WO2025004841A1 - 光電変換装置及び該光電変換装置を有する光電変換システム - Google Patents

光電変換装置及び該光電変換装置を有する光電変換システム Download PDF

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    • G01J2001/446—Photodiode
    • G01J2001/4466—Avalanche

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric conversion device and a photoelectric conversion system having the photoelectric conversion device.
  • a photoelectric conversion device uses avalanche (electron avalanche) multiplication to detect weak light at the single photon level.
  • Patent Document 1 discloses a photoelectric conversion device that performs so-called clock recharge driving.
  • the sensitivity of each pixel may be adjusted to, for example, a low sensitivity in order to prevent pile-up under high illuminance. In this case, there is a concern that image quality may deteriorate if the photon detection period is shortened or the clock frequency is lowered.
  • One aspect of the present invention is a photoelectric conversion device that includes a photoelectric conversion element that generates a photon detection signal by avalanche multiplication, a circuit that controls a first state in which a first terminal of the photoelectric conversion element is connected to a power supply voltage and a second state in which a resistance between the first terminal and the power supply voltage is higher than that in the first state, a counter circuit connected to the photoelectric conversion element, a waveform shaping circuit disposed between the photoelectric conversion element and the counter circuit, and a gating circuit connected between an output node of the waveform shaping circuit and an input node of the counter circuit, and that controls whether or not an output signal of the waveform shaping circuit is input to the counter circuit.
  • a photoelectric conversion device comprising: a photoelectric conversion element that generates a photon detection signal by avalanche multiplication; a resistive element provided between a first terminal of the photoelectric conversion element and a power supply voltage; a counter circuit connected to an output node of the photoelectric conversion element; a waveform shaping circuit provided between the photoelectric conversion element and the counter circuit; and a gating circuit provided between the output node of the waveform shaping circuit and the input node of the counter circuit that controls whether or not an output signal of the waveform shaping circuit is input to the counter circuit, wherein during one standby state, there is a first period during which the output signal of the waveform shaping circuit is counted, and a second period during which the gating circuit is controlled not to count the output signal of the waveform shaping circuit, and the device comprises a circuit that counts the number of first periods during which the output signal of the waveform shaping circuit is counted.
  • the present invention makes it possible to adjust the sensitivity of a photoelectric conversion device while suppressing image degradation.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a photoelectric conversion device according to a first embodiment.
  • 1 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an operation sequence diagram of the photoelectric conversion device according to the first embodiment.
  • 11 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is an operation sequence diagram of a photoelectric conversion device according to a second embodiment.
  • 13 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion device according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is an operation sequence diagram of a photoelectric conversion device according to a third embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is an operation sequence diagram of a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a photoelectric conversion device according to a fifth embodiment.
  • 13 is a circuit diagram illustrating an example of the configuration of a photoelectric conversion device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is an operation sequence diagram of a photoelectric conversion device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a functional block diagram of a photoelectric conversion system according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a functional block diagram of a photoelectric conversion system according to a seventh embodiment.
  • FIG. 13 is a functional block diagram of a photoelectric conversion system according to an eighth embodiment.
  • FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is an operation sequence diagram of a photoelectric conversion device
  • FIG. 13 is a functional block diagram of a photoelectric conversion system according to an eighth embodiment.
  • FIG. 13 is a functional block diagram of a photoelectric conversion system according to a ninth embodiment.
  • FIG. 23 is a functional block diagram of a photoelectric conversion system according to a tenth embodiment.
  • FIG. 23 is a functional block diagram of a photoelectric conversion system according to an eleventh embodiment.
  • FIG. 23 is a functional block diagram of a photoelectric conversion system according to an eleventh embodiment.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of one pixel of the photoelectric conversion device.
  • Fig. 2 is a specific circuit diagram configuration example, and
  • Fig. 3 is an operation sequence diagram of the circuit configuration of Fig. 2.
  • the avalanche photodiode (APD) 101 is a photodiode that generates pairs of charges in response to incident light through photoelectric conversion.
  • a voltage VL first voltage
  • a voltage VH second voltage
  • a reverse bias voltage that causes avalanche multiplication is applied to the APD 101.
  • APD 101 When a reverse bias voltage is supplied to the APD 101, it can operate in either Geiger mode or linear mode. In Geiger mode, APD 101 is operated by applying a voltage greater than the breakdown voltage to the anode and cathode. In linear mode, APD 101 is operated by setting the potential difference between the anode and cathode to a voltage difference close to or less than the breakdown voltage.
  • An APD operated in Geiger mode is called a SPAD. For example, voltage VL (first voltage) is -30V, and voltage VH (second voltage) is 1V.
  • the quench element 102 is connected between a power supply that supplies a voltage VH and the cathode terminal of the APD 101.
  • the quench element 102 functions as a load circuit during signal multiplication by avalanche multiplication, and performs a quenching operation that suppresses avalanche multiplication by suppressing the voltage supplied to the APD 101.
  • the output signal of the APD 101 is input to the waveform shaping circuit 103 in the subsequent stage.
  • the waveform shaping circuit 103 shapes the potential change of the cathode of the APD 101 when a photon is detected, and outputs a pulse signal P_ph.
  • an inverter circuit 113 is used as the waveform shaping circuit 103. While FIG. 2 shows an example in which one inverter circuit is used as the waveform shaping section, a circuit in which multiple inverters are connected in series may be used, or other circuits that have a waveform shaping effect may be used.
  • the processing circuit 104 which is provided after the waveform shaping circuit 103, receives the pulse signal P_ph output from the waveform shaping circuit 103 and the judge signal P_judge output from the pulse generation circuit 106, and outputs a pulse signal P_sig.
  • the counter circuit 105 counts the pulse signal P_sig output from the processing circuit and holds the count value.
  • the processing circuit 104 is connected between the output node of the waveform shaping circuit 103 and the input node of the counter circuit 105, and is a gating circuit that controls whether or not the output signal of the waveform shaping circuit 103 is input to the counter circuit 105.
  • FIG. 2 shows an example of a specific circuit configuration that realizes the schematic configuration diagram of each pixel shown in FIG. 1.
  • each pixel of the photoelectric conversion device shown in FIG. 2 has one inverter circuit 113 as the waveform shaping circuit 103.
  • the pulse signal P_ph, which is the output of the inverter circuit 113, and the judge signal P_judge are input to an AND circuit 114 that constitutes the processing circuit 104.
  • the AND circuit 114 outputs the logical product of the pulse signal P_ph and the judge signal P_judge as a pulse signal P_sig.
  • the quench element 102 has a switch 112 controlled by a clock signal P_PCLK, and drives the APD 101 with a clock recharge. That is, the clock signal P_PCLK controls the APD 101 to a standby state (second state) in which avalanche multiplication is possible, and a charge state (first state) in which the APD 101 is controlled to a state in which avalanche multiplication is possible.
  • the switch In the charge state, the switch is in an on state, and the cathode (first terminal) of the APD 101 is connected to the power supply voltage.
  • the standby state the switch is in an off state, and the cathode of the APD 101 is not connected to the power supply voltage.
  • the resistance between the cathode of the APD 101 and the power supply voltage is high compared to the charge state.
  • avalanche multiplication occurs, and the voltage of V_ph drops.
  • the clock signal P_PCLK is input to switch 112, which turns switch 112 on, charges the voltage, and returns the voltage of V_ph to its initial state.
  • the count period (first period) and non-count period (second period) are defined by the clock signal P_PCLK and the judge signal P_judge.
  • the count period is a period during which the counter circuit 105 counts the signal output from the waveform shaping circuit 103 based on the photons detected by the APD 101.
  • the non-count period is a period during which the signal output from the waveform shaping circuit 103 is not counted.
  • the count period is the period from the falling edge of the pulse of the clock signal P_PCLK to the falling edge of the pulse of the judge signal P_judge.
  • the non-count period is the period from the falling edge of the pulse of the judge signal P_judge to the falling edge of the pulse of the clock signal P_PCLK.
  • a clock signal P_PCLK is input to the quench element 102, and the APD goes into standby mode at time t1.
  • avalanche multiplication occurs, causing V_ph to drop, and when it exceeds the decision threshold, the pulse signal P_ph rises.
  • a pulse signal P_sig which is the logical product of the pulse signal P_ph and the judge signal P_judge, is output.
  • the clock signal P_PCLK is again input to the switch 112 of the quench element, and the APD 101 enters a charged state. In other words, V_ph is charged, and when it exceeds the judgement threshold, P_ph falls.
  • the judge signal P_judge is input to the AND circuit 114 at time t6.
  • the pulse signal V_ph is charged with a reverse bias voltage, and the pulse signal P_ph is Low. Therefore, the pulse signal P_sig, which is the output of the AND circuit 114, is also Low. After that, the judge signal P_judge falls.
  • the non-counting period begins with the input of the judge signal P_judge.
  • the pulse signal P_ph rises in response to the drop in V_ph, but since the judge signal P_judge is Low, the pulse signal P_sig is also Low.
  • the clock signal P_PCLK is input, and when V_ph is charged beyond the judgment threshold, the pulse signal P_ph falls.
  • no photons are incident on the APD 101 during the counting period, and photons are only incident on the APD 101 during the non-counting period, so no photon detection signal is counted.
  • the pulse signal P_ph is in a high state when the judge signal P_judge is input to the processing circuit, one pulse is input to the counter circuit 105 as the pulse signal P_sig. Conversely, if the pulse signal P_ph is in a low state, the pulse signal P_sig is not input to the counter circuit 105, and no counting is performed. Therefore, the sensitivity of the pixel can be adjusted by adjusting the timing at which the judge signal P_judge is input to the processing circuit 104. In other words, during one standby state period, there is a count period in which the pulse signal P_sig is counted from the input of the judge signal P_judge, and a non-count period in which the pulse signal P_sig is not counted.
  • a method for adjusting the sensitivity of each pixel in a conventional circuit that performs clock recharge drive is to lower the frequency of the clock signal P_PCLK and reduce the number of clock signals P_PCLK per unit time. In this case, there are concerns that the tonal range may decrease and the signal-to-noise ratio may deteriorate. There is also a method for shortening the charge accumulation period while maintaining the frequency of the clock signal P_PCLK, but this can cause degradation of image quality, such as the appearance of flicker, as periods during the exposure period occur when no charge is accumulated. With this method, it is possible to adjust the sensitivity of the photoelectric conversion device without causing such degradation of image quality.
  • the photoelectric conversion device according to the second embodiment will be described with reference to Figures 4 and 5.
  • the photoelectric conversion device according to the second embodiment uses a gating circuit different from that of the photoelectric conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a specific circuit diagram of the photoelectric conversion device according to this embodiment.
  • FIG. 5 is an operation sequence diagram of the circuit configuration of FIG. 4.
  • the count period in which the counter circuit 105 counts the output signal of the waveform shaping circuit 103 and the non-count period in which the counter circuit 105 does not count the output signal of the waveform shaping circuit 103 are defined by the High and Low of the judge signal P_judge.
  • the count period is defined by the period in which the judge signal P_judge is High. Note that the period in which the judge signal P_judge is High during one recharge period must be set to once or less. This is because if the judge signal P_judge is High two or more times during the recharge period, there is a possibility that the pulse signal P_sig will be output two or more times for one photon.
  • the photoelectric conversion device has a D latch circuit 124 and an AND circuit 125 as the processing circuit 104.
  • the output signal of the waveform shaping circuit is input to the input G of the D latch circuit 124, and the judge signal P_judge is input to the input D.
  • the output Q and the judge signal P_judge are input to the AND circuit 125, and the output signal of the AND circuit 125 is input to the counter circuit 105 as the pulse signal P_sig.
  • the input G of the D latch circuit 124 is High, it outputs the input D from the output Q.
  • the circuit outputs the input D immediately before the change in input G from the output Q, and holds that value in the output Q while the input G is Low.
  • a clock signal P_PCLK is input to the switch 112 of the quench element, and at time t1 the APD 101 goes into standby mode.
  • a judge signal P_judge is input to the input D of the D latch circuit 124 and one of the input terminals of the AND circuit 125, and the count period begins.
  • avalanche multiplication occurs, causing V_ph to drop, and when it exceeds the judgment threshold, the pulse signal P_ph rises.
  • the high pulse signal P_ph is input to the input G of the D latch circuit 124.
  • the judge signal P_judge of the input D is input to the other input terminal of the AND circuit 125 as the output Q of the D latch circuit 124. Therefore, H is output as the pulse signal P_sig, which is the logical AND of the judge signals P_judge.
  • the judge signal P_judge controls the gating operation of the processing circuit 104, which functions as a gating circuit.
  • the judge signal P_judge falls, and the count period ends.
  • the pulse signal P_sig also falls.
  • the clock signal P_PCLK is again input to the switch 112 of the quench element, and the APD 101 enters a charging state.
  • V_ph is charged, and when it exceeds the decision threshold, P_ph falls.
  • P_ph falls.
  • photons are incident on the APD 101 during the counting period, so a signal based on the detection of photons is counted.
  • APD 101 is charged, and in the next standby state period starting at time t7, the judge signal P_judge input to AND circuit 125 goes High at time t8, starting the count period.
  • a High judge signal P_judge is input to one input terminal of AND circuit 125.
  • V_ph is in a state where it is charged with a reverse bias voltage, and the pulse signal P_ph is Low.
  • the input G of D latch circuit 124 is Low, and at this time the output Q is Low.
  • the output Q is input to the other input terminal of AND circuit 125. Therefore, the pulse signal P_sig, which is the output of AND circuit 125, is also Low.
  • the judge signal P_judge falls at time t9, and the count period ends.
  • V_ph falls, and when it exceeds the judgment threshold, P_ph rises.
  • a clock signal P_PCLK is input to the switch 112 of the quench element, and when V_ph is charged beyond the judgment threshold, P_ph falls. Since the judge signal P_judge is low from time t9 to time t11, the pulse signal P_sig output during this period is also low. During this standby state, no photons are incident on the APD 101 during the count period, and photons are only incident on the APD 101 during the non-count period, so no photon detection signal is counted.
  • the next standby period begins at time t7.
  • the count period can be set at any position during one standby state period.
  • the count period was stopped at a specified time to create a non-count period.
  • the count period and non-count period are always set in that order during one standby state period.
  • a photoelectric conversion device according to a third embodiment will be described with reference to Fig. 6 and Fig. 7.
  • a resistive element 132 is arranged as the quench element 102.
  • the quench element is not controlled by a clock signal.
  • a photoelectric conversion device using a so-called passive recharge driven SPAD will be described.
  • FIG. 6 is a specific circuit diagram configuration example
  • FIG. 7 is an operation sequence diagram of the circuit configuration of FIG. 6.
  • the processing circuit 104 includes a D latch circuit 134 and an AND circuit 135. As mentioned above, the processing circuit functions as a gating circuit that controls whether or not the output signal of the waveform shaping circuit is input to the counter circuit 105, and its ON/OFF is controlled by the judge signal P_judge signal.
  • the judge signal P_judge rises and the count period starts again. After that, photons are incident on the APD 101, and as V_ph drops, the pulse signal P_ph rises (time t5). As the pulse signal P_ph rises, the pulse signal P_sig also goes High. When V_ph returns to High due to the operation of the quench element and exceeds the judgment threshold, the pulse signal P_ph also falls. Meanwhile, as High continues to be input to both terminals of the AND circuit, the pulse signal P_sig maintains a High state.
  • the interval between photon incidence may be shorter than the recharge time scale.
  • the change in voltage V_ph will not keep up with the incidence of photons on the APD 101, causing a count loss and resulting in a drop in output above a certain illuminance.
  • This embodiment is capable of counting photon detection signals while suppressing output drops even under such imaging conditions. An example will be described using the counting period starting at time t8. At time t8, the judge signal P_judge is High.
  • V_ph attempts to return to its original potential due to the action of the quench element 102, but if a new photon is incident before the potential has returned, V_ph may become equal to or lower than the decision threshold, causing the pulse signal P_ph to be fixed at High (pile-up).
  • P_ph In a high-illuminance environment where such pile-up continues for a long period without the processing circuit 104, only 1 is added to the counter circuit 105 during the pile-up period, causing a drop in output above a certain illuminance.
  • the judge signal P_judge falls at time t10, and the pulse signal P_sig also falls. Therefore, even in a high-illumination environment where pile-up continues for a long period of time, the signal is added to the counter by switching the judge signal P_judge between High and Low, so there is no decrease in output.
  • a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment will be described with reference to Fig. 8 to Fig. 10.
  • the photoelectric conversion device according to this embodiment has two counter circuits, and these counter circuits can count different values by overlapping in time. Furthermore, the count values in each counter circuit are processed to output one count value.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a photoelectric conversion device.
  • FIG. 9 is a specific example of a circuit configuration.
  • FIG. 10 is an operation sequence diagram for the circuit configuration of FIG. 9.
  • the waveform shaping circuit 103 is connected to the cathode terminal of the APD 101, which is connected between the power supplies VL and VH.
  • the pulse signal P_ph which is the output signal of the waveform shaping circuit 103, is split into a path that is input to the first counter circuit 145 via the processing circuit 104, and a path that is input directly to the second counter circuit 146.
  • the signal input to the first counter circuit 145 is called P_sig1
  • the signal input to the second counter circuit 146 is called P_sig2.
  • the judge signal P_judge output from the pulse generation circuit 106 is input to the processing circuit 104.
  • the first count value OUT1 which is the output of the first counter circuit 145, is used to count the photon detection signals in the count period limited by the judge signal P_judge.
  • the second count value OUT2 which is the output signal of the second counter circuit 146, is used to count all the photon detection signals.
  • the first count value OUT1 and the second count value OUT2 are each input to a common output signal processing circuit 147.
  • the output signal processing circuit 147 can, for example, compare or combine the first count value OUT1 and the second count value OUT2. As shown in FIG. 9, an example is shown in which an inverter 113 is provided as the waveform shaping circuit 103 and an AND circuit 114 is provided as the processing circuit 104.
  • a judge signal P_judge is input for each standby period from when one of the clocks of the clock signal P_CLK is input to the switch 112 of the quench element until the next clock is input. This separates each standby period into a count period and a non-count period.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of a photoelectric conversion device.
  • FIG. 12 is a specific example of a circuit configuration.
  • FIG. 13 is an operation sequence diagram for the circuit configuration of FIG. 12.
  • the pulse signal P_ph which is the output signal of the waveform shaping circuit, is split into a path that is input to the first counter circuit 145 via the first processing circuit 154 and a path that is input to the second counter circuit 146 via the second processing circuit 155.
  • a judge signal P_judge1 is input to the first processing circuit 154, and a judge signal P_judge2 is output to the second processing circuit 155.
  • the pulse signal P_sig1, which is the output signal of the first processing circuit 154, is input to the output signal processing circuit 147 as OUT1 via the first counter circuit 145.
  • the pulse signal P_sig2 which is the output signal of the second processing circuit 155, is input to the output signal processing circuit 147 as OUT2 via the second counter circuit 146.
  • the quench element 102 has a switch 112, and the waveform shaping circuit 103 is, for example, an inverter circuit 113.
  • the first processing circuit 154 and the second processing circuit 155 may be a first AND circuit 164 and a second AND circuit 165, respectively.
  • the first processing circuit 154 and the second processing circuit 155 can be controlled by separate judge signals P_judge.
  • the same photon detection signal can be counted simultaneously as outputs with different sensitivities, and more suitable counting information can be output by the output signal processing circuit 147.
  • the judge signal P_judge By using two processing circuits and the judge signal P_judge, signal information can be obtained under a greater number of combinations of conditions.
  • Fig. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of the photoelectric conversion system according to this embodiment.
  • the processing device has a control unit 401, a timing adjustment unit 402, an image acquisition unit 403, a readout unit 404, a gain adjustment unit 405, a nonlinear correction unit 406, a defect correction unit 407, a data compression unit 408, and a memory unit 409.
  • the image acquisition unit 403 is, for example, the APD 101, and the readout unit 404 is, for example, provided after the counter circuit 105.
  • the control unit 401 may be a control unit inside the photoelectric conversion device, or may be outside the photoelectric conversion device.
  • the image acquisition unit 403 is controlled by a timing adjustment unit 402 controlled by the control unit 401.
  • the image data generated by the image acquisition unit is input to the storage unit 409 after undergoing a correction process. Note that the order of the correction processes is not limited to the order shown in FIG. 14.
  • the gain adjustment unit 405 is provided between the readout unit 404 and the nonlinear correction unit 406, and applies a digital gain to the image data generated by the image acquisition unit 403.
  • Data for image correction often has decimal values, but if the image output is an integer, the correction accuracy may decrease due to quantization error.
  • the effects of quantization error can be suppressed and the correction accuracy can be increased. If the quantization error can be suppressed to 1/4 times or less of the one-photon signal level, the corrected image will be visually natural. For this reason, it is desirable for the digital gain applied to the image data to be, for example, 4 times or more.
  • the nonlinear correction unit 406 is disposed between the gain adjustment unit 405 and the scratch correction unit 407, and corrects the image data under the control of the control unit 401.
  • the image acquisition unit 403 is a photon-counting type detector
  • the optical response often becomes nonlinear due to the effects of dead time.
  • overcorrection may occur if correction is performed based on a linear response. Therefore, overcorrection can be prevented by performing nonlinear correction on the image data prior to the calculation processing in the scratch correction unit 407, and appropriate nonlinear correction can be performed according to the drive timing.
  • This nonlinear correction is performed using, for example, a LookUpTable.
  • the defect correction unit 407 corrects the data of defective pixels contained in the image data. As a specific example, it extracts the output value of the defective pixel and identifies the position information and output value of the defective pixel. There are methods to replace the identified defective pixel with the average value or median value of the outputs of the pixels surrounding the pixel, and methods to divide the estimated defective image data.
  • the data compression unit 408 compresses the corrected image data.
  • the photoelectric conversion device according to the present invention generates a huge amount of image data corresponding to a high dynamic range.
  • the data compression unit 408 the data can be compressed before being stored in the downstream storage unit 409.
  • the storage unit 409 is a storage unit that holds at least a portion of the image data generated in the previous stage. Specifically, the image data is stored in a storage unit such as an SRAM, DRAM, or non-volatile memory.
  • Fig. 15 is a block diagram showing a schematic configuration of the photoelectric conversion system according to this embodiment.
  • the photoelectric conversion device described in the above embodiment can be applied to various photoelectric conversion systems.
  • Examples of applicable photoelectric conversion systems include digital still cameras, digital camcorders, surveillance cameras, copiers, fax machines, mobile phones, car-mounted cameras, and observation satellites.
  • Camera modules equipped with an optical system such as a lens and an imaging device are also included in photoelectric conversion systems.
  • Figure 13 shows a block diagram of a digital still camera as an example of these.
  • the photoelectric conversion system illustrated in FIG. 15 includes an image capture device 1004, which is an example of a photoelectric conversion device, and a lens 1002 that forms an optical image of a subject on the image capture device 1004.
  • the photoelectric conversion system further includes an aperture 1003 for varying the amount of light passing through the lens 1002, and a barrier 1001 for protecting the lens 1002.
  • the lens 1002 and aperture 1003 form an optical system that focuses light on the image capture device 1004.
  • the image capture device 1004 is a photoelectric conversion device according to any of the above embodiments, and converts the optical image formed by the lens 1002 into an electrical signal.
  • the photoelectric conversion system has a signal processing unit 1007, which is an image generating unit that generates an image by processing an output signal output from the imaging device 1004.
  • the signal processing unit 1007 performs various corrections and compression as necessary to output image data.
  • the signal processing unit 1007 may be formed in a semiconductor layer in which the imaging device 1004 is provided, or may be formed in a semiconductor layer separate from the imaging device 1004.
  • the imaging device 1004 and the signal processing unit 1007 may also be formed in the same semiconductor layer.
  • the photoelectric conversion system further has a memory unit 1010 for temporarily storing image data, and an external interface unit (external I/F unit) 1013 for communicating with an external computer or the like.
  • the photoelectric conversion system further has a recording medium 1012 such as a semiconductor memory for recording or reading out imaging data, and a recording medium control interface unit (recording medium control I/F unit) 1011 for recording or reading out on the recording medium 1012.
  • the recording medium 1012 may be built into the photoelectric conversion system, or may be removable.
  • the photoelectric conversion system further includes an overall control/calculation unit 1009 that performs various calculations and controls the entire digital still camera, and a timing generation unit 1008 that outputs various timing signals to the image capture device 1004 and the signal processing unit 1007.
  • timing signals and the like may be input from the outside, and the photoelectric conversion system only needs to include at least the image capture device 1004 and the signal processing unit 1007 that processes the output signal output from the image capture device 1004.
  • the imaging device 1004 outputs an imaging signal to the signal processing unit 1007.
  • the signal processing unit 1007 performs predetermined signal processing on the imaging signal output from the imaging device 1004 and outputs image data.
  • the signal processing unit 1007 generates an image using the imaging signal.
  • Fig. 16A and Fig. 16B are diagrams showing the configurations of the photoelectric conversion system and the moving object of this embodiment.
  • FIG. 16A shows an example of a photoelectric conversion system for an in-vehicle camera.
  • the photoelectric conversion system 2300 has an image capture device 2310.
  • the image capture device 2310 is a photoelectric conversion device described in any of the above embodiments.
  • the photoelectric conversion system 2300 has an image processing unit 2312 that performs image processing on multiple image data acquired by the image capture device 2310.
  • the photoelectric conversion system 2300 also has a parallax acquisition unit 2314 that calculates parallax (phase difference of parallax images) from multiple image data acquired by the photoelectric conversion system 2300.
  • the photoelectric conversion system 2300 further has a distance acquisition unit 2316 that calculates the distance to an object based on the calculated parallax, and a collision determination unit 2318 that determines whether or not there is a possibility of a collision based on the calculated distance.
  • the parallax acquisition unit 2314 and the distance acquisition unit 2316 are examples of distance information acquisition means that acquire distance information to an object. That is, distance information may be obtained using not only phase difference but also ToF (Time Of Flight) technology.
  • the collision determination unit 2318 may use any of these distance information to determine the possibility of a collision.
  • the distance information acquisition means may be realized by dedicated hardware or by a software module. It may also be realized by an FPGA (Field Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like, or a combination of these.
  • the photoelectric conversion system 2300 is connected to a vehicle information acquisition device 2320, and can acquire vehicle information such as vehicle speed, yaw rate, and steering angle.
  • the photoelectric conversion system 2300 is also connected to a control ECU 2330, which is a control device (control unit) that outputs a control signal to generate a braking force for the vehicle based on the judgment result of the collision judgment unit 2318.
  • the photoelectric conversion system 2300 is also connected to an alarm device 2340 that issues an alarm to the driver based on the judgment result of the collision judgment unit 2318.
  • the control ECU 2330 applies the brakes, releases the accelerator, suppresses engine output, etc., to avoid the collision and reduce damage by controlling the vehicle.
  • the alarm device 2340 warns the user by sounding an alarm, displaying alarm information on the screen of a car navigation system, etc., or vibrating the seat belt or steering wheel.
  • FIG. 16B shows a photoelectric conversion system for imaging the area in front of the vehicle (imaging range 2350).
  • the vehicle information acquisition device 2320 sends instructions to the photoelectric conversion system 2300 or the imaging device 2310. This configuration can further improve the accuracy of distance measurement.
  • the photoelectric conversion system is not limited to vehicles such as the vehicle itself, but can be applied to moving bodies (moving devices) such as ships, aircraft, and industrial robots.
  • the system can be applied not only to moving bodies, but also to a wide range of equipment that uses object recognition, such as intelligent transport systems (ITS).
  • ITS intelligent transport systems
  • Fig. 17 is a block diagram showing an example of the configuration of a range image sensor which is the photoelectric conversion system.
  • the distance image sensor 1401 is configured to include an optical system 1402, a photoelectric conversion device 1403, an image processing circuit 1404, a monitor 1405, and a memory 1406.
  • the distance image sensor 1401 can obtain a distance image according to the distance to the subject by receiving light (modulated light or pulsed light) that is projected from a light source device 1411 toward the subject and reflected by the surface of the subject.
  • the optical system 1402 is composed of one or more lenses, and guides image light (incident light) from a subject to the photoelectric conversion device 1403, forming an image on the light receiving surface (sensor section) of the photoelectric conversion device 1403.
  • the photoelectric conversion device described in the above embodiment is applied as the photoelectric conversion device 1403, and a distance signal indicating the distance determined from the light receiving signal output from the photoelectric conversion device 1403 is supplied to the image processing circuit 1404.
  • the image processing circuit 1404 performs image processing to construct a distance image based on the distance signal supplied from the photoelectric conversion device 1403.
  • the distance image (image data) obtained by this image processing is then supplied to the monitor 1405 for display, or supplied to the memory 1406 for storage (recording).
  • the distance image sensor 1401 configured in this manner, by applying the photoelectric conversion device described above, it is possible to obtain, for example, a more accurate distance image as the pixel characteristics improve.
  • Fig. 18 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system which is the photoelectric conversion system of this embodiment.
  • an operator (doctor) 1131 is shown using an endoscopic surgery system 1103 to perform surgery on a patient 1132 lying on a patient bed 1133.
  • the endoscopic surgery system 1103 is composed of an endoscope 1100, surgical tools 1110, and a cart 1134 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 1100 is composed of a lens barrel 1101, the tip of which is inserted into the body cavity of the patient 1132 at a predetermined length, and a camera head 1102 connected to the base end of the lens barrel 1101.
  • the endoscope 1100 is configured as a so-called rigid scope having a rigid lens barrel 1101, but the endoscope 1100 may also be configured as a so-called flexible scope having a flexible lens barrel.
  • the tip of the 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, and light generated by the light source device 1203 is guided to the tip of the tube by a light guide extending inside the tube 1101, and is irradiated via the objective lens towards an object to be observed inside the body cavity of the patient 1132.
  • the endoscope 1100 may be a direct-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.
  • An optical system and a photoelectric conversion device are provided inside the camera head 1102, and reflected light (observation light) from the observation object is focused on the photoelectric conversion device by the optical system.
  • the observation light is photoelectrically converted by the photoelectric conversion device to generate an electrical signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observation image.
  • the photoelectric conversion device may be the photoelectric conversion device described in the above-mentioned embodiment.
  • the image signal is sent to the camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 1135 as RAW data.
  • the CCU 1135 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and controls the overall operation of the endoscope 1100 and the display device 1136. Furthermore, the CCU 1135 receives an image signal from the camera head 1102, and performs various image processing on the image signal, such as development processing (demosaic processing), to display an image based on the image signal.
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 1136 under the control of the CCU 1135, displays an image based on the image signal that has been subjected to image processing by the CCU 1135.
  • the light source device 1203 is composed of a light source such as an LED (Light Emitting Diode) and supplies the endoscope 1100 with illumination light when photographing the surgical site, etc.
  • a light source such as an LED (Light Emitting Diode)
  • the input device 1137 is an input interface for the endoscopic surgery system 1103. A user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 1103 via the input device 1137.
  • the treatment tool control device 1138 controls the operation of the energy treatment tool 1112 for cauterizing tissue, incising, sealing blood vessels, etc.
  • the light source device 1203 that supplies illumination light to the endoscope 1100 when photographing the surgical site can be composed of a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • the white light source is composed of a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision, so that the white balance of the captured image can be adjusted in the light source device 1203.
  • the light source device 1203 may be controlled to change the intensity of the light it outputs at predetermined time intervals.
  • the image sensor of the camera head 1102 may be controlled to acquire images in a time-division manner in synchronization with the timing of the change in the light intensity, and the images may be synthesized to generate an image with a high dynamic range that is free of so-called blackout and whiteout.
  • the light source device 1203 may also be configured to supply light of a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, the wavelength dependency of light absorption in body tissue is utilized. Specifically, a specific tissue such as blood vessels on the mucosal surface is photographed with high contrast by irradiating light of a narrower band than the light irradiated during normal observation (i.e., white light).
  • fluorescent observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light.
  • excitation light is irradiated to body tissue and the fluorescence from the body tissue is observed, or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and excitation light corresponding to the fluorescent wavelength of the reagent is irradiated to the body tissue to obtain a fluorescent image.
  • the light source device 1203 may be configured to supply narrow band light and/or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 19A is a diagram showing an example of the configuration of glasses 1600 (smart glasses) which are a photoelectric conversion system.
  • the glasses 1600 have a photoelectric conversion device 1602.
  • the photoelectric conversion device 1602 is the photoelectric conversion device described in the above-mentioned twelfth embodiment.
  • a display device including a light-emitting device such as an OLED or an LED may be provided on the back side of the lens 1601.
  • the photoelectric conversion device 1602 may be one or more.
  • a combination of multiple types of photoelectric conversion devices may be used.
  • the arrangement position of the photoelectric conversion device 1602 is not limited to that shown in FIG. 19A.
  • the glasses 1600 further include a control device 1603.
  • the control device 1603 functions as a power source that supplies power to the photoelectric conversion device 1602 and the display device.
  • the control device 1603 also controls the operation of the photoelectric conversion device 1602 and the display device.
  • the lens 1601 is formed with an optical system for focusing light on the photoelectric conversion device 1602.
  • FIG. 19B illustrates glasses 1610 (smart glasses) according to one application example.
  • the glasses 1610 have a control device 1612, which is equipped with a photoelectric conversion device equivalent to the photoelectric conversion device 1602 and a display device.
  • the lens 1611 is formed with an optical system for projecting light emitted from the photoelectric conversion device in the control device 1612 and the display device, and an image is projected onto the lens 1611.
  • the control device 1612 functions as a power source that supplies power to the photoelectric conversion device and the display device, and controls the operation of the photoelectric conversion device and the display device.
  • the control device may have a line of sight detection unit that detects the line of sight of the wearer. Infrared light may be used to detect the line of sight.
  • the infrared light emission unit emits infrared light toward the eyeball of a user gazing at a displayed image.
  • An imaging unit having a light receiving element detects the reflected light of the emitted infrared light from the eyeball, thereby obtaining an image of the eyeball.
  • the user's line of sight with respect to the displayed image is detected from an image of the eyeball obtained by capturing infrared light.
  • Any known method can be used for gaze detection using an image of the eyeball.
  • a gaze detection method based on the Purkinje image formed by reflection of irradiated light on the cornea can be used.
  • gaze detection processing is performed based on the pupil-corneal reflex method.
  • a gaze vector that represents the direction (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.
  • the display device of this embodiment may have a photoelectric conversion device having a light receiving element, and may control the display image of the display device based on user line-of-sight information from the photoelectric conversion device.
  • the display device determines a first field of view area on which the user gazes and a second field of view area other than the first field of view area based on the line of sight information.
  • the first field of view area and the second field of view area may be determined by a control device of the display device, or may be received from an external control device.
  • the display resolution of the first field of view area may be controlled to be higher than the display resolution of the second field of view area. In other words, the resolution of the second field of view area may be lower than the first field of view area.
  • the display area may have a first display area and a second display area different from the first display area, and an area having a high priority may be determined from the first display area and the second display area based on line-of-sight information.
  • the first field of view area and the second field of view area may be determined by a control device of the display device, or may be received from an external control device.
  • the resolution of the high priority area may be controlled to be higher than the resolution of areas other than the high priority area. In other words, the resolution of an area having a relatively low priority may be lowered.
  • AI may be used to determine the first field of view area and areas with high priority.
  • the AI may be a model configured to estimate the angle of gaze and the distance to an object in the line of sight from the image of the eyeball, using as training data an image of the eyeball and the direction in which the eyeball in the image was actually looking.
  • the AI program may be possessed by the display device, the photoelectric conversion device, or an external device. If possessed by an external device, it is transmitted to the display device via communication.
  • display control is based on visual detection, it is preferably applicable to smart glasses that further include a photoelectric conversion device that captures images of the outside world.
  • the smart glasses can display captured external information in real time.
  • the disclosure of this embodiment also includes the following configurations and methods.
  • a photoelectric conversion device comprising: a photoelectric conversion element that generates a photon detection signal by avalanche multiplication; a circuit that controls a first state in which a first terminal of the photoelectric conversion element is connected to a power supply voltage; and a second state in which a resistance between the first terminal and the power supply voltage is made higher than in the first state; a counter circuit connected to the photoelectric conversion element; and a waveform shaping circuit disposed between the photoelectric conversion element and the counter circuit; and a gating circuit connected between an output node of the waveform shaping circuit and an input node of the counter circuit, for controlling whether or not an output signal of the waveform shaping circuit is input to the counter circuit.
  • Configuration 2 The photoelectric conversion device described in configuration 1, characterized in that during one standby state, there is a first period in which the output signal of the waveform shaping circuit is counted, and a second period in which the gating circuit is controlled not to count the output signal of the waveform shaping circuit.
  • a pulse generating circuit is provided. 4. The photoelectric conversion device according to any one of configurations 1 to 3, wherein the pulse generating circuit outputs a judgment signal for controlling whether or not the gating circuit counts the output signal of the waveform shaping circuit.
  • the gating circuit includes an AND circuit, 6.
  • the processing circuit includes a D latch; 9.
  • the photoelectric conversion device comprises: a photoelectric conversion element that generates a photon detection signal by avalanche multiplication, a resistive element provided between a first terminal of the photoelectric conversion element and a power supply voltage, and a counter circuit connected to an output node of the photoelectric conversion element.
  • a waveform shaping circuit provided between the photoelectric conversion element and the counter circuit, and a gating circuit provided between an output node of the waveform shaping circuit and an input node of the counter circuit for controlling whether or not an output signal of the waveform shaping circuit is input to the counter circuit.
  • the photoelectric conversion device comprises: a circuit that counts the number of first periods during which the output signal of the waveform shaping circuit is counted.
  • a photoelectric conversion system comprising: the photoelectric conversion device according to any one of configurations 1 to 18; and a signal processing unit that generates an image using a signal output from the photoelectric conversion device.
  • (Configuration 20) 19 A moving body including the photoelectric conversion device according to any one of configurations 1 to 18, further comprising a control unit that controls movement of the moving body using a signal output by the photoelectric conversion device.

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Abstract

光電変換装置であって、アバランシェ増倍によって光子検出信号を発生させる光電変換素子と、前記光電変換素子の第１の端子を電源電圧に接続する第１の状態と、前記第１の端子と前記電源電圧との間を前記第１の状態よりも高抵抗にする第２の状態と、を制御する回路と、前記光電変換素子に接続されたカウンタ回路と、前記光電変換素子と前記カウンタ回路との間に配された波形整形回路と、前記波形整形回路の出力ノードと前記カウンタ回路の入力ノードとの間に接続され、前記波形整形回路の出力信号を前記カウンタ回路に入力するか否かを制御するゲーティング回路を有することを特徴とする。

Description

光電変換装置及び該光電変換装置を有する光電変換システム
　本発明は、光電変換装置及び該光電変換装置を有する光電変換システムに関する。
　アバランシェ（電子なだれ）増倍を利用し、単一光子レベルの微弱光を検出可能な光電変換装置が知られている。
特開２０２０－１２３８４７号公報
　特許文献１にはいわゆるクロックリチャージ駆動を行う光電変換装置が開示されている。特許文献１に記載の光電変換装置において、高照度下でのパイルアップを防ぐために各画素の感度を例えば低感度に調整する場合がある。この場合、光子の検出期間の短縮やクロック周波数を低下させると画質劣化の懸念がある。
　本発明の一つの側面は、光電変換装置であって、アバランシェ増倍によって光子検出信号を発生させる光電変換素子と、前記光電変換素子の第１の端子を電源電圧に接続する第１の状態と、前記第１の端子と前記電源電圧との間を前記第１の状態よりも高抵抗にする第２の状態と、を制御する回路と、前記光電変換素子に接続されたカウンタ回路と、前記光電変換素子と前記カウンタ回路との間に配された波形整形回路と、前記波形整形回路の出力ノードと前記カウンタ回路の入力ノードとの間に接続され、前記波形整形回路の出力信号を前記カウンタ回路に入力するか否かを制御するゲーティング回路を有する。
　本発明の別の側面は、光電変換装置であって、アバランシェ増倍によって光子検出信号を発生させる光電変換素子と、前記光電変換素子の第１の端子と電源電圧との間に設けられた抵抗素子と、前記光電変換素子の出力ノードに接続されたカウンタ回路と、前記光電変換素子と前記カウンタ回路との間に配された波形整形回路と、前記波形整形回路の出力ノードと前記カウンタ回路の入力ノードとの間に、前記波形整形回路の出力信号を前記カウンタ回路に入力するか否かを制御するゲーティング回路と、を有し、１回の待機状態中に、前記波形整形回路の出力信号を計数する第１の期間と、前記波形整形回路の出力信号を計数しないよう前記ゲーティング回路が制御された第２の期間があり、前記波形整形回路の出力信号が計数された第１の期間の数をカウントする回路を有する。
　本発明によれば、画像劣化を抑制しつつ、光電変換装置の感度調整を行うことができる。
第１の実施形態に係る光電変換装置の概略構成図である。 第１の実施形態に係る光電変換装置の回路図構成例である。 第１の実施形態に係る光電変換装置の動作シーケンス図である。 第２の実施形態に係る光電変換装置の回路図構成例である。 第２の実施形態に係る光電変換装置の動作シーケンス図である。 第３の実施形態に係る光電変換装置の回路図構成例である。 第３の実施形態に係る光電変換装置の動作シーケンス図である。 第４の実施形態に係る光電変換装置の光電変換装置の概略図である。 第４の実施形態に係る光電変換装置の回路図構成例である。 第４の実施形態に係る光電変換装置の動作シーケンス図である。 第５の実施形態に係る光電変換装置の光電変換装置の概略図である。 第５の実施形態に係る光電変換装置の回路図構成例である。 第５の実施形態に係る光電変換装置の動作シーケンス図である。 第６の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第７の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第８の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第８の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第９の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第１０の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第１１の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。 第１１の実施形態にかかる光電変換システムの機能ブロック図である。
　（第１実施形態）
　第１実施形態に係る光電変換装置について図１から図３までを用いて説明する。図１は、光電変換装置の１画素当たりの概略構成図である。図２は、具体的な回路図構成例であり、図３は、図２の回路構成における動作シーケンス図である。
　アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）１０１は、光電変換により入射光に応じた電荷対を生成するフォトダイオードである。ＡＰＤ１０１のアノードには、電圧ＶＬ（第１電圧）が供給される。また、ＡＰＤ１０１のカソードには、アノードに供給される電圧ＶＬよりも高い電圧ＶＨ（第２電圧）が供給され、ＡＰＤ１０１にはアバランシェ増倍動作を生じさせるような逆バイアス電圧が印加される。このような電圧が供給されることで、ＡＰＤ１０１への入射光によって生じた電荷はアバランシェ増倍を起こし、アバランシェ電流が発生する。
　なお、ＡＰＤ１０１に逆バイアス電圧が供給される場合において、ガイガーモードでの動作とリニアモードでの動作がある。ガイガーモードではアノードおよびカソードに降伏電圧よりも大きい電圧を印加してＡＰＤ１０１を動作させる。リニアモードではアノードおよびカソードの電位差を降伏電圧近傍、もしくは降伏電圧以下の電圧差としてＡＰＤ１０１を動作させる。ガイガーモードで動作されるＡＰＤをＳＰＡＤと呼ぶ。例えば、電圧ＶＬ（第１電圧）は、－３０Ｖ、電圧ＶＨ（第２電圧）は、１Ｖである。
　クエンチ素子１０２は、電圧ＶＨを供給する電源とＡＰＤ１０１のカソード端子との間に接続される。クエンチ素子１０２は、アバランシェ増倍による信号増倍時に負荷回路として機能し、ＡＰＤ１０１に供給する電圧を抑制して、アバランシェ増倍を抑制するクエンチ動作を行う。
　ＡＰＤ１０１の出力信号は後段の波形整形回路１０３に入力される。波形整形回路１０３は、光子検出時のＡＰＤ１０１のカソードの電位変化を整形して、パルス信号Ｐ＿ｐｈを出力する。波形整形回路１０３として、例えば、インバータ回路１１３が用いられる。図２では、波形整形部としてインバータ回路を一つ用いた例を示すが、複数のインバータを直列接続した回路を用いてもよいし、波形整形効果があるその他の回路を用いてもよい。
　波形整形回路１０３の後段に設けられた処理回路１０４には、波形整形回路１０３から出力されたパルス信号Ｐ＿ｐｈと、パルス生成回路１０６から出力されたジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが入力され、パルス信号Ｐ＿ｓｉｇが出力される。カウンタ回路１０５は、処理回路から出力されたパルス信号Ｐ＿ｓｉｇをカウントし、該カウント値を保持する。言い換えれば、処理回路１０４は波形整形回路１０３の出力ノードとカウンタ回路１０５の入力ノードとの間に接続され、波形整形回路１０３の出力信号をカウンタ回路１０５に入力するか否かを制御するゲーティング回路である。
　図２に図１に示した各画素の概略構成図を実現する具体的な回路構成の一例を示す。前述の通り、図２に示す光電変換装置の各画素は波形整形回路１０３としてインバータ回路１１３を１つ有している。インバータ回路１１３の出力であるパルス信号Ｐ＿ｐｈと、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅとが処理回路１０４を構成するＡＮＤ回路１１４に入力される。ＡＮＤ回路１１４はパルス信号Ｐ＿ｐｈと、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅとの論理積をパルス信号Ｐ＿ｓｉｇとして出力する。
　ここで、クエンチ素子１０２はクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫによって制御されるスイッチ１１２を有し、ＡＰＤ１０１をクロックリチャージ駆動させる。すなわち、クロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫによって、ＡＰＤ１０１はアバランシェ増倍が可能な待機状態（第２の状態）と、アバランシェ増倍が可能な状態に制御されるチャージ状態（第１の状態）と、に制御される。チャージ状態においてスイッチはオン状態であり、ＡＰＤ１０１のカソード（第１の端子）は電源電圧に接続される。待機状態において、スイッチがオフ状態になることにより、ＡＰＤ１０１のカソードと電源電圧との間は接続されない状態となる。つまり、ＡＰＤ１０１のカソードと電源電圧との間はチャージ状態と比較して高抵抗の状態となる。待機状態中のＡＰＤ１０１に光子が入射すると、アバランシェ増倍が発生し、Ｖ＿ｐｈの電圧が降下する。その後、スイッチ１１２にクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫが入力されることによってスイッチ１１２がオン状態となり、電圧がチャージされ、Ｖ＿ｐｈの電圧が初期状態に戻る。
　このとき、カウント期間（第１の期間）と非カウント期間（第２の期間）とをクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫとジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅで規定する。カウント期間とはＡＰＤ１０１で検出された光子に基づいて波形整形回路１０３から出力される信号をカウンタ回路１０５でカウントする期間である。非カウント期間とは波形整形回路１０３から出力される信号のカウントを行わない期間である。カウント期間は、クロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫのパルスの立ち下がりからジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅのパルスの立ち下がりまでの期間となる。非カウント期間は、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅのパルスの立ち下りからクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫパルスの立ち下がりまでの期間となる。
　図３の時刻ｔ０においてクエンチ素子１０２にクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫが入力され、時刻ｔ１でＡＰＤが待機状態になる。時刻ｔ２でＡＰＤ１０１に光子が入射すると、アバランシェ増倍の発生に伴いＶ＿ｐｈが降下し、判定閾値を超えるとパルス信号Ｐ＿ｐｈが立ち上がる。
　時刻ｔ３でＡＮＤ回路１１４にジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが入力されると、パルス信号Ｐ＿ｐｈとジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅとの論理積であるパルス信号Ｐ＿ｓｉｇが出力される。時刻ｔ４で再びクエンチ素子のスイッチ１１２にクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫが入力され、ＡＰＤ１０１がチャージ状態になる。すなわち、Ｖ＿ｐｈがチャージされ、判定閾値を超えるとＰ＿ｐｈが立ち下がる。
　時刻ｔ４でＡＰＤ１０１がチャージされ、時刻ｔ５からはじまる次の待機状態期間において、時刻ｔ６でＡＮＤ回路１１４にジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが入力される。このときパルス信号Ｖ＿ｐｈは逆バイアス電圧がチャージされた状態であり、パルス信号Ｐ＿ｐｈはＬｏｗである。したがって、ＡＮＤ回路１１４の出力であるパルス信号Ｐ＿ｓｉｇもまたＬｏｗである。その後ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅは立ち下がる。
　ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅの入力により、非カウント期間が開始する。時刻ｔ７でＡＰＤ１０１に光子が入射した場合、Ｖ＿ｐｈの降下に応じてパルス信号Ｐ＿ｐｈが立ち上がるが、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅがＬｏｗであるためパルス信号Ｐ＿ｓｉｇもまたＬｏｗである。時刻ｔ８でクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫが入力され、Ｖ＿ｐｈが判定閾値を超えてチャージされるとパルス信号Ｐ＿ｐｈは立ち下がる。本待機状態期間ではカウント期間内のＡＰＤ１０１への光子入射がなく、非カウント期間にのみＡＰＤ１０１に光子が入射されたため、光子検出信号のカウントは行われない。
　この構成では、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅ信号が処理回路に入力されたタイミングでパルス信号Ｐ＿ｐｈがＨｉｇｈ状態であれば、パルス信号Ｐ＿ｓｉｇとして１パルスがカウンタ回路１０５へ入力される。反対に、パルス信号Ｐ＿ｐｈがＬｏｗ状態であれば、パルス信号Ｐ＿ｓｉｇはカウンタ回路１０５に入力されず、計数も行われない。ゆえに、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが処理回路１０４に入力されるタイミングを調整することで画素の感度調整が可能となる。言い換えれば、１度の待機状態期間の間に、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅの入力を境にパルス信号Ｐ＿ｓｉｇをカウントするカウント期間と、パルス信号Ｐ＿ｓｉｇをカウントしない非カウント期間とを有する。
　従来のクロックリチャージ駆動を行う回路で画素毎の感度を調整する方法として、クロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫの周波数を下げ、単位時間当たりのクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫの数を減らす方法が挙げられる。この場合、諧調性の低下やＳＮ比の悪化が懸念される。また、クロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫの周波数は維持したまま、電荷の蓄積期間を短くする方法もあるが、露光期間中に電荷の蓄積を行わない期間が発生するためフリッカの発現など画質の劣化を引き起こす可能性がある。本方式では、それらの画質劣化を引き起こすことなく、光電変換装置の感度調整を実現することができる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態に係る光電変換装置について図４、図５を用いて説明する。第２実施形態に係る光電変換装置は、第１実施形態に係る光電変換装置とは異なるゲーティング回路を用いている。
　図４は、本実施形態に係る光電変換装置の具体的な回路図構成例である。図５は、図４の回路構成における動作シーケンス図である。波形整形回路１０３の出力信号をカウンタ回路１０５でカウントするカウント期間と、波形整形回路１０３の出力信号をカウンタ回路１０５でカウントしない非カウント期間とをジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅ信号のＨｉｇｈ、Ｌｏｗによって規定する。このとき、以下の説明ではカウント期間はジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅがＨｉｇｈになっている期間で規定される。なお、１回のリチャージ期間の中で、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅがＨｉｇｈになる期間は１回以下に設定する必要がある。リチャージ期間の中で、２回以上ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅがＨｉｇｈになると、光子１個に対して、パルス信号Ｐ＿ｓｉｇが２回以上出力されてしまう可能性があるからである。
　本実施形態に係る光電変換装置は、処理回路１０４としてＤラッチ回路１２４とＡＮＤ回路１２５を有している。Ｄラッチ回路１２４の入力Ｇには波形整形回路の出力信号が入力され、入力Ｄにはジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが入力される。出力Ｑとジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅはＡＮＤ回路１２５に入力され、ＡＮＤ回路１２５の出力信号がパルス信号Ｐ＿ｓｉｇとしてカウンタ回路１０５へ入力される。ここで、Ｄラッチ回路１２４は入力ＧがＨｉｇｈのときは入力Ｄを出力Ｑから出力する。入力ＧがＨｉｇｈからＬｏｗに変化すると入力Ｇの変化の直前の入力Ｄを出力Ｑから出力し、入力ＧがＬｏｗの間はその値を出力Ｑに保持する回路である。
　図５の時刻ｔ０においてクエンチ素子のスイッチ１１２にクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫが入力され、時刻ｔ１でＡＰＤ１０１が待機状態になる。時刻ｔ２でＤラッチ回路１２４の入力ＤとＡＮＤ回路１２５の入力端子の一方にジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが入力され、カウント期間が始まる。時刻ｔ３でＡＰＤ１０１に光子が入射すると、アバランシェ増倍の発生に伴いＶ＿ｐｈが降下し、判定閾値を超えるとパルス信号Ｐ＿ｐｈが立ち上がる。Ｈｉｇｈのパルス信号Ｐ＿ｐｈはＤラッチ回路１２４の入力Ｇに入力される。このとき、ＡＮＤ回路１２５の他方の入力端子にはＤラッチ回路１２４の出力Ｑとして入力Ｄのジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが入力されている。そのため、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅ同士の論理積であるパルス信号Ｐ＿ｓｉｇとしてＨが出力される。なお、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅがＬｏｗの場合、光子が入射しパルス信号Ｐ＿ｐｈがＨｉｇｈになったとしても、Ｄラッチ回路１２４の入力ＧがＨｉｇｈになるが、入力ＤはＬｏｗのため、パルス信号Ｐ＿ｓｉｇはＬｏｗのままである。したがって、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅがゲーティング回路として機能する処理回路１０４のゲーティング動作をコントロールすることになる。
　時刻ｔ４でＡＰＤ１０１にさらに光子が入射する。時刻ｔ３でＡＰＤ１０１に入射した光子によって引き起こされたアバランシェ増倍によってＶ＿ｐｈの電位が低下しており、時刻ｔ４で入射した光子に起因するアバランシェ増倍は生じない。
　時刻ｔ５でジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが立ち下がり、カウント期間が終了する。ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅの立ち下がりにともないパルス信号Ｐ＿ｓｉｇも立ち下がる。
　時刻ｔ６で再びクエンチ素子のスイッチ１１２にクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫが入力され、ＡＰＤ１０１がチャージ状態になる。すなわち、Ｖ＿ｐｈがチャージされ、判定閾値を超えるとＰ＿ｐｈが立ち下がる。本待機状態期間ではカウント期間にＡＰＤ１０１に光子が入射されたため、光子の検出に基づく信号がカウントされる。
　時刻ｔ６でＡＰＤ１０１がチャージされ、時刻ｔ７からはじまる次の待機状態期間において、時刻ｔ８でＡＮＤ回路１２５に入力されるジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅがＨｉｇｈになり、カウント期間が始まる。ＡＮＤ回路１２５の一方の入力端子にはＨｉｇｈのジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが入力される。このときＶ＿ｐｈは逆バイアス電圧がチャージされた状態であり、パルス信号Ｐ＿ｐｈはＬｏｗである。すなわち、Ｄラッチ回路１２４の入力ＧがＬｏｗであり、このとき出力ＱはＬｏｗである。出力ＱはＡＮＤ回路１２５の他方の入力端子に入力される。したがって、ＡＮＤ回路１２５の出力であるパルス信号Ｐ＿ｓｉｇもまたＬｏｗである。
　ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅは時刻ｔ９で立ち下がり、カウント期間は終了する。また、時刻ｔ１０でＡＰＤ１０１に光子が入射するとＶ＿ｐｈが降下し、判定閾値を超えるとＰ＿ｐｈが立ち上がる。
　時刻ｔ１１でクエンチ素子のスイッチ１１２にクロック信号Ｐ＿ＰＣＬＫが入力され、Ｖ＿ｐｈが判定閾値を超えてチャージされるとＰ＿ｐｈは立ち下がる。時刻ｔ９から時刻ｔ１１にかけてジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅはＬｏｗであるため、この期間に出力されるパルス信号Ｐ＿ｓｉｇもまたＬｏｗである。本待機状態期間ではカウント期間内のＡＰＤ１０１への光子入射がなく、非カウント期間にのみＡＰＤ１０１に光子が入射されたため、光子検出信号のカウントは行われない。
　時刻ｔ７から次の待機状態期間がはじまる。
　このような構成にすることで、カウント期間を１度の待機状態期間中の自由な位置に設定することができる。第１実施形態に示す構成では、カウント期間を所定の時間で停止することによって非カウント期間を作り出していた。言い換えれば、１度の待機状態期間の中で必ずカウント期間、非カウント期間の順でカウント期間と非カウント期間を設定することとなる。一方で、本実施形態では１度の待機状態期間内で、カウント期間の前に非カウント期間を設けるといった設定が可能である。入射光量によって待機状態期間中の第１光子検出タイミングが変わるため、このようなカウント期間・非カウント期間の設定ができることで、さらに感度調整の利便性が向上する。
　（第３実施形態）
　第３実施形態に係る光電変換装置について図６、図７を用いて説明する。本実施形態に示す光電変換装置では、クエンチ素子１０２として抵抗素子１３２が配されている。本実施形態ではクエンチ素子のクロック信号による制御は行われない。いわゆるパッシブリチャージ駆動のＳＰＡＤを用いた光電変換装置について説明する。
　図６は、具体的な回路図構成例であり、図７は、図６の回路構成における動作シーケンス図である。光子が降伏電圧を超える逆バイアス電圧の印加されたＡＰＤ１０１に入射すると、アバランシェ増倍が発生し、Ｖ＿ｐｈの電圧が降下する。その後、クエンチ素子１０２によってアバランシェ動作が停止し、Ｖ＿ｐｈの電圧が初期状態に戻る。これによって、パルス状の信号が波形整形回路に入力される。波形整形回路１０３はインバータ回路１１３で構成されており、Ｖ＿ｐｈの信号がパルス信号Ｐ＿ｐｈに整形される。パルス信号Ｐ＿ｐｈは、処理回路１０４に入力される。処理回路１０４はＤラッチ回路１３４とＡＮＤ回路１３５を含む。前述の通り処理回路は波形整形回路の出力信号をカウンタ回路１０５に入力するか否かを制御するゲーティング回路として機能するが、そのＯＮ／ＯＦＦは、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅ信号によって制御される。
　図７の時刻ｔ０においてＡＰＤ１０１に光子が入射すると、アバランシェ増倍の発生に伴いＶ＿ｐｈが降下し、判定閾値を超えるとパルス信号Ｐ＿ｐｈが立ち上がる（時刻ｔ１）。このとき、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅがｈｉｇｈのカウント期間であるためパルス信号Ｐ＿ｐｈが立ち上がる時刻ｔ１でパルス信号Ｐ＿ｓｉｇがＨｉｇｈとなる。
　時刻ｔ２でジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅはＬｏｗになり、カウント期間は終了する。
　非カウント期間中である時刻ｔ３でＡＰＤ１０１にさらに光子が入射する。Ｖ＿ｐｈの降下に伴いパルス信号Ｐ＿ｐｈが立ち上がるが、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅがＬｏｗであるためパルス信号Ｐ＿ｓｉｇもまたＬｏｗである。
　時刻ｔ４でジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが立ち上がり、カウント期間が再びはじまる。その後ＡＰＤ１０１に光子が入射され、Ｖ＿ｐｈの降下に伴いパルス信号Ｐ＿ｐｈが立ち上がる（時刻ｔ５）。パルス信号Ｐ＿ｐｈの立ち上がりに伴いパルス信号Ｐ＿ｓｉｇもまたＨｉｇｈとなる。Ｖ＿ｐｈがクエンチ素子の動作によりＨｉｇｈに戻り、判定閾値を超えるとパルス信号Ｐ＿ｐｈもまた立ち下がる。一方、ＡＮＤ回路の両端子にはＨｉｇｈが入力され続けるため、パルス信号Ｐ＿ｓｉｇはＨｉｇｈ状態を維持する。
　その後、時刻ｔ６でＡＰＤ１０１にさらに光子が入射され、パルス信号Ｐ＿ｐｈが再び立ち上がるが、Ｐ＿ｓｉｇはＨｉｇｈ状態を維持しているため、カウント値は変化しない。
　時刻ｔ７でジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが立ち下がり、カウント期間が終了する。
　高照度環境での撮像の場合、光子入射の間隔がリチャージの時間スケールよりも小さくなる場合がある。このとき、ＡＰＤ１０１への光子の入射にＶ＿ｐｈの電圧の変化が間に合わず、カウントロスを引き起こし、ある照度以上で出力低下を引き起こす懸念がある。本実施形態はこのような撮像条件下においても出力低下を抑えながら光子検出信号の計数を行うことが可能である。時刻ｔ８から始まるカウント期間を例に説明する。時刻ｔ８において、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅはＨｉｇｈである。
　時刻ｔ９にＡＰＤ１０１に光子が入射することによりアバランシェ増倍が発生し、Ｖ＿ｐｈが低下する。Ｖ＿ｐｈはクエンチ素子１０２の作用により元の電位に戻ろうとするが、電位の復帰を待たず新たな光子が入射することによりＶ＿ｐｈが判定閾値以下の値となり、パルス信号Ｐ＿ｐｈがＨｉｇｈに固定される場合がある（パイルアップ）。処理回路１０４がない状況でこのようなパイルアップが長い期間続くような高照度環境下の場合、パイルアップしている期間はカウンタ回路１０５には１しか加算されなくなるため、ある照度以上で出力低下を引き起こす。
　一方で、本構成では時刻ｔ１０でジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが立ち下がり、パルス信号Ｐ＿ｓｉｇもまた立ち下がる。ゆえに、パイルアップが長い期間続くような高照度環境下であっても、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅのＨｉｇｈ、Ｌｏｗの切り替えによってカウンタへ信号が加算されていくため、出力低下は生じない。
　このような構成にすることで、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅのＨｉｇｈ、Ｌｏｗの切り替わりに応じて、カウンタ回路１０５が光子検出信号をカウントするか否かを制御することができる。すなわち、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅ信号の制御によって光電変換装置の感度を調整することができる。さらに、Ｐ＿ｊｕｄｇｅのＨｉｇｈ、Ｌｏｗの切り替えによって、パイルアップによる出力低下を防ぐことが可能となる。
　（第４実施形態）
　第４実施形態に係る光電変換装置について図８から図１０を用いて説明する。本実施形態に係る光電変換装置は２つのカウンタ回路を有し、これらのカウンタ回路が時間的に重複して異なる値の計数を行うことができる。さらに、各カウンタ回路における計数値を処理して、１つの計数値を出力する。
　図８は、光電変換装置の概略図である。図９は、具体的な回路図構成例である。図１０は、図９の回路構成における動作シーケンス図である。
　電源ＶＬ、ＶＨの間に接続されたＡＰＤ１０１のカソード端子に波形整形回路１０３が接続される。波形整形回路１０３の出力信号であるパルス信号Ｐ＿ｐｈは処理回路１０４を介して第１のカウンタ回路１４５へ入力されるパスと、第２のカウンタ回路１４６へ直接入力されるパスに分かれる。ここで第１のカウンタ回路１４５に入力される信号をＰ＿ｓｉｇ１、第２のカウンタ回路１４６に入力される信号をＰ＿ｓｉｇ２と呼ぶ。処理回路１０４にはパルス生成回路１０６から出力されるジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅが入力される。
　第１のカウンタ回路１４５の出力である第１の計数値ＯＵＴ１を用いて、ジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅ信号によって制限されたカウント期間の光子検出信号を計数する。他方、第２のカウンタ回路１４６の出力信号である第２の計数値ＯＵＴ２を用いてすべての光子検出信号を計数する。第１の計数値ＯＵＴ１、第２の計数値ＯＵＴ２のそれぞれは共通の出力信号処理回路１４７に入力される。出力信号処理回路１４７は、例えば第１の計数値ＯＵＴ１と第２の計数値ＯＵＴ２とを比較したり、合成したりすることができる。図９に示すように、波形整形回路１０３としてインバータ１１３を設け、処理回路１０４としてＡＮＤ回路１１４を設ける場合を例として示す。
　図１０に示すように、クロック信号Ｐ＿ＣＬＫのクロックの１つがクエンチ素子のスイッチ１１２に入力されてから次のクロックが入力されるまでの待機状態期間ごとにジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅを入力する。これにより、各待機状態期間をカウント期間と非カウント期間に分離する。
　このような構成にすることで、同一の光子検出信号から、時間的に重複して感度の異なる出力を計数し、出力信号処理回路１４７でより好適な計数情報を出力することができる。例えば、第１の計数値ＯＵＴ１と第２の計数値ＯＵＴ２から、カウンタ回路１４５またはカウンタ回路１４６のカウント上限に達しておらず、かつ値が大きいほうの計数値を出力することで、白つぶれが抑制された、よりＳＮ比の高い画像を得ることが可能である。
　（第５実施形態）
　図１１から図１３では、第５実施形態として上述した第４実施形態の構成の変形例を説明する。図８から図１１までに示す構成との差異は各画素が２つの処理回路を有し、処理回路のそれぞれが各カウンタ回路に対応することである。
　図１１は、光電変換装置の概略図である。図１２は、具体的な回路図構成例である。図１３は、図１２の回路構成における動作シーケンス図である。
　波形整形回路の出力信号であるパルス信号Ｐ＿ｐｈは第１の処理回路１５４を介して第１のカウンタ回路１４５へ入力されるパスと、第２の処理回路１５５を介して第２のカウンタ回路１４６へ入力されるパスに分かれる。第１の処理回路１５４にはジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅ１が入力され、第２の処理回路１５５にはジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅ２が出力される。第１の処理回路１５４の出力信号であるパルス信号Ｐ＿ｓｉｇ１は第１のカウンタ回路１４５を介してＯＵＴ１として出力信号処理回路１４７に入力される。第２の処理回路１５５の出力信号であるパルス信号Ｐ＿ｓｉｇ２は第２のカウンタ回路１４６を介してＯＵＴ２として出力信号処理回路１４７に入力される。クエンチ素子１０２はスイッチ１１２を有し、波形整形回路１０３は例えばインバータ回路１１３である。第１の処理回路１５４、第２の処理回路１５５はそれぞれ第１のＡＮＤ回路１６４、第２のＡＮＤ回路１６５であってもよい。
　このような構成では、第１の処理回路１５４と第２の処理回路１５５とを別々のジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅで制御することができる。すなわち同一の光子検出信号を、同時に感度の異なる出力として計数し、出力信号処理回路１４７でより好適な計数情報を出力することができる。２つの処理回路とジャッジ信号Ｐ＿ｊｕｄｇｅ信号を用いることで、より多くの条件の組み合わせで信号情報を取得することができる。
　（第６の実施形態）
　図１４を用いて上述の各実施形態に係る光電変換装置を用いた光電変換システムについて説明する。図１４は本実施形態に係る光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。
　第６の実施形態に係る処理装置は、制御部４０１、タイミング調整部４０２、画像取得部４０３、読み出し部４０４、ゲイン調整部４０５、非線形補正部４０６、キズ補正部４０７、データ圧縮部４０８、記憶部４０９を有する。
　画像取得部４０３は例えばＡＰＤ１０１であり、読み出し部４０４は例えばカウンタ回路１０５の後段に設けられる。制御部４０１は該光電変換装置の内部の制御部であってもよく、光電変換装置の外部にあってもよい。画像取得部４０３は制御部４０１が制御するタイミング調整部４０２によって制御される。画像取得部で生成された画像データは補正処理を経て記憶部４０９に入力される。なお、補正処理の順番は図１４に示す順番に限られない。
　ゲイン調整部４０５は読み出し部４０４と非線形補正部４０６との間に設けられ、画像取得部４０３で生成された画像データにデジタルゲインをかける。画像補正用のデータはしばしば小数値を有するが、画像の出力が整数の場合、量子化誤差により補正精度が低下する可能性がある。画像データにあらかじめゲインをかけることで、量子化誤差の影響を抑制し、補正精度を高めることができる。ここで、量子化誤差を１光子信号レベルの１／４倍以下に抑制できれば補正後画像が視覚的に自然になる。そのため、画像データにかけるデジタルゲインは例えば４倍以上であることが望ましい。
　非線形補正部４０６はゲイン調整部４０５とキズ補正部４０７との間に配され、制御部４０１の制御を受けて画像データを補正する。上述の各実施形態で説明したように、画像取得部４０３がフォトンカウンティング型の検出器の場合、Ｄｅａｄ　ｔｉｍｅの影響でしばしば光応答が非線形になる。非線形性の光応答の影響を受けた場合、線形応答を前提とした補正を行うと過補正になることがある。そのため、キズ補正部４０７での演算処理の前段で画像データに非線形性補正を行うことで過補正を防ぎ、駆動タイミングに応じた適切な非線形補正を実施することができる。この非線形補正は例えばＬｏｏｋＵｐＴａｂｌｅを用いて行われる。
　キズ補正部４０７は画像データに含まれるキズ画素のデータの補正を行う。具体例として、キズ画素の出力値を抽出し、キズ画素の位置情報及び出力値を特定する。特定したキズ画素周囲の画素の出力の平均値または中央値に置換する方法や、推定キズ画像データを除算する方法がある。
　データ圧縮部４０８は補正済み画像データの圧縮を行う。本発明に係る光電変換装置では高ダイナミックレンジに対応した膨大な画像データが生成される。データ圧縮部４０８を設けることで後段の記憶部４０９に保管する前にデータを圧縮することができる。
　記憶部４０９は前段で生成された画像データの少なくとも一部を保持する記憶部である。具体的にはＳＲＡＭやＤＲＡＭ、不揮発性メモリなどのメモリを記憶部として画像データが格納される。
　このように、本実施形態によれば、上述の実施形態のいずれかに示す光電変換装置を適用した光電変換システムを実現することができる。
　（第７実施形態）
　本実施形態による光電変換システムについて、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施形態による光電変換システムの概略構成を示すブロック図である。
　上記実施形態で述べた光電変換装置は、種々の光電変換システムに適用可能である。適用可能な光電変換システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、光電変換システムに含まれる。図１３には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
　図１５に例示した光電変換システムは、光電変換装置の一例である撮像装置１００４、被写体の光学像を撮像装置１００４に結像させるレンズ１００２を有する。光電変換システムは、さらに、レンズ１００２を通過する光量を可変にするための絞り１００３、レンズ１００２の保護のためのバリア１００１を有する。レンズ１００２及び絞り１００３は、撮像装置１００４に光を集光する光学系である。撮像装置１００４は、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置であって、レンズ１００２により結像された光学像を電気信号に変換する。
　光電変換システムは、撮像装置１００４より出力される出力信号の処理を行うことで画像を生成する画像生成部である信号処理部１００７を有する。信号処理部１００７は、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部１００７は、撮像装置１００４が設けられた半導体層に形成されていてもよいし、撮像装置１００４とは別の半導体層に形成されていてもよい。また、撮像装置１００４と信号処理部１００７とが同一の半導体層に形成されていてもよい。
　光電変換システムは、更に、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）１０１３を有する。更に光電変換システムは、撮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記録媒体１０１２、記録媒体１０１２に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）１０１１を有する。なお、記録媒体１０１２は、光電変換システムに内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
　更に光電変換システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１００９、撮像装置１００４と信号処理部１００７に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１００８を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システムは少なくとも撮像装置１００４と、撮像装置１００４から出力された出力信号を処理する信号処理部１００７とを有すればよい。
　撮像装置１００４は、撮像信号を信号処理部１００７に出力する。信号処理部１００７は、撮像装置１００４から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部１００７は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
　このように、本実施形態によれば、上記のいずれかの実施形態の光電変換装置（撮像装置）を適用した光電変換システムを実現することができる。
　（第８実施形態）
　本実施形態の光電変換システム及び移動体について、図１６Ａ、図１６Ｂを用いて説明する。図１６Ａ及び図１６Ｂは、本実施形態の光電変換システム及び移動体の構成を示す図である。
　図１６Ａは、車載カメラに関する光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム２３００は、撮像装置２３１０を有する。撮像装置２３１０は、上記のいずれかの実施形態に記載の光電変換装置である。光電変換システム２３００は、撮像装置２３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部２３１２を有する。また、光電変換システム２３００は、光電変換システム２３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部２３１４を有する。さらに、光電変換システム２３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部２３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部２３１８と、を有する。ここで、視差取得部２３１４や距離取得部２３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、位相差だけでなく、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ　Ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）技術を用いて距離情報を取得してもよい。衝突判定部２３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、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。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）や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。
　光電変換システム２３００は車両情報取得装置２３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、光電変換システム２３００は、衝突判定部２３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置（制御部）である制御ＥＣＵ２３３０が接続されている。また、光電変換システム２３００は、衝突判定部２３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置２３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部２３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ２３３０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などして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置２３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
　本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を光電変換システム２３００で撮像する。図１６Ｂに、車両前方（撮像範囲２３５０）を撮像する場合の光電変換システムを示した。車両情報取得装置２３２０が、光電変換システム２３００ないしは撮像装置２３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
　上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、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、光電変換システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機ある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。
　（第９実施形態）
　本実施形態の光電変換システムについて、図１７を用いて説明する。図１７は、光電変換システムである距離画像センサの構成例を示すブロック図である。
　図１７に示すように、距離画像センサ１４０１は、光学系１４０２、光電変換装置１４０３、画像処理回路１４０４、モニタ１４０５、およびメモリ１４０６を備えて構成される。そして、距離画像センサ１４０１は、光源装置１４１１から被写体に向かって投光され、被写体の表面で反射された光（変調光やパルス光）を受光することにより、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。
　光学系１４０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を光電変換装置１４０３に導き、光電変換装置１４０３の受光面（センサ部）に結像させる。
　光電変換装置１４０３としては、上述したから実施形態に記載の光電変換装置が適用され、光電変換装置１４０３から出力される受光信号から求められる距離を示す距離信号が画像処理回路１４０４に供給される。
　画像処理回路１４０４は、光電変換装置１４０３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。そして、その画像処理により得られた距離画像（画像データ）は、モニタ１４０５に供給されて表示されたり、メモリ１４０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
　このように構成されている距離画像センサ１４０１では、上述した光電変換装置を適用することで、画素の特性向上に伴って、例えば、より正確な距離画像を取得することができる。
　（第１０の実施形態）
　本実施形態の光電変換システムについて、図１８を用いて説明する。図１８は、本実施形態の光電変換システムである内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図１８では、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が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０３は、内視鏡１１００と、術具１１１０と、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と、から構成される。
　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、から構成される。図示する例では、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を図示しているが、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。
　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が接続されており、光源装置１２０３によって生成された光が、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いし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　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。当該光電変換装置によって観察光が光電変換され、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。当該光電変換装置としては、前述の実施形態に記載の光電変換装置を用いることができる。当該画像信号は、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。
　ＣＣＵ１１３５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）や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。さらに、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）等の、当該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。
　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。
　光源装置１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１００に供給する。
　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や指示入力を行うことができる。
　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。
　内視鏡１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。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することにより、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。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その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。
　また、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。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。
　（第１１実施形態）
　本実施形態の光電変換システムについて、図１９Ａ、図１９Ｂを用いて説明する。図１９Ａは、光電変換システムである眼鏡１６００（スマートグラス）の構成の一例を示す図である。眼鏡１６００には、光電変換装置１６０２を有する。光電変換装置１６０２は、上記のから第１２の実施形態に記載の光電変換装置である。また、レンズ１６０１の裏面側には、ＯＬＥＤや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を組み合わせて用いてもよい。光電変換装置１６０２の配置位置は図１９Ａに限定されない。
　眼鏡１６００は、制御装置１６０３をさらに備える。制御装置１６０３は、光電変換装置１６０２と上記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形成されている。
　図１９Ｂは、１つの適用例に係る眼鏡１６１０（スマートグラス）を説明する。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が形成されており、レンズ１６１１には画像が投影される。制御装置１６１２は、光電変換装置およ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、光電変換装置および表示装置の動作を制御する。制御装置は、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、画像品位の低下を低減する。
　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。
　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。
　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。
　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一の視界領域と、第一の視界領域以外の第二の視界領域とを決定される。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。表示装置の表示領域において、第一の視界領域の表示解像度を第二の視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第二の視界領域の解像度を第一の視界領域よりも低くしてよい。
　また、表示領域は、第一の表示領域、第一の表示領域とは異なる第二の表示領域とを有し、視線情報に基づいて、第一の表示領域および第二の表示領域から優先度が高い領域を決定されてよい。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。優先度の高い領域の解像度を、優先度が高い領域以外の領域の解像度よりも高く制御してよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度を低くしてよい。
　なお、第一の視界領域や優先度が高い領域の決定には、ＡＩを用いてもよい。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、表示装置が有しても、光電変換装置が有しても、外部装置が有してもよい。外部装置が有する場合は、通信を介して、表示装置に伝えられる。
　視認検知に基づいて表示制御する場合、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できる。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。
　以上、説明した実施形態は、技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。また、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や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態に含まれる。
　また、本実施形態の開示は、以下の構成および方法を含む。
　（構成１）
　アバランシェ増倍によって光子検出信号を発生させる光電変換素子と、前記光電変換素子の第１の端子を電源電圧に接続する第１の状態と、前記第１の端子と前記電源電圧との間を前記第１の状態よりも高抵抗にする第２の状態と、を制御する回路を有する。前記光電変換素子に接続されたカウンタ回路と、前記光電変換素子と前記カウンタ回路との間に配された波形整形回路と、を有する。さらに、前記波形整形回路の出力ノードと前記カウンタ回路の入力ノードとの間に接続され、前記波形整形回路の出力信号を前記カウンタ回路に入力するか否かを制御するゲーティング回路を有することを特徴とする光電変換装置。
　（構成２）
　１回の待機状態中に、前記波形整形回路の出力信号を計数する第１の期間と、前記波形整形回路の出力信号を計数しないよう前記ゲーティング回路が制御された第２の期間と、を有することを特徴とする構成１に記載の光電変換装置。
　（構成３）
　前記第２の状態は、前記第１の端子と前記電源電圧を接続させないことを特徴とする構成１または２に記載の光電変換装置。
　（構成４）
　パルス生成回路を有し、
　前記パルス生成回路は前記ゲーティング回路が前記波形整形回路の出力信号を計数するか否かを制御するジャッジ信号を出力することを特徴とする構成１から構成３のいずれかに記載の光電変換装置。
　（構成５）
　前記ゲーティング回路には、前記波形整形回路から出力された信号と前記ジャッジ信号とが入力されることを特徴とする構成４に記載の光電変換装置。
　（構成６）
　前記カウンタ回路の１回のカウント期間は、前記第２の状態の開始から、前記ジャッジ信号のパルスが前記ゲーティング回路に入力されるまでの期間であることを特徴とする構成５に記載の光電変換装置。
　（構成７）
　前記ゲーティング回路は、ＡＮＤ回路を含み、
　前記ＡＮＤ回路に前記波形整形回路の出力信号と前記ジャッジ信号とが入力されることを特徴とする構成５に記載の光電変換装置。
　（構成８）
　前記カウンタ回路によるカウントの期間は前記ジャッジ信号のレベルがＨｉｇｈである期間、または前記ジャッジ信号のレベルがＬｏｗである期間によって規定されることを特徴とする構成５に記載の光電変換装置。
　（構成９）
　処理回路は、Ｄラッチを含み、
　前記Ｄラッチに前記波形整形回路の出力信号と前記ジャッジ信号とが入力されることを特徴とする構成８に記載の光電変換装置。
　（構成１０）
　前記光電変換素子の出力ノードに接続された第２のカウンタ回路を有することを特徴とする構成１から構成９のいずれかに記載の光電変換装置。
　（構成１１）
　単一の前記波形整形回路の出力信号の入力に対し、前記カウンタ回路は第１の計数値を出力し、前記第２のカウンタ回路は第２の計数値を出力する。前記第１の計数値と前記第２の計数値との計数は時間的に重複して行われることを特徴とする構成１０に記載の光電変換装置。
　（構成１２）
　前記第１の計数値と、前記第２の計数値と、を処理して１つの計数値を出力する、信号処理回路を有することを特徴とする構成１１に記載の光電変換装置。
　（構成１３）
　アバランシェ増倍によって光子検出信号を発生させる光電変換素子と、前記光電変換素子の第１の端子と電源電圧との間に設けられた抵抗素子と、前記光電変換素子の出力ノードに接続されたカウンタ回路と、を有する。前記光電変換素子と前記カウンタ回路との間に配された波形整形回路と、前記波形整形回路の出力ノードと前記カウンタ回路の入力ノードとの間に、前記波形整形回路の出力信号を前記カウンタ回路に入力するか否かを制御するゲーティング回路と、を有する。１回の待機状態中に、前記波形整形回路の出力信号を計数する第１の期間と、前記波形整形回路の出力信号を計数しないよう前記ゲーティング回路が制御された第２の期間がある。前記波形整形回路の出力信号が計数された第１の期間の数をカウントする回路を有することを特徴とする光電変換装置。
　（構成１４）
　前記抵抗素子はクエンチ素子であることを特徴とする構成１３に記載の光電変換装置。
　（構成１５）
　パルス生成回路を有し、前記パルス生成回路は前記ゲーティング回路が前記波形整形回路の出力信号を計数するか否かを制御するジャッジ信号を出力することを特徴とする構成１４に記載の光電変換装置。
　（構成１６）
　前記ゲーティング回路には、前記波形整形回路から出力された信号と前記ジャッジ信号とが入力されることを特徴とする構成１５に記載の光電変換装置。
　（構成１７）
　前記カウンタ回路によるカウントの期間は前記ジャッジ信号のレベルがＨｉｇｈである期間、または前記ジャッジ信号のレベルがＬｏｗである期間によって規定されることを特徴とする構成１６に記載の光電変換装置。
　（構成１８）
　処理回路は、Ｄラッチを含み、前記Ｄラッチに前記波形整形回路の出力信号と前記ジャッジ信号とが入力されることを特徴とする構成１７に記載の光電変換装置。
　（構成１９）
　構成１から構成１８のいずれか１項に記載の光電変換装置と、前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部と、を有することを特徴とする光電変換システム。
　（構成２０）
　構成１から構成１８のいずれか１項に記載の光電変換装置を含む移動体であって、前記光電変換装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部を有することを特徴とする移動体。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
　本願は、２０２３年６月３０日提出の日本国特許出願特願２０２３－１０８６８３を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。
　１０１　アバランシェフォトダイオード
　１０２　クエンチ素子
　１０５　カウンタ回路
　１０３　波形整形回路
　１０４　処理回路
 

Claims (20)

  1. 　アバランシェ増倍によって光子検出信号を発生させる光電変換素子と、
    　前記光電変換素子の第１の端子を電源電圧に接続する第１の状態と、前記第１の端子と前記電源電圧との間を前記第１の状態よりも高抵抗にする第２の状態と、を制御する回路と、
    　前記光電変換素子に接続されたカウンタ回路と、
    　前記光電変換素子と前記カウンタ回路との間に配された波形整形回路と、
    　前記波形整形回路の出力ノードと前記カウンタ回路の入力ノードとの間に接続され、前記波形整形回路の出力信号を前記カウンタ回路に入力するか否かを制御するゲーティング回路を有することを特徴とする光電変換装置。
  2. 　１回の待機状態中に、前記波形整形回路の出力信号を計数する第１の期間と、前記波形整形回路の出力信号を計数しないよう前記ゲーティング回路が制御された第２の期間と、
    　を有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 　前記第２の状態は、前記第１の端子と前記電源電圧を接続させないことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  4. 　パルス生成回路を有し、
    　前記パルス生成回路は前記ゲーティング回路が前記波形整形回路の出力信号を計数するか否かを制御するジャッジ信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  5. 　前記ゲーティング回路には、前記波形整形回路から出力された信号と前記ジャッジ信号とが入力されることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
  6. 　前記カウンタ回路の１回のカウント期間は、前記第２の状態の開始から、前記ジャッジ信号のパルスが前記ゲーティング回路に入力されるまでの期間であることを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
  7. 　前記ゲーティング回路は、ＡＮＤ回路を含み、
    　前記ＡＮＤ回路に前記波形整形回路の出力信号と前記ジャッジ信号とが入力されることを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
  8. 　前記カウンタ回路によるカウントの期間は前記ジャッジ信号のレベルがＨｉｇｈである期間、または前記ジャッジ信号のレベルがＬｏｗである期間によって規定されることを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
  9. 　処理回路は、Ｄラッチを含み、
    　前記Ｄラッチに前記波形整形回路の出力信号と前記ジャッジ信号とが入力されることを特徴とする請求項８に記載の光電変換装置。
  10. 　前記光電変換素子の出力ノードに接続された第２のカウンタ回路を有することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
  11. 　単一の前記波形整形回路の出力信号の入力に対し、前記カウンタ回路は第１の計数値を出力し、前記第２のカウンタ回路は第２の計数値を出力し、前記第１の計数値と前記第２の計数値との計数は時間的に重複して行われることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換装置。
  12. 　前記第１の計数値と、前記第２の計数値と、を処理して１つの計数値を出力する、信号処理回路を有することを特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置。
  13. 　アバランシェ増倍によって光子検出信号を発生させる光電変換素子と、
    　前記光電変換素子の第１の端子と電源電圧との間に設けられた抵抗素子と、
    　前記光電変換素子の出力ノードに接続されたカウンタ回路と、
    　前記光電変換素子と前記カウンタ回路との間に配された波形整形回路と、
    　前記波形整形回路の出力ノードと前記カウンタ回路の入力ノードとの間に、前記波形整形回路の出力信号を前記カウンタ回路に入力するか否かを制御するゲーティング回路と、
    　を有し、
    　１回の待機状態中に、前記波形整形回路の出力信号を計数する第１の期間と、前記波形整形回路の出力信号を計数しないよう前記ゲーティング回路が制御された第２の期間があり、
    　前記波形整形回路の出力信号が計数された第１の期間の数をカウントする回路を有することを特徴とする光電変換装置。
  14. 　前記抵抗素子はクエンチ素子であることを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置。
  15. 　パルス生成回路を有し、
    　前記パルス生成回路は前記ゲーティング回路が前記波形整形回路の出力信号を計数するか否かを制御するジャッジ信号を出力することを特徴とする請求項１４に記載の光電変換装置。
  16. 　前記ゲーティング回路には、前記波形整形回路から出力された信号と前記ジャッジ信号とが入力されることを特徴とする請求項１５に記載の光電変換装置。
  17. 　前記カウンタ回路によるカウントの期間は前記ジャッジ信号のレベルがＨｉｇｈである期間、または前記ジャッジ信号のレベルがＬｏｗである期間によって規定されることを特徴とする請求項１６に記載の光電変換装置。
  18. 　処理回路は、Ｄラッチを含み、
    　前記Ｄラッチに前記波形整形回路の出力信号と前記ジャッジ信号とが入力されることを特徴とする請求項１７に記載の光電変換装置。
  19. 　請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
    　前記光電変換装置が出力する信号を用いて画像を生成する信号処理部と、を有することを特徴とする光電変換システム。
  20. 　請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の光電変換装置を含む移動体であって、
    　前記光電変換装置が出力する信号を用いて前記移動体の移動を制御する制御部を有することを特徴とする移動体。
     
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020088520A (ja) * 2018-11-21 2020-06-04 キヤノン株式会社 光電変換装置及び撮像システム
JP2020123847A (ja) 2019-01-30 2020-08-13 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム、移動体
WO2022057831A1 (zh) * 2020-09-16 2022-03-24 南京大学 基于时间延迟积分(tdi)的图像传感器及其成像方法
JP2022067623A (ja) * 2020-10-20 2022-05-06 キヤノン株式会社 光電変換素子、光電変換素子の制御方法、および情報処理装置。
JP2023061643A (ja) * 2021-10-20 2023-05-02 キヤノン株式会社 光電変換装置
JP2023108683A (ja) 2022-01-26 2023-08-07 キヤノン株式会社 検品システム、印刷装置、検品システムの制御方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020088520A (ja) * 2018-11-21 2020-06-04 キヤノン株式会社 光電変換装置及び撮像システム
JP2020123847A (ja) 2019-01-30 2020-08-13 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム、移動体
WO2022057831A1 (zh) * 2020-09-16 2022-03-24 南京大学 基于时间延迟积分(tdi)的图像传感器及其成像方法
JP2022067623A (ja) * 2020-10-20 2022-05-06 キヤノン株式会社 光電変換素子、光電変換素子の制御方法、および情報処理装置。
JP2023061643A (ja) * 2021-10-20 2023-05-02 キヤノン株式会社 光電変換装置
JP2023108683A (ja) 2022-01-26 2023-08-07 キヤノン株式会社 検品システム、印刷装置、検品システムの制御方法

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