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公開番号2025093424
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-24
出願番号2023209047
出願日2023-12-12
発明の名称固体撮像素子
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人IBC一番町弁理士法人
主分類H04N 25/707 20230101AFI20250617BHJP(電気通信技術)
要約【課題】空間分解能の低下を防止しつつ、固体撮像素子の開発における工数、および煩雑性の増加を抑制できる固体撮像素子を提供する。
【解決手段】固体撮像素子100は、複数の画素ブロック200を有する。各々の画素ブロック200は、撮像用の複数のSPAD画素210を有する。画素ブロック200の少なくとも1つのSPAD画素210は、当該SPAD画素210に入射した光の変化を検出する検出機能を有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
複数の画素ブロックを有する固体撮像素子であって、
各々の前記画素ブロックは、撮像用の複数のＳＰＡＤ画素を有し、
前記画素ブロックの少なくとも１つのＳＰＡＤ画素は、当該ＳＰＡＤ画素に入射した光の変化を検出する検出機能を有することを特徴とする固体撮像素子。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記少なくとも１つのＳＰＡＤ画素は、当該ＳＰＡＤ画素に入射したフォトンを計数する計数機能に加えて、前記画素ブロックに入射した光の変化を検出する検出機能も有する検出共用画素であり、
前記検出共用画素は、当該検出共用画素に入射したフォトンを計数するカウンタと、当該カウンタによって１フレーム前に計数されたフォトンのカウント値を保持するラッチとを有し、
前記検出機能は、前記１フレーム前におけるカウント値と、前記カウンタによって計数された現フレームにおけるカウント値とを比較して前記光の変化を検出する、請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記検出共用画素は、露光制御部を有し、当該露光制御部は、前記検出機能によって所定の光の変化を検出した場合、前記検出共用画素を有する画素ブロックの他のＳＰＡＤ画素の前記計数機能を有効にする、請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記画素ブロックの前記検出共用画素を除く各々のＳＰＡＤ画素は、ゲート部を有し、
前記露光制御部は、前記検出機能によって所定の光の変化を検出した場合、前記ゲート部を制御して、対応する前記各々のＳＰＡＤ画素の計数機能を有効にする、請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記検出機能は、前記画素ブロックの少なくとも２つのＳＰＡＤ画素で共有されている、請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記検出機能は、前記１フレーム前のカウント値に対して変動幅の上限値と下限値とを設定し、前記現フレームでのカウント値と、前記上限値および前記下限値とを比較して光の変化を検出する、請求項２または３に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記検出機能は、前記１フレーム前のカウント値と、前記現フレームでのカウント値と、をビット圧縮した値を用いて比較して光の変化を検出する、請求項２または３に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記計数機能が形成された第１のウェハと、
前記検出機能が形成され、前記第１のウェハ上に積層された第２のウェハと、を有する、請求項２または３に記載の固体撮像素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、単一光子アバランシェダイオード（Ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈｏｔｏｎａｖａｌａｎｃｈｅｄｉｏｄｅ：ＳＰＡＤ）を使用した固体撮像素子（イメージセンサ）が注目されている。ＳＰＡＤは、アバランシェフォトダイオード（以下、「ＡＰＤ」ともいう）において降伏電圧を超える逆バイアスが印加されたＰＮ接合に１つの光子（フォトン）が入射することにより、キャリアが大量に生じる雪崩増幅を利用する。ＳＰＡＤを使用した固体撮像素子は、行方向および列方向に配置された複数の画素の各々にＡＰＤを備える。ＳＰＡＤを使用した固体撮像素子は、これらのＡＰＤにおける雪崩増幅によるキャリアによって生成されたパルスを計数することにより撮像する。
【０００３】
このような構造の固体撮像素子として、例えば、下記特許文献１に示す固体撮像素子が知られている。この固体撮像素子は、複数の画素ブロックからなる画素アレイ部を有し、画素アレイ部の各々の画素ブロックは、検出画素および複数の計数画素を備える。検出画素は、入射する光の変化を検出し、計数画素は、入射したフォトンをＡＰＤによって計数する。より具体的には、検出画素は、フォトダイオード（ＰＤ）を備え、オンイベントおよびオフイベントを通知する。オンイベントは、入射光の変化量が上限値を上回った旨を示し、オフイベントは、入射光の変化量が下限値を下回った旨を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－９６３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の固体撮像素子においては、検出画素においてはフォトンの計数ができないため、撮像における空間分解能が低下するという問題がある。また、ＳＰＡＤとＰＤとは、デバイス構成、および駆動電圧が異なるため、固体撮像素子の開発において、それぞれに特化したデバイス開発、および回路開発が必要となる。したがって、固体撮像素子の開発における工数、および煩雑性が増加しうるという問題もある。
【０００６】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の主たる目的は、撮像における空間分解能の低下を防止しつつ、固体撮像素子の開発における工数、および煩雑性の増加を抑制できる固体撮像素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記によって達成される。
【０００８】
（１）複数の画素ブロックを有する固体撮像素子であって、各々の前記画素ブロックは、撮像用の複数のＳＰＡＤ画素を有し、前記画素ブロックの少なくとも１つのＳＰＡＤ画素は、当該ＳＰＡＤ画素に入射した光の変化を検出する検出機能を有することを特徴とする固体撮像素子。
【０００９】
（２）前記少なくとも１つのＳＰＡＤ画素は、当該ＳＰＡＤ画素に入射したフォトンを計数する計数機能に加えて、前記画素ブロックに入射した光の変化を検出する検出機能も有する検出共用画素であり、前記検出共用画素は、当該検出共用画素に入射したフォトンを計数するカウンタと、当該カウンタによって１フレーム前に計数されたフォトンのカウント値を保持するラッチとを有し、前記検出機能は、前記１フレーム前におけるカウント値と、前記カウンタによって計数された現フレームにおけるカウント値とを比較して前記光の変化を検出する、上記（１）に記載の固体撮像素子。
【００１０】
（３）前記検出共用画素は、露光制御部を有し、当該露光制御部は、前記検出機能によって所定の光の変化を検出した場合、前記検出共用画素を有する画素ブロックの他のＳＰＡＤ画素の前記計数機能を有効にする、上記（２）に記載の固体撮像素子。
（【００１１】以降は省略されています）

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