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公開番号2024169589
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-05
出願番号2024161922,2019210035
出願日2024-09-19,2019-11-20
発明の名称撮像装置、撮像システム、および移動体
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 25/773 20230101AFI20241128BHJP(電気通信技術)
要約【課題】アバランシェダイオードを用いたフォトンカウンティング型の撮像装置において、消費電力や読み出し速度等の撮像装置の特性を向上できる。
【解決手段】アバランシェダイオードと、カウンタと、をそれぞれが含む複数の光電変換素子を備え、第1光電変換素子に対応して第1選択手段が設けられ、第2光電変換素子に対応して第2選択手段が設けられ、第1のモードにおいて、第1選択手段により第1光電変換素子からの信号が読み出される状態に制御され、第2選択手段により第2光電変換素子からの信号が読み出されない状態に制御され、第2のモードにおいて、第2選択手段により、信号が読み出されない状態に制御されていた第2光電変換素子を信号が読み出される状態に制御する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
アバランシェダイオードと、前記アバランシェダイオードに入射する光に基づく信号をカウントするカウンタと、をそれぞれが含む複数の光電変換素子を備え、
前記複数の光電変換素子のうちの第１光電変換素子に対応して第１選択手段が設けられ、
前記複数の光電変換素子のうちの第２光電変換素子に対応して第２選択手段が設けられ、
第１のモードにおいて、前記第１選択手段により前記第１光電変換素子からの信号が読み出される状態に制御され、前記第２選択手段により前記第２光電変換素子からの信号が読み出されない状態に制御され、
前記第１のモードが設定されている期間とは異なる期間に設定される第２のモードにおいて、前記信号が読み出されない状態に制御されていた前記第２光電変換素子を前記第２選択手段により信号が読み出される状態に制御し、前記信号が読み出される状態に制御されていた前記第１光電変換素子を前記第１選択手段により信号が読み出されない状態に制御することを特徴とする撮像装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第１のモードにおいて、前記第１選択手段により前記第１光電変換素子の前記アバランシェダイオードがアバランシェ増倍可能な逆バイアス電圧が印加されている状態となるように制御されることで前記第１光電変換素子からの信号が読み出される状態となり、前記第２選択手段により前記第２光電変換素子の前記アバランシェダイオードがアバランシェ増倍可能な逆バイアス電圧が印加されていない状態となるように制御されることで前記第２光電変換素子からの信号が読み出されない状態となることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数の光電変換素子のうちの少なくとも一部が第１の方向に並んで配され、
前記第１のモードは、第１垂直走査が行われている期間であり、
前記第２のモードは、第２垂直走査が行われている期間であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
垂直走査回路と水平走査回路とを備え、
前記垂直走査回路と前記水平走査回路とにより前記第１選択手段および前記第２選択手段を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の光電変換素子のそれぞれは、前記アバランシェダイオードに接続されたクエンチ素子を含み、
前記第１選択手段は、前記第１光電変換素子の前記クエンチ素子のオンオフを制御していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記複数の光電変換素子のそれぞれは、前記アバランシェダイオードのアノードまたはカソードに印加する電位を制御する制御線に接続され、
前記制御線は、前記アバランシェダイオードがアバランシェ増倍を起こさない状態となる電位を供給する第１電圧線と、前記アバランシェダイオードがアバランシェ増倍可能な状態となる電位を供給する第２電圧線と、を備え、
前記第１選択手段および前記第２選択手段は、前記アバランシェダイオードに接続する制御線を前記第１電圧線および前記第２電圧線で選択することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１選択手段は前記第１光電変換素子の前記カウンタから信号を読み出すか否かを制御し、前記第２選択手段は前記第２光電変換素子の前記カウンタから信号を読み出すか否かを制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１のモードにおいて、前記第２選択手段により前記第２光電変換素子に含まれる前記カウンタがカウントを行わないように制御されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１選択手段は、組み合わせ回路により構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記組み合わせ回路は、ＡＮＤ回路であることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
（【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、撮像装置、撮像システム、および移動体に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
アバランシェダイオードを用いたフォトンカウンティング型の撮像装置が知られている。特許文献１には、アバランシェダイオードを含む複数の光電変換素子が行列状に配された撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０１５／０１１５１３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の撮像装置は、消費電力や読み出し速度等の撮像装置の特性を向上できる余地がある。特許文献１に記載の撮像装置において、常に各光電変換素子でアバランシェ増倍を生じさせて光電変換素子から信号を読み出そうとすると、消費電力が大きくなるとともにすべての光電変換素子からの信号を読み出し終わるまでに時間を要する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点に係る撮像装置は、アバランシェダイオードと、前記アバランシェダイオードに入射する光に基づく信号をカウントするカウンタと、をそれぞれが含む複数の光電変換素子を備え、前記複数の光電変換素子のうちの第１光電変換素子に対応して第１選択手段が設けられ、前記複数の光電変換素子のうちの第２光電変換素子に対応して第２選択手段が設けられ、第１のモードにおいて、前記第１選択手段により前記第１光電変換素子からの信号が読み出される状態に制御され、前記第２選択手段により前記第２光電変換素子からの信号が読み出されない状態に制御され、前記第１のモードが設定されている期間とは異なる期間に設定される第２のモードにおいて、前記第２選択手段により、前記信号が読み出されない状態に制御されていた前記第２光電変換素子を信号が読み出される状態に制御する。
【発明の効果】
【０００６】
アバランシェダイオードを用いたフォトンカウンティング型の撮像装置において、消費電力や読み出し速度等の撮像装置の特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
アバランシェダイオードを用いたフォトンカウンティング型の撮像装置の模式図の一例である。
第１実施形態に係る光電変換素子１１の等価回路図である。
第１実施形態に係る光電変換素子１１の光子検知動作の一例を示す図である。
第１実施形態に係る画素領域１０の読み出し領域のイメージ図である。
第２実施形態に係る光電変換素子１１の等価回路図を示す図である。
第２実施形態に係る光電変換素子１１の等価回路図の別の例を示す図である。
第３実施形態に係る光電変換素子１１の等価回路図を示す図である。
第４実施形態に係る光電変換素子１１の一部を示すブロック図である。
第５実施形態に係る撮像装置の構造の模式図である。
第６実施形態に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
第７実施形態に係る撮像システム及び移動体の構成例を示す概略図である。
第７実施形態に係る撮像システムの動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る撮像装置について、図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による撮像装置の光電変換素子１１の構成例を示す回路図である。以下では、１つの光電変換素子が１つの画素を構成する場合について説明するが、複数の光電変換素子が１つの画素を構成する場合も本発明に含まれるものとする。
【０００９】
撮像装置は、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。画素領域１０には、複数行及び複数列にわたってマトリクス状に配された複数の光電変換素子１１が設けられている。なお、光電変換素子１１のすべての構成が複数行及び複数列に配される必要はない。少なくとも光電変換素子１１に含まれるアバランシェダイオードが複数行及び複数列に配されていればよい。
【００１０】
画素領域１０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１２が配されている。制御線１２は、第１の方向に並ぶ複数の光電変換素子１１のそれぞれに接続され、これら光電変換素子１１に共通の信号線をなしている。制御線１２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１２の各々は、複数種類の制御信号を光電変換素子１１に供給するための複数の信号線を含み得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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