JP7170448B2 - 撮像素子、撮像装置及び信号処理方法 - Google Patents
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Description
第1の実施形態におけるフォトンカウント型撮像素子を用いた撮像システムについて説明する。なお、第1の実施形態では、撮像素子内の全ての画素に2つのコンパレータを有するフォトンカウント型撮像素子において、それぞれのコンパレータに異なる参照信号を入力する場合について示す。
ΔK=KB(x,y)-KA(x,y) …(1)
上述した第1の実施形態では、撮像素子206内の全ての画素303が2つのコンパレータを有し、それぞれのコンパレータに異なる参照信号を入力する場合について説明した。しかしながら、複数画素に1画素だけ2つのコンパレータを有する構成としてもよい。以下、2つのコンパレータを有する画素を「判定画素」と呼ぶ。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、撮像素子206内の全ての画素が1つのコンパレータを有するフォトンカウント型撮像素子において、同一の被写体を2度カウントする場合について説明する。なお、本第2の実施形態において、撮像装置の概略構成及び撮像素子206の全体構成は、図1及び図2を参照して第1の実施形態で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
上述した第2の実施形態では、撮像素子206内の全ての画素303が図7に示す構成を有し、参照電圧を切り替えて用いるものとして説明した。これに対し、本変形例では、異なる参照電圧を利用する別の構成について説明する。なお、本変形例における画素303は、図9(a)に示すものと同様の構成を有するが、コンパレータに参照電圧VthA及びVthBのいずれかを供給する。
Claims (15)
- フォトンの入射に応じて、出力電圧が変動する受光素子と、
前記出力電圧を互いに異なる複数の参照電圧とそれぞれ比較し、前記出力電圧が前記参照電圧を超えて戻る1回の変動につき、信号を1つ出力する比較手段と、
前記出力電圧と前記複数の参照電圧それぞれとの比較により前記比較手段から出力された信号の数を、参照電圧ごとにカウントして、カウント値を出力するカウント手段と
を有する複数の画素を含むことを特徴とする撮像素子。 - 前記比較手段は、
前記出力電圧を予め決められた第1の参照電圧と比較し、前記出力電圧が前記第1の参照電圧を超えて戻る1回の変動につき、信号を1つ出力する第1の比較手段と、
前記出力電圧を、前記第1の参照電圧と異なる予め決められた第2の参照電圧と比較し、前記出力電圧が前記第2の参照電圧を超えて戻る1回の変動につき、信号を1つ出力する第2の比較手段と、を有し、
前記カウント手段は、
前記第1の比較手段から出力された信号の数をカウントして、第1のカウント値を出力する第1のカウント手段と、
前記第2の比較手段から出力された信号の数をカウントして、第2のカウント値を出力する第2のカウント手段と
を有することを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 - 前記複数の参照電圧は、第1の参照電圧と、前記第1の参照電圧と異なる第2の参照電圧とを含み、
前記複数の画素はそれぞれ、前記第1の参照電圧および前記第2の参照電圧を切り替えて、前記比較手段に供給する切り替え手段を更に有し、
前記カウント手段は、前記出力電圧を前記第1の参照電圧と比較したときに前記比較手段から出力された信号の数をカウントして、第1のカウント値を出力すると共に、前記出力電圧を前記第2の参照電圧と比較したときに前記比較手段から出力された信号の数をカウントして、第2のカウント値を出力することを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 - 前記複数の画素は、前記撮像素子の全ての画素であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像素子。
- フォトンの入射に応じて、出力電圧が変動する受光素子をそれぞれ有する複数の第1の画素と複数の第2の画素とを含む画素アレイを有し、
前記第1の画素は、
第1の参照電圧を生成する第1の生成手段と、
前記出力電圧を前記第1の参照電圧と比較し、前記出力電圧が前記第1の参照電圧を超えて戻る1回の変動につき、信号を1つ出力する第1の比較手段と、
前記第1の比較手段から出力された信号の数をカウントして、第1のカウント値を出力する第1のカウント手段と、を含み、
前記第2の画素は、
前記第1の参照電圧と異なる第2の参照電圧を生成する第2の生成手段と、
前記出力電圧を前記第2の参照電圧と比較し、前記出力電圧が前記第2の参照電圧を超えて戻る1回の変動につき、信号を1つ出力する第2の比較手段と、
前記第2の比較手段から出力された信号の数をカウントして、第2のカウント値を出力する第2のカウント手段と、を含む
ことを特徴とする撮像素子。 - フォトンが入射していない場合の前記出力電圧と前記第1の参照電圧との差が、フォトンが入射していない場合の前記出力電圧と前記第2の参照電圧との差よりも小さいことを特徴とする請求項2、3、5のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記受光素子はガイガーモードで駆動されたアバランシェフォトダイオードであって、前記画素は更にクエンチ抵抗を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記参照電圧ごとに得られたカウント値の差が予め決められた閾値以上である画素を、飽和した画素と判定する判定手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像素子。
- 前記飽和した画素と判定された画素から、予め決められたカウント値を前記撮像素子の外部に出力することを特徴とする請求項8に記載の撮像素子。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像素子と、
信号処理手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から出力された前記参照電圧ごとに得られたカウント値の差が予め決められた閾値以上である画素を、飽和した画素と判定する判定手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 光量調節部材を有し、
前記飽和した画素と判定された画素の数が予め決められた数以上の場合に、前記光量調節部材により、前記受光素子に入射する光量を制限することを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。 - 請求項8または9に記載の撮像素子と、
光量調節部材を有し、
前記飽和した画素と判定された画素の数が予め決められた数以上の場合に、前記光量調節部材により、前記受光素子に入射する光量を制限することを特徴とする撮像装置。 - フォトンの入射に応じて出力電圧が変動する複数の受光素子から出力される信号の信号処理方法であって、
比較手段が、前記出力電圧を互いに異なる複数の参照電圧の少なくとも一つと比較し、前記出力電圧が前記参照電圧を超えて戻る1回の変動につき、信号を1つ出力する比較工程と、
カウント手段が、前記出力電圧と前記複数の参照電圧との比較により出力された信号の数を前記参照電圧ごとにカウントして、カウント値を出力するカウント工程と、
判定手段が、前記参照電圧ごとに得られたカウント値の差が予め決められた閾値以上である画素を、飽和した画素と判定する判定工程と
を有することを特徴とする信号処理方法。 - フォトンの入射に応じて出力電圧が変動する複数の受光素子と、前記出力電圧を互いに異なる複数の参照電圧の少なくとも一方と比較し、前記出力電圧が前記参照電圧を超えて戻る1回の変動につき、信号を1つ出力する比較手段と、前記出力電圧と前記複数の参照電圧との比較により出力された信号の数を、前記参照電圧ごとにカウントして、カウント値を出力するカウント手段と、を有する複数の画素を含む撮像素子から出力される信号の信号処理方法であって、
入力手段が、前記参照電圧ごとに得られたカウント値を入力する入力工程と、
判定手段が、前記参照電圧ごとに得られたカウント値の差が予め決められた閾値以上である画素を、飽和した画素と判定する判定工程と、
を有することを特徴とする信号処理方法。
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