非ガイガーモードへと遷移した際に、前記クエンチ素子により、前記出力信号をホールドする固体撮像装置の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光子検知素子が検知した信号を所望の時間ホールドすることができ、後段の信号処理回路において種々の信号処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態による固体撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
【図５】本発明の第２実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第３実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による固体撮像装置及びその駆動方法について、図１乃至図３を用いて説明する。
【００１２】
はじめに、本実施形態による固体撮像装置の構造について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による固体撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
【００１３】
本実施形態による固体撮像装置１００は、図１に示すように、画素領域１０と、垂直走査回路２０と、水平走査回路３０と、出力回路４０と、制御回路５０と、を含む。
【００１４】
画素領域１０には、複数行及び列方向に渡ってマトリクス状に配された複数の画素１２が設けられている。画素領域１０を構成する画素１２の数は、特に限定されるものではない。例えば、一般的なデジタルカメラのように数千行×数千列の画素１２で画素領域１０を構成してもよい。或いは、１行又は１列に並べた複数の画素１２で画素領域１０を構成してもよい。或いは、１つの画素１２で画素領域１０を構成してもよい。
【００１５】
画素領域１０の画素アレイの各行には、第１の方向（図１において横方向）に延在して、制御線１４が配されている。制御線１４は、第１の方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。制御線１４の延在する第１の方向は、行方向或いは水平方向と表記することがある。制御線１４の各々は、複数種類の制御信号を画素１２に供給するための複数の信号線を含み得る。
【００１６】
また、画素領域１０の画素アレイの各列には、第１の方向と交差する第２の方向（図１において縦方向）に延在して、データ線１６が配されている。データ線１６は、第２の方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。データ線１６の延在する第２の方向は、列方向或いは垂直方向と表記することがある。データ線１６の各々は、画素１２から出力されるデジタル信号をビット毎に転送するための複数の信号線を含み得る。
【００１７】
各行の制御線１４は、垂直走査回路２０に接続されている。垂直走査回路２０は、画素１２を駆動するための制御信号を、制御線１４を介して画素１２に供給する回路部である。垂直走査回路２０は、画素領域１０内の画素１２を行単位で順次走査し、データ線１６を介して各画素１２の画素信号を水平走査回路３０へと出力する。
【００１８】
各列のデータ線１６は、水平走査回路３０に接続されている。水平走査回路３０は、画素領域１０から行単位で出力される各列の画素１２の画素信号を選択して出力回路４０へと順次出力する回路部である。水平走査回路３０は、画素領域１０の複数の列に対応する複数の保持部を備え、画素領域１０から行単位で出力される各列の画素１２の画素信号を対応する列の保持部にて保持する。水平走査回路３０は、各列の保持部を順次走査し、各列の保持部に保持されている画素信号を順次出力回路４０へと出力する。
【００１９】
出力回路４０は、トランスミッタ回路４２を有し、水平走査回路３０から出力された画素信号を固体撮像装置１００の外部へと出力する回路部である。トランスミッタ回路４２は、例えば、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）回路、ＳＬＶＳ（Scalable Low Voltage Signaling）回路等のＳｅｒＤｅｓ（SERializer/DESerializer）送信回路により構成されうる。なお、出力回路４０を構成する外部インターフェース回路は、特に限定されるものではない。
【００２０】
制御回路５０は、垂直走査回路２０及び水平走査回路３０の動作やそのタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。なお、垂直走査回路２０及び水平走査回路３０の動作やそのタイミングを制御する制御信号の少なくとも一部は、固体撮像装置１００の外部から供給してもよい。
【００２１】
各々の画素１２は、図２に示すように、光子検知素子Ｄと、クエンチ素子Ｍｑと、波形整形部ＩＮＶと、信号処理回路１８と、を有する。光子検知素子Ｄは、光子の入射により生成される電荷をアバランシェ降伏により増倍するＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）やＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）等のフォトダイオードにより構成され得る。クエンチ素子Ｍｑは、例えばＰ型ＭＯＳトランジスタにより構成されうる。波形整形部ＩＮＶは、例えばインバータ回路により構成されうる。信号処理回路１８は、波形整形部ＩＮＶから出力されるパルスの数をカウントするカウンタ回路を含む。
【００２２】
光子検知素子Ｄを構成するフォトダイオードのアノードは、電圧Ｖｓｓが供給されるノードに接続されている。光子検知素子Ｄを構成するフォトダイオードのカソードは、クエンチ素子Ｍｑを構成するＰ型ＭＯＳトランジスタのドレイン（主ノード）に接続されている。クエンチ素子Ｍｑを構成するＰ型ＭＯＳトランジスタのソースは、電圧Ｖｄｄが供給されるノードに接続されている。波形整形部ＩＮＶの入力端子は、光子検知素子Ｄとクエンチ素子Ｍｑとの間の接続ノード（ノードＮ）に接続されている。波形整形部ＩＮＶの出力端子は、信号処理回路１８の入力端子に接続されている。信号処理回路１８の出力端子は、データ線１６に接続されている。
【００２３】
クエンチ素子Ｍｑを構成するＰ型ＭＯＳトランジスタのゲート（制御ノード）には、垂直走査回路２０又は制御回路５０から制御線１４ａを介してモード切り替え信号ＰＭＯＤＥが供給される。信号処理回路１８には、垂直走査回路２０から制御線１４ｂを介して選択信号ＰＳＥＬが供給される。制御線１４ａ，１４ｂは、図１において説明した制御線１４を構成する信号線である。なお、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥを供給する垂直走査回路２０又は制御回路５０は、光子検知素子がガイガーモードから非ガイガーモードへと遷移した際に出力信号をホールドするようにクエンチ素子Ｍｑを制御する制御部である。
【００２４】
電圧Ｖｓｓ及び電圧Ｖｄｄは、光子検知素子Ｄにガイガーモードで動作するに十分な逆バイアス電圧を印加することが可能なように設定されている。一例では、電圧Ｖｓｓとして負の高電圧が与えられ、電圧Ｖｄｄとして電源電圧程度の正電圧が与えられる。本実施形態では、光子検知素子Ｄを構成するフォトダイオードを、ガイガーモードで動作、すなわち単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）として使用する。
【００２５】
これにより、光子検知素子Ｄは、電圧Ｖｄｄと電圧Ｖｓｓとの間の電位差に相当する逆バイアス電圧が印加された状態となっている。この逆バイアス電圧は、光子検知素子Ｄを構成するフォトダイオードの降伏電圧よりも高い電圧であり、アバランシェ増幅を起こすに十分である（ガイガーモード）。しかし、光子検知素子Ｄに光子が入射していない状態では種となるキャリアが存在しないため、アバランシェ増幅は起こらず、光子検知素子Ｄに電流は流れない（待機状態）。
【００２６】
待機状態の光子検知素子Ｄに光子が入射すると、入射光子により励起されて光子検知素子Ｄ内にキャリアが生成される。光子検知素子Ｄ内に生成されたキャリアは、光子検知素子Ｄ内の高電界で加速されてアバランシェ増幅を引き起こし、大きななだれ電流が発生する（ガイガーモード動作）。このなだれ電流がクエンチ素子Ｍｑを流れることによりクエンチ素子Ｍｑによる電圧降下が生じ、光子検知素子Ｄの端子間電圧が低下する。これにより、光子検知素子Ｄはガイガーモードから外れ（非ガイガーモード）、アバランシェ増幅は停止する。光子検知素子Ｄのカソード側のノード（ノードＮ）のキャリアは、負荷として接続されたクエンチ素子Ｍｑを介して徐々に排出される。これにより、ノードＮの電位は再び初期電圧に戻る。
【００２７】
この一連の動作により、ノードＮは、光子の入射に伴い、待機状態から、ガイガーモードで大きな電流が流れて電圧が降下した状態となり、その後、待機状態に戻る。ノードＮにおけるこの電位変動が、信号Ｓｉｇ＿Ａとして波形整形部ＩＮＶに入力される。波形整形部ＩＮＶは、入力された信号Ｓｉｇ＿Ａの波形をパルス状の信号Ｓｉｇ＿Ｄに整形し、信号処理回路１８へと出力する。信号処理回路１８は、波形整形部ＩＮＶから出力される信号Ｓｉｇ＿Ｄに重畳するパルスの数をカウントする。また、信号処理回路１８は、信号Ｓｉｇ＿Ｄに対して所定の信号処理を行う。信号処理回路１８は、垂直走査回路２０から出力される選択信号ＰＳＥＬに応じて、信号処理後の信号である出力信号ＤＯＵＴをデータ線１６に出力する。
【００２８】
クエンチ素子Ｍｑは、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥがローレベルの期間は相対的に低抵抗状態（或いは、オン状態、アクティブ状態）となり、クエンチ抵抗として動作する（検知モード）。一方、クエンチ素子Ｍｑは、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥがハイレベルの期間は相対的に高抵抗状態（或いは、オフ状態、非アクティブ状態）となり、クエンチ素子Ｍｑに流れる電流を遮断してノードＮの電位を保持する（保持モード）。
【００２９】
次に、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図３のタイミングチャートには、光子検知素子Ｄに光子が入射するタイミング、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥ、信号Ｓｉｇ＿Ａ、信号Ｓｉｇ＿Ｄ、カウンタの計数値、選択信号ＰＳＥＬ、出力信号ＤＯＵＴを示している。
【００３０】
時刻ｔ１０において、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥはローレベルであり、クエンチ素子Ｍｑは検知モードである。光子検知素子Ｄに光子は入射しておらず、信号Ｓｉｇ＿Ａは待機状態を示す所定の電位であり、信号Ｓｉｇ＿Ｄはローレベルである。また、時刻ｔ１０の時点において、カウンタの計数値は０であり、選択信号ＰＳＥＬはローレベルであるものとする。
【００３１】
時刻ｔ１１において、光子が入射したものとする。すると、光子検知素子Ｄでは入射した光子により励起されたキャリアを種としてアバランシェ増幅が起こり、なだれ電流が流れることによってノードＮの電位が低下する。ノードＮの電位が低下することに伴い、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は低下する。
【００３２】
時刻ｔ１１以降、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は、光子検知素子Ｄで生じた電子がクエンチ素子Ｍｑを介して徐々に排出されるのに伴い、徐々に増加する。
【００３３】
信号Ｓｉｇ＿Ａの電位の低下を受け、信号Ｓｉｇ＿Ｄは、時刻ｔ１２において、ローレベルからハイレベルへと遷移する。信号処理回路１８のカウンタは、信号Ｓｉｇ＿Ｄの立ち上がりに応じて、計数値を１増加する。これにより、カウンタの計数値は１となる。
【００３４】
時刻ｔ１３において、垂直走査回路２０は、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥをローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、クエンチ素子Ｍｑが高抵抗状態となり、光子検知素子Ｄで生じた電子の排出が停止し、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位の増加が停止する。すなわち、信号Ｓｉｇ＿Ａが一定の値にホールドされる。
【００３５】
時刻ｔ１４において、垂直走査回路２０は、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥをハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、クエンチ素子Ｍｑは低抵抗状態（オン状態）、すなわち検知モードとなる。クエンチ素子Ｍｑが低抵抗状態になることに伴って、クエンチ素子Ｍｑを介した電子の排出が再開され、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は、待機状態を示す所定の電位へと徐々に増加していく。
【００３６】
時刻ｔ１５において、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位が所定値まで増加すると、信号Ｓｉｇ＿Ｄはハイレベルからローレベルへと遷移し、待機状態に戻る。
【００３７】
続く時刻ｔ１６において、再び光子が入射したものとする。すると、光子検知素子Ｄでは入射した光子により励起されたキャリアを種としてアバランシェ増幅が起こり、なだれ電流が流れることによってノードＮの電位が低下する。ノードＮの電位が低下することに伴い、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は低下する。
【００３８】
時刻ｔ１６以降、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は、光子検知素子Ｄで生じた電子がクエンチ素子Ｍｑを介して徐々に排出されるのに伴い、徐々に増加する。
【００３９】
光子の入射による信号Ｓｉｇ＿Ａの電位の低下を受け、信号Ｓｉｇ＿Ｄは、時刻ｔ１７において、ローレベルからハイレベルへと遷移する。信号処理回路１８のカウンタは、信号Ｓｉｇ＿Ｄの立ち上がりに応じて、計数値を１増加する。これにより、カウンタの計数値は２となる。
【００４０】
時刻ｔ１８において、垂直走査回路２０は、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥをローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、クエンチ素子Ｍｑが高抵抗状態となり、光子検知素子Ｄで生じた電子の排出が停止し、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位の増加が停止する。すなわち、信号Ｓｉｇ＿Ａが一定の値にホールドされる。
【００４１】
時刻ｔ１９において、垂直走査回路２０は、選択信号ＰＳＥＬをローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、データ線１６には、信号処理回路１８のカウンタの計数値２を示す出力信号ＤＯＵＴが出力される。
【００４２】
図３には、クエンチ素子Ｍｑの抵抗値が一定（検知モード）である場合の信号Ｓｉｇ＿Ａ及び信号Ｓｉｇ＿Ｄの信号波形を点線で示している。この場合、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は、待機状態の電位に向かって連続的に増加し、一定の値に保持することはできない。そのため、信号Ｓｉｇ＿Ａに対しては、ある程度の期間保持しておく必要のある信号処理を実施することはできない。
【００４３】
これに対し、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法では、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥをハイレベルに制御している時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４の期間及び時刻ｔ１８以降の期間において、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位を一定に保持することができる。したがって、本実施形態によれば、信号Ｓｉｇ＿Ａに対して、ある程度の期間保持しておく必要のある信号処理を実施することが可能である。
【００４４】
すなわち、信号Ｓｉｇ＿Ａに対してある程度の期間保持しておく必要のある信号処理を行う場合には、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥをローレベルに保持する。これにより、信号処理回路１８が信号処理を実行している期間、すなわち信号処理回路１８が入力を受け付けない期間中、光子検知素子Ｄを保持モードとし、消費電力を削減することができる。信号処理回路１８が行う処理は、特に限定されるものではないが、例えば、フィルタ処理や、複数の画素１２に対して同時に行う信号処理等が挙げられる。
【００４５】
また、信号処理回路１８が、入力信号を保持する期間をほとんど要しない処理、例えば単純な計数処理しか行わない場合には、保持モードの期間を短くすることで、光子を検知する期間を長くして光子の検知感度を高めることができる。
【００４６】
また、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥを、カウンタの計数値の積算を開始してから終了するまでの積算期間の間、ハイレベルに維持する非保持モードで動作させることができる。この積算期間とは、フレームレート、絞り、設定ＩＳＯ感度、シャッタースピード等の露光条件から決定される期間である。本実施形態の固体撮像装置は、本実施形態で説明した保持モードを備える動作と、非保持モードでの動作とを切り替えることができる。
【００４７】
この本実施形態で説明した保持モードを備える動作と、非保持モードでの動作との使い分けの一例を説明する。例えば、相対的に設定ＩＳＯ感度が高い場合（高感度モード）は非保持モードでの動作とし、相対的に設定ＩＳＯ感度が低い場合（低感度モード）は、本実施形態で説明した保持モードを備える動作とする。
【００４８】
設定ＩＳＯ感度を相対的に高く設定する場合は、光量の少ない撮影シーンを撮影する場合であることが多い。このような光量の少ないシーンにおいては、光子検知素子Ｄが非ガイガーモードにある期間を短くし、入射する少ない光子を検出できるようにすることが好ましい。
【００４９】
一方、設定ＩＳＯ感度を相対的に低く設定する場合は、光量の多い撮影シーンを撮影する場合であることが多い。ＳＰＡＤでは、非保持モードで動作させた場合、非ガイガーモードからガイガーモードに復帰するまでに時間を要し、その間に光子検知素子Ｄに入射した光子を検出できない傾向がある。したがって、入射光量の増加に対し、画素１２の出力信号ＤＯＵＴの信号値の増加が追従しなくなる。つまり、入射光量に対する画素１２の出力信号ＤＯＵＴのリニアリティが、入射光量が増加するにつれて低下する。
【００５０】
そこで、このような光量の多いシーンにおいては、本実施形態で述べた保持モードを備える動作、つまり積算期間の中で、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥがハイレベルである期間をｎ回設けるようにする。このｎ回のそれぞれを、副積算期間と呼ぶ。このｎに対する、計数値の比を求めることにより、光子検知素子Ｄに入射する光量を見積もることができる。つまり、ｎ回の副積算期間のそれぞれにおいて、光子が光子検知素子Ｄに入る頻度が高まるほど、カウンタの計数値がｎに近づく。例えば、計数値がｎとなるようであれば、副積算期間の全てにおいて光子が光子検知素子Ｄに入射したことが分かるため、この光子検知素子Ｄに入射する光量が多いことが分かる。
【００５１】
固体撮像素子の信号を用いて画像を生成する場合には、この画素１２に対応する画像位置の輝度を最大値（典型的には白）とすることができる。このように、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥを用いて副積算期間を設けることにより、副積算期間の回数に対する、カウンタの計数値の比を求めることができる。これにより、入射光量の増加に対する、画素１２の出力信号ＤＯＵＴの信号値のリニアリティを高めることができる。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、光子検知素子が検知した信号を所望の時間ホールドすることができ、後段の信号処理回路において種々の信号処理を行うことができる。
【００５３】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による固体撮像装置及びその駆動方法について、図４及び図５を用いて説明する。第１実施形態による固体撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００５４】
はじめに、本実施形態による固体撮像装置の構造について、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装置の画素の構成例を示す回路図である。
【００５５】
本実施形態による固体撮像装置の画素１２は、図４に示すように、光子検知素子Ｄ、クエンチ素子Ｍｑ、波形整形部ＩＮＶ及び信号処理回路１８に加え、クエンチ素子制御回路２２を更に有している。本実施形態による固体撮像装置のその他の構成は、第１実施形態による固体撮像装置と基本的に同様である。
【００５６】
光子検知素子Ｄを構成するフォトダイオードのアノードは、電圧Ｖｓｓが供給されるノードに接続されている。光子検知素子Ｄを構成するフォトダイオードのカソードは、クエンチ素子Ｍｑを構成するＰ型ＭＯＳトランジスタのドレインに接続されている。クエンチ素子Ｍｑを構成するＰ型ＭＯＳトランジスタのソースは、電圧Ｖｄｄが供給されるノードに接続されている。クエンチ素子Ｍｑを構成するＰ型ＭＯＳトランジスタのゲートは、クエンチ素子制御回路２２の出力端子に接続されている。波形整形部ＩＮＶの入力端子は、光子検知素子Ｄとクエンチ素子Ｍｑとの間の接続ノード（ノードＮ）に接続されている。波形整形部ＩＮＶの出力端子は、信号処理回路１８及びクエンチ素子制御回路２２の入力端子に接続されている。信号処理回路１８の出力端子は、データ線１６に接続されている。
【００５７】
信号処理回路１８には、垂直走査回路２０から制御線１４ｂを介して選択信号ＰＳＥＬが供給される。また、信号処理回路１８及びクエンチ素子制御回路２２には、垂直走査回路２０又は制御回路５０から制御線１４ｃを介して制御信号ＣＬＫが供給される。制御線１４ｂ，１４ｃは、図１において説明した制御線１４を構成する信号線である。制御信号ＣＬＫは、固体撮像装置の動作タイミングを決定するタイミング信号であり、例えばクロック信号に基づく信号である。なお、クエンチ素子制御回路２２は、光子検知素子がガイガーモードから非ガイガーモードへと遷移した際に出力信号をホールドするように前記クエンチ素子を制御する制御部である。
【００５８】
第１実施形態において説明したように、ノードＮは、光子の入射に伴い、待機状態から、ガイガーモードで大きな電流が流れて電圧が降下した状態となり、その後、待機状態に戻る。ノードＮにおけるこの電位変動が、信号Ｓｉｇ＿Ａとして波形整形部ＩＮＶに入力される。波形整形部ＩＮＶは、入力された信号Ｓｉｇ＿Ａの波形をパルス状の信号Ｓｉｇ＿Ｄに整形し、信号処理回路１８及びクエンチ素子制御回路２２へと出力する。
【００５９】
信号処理回路１８は、制御信号ＣＬＫに同期して、パルスの計数や所定の信号処理を行う。例えば、信号処理回路１８は、制御信号ＣＬＫの立ち下がりのタイミングにおいて信号Ｓｉｇ＿Ｄがハイレベルである場合に、このパルスをカウントする。また、信号処理回路１８は、制御信号ＣＬＫのタイミングに応じて、信号Ｓｉｇ＿Ｄに対して所定の信号処理を行う。信号処理回路１８は、垂直走査回路２０から出力される選択信号ＰＳＥＬに応じて、信号処理後の信号である出力信号ＤＯＵＴをデータ線１６に出力する。
【００６０】
クエンチ素子制御回路２２は、波形整形部ＩＮＶから出力される信号Ｓｉｇ＿Ｄの立ち上がりを検知し、クエンチ素子Ｍｑのゲートに出力するクエンチ素子制御信号ＰＭｑをハイレベルからローレベルへと制御する。また、クエンチ素子制御回路２２は、制御信号ＣＬＫの立ち上がりを検知し、クエンチ素子Ｍｑのゲートに出力するクエンチ素子制御信号ＰＭｑをローレベルからハイレベルへと制御する。制御信号ＣＬＫは、周期的に信号値が変化する周期信号の一例である。また、本実施例では、この周期信号が、クエンチ素子制御回路２２と信号処理回路１８とに、共通に入力される。
【００６１】
クエンチ素子Ｍｑは、クエンチ素子制御信号ＰＭｑがハイレベルの期間は相対的に低抵抗状態となり、クエンチ抵抗として動作する（検知モード）。一方、クエンチ素子Ｍｑは、クエンチ素子制御信号ＰＭｑがローレベルの期間は相対的に高抵抗状態となり、クエンチ素子Ｍｑに流れる電流を遮断してノードＮの電位を保持する（保持モード）。
【００６２】
次に、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法について、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装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図５のタイミングチャートには、光子検知素子Ｄに光子が入射するタイミング、制御信号ＣＬＫ、クエンチ素子制御信号ＰＭｑ、信号Ｓｉｇ＿Ａ、信号Ｓｉｇ＿Ｄ、カウンタの計数値、選択信号ＰＳＥＬ、出力信号ＤＯＵＴを示している。
【００６３】
時刻ｔ２０において、クエンチ素子制御信号ＰＭｑはローレベルであり、クエンチ素子Ｍｑは検知モードである。光子検知素子Ｄに光子は入射しておらず、信号Ｓｉｇ＿Ａは待機状態を示す所定の電位であり、信号Ｓｉｇ＿Ｄはローレベルである。また、時刻ｔ２０の時点において、カウンタの計数値は０であり、選択信号ＰＳＥＬはローレベルであるものとする。
【００６４】
時刻ｔ２１において、光子が入射したものとする。すると、光子検知素子Ｄでは入射した光子により励起されたキャリアを種としてアバランシェ増幅が起こり、なだれ電流が流れることによってノードＮの電位が低下する。ノードＮの電位が低下することに伴い、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は低下する。
【００６５】
時刻ｔ２１以降、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は、光子検知素子Ｄで生じた電子がクエンチ素子Ｍｑを介して徐々に排出されるのに伴い、徐々に増加する。
【００６６】
時刻ｔ２２において、信号Ｓｉｇ＿Ｄは、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位の低下を受け、ローレベルからハイレベルへと遷移する。
【００６７】
時刻ｔ２３において、クエンチ素子制御回路２２は、波形整形部ＩＮＶから供給される信号Ｓｉｇ＿Ｄの立ち上がりを検知し、クエンチ素子制御信号ＰＭｑをローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、クエンチ素子Ｍｑが高抵抗状態となり、光子検知素子Ｄで生じた電子の排出が停止し、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位の増加が停止する。すなわち、信号Ｓｉｇ＿Ａが一定の値にホールドされる。クエンチ素子制御回路２２は、制御信号ＣＬＫがローレベルの間、クエンチ素子制御信号ＰＭｑをハイレベルに維持する。
【００６８】
時刻ｔ２４において、信号処理回路１８は、制御信号ＣＬＫの立ち下がりに応じて、計数値を１増加する。これにより、カウンタの計数値は１となる。
【００６９】
時刻ｔ２５において、クエンチ素子制御回路２２は、制御信号ＣＬＫの立ち上がりを検知し、クエンチ素子制御信号ＰＭｑをハイレベルからローレベルへと制御する。これにより、クエンチ素子Ｍｑは低抵抗状態、すなわち検知モードとなる。クエンチ素子Ｍｑが低抵抗状態になることに伴って、クエンチ素子Ｍｑを介した電子の排出が再開され、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は、待機状態を示す所定の電位へと徐々に増加していく。
【００７０】
時刻ｔ２６において、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位が所定値まで増加すると、信号Ｓｉｇ＿Ｄはハイレベルからローレベルへと遷移し、待機状態に戻る。
【００７１】
続く時刻ｔ２７において、再び光子が入射したものとする。すると、光子検知素子Ｄでは入射した光子により励起されたキャリアを種としてアバランシェ増幅が起こり、なだれ電流が流れることによってノードＮの電位が低下する。ノードＮの電位が低下することに伴い、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は低下する。
【００７２】
時刻ｔ２７以降、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は、光子検知素子Ｄで生じた電子がクエンチ素子Ｍｑを介して徐々に排出されるのに伴い、徐々に増加する。
【００７３】
時刻ｔ２８において、信号Ｓｉｇ＿Ｄは、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位の低下を受け、ローレベルからハイレベルへと遷移する。
【００７４】
時刻ｔ２９において、クエンチ素子制御回路２２は、信号処理回路１８から供給される信号Ｓｉｇ＿Ｄの立ち上がりを検知し、クエンチ素子制御信号ＰＭｑをローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、クエンチ素子Ｍｑが高抵抗状態となり、光子検知素子Ｄで生じた電子の排出が停止し、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位の増加が停止する。すなわち、信号Ｓｉｇ＿Ａが一定の値にホールドされる。
【００７５】
時刻ｔ３０において、信号処理回路１８は、制御信号ＣＬＫの立ち下がりに応じて、計数値を１増加する。これにより、カウンタの計数値は２となる。
【００７６】
時刻ｔ３１において、垂直走査回路２０は、選択信号ＰＳＥＬをローレベルからハイレベルへと制御する。これにより、データ線１６には、信号処理回路１８のカウンタの計数値２を示す出力信号ＤＯＵＴが出力される。
【００７７】
なお、上記の例では制御信号ＣＬＫがハイレベルの期間に光子が入射した場合を想定しているが、制御信号ＣＬＫがハイレベルの期間に光子が入射した場合にはクエンチ素子Ｍｑは保持モードであり、信号Ｓｉｇ＿Ａ，Ｓｉｇ＿Ｄは変化しない。すなわち、本実施形態による固体撮像装置では、制御信号ＣＬＫに同期して光子の検知及び信号Ｓｉｇ＿Ｄに対する信号処理が可能である。
【００７８】
図５には、クエンチ素子Ｍｑの抵抗値が一定（検知モード）である場合の信号Ｓｉｇ＿Ａ及び信号Ｓｉｇ＿Ｄの信号波形を点線で示している。この場合、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位は、待機状態の電位に向かって連続的に増加し、一定の値に保持することはできない。そのため、信号Ｓｉｇ＿Ａに対しては、ある程度の期間保持しておく必要のある信号処理を実施することはできない。
【００７９】
これに対し、本実施形態による固体撮像装置の駆動方法では、クエンチ素子制御信号ＰＭｑをハイレベルに制御している時刻ｔ２３〜時刻ｔ２５の期間及び時刻ｔ２９以降の期間において、信号Ｓｉｇ＿Ａの電位を一定に保持することができる。したがって、本実施形態によれば、信号Ｓｉｇ＿Ａに対して、ある程度の期間保持しておく必要のある信号処理を実施することが可能である。
【００８０】
特に、本実施形態では、信号Ｓｉｇ＿Ｄのレベルに応じてクエンチ素子Ｍｑを保持モードに切り替えるため、クエンチ素子Ｍｑの保持モードへの切り替えは、画素１２毎に独立に、光子検知の直後に行うことができる。したがって、本実施形態は、消費電力削減の観点において、第１実施形態よりも好適な形態である。
【００８１】
また、クエンチ素子Ｍｑは、制御信号ＣＬＫがハイレベルになると検知モードに切り替わるため、例えば複数の画素１２のあるタイミングでの検知結果を同時に取得したい場合など、複数の画素１２に跨がる信号処理を行う場合にもより好適な形態となる。
【００８２】
また、本実施形態では、同一の制御信号ＣＬＫがクエンチ素子制御回路２２と信号処理回路１８とに入力されていたが、この例に限定されるものではない。例えば、信号処理回路１８とクエンチ素子制御回路２２とに別々の制御信号を供給するようにしてもよい。また、別の例として、クエンチ素子制御回路２２の前段に制御信号ＣＬＫを分周する分周回路を設ける。そして、制御信号ＣＬＫを分周した信号が分周回路からクエンチ素子制御回路２２に入力されるようにしてもよい。このような制御信号ＣＬＫを分周した信号がクエンチ素子制御回路２２に入力される形態を含め、制御信号ＣＬＫに基づく信号が、クエンチ素子制御回路２２に入力される形態であれば良い。
【００８３】
このように、本実施形態によれば、光子検知素子が検知した信号を所望の時間ホールドすることができ、後段の信号処理回路において種々の信号処理を行うことができる。また、タイミング信号に応じて光子の検知や信号処理を行うことができ、フォトンカウンティングの同期システム化を実現することができる。
【００８４】
なお、本実施形態においても、第１実施形態で述べたように、本実施形態で説明した保持モードを備える動作と、非保持モードでの動作との使い分けることができる。例えば、相対的に設定ＩＳＯ感度が高い場合（高感度モード）は非保持モードでの動作とし、相対的に設定ＩＳＯ感度が低い場合（低感度モード）は、本実施形態で説明した保持モードを備える動作とする。
【００８５】
本実施形態で述べた保持モードを備える動作、つまり積算期間の中で、ｎ回の副積算期間を設けるようにする。この副積算期間は、本実施形態で言えば、制御信号ＣＬＫがハイレベルにある期間のそれぞれである。このｎに対する、計数値の比を求めることにより、光子検知素子Ｄに入射する光量を見積もることができる。つまり、ｎ回の副積算期間のそれぞれにおいて、光子が光子検知素子Ｄに入る頻度が高まるほど、カウンタの計数値がｎに近づく。例えば、計数値がｎとなるようであれば、副積算期間の全てにおいて光子が光子検知素子Ｄに入射したことが分かるため、この光子検知素子Ｄに入射する光量が多いことが分かる。
【００８６】
固体撮像素子の信号を用いて画像を生成する場合には、この画素１２に対応する画像位置の輝度を最大値（典型的には白）とすることができる。このように、モード切り替え信号ＰＭＯＤＥを用いて副積算期間を設けることにより、副積算期間の回数に対する、カウンタの計数値の比を求めることができる。これにより、入射光量の増加に対する、画素１２の出力信号ＤＯＵＴの信号値のリニアリティを高めることができる。また、この制御信号ＣＬＫの周波数を高めるほど、このリニアリティをより高めることができる。
【００８７】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による撮像システムについて、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【００８８】
上記第１及び第２実施形態で述べた固体撮像装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図６には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【００８９】
図６に例示した撮像システム２００は、撮像装置２０１、被写体の光学像を撮像装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２０１に光を集光する光学系である。撮像装置２０１は、第１又は第２実施形態で説明した固体撮像装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。
【００９０】
撮像システム２００は、また、撮像装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部２０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、撮像装置２０１が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置２０１とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置２０１と信号処理部２０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
【００９１】
撮像システム２００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。さらに撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【００９２】
さらに撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置２０１と、撮像装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。
【００９３】
撮像装置２０１は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置２０１から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
【００９４】
このように、本実施形態によれば、第１又は第２実施形態による固体撮像装置１００を適用した撮像システムを実現することができる。
【００９５】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による撮像システム及び移動体について、図７を用いて説明する。図７は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
【００９６】
図７（ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記第１及び第２実施形態のいずれかに記載の固体撮像装置１００である。撮像システム３００は、撮像装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、撮像システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部３１４を有する。また、撮像システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差取得部３１４や距離取得部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【００９７】
撮像システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【００９８】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図７（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、撮像システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
【００９９】
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【０１００】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１０１】
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【０１０２】
また、上記実施形態では、画素領域１０内に２次元状に画素１２を配置した固体撮像装置を想定しているが、画素１２の配置は２次元状に限定されるものではない。例えば、単一の画素１２で固体撮像装置を構成してもよいし、画素１２を１次元状或いは３次元状に配置するように構成してもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態では、制御線１４を各行の総ての画素１２に共通の信号線とし、データ線１６を各列の総ての画素１２に共通の信号線としているが、制御線１４及びデータ線１６の配置はこれに限定されるものではない。例えば、ｉ行×ｊ列（ｉ，ｊはともに自然数）を単位とするブロック毎に共通の制御線１４やデータ線１６を配置するようにしてもよい。
【０１０４】
また、上記第３及び第４実施形態に示した撮像システムは、本発明の光電変換装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図６及び図７に示した構成に限定されるものではない。
【０１０５】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
Ｄ…光子検知素子
Ｍｑ…クエンチ素子
ＩＮＶ…波形整形部
１０…画素領域
１２…画素
１８…信号処理回路
２２…クエンチ素子制御回路
【図１】
2019179980.tif 000003
【図２】
2019179980.tif 000004
【図３】
2019179980.tif 000005
【図４】
2019179980.tif 000006
【図５】
2019179980.tif 000007
【図６】
2019179980.tif 000008
【図７】
2019179980.tif 000009