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公開番号2024073994
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-30
出願番号2022185024
出願日2022-11-18
発明の名称光電変換装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H04N 25/78 20230101AFI20240523BHJP(電気通信技術)
要約【課題】電源電圧の変動を抑制した光電変換装置を提供する。
【解決手段】第1のアバランシェフォトダイオードと、前記第1のアバランシェフォトダイオードに入射した光子の数に基づく信号をカウントする第1のカウント手段と、を有する第1の画素と、第2のアバランシェフォトダイオードと、前記第2のアバランシェフォトダイオードに入射した光子の数に基づく信号をカウントする第2のカウント手段と、を有する第2の画素と、前記第1のカウント手段と前記第2のカウント手段のそれぞれにオフセット値を設定するオフセット付与手段と、を有し、前記第1のカウント手段は第1のオフセット値からカウンタ動作を開始し、前記第2のカウント手段は第2のオフセット値からカウンタ動作を開始することを特徴とする光電変換装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１のアバランシェフォトダイオードと、前記第１のアバランシェフォトダイオードに入射した光子の数に基づく信号をカウントする第１のカウント手段と、を有する第１の画素と、
第２のアバランシェフォトダイオードと、前記第２のアバランシェフォトダイオードに入射した光子の数に基づく信号をカウントする第２のカウント手段と、を有する第２の画素と、
前記第１のカウント手段と前記第２のカウント手段のそれぞれにオフセット値を設定するオフセット付与手段と、を有し、
前記第１のカウント手段は第１のオフセット値からカウンタ動作を開始し、
前記第２のカウント手段は第２のオフセット値からカウンタ動作を開始することを特徴とする光電変換装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１のカウント手段は第１のフリップフロップを含み、
前記第２のカウント手段は第２のフリップフロップを含み、
前記第１のフリップフロップの出力信号が第１のレベルから第２のレベルに切り替わる時、前記第２のフリップフロップの出力信号は前記第１のレベルまたは前記第２のレベルのいずれか一方に維持されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記第１のカウント手段から出力される第１のカウント値から前記第１のオフセット値を減算する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第２のカウント手段から出力される第２のカウント値から前記第２のオフセット値を減算する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記第１の画素を含む第１の画素ブロックと、前記第２の画素を含む第２の画素ブロックと、を有し、
前記第１の画素ブロックに含まれる画素のそれぞれが有するカウント手段には前記第１のオフセット値が設定され、
前記第２の画素ブロックに含まれる画素のそれぞれが有するカウント手段には前記第２のオフセット値が設定されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記第１の画素ブロックに含まれる画素のそれぞれが有するカウント手段の最大カウント値と、
前記第２の画素ブロックに含まれる画素のそれぞれが有するカウント手段の最大カウント値と、が異なることを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記第１の画素と、前記第２の画素と、を含む複数の画素による画素アレイを有し、
前記第１の画素ブロックは前記画素アレイの外周部であり、
前記第２の画素ブロックは前記画素アレイの中央部であり、
前記第１の画素ブロックに含まれる画素の数は前記第２の画素ブロックに含まれる画素の数よりも多いことを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記第１のフリップフロップはＤフリップフロップであり、
前記オフセット付与手段は、前記第１のフリップフロップの入力端子に信号を入力することを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記第１のフリップフロップの出力端子はプリセット回路に接続され、
前記オフセット付与手段から前記プリセット回路に入力されるプリセット信号に応じて前記第１のフリップフロップの入力端子に信号が入力されることを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
第１の基板と、前記第１の基板に積層された第２の基板と、を備え、
前記第１の基板は前記第１の画素と、前記第２の画素と、を有し、
前記第２の基板は前記第１のカウント手段と、前記第２のカウント手段と、前記オフセット付与手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、アバランシェフォトダイオードを用いた光電変換装置及びその制御方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ等に用いられる撮像素子として、フォトンカウンティング型の撮像素子が注目されている。この撮像素子は、ＳＰＡＤと呼ばれ、アバランシェフォトダイオードをガイガーモードで動作させた際に発生するアバランシェ現象を利用して、入射した光子の数を計測し、デジタル信号として出力し、暗時の画質向上を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－１５５８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、複数の画素のそれぞれに接続された複数のデジタルカウンタ（以下、カウンタと記載する）が入射光量に応じた光子の数をカウントする光電変換装置について記載されている。光電変換装置に均一な光量が入射した時、複数の画素に接続された複数のカウンタの出力電位レベルは同時に切り替わり、電源電圧が変動することでムラや点キズなど画質の劣化が生じるおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、カウンタに接続される電源電圧の変動を抑制し、画質向上を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの側面は、光電変換装置であって、第１のアバランシェフォトダイオードと、前記第１のアバランシェフォトダイオードに入射した光子の数に基づく信号をカウントする第１のカウント手段と、を有する第１の画素と、第２のアバランシェフォトダイオードと、前記第２のアバランシェフォトダイオードに入射した光子の数に基づく信号をカウントする第２のカウント手段と、を有する第２の画素と、前記第１のカウント手段と前記第２のカウント手段のそれぞれにオフセット値を設定するオフセット付与手段と、を有し、前記第１のカウント手段は第１のオフセット値からカウンタ動作を開始し、前記第２のカウント手段は第２のオフセット値からカウンタ動作を開始することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、カウンタに接続される電源電圧の変動を抑制した光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の第１の実施形態に適用される光電変換装置の画素構成を示すブロック図である。
本発明の第１の実施形態に適用される信号処理回路部の構成を示す図である。
本発明の第１の実施形態に適用されるカウンタ動作の比較例を示す図である。
本発明の第１の実施形態に適用されるカウンタ動作の説明を示す図である。
本発明の第１の実施形態に適用されるフリップフロップ回路の構成を示す図である。
本発明の第１の実施形態に適用されるフリップフロップ回路の動作説明を示す図である。
本発明の第２の実施形態に適用される減算回路のブロック図である。
本発明の第３の実施形態に適用される光電変換装置の概略図である。
本発明の第４の実施形態に適用される概略図である。
本発明の第４の実施形態に係る光電変換装置の構成を示す図である。
本発明の第４の実施形態に係る光電変換装置のセンサチップの配置を示す図である。
本発明の第４の実施形態に係る光電変換装置の回路チップの構成を示す図である。
本発明の第５の実施形態に係る実施形態にかかる光電変換装置の光電変換素子の等価回路を含むブロック図である。
本発明の第５の実施形態にかかる光電変換装置のＡＰＤの動作と出力信号との関係を示す図である。
第６の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第７の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第８の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第９の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
第１０の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を限定するものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係は、説明を明確にするために誇張していることがある。以下の説明において、同一の構成については同一の番号を付して説明を省略することがある。
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した実施形態の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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