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公開番号2025034789
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023141408
出願日2023-08-31
発明の名称光電変換装置及びその駆動方法
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H04N 25/773 20230101AFI20250306BHJP(電気通信技術)
要約【課題】APDが待機状態に制御され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正確にカウントし得る光電変換装置及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】光電変換装置は、APDと、第1及び第2入力ノードを有し、第1入力ノードにAPDの一方のノードが接続され、第2入力ノードに周期的な第1制御信号が入力される信号処理回路と、APDの一方のノードに接続され、周期的な第2制御信号に応じてAPDのリチャージ動作を制御するリチャージ回路と、を有する。信号処理回路は、第1制御信号に応じて、第1入力ノードの信号に応じて出力値が変化する第1モードと、第1入力ノードの信号によらずに固定値を出力する第2モードと、に切り替え可能であり、信号処理回路は、第2制御信号の1周期の間に2回以上、APDにおいてアバランシェ増倍が生じた場合に、第1モードにおいて第1の値を1回だけ出力する。
【選択図】図13
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と、
第１入力ノード及び第２入力ノードを有し、前記第１入力ノードに前記アバランシェフォトダイオードの一方のノードが接続され、前記第２入力ノードに周期的な第１制御信号が入力される第１信号処理回路と、
前記アバランシェフォトダイオードの前記一方のノードに接続され、周期的な第２制御信号に応じて前記アバランシェフォトダイオードのリチャージ動作を制御するリチャージ回路と、を有し、
前記第１信号処理回路は、前記第１制御信号に応じて、前記第１入力ノードの信号に応じて出力値が変化する第１モードと、前記第１入力ノードの信号によらずに固定値を出力する第２モードと、に切り替え可能であり、
前記第１信号処理回路は、前記第２制御信号の１周期の間に２回以上、前記アバランシェフォトダイオードにおいてアバランシェ増倍が生じた場合に、前記第１モードにおいて第１の値を１回だけ出力する
ことを特徴とする光電変換装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
アバランシェフォトダイオードと、
第１入力ノード及び第２入力ノードを有し、前記第１入力ノードに前記アバランシェフォトダイオードの一方のノードが接続され、前記第２入力ノードに周期的な第１制御信号が入力される第１信号処理回路と、
前記アバランシェフォトダイオードの前記一方のノードに接続され、周期的な第２制御信号により制御されるリチャージ回路と、を有し、
前記第１信号処理回路は、前記第１制御信号に応じて、前記第１入力ノードの信号に応じて出力値が変化する第１モードと、前記第１入力ノードの信号によらずに固定値を出力する第２モードと、に制御され、
前記リチャージ回路は、前記第２制御信号に応じて、前記アバランシェフォトダイオードにおけるリチャージ動作を許容するリチャージ動作モードと、前記アバランシェフォトダイオードにおけるクエンチ動作を許容するクエンチ動作モードと、に制御され、
前記リチャージ回路が前記リチャージ動作モードに制御される期間は、前記第１信号処理回路が前記第２モードに制御される期間と重なり、前記第１信号処理回路が前記第１モードに制御される期間と重ならない
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
前記第１信号処理回路は、前記第２制御信号の１周期の間に２回以上、前記アバランシェフォトダイオードにおいてアバランシェ増倍が生じた場合に、前記第１モードにおいて第１の値を１回だけ出力する
ことを特徴とする請求項２記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第１信号処理回路は、前記第１入力ノード及び前記第２入力ノードからの信号が入力されるＮＯＲ回路を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記第１信号処理回路は、前記第１入力ノードと前記ＮＯＲ回路との間に設けられたシュミットトリガ回路を更に有する
ことを特徴とする請求項４記載の光電変換装置。
【請求項６】
アバランシェフォトダイオードと、
第１入力ノード及び第２入力ノードを有し、前記第１入力ノードに前記アバランシェフォトダイオードの一方のノードが接続され、前記第２入力ノードに周期的な第１制御信号が入力される第１信号処理回路と、
前記アバランシェフォトダイオードの前記一方のノードに接続され、周期的な第２制御信号により制御されるリチャージ回路と、を有し、
前記リチャージ回路は、前記第２制御信号に応じて、前記アバランシェフォトダイオードにおけるリチャージ動作を許容するリチャージ動作モードと、前記アバランシェフォトダイオードにおけるクエンチ動作を許容するクエンチ動作モードと、に制御され、
前記第１信号処理回路は、
前記第１制御信号が第１レベルのときに第２の値を出力し、
前記第１制御信号が前記第１レベルと異なる第２レベルであり、且つ、前記アバランシェフォトダイオードがアバランシェ増倍の生じない放電状態のときに第１の値を出力し、
前記第１制御信号が前記第２レベルであり、且つ、前記アバランシェフォトダイオードがアバランシェ増倍の可能な待機状態のときは出力値を保持する
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
前記第１信号処理回路は、前記第２制御信号の１周期の間に２回以上、前記アバランシェフォトダイオードにおいてアバランシェ増倍が生じた場合に、前記第１の値を１回だけ出力する
ことを特徴とする請求項６記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記第１信号処理回路は、ＳＲラッチを有する
ことを特徴とする請求項１、６及び７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記ＳＲラッチは、ＮＡＮＤ型のＳＲラッチである
ことを特徴とする請求項８記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記第１信号処理回路は、前記第２制御信号の１周期の間にアバランシェ増倍が生じなかった場合に、第２の値を出力する
ことを特徴とする請求項１乃至３、６及び７のいずれか１項に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、光電変換装置及びその駆動方法に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
光電変換素子として、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。これら光電変換素子は、検知した光子の数を計数する機能を備えた光電変換装置などに利用されている。特許文献１には、ＡＰＤをアバランシェ増倍が可能な待機状態と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とに交互に制御し、待機状態に制御され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光電変換装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
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】
【０００４】
しかしながら、引用文献１に記載の技術では、ＡＰＤが待機状態に制御され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正確にカウントできないことがあった。
【０００５】
本発明の目的は、ＡＰＤが待機状態に制御され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正確にカウントし得る光電変換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】
本明細書の一開示によれば、アバランシェフォトダイオードと、第１入力ノード及び第２入力ノードを有し、前記第１入力ノードに前記アバランシェフォトダイオードの一方のノードが接続され、前記第２入力ノードに周期的な第１制御信号が入力される第１信号処理回路と、前記アバランシェフォトダイオードの前記一方のノードに接続され、周期的な第２制御信号に応じて前記アバランシェフォトダイオードのリチャージ動作を制御するリチャージ回路と、を有し、前記第１信号処理回路は、前記第１制御信号に応じて、前記第１入力ノードの信号に応じて出力値が変化する第１モードと、前記第１入力ノードの信号によらずに固定値を出力する第２モードと、に切り替え可能であり、前記第１信号処理回路は、前記第２制御信号の１周期の間に２回以上、前記アバランシェフォトダイオードにおいてアバランシェ増倍が生じた場合に、前記第１モードにおいて第１の値を１回だけ出力する光電変換装置が提供される。
【０００７】
また、本明細書の他の一開示によれば、アバランシェフォトダイオードと、第１入力ノード及び第２入力ノードを有し、前記第１入力ノードに前記アバランシェフォトダイオードの一方のノードが接続され、前記第２入力ノードに周期的な第１制御信号が入力される第１信号処理回路と、前記アバランシェフォトダイオードの前記一方のノードに接続され、周期的な第２制御信号により制御されるリチャージ回路と、を有し、前記第１信号処理回路は、前記第１制御信号に応じて、前記第１入力ノードの信号に応じて出力値が変化する第１モードと、前記第１入力ノードの信号によらずに固定値を出力する第２モードと、に制御され、前記リチャージ回路は、前記第２制御信号に応じて、前記アバランシェフォトダイオードにおけるリチャージ動作を許容するリチャージ動作モードと、前記アバランシェフォトダイオードにおけるクエンチ動作を許容するクエンチ動作モードと、に制御され、前記リチャージ回路が前記リチャージ動作モードに制御される期間は、前記第１信号処理回路が前記第２モードに制御される期間と重なり、前記第１信号処理回路が前記第１モードに制御される期間と重ならない光電変換装置が提供される。
【０００８】
また、本明細書の更に他の一開示によれば、アバランシェフォトダイオードと、第１入力ノード及び第２入力ノードを有し、前記第１入力ノードに前記アバランシェフォトダイオードの一方のノードが接続され、前記第２入力ノードに周期的な第１制御信号が入力される第１信号処理回路と、前記アバランシェフォトダイオードの前記一方のノードに接続され、周期的な第２制御信号により制御されるリチャージ回路と、を有し、前記リチャージ回路は、前記第２制御信号に応じて、前記アバランシェフォトダイオードにおけるリチャージ動作を許容するリチャージ動作モードと、前記アバランシェフォトダイオードにおけるクエンチ動作を許容するクエンチ動作モードと、に制御され、前記第１信号処理回路は、前記第１制御信号が第１レベルのときに第２の値を出力し、前記第１制御信号が前記第１レベルと異なる第２レベルであり、且つ、前記アバランシェフォトダイオードがアバランシェ増倍の生じない放電状態のときに第１の値を出力し、前記第１制御信号が前記第２レベルであり、且つ、前記アバランシェフォトダイオードがアバランシェ増倍の可能な待機状態のときは出力値を保持する光電変換装置が提供される。
【０００９】
また、本明細書の更に他の一開示によれば、アバランシェフォトダイオードと、第１入力ノード及び第２入力ノードを有し、前記第１入力ノードに前記アバランシェフォトダイオードの一方のノードが接続され、前記第２入力ノードに周期的な第１制御信号が入力される第１信号処理回路と、前記アバランシェフォトダイオードの前記一方のノードに接続され、周期的な第２制御信号により制御されるリチャージ回路と、を有する光電変換装置の駆動方法であって、前記第１信号処理回路を、前記第１制御信号に応じて、前記第１入力ノードの信号に応じて出力値が変化する第１モードと、前記第１入力ノードの信号によらずに固定値を出力する第２モードと、に制御し、前記リチャージ回路を、前記第２制御信号に応じて、前記アバランシェフォトダイオードにおけるリチャージ動作を許容するリチャージ動作モードと、前記アバランシェフォトダイオードにおけるクエンチ動作を許容するクエンチ動作モードと、に制御する際に、前記リチャージ回路が前記リチャージ動作モードに制御される期間が、前記第１信号処理回路が前記第２モードに制御される期間と重なり、前記第１信号処理回路が前記第１モードに制御される期間と重ならないように制御する光電変換装置の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＡＰＤがアバランシェ増倍の可能な待機状態に制御され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光電変換装置において、アバランシェ増倍が生じた期間の数を正確にカウントすることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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