特開 2024-162492 光電変換装置、機器および移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162492

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】光電変換装置、機器および移動体

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/70 20230101AFI20241114BHJP

【ＦＩ】

H04N25/70

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023078040

(22)【出願日】2023-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三ヶ尻 悟

【テーマコード（参考）】

5C024

【Ｆターム（参考）】

5C024CY42

5C024GX03

5C024HX32

5C024HX51

(57)【要約】

【課題】画素回路の回路規模の抑制に有利な技術を提供する。
【解決手段】ＡＰＤと前記ＡＰＤでアバランシェ降伏が生じた回数をカウントするためのカウンタとをそれぞれ備える第１、第２画素と処理回路とを備え、前記第１、第２画素は、前記ＡＰＤを動作させ前記カウンタが前記回数をカウントする露光期間と前記ＡＰＤの動作を停止させカウント値を保持する保持期間とを含む検出動作を繰り返し、前記第１画素および前記第２画素は、前記検出動作を互いに異なるタイミングで交互に開始し、前記第１画素の第１露光期間の開始から所定の時間の経過後に前記第２画素の第２露光期間が開始され、前記処理回路は、前記第１画素において前記第１露光期間においてカウントされ前記第１露光期間に続く第１保持期間に前記カウンタに保持されている第１カウント値と、前記第２画素において前記第２露光期間においてカウントされた第２カウント値と、の差分値を出力する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アバランシェフォトダイオードと前記アバランシェフォトダイオードにおいてアバランシェ降伏が生じた回数をカウントするためのカウンタとをそれぞれ備える第１画素および第２画素を含む複数の画素と、処理回路と、を備える光電変換装置であって、
前記光電変換装置に入射する光量の変化を検出する期間において、
前記第１画素および前記第２画素は、前記アバランシェフォトダイオードを動作させ前記カウンタが前記回数をカウントする露光期間と、前記アバランシェフォトダイオードの動作を停止させ前記露光期間にカウントされたカウント値を前記カウンタに保持する保持期間と、を含む検出動作を繰り返し、
前記第１画素および前記第２画素は、前記検出動作を互いに異なるタイミングで交互に開始し、
前記第１画素の前記露光期間のうち第１露光期間の開始から所定の時間の経過後に、前記第２画素の前記露光期間のうち第２露光期間が開始され、
前記処理回路は、前記第１画素において前記第１露光期間においてカウントされ、前記保持期間のうち前記第１露光期間に続く第１保持期間に前記カウンタに保持されている第１カウント値と、前記第２画素において前記第２露光期間においてカウントされた第２カウント値と、の差分値を出力することを特徴とする光電変換装置。

【請求項2】

前記差分値に基づいて前記変化を検出する検出回路をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項3】

前記複数の画素から出力される信号を読み出すための読出回路と、前記カウンタと前記処理回路とに接続され、前記カウンタの出力と前記処理回路の出力とを切り替えて前記読出回路に出力する切替回路と、をさらに含み、
前記読出回路は、前記検出回路の機能を有することを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。

【請求項4】

前記カウンタは、フリップフロップ回路を含み、
前記処理回路は、前記第１画素の前記フリップフロップ回路に保持される前記第１カウント値と、前記第２画素の前記フリップフロップ回路に保持される前記第２カウント値と、の排他的論理和を桁ごとに取得する排他的論理和回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項5】

前記第１露光期間の長さと前記第２露光期間の長さとが同じことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項6】

前記第１露光期間と前記第２露光期間とは、期間の一部が重なっていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項7】

前記第１露光期間と前記第２露光期間とは、期間が重なっていないことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項8】

前記複数の画素のうち前記第１画素と前記第２画素とは、互いに隣り合うように配された画素であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項9】

前記複数の画素は、第３画素をさらに含み、
前記変化を検出する期間において、
前記第３画素は、前記検出動作を繰り返し、かつ、前記第２露光期間の開始から所定の時間の経過後に前記第３画素の前記露光期間のうち第３露光期間が開始され、
前記処理回路は、前記第１カウント値または前記第２カウント値と、前記第３画素において前記第３露光期間においてカウントされた第３カウント値と、の差分値をさらに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。

【請求項10】

前記複数の画素は、第４画素をさらに含み、
前記変化を検出する期間において、
前記第４画素は、前記検出動作を繰り返し、かつ、前記第３露光期間の開始から所定の時間の経過後に前記第４画素の前記露光期間のうち第４露光期間が開始され、
前記処理回路は、前記第１カウント値、前記第２カウント値または前記第３カウント値と、前記第４画素において前記第４露光期間においてカウントされた第４カウント値と、の差分値をさらに出力することを特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。

【請求項11】

前記露光期間の開始に応じて、前記カウンタがリセットされることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項12】

請求項１乃至１１の何れか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た信号を処理する処理装置と、
を備えることを特徴とする機器。

【請求項13】

請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光電変換装置を備える移動体であって、
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装置を有することを特徴とする移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電変換装置、機器および移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、光量の変化など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素子が示されている。特許文献１では、アバランシェ降伏をしない一般的なフォトダイオードを備える検出画素がイベントを検出したことに応じて、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を備える画素において、所定の露光期間内にＡＰＤに入射する光子数をカウントした画素信号が取得される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－０９６３４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に示される構成に対して、検出画素にもＡＰＤを用い、ＡＰＤに入射する光子数の変化からイベントを検出することが考えられる。しかしながら、検出画素においてＡＰＤに入射する光子数の変化を検出するためには、注目する露光期間の少なくとも１つ前の露光期間におけるカウント値をメモリなどに保持し、注目する露光期間のカウント値と比較する必要があり、検出画素の回路規模が大きくなりうる。

【0005】

本発明は、画素回路の回路規模の抑制に有利な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る光電変換装置は、アバランシェフォトダイオードと前記アバランシェフォトダイオードにおいてアバランシェ降伏が生じた回数をカウントするためのカウンタとをそれぞれ備える第１画素および第２画素を含む複数の画素と、処理回路と、を備える光電変換装置であって、前記光電変換装置に入射する光量の変化を検出する期間において、前記第１画素および前記第２画素は、前記アバランシェフォトダイオードを動作させ前記カウンタが前記回数をカウントする露光期間と、前記アバランシェフォトダイオードの動作を停止させ前記露光期間にカウントされたカウント値を前記カウンタに保持する保持期間と、を含む検出動作を繰り返し、前記第１画素および前記第２画素は、前記検出動作を互いに異なるタイミングで交互に開始し、前記第１画素の前記露光期間のうち第１露光期間の開始から所定の時間の経過後に、前記第２画素の前記露光期間のうち第２露光期間が開始され、前記処理回路は、前記第１画素において前記第１露光期間においてカウントされ、前記保持期間のうち前記第１露光期間に続く第１保持期間に前記カウンタに保持されている第１カウント値と、前記第２画素において前記第２露光期間においてカウントされた第２カウント値と、の差分値を出力することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、画素回路の回路規模の抑制に有利な技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態の光電変換装置の構成例を示すブロック図。

【図2】図１の光電変換装置の変形例を示す図。

【図3】図１の光電変換装置の画素の構成例を示すブロック図。

【図4】図１の光電変換装置の構成例を示す斜視図。

【図5】図１の光電変換装置の動作を説明する図。

【図6】図１の光電変換装置の画素の構成例を示すブロック図。

【図7】図１の光電変換装置の画素の駆動例を示すタイミング図。

【図8】図１の光電変換装置の画素のカウンタの構成例を示す図。

【図9】図１の光電変換装置の画素の駆動例を示すタイミング図。

【図10】図１の光電変換装置の画素の配置例を示すブロック図。

【図11】図１の光電変換装置の画素の駆動例を示すタイミング図。

【図12】図１の光電変換装置の画素の駆動例を示すタイミング図。

【図13】図１の光電変換装置の画素の構成例を示すブロック図。

【図14】図１の光電変換装置の画素の構成例を示すブロック図。

【図15】本実施形態の光電変換装置が組み込まれた機器の構成例を示す図。

【図16】本実施形態の光電変換装置が組み込まれた移動体の構成例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0010】

図１～図１４を参照して、本開示の実施形態による光電変換装置について説明する。図１は、本実施形態の光電変換装置１００の概略構成を示すブロック図である。光電変換装置１００は、図１に示されるように、画素部１０、垂直走査回路４０、読出回路５０、水平走査回路６０、制御パルス生成回路８０、出力回路９０を含みうる。以下、光電変換装置１００は、画素部１０に配された画素１２にアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を備える非同期型の、所謂、撮像装置であるとして説明する。しかしながら、本実施形態の光電変換装置は、これに限られるものではない。光電変換装置の例として、撮像装置の他に、測距装置（焦点検出やＴｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）を用いた距離測定を行う装置）、測光装置（入射光量の測定などを行う装置）などが挙げられる。

【0011】

画素部１０には、複数の行および複数の列を構成するようにアレイ状に配された複数の画素１２が配されている。それぞれの画素１２には、後述するように、光子検知素子であるＡＰＤ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処理回路と、が配されうる。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によって画素部１０が構成されていてもよい。また、例えば、１行または１列に並べた複数の画素１２によって画素部１０が構成されていてもよい。さらに、例えば、１つの画素１２によって画素部１０が構成されていてもよい。

【0012】

画素部１０に配された画素アレイの各行には、行方向（図１において、横方向）に延びる制御線１４が配されている。制御線１４は、行方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、行方向に並ぶ画素１２に共通の信号線として機能する。制御線１４が延びる行方向は、水平方向と表記される場合がある。１つの行の画素１２に対応して配される制御線１４は、複数の種類の制御信号を画素１２に供給するために複数の信号線によって構成されていてもよい。

【0013】

画素部１０に配された画素アレイの各列には、行方向と交差する列方向（図１において、縦方向）に延びるデータ線１６が配されている。データ線１６は、列方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、列方向に並ぶ画素１２に共通の信号線として機能する。データ線１６が延びる列方向は、垂直方向と表記される場合がある。１つの列の画素１２に体操して配されるデータ線１６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ごとに転送するために複数の信号線によって構成されていてもよい。

【0014】

画素部１０に配された画素アレイのそれぞれの行に対応して配された制御線１４は、垂直走査回路４０に接続されている。垂直走査回路４０は、制御パルス生成回路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。垂直走査回路４０に、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用いられてもよい。垂直走査回路４０は、画素部１０に配された画素１２を行単位で順次走査し、データ線１６を介してそれぞれの画素１２の画素信号を読出回路５０へ出力させる。

【0015】

画素部１０に配された画素アレイのそれぞれの列に対応して配されたデータ線１６は、読出回路５０に接続されている。読出回路５０は、画素部１０に配された画素アレイの各列に対応して設けられた複数の保持回路（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画素１２の画素信号を、対応する列の保持回路にて保持する機能を備える。

【0016】

水平走査回路６０は、制御パルス生成回路８０から出力される制御信号を受け、読出回路５０に配された各列の保持回路から画素信号を読み出すための制御信号を生成し、読出回路５０に供給する。水平走査回路６０に、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用いられてもよい。水平走査回路６０は、読出回路５０に配された各列の保持回路を順次走査し、各々に保持されている画素信号を順次、出力回路９０へと出力する。

【0017】

出力回路９０は、外部インターフェース回路を有し、読出回路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である。出力回路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、Ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ／Ｄｅｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ（ＳｅｒＤｅｓ）送信回路によって構成されていてもよい。ＳｅｒＤｅｓ送信回路は、例えば、Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ（ＬＶＤＳ）回路、Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ（ＳＬＶＳ）回路でありうる。

【0018】

制御パルス生成回路８０は、垂直走査回路４０、読出回路５０、水平走査回路６０の動作や動作のタイミングを制御する制御信号を生成し、垂直走査回路４０、読出回路５０、水平走査回路６０に供給する。垂直走査回路４０、読出回路５０、水平走査回路６０の動作や動作のタイミングを制御する制御信号は、すべてが制御パルス生成回路８０から供給されなくてもよい。垂直走査回路４０、読出回路５０、水平走査回路６０の動作や動作のタイミングを制御する制御信号の一部またはすべてが、光電変換装置１００の外部から供給されていてもよい。

【0019】

ここで、光電変換装置１００に配される垂直走査回路４０、読出回路５０、水平走査回路６０、制御パルス生成回路８０、出力回路９０などの各機能ブロックの接続態様は、図１に示される構成例に限定されるものではない。例えば、光電変換装置１００に配される各機能ブロックは、図２に示されるような構成であってもよい。図２に示される構成例では、画素部１０に配された画素アレイの各行に、行方向に延びるデータ線１６が配されている。データ線１６は、行方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、行方向に並ぶ画素１２に共通の信号線として機能している。また、画素部１０に配された画素アレイの各列に、列方向に延びる制御線１８が配されている。制御線１８は、列方向に並ぶ画素１２にそれぞれ接続され、列方向に並ぶ画素１２に共通の信号線として機能している。

【0020】

画素部１０に配された画素アレイの各列に対応して配された制御線１８は、水平走査回路６０に接続されている。水平走査回路６０は、制御パルス生成回路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、選択された列に配された各行の画素１２の画素信号が、データ線１６に出力される。

【0021】

画素部１０に配された画素アレイの各行に対応して配されたデータ線１６は、読出回路５０に接続されている。読出回路５０は、画素部１０に配された画素アレイの各行に対応して設けられた複数の保持回路（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回路にて保持する。

【0022】

読出回路５０は、制御パルス生成回路８０から出力される制御信号を受け、各行の保持回路に保持されている画素信号を順次、出力回路９０へと出力する。図２に示される構成例におけるその他の構成は、図１に示される構成例と同様でありうる。

【0023】

画素部１０に配された画素１２は、図３に示されるように、光電変換部２０、画素信号処理部３０を含みうる。光電変換部２０は、光子検知素子２２、クエンチ素子２４を含みうる。画素信号処理部３０は、波形整形回路３２、デジタル処理回路３４、画素出力回路３６を含みうる。

【0024】

光子検知素子２２には、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられうる。光子検知素子２２であるＡＰＤのアノードは、電位ＶＬが供給されるノードに接続されている。ＡＰＤのカソードは、クエンチ素子２４の２つの端子のうち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２つの端子のうちＡＰＤのカソードが接続されていない他方の端子は、電位ＶＬよりも高い電位ＶＨが供給されるノードに接続されている。電位ＶＬと電位ＶＨとの電位差（電圧）は、光子検知素子２２であるＡＰＤがアバランシェ増倍動作を行うため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。例えば、電位ＶＬとして負の高電位が与えられ、電位ＶＨとして電源電位程度の正の電位が供給されうる。例えば、電位ＶＬとして－３０Ｖが供給され、電位ＶＨとして１Ｖが供給されていてもよい。

【0025】

光子検知素子２２は、上述のようにＡＰＤによって構成されうる。アバランシェ増倍動作に十分な逆バイアス電圧がＡＰＤに供給された状態とすることによって、ＡＰＤへの光入射によってアバランシェ降伏が生じ、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の降伏電圧近傍また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）とも呼ばれる。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。

【0026】

クエンチ素子２４は、光子検知素子２２でアバランシェ降伏が生じた際の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、アバランシェ降伏による電流増倍時に負荷回路（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降伏を抑制する機能を備える。クエンチ素子２４がアバランシェ降伏を抑制する動作は、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って、光子検知素子２２に供給する電位を電位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に供給する電位を電位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（ＭＩＳ）トランジスタなどによって構成されうる。本実施形態では、後述するように、クエンチ素子２４としてトランジスタを用いる。

【0027】

波形整形回路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、を備える。波形整形回路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ている。図３に示されるように、波形整形回路３２は、インバータ回路などによって構成されうる。波形整形回路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。

【0028】

デジタル処理回路３４は、波形整形回路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、を備える。デジタル処理回路３４は、後述するカウンタを含む。カウンタは、波形整形回路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。

【0029】

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（接続または非接続）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４０から制御線１４を介して供給される制御信号（図２に示される構成例の場合、水平走査回路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などを含みうる。

【0030】

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方式を用いた測距などを目的とする場合に、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あってもよい。

【0031】

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。

【0032】

光電変換装置１００は、１つの基板に形成されていてもよい。また、例えば、光電変換装置１００は、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されていてもよい。後者の場合、例えば、図４に示されるように、光電変換装置１００は、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が配置されうる。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とが配置されうる。センサ基板１１０に配された光子検知素子２２と、回路基板１２０に配されたクエンチ素子２４および画素信号処理部３０と、は、例えば、画素１２ごとに設けられた接続配線を介して電気的に接続されていてもよい。また、回路基板１２０には、垂直走査回路４０、読出回路５０、水平走査回路６０、制御パルス生成回路８０、出力回路９０などがさらに配されうる。

【0033】

積層型の光電変換装置１００において、１つの画素１２に配された、光子検知素子２２と、クエンチ素子２４および画素信号処理部３０と、は、センサ基板１１０の光入射面に対する正射影において重なるようにセンサ基板１１０と回路基板１２０とに配されうる。垂直走査回路４０、読出回路５０、水平走査回路６０、制御パルス生成回路８０、出力回路９０などは、複数の画素１２によって構成される画素部１０の周囲に配されうる。

【0034】

積層型の光電変換装置１００は、素子の集積度を向上し、結果として、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および画素信号処理部３０と、を別々の基板に配置することによって、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を高密度に配することができる。それによって、光子検知効率を向上させることができる。光電変換装置１００を構成する基板の数は、２つに限定されるものではない。３つ以上の基板が積層され、光電変換装置１００が構成されていてもよい。

【0035】

また、図４に示される構成では、センサ基板１１０および回路基板１２０として、ウェーハから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および回路基板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および回路基板１２０の各々はウェーハであってもよい。また、センサ基板１１０および回路基板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および接合してもよい。

【0036】

図５（ａ）、５（ｂ）は、光電変換部２０および波形整形回路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および波形整形回路３２の回路図である。図５（ｂ）は、波形整形回路３２の入力ノード（ノードＡ）における信号の波形と、波形整形回路３２の出力ノード（ノードＢ）における信号の波形と、を示している。ここでは、説明の簡略化のため、波形整形回路３２がインバータ回路によって構成されている場合が示されている。

【0037】

時刻ｔ０において、光子検知素子２２には電位ＶＨ－電位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、光子が入射した際にアバランシェ降伏が生じる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降伏の種に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降伏は起こらず、光子検知素子２２に電流は流れない。

【0038】

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降伏が生じ、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を流れることによってクエンチ素子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降伏が停止すると、ノードＡの電圧レベルはそれ以上降下しなくなる。

【0039】

光子検知素子２２におけるアバランシェ降伏が停止すると、電位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の電位は徐々に増加する。その後、時刻ｔ５においてノードＡは元の電位レベルに整定する。

【0040】

波形整形回路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、波形整形回路３２は、ノードＡの電位レベルが判定閾値を超えている場合に、ノードＢからローレベルの信号を出力し、ノードＡの電位レベルが判定閾値以下の場合に、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）に示されるように、時刻ｔ２から時刻ｔ４の期間においてノードＡの電位レベルが判定閾値以下であるとする。この場合、ノードＢにおける信号レベルは、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの期間および時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間においてローレベルとなり、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間においてハイレベルとなる。

【0041】

こうして、ノードＡから入力されたアナログ信号は、波形整形回路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回路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。

【0042】

図６は、本実施形態における画素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、図５と重複する部分の説明は、適宜、省略または簡略化する。図６に示される構成では、１つの例として、２つの画素１２ａ、１２ｂを１つのグループとしている。さらに、読出回路５０は、画素読出回路５１、差分値読出回路５３、露光制御回路５２を含む。デジタル処理回路３４は、カウンタ３４２、処理回路３４１を含む。

【0043】

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。カウンタ３４２は、光子検知素子２２であるＡＰＤにおいてアバランシェ降伏が生じた回数をカウントするともいえる。カウンタ３４２は、カウント値を保持するために複数ビットのデジタル信号を保持可能なビットメモリとして、例えば、フリップフロップを含む。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、処理回路３４１にも出力可能である。また、カウンタ３４２は、露光制御回路５２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。

【0044】

処理回路３４１は、画素１２ａに配されたカウンタ３４２から入力されたカウント値と、画素１２ｂに配されたカウンタ３４２との差分値を演算し、画素出力回路３６を介して差分値読出回路５３にその結果を出力する。処理回路３４１は、デジタル信号であるカウント値に基づく差分演算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うる。

【0045】

図７は、画素１２ａ、１２ｂの動作を示すタイミング図である。光電変換装置１００に入射する光量の変化を検出する期間において、画素１２ａ、１２ｂは、光子検知素子
２２であるＡＰＤを動作させカウンタ３４２がアバランシェ降伏した回数をカウントする露光期間と、ＡＰＤの動作を停止させ露光期間にカウントされたカウント値をカウンタ３４２に保持する保持期間と、を含む検出動作を繰り返す。画素１２ａおよび画素１２ｂは、この検出動作を互いに異なるタイミングで交互に開始する。

【0046】

例えば、図７に示される２フレーム目では、画素１２ａに配されたクエンチ素子２４（トランジスタ）がオン動作することによってＡＰＤが動作し露光期間になる。一方、画素１２ｂは、クエンチ素子２４がオフ動作することによってＡＰＤの動作が停止し保持期間になる。そのため、画素１２ｂに配されたカウンタ３４２は、画素１２ｂの露光期間であった１フレーム目でカウントされたカウント値を保持している。このように、画素１２ｂの露光期間のうち図７に示される１フレーム目の露光期間の開始から所定の時間の経過後に、画素１２ａの露光期間のうち図７に示される２フレーム目の露光期間が開始される。処理回路３４１は、画素１２ｂにおいて１フレーム目の露光期間においてカウントされ、１フレーム目の第１露光期間に続く２フレーム目の保持期間にカウンタ３４２に保持されている画素１２ｂの１フレーム目の露光期間のカウント値と、画素１２ａにおいて２フレーム目の露光期間においてカウントされたカウント値と、の差分値を出力する。例えば、画素１２ａの露光期間が終わるタイミングで、画素１２ａの２フレーム目のカウント値と画素１２ｂに保持されている１フレーム目のカウント値との差分値が、処理回路３４１によって演算される。

【0047】

処理回路３４１での差分値の演算が終了するタイミングで、画素１２ａに配されたカウンタ３４２のリセットをせずにクエンチ素子２４をオフ動作させることによって、露光期間が終了し、かつ、３フレーム目の保持期間において、カウンタ３４２にカウント値が保持された状態が持続する。一方、画素１２ｂでは、３フレーム目になると、クエンチ素子２４がオン動作する露光期間の開始に応じてカウンタ３４２のカウント値がリセットされ、光子検知素子２２であるＡＰＤのアバランシェ降伏の回数のカウントが開始される。このような検出動作を繰り返すことによって、画素１２ａと画素１２ｂとの間で、カウント値の差分値、すなわち、フレーム間での入射する光子のカウント値の変化量を取得し続けることができる。このカウント値が変化することによって、光電変換装置１００に入射する光量の変化を検出することが可能になる。例えば、差分値に基づいて入射する光量の変化を検出する検出回路が、差分値読出回路５３に配されていてもよい。また、例えば、光電変換装置１００から外部に差分値を出力し、光電変換装置１００の外部において、入射する光量の変化を検出が検出されてもよい。

【0048】

図８に、画素１２ａと画素１２ｂとのカウンタ３４２のカウント値の差分値を取得するための処理回路３４１の論理回路の例が示されている。上述のように、カウンタ３４２は、フリップフロップ回路を含む。処理回路３４１は、画素１２ａのフリップフロップ回路に保持されるカウント値と、画素１２ｂのフリップフロップ回路に保持されるカウント値と、の排他的論理和を桁ごとに取得する排他的論理和回路を含んでいてもよい。それによって、カウンタ３４２に保持されたカウント値の各桁間の差分値を取り出すことができる。例えば、差分値読出回路５３に配された検出回路が、ある桁よりも上の桁から「１（カウント値が変化）」が出力された場合に、入射する光量が変化するイベントが発生したと判定してもよい。

【0049】

画素１２ａの露光期間の長さと画素１２ｂの露光期間の長さとは、図７に示されるように同じであってもよい。その場合、光電変換装置１００に入射する光量が増加するイベントおよび減少するイベントの何れにおいても、処理回路３４１において同じ演算を用いて差分値を取得し、検出回路において、同じ閾値を用いて判定することができる。つまり、回路構成をシンプルな構成にすることができる。しかしながら、それに限られることはなく、画素１２ａの露光期間の長さと画素１２ｂの露光期間の長さとは、互いに異なっていてもよい。その場合に、例えば、処理回路３４１に、画素１２ａと画素１２ｂとの露光期間の長さに応じて、少なくとも一方のカウント値を補正する補正回路などが配されていてもよい。

【0050】

また、図７に示されるように、画素１２ａの露光期間と画素１２ｂの露光期間とは、期間が重なっていなくてもよい。しかしながら、それに限られることはなく、図９に示されるように、画素１２ａの露光期間と画素１２ｂの露光期間とは、期間の一部が重なっていてもよい。露光期間をオーバーラップさせる場合、イベントの取り逃しが発生する確率が減少する。

【0051】

上述では、画素１２ａ、１２ｂに注目して説明したが、画素部１０には、例えば、カラー画像を取得するために、赤色に感度がある画素１２Ｒ、緑色に感度がある画素１２Ｒ、青色に感度がある画素１２Ｂをさらに含んでいてもよい。例えば、上述の入射する光量の変化を検出する画素１２ａ（１２ｂ）、画素１２Ｒ、画素１２Ｇ、画素１２Ｂの４つの画素を１つのグループ４２０としてもよい。この場合、例えば、図１０に示されるように、横方向に互いに隣り合うグループ４２０同士を左右フリップして配置し、光量の変化を検出するイベント画素である画素１２ａと画素１２ｂとを、互いに隣り合うように配してもよい。画素１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂも、画素１２ａ、１２ｂと同様の構成を有していてもよい。例えば、画素１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂにおいて、ＡＰＤをＳＰＡＤとして機能させてもよい。また、画素１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂには、処理回路３４１が配されていなくてもよい。また、例えば、画素１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂのうち互いに隣り合う画素において、画素１２ａと画素１２ｂとの関係と同様に、処理回路３４１が配され、イベントの検出に用いられてもよい。

【0052】

ここで、処理回路３４１によって取得されたフレーム間の画素１２ａ、１２ｂのカウント値の差分値からイベントを検出する方法を示す。イベントとは、画素１２ａ、１２ｂの光子検知素子２２に入射する光の光量の変化が所定の条件を満たすことを意味する。所定の条件とは、例えば、カウント値の差分値が所定の閾値を超えたことであってもよく、カウント値の変化量が所定の閾値を超えたことであってもよい。イベントの検出は、上述したように、例えば、差分値読出回路５３に配された検出回路で行われてもよいし、差分値を光電変換装置１００の外部に出力し、光電変換装置１００の外部で行われてもよい。

【0053】

図１１は、カウント値の差分値が所定の閾値を超えたことに応じて、イベントを検出する例である。図１１に示されるように、１フレームごとに画素１２ａ、画素１２ｂに配されたカウンタ３４２が、交互に１フレームの期間内に入射する光子をカウントする。上述したように、それぞれのフレームごとにカウント値の差分値を取得し、差分値が所定閾値を超えた場合にイベントとして検出する。例えば、光電変換装置１００は、イベントを検知したことに応じて、画素１２の状態を遷移させる機能を有していてもよい。例えば、光電変換装置１００は、イベントの検出に応じて、それぞれの画素１２を用いて撮像を開始してもよい。

【0054】

１つの画素１２を用いて入射する光量の変化（イベント）を検出するためには、注目フレームに対して、注目フレームよりも前のフレームで取得したカウント値を記憶するメモリやメモリのコントローラなどが必要になる。例えば、図１０に示される４つの画素１２によって構成されるグループ４２０において、８つの画素１２に対して１つのメモリを配する必要が出てくる。つまり、画素回路の回路規模が大きくなってしまう。一方、本実施形態において、２つの画素１２ａ、１２ｂを使用することによって、例えば排他的論理和回路など、小規模の回路の追加で処理回路３４１を構成することができる。つまり、画素回路の回路規模の増大を抑制しつつ、イベントの検出が可能になる。また、イベントの検出に用いる画素１２ａ、１２ｂは、画素１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂなどと同様の構成を有しうる。つまり、イベントを検出するための画素１２ａ、１２ｂとして、他の画素とは異なる構成を有する必要がないため、画素部１０の設計の自由度などが向上する。

【0055】

上述では、２つの画素１２ａ、１２ｂを用いて、入射する光量の変化を検出するための差分値を取得することを説明した。しかしながら、入射する光量の変化の検出は、２つの画素１２ａ、１２ｂのグループだけで行われることに限られることはない。３つ以上の画素１２を用いて、入射する光量の変化の検出が行われてもよい。図１２には、４つの画素１２ａ～１２ｄを用いて入射する光量の変化を検出する例が示されている。

【0056】

画素１２ａ～１２ｄは、露光期間と保持期間とを含む上述の検出動作を互いに異なるタイミングで所定の順番で開始する。画素１２ａ～１４ｄのそれぞれにおいて、１つのフレームごとに露光期間に入射する光子の数をカウントし、次いで、カウントを保持し続ける。図１２に示される構成の場合、最大４フレーム前までのカウント値が保持できる。この場合に、画素１２ａと画素１２ｂとのカウント値の差分値など、露光期間が隣り合う画素１２間での差分値を取得するだけに限られることはない。例えば、画素１２ａと画素１２ｄとのカウント値の差分値や、画素１２ｂと画素１２ｄとのカウント値の差分値など、隣り合うフレーム間の差分値だけではなく、変則的な差分値を得ることが可能になる。また、図１２では、それぞれの画素１２ａ～１２ｄの露光期間が重ならない例が示されている。しかしながら、それに限られることはなく、画素１２ａの露光期間と画素１２ｂの露光期間とが、画素１２ｂの露光期間と画素１２ｃの露光期間とが、画素１２ｃの露光期間と画素１２ｄの露光期間とが、それぞれ重なっていてもよい。露光期間を画素１２間でオーバーラップさせる期間を、上述した２つの画素１２ａ、１２ｂを用いる場合よりも長くとることができる。それによって、入射する光量が変化するイベント情報を取り逃がす確率が減少する。

【0057】

図１３、図１４を用いて、入射する光量が変化などのイベントを検出した場合の光電変換装置１００の動作の切り替えの具体例を示す。図１３は、図６に示される光電変換装置１００の構成の変形例を示す図である。図６では、読出回路５０は、画素部１０に配された複数の画素１２から出力される画像などを生成するための信号を読み出す画素読出回路５１と、イベントの検出に用いる画素１２ａ、１２ｂのカウント値の差分値を読み出す差分値読出回路５３と、が別々の構成として配されている。一方、図１３の読出回路５０では、画素読出回路５１に画像生成用の信号および画素１２ａ、１２ｂのカウント値の差分値が読み出される。そのため、図１３に示される構成において、読出回路５０の画素読出回路５１は、画素１２ａ、１２ｂのカウント値の差分値に基づいて入射する光量の変化を検出する検出回路としても機能しうる。

【0058】

また、光電変換装置１００には、カウンタ３４２と処理回路３４１とに接続され、カウンタ３４２の出力と処理回路３４１の出力とを切り替えて読出回路５０の画素読出回路５１に出力する切替回路３７が配されている。画素読出回路５１が備える検出回路の機能が入射する光量の変化を検出した場合に、画素読出回路５１は、選択信号ＳＥＬを切替回路３７に送信し、画素読出回路５１に読み出される信号を、画素１２ａと画素１２ｂとの間の差分値と画素１２にそれぞれ配されたカウンタ３４２のカウント値との間で切り替える。

【0059】

図１４には、処理回路３４１から出力される差分値とカウンタ３４２から出力されるカウント値とを切り替える切替回路３７の例が示されている。図１４に示される構成において、選択信号ＳＥＬに応じて、マルチプレクサ回路を使用することによって、カウンタ３４２の出力と処理回路３４１の出力とを切り替えることができる。例えば、入射する光量の変化（イベント）を検出した後に、画素１２ａ、１２ｂを含むそれぞれの画素１２において、ＡＰＤをＳＰＡＤとして動作させる。つまり、露光制御回路５２に従う露光制御において、画素１２ａと画素１２ｂとの交互動作ではなく、例えば、全ての画素１２において所望の時間にわたり露光を行い続ける動作とすることができる。それによって、画素１２ａ、１２ｂを含む画素１２に配されたカウンタ３４２によってカウントされたカウント値を順次、読み出す動作に切り替え、画像を生成するための信号を得ることができる。本実施形態において、入射する光量の変化（イベント）を検出するために配された画素１２ａ、１２ｂにおいても、画像を生成するための信号を生成する動作を行える。したがって、画素１２ａ、１２ｂをイベントの検出のみに使用し、画像の生成において画素１２ａ、１２ｂの画素値を他の画素１２の画素値を用いて補完する場合と比較して、得られる画像の画質が向上しうる。

【0060】

以下、光電変換装置１００の応用例として、図１５に示される、光電変換装置１００を備える機器ＥＱＰについて説明する。機器ＥＱＰは、電子機器とも呼ばれうる。図１５は、機器ＥＱＰの一例としてカメラを示している。ここで、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータや、スマートフォンなどの携帯端末）も含まれる。

【0061】

光電変換装置１００は、画素部１０が設けられた積層構造の半導体チップでありうる。光電変換装置１００は、図１５に示されるように、半導体パッケージＰＫＧに収容されている。パッケージＰＫＧは、光電変換装置１００が固定された基体と、光電変換装置１００に対向するガラスなどの蓋体と、基体に設けられた端子と光電変換装置１００に設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプなどの導電性の接続部材と、を含みうる。機器ＥＱＰは、光学系ＯＰＴ、制御装置ＣＴＲＬ、処理装置ＰＲＣＳ、表示装置ＤＳＰＬ、記憶装置ＭＭＲＹの少なくともいずれかをさらに備えていてもよい。

【0062】

光学系ＯＰＴは、光電変換装置１００に結像するものであり、例えば、レンズやシャッタ、ミラーでありうる。制御装置ＣＴＲＬは、光電変換装置１００の動作を制御するものであり、例えば、ＡＳＩＣなどの半導体デバイスでありうる。処理装置ＰＲＣＳは、光電変換装置１００から出力された信号を処理する信号処理部として機能するものであり、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの半導体デバイスでありうる。表示装置ＤＳＰＬは、光電変換装置１００で得られた画像データを表示する、ＥＬ表示装置や液晶表示装置でありうる。記憶装置ＭＭＲＹは、光電変換装置１００で得られた画像データを記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置ＭＭＲＹは、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリでありうる。機械装置ＭＣＨＮはモーターやエンジンなどの可動部あるいは推進部を有する。カメラにおける機械装置ＭＣＨＮはズーミングや合焦、シャッタ動作のために光学系ＯＰＴの部品を駆動することができる。機器ＥＱＰでは、光電変換装置１００から出力された画像データを表示装置ＤＳＰＬに表示したり、機器ＥＱＰが備える通信装置（不図示）によって外部に送信したりする。このため、機器ＥＱＰは、記憶装置ＭＭＲＹや処理装置ＰＲＣＳを備えていてもよい。

【0063】

光電変換装置１００が組み込まれたカメラは、監視カメラや、自動車や鉄道車両、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの輸送機器に搭載される車載カメラなどにも適用されうる。加えて、光電変換装置１００が組み込まれたカメラは、輸送機器に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）など、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

【0064】

次いで、本実施形態の光電変換装置１００を移動体に搭載する具体的な応用について、図１６（ａ）、１６（ｂ）を用いて説明する。図１６（ａ）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ＳＹＳは、上述の光電変換装置１００を有する。光電変換システムＳＹＳは、光電変換装置１００によって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８０１と、光電変換システムＳＹＳによって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８０２を有する。また、光電変換システムＳＹＳ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８０３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８０４と、を有する。ここで、視差取得部８０２や距離取得部８０３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、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部８０４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。

【0065】

光電変換システムＳＹＳは車両情報取得装置８１０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ＳＹＳは、衝突判定部８０４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である制御ＥＣＵ８２０が接続されている。また、光電変換システムＳＹＳは、衝突判定部８０４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８３０とも接続されている。例えば、衝突判定部８０４の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ８２０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８３０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。

【0066】

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ＳＹＳで撮像する。図１６（ｂ）に、車両前方（撮像範囲８５０）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８１０が、光電変換システムＳＹＳないしは光電変換装置１００に指示を送る。このような構成によって、測距の精度をより向上させることができる。

【0067】

上述では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明した、しかしながら、これに限られることはなく、例えば、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。

【0068】

本明細書の開示は、以下の光電変換装置、機器および移動体を含む。

【0069】

（項目１）
アバランシェフォトダイオードと前記アバランシェフォトダイオードにおいてアバランシェ降伏が生じた回数をカウントするためのカウンタとをそれぞれ備える第１画素および第２画素を含む複数の画素と、処理回路と、を備える光電変換装置であって、
前記光電変換装置に入射する光量の変化を検出する期間において、
前記第１画素および前記第２画素は、前記アバランシェフォトダイオードを動作させ前記カウンタが前記回数をカウントする露光期間と、前記アバランシェフォトダイオードの動作を停止させ前記露光期間にカウントされたカウント値を前記カウンタに保持する保持期間と、を含む検出動作を繰り返し、
前記第１画素および前記第２画素は、前記検出動作を互いに異なるタイミングで交互に開始し、
前記第１画素の前記露光期間のうち第１露光期間の開始から所定の時間の経過後に、前記第２画素の前記露光期間のうち第２露光期間が開始され、
前記処理回路は、前記第１画素において前記第１露光期間においてカウントされ、前記保持期間のうち前記第１露光期間に続く第１保持期間に前記カウンタに保持されている第１カウント値と、前記第２画素において前記第２露光期間においてカウントされた第２カウント値と、の差分値を出力することを特徴とする光電変換装置。

【0070】

（項目２）
前記差分値に基づいて前記変化を検出する検出回路をさらに含むことを特徴とする項目１に記載の光電変換装置。

【0071】

（項目３）
前記複数の画素から出力される信号を読み出すための読出回路と、前記カウンタと前記処理回路とに接続され、前記カウンタの出力と前記処理回路の出力とを切り替えて前記読出回路に出力する切替回路と、をさらに含み、
前記読出回路は、前記検出回路の機能を有することを特徴とする項目２に記載の光電変換装置。

【0072】

（項目４）
前記カウンタは、フリップフロップ回路を含み、
前記処理回路は、前記第１画素の前記フリップフロップ回路に保持される前記第１カウント値と、前記第２画素の前記フリップフロップ回路に保持される前記第２カウント値と、の排他的論理和を桁ごとに取得する排他的論理和回路を含むことを特徴とする項目１乃至３の何れか１項目に記載の光電変換装置。

【0073】

（項目５）
前記第１露光期間の長さと前記第２露光期間の長さとが同じことを特徴とする項目１乃至４の何れか１項目に記載の光電変換装置。

【0074】

（項目６）
前記第１露光期間と前記第２露光期間とは、期間の一部が重なっていることを特徴とする項目１乃至５の何れか１項目に記載の光電変換装置。

【0075】

（項目７）
前記第１露光期間と前記第２露光期間とは、期間が重なっていないことを特徴とする項目１乃至５の何れか１項目に記載の光電変換装置。

【0076】

（項目８）
前記複数の画素のうち前記第１画素と前記第２画素とは、互いに隣り合うように配された画素であることを特徴とする項目１乃至７の何れか１項目に記載の光電変換装置。

【0077】

（項目９）
前記複数の画素は、第３画素をさらに含み、
前記変化を検出する期間において、
前記第３画素は、前記検出動作を繰り返し、かつ、前記第２露光期間の開始から所定の時間の経過後に前記第３画素の前記露光期間のうち第３露光期間が開始され、
前記処理回路は、前記第１カウント値または前記第２カウント値と、前記第３画素において前記第３露光期間においてカウントされた第３カウント値と、の差分値をさらに出力することを特徴とする項目１乃至８の何れか１項目に記載の光電変換装置。

【0078】

（項目１０）
前記複数の画素は、第４画素をさらに含み、
前記変化を検出する期間において、
前記第４画素は、前記検出動作を繰り返し、かつ、前記第３露光期間の開始から所定の時間の経過後に前記第４画素の前記露光期間のうち第４露光期間が開始され、
前記処理回路は、前記第１カウント値、前記第２カウント値または前記第３カウント値と、前記第４画素において前記第４露光期間においてカウントされた第４カウント値と、の差分値をさらに出力することを特徴とする項目９に記載の光電変換装置。

【0079】

（項目１１）
前記露光期間の開始に応じて、前記カウンタがリセットされることを特徴とする項目１乃至１０の何れか１項目に記載の光電変換装置。

【0080】

（項目１２）
項目１乃至１１の何れか１項目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た信号を処理する処理装置と、
を備えることを特徴とする機器。

【0081】

（項目１３）
項目１乃至１１の何れか１項目に記載の光電変換装置を備える移動体であって、
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装置を有することを特徴とする移動体。

【0082】

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、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、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

【符号の説明】

【0083】

１２：画素、１００：光電変換装置、３４１：処理回路、３４２：カウンタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】