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JP7830133B2 - Photoelectric converter and photodetection system - Google Patents
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JP7830133B2 - Photoelectric converter and photodetection system - Google Patents

Photoelectric converter and photodetection system

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JP7830133B2 JP2022000028A JP2022000028A JP7830133B2 JP 7830133 B2 JP7830133 B2 JP 7830133B2 JP 2022000028 A JP2022000028 A JP 2022000028A JP 2022000028 A JP2022000028 A JP 2022000028A JP 7830133 B2 JP7830133 B2 JP 7830133B2
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Description

本発明は、光電変換装置及び光検出システムに関する。 This invention relates to a photoelectric conversion device and a photodetection system.

特許文献1には、マトリクス状に配列されたアバランシェフォトダイオードを有する光電変換装置が開示されている。アバランシェフォトダイオードは、半導体のpn接合部に誘起された強電界により発生するアバランシェ増倍現象を用いることで、光子により励起された信号電荷を数倍~数百万倍程度に増幅するものである。 Patent Document 1 discloses a photoelectric conversion device having avalanche photodiodes arranged in a matrix. Avalanche photodiodes utilize the avalanche multiplication phenomenon, which is generated by a strong electric field induced at the pn junction of a semiconductor, to amplify the signal charge excited by photons by several to several million times.

特許文献2には、光量の変化等のイベントの検出に応じて動作する非同期型の固体撮像装置が開示されている。特許文献2の固体撮像装置は、イベントを検出する検出画素と、イベントが生じた場合にアバランシェフォトダイオードに入射された光子数をカウントして画素信号を出力する計数画素とを有する。 Patent Document 2 discloses an asynchronous solid-state imaging device that operates in response to the detection of events such as changes in light intensity. The solid-state imaging device described in Patent Document 2 has a detection pixel that detects events, and a counting pixel that counts the number of photons incident on an avalanche photodiode when an event occurs and outputs a pixel signal.

特開2020-123847号公報Japanese Patent Publication No. 2020-123847 特開2020-096347号公報Japanese Patent Publication No. 2020-096347

特許文献2に記載されているような非同期型の光電変換装置において、消費電力の低減が求められている。 In asynchronous photoelectric conversion devices such as those described in Patent Document 2, there is a need to reduce power consumption.

本発明の目的は、消費電力が低減された光電変換装置及び光検出システムを提供することにある。 The object of this invention is to provide a photoelectric conversion device and a photodetection system with reduced power consumption.

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、カウント期間に前記アバランシェフォトダイオードに入射する光子に基づくカウント値を生成するカウンタを含み、前記カウント値を前記カウント期間ごとに繰り返し出力する信号処理回路と、を含む画素を有し、前記画素は、前記カウント値と所定の閾値とに基づく判定を行った結果に応じて、第1状態から、前記カウント期間の長さが前記第1状態よりも短い第2状態に遷移し、前記第1状態における消費電力は、前記第2状態における消費電力よりも小さいことを特徴とする光電変換装置が提供される。
According to one disclosure of this specification, a photoelectric converter is provided, having a pixel that includes an avalanche photodiode and a signal processing circuit that includes a counter that generates a count value based on photons incident on the avalanche photodiode during a counting period and repeatedly outputs the count value for each counting period, wherein the pixel transitions from a first state to a second state in which the length of the counting period is shorter than that of the first state , depending on the result of a determination based on the count value and a predetermined threshold, and the power consumption in the first state is smaller than the power consumption in the second state .

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、カウント期間に前記アバランシェフォトダイオードに入射する光子に基づくカウント値を生成するカウンタを含み、前記カウント値を前記カウント期間ごとに繰り返し出力する信号処理回路と、を含む画素を有し、前記画素は、前記カウント値と所定の閾値とに基づく判定を行った結果に応じて、第1状態から第2状態に遷移し、前記第2状態における第1カウント期間の終了時刻から前記第1カウント期間の次の第2カウント期間の開始時刻までの間隔は、前記第1状態における第3カウント期間の終了時刻から前記第3カウント期間の次の第4カウント期間の開始時刻までの間隔よりも短いことを特徴とする光電変換装置が提供される。 Another disclosure of this specification provides a photoelectric converter having a pixel that includes an avalanche photodiode and a signal processing circuit that includes a counter that generates a count value based on photons incident on the avalanche photodiode during a counting period and repeatedly outputs the count value for each counting period, wherein the pixel transitions from a first state to a second state according to the result of a determination based on the count value and a predetermined threshold, and the interval from the end time of a first counting period in the second state to the start time of the next second counting period following the first counting period is shorter than the interval from the end time of a third counting period in the first state to the start time of the next fourth counting period following the third counting period .

本発明によれば、消費電力が低減された光電変換装置及び光検出システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion device and a photodetection system with reduced power consumption.

本発明の第1実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図(その1)である。This is a block diagram (part 1) showing the schematic configuration of a photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図(その2)である。This is a block diagram (part 2) showing the schematic configuration of a photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置における画素の構成例を示すブロック図である。This is a block diagram showing an example of the pixel configuration in a photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置の構成例を示す斜視図である。This is a perspective view showing an example of the configuration of a photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置における光電変換部の基本動作を説明する図である。This figure illustrates the basic operation of the photoelectric conversion unit in a photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置における画素のより具体的な構成例を示すブロック図である。This is a block diagram showing a more specific example of the pixel configuration in a photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置における駆動方法の例を示すフローチャートである。This flowchart shows an example of a driving method in a photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の例を示すタイミング図である。This is a timing diagram showing an example of a pixel driving method in a photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による光電変換装置における画素の構成例を示すブロック図である。This is a block diagram showing an example of the pixel configuration in a photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の例を示すタイミング図である。This is a timing diagram showing an example of a pixel driving method in a photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態による光電変換装置における画素の構成例を示すブロック図である。This is a block diagram showing an example of the pixel configuration in a photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の例を示すタイミング図である。This is a timing diagram showing an example of a pixel driving method in a photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の変形例を示すタイミング図である。This timing diagram shows a modified example of the pixel driving method in a photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態による光電変換装置における駆動方法の例を示すフローチャートである。This flowchart shows an example of a driving method in a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態による光電変換装置における画素の配置及び駆動順序の例を示す模式図である。This is a schematic diagram showing an example of pixel arrangement and driving sequence in a photoelectric conversion device according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の例を示すタイミング図である。This is a timing diagram showing an example of a pixel driving method in a photoelectric conversion device according to the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の変形例を示すタイミング図である。This timing diagram shows a modified example of the pixel driving method in a photoelectric conversion device according to the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6実施形態による光電変換装置における画素の配置及び駆動方法の例を示す模式図である。This is a schematic diagram showing an example of pixel arrangement and driving method in a photoelectric conversion device according to the sixth embodiment of the present invention. 本発明の第7実施形態による光電変換装置における画素の配置及び駆動方法の例を示す模式図である。This is a schematic diagram showing an example of pixel arrangement and driving method in a photoelectric conversion device according to the seventh embodiment of the present invention. 本発明の第7実施形態による光電変換装置における駆動方法の例を示すフローチャートである。This flowchart shows an example of a driving method in a photoelectric conversion device according to the seventh embodiment of the present invention. 本発明の第7実施形態による光電変換装置における駆動方法の変形例を示すフローチャートである。This is a flowchart showing a modified example of the driving method in a photoelectric conversion device according to the seventh embodiment of the present invention. 本発明の第8実施形態による光電変換装置における画素の配置及び駆動方法の例を示す模式図である。This is a schematic diagram showing an example of pixel arrangement and driving method in a photoelectric conversion device according to the eighth embodiment of the present invention. 本発明の第8実施形態による光電変換装置における駆動方法の例を示すフローチャートである。This flowchart shows an example of a driving method in a photoelectric conversion device according to the eighth embodiment of the present invention. 本発明の第9実施形態による光検出システムの概略構成を示すブロック図である。This is a block diagram showing the schematic configuration of a photodetection system according to the ninth embodiment of the present invention. 本発明の第10実施形態による距離画像センサの概略構成を示すブロック図である。This is a block diagram showing a schematic configuration of a distance image sensor according to a tenth embodiment of the present invention. 本発明の第11実施形態による内視鏡手術システムの構成例を示す概略図である。This is a schematic diagram showing an example configuration of an endoscopic surgical system according to the 11th embodiment of the present invention. 本発明の第12実施形態による移動体の構成例を示す概略図である。This is a schematic diagram showing an example of the configuration of a mobile body according to the twelfth embodiment of the present invention. 本発明の第12実施形態による光検出システムの概略構成を示すブロック図である。This is a block diagram showing the schematic configuration of a photodetection system according to a twelfth embodiment of the present invention. 本発明の第12実施形態による光検出システムの動作を示すフロー図である。This is a flowchart illustrating the operation of the light detection system according to the twelfth embodiment of the present invention. 本発明の第13実施形態による光検出システムの概略構成を示す概略図である。This is a schematic diagram showing the general configuration of a photodetection system according to the thirteenth embodiment of the present invention.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。複数の図面にわたって同一の要素又は対応する要素には共通の符号が付されており、その説明は省略又は簡略化されることがある。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。 The embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Common reference numerals are used for identical or corresponding elements across multiple drawings, and their descriptions may be omitted or simplified. The embodiments shown below are intended to embody the technical concept of the present invention and do not limit it. The sizes and positional relationships of the components shown in each drawing may be exaggerated for clarity.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による光電変換装置について、図1乃至図8を用いて説明する。図1及び図2は、本実施形態による光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。図3は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示すブロック図である。図4は、本実施形態による光電変換装置の構成例を示す斜視図である。図5は、本実施形態による光電変換装置の光電変換部の基本動作を説明する図である。図6は、本実施形態による光電変換装置における画素のより具体的な構成例を示すブロック図である。図7は、本実施形態による光電変換装置における駆動方法の例を示すフローチャートである。図8は、本実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の例を示すタイミング図である。
[First Embodiment]
A photoelectric converter according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 8. Figures 1 and 2 are block diagrams showing the schematic configuration of the photoelectric converter according to this embodiment. Figure 3 is a block diagram showing an example of the pixel configuration of the photoelectric converter according to this embodiment. Figure 4 is a perspective view showing an example of the configuration of the photoelectric converter according to this embodiment. Figure 5 is a diagram illustrating the basic operation of the photoelectric conversion unit of the photoelectric converter according to this embodiment. Figure 6 is a block diagram showing a more specific example of the pixel configuration in the photoelectric converter according to this embodiment. Figure 7 is a flowchart showing an example of a driving method in the photoelectric converter according to this embodiment. Figure 8 is a timing diagram showing an example of a pixel driving method in the photoelectric converter according to this embodiment.

本実施形態による光電変換装置100は、図1に示すように、画素部10と、垂直走査回路部40と、読み出し回路部50と、水平走査回路部60と、制御パルス生成部80と出力回路部90と、を有する。以下の説明において、光電変換装置は、アバランシェフォトダイオードを用いた非同期型の撮像装置であるものとするが、これに限られるものではない。光電変換装置の例としては、以下に述べる撮像装置の他に、測距装置(焦点検出やTOF(Time Of Flight)を用いた距離測定等の装置)、測光装置(入射光量の測定等の装置)等が挙げられる。 As shown in Figure 1, the photoelectric conversion device 100 according to this embodiment includes a pixel unit 10, a vertical scanning circuit unit 40, a readout circuit unit 50, a horizontal scanning circuit unit 60, a control pulse generation unit 80, and an output circuit unit 90. In the following description, the photoelectric conversion device is assumed to be an asynchronous imaging device using an avalanche photodiode, but it is not limited to this. Examples of photoelectric conversion devices include, in addition to the imaging device described below, distance measuring devices (devices for distance measurement using focus detection or TOF (Time of Flight)), photometric devices (devices for measuring incident light intensity, etc.).

画素部10には、複数の行及び複数の列をなすようにアレイ状に配された複数の画素12が設けられている。各々の画素12は、後述するように、光子検知素子を含む光電変換部と、光電変換部から出力される信号を処理する画素信号処理部と、により構成され得る。なお、画素部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×数千列のアレイ状に配された複数の画素12により画素部10を構成することができる。或いは、1行又は1列に並べた複数の画素12により画素部10を構成してもよい。或いは、1つの画素12により画素部10を構成してもよい。 The pixel unit 10 is provided with multiple pixels 12 arranged in an array such that they form multiple rows and multiple columns. Each pixel 12 may consist of a photoelectric conversion unit including a photon detection element and a pixel signal processing unit that processes the signal output from the photoelectric conversion unit, as described later. The number of pixels 12 constituting the pixel unit 10 is not particularly limited. For example, the pixel unit 10 can be composed of multiple pixels 12 arranged in an array of several thousand rows x several thousand columns, as in a typical digital camera. Alternatively, the pixel unit 10 may be composed of multiple pixels 12 arranged in one row or one column. Or, the pixel unit 10 may be composed of a single pixel 12.

画素部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。 Each row of the pixel array in the pixel unit 10 has a control line 14 extending in a first direction (horizontal direction in Figure 1). The control line 14 is connected to each pixel 12 arranged in the first direction, forming a common signal line for these pixels 12. The first direction in which the control line 14 extends may be referred to as the row direction or horizontal direction. Each control line 14 may include multiple signal lines for supplying multiple types of control signals to the pixels 12.

また、画素部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から出力される複数ビットの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。 Furthermore, each row of the pixel array in the pixel section 10 has data lines 16 extending in a second direction (vertical direction in Figure 1) that intersects the first direction. Each data line 16 is connected to a pixel 12 arranged in the second direction, forming a common signal line for these pixels 12. The second direction in which the data lines 16 extend may be referred to as the column direction or the vertical direction. Each data line 16 may include multiple signal lines for transferring multi-bit digital signals output from the pixels 12 bit by bit.

各行の制御線14は、垂直走査回路部40に接続されている。垂直走査回路部40は、制御パルス生成部80から出力される制御信号を受け、画素12を駆動するための制御信号を生成し、制御線14を介して画素12に供給する機能を備える制御部である。垂直走査回路部40には、シフトレジスタやアドレスデコーダといった論理回路が用いられ得る。垂直走査回路部40は、画素部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の画素信号を読み出し回路部50へと出力する。 Each row's control line 14 is connected to the vertical scanning circuit unit 40. The vertical scanning circuit unit 40 is a control unit that receives control signals output from the control pulse generation unit 80, generates control signals for driving the pixels 12, and supplies them to the pixels 12 via the control lines 14. Logic circuits such as shift registers and address decoders may be used in the vertical scanning circuit unit 40. The vertical scanning circuit unit 40 sequentially scans the pixels 12 within the pixel unit 10 row by row and outputs the pixel signal of each pixel 12 to the readout circuit unit 50 via the data lines 16.

各列のデータ線16は、読み出し回路部50に接続されている。読み出し回路部50は、画素部10の画素アレイの各列に対応して設けられた複数の保持部(図示せず)を備え、データ線16を介して画素部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機能を備える。 Each data line 16 in each column is connected to the readout circuit unit 50. The readout circuit unit 50 comprises a plurality of holding units (not shown) corresponding to each column of the pixel array in the pixel unit 10, and has the function of holding the pixel signals of the pixels 12 in each column, which are output row by row from the pixel unit 10 via the data lines 16, in the holding unit of the corresponding column.

水平走査回路部60は、制御パルス生成部80から出力される制御信号を受け、読み出し回路部50の各列の保持部から画素信号を読み出すための制御信号を生成し、読み出し回路部50に供給する制御部である。水平走査回路部60には、シフトレジスタやアドレスデコーダといった論理回路が用いられ得る。水平走査回路部60は、読み出し回路部50の各列の保持部を順次走査し、各々に保持されている画素信号を順次出力回路部90へと出力する。 The horizontal scanning circuit unit 60 is a control unit that receives control signals output from the control pulse generation unit 80, generates control signals for reading pixel signals from the holding units of each column of the readout circuit unit 50, and supplies them to the readout circuit unit 50. Logic circuits such as shift registers and address decoders may be used in the horizontal scanning circuit unit 60. The horizontal scanning circuit unit 60 sequentially scans the holding units of each column of the readout circuit unit 50 and sequentially outputs the pixel signals held in each to the output circuit unit 90.

出力回路部90は、外部インターフェース回路を有し、読み出し回路部50から出力された画素信号を光電変換装置100の外部へ出力するための回路部である。出力回路部90が備え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。外部インターフェース回路は、例えば、SerDes(SERializer/DESerializer)送信回路により構成され得る。SerDes送信回路は、例えば、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)回路、SLVS(Scalable Low Voltage Signaling)回路である。 The output circuit section 90 has an external interface circuit and is a circuit section for outputting the pixel signal output from the readout circuit section 50 to the outside of the photoelectric converter 100. The external interface circuit provided by the output circuit section 90 is not particularly limited. The external interface circuit may be configured, for example, by a SerDes (SERializer/DESerializer) transmission circuit. The SerDes transmission circuit may be, for example, an LVDS (Low Voltage Differential Signaling) circuit or an SLVS (Scalable Low Voltage Signaling) circuit.

制御パルス生成部80は、垂直走査回路部40、読み出し回路部50、水平走査回路部60の動作やそのタイミングを制御する制御信号を生成し、各機能ブロックに供給するための制御回路である。なお、垂直走査回路部40、読み出し回路部50、水平走査回路部60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、光電変換装置100の外部から供給してもよい。 The control pulse generation unit 80 is a control circuit that generates control signals to control the operation and timing of the vertical scanning circuit unit 40, the readout circuit unit 50, and the horizontal scanning circuit unit 60, and supplies them to each functional block. At least a portion of the control signals that control the operation and timing of the vertical scanning circuit unit 40, the readout circuit unit 50, and the horizontal scanning circuit unit 60 may be supplied from outside the photoelectric converter 100.

なお、光電変換装置100の各機能ブロックの接続態様は図1の構成例に限定されるものではなく、例えば図2に示すように構成することもできる。 Furthermore, the connection configuration of each functional block of the photoelectric converter 100 is not limited to the configuration example shown in Figure 1; for example, it can also be configured as shown in Figure 2.

図2の構成例では、画素部10の画素アレイの各行に、第1の方向に延在するデータ線16を配している。データ線16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。また、画素部10の画素アレイの各列に、第2の方向に延在する制御線18を配している。制御線18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。 In the configuration example shown in Figure 2, data lines 16 extending in a first direction are arranged in each row of the pixel array of the pixel unit 10. Each data line 16 is connected to a pixel 12 aligned in the first direction, forming a common signal line for these pixels 12. Furthermore, control lines 18 extending in a second direction are arranged in each column of the pixel array of the pixel unit 10. Each control line 18 is connected to a pixel 12 aligned in the second direction, forming a common signal line for these pixels 12.

各列の制御線18は、水平走査回路部60に接続されている。水平走査回路部60は、制御パルス生成部80から出力される制御信号を受け、画素12から画素信号を読み出すための制御信号を生成し、制御線18を介して画素12に供給する。具体的には、水平走査回路部60は、画素部10の複数の画素12を列単位で順次走査し、選択された列に属する各行の画素12の画素信号をデータ線16に出力する。 Each row's control line 18 is connected to the horizontal scanning circuit unit 60. The horizontal scanning circuit unit 60 receives a control signal output from the control pulse generation unit 80, generates a control signal for reading pixel signals from the pixels 12, and supplies it to the pixels 12 via the control lines 18. Specifically, the horizontal scanning circuit unit 60 sequentially scans multiple pixels 12 of the pixel unit 10 in column units and outputs the pixel signals of the pixels 12 in each row belonging to the selected column to the data lines 16.

各行のデータ線16は、読み出し回路部50に接続されている。読み出し回路部50は、画素部10の画素アレイの各行に対応して設けられた複数の保持部(図示せず)を備え、データ線16を介して画素部10から列単位で出力される各行の画素12の画素信号を対応する行の保持部にて保持する機能を備える。 Each row's data line 16 is connected to the readout circuit unit 50. The readout circuit unit 50 comprises a plurality of holding units (not shown) corresponding to each row of the pixel array in the pixel unit 10, and has the function of holding the pixel signals of the pixels 12 of each row, which are output column by column from the pixel unit 10 via the data lines 16, in the holding unit corresponding to the row.

読み出し回路部50は、制御パルス生成部80から出力される制御信号を受け、各行の保持部に保持されている画素信号を順次出力回路部90へと出力する。図2の構成例におけるその他の構成は、図1の構成例と同様であり得る。 The readout circuit 50 receives a control signal output from the control pulse generation unit 80 and sequentially outputs the pixel signals held in the holding unit for each row to the output circuit 90. Other configurations in the example shown in Figure 2 may be the same as those in the example shown in Figure 1.

各々の画素12は、図3に示すように、光電変換部20と、画素信号処理部30(信号処理回路)と、を有する。光電変換部20は、光子検知素子22と、クエンチ素子24と、を有する。画素信号処理部30は、波形整形部32と、デジタル処理回路34と、画素出力回路36と、を有する。 Each pixel 12, as shown in Figure 3, includes a photoelectric conversion unit 20 and a pixel signal processing unit 30 (signal processing circuit). The photoelectric conversion unit 20 includes a photon detection element 22 and a quench element 24. The pixel signal processing unit 30 includes a waveform shaping unit 32, a digital processing circuit 34, and a pixel output circuit 36.

光子検知素子22は、アバランシェフォトダイオード(以下、「APD」と表記する)であり得る。光子検知素子22を構成するAPDのアノードは、電圧VLが供給されるノードに接続されている。光子検知素子22を構成するAPDのカソードは、クエンチ素子24の一方の端子に接続されている。光子検知素子22とクエンチ素子24との接続ノードが、光電変換部20の出力ノードである。クエンチ素子24の他方の端子は、電圧VLよりも高い電圧VHが供給されるノードに接続されている。電圧VL及び電圧VHは、APDがアバランシェ増倍動作をするに十分な逆バイアス電圧が印加されるように設定されている。一例では、電圧VLとして負の高電圧が与えられ、電圧VHとして電源電圧程度の正電圧が与えられる。例えば、電圧VLは-30Vであり、電圧VHは1Vである。 The photon detection element 22 may be an avalanche photodiode (hereinafter referred to as "APD"). The anode of the APD constituting the photon detection element 22 is connected to a node to which voltage VL is supplied. The cathode of the APD constituting the photon detection element 22 is connected to one terminal of the quench element 24. The connection node between the photon detection element 22 and the quench element 24 is the output node of the photoelectric conversion unit 20. The other terminal of the quench element 24 is connected to a node to which a voltage VH, higher than voltage VL, is supplied. Voltages VL and VH are set so that a reverse bias voltage sufficient for the APD to perform avalanche multiplication is applied. In one example, a negative high voltage is applied as voltage VL, and a positive voltage approximately equal to the power supply voltage is applied as voltage VH. For example, voltage VL is -30V and voltage VH is 1V.

光子検知素子22は、前述のようにAPDにより構成され得る。アバランシェ増倍動作をするに十分な逆バイアス電圧をAPDに供給した状態とすることで、APDへの光入射によって生じた電荷がアバランシェ増倍を起こし、アバランシェ増倍電流が発生する。APDに逆バイアス電圧を供給した状態における動作モードには、ガイガーモードとリニアモードとがある。ガイガーモードは、アノードとカソードとの間に印加する電圧をAPDの降伏電圧よりも大きい逆バイアス電圧とする動作モードである。リニアモードは、アノードとカソードとの間に印加する電圧をAPDの降伏電圧近傍又はそれ以下の逆バイアス電圧とする動作モードである。ガイガーモードで動作させるAPDは、SPAD(Single Photon Avalanche Diode)と呼ばれる。光子検知素子22を構成するAPDは、リニアモードで動作するようにしてもよいし、ガイガーモードで動作するようにしてもよい。特に、SPADはリニアモードのAPDに比べて電位差が大きくなり耐圧の効果が顕著となるため好ましい。 The photon detection element 22 can be constructed using an APD (Avalanche Diode) as described above. By supplying the APD with a reverse bias voltage sufficient for avalanche multiplication, the charge generated by light incidence on the APD undergoes avalanche multiplication, generating an avalanche multiplication current. There are two operating modes when a reverse bias voltage is supplied to the APD: Geiger mode and linear mode. Geiger mode is an operating mode where the voltage applied between the anode and cathode is a reverse bias voltage greater than the breakdown voltage of the APD. Linear mode is an operating mode where the voltage applied between the anode and cathode is a reverse bias voltage near or below the breakdown voltage of the APD. An APD operating in Geiger mode is called a SPAD (Single Photon Avalanche Diode). The APD constituting the photon detection element 22 may operate in linear mode or Geiger mode. In particular, SPADs are preferred because they have a larger potential difference compared to linear-mode APDs, resulting in a more pronounced breakdown voltage effect.

クエンチ素子24は、光子検知素子22で生じたアバランシェ増倍電流の変化を電圧信号に変換する機能を備える。また、クエンチ素子24は、アバランシェ増倍による信号増倍時に負荷回路(クエンチ回路)として機能し、光子検知素子22に印加される電圧を低減してアバランシェ増倍を抑制する機能を備える。クエンチ素子24がアバランシェ増倍を抑制する動作は、クエンチ動作と呼ばれる。また、クエンチ素子24は、クエンチ動作によって電圧降下した分の電流を流すことにより、光子検知素子22に供給する電圧を電圧VHへと戻す機能を備える。クエンチ素子24が光子検知素子22に供給する電圧を電圧VHへと戻す動作は、リチャージ動作と呼ばれる。クエンチ素子24は、抵抗素子やMOSトランジスタなどにより構成され得る。 The quench element 24 has the function of converting the change in avalanche multiplication current generated in the photon detection element 22 into a voltage signal. Furthermore, the quench element 24 functions as a load circuit (quench circuit) during signal multiplication by avalanche multiplication, reducing the voltage applied to the photon detection element 22 and suppressing avalanche multiplication. This operation by the quench element 24 to suppress avalanche multiplication is called the quench operation. The quench element 24 also has the function of restoring the voltage supplied to the photon detection element 22 to voltage VH by supplying current to compensate for the voltage drop caused by the quench operation. This operation by the quench element 24 to restore the voltage supplied to the photon detection element 22 to voltage VH is called the recharge operation. The quench element 24 can be composed of a resistor, a MOS transistor, or the like.

波形整形部32は、光電変換部20の出力信号が供給される入力ノードと、出力ノードと、を有する。波形整形部32は、光電変換部20から供給されるアナログ信号をパルス信号に変換する機能を備える。図3に示されているように、波形整形部32は、インバータ回路などにより構成され得る。波形整形部32の出力ノードは、デジタル処理回路34に接続されている。 The waveform shaping unit 32 has an input node to which the output signal from the photoelectric conversion unit 20 is supplied, and an output node. The waveform shaping unit 32 has the function of converting the analog signal supplied from the photoelectric conversion unit 20 into a pulse signal. As shown in Figure 3, the waveform shaping unit 32 may be configured by an inverter circuit or the like. The output node of the waveform shaping unit 32 is connected to the digital processing circuit 34.

デジタル処理回路34は、波形整形部32の出力信号が供給される入力ノードと、制御線14に接続された入力ノードと、出力ノードと、を有する。デジタル処理回路34は、後述するカウンタを有する。カウンタは、波形整形部32から出力される信号に重畳するパルスのカウントを行い、カウントの結果であるカウント値を保持する機能を備える。垂直走査回路部40から制御線14を介してデジタル処理回路34に供給される信号には、パルスのカウント期間(露光期間)を制御するためのタイマクロック信号などが含まれ得る。デジタル処理回路34の出力ノードは、画素出力回路36を介してデータ線16に接続されている。 The digital processing circuit 34 has an input node to which the output signal from the waveform shaping unit 32 is supplied, an input node connected to the control line 14, and an output node. The digital processing circuit 34 also has a counter, which will be described later. The counter counts pulses superimposed on the signal output from the waveform shaping unit 32 and has the function of holding the count value, which is the result of the count. The signal supplied from the vertical scanning circuit unit 40 to the digital processing circuit 34 via the control line 14 may include a timer clock signal for controlling the pulse counting period (exposure period). The output node of the digital processing circuit 34 is connected to the data line 16 via the pixel output circuit 36.

画素出力回路36は、デジタル処理回路34とデータ線16との間の電気的な接続状態(接続又は非接続)を切り替える機能を備える。画素出力回路36は、垂直走査回路部40から制御線14を介して供給される制御信号(図2の構成例にあっては、水平走査回路部60から制御線18を介して供給される制御信号)に応じて、デジタル処理回路34とデータ線16との間の接続状態を切り替える。画素出力回路36は、信号を出力するためのバッファ回路を含み得る。 The pixel output circuit 36 has a function to switch the electrical connection state (connected or disconnected) between the digital processing circuit 34 and the data line 16. The pixel output circuit 36 switches the connection state between the digital processing circuit 34 and the data line 16 in response to a control signal supplied from the vertical scanning circuit unit 40 via the control line 14 (in the configuration example of Figure 2, a control signal supplied from the horizontal scanning circuit unit 60 via the control line 18). The pixel output circuit 36 may include a buffer circuit for outputting signals.

画素12は、典型的には、画像を形成するための画素信号を出力する単位構造体である。ただし、TOF(Time of Flight)方式を用いた測距などを目的とする場合にあっては、画素12は、必ずしも画像を形成するための画素信号を出力する単位構造体である必要はない。すなわち、画素12は、光が到達した時刻と光量とを測定するための信号を出力する単位構造体でもあり得る。 Pixel 12 is typically a unit structure that outputs a pixel signal for forming an image. However, in cases where the purpose is distance measurement using the TOF (Time of Flight) method, pixel 12 does not necessarily have to be a unit structure that outputs a pixel signal for forming an image. That is, pixel 12 can also be a unit structure that outputs a signal for measuring the time and amount of light that arrived.

なお、画素信号処理部30は、必ずしも各々の画素12に1つずつ設けられている必要はなく、複数の画素12に対して1つの画素信号処理部30を設けるようにしてもよい。この場合、1つの画素信号処理部30を用い、複数の画素12の信号処理を順次実行することができる。 Furthermore, the pixel signal processing unit 30 does not necessarily need to be provided for each pixel 12; a single pixel signal processing unit 30 may be provided for multiple pixels 12. In this case, the signal processing of multiple pixels 12 can be performed sequentially using a single pixel signal processing unit 30.

本実施形態による光電変換装置100は、1枚の基板に形成してもよいし、複数の基板を積層した積層型の光電変換装置として構成してもよい。後者の場合、例えば図4に示すように、センサ基板110と回路基板120とを積層して電気的に接続した積層型の光電変換装置として構成可能である。センサ基板110には、画素12の構成要素のうち少なくとも光子検知素子22を配置することができる。また、回路基板120には、画素12の構成要素のうち、クエンチ素子24と画素信号処理部30とを配置することができる。光子検知素子22とクエンチ素子24及び画素信号処理部30とは、画素12毎に設けられた接続配線を介して電気的に接続される。また、回路基板120には、垂直走査回路部40、読み出し回路部50、水平走査回路部60、制御パルス生成部80、出力回路部90等を更に配置することができる。 The photoelectric converter 100 according to this embodiment may be formed on a single substrate, or it may be configured as a stacked photoelectric converter with multiple substrates stacked together. In the latter case, for example, as shown in Figure 4, it can be configured as a stacked photoelectric converter with a sensor substrate 110 and a circuit board 120 stacked and electrically connected. At least one of the components of the pixel 12, the photon detection element 22, can be placed on the sensor substrate 110. The circuit board 120 can contain the quench element 24 and the pixel signal processing unit 30, which are components of the pixel 12. The photon detection element 22, the quench element 24, and the pixel signal processing unit 30 are electrically connected via connection wiring provided for each pixel 12. Furthermore, the circuit board 120 can also contain a vertical scanning circuit section 40, a readout circuit section 50, a horizontal scanning circuit section 60, a control pulse generation section 80, an output circuit section 90, and the like.

各画素12の光子検知素子22とクエンチ素子24及び画素信号処理部30とは、平面視において重なるようにセンサ基板110と回路基板120とに設けられる。垂直走査回路部40、読み出し回路部50、水平走査回路部60、制御パルス生成部80、出力回路部90は、複数の画素12により構成される画素部10の周囲に配置することができる。 The photon detection elements 22, quench elements 24, and pixel signal processing units 30 of each pixel 12 are arranged on the sensor substrate 110 and the circuit board 120 so as to overlap in a plan view. The vertical scanning circuit unit 40, readout circuit unit 50, horizontal scanning circuit unit 60, control pulse generation unit 80, and output circuit unit 90 can be arranged around the pixel unit 10, which is composed of multiple pixels 12.

なお、本明細書において「平面視」とは、センサ基板110の光入射面に対して垂直な方向から視ることを指す。 In this specification, "planar view" refers to viewing the sensor substrate 110 from a direction perpendicular to the light incidence surface.

積層型の光電変換装置100を構成することにより、素子の集積度を上げ、高機能化を図ることができる。特に、光子検知素子22とクエンチ素子24及び画素信号処理部30とを別々の基板に配置することで、光子検知素子22の受光面積を犠牲にすることなく光子検知素子22を高密度で配置することができ、光子検知効率を向上することができる。 By configuring a stacked photoelectric converter 100, the integration density of elements can be increased, leading to improved functionality. In particular, by arranging the photon detection element 22, the quench element 24, and the pixel signal processing unit 30 on separate substrates, the photon detection elements 22 can be arranged at high density without sacrificing the light-receiving area of the photon detection element 22, thereby improving photon detection efficiency.

なお、光電変換装置100を構成する基板の数は2枚に限定されるものではなく、3枚以上の基板を積層して光電変換装置100を構成するようにしてもよい。 Furthermore, the number of substrates constituting the photoelectric converter 100 is not limited to two; the photoelectric converter 100 may be constructed by stacking three or more substrates.

また、図4ではセンサ基板110及び回路基板120としてダイシングされたチップを想定しているが、センサ基板110及び回路基板120はチップに限定されるものではない。例えば、センサ基板110及び回路基板120の各々はウェーハであってもよい。また、センサ基板110及び回路基板120は、ウェーハ状態で積層した後にダイシングしてもよいし、各々をチップ化した後に積層・接合してもよい。 Furthermore, while Figure 4 assumes chips that have been diced as sensor substrate 110 and circuit board 120, the sensor substrate 110 and circuit board 120 are not limited to chips. For example, each of the sensor substrate 110 and circuit board 120 may be a wafer. Also, the sensor substrate 110 and circuit board 120 may be stacked in wafer form and then diced, or they may be individually formed into chips and then stacked and bonded.

図5は、光電変換部20及び波形整形部32の基本動作を説明する図である。図5(a)は光電変換部20及び波形整形部32の回路図であり、図5(b)は波形整形部32の入力ノード(ノードA)における信号の波形を示し、図5(c)は波形整形部32の出力ノード(ノードB)における信号の波形を示している。なお、ここでは説明の簡略化のため、波形整形部32がインバータ回路により構成されている場合を想定している。 Figure 5 illustrates the basic operation of the photoelectric conversion unit 20 and the waveform shaping unit 32. Figure 5(a) is a circuit diagram of the photoelectric conversion unit 20 and the waveform shaping unit 32, Figure 5(b) shows the signal waveform at the input node (node A) of the waveform shaping unit 32, and Figure 5(c) shows the signal waveform at the output node (node B) of the waveform shaping unit 32. For the sake of simplicity, this explanation assumes that the waveform shaping unit 32 is configured as an inverter circuit.

時刻t0において、光子検知素子22には(VH-VL)に相当する電位差の逆バイアス電圧が印加されている。光子検知素子22を構成するAPDのアノードとカソードとの間にはアバランシェ増倍を生じるに十分な逆バイアス電圧が印加されているが、光子検知素子22に光子が入射していない状態ではアバランシェ増倍の種となるキャリアが存在しない。そのため、光子検知素子22においてアバランシェ増倍は起こらず、光子検知素子22に電流は流れない。 At time t0, a reverse bias voltage with a potential difference equivalent to (VH - VL) is applied to the photon detection element 22. A sufficient reverse bias voltage to cause avalanche multiplication is applied between the anode and cathode of the APD constituting the photon detection element 22. However, when no photons are incident on the photon detection element 22, there are no carriers that serve as seeds for avalanche multiplication. Therefore, avalanche multiplication does not occur in the photon detection element 22, and no current flows through it.

続く時刻t1において、光子検知素子22に光子が入射したものとする。光子検知素子22に光子が入射すると、光電変換によって電子-正孔対が生成され、これらキャリアを種としてアバランシェ増倍が生じ、光子検知素子22にアバランシェ増倍電流が流れる。このアバランシェ増倍電流がクエンチ素子24を流れることによりクエンチ素子24による電圧降下が生じ、ノードAの電圧が降下し始める。ノードAの電圧降下量が大きくなり、時刻t3においてアバランシェ増倍が停止すると、ノードAの電圧レベルはそれ以上降下しなくなる。 At the following time t1, assume that a photon is incident on the photon detection element 22. When a photon is incident on the photon detection element 22, electron-hole pairs are generated by photoelectric conversion. These carriers act as a seed for avalanche multiplication, causing an avalanche multiplication current to flow through the photon detection element 22. This avalanche multiplication current flows through the quench element 24, causing a voltage drop across the quench element 24, and the voltage at node A begins to drop. As the voltage drop at node A becomes large and avalanche multiplication stops at time t3, the voltage level at node A will no longer drop.

光子検知素子22におけるアバランシェ増倍が停止すると、電圧VLが供給されるノードから光子検知素子22を介してノードAに電圧降下分を補う電流が流れ、ノードAの電圧は徐々に増加する。その後、時刻t5においてノードAは元の電圧レベルに整定する。 When the avalanche multiplication in the photon detection element 22 stops, a current flows from the node to which voltage VL is supplied, through the photon detection element 22, to node A to compensate for the voltage drop, and the voltage at node A gradually increases. Subsequently, at time t5, node A settles back to its original voltage level.

波形整形部32は、ノードAから入力される信号を所定の判定閾値に応じて二値化し、ノードBから出力する。具体的には、波形整形部32は、ノードAの電圧レベルが判定閾値を超えているときはノードBからローレベルの信号を出力し、ノードAの電圧レベルが判定閾値以下のときはノードBからハイレベルの信号を出力する。例えば、図5(b)に示すように、時刻t2から時刻t4の期間においてノードAの電圧が判定閾値以下であるとする。この場合、図5(c)に示すように、ノードBにおける信号レベルは、時刻t0から時刻t2の期間及び時刻t4から時刻t5の期間においてローレベルとなり、時刻t2から時刻t4の期間においてハイレベルとなる。 The waveform shaping unit 32 binarizes the signal input from node A according to a predetermined threshold and outputs it from node B. Specifically, the waveform shaping unit 32 outputs a low-level signal from node B when the voltage level of node A exceeds the threshold, and outputs a high-level signal from node B when the voltage level of node A is below the threshold. For example, as shown in Figure 5(b), suppose the voltage of node A is below the threshold during the period from time t2 to time t4. In this case, as shown in Figure 5(c), the signal level at node B is low during the period from time t0 to time t2 and from time t4 to time t5, and high during the period from time t2 to time t4.

こうして、ノードAから入力されたアナログ信号は、波形整形部32によってデジタル信号へと波形整形される。光子検知素子22への光子の入射に応じて波形整形部32から出力されるパルス信号が、光子検知パルス信号である。 Thus, the analog signal input from node A is waveform-shaped into a digital signal by the waveform shaping unit 32. The pulse signal output from the waveform shaping unit 32 in response to the incidence of photons on the photon detection element 22 is the photon detection pulse signal.

図6は、画素12の構成をより詳細に説明する図である。図6の説明において、図3又は図5と重複する部分の説明は省略又は簡略化する。デジタル処理回路34は、カウンタ342と、閾値判定部344と、露光制御部346と、を有している。 Figure 6 is a diagram illustrating the configuration of pixel 12 in more detail. In the explanation of Figure 6, the explanation of parts that overlap with Figure 3 or Figure 5 will be omitted or simplified. The digital processing circuit 34 includes a counter 342, a threshold determination unit 344, and an exposure control unit 346.

カウンタ342は、上述のように、光子検知素子22に入射された光子に基づくパルスのカウントを行い、カウントの結果であるカウント値を保持する。カウント値を保持するため、カウンタ342は、複数ビットのデジタル信号を保持可能なビットメモリを有している。カウンタ342に保持されたカウント値は、画素出力回路36を介してカウント値CNTとしてデータ線16に出力される。カウンタ342に保持されたカウント値は、閾値判定部344にも出力される。また、カウンタ342は、露光制御部346から入力されるリセット信号RESのパルスに応じたタイミングで保持しているカウント値を初期値にリセットする。 As described above, the counter 342 counts pulses based on photons incident on the photon detection element 22 and stores the count value. To store the count value, the counter 342 has a bit memory capable of holding multiple bits of digital signals. The count value held in the counter 342 is output to the data line 16 as the count value CNT via the pixel output circuit 36. The count value held in the counter 342 is also output to the threshold determination unit 344. Furthermore, the counter 342 resets the held count value to its initial value at a timing corresponding to the pulse of the reset signal RES input from the exposure control unit 346.

閾値判定部344は、カウンタ342から入力されたカウント値と所定の閾値とに基づいて、イベント検知結果の判定を行う機能を有する。閾値判定部344は、デジタル信号であるカウント値に基づく比較処理を行うことができるように構成されたデジタル回路であり得る。閾値判定部344は、判定結果を示すイベント検知結果信号EDRを画素信号処理部30の外部に出力する。このイベント検知結果信号EDRは、光電変換装置100内での処理に用いられてもよく、他の画素12に供給されてもよく、光電変換装置100外部での信号処理に用いられてもよい。また、閾値判定部344は、イベント検知結果信号EDRを露光制御部346に出力する。 The threshold determination unit 344 has the function of determining the event detection result based on the count value input from the counter 342 and a predetermined threshold. The threshold determination unit 344 may be a digital circuit configured to perform comparison processing based on the count value, which is a digital signal. The threshold determination unit 344 outputs an event detection result signal EDR indicating the determination result to the outside of the pixel signal processing unit 30. This event detection result signal EDR may be used for processing within the photoelectric converter 100, supplied to other pixels 12, or used for signal processing outside the photoelectric converter 100. Furthermore, the threshold determination unit 344 outputs the event detection result signal EDR to the exposure control unit 346.

なお、この処理で判定されるイベントとは、画素12の光子検知素子22に入射される光の光量が所定の条件を満たすことを意味する。この所定の条件とは、例えば、光量が所定の閾値を超えたことであってもよく、光量の変化量が所定の閾値を超えたことであってもよい。本実施形態の光電変換装置100は、カウント値と閾値とに基づいてこのイベントを検知し、画素12の状態を遷移させる機能を有している。 The event determined by this process means that the amount of light incident on the photon detection element 22 of the pixel 12 satisfies a predetermined condition. This predetermined condition may be, for example, that the amount of light exceeds a predetermined threshold, or that the change in the amount of light exceeds a predetermined threshold. The photoelectric converter 100 in this embodiment has the function of detecting this event based on the count value and the threshold, and transitioning the state of the pixel 12.

露光制御部346は、イベント検知結果信号EDRに基づいてカウンタ342におけるカウント期間の長さ(露光時間)を変化させる機能を有する。露光制御部346は、タイマクロック信号TCLKをカウントするカウンタを含むデジタル回路であり得る。露光制御部346には、垂直走査回路部40、制御パルス生成部80又は光電変換装置100の外部からタイマクロック信号TCLKが入力される。露光制御部346は、タイマクロック信号TCLKのパルス数をカウントする。露光制御部346は、カウントされたパルス数が所定の閾値に達したときに、カウンタ342に保持されているカウント値をリセットするためのリセット信号RESのパルスをカウンタ342に出力する。露光制御部346は、イベント検知結果信号EDRに基づいてタイマクロック信号TCLKのパルス数のカウント閾値を変えることにより、カウント期間の長さを変化させることができる。 The exposure control unit 346 has the function of changing the length of the count period (exposure time) in the counter 342 based on the event detection result signal EDR. The exposure control unit 346 may be a digital circuit including a counter that counts the timer clock signal TCLK. The timer clock signal TCLK is input to the exposure control unit 346 from outside the vertical scanning circuit unit 40, the control pulse generation unit 80, or the photoelectric converter 100. The exposure control unit 346 counts the number of pulses of the timer clock signal TCLK. When the counted number of pulses reaches a predetermined threshold, the exposure control unit 346 outputs a reset signal RES pulse to the counter 342 to reset the count value held in the counter 342. The exposure control unit 346 can change the length of the count period by changing the count threshold of the number of pulses of the timer clock signal TCLK based on the event detection result signal EDR.

図7及び図8を相互に参照しつつ、イベント検知時における画素12の駆動方法を説明する。図7は、初期状態であるイベント検知状態(第1状態)において、ある1つの画素12がイベントを検知して撮像状態(第2状態)に遷移するまでの処理を示しているフローチャートである。図8は、図7の処理の過程における各信号のレベル等を示している。図8には、カウント値CNT、リセット信号RES、イベント検知結果信号EDR及びタイマクロック信号TCLKが示されている。 The method for driving pixels 12 during event detection will be explained with reference to Figures 7 and 8. Figure 7 is a flowchart showing the process from the initial event detection state (first state) to the transition to the imaging state (second state) when a single pixel 12 detects an event. Figure 8 shows the levels of each signal during the process shown in Figure 7. Figure 8 shows the count value CNT, the reset signal RES, the event detection result signal EDR, and the timer clock signal TCLK.

ステップS11において、光電変換装置100内の各画素12は、イベント検知状態に設定されている。イベント検知状態とは、通常の撮像状態よりも消費電力を抑えた状態で入射光に基づく画素信号を取得するモードである。イベント検知状態で取得された画素信号は、主として撮像状態への遷移の可否の判定に用いられる。図8における時刻t12以前の期間は、各画素12がイベント検知状態である期間である。図8の期間T1は、リセット信号RESにより、時刻t11においてカウンタ342がリセットされてから、時刻t12において次にカウンタ342がリセットされるまでのカウント期間である。画素12は、1つのカウント期間が経過するごとに、そのカウント期間内に光子検知素子22に入射された光子に基づくカウント値を1つ出力する。例えば、期間T1の経過後には、期間T1内に検出された光子に基づくカウント値C2が画素12から出力される。このように、画素12は、カウント期間が経過するごとにカウント値を繰り返し出力する。 In step S11, each pixel 12 in the photoelectric converter 100 is set to an event detection state. The event detection state is a mode in which a pixel signal based on incident light is acquired while consuming less power than in the normal imaging state. The pixel signal acquired in the event detection state is primarily used to determine whether or not to transition to the imaging state. The period before time t12 in Figure 8 is the period during which each pixel 12 is in the event detection state. Period T1 in Figure 8 is the counting period from time t11, when the counter 342 is reset by the reset signal RES, until time t12, when the counter 342 is reset again. Each time a counting period elapses, the pixel 12 outputs a count value based on the photons incident on the photon detection element 22 during that counting period. For example, after period T1 has elapsed, a count value C2 based on the photons detected during period T1 is output from the pixel 12. In this way, the pixel 12 repeatedly outputs a count value each time a counting period elapses.

ステップS12において、所定の画素12のカウンタ342においてカウント値が取得され、その画素の閾値判定部344にカウント値が入力される。ステップS12においてカウント値が取得される画素12は、画素部10のうちのすべての画素12であってもよく、その一部の画素12であってもよく、1つの画素12であってもよい。また、カウント値が取得される画素12は、画素部10のうちから順次選択されてもよい。 In step S12, a count value is acquired at the counter 342 of a predetermined pixel 12, and this count value is input to the threshold determination unit 344 of that pixel. The pixels 12 from which the count value is acquired in step S12 may be all of the pixels 10 in the pixel unit 10, some of the pixels 12, or even just one pixel 12. Furthermore, the pixels 12 from which the count value is acquired may be selected sequentially from the pixel unit 10.

ステップS13において、閾値判定部344は、カウント値が所定の閾値を超えているか否かを判定する。カウント値が所定の閾値を超えている場合(ステップS13におけるYES)、イベントが検知されたものとして、処理はステップS14に移行する。カウント値が所定の閾値を超えていない場合(ステップS13におけるNO)、イベントが検知されなかったものとして、処理はステップS12に戻り、イベント検知状態が継続する。なお、図8には、時刻t11においてカウント値C2が閾値を超えていないと判定され、時刻t12においてカウント値C2が閾値を超えていると判定された場合の動作タイミングが示されている。 In step S13, the threshold determination unit 344 determines whether the count value exceeds a predetermined threshold. If the count value exceeds the predetermined threshold (YES in step S13), the event is considered detected, and the process proceeds to step S14. If the count value does not exceed the predetermined threshold (NO in step S13), the event is considered not detected, and the process returns to step S12, continuing the event detection state. Figure 8 shows the operation timing when it is determined that the count value C2 does not exceed the threshold at time t11, and when it is determined that the count value C2 exceeds the threshold at time t12.

ステップS14において、閾値判定部344は、カウント値が所定の閾値を超えたことの判定結果に応じて、イベント検知結果信号EDRをハイレベルにする。この処理は図8の時刻t12に相当する。露光制御部346は、イベント検知結果信号EDRに基づいて、リセット信号RESのパルスの間隔を変化させる。これにより、カウンタ342におけるリセットの周期が変化し、カウント期間が変化する。以上のようにして、当該画素12は、イベント検知状態から撮像状態に遷移する。図8における時刻t12以降の期間は、各画素12が撮像状態である期間である。図8の期間T2は、リセット信号RESにより、時刻t12においてカウンタ342がリセットされてから、時刻t13において次にカウンタ342がリセットされるまでのカウント期間である。図8に示されているように、撮像状態におけるカウント期間である期間T2の長さは、イベント検知状態におけるカウント期間である期間T1の長さよりも短い。時刻t12以降の時刻t13、t14等においても撮像状態による動作が継続する。 In step S14, the threshold determination unit 344 raises the event detection result signal EDR to a high level according to the determination result that the count value has exceeded a predetermined threshold. This process corresponds to time t12 in Figure 8. The exposure control unit 346 changes the pulse interval of the reset signal RES based on the event detection result signal EDR. This changes the reset period in the counter 342 and changes the count period. In this way, the pixel 12 transitions from the event detection state to the imaging state. The period after time t12 in Figure 8 is the period during which each pixel 12 is in the imaging state. Period T2 in Figure 8 is the count period from when the counter 342 is reset by the reset signal RES at time t12 until the counter 342 is reset again at time t13. As shown in Figure 8, the length of period T2, which is the count period in the imaging state, is shorter than the length of period T1, which is the count period in the event detection state. Operation in the imaging state continues at times t13, t14, etc., after time t12.

なお、ステップS14において撮像状態に遷移する画素12は、閾値を超えたと判定された1つの画素12のみであってもよく、その周辺の画素を含む一群の画素12であってもよく、画素部10内のすべての画素12であってもよい。閾値を超えたと判定された1つの画素12のみが撮像状態に遷移する構成は、低消費電力化の観点において望ましい。これに対し、画素部10内のすべての画素12が撮像状態に遷移する構成は、画素部10の全領域が高速に撮像可能な状態に遷移できるという観点において望ましい。一群の画素12が撮像状態に遷移する構成は、低消費電力化と処理の高速化のバランスの観点で望ましい。このように、ステップS14において撮像状態に遷移する画素12の個数は要求仕様等に応じて適宜選択可能である。 In step S14, the pixels 12 that transition to the imaging state may be only the single pixel 12 that was determined to have exceeded the threshold, a group of pixels 12 including the surrounding pixels, or all pixels 12 in the pixel section 10. A configuration in which only the single pixel 12 determined to have exceeded the threshold transitions to the imaging state is desirable from the viewpoint of low power consumption. In contrast, a configuration in which all pixels 12 in the pixel section 10 transition to the imaging state is desirable from the viewpoint of enabling the entire area of the pixel section 10 to transition to a state where imaging can be performed at high speed. A configuration in which a group of pixels 12 transitions to the imaging state is desirable from the viewpoint of balancing low power consumption and high processing speed. Thus, the number of pixels 12 that transition to the imaging state in step S14 can be appropriately selected according to the required specifications.

以上のように、本実施形態の光電変換装置100は、カウント値と所定の閾値とに基づく判定を行った結果に応じて、イベント検知状態から撮像状態に遷移する画素12を含む。この構成による効果について説明する。非同期型の光電変換装置100においては、消費電力の低減が求められている。特に、光電変換装置100が電池駆動のように電力供給が制限された環境で用いられる場合には低消費電力化の要求が強い。本実施形態では、図8に示されているように、イベント検知状態において、撮像状態と比べてカウント期間が長く設定されている。これにより、カウント信号の出力頻度が低減され、イベント検知状態における光電変換装置100の消費電力が低減される。 As described above, the photoelectric converter 100 of this embodiment includes a pixel 12 that transitions from an event detection state to an imaging state according to the result of a determination based on a count value and a predetermined threshold. The effects of this configuration will now be explained. In asynchronous photoelectric converters 100, reducing power consumption is required. In particular, when the photoelectric converter 100 is used in an environment where power supply is limited, such as battery operation, the demand for low power consumption is strong. In this embodiment, as shown in Figure 8, the count period is set longer in the event detection state compared to the imaging state. This reduces the output frequency of the count signal, thereby reducing the power consumption of the photoelectric converter 100 in the event detection state.

特許文献2に開示されているようなイベント検出用の検出画素では、検出画素自体の消費電力を低減することについては考慮されていない。しかしながら、本実施形態の光電変換装置100では、各画素12がイベント検知状態及び撮像状態で動作可能であるため、イベント検知に用いられる画素自体の消費電力が低減される。 In the detection pixels for event detection disclosed in Patent Document 2, the reduction of power consumption of the detection pixels themselves is not considered. However, in the photoelectric converter 100 of this embodiment, since each pixel 12 can operate in both the event detection state and the imaging state, the power consumption of the pixels used for event detection is reduced.

以上のように、本実施形態によれば、消費電力が低減された光電変換装置100が提供される。 As described above, this embodiment provides a photoelectric converter 100 with reduced power consumption.

[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による光電変換装置について、図9及び図10を用いて説明する。図9は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示すブロック図である。図10は、本実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の例を示すタイミング図である。
[Second Embodiment]
A photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 9 and 10. Figure 9 is a block diagram showing an example of the pixel configuration of the photoelectric conversion device according to this embodiment. Figure 10 is a timing diagram showing an example of a pixel driving method in the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態の光電変換装置は、クエンチ素子24がPMOSトランジスタであり、クエンチ素子24を非動作状態にすることができる点が第1実施形態の光電変換装置と異なっている。 The photoelectric conversion device of this embodiment differs from the photoelectric conversion device of the first embodiment in that the quench element 24 is a PMOS transistor, and the quench element 24 can be put into a non-operating state.

図9に示されているように、光電変換部20は、クエンチ素子24の一例として、クエンチトランジスタM1を有している。クエンチトランジスタM1は、PMOSトランジスタである。また、画素12は、クエンチトランジスタM1を制御する画素制御部42を有している。 As shown in Figure 9, the photoelectric conversion unit 20 includes a quench transistor M1 as an example of a quench element 24. The quench transistor M1 is a PMOS transistor. Furthermore, the pixel 12 includes a pixel control unit 42 that controls the quench transistor M1.

クエンチトランジスタM1のドレインは、光子検知素子22を構成するAPDのカソードに接続されている。クエンチトランジスタM1のソースは、電圧VHが供給されるノードに接続されている。クエンチトランジスタM1のゲートは、画素制御部42に接続されている。本実施形態では、露光制御部346は、画素制御部42に制御信号PENを出力する。画素制御部42は、制御信号PENに基づいてクエンチトランジスタM1のゲートに供給される電圧のレベルを変化させることにより、クエンチトランジスタM1をオン又はオフに制御する。画素制御部42は、例えば、インバータ回路を含み得る。 The drain of the quench transistor M1 is connected to the cathode of the APD constituting the photon detection element 22. The source of the quench transistor M1 is connected to the node to which voltage VH is supplied. The gate of the quench transistor M1 is connected to the pixel control unit 42. In this embodiment, the exposure control unit 346 outputs a control signal PEN to the pixel control unit 42. The pixel control unit 42 controls the quench transistor M1 to be on or off by changing the level of the voltage supplied to the gate of the quench transistor M1 based on the control signal PEN. The pixel control unit 42 may include, for example, an inverter circuit.

図10を参照しつつイベント検知時における画素12の駆動方法を説明する。駆動方法のフローは図7と同様であるため説明を省略する。図10には、図8と同様の信号に加えて、制御信号PENが示されている。 The method for driving pixel 12 during event detection will be explained with reference to Figure 10. The flow of the driving method is the same as in Figure 7, so the explanation will be omitted. Figure 10 shows the same signals as in Figure 8, as well as the control signal PEN.

時刻t21以前の期間、時刻t22から時刻t24の期間及び時刻t25以降の期間においては制御信号PENがハイレベルである。これらの期間において、クエンチトランジスタM1は、オンに制御されており、カウント値CNTが順次出力されている。また、時刻t21から時刻t22の期間及び時刻t24から時刻t25の期間においては制御信号PENがローレベルである。これらの期間において、クエンチトランジスタM1は、オフに制御されており、カウント値CNTの出力が停止されている。このように、一部の期間でカウント値CNTの出力を停止するような間引き動作が行われることにより、消費電力が低減される。 During the periods before time t21, from time t22 to time t24, and from time t25 onward, the control signal PEN is at a high level. During these periods, the quench transistor M1 is controlled to be ON, and the count value CNT is output sequentially. Furthermore, during the periods from time t21 to time t22 and from time t24 to time t25, the control signal PEN is at a low level. During these periods, the quench transistor M1 is controlled to be OFF, and the output of the count value CNT is stopped. By performing this decimation operation, which stops the output of the count value CNT during certain periods, power consumption is reduced.

また、図10には、時刻t21においてカウント値C1が閾値を超えていないと判定され、時刻t23においてカウント値C2が閾値を超えていると判定された場合の動作タイミングが示されている。したがって、時刻t23以前の期間においてイベント検知結果信号EDRはローレベルであり、時刻t23以降の期間においてイベント検知結果信号EDRはハイレベルである。すなわち、時刻t23以前の期間において画素12はイベント検知状態であり、時刻t23以降の期間において画素12は撮像状態である。 Furthermore, Figure 10 shows the timing of operations when it is determined that the count value C1 does not exceed the threshold at time t21, and that the count value C2 exceeds the threshold at time t23. Therefore, the event detection result signal EDR is low level during the period before time t23, and high level during the period after time t23. In other words, pixel 12 is in an event detection state during the period before time t23, and is in an imaging state during the period after time t23.

図10に示されているように、撮像状態におけるカウント信号の停止期間である期間T4の長さは、イベント検知状態におけるカウント信号の停止期間である期間T3の長さよりも短い。すなわち、撮像状態におけるカウント期間の間隔は、イベント検知状態におけるカウント期間の間隔よりも短い。 As shown in Figure 10, the length of period T4, which is the stop period of the count signal in the imaging state, is shorter than the length of period T3, which is the stop period of the count signal in the event detection state. In other words, the interval of the count period in the imaging state is shorter than the interval of the count period in the event detection state.

本実施形態においては、図10に示されているように、イベント検知状態において、撮像状態と比べてカウント期間の間隔が長く設定されている。これにより、第1実施形態と同様にイベント検知状態におけるカウント信号の出力頻度が低減され、イベント検知状態における光電変換装置100の消費電力が低減される。 In this embodiment, as shown in Figure 10, the counting period interval is set to be longer in the event detection state compared to the imaging state. This reduces the output frequency of the count signal in the event detection state, similar to the first embodiment, and thus reduces the power consumption of the photoelectric converter 100 in the event detection state.

以上のように、本実施形態によれば、消費電力が低減された光電変換装置100が提供される。 As described above, this embodiment provides a photoelectric converter 100 with reduced power consumption.

なお、図10の例では、イベント検知状態と撮像状態の間でカウント期間の長さは同一である。しかしながら、第1実施形態のようにイベント検知結果信号EDRに基づいてカウント期間の長さを変化させることにより、イベント検知状態と撮像状態のカウント期間の長さを異ならせてもよい。 In the example shown in Figure 10, the length of the count period is the same between the event detection state and the imaging state. However, as in the first embodiment, the length of the count period may be made different between the event detection state and the imaging state by changing the length of the count period based on the event detection result signal EDR.

[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による光電変換装置について、図11乃至図13を用いて説明する。図11は、本実施形態による光電変換装置の画素の構成例を示すブロック図である。図12は、本実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の例を示すタイミング図である。図13は、本実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の変形例を示すタイミング図である。
[Third Embodiment]
A photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 11 to 13. Figure 11 is a block diagram showing an example of the pixel configuration of the photoelectric conversion device according to this embodiment. Figure 12 is a timing diagram showing an example of a pixel driving method in the photoelectric conversion device according to this embodiment. Figure 13 is a timing diagram showing a modified example of the pixel driving method in the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態の光電変換装置には、第2実施形態と同様にクエンチ素子24としてクエンチトランジスタM1が配されている。そして、クエンチトランジスタM1のゲートにパルス信号が入力されることにより、パルス信号の周波数で繰り返しリチャージ動作が行われる点が第2実施形態の光電変換装置と異なっている。 In this embodiment, a quench transistor M1 is provided as the quench element 24, similar to the second embodiment. However, it differs from the second embodiment in that a pulse signal is input to the gate of the quench transistor M1, causing repeated recharging operations at the frequency of the pulse signal.

図11に示されているように、光電変換部20は、クエンチ素子24の一例として、クエンチトランジスタM1を有している。クエンチトランジスタM1は、PMOSトランジスタである。また、画素12は、クエンチトランジスタM1を制御するパルス生成部44を有している。 As shown in Figure 11, the photoelectric conversion unit 20 includes a quench transistor M1 as an example of a quench element 24. The quench transistor M1 is a PMOS transistor. Furthermore, the pixel 12 includes a pulse generation unit 44 that controls the quench transistor M1.

クエンチトランジスタM1のゲートは、パルス生成部44に接続されている。本実施形態では、閾値判定部344は、パルス生成部44にイベント検知結果信号EDRを出力する。パルス生成部44は、クエンチトランジスタM1のゲートにパルス信号を出力することにより、クエンチトランジスタM1のオン及びオフをパルス信号の周波数で切り替える。これにより、クエンチトランジスタM1は、光子検知素子22を構成するAPDのカソードのノードの電圧を戻すリチャージ動作をパルス信号の周波数にて行うことができる。パルス生成部44は、例えば、光電変換装置100内のクロック信号を分周することにより可変の周波数のパルス信号を生成する分周回路等を含み得る。また、パルス生成部44は、イベント検知結果信号EDRに基づいて、出力するパルス信号の周波数を変えることができる。 The gate of the quench transistor M1 is connected to the pulse generation unit 44. In this embodiment, the threshold determination unit 344 outputs an event detection result signal EDR to the pulse generation unit 44. The pulse generation unit 44 switches the quench transistor M1 on and off at the frequency of the pulse signal by outputting a pulse signal to the gate of the quench transistor M1. This allows the quench transistor M1 to perform a recharge operation, restoring the voltage at the cathode node of the APD constituting the photon detection element 22, at the frequency of the pulse signal. The pulse generation unit 44 may include, for example, a frequency divider circuit that generates a pulse signal of a variable frequency by dividing the clock signal in the photoelectric converter 100. Furthermore, the pulse generation unit 44 can change the frequency of the output pulse signal based on the event detection result signal EDR.

上述の構成による光電変換装置100においては、リチャージ動作が行われてから次にリチャージ動作が行われるまでの光子検出待機期間に光子検知素子22に少なくとも1つの光子が入射されると、カウンタ342に保持されているカウント値が1つ増加する。光子検出待機期間に光子検知素子22に1つも光子が入射されなかった場合には、カウンタ342に保持されているカウント値は増加しない。このように、カウンタ342は、複数の光子検出待機期間のうち、光子が入射され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ができる。パルス信号の周波数に応じて光子検出待機期間の数と1つの光子検出待機期間の長さが変わるため、パルス信号の周波数を変化させることにより、カウンタ342による光子カウントの頻度が変化する。 In the photoelectric converter 100 with the above configuration, if at least one photon is incident on the photon detection element 22 during the photon detection waiting period between recharge operations, the count value held in the counter 342 increases by one. If no photons are incident on the photon detection element 22 during the photon detection waiting period, the count value held in the counter 342 does not increase. In this way, the counter 342 can count the number of periods in which photons are incident and avalanche multiplication occurs among multiple photon detection waiting periods. Since the number of photon detection waiting periods and the length of a single photon detection waiting period change depending on the frequency of the pulse signal, the frequency of photon counting by the counter 342 changes by changing the frequency of the pulse signal.

図12を参照しつつイベント検知時における画素12の駆動方法を説明する。駆動方法のフローは図7と同様であるため説明を省略する。図12には、図8と同様の信号に加えて、パルス信号PLが示されている。 The method for driving pixel 12 during event detection will be explained with reference to Figure 12. The flow of the driving method is the same as in Figure 7, so the explanation will be omitted. Figure 12 shows the same signals as in Figure 8, as well as the pulse signal PL.

図12には、時刻t31においてカウント値C1が閾値を超えていないと判定され、時刻t32においてカウント値C2が閾値を超えていると判定された場合の動作タイミングが示されている。したがって、時刻t32以前の期間においてイベント検知結果信号EDRはローレベルであり、時刻t32以降の期間においてイベント検知結果信号EDRはハイレベルである。すなわち、時刻t32以前の期間において画素12はイベント検知状態であり、時刻t32以後の期間において画素12は撮像状態である。図12に示されているように、撮像状態におけるパルス信号PLの周波数は、イベント検知状態におけるパルス信号PLの周波数よりも高い。 Figure 12 shows the timing of operations when, at time t31, the count value C1 is determined not to exceed the threshold, and at time t32, the count value C2 is determined to exceed the threshold. Therefore, the event detection result signal EDR is low level before time t32, and high level after time t32. That is, pixel 12 is in an event detection state before time t32, and is in an imaging state after time t32. As shown in Figure 12, the frequency of the pulse signal PL in the imaging state is higher than the frequency of the pulse signal PL in the event detection state.

本実施形態においては、図12に示されているように、イベント検知状態において、撮像状態と比べてパルス信号PLの周波数が低く設定されている。これにより、イベント検知状態におけるカウントの頻度が低減され、イベント検知状態における光電変換装置100の消費電力が低減される。 In this embodiment, as shown in Figure 12, the frequency of the pulse signal PL is set lower in the event detection state compared to the imaging state. This reduces the counting frequency in the event detection state, thereby reducing the power consumption of the photoelectric converter 100 in the event detection state.

以上のように、本実施形態によれば、消費電力が低減された光電変換装置100が提供される。 As described above, this embodiment provides a photoelectric converter 100 with reduced power consumption.

また、撮像状態に遷移した後は、パルス信号PLの周波数を高くすることにより、光子のカウント周期を短くすることができる。これにより、暗所での監視状態における発光の検知等の、光量が短時間に変化するような状況に対応した撮像が可能となる。 Furthermore, after transitioning to the imaging state, the photon counting period can be shortened by increasing the frequency of the pulse signal PL. This enables imaging in situations where light levels change rapidly, such as detecting light emission in dark environments.

なお、図12の例では、イベント検知状態と撮像状態の間でカウント期間の長さは同一である。しかしながら、第1実施形態のようにイベント検知結果信号EDRに基づいてカウント期間の長さを変化させることにより、イベント検知状態と撮像状態のカウント期間の長さを異ならせてもよい。 In the example shown in Figure 12, the length of the count period is the same between the event detection state and the imaging state. However, as in the first embodiment, the length of the count period may be made different between the event detection state and the imaging state by changing the length of the count period based on the event detection result signal EDR.

次に、図13を参照して、本実施形態の変形例を説明する。図12の例では、時刻t32においてパルス信号PLの周波数を変化させたときに、パルス信号PLのパルス幅とパルス周期が同一の比率で変化している。言い換えるとパルス信号PLのデューティー比が一定である。このような周波数の変化は比較的単純な分周回路により実現可能であるため、パルス生成部44の回路構成の単純化の観点では望ましい。しかしながら、パルス信号PLは、デューティー比が一定であるものに限られない。 Next, a modified example of this embodiment will be described with reference to Figure 13. In the example of Figure 12, when the frequency of the pulse signal PL is changed at time t32, the pulse width and pulse period of the pulse signal PL change at the same ratio. In other words, the duty cycle of the pulse signal PL is constant. Since such a frequency change can be achieved with a relatively simple frequency divider circuit, it is desirable from the viewpoint of simplifying the circuit configuration of the pulse generation unit 44. However, the pulse signal PL is not limited to having a constant duty cycle.

図13の例では、パルス信号PLの周波数を変化させたときに、イベント検知状態と撮像状態の間でパルス信号PLのローレベルの期間の長さが同一である。上述のように、パルス信号のローレベルの期間は、クエンチトランジスタM1がオンになるリチャージ期間である。これにより、リチャージ動作の期間の長さが一定となり、リチャージ動作が安定化する。したがって、図13の変形例においては、信号品質が向上し得る。なお、クエンチトランジスタM1がNMOSである場合等、パルス信号PLがハイレベルのときにリチャージ動作が行われる構成であってもよい。その場合には、イベント検知状態と撮像状態の間でパルス信号PLのハイレベルの期間の長さを同一とすることが望ましい。 In the example shown in Figure 13, when the frequency of the pulse signal PL is changed, the length of the low-level period of the pulse signal PL is the same between the event detection state and the imaging state. As described above, the low-level period of the pulse signal is the recharge period during which the quench transistor M1 is turned on. This ensures that the length of the recharge operation is constant, stabilizing the recharge operation. Therefore, in the modified example shown in Figure 13, signal quality may be improved. Note that a configuration in which the recharge operation occurs when the pulse signal PL is at a high level is also possible, such as when the quench transistor M1 is an NMOS. In that case, it is desirable to make the length of the high-level period of the pulse signal PL the same between the event detection state and the imaging state.

[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による光電変換装置について、図14を用いて説明する。図14は、本実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の例を示すフローチャートである。
[Fourth Embodiment]
A photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to Figure 14. Figure 14 is a flowchart showing an example of a pixel driving method in the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態の光電変換装置は、撮像状態への遷移の判定がカウント値の変化量に基づいて行われる点が第1実施形態と異なっている。その他の回路構成、駆動方法については第1実施形態乃至第3実施形態のいずれかが適用可能であるため説明を省略する。 This embodiment of the photoelectric conversion device differs from the first embodiment in that the transition to the imaging state is determined based on the change in the count value. Other circuit configurations and driving methods are applicable to any of the first to third embodiments, so their description is omitted.

図14を参照しつつ、イベント検知時における画素12の駆動方法を説明する。ステップS11、S12、S14の動作は図7と同様であるため説明を省略する。ステップS15において、閾値判定部344は、カウント値の時間変化が所定の閾値を超えているか否かを判定する。ここで時間変化とは、本判定がn回目のカウント期間に出力されたカウント値に対して行われるものであるとすると、n回目のカウント期間のカウント値から(n-1)回目のカウント期間のカウント値を減算して得られるカウント値の差分であり得る。カウント値が所定の閾値を超えている場合(ステップS15におけるYES)、イベントが検知されたものとして、処理はステップS14に移行する。カウント値が所定の閾値を超えていない場合(ステップS15におけるNO)、イベントが検知されなかったものとして、処理はステップS12に戻り、イベント検知状態が継続する。なお、上述のような差分処理を実現するため、閾値判定部344は、前回のカウント期間に出力されたカウント値を記憶するメモリを含み得る。 Referring to Figure 14, the method for driving pixel 12 when an event is detected will be explained. The operations of steps S11, S12, and S14 are the same as in Figure 7, so their explanation will be omitted. In step S15, the threshold determination unit 344 determines whether the time change of the count value exceeds a predetermined threshold. Here, the time change, assuming this determination is performed on the count value output during the nth count period, can be the difference in the count value obtained by subtracting the count value of the (n-1)th count period from the count value of the nth count period. If the count value exceeds the predetermined threshold (YES in step S15), an event is considered detected, and the process proceeds to step S14. If the count value does not exceed the predetermined threshold (NO in step S15), an event is considered not detected, and the process returns to step S12, and the event detection state continues. Note that, in order to implement the difference processing described above, the threshold determination unit 344 may include a memory for storing the count value output during the previous count period.

以上のように、本実施形態の光電変換装置100は、カウント値の時間変化と所定の閾値とに基づく判定を行った結果に応じて、イベント検知状態から撮像状態に遷移する画素12を含む。非同期型の光電変換装置100においては、物体の輝度自体よりも、輝度の時間変化が重要である場合がある。そのような場合の例としては、静止している対象物を光電変換装置100により監視している際に、対象物の動きを検知するといった状況が挙げられる。本実施形態では、カウント値の時間変化を判定基準に用いているため、上述のような状況において、より適切に判定を行うことができる。したがって、本実施形態によれば、より適切な判定を行い得る光電変換装置100が提供される。 As described above, the photoelectric converter 100 of this embodiment includes a pixel 12 that transitions from an event detection state to an imaging state according to the result of a determination based on the time change of the count value and a predetermined threshold. In an asynchronous photoelectric converter 100, the time change of brightness may be more important than the brightness of the object itself. An example of such a situation is when detecting the movement of a stationary object while monitoring it with the photoelectric converter 100. In this embodiment, since the time change of the count value is used as the determination criterion, a more appropriate determination can be made in the above-mentioned situation. Therefore, according to this embodiment, a photoelectric converter 100 capable of making more appropriate determinations is provided.

上述の説明では時間変化の算出例として、n回目のカウント期間のカウント値とn-1回目のカウント期間のカウント値を用いる例を示しているが、n-2回目以前のカウント期間のカウント値を更に用いてもよい。 The above explanation shows an example of calculating time change using the count value for the nth count period and the count value for the (n-1)th count period. However, the count values for count periods prior to the (n-2)th count may also be used.

なお、物体の輝度自体が重要な場合には、図14のようなカウント値の時間変化に基づく判定基準よりも、図7のようなカウント値自体に基づく判定基準の方が望ましい場合もある。図7のようにカウント値と閾値との比較による判定を行うことで、撮像環境の明るさをイベントとして検知する等の状況においてはより適切に判定を行うことができる。 Furthermore, when the brightness of an object itself is important, a judgment criterion based on the count value itself, as shown in Figure 7, may be preferable to a judgment criterion based on the time change of the count value, as shown in Figure 14. By performing judgment by comparing the count value with a threshold value, as shown in Figure 7, more appropriate judgments can be made in situations such as detecting the brightness of the imaging environment as an event.

[第5実施形態]
本発明の第5実施形態による光電変換装置について、図15乃至図17を用いて説明する。図15は、本実施形態による光電変換装置における画素の配置及び駆動順序の例を示す模式図である。図16は、本実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の例を示すタイミング図である。図17は、本実施形態による光電変換装置における画素の駆動方法の変形例を示すタイミング図である。
[Fifth Embodiment]
A photoelectric converter according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 15 to 17. Figure 15 is a schematic diagram showing an example of the arrangement and driving sequence of pixels in the photoelectric converter according to this embodiment. Figure 16 is a timing diagram showing an example of the pixel driving method in the photoelectric converter according to this embodiment. Figure 17 is a timing diagram showing a modified example of the pixel driving method in the photoelectric converter according to this embodiment.

本実施形態の光電変換装置は、イベント検知の処理が行われる画素12の選択方法に関する構成例である。その他の回路構成、駆動方法については第1実施形態乃至第4実施形態のいずれかが適用可能であるため説明を省略する。 This embodiment of the photoelectric conversion device is an example of a configuration for selecting a pixel 12 on which event detection processing is performed. Other circuit configurations and driving methods are applicable to any of the first to fourth embodiments, so their description is omitted.

図15は、画素部10における画素12の配置とイベント検知状態における駆動順序を模式的に示している。図15には、説明を単純化するために4行×4列の画素12のみが示されているがこれは例示であり、実際はこれよりも多い行数及び列数であってもよい。図15の画素12を示すボックス内に記された(PDEN11)等は、各画素12からカウント値を出力させるための制御信号を示している。制御信号名の末尾の「11」等の2桁の数値は行番号及び列番号をそれぞれ示している。図15の画素12を示すボックス上に示されている矢印は、画素12の走査順序を示している。すなわち、本実施形態のイベント検知状態における駆動順序は、1行1列の画素12→1行2列の画素12→1行3列の画素12→1行4列の画素12→2行1列の画素12→…のようになっている。このように、本実施形態においては、駆動順序が複数の画素12の配列に応じた順序となっている。 Figure 15 schematically shows the arrangement of pixels 12 in the pixel unit 10 and the driving order in the event detection state. For simplicity of explanation, only a 4x4 pixel arrangement 12 is shown in Figure 15; this is an example, and in reality, there may be more rows and columns. The (PDEN11) etc. written within the boxes representing pixels 12 in Figure 15 indicate control signals for outputting count values from each pixel 12. The two-digit numbers such as "11" at the end of the control signal names indicate the row number and column number, respectively. The arrows shown on the boxes representing pixels 12 in Figure 15 indicate the scanning order of the pixels 12. That is, the driving order in the event detection state of this embodiment is as follows: 1 row 1 column pixel 12 → 1 row 2 column pixel 12 → 1 row 3 column pixel 12 → 1 row 4 column pixel 12 → 2 row 1 column pixel 12 →… Thus, in this embodiment, the driving order corresponds to the arrangement of multiple pixels 12.

なお、カウント値を出力する画素12の選択は、垂直走査回路部40から出力される制御信号と水平走査回路部60から出力される制御信号との2種類の制御信号の組み合わせにより行われ得る。しかしながら、本実施形態においては単純化のため、1つの制御信号により画素12からの信号出力が制御されるものとして各図に制御信号を表記している。 The selection of the pixel 12 that outputs the count value can be performed by a combination of two types of control signals: a control signal output from the vertical scanning circuit unit 40 and a control signal output from the horizontal scanning circuit unit 60. However, for simplicity, in this embodiment, the control signals are shown in each figure assuming that the signal output from pixel 12 is controlled by a single control signal.

図16は、図15の読み出し順序を実現する制御信号PDEN11、PDEN12、PDEN13、PDEN14のレベルとカウント値CNTが示されている。なお、図16の全期間において、各画素12はイベント検知状態であるものとする。時刻t41以前の期間において、制御信号PDEN11がハイレベルになり、1行1列の画素12が有効化される。時刻t41において、1行1列の画素12からカウント値C11が出力される。なお、カウント値の末尾の「11」等の2桁の数値は行番号及び列番号をそれぞれ示している。このとき、上述の実施形態で述べたものと同様の手法により、カウント値C11に基づくイベント検知の判定が行われる。時刻t41から時刻t42の期間において、制御信号PDEN12がハイレベルになり、1行2列の画素12が有効化される。時刻t42において、1行2列の画素12からカウント値C12が出力される。このとき、上述の実施形態で述べたものと同様の手法により、カウント値C11に基づくイベント検知の判定が行われる。以降も同様にして、カウント期間が経過するごとに、順次、対応する画素12においてカウント値の出力と判定が行われる。 Figure 16 shows the levels and count values CNT of the control signals PDEN11, PDEN12, PDEN13, and PDEN14 that realize the reading order of Figure 15. It is assumed that each pixel 12 is in an event detection state throughout the entire period shown in Figure 16. Before time t41, the control signal PDEN11 becomes high, and the 1-row, 1-column pixel 12 is activated. At time t41, the count value C11 is output from the 1-row, 1-column pixel 12. The two-digit number such as "11" at the end of the count value indicates the row number and column number, respectively. At this time, event detection is determined based on the count value C11 using the same method as described in the above embodiment. From time t41 to time t42, the control signal PDEN12 becomes high, and the 1-row, 2-column pixel 12 is activated. At time t42, the count value C12 is output from the 1-row, 2-column pixel 12. At this time, event detection is determined based on the count value C11 using the same method as described in the above embodiment. Similarly thereafter, the count value is output and determination is performed sequentially for the corresponding pixel 12 each time the counting period elapses.

本実施形態によれば、同時に動作する画素12の数を少なく抑えることで消費電力を低減しつつ、画素部10の複数の画素12全体を順番に動作させることにより画素部10の全体をカバーした判定を行うことができる。これにより、消費電力の低減と高精度なイベント検知が両立された光電変換装置100が提供される。 According to this embodiment, power consumption is reduced by minimizing the number of pixels 12 operating simultaneously, while the entire pixel unit 10 can be covered by sequentially operating all of the multiple pixels 12 in the pixel unit 10. This provides a photoelectric converter 100 that achieves both reduced power consumption and high-precision event detection.

図17は、図15及び図16の駆動順序の変形例である。図17に示されるように、本変形例における駆動順序は、1行1列の画素12→1行3列の画素12→1行4列の画素12→1行2列の画素12→…のようになっている。このように、本実施形態においては、駆動順序が複数の画素12の配列に対してランダムな順序となっている。なお、図17の例では1行の中での順序がランダムとなっている例を示しているが、行と列の両方がランダムになっていてもよい。 Figure 17 shows a modified version of the driving sequence in Figures 15 and 16. As shown in Figure 17, the driving sequence in this modified version is as follows: pixel 12 in row 1, column 1 → pixel 12 in row 1, column 3 → pixel 12 in row 1, column 4 → pixel 12 in row 1, column 2 →… Thus, in this embodiment, the driving sequence is random for the array of multiple pixels 12. Note that while Figure 17 shows an example where the order within a single row is random, both the row and column may be random.

入射される光子の数が少ない暗所等の撮影環境においては、イベントを検知可能な画素部10の領域が極めて狭い場合がある。このような場合に、図15の例のように、画素12の配列に沿って順次走査を行うと、イベントを検知できる確率が低くなる場合があり得る。本変形例のように順序をランダムにすることで、イベントを検知可能な画素部10の領域が狭い場合における検知確率を向上させることができる。 In shooting environments such as dark places where the number of incident photons is low, the area of the pixel portion 10 capable of detecting events may be extremely narrow. In such cases, as shown in the example in Figure 15, sequential scanning along the arrangement of pixels 12 may result in a low probability of detecting an event. By randomizing the order, as in this modified example, the detection probability can be improved when the area of the pixel portion 10 capable of detecting events is narrow.

[第6実施形態]
本発明の第6実施形態による光電変換装置について、図18を用いて説明する。図18は、本実施形態による光電変換装置における画素の配置及び駆動方法の例を示す模式図である。
[Sixth Embodiment]
A photoelectric conversion device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to Figure 18. Figure 18 is a schematic diagram showing an example of the arrangement and driving method of pixels in the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態の光電変換装置は、イベント検知の処理が行われる画素12の選択方法に関する構成例である。その他の回路構成、駆動方法については第1実施形態乃至第5実施形態のいずれかが適用可能であるため説明を省略する。 This embodiment of the photoelectric conversion device is an example of a configuration for selecting a pixel 12 on which event detection processing is performed. Other circuit configurations and driving methods are applicable to any of the first to fifth embodiments, so their description is omitted.

図18は、画素部10における画素12の配置と、イベント検知状態における動作の有無を模式的に示している。図18においてハッチングが付されているボックスは、当該画素12において、イベント検知状態ではカウント値の出力及びイベント検知の判定が行われないことを示している。ハッチングが付されていないボックスの画素12は、上述のいずれかの実施形態と同様にして、イベント検知状態におけるカウント値の出力及びイベント検知の判定が行われる。 Figure 18 schematically shows the arrangement of pixels 12 in the pixel unit 10 and whether or not they operate in the event detection state. In Figure 18, hatched boxes indicate that, in the event detection state, the count value is not output and event detection is not determined for that pixel 12. Pixels 12 in boxes without hatching perform count value output and event detection determination in the event detection state, similar to any of the embodiments described above.

このように、イベント検知状態においては、一部の画素12を間引いてカウント値の出力及びイベント検知の判定が行われることにより、イベント検知の動作の高速化又は低消費電力化が実現される。 Thus, in the event detection state, by downsampling some of the pixels 12 and performing the count value output and event detection determination, the event detection operation can be made faster or consume less power.

なお、図18において、ハッチングが付されているボックスは、画素部10内にチェッカーパターン状に分布している。このようにカウント値の出力及びイベント検知の判定が行われない画素12を配することにより、イベント検知の処理に用いられる画素12の分布が均一化する。しかしながら、カウント値の出力及びイベント検知の判定が行われない画素12の分布は図18に示すものに限定されるものではない。 In Figure 18, the hatched boxes are distributed in a checkerboard pattern within the pixel section 10. By arranging pixels 12 that do not output count values or perform event detection in this manner, the distribution of pixels 12 used for event detection processing becomes more uniform. However, the distribution of pixels 12 that do not output count values or perform event detection is not limited to that shown in Figure 18.

[第7実施形態]
本発明の第7実施形態による光電変換装置について、図19乃至図21を用いて説明する。図19は、本実施形態による光電変換装置における画素の配置及び駆動方法の例を示す模式図である。図20は、本実施形態による光電変換装置における駆動方法の例を示すフローチャートである。図21は、本実施形態による光電変換装置における駆動方法の変形例を示すフローチャートである。
[Seventh Embodiment]
A photoelectric conversion device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 19 to 21. Figure 19 is a schematic diagram showing an example of pixel arrangement and driving method in the photoelectric conversion device according to this embodiment. Figure 20 is a flowchart showing an example of a driving method in the photoelectric conversion device according to this embodiment. Figure 21 is a flowchart showing a modified example of the driving method in the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態の光電変換装置は、イベント検知後のイベント検知状態から撮像状態への遷移の処理に関する構成例である。その他の回路構成、駆動方法については第1実施形態乃至第6実施形態のいずれかが適用可能であるため説明を省略する。 This embodiment of the photoelectric conversion device is an example of a configuration related to the processing of the transition from the event detection state to the imaging state after event detection. Other circuit configurations and driving methods are applicable to any of the first to sixth embodiments, so their description is omitted.

図19は、画素部10における画素12の配置と、イベント検知状態から撮像状態への遷移の有無を模式的に示している。図19の上段は、画素部10内の画素ブロック10aの配置を示している。画素ブロック10aは、所定範囲内の複数の画素12を含む画素群である。図19の下段は、1つの画素ブロック10a内に含まれる複数の画素12の配置を示している。図19の下段の1つの画素ブロック10aにおいてハッチングが付されているボックスは、当該画素12において、判定結果が所定の条件(カウント値>閾値)を満たし、イベント検知の判定がなされたことを示している。図19の画素部10において、ハッチングが付されているボックスは、当該画素ブロック10aに含まれるすべての画素12が撮像状態に遷移することを示している。 Figure 19 schematically illustrates the arrangement of pixels 12 in the pixel section 10 and whether or not a transition occurs from the event detection state to the imaging state. The upper part of Figure 19 shows the arrangement of pixel blocks 10a within the pixel section 10. A pixel block 10a is a group of pixels containing multiple pixels 12 within a predetermined range. The lower part of Figure 19 shows the arrangement of multiple pixels 12 contained within a single pixel block 10a. In the lower part of Figure 19, a hatched box in a single pixel block 10a indicates that the determination result for that pixel 12 satisfies a predetermined condition (count value > threshold), and an event detection determination has been made. In the pixel section 10 of Figure 19, a hatched box indicates that all pixels 12 contained within that pixel block 10a transition to the imaging state.

図20を参照しつつ、イベント検知時における画素12の駆動方法を説明する。ステップS11、S12、S13の動作は図7と同様であるため説明を省略する。ステップS16において、カウント値が閾値を超えていることが検出された所定画素が属する画素ブロック10aとその周辺の画素ブロック10aに含まれるすべての画素12がイベント検知状態から撮像状態に遷移する。これにより、図19に示されているような、所定の条件を満たした画素12を含む画素ブロック10aとそれに隣接する画素ブロック10aが撮像状態に遷移するような駆動がなされる。 Referring to Figure 20, the method for driving pixels 12 during event detection will be explained. The operations in steps S11, S12, and S13 are the same as in Figure 7, so their explanation will be omitted. In step S16, all pixels 12 in the pixel block 10a to which the predetermined pixel whose count value has been detected to exceed a threshold belongs, and in the surrounding pixel blocks 10a, transition from the event detection state to the imaging state. This results in a drive that transitions the pixel block 10a containing the pixel 12 that satisfies the predetermined conditions, and the adjacent pixel blocks 10a, to the imaging state, as shown in Figure 19.

以上のように、本実施形態の光電変換装置100においては、所定の条件を満たした画素12だけでなく、その周辺の画素12もイベント検知状態から撮像状態に遷移する。静止している対象物を光電変換装置100により監視している際に、対象物の動きを検知するといった状況においては、対象物の近傍の情報が重要である。一方、対象物から離れた場所の情報はあまり有用ではない。そのため、対象物に動きがある場合には、対象物の近傍の情報があれば十分である場合もある。本実施形態では、イベント検知の判定がなされた画素12の周辺の画素が撮像状態に遷移することにより、上述のような撮像に有用な領域を撮像状態に遷移させつつ、さほど有用でない領域はイベント検知状態のまま低消費電力な状態を維持することができる。したがって、本実施形態によれば、消費電力の低減と高精度な信号取得が両立された光電変換装置100が提供される。 As described above, in the photoelectric converter 100 of this embodiment, not only the pixels 12 that satisfy the predetermined conditions, but also the surrounding pixels 12 transition from the event detection state to the imaging state. When monitoring a stationary object with the photoelectric converter 100 and detecting the object's movement, information near the object is important. On the other hand, information from locations far from the object is not very useful. Therefore, when the object is moving, information from the vicinity of the object may be sufficient. In this embodiment, by transitioning the pixels surrounding the pixel 12 that has been determined to have detected an event to the imaging state, it is possible to transition the region useful for imaging to the imaging state while maintaining a low power consumption state in the less useful region, which remains in the event detection state. Therefore, according to this embodiment, a photoelectric converter 100 is provided that achieves both reduced power consumption and high-precision signal acquisition.

図21は、図20の駆動方法の変形例である。図21においては、図20の駆動方法の後にステップS17、S18、S19が追加されている。 Figure 21 shows a modified version of the driving method in Figure 20. In Figure 21, steps S17, S18, and S19 are added after the driving method in Figure 20.

ステップS17において、ステップS16において撮像状態に遷移した周辺の画素12のいずれかからカウント値が取得される。このカウント値の取得動作の詳細はステップS12におけるものと同様である。 In step S17, a count value is obtained from one of the surrounding pixels 12 that transitioned to the imaging state in step S16. The details of this count value acquisition operation are the same as those in step S12.

ステップS18において、閾値判定部344は、周辺画素から取得されたカウント値が所定の閾値を超えているか否かを判定する。カウント値が所定の閾値を超えている場合(ステップS18におけるYES)、イベントが検知されたものとして、処理はステップS19に移行する。カウント値が所定の閾値を超えていない場合(ステップS18におけるNO)、イベントが検知されなかったものとして、処理はステップS17に戻る。 In step S18, the threshold determination unit 344 determines whether the count value obtained from the surrounding pixels exceeds a predetermined threshold. If the count value exceeds the predetermined threshold (YES in step S18), the event is considered detected, and the process proceeds to step S19. If the count value does not exceed the predetermined threshold (NO in step S18), the event is considered not detected, and the process returns to step S17.

ステップS19において、画素部10内のすべての画素12がイベント検知状態から撮像状態に遷移する。 In step S19, all pixels 12 within the pixel unit 10 transition from the event detection state to the imaging state.

入射される光子の数が少ない暗所等の撮影環境においては、イベント検知がなされたとしても、それがノイズに起因する誤検出である可能性がある。この状態で全画素を撮像状態に遷移させると、誤検出が生じた場合に電力を浪費するおそれがある。そこで、本変形例では、イベント検知がなされた画素の周辺の画素の情報を更に用いてイベント検知を行うことで、より高精度にイベント検知の判定を行ってから全画素を撮像状態に遷移させる。これにより、誤検出による電力の浪費が生じる可能性を低減することができる。 In shooting environments such as dark places where the number of incident photons is low, even if an event is detected, it may be a false detection caused by noise. If all pixels are transitioned to the imaging state in this condition, power may be wasted if a false detection occurs. Therefore, in this modified version, event detection is performed using information from pixels surrounding the pixel where the event detection occurred, allowing for a more accurate determination of the event before transitioning all pixels to the imaging state. This reduces the possibility of power wasted due to false detections.

[第8実施形態]
本発明の第8実施形態による光電変換装置について、図22及び図23を用いて説明する。図22は、本実施形態による光電変換装置における画素の配置及び駆動方法の例を示す模式図である。図23は、本実施形態による光電変換装置における駆動方法の例を示すフローチャートである。
[Eighth Embodiment]
An eighth embodiment of the present invention, a photoelectric conversion device, will be described with reference to Figures 22 and 23. Figure 22 is a schematic diagram showing an example of pixel arrangement and driving method in the photoelectric conversion device according to this embodiment. Figure 23 is a flowchart showing an example of the driving method in the photoelectric conversion device according to this embodiment.

本実施形態の光電変換装置は、イベント検知後のイベント検知状態から撮像状態への遷移の処理に関する構成例である。その他の回路構成、駆動方法については第1実施形態乃至第7実施形態のいずれかが適用可能であるため説明を省略する。 This embodiment of the photoelectric conversion device is an example of a configuration related to the processing of the transition from the event detection state to the imaging state after event detection. Other circuit configurations and driving methods are applicable to any of the first to seventh embodiments, so their description is omitted.

図22は、画素部10における画素12の配置と、イベント検知状態から撮像状態への遷移の有無を模式的に示している。画素部10及び画素ブロック10a内の画素12の配置等は図19と同様である。図22の下段の1つの画素ブロック10aにおいてハッチングが付されている複数のボックスの各々は、当該画素12において、判定結果が所定の条件(カウント値>閾値)を満たし、イベント検知の判定がなされたことを示している。すなわち、図22の例では、5個の画素12において、イベント検知の判定がなされている。図22の画素部10において、ハッチングが付されているボックスは、当該画素ブロック10aに含まれるすべての画素12が撮像状態に遷移することを示している。 Figure 22 schematically shows the arrangement of pixels 12 in the pixel section 10 and whether or not there is a transition from the event detection state to the imaging state. The arrangement of pixels 12 in the pixel section 10 and within the pixel block 10a is the same as in Figure 19. In the lower part of Figure 22, each of the multiple hatched boxes in one pixel block 10a indicates that the determination result for that pixel 12 satisfies a predetermined condition (count value > threshold) and an event detection determination has been made. That is, in the example of Figure 22, an event detection determination has been made for five pixels 12. In the pixel section 10 of Figure 22, the hatched boxes indicate that all pixels 12 included in that pixel block 10a transition to the imaging state.

図23を参照しつつ、イベント検知時における画素12の駆動方法を説明する。ステップS11、S13の動作は図7と同様であるため説明を省略又は簡略化する。 Referring to Figure 23, the method for driving pixel 12 during event detection will be explained. Since the operations in steps S11 and S13 are the same as in Figure 7, the explanation will be omitted or simplified.

ステップS20において、所定の画素ブロック10a内のすべての画素12からカウント値が取得される。その後、ステップS13において、各カウント値が所定の閾値を超えているか否かの判定が行われる。各カウント値に対する判定処理の内容は第1実施形態で述べたものと同様である。少なくとも1つの画素12から出力されたカウント値が所定の閾値を超えている場合(ステップS13におけるYES)、イベントが検知されたものとして、処理はステップS21に移行する。カウント値が所定の閾値を超えていない場合(ステップS13におけるNO)、イベントが検知されなかったものとして、処理はステップS20に戻り、イベント検知状態が継続する。 In step S20, count values are obtained from all pixels 12 within a predetermined pixel block 10a. Then, in step S13, it is determined whether each count value exceeds a predetermined threshold. The content of the determination process for each count value is the same as described in the first embodiment. If the count value output from at least one pixel 12 exceeds the predetermined threshold (YES in step S13), an event is detected, and the process proceeds to step S21. If the count value does not exceed the predetermined threshold (NO in step S13), no event is detected, and the process returns to step S20, continuing the event detection state.

ステップS21において、上述のカウント値の取得及び判定が行われた画素ブロック10a内の各画素は、閾値を超えた画素12の検知数(図22の例では5個)に応じて異なる条件に設定された撮像状態に遷移する。第1実施形態の構成においては、「異なる条件」とは、期間T2の長さを検知数に応じて変えることに相当する。この場合、検知数が多いほど期間T2を短くしてカウント値の出力を高頻度化することにより、出力信号を高精度化することが好適である。第2実施形態の構成においては、「異なる条件」とは、期間T4の長さを検知数に応じて変えることに相当する。この場合、検知数が多いほど期間T4を短くしてカウント値が出力されない期間を短縮することにより、出力信号を高精度化することが好適である。第3実施形態の構成においては、「異なる条件」とは、時刻t32以降の周波数を検知数に応じて変えることに相当する。この場合、検知数が多いほど時刻t32以降の周波数を高く設定して、リチャージ動作の頻度を高くすることにより出力信号を高精度化することが好適である。 In step S21, each pixel within the pixel block 10a, where the above-described count value acquisition and determination have been performed, transitions to an imaging state set to different conditions according to the number of pixels 12 detected that exceeded the threshold (5 pixels in the example of Figure 22). In the configuration of the first embodiment, "different conditions" corresponds to changing the length of period T2 according to the number of detections. In this case, it is preferable to shorten period T2 and increase the frequency of count value output as the number of detections increases, thereby improving the accuracy of the output signal. In the configuration of the second embodiment, "different conditions" corresponds to changing the length of period T4 according to the number of detections. In this case, it is preferable to shorten period T4 and shorten the period during which no count value is output as the number of detections increases, thereby improving the accuracy of the output signal. In the configuration of the third embodiment, "different conditions" corresponds to changing the frequency after time t32 according to the number of detections. In this case, it is preferable to set a higher frequency after time t32 as the number of detections increases, thereby increasing the frequency of recharge operation and improving the accuracy of the output signal.

以上のように、本実施形態の光電変換装置100においては、画素ブロック10a内の検知数に応じて、画素12の状態が異なる条件に設定された撮像状態に遷移する。検知数が多い領域は、人物が多く集まっている場所等のように他とは異なる条件での撮像が要求される領域であることが多い。そのため、遷移後の撮像状態が検知数に応じて異なる条件に設定されていることが望ましい。本実施形態によれば、より適切な条件での信号取得が可能な光電変換装置100が提供される。 As described above, in the photoelectric converter 100 of this embodiment, the state of the pixels 12 transitions to different imaging states depending on the number of detections within the pixel block 10a. Areas with a high number of detections are often areas where imaging under different conditions is required, such as places where many people are gathered. Therefore, it is desirable that the imaging state after the transition is set to different conditions according to the number of detections. According to this embodiment, a photoelectric converter 100 is provided that enables signal acquisition under more appropriate conditions.

また、上述のように、検知数が多いほど、遷移後の撮像状態がより高精度化するような条件であることがより望ましい。この例は、例えば、顔認識等のように特定部分の高精度化が要求される撮像環境において更に有効である。 Furthermore, as mentioned above, it is desirable that the conditions for achieving higher accuracy in the subsequent imaging state increase with the number of detections. This example is even more effective in imaging environments where high accuracy in specific areas is required, such as in facial recognition.

[第9実施形態]
本発明の第9実施形態に係る光検出システムについて、図24を用いて説明する。図24は、本実施形態に係る光検出システムのブロック図である。本実施形態の光検出システムは、入射光に基づく画像を取得する撮像システムである。
[Ninth Embodiment]
A photodetection system according to the ninth embodiment of the present invention will be described with reference to Figure 24. Figure 24 is a block diagram of the photodetection system according to this embodiment. The photodetection system of this embodiment is an imaging system that acquires an image based on incident light.

上述の実施形態における光電変換装置は種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星、監視カメラ等があげられる。図24に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。 The photoelectric conversion device in the above-described embodiment is applicable to various imaging systems. Examples of imaging systems include digital still cameras, digital camcorders, camera heads, photocopiers, fax machines, mobile phones, in-vehicle cameras, observation satellites, and surveillance cameras. Figure 24 shows a block diagram of a digital still camera as an example of an imaging system.

図24に示す撮像システム7は、バリア706、レンズ702、絞り704、撮像装置70、信号処理部708、タイミング発生部720、全体制御・演算部718、メモリ部710、記録媒体制御I/F部716、記録媒体714、外部I/F部712を含む。バリア706はレンズを保護し、レンズ702は被写体の光学像を撮像装置70に結像させる。絞り704はレンズ702を通った光量を可変にする。撮像装置70は上述の実施形態の光電変換装置のように構成され、レンズ702により結像された光学像を画像データに変換する。信号処理部708は撮像装置70より出力された撮像データに各種の補正、データ圧縮等の処理を行う。 The imaging system 7 shown in Figure 24 includes a barrier 706, a lens 702, an aperture 704, an imaging device 70, a signal processing unit 708, a timing generation unit 720, an overall control/calculation unit 718, a memory unit 710, a recording medium control I/F unit 716, a recording medium 714, and an external I/F unit 712. The barrier 706 protects the lens, and the lens 702 forms an optical image of the subject on the imaging device 70. The aperture 704 varies the amount of light passing through the lens 702. The imaging device 70 is configured as a photoelectric converter in the above-described embodiment and converts the optical image formed by the lens 702 into image data. The signal processing unit 708 performs various corrections, data compression, and other processing on the imaging data output from the imaging device 70.

タイミング発生部720は、撮像装置70及び信号処理部708に、各種タイミング信号を出力する。全体制御・演算部718はデジタルスチルカメラ全体を制御し、メモリ部710は画像データを一時的に記憶する。記録媒体制御I/F部716は記録媒体714に画像データの記録又は読み出しを行うためのインターフェースであり、記録媒体714は画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着脱可能な記録媒体である。外部I/F部712は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェースである。タイミング信号等は撮像システム7の外部から入力されてもよく、撮像システム7は、少なくとも撮像装置70と、撮像装置70から出力された画像信号を処理する信号処理部708とを有すればよい。 The timing generation unit 720 outputs various timing signals to the imaging device 70 and the signal processing unit 708. The overall control and calculation unit 718 controls the entire digital still camera, and the memory unit 710 temporarily stores image data. The recording medium control I/F unit 716 is an interface for recording or reading image data to or from the recording medium 714, which is a removable recording medium such as a semiconductor memory for recording or reading image data. The external I/F unit 712 is an interface for communication with an external computer or the like. Timing signals and the like may be input from outside the imaging system 7, and the imaging system 7 only needs to include at least the imaging device 70 and the signal processing unit 708 that processes the image signals output from the imaging device 70.

本実施形態では、撮像装置70と信号処理部708とが同一の半導体基板に配されていてもよい。また、撮像装置70と信号処理部708とが別の半導体基板に配されていてもよい。 In this embodiment, the imaging device 70 and the signal processing unit 708 may be arranged on the same semiconductor substrate. Alternatively, the imaging device 70 and the signal processing unit 708 may be arranged on separate semiconductor substrates.

また、撮像装置70のそれぞれの画素が第1光電変換部と、第2光電変換部を含んでもよい。信号処理部708は、第1光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号と、第2光電変換部で生じた電荷に基づく画素信号とを処理し、撮像装置70から被写体までの距離情報を取得し得る。 Furthermore, each pixel of the imaging device 70 may include a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit. The signal processing unit 708 can process the pixel signal based on the charge generated by the first photoelectric conversion unit and the pixel signal based on the charge generated by the second photoelectric conversion unit to obtain distance information from the imaging device 70 to the subject.

[第10実施形態]
図25は、本実施形態に係る光検出システムのブロック図である。より具体的には、図25は、上述の実施形態に記載の光電変換装置を用いた距離画像センサのブロック図である。
[Tenth Embodiment]
Figure 25 is a block diagram of the light detection system according to this embodiment. More specifically, Figure 25 is a block diagram of a distance image sensor using the photoelectric conversion device described in the above embodiment.

図25に示すように、距離画像センサ401は、光学系402、光電変換装置403、画像処理回路404、モニタ405及びメモリ406を備える。距離画像センサ401は、光源装置411から被写体に向かって発光され、被写体の表面で反射された光(変調光、パルス光)を受光する。距離画像センサ401は、発光から受光までの時間に基づき、被写体までの距離に応じた距離画像を取得することができる。 As shown in Figure 25, the distance image sensor 401 comprises an optical system 402, a photoelectric converter 403, an image processing circuit 404, a monitor 405, and a memory 406. The distance image sensor 401 receives light (modulated light, pulsed light) emitted from the light source device 411 toward the subject and reflected from the subject's surface. Based on the time from emission to reception, the distance image sensor 401 can acquire a distance image corresponding to the distance to the subject.

光学系402は、1枚又は複数枚のレンズを含み、被写体からの像光(入射光)を光電変換装置403に導き、光電変換装置403の受光面(センサ部)に結像させる。 The optical system 402 includes one or more lenses and guides the image light (incident light) from the subject to the photoelectric converter 403, where it forms an image on the light-receiving surface (sensor part) of the photoelectric converter 403.

光電変換装置403としては、上述した各実施形態の光電変換装置が適用され得る。光電変換装置403は、受光信号から求められる距離を示す距離信号を画像処理回路404に供給する。 The photoelectric converter 403 can be any of the photoelectric converters described in the above-described embodiments. The photoelectric converter 403 supplies a distance signal, indicating the distance determined from the received light signal, to the image processing circuit 404.

画像処理回路404は、光電変換装置403から供給された距離信号に基づいて距離画像を構築する画像処理を行う。画像処理により得られた距離画像(画像データ)は、モニタ405に表示され、メモリ406に記憶(記録)され得る。 The image processing circuit 404 performs image processing to construct a distance image based on the distance signal supplied from the photoelectric converter 403. The distance image (image data) obtained through image processing can be displayed on the monitor 405 and stored (recorded) in the memory 406.

このように構成されている距離画像センサ401は、上述した光電変換装置を適用することで、正確な距離画像を取得することができる。 The distance image sensor 401, configured in this way, can acquire accurate distance images by applying the photoelectric conversion device described above.

[第11実施形態]
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、光検出システムの一例である内視鏡手術システムに適用されてもよい。
[Embodiment No. 11]
The technology described herein can be applied to a variety of products. For example, the technology described herein may be applied to an endoscopic surgical system, which is an example of a photodetection system.

図26は、本実施形態における内視鏡手術システムの概略図である。図26は、術者(医師)1131が、内視鏡手術システム1103を用いて、患者ベッド1133上の患者1132に手術を行っている様子を示している。図示するように、内視鏡手術システム1103は、内視鏡1100、術具1110、アーム1121、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート1134を備える。 Figure 26 is a schematic diagram of the endoscopic surgical system in this embodiment. Figure 26 shows a surgeon (physician) 1131 performing surgery on a patient 1132 on a patient bed 1133 using the endoscopic surgical system 1103. As shown, the endoscopic surgical system 1103 comprises an endoscope 1100, surgical instruments 1110, an arm 1121, and a cart 1134 equipped with various devices for endoscopic surgery.

内視鏡1100は、先端から所定の長さの領域が患者1132の体腔内に挿入される鏡筒1101と、鏡筒1101の基端に接続されるカメラヘッド1102とを備える。図26は、硬性の鏡筒1101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡1100を示しているが、内視鏡1100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。 The endoscope 1100 comprises a barrel 1101, the length of which is inserted into the body cavity of the patient 1132, and a camera head 1102 connected to the base end of the barrel 1101. Figure 26 shows the endoscope 1100 configured as a so-called rigid endoscope with a rigid barrel 1101; however, the endoscope 1100 may also be configured as a so-called flexible endoscope with a flexible barrel.

鏡筒1101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡1100には光源装置1203が接続されている。光源装置1203によって生成された光は、鏡筒1101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者1132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡1100は、直視鏡であってもよく、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。 The tip of the endoscope tube 1101 is provided with an opening into which an objective lens is fitted. A light source device 1203 is connected to the endoscope 1100. Light generated by the light source device 1203 is guided to the tip of the endoscope tube by a light guide extending inside the tube, and is then irradiated through the objective lens towards the object to be observed within the body cavity of the patient 1132. The endoscope 1100 may be a straight-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.

カメラヘッド1102の内部には光学系及び光電変換装置が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該光電変換装置に集光される。光電変換装置によって観察光は光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。光電変換装置としては、上述の各実施形態に記載の光電変換装置が用いられ得る。画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU:Camera Control Unit)1135に送信される。 The camera head 1102 contains an optical system and a photoelectric converter. Reflected light from the object being observed (observation light) is focused by the optical system into the photoelectric converter. The photoelectric converter converts the observation light into electrical signals, generating an electrical signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observed image. The photoelectric converter can be any of the devices described in the embodiments described above. The image signal is transmitted as RAW data to the camera control unit (CCU) 1135.

CCU1135は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡1100及び表示装置1136の動作を統括的に制御する。更に、CCU1135は、カメラヘッド1102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等、画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。 The CCU 1135 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and other components, and comprehensively controls the operation of the endoscope 1100 and the display device 1136. Furthermore, the CCU 1135 receives image signals from the camera head 1102 and performs various image processing operations on these signals, such as development processing (demosaic processing), to display the image based on the image signal.

表示装置1136は、CCU1135からの制御により、当該CCU1135によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。 The display device 1136 displays an image based on an image signal processed by the CCU 1135, under control from the CCU 1135.

光源装置1203は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源を備え、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡1100に供給する。 The light source device 1203 is equipped with a light source such as an LED (Light Emitting Diode) and supplies illumination light to the endoscope 1100 when photographing the surgical area, etc.

入力装置1137は、内視鏡手術システム1103に対する入力インターフェースである。ユーザは、入力装置1137を介して、内視鏡手術システム1103に対して各種の情報の入力及び指示入力を行うことができる。 The input device 1137 is an input interface for the endoscopic surgical system 1103. The user can input various types of information and instructions to the endoscopic surgical system 1103 via the input device 1137.

処置具制御装置1138は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具1112の駆動を制御する。 The treatment instrument control device 1138 controls the drive of the energy treatment instrument 1112 for purposes such as tissue cauterization, incision, or vascular sealing.

光源装置1203は、内視鏡1100に術部を撮影する際の照射光を供給可能であって、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによる白色光源であり得る。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができる。このため、光源装置1203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド1102の撮像素子の駆動を制御してもよい。これにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。このような方法によれば、撮像素子にカラーフィルタが設けられることなく、カラー画像を得ることができる。 The light source device 1203 is capable of supplying illumination light to the endoscope 1100 when photographing the surgical area, and may be, for example, an LED, a laser light source, or a combination thereof. When a white light source is configured using a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision. Therefore, the white balance of the captured image can be adjusted in the light source device 1203. In this case, the laser light from each of the RGB laser light sources may be irradiated onto the observation target in a time-division manner, and the drive of the image sensor of the camera head 1102 may be controlled in synchronization with the irradiation timing. This makes it possible to capture images corresponding to each of the RGB values in a time-division manner. With this method, a color image can be obtained without providing a color filter on the image sensor.

また、光源装置1203から出力される光の強度が所定の時間ごとに変更されるように、光源装置1203の駆動が制御されてもよい。光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド1102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。 Furthermore, the drive of the light source device 1203 may be controlled so that the intensity of the light output from the light source device 1203 is changed at predetermined time intervals. By controlling the drive of the image sensor of the camera head 1102 in synchronization with the timing of the change in light intensity, images are acquired in time-division order, and these images are combined to generate a high dynamic range image without so-called black crushing and white clipping.

更に、光源装置1203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用することができる。具体的には、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置1203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。 Furthermore, the light source device 1203 may be configured to supply light in a predetermined wavelength band corresponding to special light observation. In special light observation, for example, the wavelength dependence of light absorption in body tissue can be utilized. Specifically, by irradiating with narrowband light compared to the irradiation light used during normal observation (i.e., white light), predetermined tissues such as blood vessels on the mucosal surface can be imaged with high contrast. Alternatively, in special light observation, fluorescence observation may be performed to obtain an image from fluorescence generated by irradiation with excitation light. In fluorescence observation, excitation light can be irradiated onto body tissue and the fluorescence from the tissue can be observed, or a reagent such as indocyanine green (ICG) can be injected into body tissue, and excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent can be irradiated onto the tissue to obtain a fluorescence image. The light source device 1203 may be configured to supply narrowband light and/or excitation light corresponding to such special light observation.

[第12実施形態]
本実施形態の光検出システム及び移動体について、図27、図28(a)、図28(b)、図28(c)及び図29を用いて説明する。本実施形態では、光検出システムとして、車載カメラの一例を示す。
[Twelfth Embodiment]
The light detection system and mobile body of this embodiment will be described with reference to Figures 27, 28(a), 28(b), 28(c), and 29. In this embodiment, an example of an in-vehicle camera is shown as the light detection system.

図27は、本実施形態における光検出システムの概略図であって、車両システム及び車両システムに搭載される光検出システムの一例を示している。光検出システム1301は、光電変換装置1302、画像前処理部1315、集積回路1303、光学系1314を含む。光学系1314は、光電変換装置1302に被写体の光学像を結像する。光電変換装置1302は、光学系1314により結像された被写体の光学像を電気信号に変換する。光電変換装置1302は、上述の各実施形態のいずれかの光電変換装置である。画像前処理部1315は、光電変換装置1302から出力された信号に対して所定の信号処理を行う。画像前処理部1315の機能は、光電変換装置1302内に組み込まれていてもよい。光検出システム1301には、光学系1314、光電変換装置1302及び画像前処理部1315が、少なくとも2組設けられており、各組の画像前処理部1315からの出力が集積回路1303に入力される。 Figure 27 is a schematic diagram of the photodetection system in this embodiment, showing an example of a vehicle system and a photodetection system mounted on the vehicle system. The photodetection system 1301 includes a photoelectric converter 1302, an image preprocessing unit 1315, an integrated circuit 1303, and an optical system 1314. The optical system 1314 forms an optical image of the subject on the photoelectric converter 1302. The photoelectric converter 1302 converts the optical image of the subject formed by the optical system 1314 into an electrical signal. The photoelectric converter 1302 is one of the photoelectric converters in each of the embodiments described above. The image preprocessing unit 1315 performs predetermined signal processing on the signal output from the photoelectric converter 1302. The functions of the image preprocessing unit 1315 may be incorporated into the photoelectric converter 1302. The light detection system 1301 is provided with at least two sets of optical systems 1314, photoelectric converters 1302, and image preprocessing units 1315. The output from each set of image preprocessing units 1315 is input to the integrated circuit 1303.

集積回路1303は、撮像システム用途向けの集積回路であり、記憶媒体1305を含む画像処理部1304、光学測距部1306、視差演算部1307、物体認知部1308、異常検出部1309を含む。画像処理部1304は、画像前処理部1315の出力信号に対して、現像処理、欠陥補正等の画像処理を行う。記憶媒体1305は、撮像画像の一次記憶を行い、撮像画素の欠陥位置を格納する。光学測距部1306は、被写体の合焦又は測距を行う。視差演算部1307は、複数の光電変換装置1302により取得された複数の画像データ(視差画像)から測距情報(距離情報)の算出を行う。物体認知部1308は、車、道、標識、人等の被写体の認知を行う。異常検出部1309は、光電変換装置1302の異常を検出すると、主制御部1313に異常を発報する。 The integrated circuit 1303 is an integrated circuit for imaging system applications and includes an image processing unit 1304 with a storage medium 1305, an optical distance measuring unit 1306, a parallax calculation unit 1307, an object recognition unit 1308, and an anomaly detection unit 1309. The image processing unit 1304 performs image processing such as development and defect correction on the output signal of the image preprocessing unit 1315. The storage medium 1305 performs primary storage of the captured image and stores the defect locations of the captured pixels. The optical distance measuring unit 1306 focuses on or measures the distance of the subject. The parallax calculation unit 1307 calculates distance information (distance information) from multiple image data (parallax images) acquired by multiple photoelectric converters 1302. The object recognition unit 1308 recognizes subjects such as cars, roads, signs, and people. The anomaly detection unit 1309 detects an anomaly in the photoelectric converter 1302 and alerts the main control unit 1313.

集積回路1303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し、これらの組合せによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)、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。 The integrated circuit 1303 may be implemented by specially designed hardware, by a software module, or by a combination of these. It may also be implemented by an FPGA (Field Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or a combination of these.

主制御部1313は、光検出システム1301、車両センサ1310、制御ユニット1320等の動作を統括・制御する。主制御部1313を持たず、光検出システム1301、車両センサ1310、制御ユニット1320が個別に通信インターフェースを有し、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を例えばCAN規格によって行ってもよい。 The main control unit 1313 oversees and controls the operation of the light detection system 1301, vehicle sensor 1310, control unit 1320, etc. Alternatively, instead of a main control unit 1313, the light detection system 1301, vehicle sensor 1310, and control unit 1320 may each have their own communication interfaces, and each may send and receive control signals via a communication network, for example, using a CAN standard.

集積回路1303は、主制御部1313からの制御信号を受け、あるいは自身の制御部によって、光電変換装置1302へ制御信号又は設定値を送信する機能を有する。 The integrated circuit 1303 has the function of receiving control signals from the main control unit 1313, or transmitting control signals or set values to the photoelectric converter 1302 via its own control unit.

光検出システム1301は、車両センサ1310に接続されており、車速、ヨーレート、舵角等の自車両走行状態、自車外環境及び他車・障害物の状態を検出することができる。車両センサ1310は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段でもある。また、光検出システム1301は、自動操舵、自動巡行、衝突防止機能等の種々の運転支援を行う運転支援制御部1311に接続されている。特に、衝突判定機能に関しては、光検出システム1301、車両センサ1310の検出結果を基に他車・障害物との衝突推定・衝突有無を判定する。これにより、衝突が推定される場合の回避制御、衝突時の安全装置起動を行う。 The light detection system 1301 is connected to the vehicle sensor 1310 and can detect the vehicle's driving conditions, such as vehicle speed, yaw rate, and steering angle, as well as the external environment and the status of other vehicles and obstacles. The vehicle sensor 1310 also serves as a distance information acquisition means for obtaining distance information to objects. Furthermore, the light detection system 1301 is connected to the driver assistance control unit 1311, which performs various driver assistance functions such as automatic steering, automatic cruising, and collision avoidance. In particular, regarding the collision determination function, it determines whether a collision with another vehicle or obstacle has occurred and estimates a collision based on the detection results of the light detection system 1301 and the vehicle sensor 1310. This enables avoidance control when a collision is estimated and activation of safety devices in the event of a collision.

また、光検出システム1301は、衝突判定部での判定結果に基づいて、ドライバーに警報を発する警報装置1312にも接続されている。例えば、衝突判定部の判定結果として衝突可能性が高い場合、主制御部1313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等の車両制御を行い、衝突の回避又は被害の軽減を実現する。警報装置1312は、音等の警報の発報、カーナビゲーションシステム及びメーターパネル等の表示部画面における警報情報の表示、シートベルト及びステアリングへの振動付与等の手段を用いて、ユーザに警告を発する。 Furthermore, the light detection system 1301 is also connected to a warning device 1312 that issues a warning to the driver based on the judgment result of the collision judgment unit. For example, if the collision judgment unit determines that there is a high probability of collision, the main control unit 1313 performs vehicle control such as applying the brakes, releasing the accelerator, or suppressing engine output to avoid a collision or mitigate damage. The warning device 1312 issues a warning to the user using means such as emitting a sound, displaying warning information on display screens such as the car navigation system and instrument panel, and applying vibrations to the seat belt and steering wheel.

本実施形態における光検出システム1301は、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮影可能である。図28(a)、図28(b)及び図28(c)は、本実施形態における移動体の概略図であって、車両前方を光検出システム1301で撮像する構成を示している。 The light detection system 1301 in this embodiment can capture images of the area around the vehicle, for example, the front or rear. Figures 28(a), 28(b), and 28(c) are schematic diagrams of a moving object in this embodiment, showing a configuration in which the light detection system 1301 captures images of the area in front of the vehicle.

2つの光電変換装置1302は、車両1300の前方に配される。具体的には、車両1300の進退方位又は外形(例えば車幅)に対する中心線を対称軸とみなし、対称軸に対して2つの光電変換装置1302が線対称に配されることが好ましい。これにより、車両1300と被写対象物との間の距離情報の取得及び衝突可能性の判定を効果的に行うことが可能となる。また、光電変換装置1302は、運転者が運転席から車両1300の外の状況を視認する際に運転者の視野を妨げない位置に配されることが好ましい。警報装置1312は、運転者の視野に入りやすい位置に配されることが好ましい。 The two photoelectric converters 1302 are positioned in front of the vehicle 1300. Specifically, it is preferable that the centerline of the vehicle 1300 with respect to its direction of movement or external shape (e.g., vehicle width) be considered as the axis of symmetry, and that the two photoelectric converters 1302 are positioned symmetrically with respect to this axis. This allows for effective acquisition of distance information between the vehicle 1300 and the object being photographed, and determination of the possibility of collision. Furthermore, it is preferable that the photoelectric converters 1302 are positioned so as not to obstruct the driver's field of view when the driver observes the situation outside the vehicle 1300 from the driver's seat. The warning device 1312 is preferably positioned so as to be easily visible to the driver.

次に、光検出システム1301における光電変換装置1302の故障検出動作について、図29を用いて説明する。図29は、本実施形態における光検出システムの動作を表すフローチャートである。光電変換装置1302の故障検出動作は、図29に示すステップS1410~S1480に従って実行され得る。 Next, the fault detection operation of the photoelectric converter 1302 in the photodetection system 1301 will be explained using Figure 29. Figure 29 is a flowchart showing the operation of the photodetection system in this embodiment. The fault detection operation of the photoelectric converter 1302 can be performed according to steps S1410 to S1480 shown in Figure 29.

ステップS1410において、光電変換装置1302のスタートアップ時の設定が行われる。すなわち、光検出システム1301の外部(例えば主制御部1313)又は光検出システム1301の内部から、光電変換装置1302の動作のための設定情報が送信され、光電変換装置1302は撮像動作及び故障検出動作を開始する。 In step S1410, the startup settings for the photoelectric converter 1302 are performed. Specifically, setting information for the operation of the photoelectric converter 1302 is transmitted from outside the photodetection system 1301 (e.g., the main control unit 1313) or from inside the photodetection system 1301, and the photoelectric converter 1302 begins its imaging and fault detection operations.

次いで、ステップS1420において、光電変換装置1302は、有効画素から画素信号を取得する。また、ステップS1430において、光電変換装置1302は、故障検出用に設けた故障検出画素からの出力値を取得する。この故障検出画素は、有効画素と同じく光電変換素子を備える。この光電変換素子には、所定の電圧が書き込まれる。故障検出画素は、この光電変換素子に書き込まれた電圧に対応する信号を出力する。なお、ステップS1420とステップS1430とは逆の順に実行されてもよい。 Next, in step S1420, the photoelectric converter 1302 acquires a pixel signal from the active pixels. Then, in step S1430, the photoelectric converter 1302 acquires an output value from a fault detection pixel provided for fault detection. This fault detection pixel, like the active pixels, is equipped with a photoelectric conversion element. A predetermined voltage is written to this photoelectric conversion element. The fault detection pixel outputs a signal corresponding to the voltage written to this photoelectric conversion element. Note that steps S1420 and S1430 may be executed in the reverse order.

次いで、ステップS1440において、光検出システム1301は、故障検出画素の出力期待値と、実際の故障検出画素からの出力値との該非判定を行う。ステップS1440における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致している場合は、光検出システム1301は、ステップS1450の処理に移行し、撮像動作が正常に行われていると判定し、ステップS1460の処理へと移行する。ステップS1460において、光検出システム1301は、走査行の画素信号を記憶媒体1305に送信して一次保存する。その後、光検出システム1301は、ステップS1420の処理に戻り、故障検出動作を継続する。一方、ステップS1440における該非判定の結果、出力期待値と実際の出力値とが一致していない場合は、光検出システム1301はステップS1470の処理に移行する。ステップS1470において、光検出システム1301は、撮像動作に異常があると判定し、主制御部1313又は警報装置1312に警報を発報する。警報装置1312は、表示部に異常が検出されたことを表示させる。その後、ステップS1480において、光検出システム1301は、光電変換装置1302を停止し、光検出システム1301の動作を終了する。 Next, in step S1440, the light detection system 1301 determines whether the expected output value of the fault detection pixel matches the actual output value from the fault detection pixel. If the result of the matching determination in step S1440 shows that the expected output value and the actual output value match, the light detection system 1301 proceeds to step S1450, determines that the imaging operation is being performed normally, and proceeds to step S1460. In step S1460, the light detection system 1301 transmits the pixel signals of the scanned row to the storage medium 1305 for temporary storage. After that, the light detection system 1301 returns to step S1420 and continues the fault detection operation. On the other hand, if the result of the matching determination in step S1440 shows that the expected output value and the actual output value do not match, the light detection system 1301 proceeds to step S1470. In step S1470, the light detection system 1301 determines that there is an abnormality in the imaging operation and issues an alarm to the main control unit 1313 or the alarm device 1312. The alarm device 1312 displays that an abnormality has been detected on its display unit. Subsequently, in step S1480, the light detection system 1301 stops the photoelectric converter 1302 and terminates its operation.

なお、本実施形態では、1行毎にフローチャートをループさせる例を例示したが、複数行毎にフローチャートをループさせてもよいし、1フレーム毎に故障検出動作を行ってもよい。ステップS1470の警報の発報は、無線ネットワークを介して、車両の外部に通知するようにしてもよい。 In this embodiment, an example is shown where the flowchart is looped after each line; however, the flowchart may be looped after multiple lines, or the fault detection operation may be performed after each frame. The alarm issued in step S1470 may be notified to an external party via a wireless network.

また、本実施形態では、他の車両と衝突しない制御を説明したが、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。更に、光検出システム1301は、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機或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。 Furthermore, while this embodiment describes control to prevent collisions with other vehicles, it can also be applied to control systems that automatically follow other vehicles or control systems that automatically stay within their lanes. Moreover, the optical detection system 1301 can be applied not only to vehicles such as the vehicle itself, but also to moving objects (mobile devices) such as ships, aircraft, or industrial robots. In addition, it can be applied not only to moving objects, but also to a wide range of devices that utilize object recognition, such as intelligent transportation systems (ITS).

本発明の光電変換装置は、更に、距離情報など各種情報を取得可能な構成であってもよい。 The photoelectric conversion device of the present invention may further be configured to acquire various types of information, such as distance information.

[第13実施形態]
図30(a)は、本実施形態における電子機器の具体例を示す図であって、眼鏡1600(スマートグラス)を示している。眼鏡1600には、上述の各実施形態に記載の光電変換装置1602が設けられている。すなわち、眼鏡1600は、上述の各実施形態に記載の光電変換装置1602が適用され得る光検出システムの一例である。レンズ1601の裏面側には、OLED、LED等の発光装置を含む表示装置が設けられていてもよい。光電変換装置1602は1つでもよいし、複数でもよい。また、複数種類の光電変換装置が組み合わされてもよい。光電変換装置1602の配置位置は図30(a)に限定されない。
[13th Embodiment]
Figure 30(a) shows a specific example of an electronic device in this embodiment, and shows eyeglasses 1600 (smart glasses). The eyeglasses 1600 are equipped with the photoelectric converter 1602 described in each of the embodiments described above. That is, the eyeglasses 1600 is an example of a light detection system to which the photoelectric converter 1602 described in each of the embodiments described above can be applied. A display device including a light-emitting device such as an OLED or LED may be provided on the back side of the lens 1601. There may be one or more photoelectric converters 1602. In addition, multiple types of photoelectric converters may be combined. The arrangement position of the photoelectric converter 1602 is not limited to that shown in Figure 30(a).

眼鏡1600は更に制御装置1603を備える。制御装置1603は、光電変換装置1602と上述の表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置1603は、光電変換装置1602と表示装置の動作を制御する。レンズ1601には、光電変換装置1602に光を集光するための光学系が配されている。 The eyeglasses 1600 further include a control device 1603. The control device 1603 functions as a power source, supplying power to the photoelectric converter 1602 and the aforementioned display device. Furthermore, the control device 1603 controls the operation of the photoelectric converter 1602 and the display device. The lens 1601 is equipped with an optical system for focusing light onto the photoelectric converter 1602.

図30(b)は、1つの適用例に係る眼鏡1610(スマートグラス)を示している。眼鏡1610は、制御装置1612を有しており、制御装置1612に、光電変換装置1602に相当する光電変換装置と、表示装置とが搭載される。レンズ1611には、制御装置1612内の光電変換装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系とが配されており、レンズ1611には画像が投影される。制御装置1612は、光電変換装置及び表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、光電変換装置及び表示装置の動作を制御する。制御装置1612は、装着者の視線を検知する視線検知部を有してもよい。視線の検知は赤外線を用いてよい。赤外発光部は、表示画像を注視しているユーザの眼球に対して、赤外光を発する。発せられた赤外光の眼球からの反射光を、受光素子を有する撮像部が検出することで眼球の撮像画像が得られる。平面視における赤外発光部から表示部への光を低減する低減手段を有することで、画像品位の低下が低減される。 Figure 30(b) shows a pair of glasses 1610 (smart glasses) according to one application example. The glasses 1610 have a control device 1612, which is equipped with a photoelectric converter corresponding to a photoelectric converter 1602 and a display device. The lens 1611 is arranged with the photoelectric converter in the control device 1612 and an optical system for projecting light emitted from the display device, and an image is projected onto the lens 1611. The control device 1612 functions as a power supply that supplies power to the photoelectric converter and the display device, and also controls the operation of the photoelectric converter and the display device. The control device 1612 may have a gaze detection unit that detects the wearer's gaze. Gaze detection may use infrared light. The infrared light emitter emits infrared light towards the eyeball of the user who is gazing at the displayed image. An imaging unit having a light-receiving element detects the reflected light from the eyeball of the emitted infrared light, thereby obtaining an image of the eyeball. By incorporating a reduction mechanism that reduces the amount of light transmitted from the infrared light-emitting section to the display section in a planar view, the degradation of image quality is reduced.

制御装置1612は、赤外光の撮像により得られた眼球の撮像画像から表示画像に対するユーザの視線を検出する。眼球の撮像画像を用いた視線検出には任意の公知の手法が適用できる。一例として、角膜での照射光の反射によるプルキニエ像に基づく視線検出方法を用いることができる。 The control device 1612 detects the user's gaze toward the displayed image from the image of the eyeball obtained by imaging with infrared light. Any known method can be applied to gaze detection using the image of the eyeball. For example, a gaze detection method based on the Purkinje image obtained by the reflection of the irradiated light from the cornea can be used.

より具体的には、瞳孔角膜反射法に基づく視線検出処理が行われる。瞳孔角膜反射法を用いて、眼球の撮像画像に含まれる瞳孔の像とプルキニエ像とに基づいて、眼球の向き(回転角度)を表す視線ベクトルが算出されることにより、ユーザの視線が検出される。 More specifically, gaze detection processing is performed based on the pupil-corneal reflection method. Using the pupil-corneal reflection method, a gaze vector representing the orientation (rotation angle) of the eyeball is calculated based on the pupil image and Purkinje image contained in the captured image of the eyeball, thereby detecting the user's gaze.

本実施形態の表示装置は、受光素子を有する光電変換装置を有し、光電変換装置からのユーザの視線情報に基づいて表示装置の表示画像を制御してよい。 The display device of this embodiment includes a photoelectric converter having a light-receiving element, and may control the display image of the display device based on the user's gaze information from the photoelectric converter.

具体的には、表示装置は、視線情報に基づいて、ユーザが注視する第1視界領域と、第1視界領域以外の第2視界領域とを決定する。第1の視界領域、第2視界領域は、表示装置の制御装置によって決定されてもよく、外部の制御装置によって決定されてもよい。表示装置の表示領域において、第1視界領域の表示解像度を第2視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第2視界領域の解像度を第1視界領域よりも低くしてよい。 Specifically, the display device determines a first field of view (the area the user is fixated on) and a second field of view (the area outside the first field of view) based on gaze information. The first and second field of view may be determined by the display device's control unit or by an external control unit. Within the display area of the display device, the display resolution of the first field of view may be controlled to be higher than that of the second field of view. In other words, the resolution of the second field of view may be lower than that of the first field of view.

また、表示領域は、第1表示領域と、第1表示領域とは異なる第2表示領域とを含み得る。視線情報に基づいて、第1表示領域及び第2表示領域から優先度の高い領域が決定されてもよい。第1視界領域、第2視界領域は、表示装置の制御装置によって決定されもよく、外部の制御装置によって決定されてもよい。優先度の高い領域の解像度は、優先度の高い領域以外の領域の解像度よりも高くなるように制御されてよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度は低くされ得る。 Furthermore, the display area may include a first display area and a second display area distinct from the first display area. Based on line-of-sight information, a higher-priority area may be determined from the first and second display areas. The first and second field-of-sight areas may be determined by the display device's control unit or by an external control unit. The resolution of the higher-priority area may be controlled to be higher than the resolution of the other areas. In other words, the resolution of areas with relatively lower priority may be lower.

なお、第1視界領域、優先度が高い領域の決定において、AI(Artificial Intelligence)が用いられてもよい。AIは、眼球の画像と当該画像の眼球が実際に視ていた方向とを教師データとして、眼球の画像から視線の角度、視線の先の目的物までの距離を推定するよう構成されたモデルであってよい。AIプログラムは、表示装置、光電変換装置のいずれに設けられてもよく、外部装置に設けられてもよい。外部装置がAIプログラムを有する場合は、通信を介して、サーバなどから表示装置に送信され得る。 Furthermore, AI (Artificial Intelligence) may be used in determining the first field of view region and the high-priority region. The AI may be a model configured to estimate the angle of line of sight and the distance to the target object from the eye image, using the eye image and the direction the eye was actually looking in the image as training data. The AI program may be installed in the display device, the photoelectric converter, or an external device. If the external device has the AI program, it can be transmitted from a server or the like to the display device via communication.

視認検知に基づいて表示制御する場合、本実施形態は、外部を撮像する光電変換装置を更に有するスマートグラスに好ましく適用され得る。スマートグラスは、撮像した外部情報をリアルタイムで表示することができる。 When display control is based on visual detection, this embodiment can be preferably applied to smart glasses further equipped with a photoelectric conversion device for capturing external images. The smart glasses can display the captured external information in real time.

[変形実施形態]
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。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、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。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the embodiments described above and can be modified in various ways. For example, an example in which a part of the configuration of one embodiment is added to another embodiment, or in which a part of the configuration of another embodiment is replaced, is also an embodiment of the present invention.

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention can also be realized by supplying a program that implements one or more of the functions of the above-described embodiments to a system or device via a network or storage medium, and by a process in which one or more processors in the computer of that system or device read and execute the program. Furthermore, it can also be realized by a circuit (e.g., an ASIC) that implements one or more functions.

なお、上述の実施形態は、いず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。 The embodiments described above are merely examples of how the present invention can be implemented, and the technical scope of the invention should not be interpreted as being limited by them. In other words, the present invention can be implemented in various forms without departing from its technical concept or its main features.

20…光電変換部
22…光子検知素子
24…クエンチ素子
30…画素信号処理部
32…波形整形部
34…デジタル処理回路
36…画素出力回路
100…光電変換装置
342…カウンタ
344…閾値判定部
346…露光制御部
20...Photoelectric conversion unit 22...Photon detection element 24...Quench element 30...Pixel signal processing unit 32...Waveform shaping unit 34...Digital processing circuit 36...Pixel output circuit 100...Photoelectric conversion device 342...Counter 344...Threshold determination unit 346...Exposure control unit

Claims (23)

アバランシェフォトダイオードと、
カウント期間に前記アバランシェフォトダイオードに入射する光子に基づくカウント値を生成するカウンタを含み、前記カウント値を前記カウント期間ごとに繰り返し出力する信号処理回路と、
を含む画素を有し、
前記画素は、前記カウント値と所定の閾値とに基づく判定を行った結果に応じて、第1状態から、前記カウント期間の長さが前記第1状態よりも短い第2状態に遷移し、
前記第1状態における消費電力は、前記第2状態における消費電力よりも小さい
ことを特徴とする光電変換装置。
Avalanche photodiode and
A signal processing circuit includes a counter that generates a count value based on photons incident on the avalanche photodiode during the counting period, and repeatedly outputs the count value for each counting period.
It has pixels that include,
The pixel transitions from a first state to a second state in which the length of the count period is shorter than that of the first state , depending on the result of a determination based on the count value and a predetermined threshold.
The power consumption in the first state is smaller than the power consumption in the second state.
A photoelectric conversion device characterized by the following features.
前記第2状態において前記カウンタがリセットされる周期は、前記第1状態において前記カウンタがリセットされる周期よりも短い
ことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。
The photoelectric converter according to claim 1, characterized in that the period during which the counter is reset in the second state is shorter than the period during which the counter is reset in the first state.
前記第2状態における第1カウント期間の終了時刻から前記第1カウント期間の次の第2カウント期間の開始時刻までの間隔は、前記第1状態における第3カウント期間の終了時刻から前記第3カウント期間の次の第4カウント期間の開始時刻までの間隔よりも短い
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, characterized in that the interval from the end time of the first count period in the second state to the start time of the second count period following the first count period is shorter than the interval from the end time of the third count period in the first state to the start time of the fourth count period following the third count period.
アバランシェフォトダイオードと、
カウント期間に前記アバランシェフォトダイオードに入射する光子に基づくカウント値を生成するカウンタを含み、前記カウント値を前記カウント期間ごとに繰り返し出力する信号処理回路と、
を含む画素を有し、
前記画素は、前記カウント値と所定の閾値とに基づく判定を行った結果に応じて、第1状態から第2状態に遷移し、
前記第2状態における第1カウント期間の終了時刻から前記第1カウント期間の次の第2カウント期間の開始時刻までの間隔は、前記第1状態における第3カウント期間の終了時刻から前記第3カウント期間の次の第4カウント期間の開始時刻までの間隔よりも短い
ことを特徴とする光電変換装置。
Avalanche photodiode and
A signal processing circuit includes a counter that generates a count value based on photons incident on the avalanche photodiode during the counting period, and repeatedly outputs the count value for each counting period.
It has pixels that include,
The pixel transitions from a first state to a second state according to the result of a determination based on the count value and a predetermined threshold .
The interval from the end time of the first count period in the second state to the start time of the second count period following the first count period is shorter than the interval from the end time of the third count period in the first state to the start time of the fourth count period following the third count period.
A photoelectric conversion device characterized by the following features.
前記画素は、アバランシェ増倍が生じた後の前記アバランシェフォトダイオードを再び前記アバランシェ増倍が生じ得る状態に戻すクエンチトランジスタを更に有し、
前記第2状態における前記クエンチトランジスタがオフになる期間の長さは、前記第1状態における前記クエンチトランジスタがオフになる期間の長さよりも短い
ことを特徴とする請求項4に記載の光電変換装置。
The pixel further includes a quench transistor that returns the avalanche photodiode, after avalanche multiplication has occurred, to a state in which avalanche multiplication can occur again.
The photoelectric converter according to claim 4, characterized in that the length of the period during which the quench transistor is off in the second state is shorter than the length of the period during which the quench transistor is off in the first state.
前記画素は、
アバランシェ増倍が生じた後の前記アバランシェフォトダイオードを再び前記アバランシェ増倍が生じ得る状態に戻すクエンチトランジスタと、
前記クエンチトランジスタのゲートに所定の周波数でレベルが変化するパルス信号を出力するパルス生成部と、
を更に有し、
前記第2状態における前記周波数は、前記第1状態における前記周波数よりも高い
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光電変換装置。
The aforementioned pixel is
A quench transistor that returns the avalanche photodiode, after avalanche multiplication has occurred, to a state in which avalanche multiplication can occur again,
A pulse generation unit that outputs a pulse signal whose level changes at a predetermined frequency to the gate of the quench transistor,
It further possesses,
The photoelectric converter according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the frequency in the second state is higher than the frequency in the first state.
前記パルス信号のハイレベルの期間及びローレベルの期間の一方の長さが、前記第1状態と前記第2状態との間で同一である
ことを特徴とする請求項6に記載の光電変換装置。
The photoelectric converter according to claim 6, characterized in that the length of either the high-level period or the low-level period of the pulse signal is the same between the first state and the second state.
前記画素は、前記カウント値が所定の閾値を超えた場合に、前記第1状態から前記第2状態に遷移する
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the pixel transitions from the first state to the second state when the count value exceeds a predetermined threshold.
前記画素は、前記カウント値の時間変化が所定の閾値を超えた場合に、前記第1状態から前記第2状態に遷移する
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the pixel transitions from the first state to the second state when the time change of the count value exceeds a predetermined threshold.
複数の行及び複数の列をなすように配された複数の前記画素を有する
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it has a plurality of pixels arranged in a plurality of rows and a plurality of columns.
前記第1状態において、前記複数の画素のすべてが前記判定を行う
ことを特徴とする請求項10に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 10, characterized in that, in the first state, all of the plurality of pixels perform the determination.
前記第1状態において、前記複数の画素は、前記複数の画素の配列に応じた順序で、順次、前記判定を行う
ことを特徴とする請求項10又は11に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 10 or 11, characterized in that, in the first state, the plurality of pixels sequentially perform the determination in an order corresponding to the arrangement of the plurality of pixels.
前記第1状態において、前記複数の画素は、前記複数の画素の配列に対してランダムな順序で、順次、前記判定を行う
ことを特徴とする請求項10又は11に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 10 or 11, characterized in that, in the first state, the plurality of pixels sequentially perform the determination in a random order with respect to the array of the plurality of pixels.
前記第1状態において、前記複数の画素の一部は前記判定を行い、前記複数の画素の他の一部は前記判定を行わない、
ことを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の光電変換装置。
In the first state, some of the plurality of pixels perform the determination, while other parts of the plurality of pixels do not perform the determination.
The photoelectric conversion device according to any one of claims 10 to 13.
前記複数の画素のうちの1つの画素における前記判定の結果に応じて、前記複数の画素のすべてが前記第2状態に遷移する
ことを特徴とする請求項10乃至14のいずれか1項に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 10 to 14, characterized in that all of the plurality of pixels transition to the second state in accordance with the result of the determination in one of the plurality of pixels.
前記複数の画素のうちの1つの画素における前記判定の結果に応じて、前記1つの画素を少なくとも含む前記複数の画素のうちの一部の画素が前記第2状態に遷移する
ことを特徴とする請求項10乃至14のいずれか1項に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 10 to 14, characterized in that, depending on the result of the determination in one of the plurality of pixels, some of the plurality of pixels, including at least the one pixel, transition to the second state.
前記一部の画素のうちの2つが互いに隣接している
ことを特徴とする請求項16に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 16, characterized in that two of the aforementioned pixels are adjacent to each other.
前記一部の画素のうちの1つの画素における前記判定の結果に応じて、前記複数の画素のすべてが前記第2状態に遷移する
ことを特徴とする請求項16又は17に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to claim 16 or 17, characterized in that all of the plurality of pixels transition to the second state in accordance with the result of the determination in one of the aforementioned subsets of pixels.
前記複数の画素のうちの一部であり、かつ複数の画素を含む画素ブロックのうちの少なくとも1つの画素における前記判定の結果に応じて、前記画素ブロックに属するすべての画素が前記第2状態に遷移する
ことを特徴とする請求項10乃至14のいずれか1項に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 10 to 14, characterized in that all pixels belonging to the pixel block transition to the second state in accordance with the result of the determination in at least one pixel of a pixel block that is a part of the plurality of pixels and includes the plurality of pixels.
前記画素ブロックのうちの、前記判定の結果が所定の条件を満たした画素の数に応じて、前記第2状態に遷移した後の条件が設定される
ことを特徴とする請求項19に記載の光電変換装置。
The photoelectric converter according to claim 19, characterized in that the conditions after transitioning to the second state are set according to the number of pixels in the pixel block whose determination results satisfy predetermined conditions.
請求項1乃至20のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理装置と
を有することを特徴とする光検出システム。
A photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 20,
A photodetection system characterized by having a signal processing device that processes the signal output from the photoelectric converter.
前記信号処理装置は、前記信号に基づいて対象物までの距離情報を表す距離画像を生成する
ことを特徴とする請求項21に記載の光検出システム。
The light detection system according to claim 21, characterized in that the signal processing device generates a distance image representing distance information to an object based on the signal.
移動体であって、
請求項1乃至20のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される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。
It is a mobile object,
A photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 20,
Distance information acquisition means for acquiring distance information to an object from a parallax image based on a signal output from the aforementioned photoelectric converter,
A mobile body characterized by having control means for controlling the mobile body based on the distance information.
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