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公開番号2025010931
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-23
出願番号2023113245
出願日2023-07-10
発明の名称撮像装置、撮像方法、及びコンピュータプログラム
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H04N 25/70 20230101AFI20250116BHJP(電気通信技術)
要約【課題】
アバランシェフォトダイオードを有する撮像装置において、画像に与える影響が小さいカウント動作の発生を抑制可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】
撮像装置において、アバランシェフォトダイオードにより光電変換を行う光電変換素子と、前記光電変換素子の出力レベルを第1のしきい値に基づき判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づき、前記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電圧制御手段と、を有することを特徴とする。
【選択図】図10

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により光電変換を行う光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力レベルを第１のしきい値に基づき判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づき、前記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電圧制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
前記電圧制御手段は、前記判定手段が、前記光電変換素子の前記出力レベルが前記第１のしきい値より大きいと判定した場合に、前記逆バイアス電圧を第１の電圧から第２の電圧に高めるように制御す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】
前記電圧制御手段は、前記判定手段が、前記光電変換素子の前記出力レベルが前記第１のしきい値以下と判定した場合に、前記逆バイアス電圧を前記第１の電圧に制御することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記逆バイアス電圧の上限は、前記アバランシェフォトダイオードが光子を検出できる範囲に基づき設定されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記逆バイアス電圧が、前記第２の電圧以上に制御されているとき、
前記判定手段において、前記光電変換素子の前記出力レベルが、前記第１のしきい値以下の第２のしきい値以下である場合に、前記逆バイアス電圧を前記第１の電圧に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記電圧制御手段は、前記光電変換素子の前記出力レベルと前記第１のしきい値との比較に基づき前記逆バイアス電圧を多段階又は連続的に制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記電圧制御手段が、前記第１の電圧より高い前記逆バイアス電圧に制御するとき、
前記逆バイアス電圧の変更量から、前記光電変換素子の電圧変更による感度変化を算出することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記電圧制御手段は、前記第１の電圧より高い前記逆バイアス電圧に制御するとき、
前記光電変換素子の前記出力レベルを、前記電圧変更による前記感度変化に基づき補正することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換素子の出力を線形に変換する線形変換手段を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記判定手段は、前記線形変換手段の出力レベルを前記光電変換素子の前記出力レベルとして判定す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、撮像方法、及びコンピュータプログラム等に関するものである。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、単一光子アバランシェフォトダイオード（ＳＰＡＤ）に到来する光子の数をデジタル的に計数し、計数値を光電変換されたデジタル信号として画素から出力する撮像装置が開発されている。
【０００３】
特許文献１には、アバランシェ増幅の発生頻度を制御する方法が記載されている。即ち、フォトダイオードのアバランシェ増倍が可能な待機状態と、フォトダイオードをアバランシェ増倍が再び可能な状態に戻すリチャージ状態を制御し、待機状態である期間におけるアバランシェ増倍の発生を検出する構成が記載されている。
【０００４】
この装置では、アバランシェ増倍の待機状態にある複数の期間のうち、アバランシェ増倍が生じた期間の数をカウントすることで、画素に入射した光子の数に対応した計数値（以下センサ出力）を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２０－１２３８４７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で示した装置では、入射した光子の数とアバランシェ増倍が生じた期間の数のカウント数の関係は線形ではない。そのため、センサ出力を線形に変換した場合、ダイナミックレンジは線形変換後の出力（以下線形出力）に依存する。又、センサ出力より線形出力が早く飽和するため、線形出力が飽和するセンサ出力以上のカウント動作は、画像に影響を与えないため余分なアバランシェ増倍が発生していることとなる。
【０００７】
そこで、本発明では、アバランシェフォトダイオードを有する撮像装置において、画像に与える影響が小さいカウント動作の発生を抑制可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１側面の撮像装置は、
アバランシェフォトダイオードにより光電変換を行う光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力レベルを第１のしきい値に基づき判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づき、前記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電圧制御手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アバランシェフォトダイオードを有する撮像装置において、画像に与える影響が小さいカウント動作の発生を抑制可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の実施形態１の光電変換素子の構成例を示す図である。
センサ基板１１の構成例を示す図である。
回路基板２１の構成例を示す図である。
図２及び図３のうち、画素１０１及び、画素１０１に対応した信号処理回路１０３の等価回路を示した図である。
ＡＰＤ２０１の動作と出力信号の関係を模式的に示した図である。
実施形態１に係る撮像装置３００の構成例を示す機能ブロック図である。
実施形態１に係る入射光量に対するＳＰＡＤセンサ出力と線形出力について説明するための図である。
実施形態１に係るＳＰＡＤセンサ出力のしきい値設定について説明するための図である。
実施形態１に係る逆バイアス電圧の変更タイミング例に関する説明図である。
実施形態１に係る制御部３０４が実施する撮像方法の例を示すフローチャートである。
実施形態１に係る線形出力のしきい値設定について説明する図である。
実施形態２に係る制御部３０４が実施する撮像方法の例を示すフローチャートである。
は、図１２の続きのフローチャートである。
実施形態３に係る入射光量に対するＳＰＡＤセンサ出力の例を説明する図である。
実施形態３に係る制御部３０４が実施するフォトンカウント回数の低減動作例を示すフローチャートである。
は、図１５の続きのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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