【手続補正書】
【提出日】令和3年3月11日(2021.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
各画素２０１が有する受光部３００が出力するパルス信号は、自身が有するＯＲ回路３０４ｎと、同じ列の１つ下の行の画素が有するＯＲ回路３０４ｎ（との間のスイッチ３０６）とに出力される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
次に、各受光部３００ｎ、３００ｎ―１から信号がどのようにアップダウンカウンタ回路５０１ｎに入力されるかを説明する。まず、制御部２０８によりスイッチ５０２ｎがオンされる。受光部３００ｎ―１からの信号ＰＬＳｎ―１は、スイッチ５０２ｎを介してアップダウンカウンタ回路５０１ｎの―端子に入力される。なお、信号ＰＬＳｎ―１は図示していないアップダウンカウンタ回路５０１ｎ―１の＋端子にも入力される。受光部３００ｎからの信号ＰＬＳｎはアップダウンカウンタ回路５０１ｎの＋端子に入力される。また、信号ＰＬＳｎは図示していないスイッチ５０２ｎ＋１を介してアップダウンカウンタ回路５０１ｎ＋１の―端子にも入力される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
時刻ｔ６０３以降、時刻ｔ６０４でＣＮＴ＿ＥＮがＬレベルになり撮影が終了するまで、受光部３００ｎ、３００ｎ―１にフォトンが入射するごとに、出力信号ＰＬＳｎ、ＰＬＳｎ―１にパルスが発生する。個々のパルスはアップダウンカウンタ回路５０１ｎに供給され、パルス数の差がカウントされる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
時刻ｔ９０５以降、時刻ｔ９０６でＣＮＴ＿ＥＮがＬレベルになり撮影が終了するまで、受光部３００ｎ―１、３００ｎ、３００ｎ＋１にフォトンが入射するごとに、出力信号ＰＬＳｎ―１、ＰＬＳ、ＰＬＳｎ＋１にパルスが発生する。出力信号ＰＬＳｎ―１およびＰＬＳｎ＋１のパルスは２個ごとに、出力信号ＰＬＳのパルスは１個ごとに論理和信号ＯＲｎに反映され、カウンタ回路３０５ｎでパルス数がカウントされる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
ここで、分周器８０１ｎによる重み付けを行った場合と行わない場合との違いについて述べる。重み付けを行った場合、時刻ｔ９０６におけるカウンタ回路３０５ｎのカウント値は図９に示すように７である。分周器８０１ｎによる重み付けを行わず、受光部３００ｎ―１および３００ｎ＋１の出力信号ＰＬＳｎ―１およびＰＬＳｎ＋１をそのままＯＲ回路８０２ｎに入力したとすると、時刻ｔ９０６におけるカウント値は１０となる。いずれの場合も受光部３００ｎの出力信号ＰＬＳには重み付けが行われず、時刻ｔ９０１からｔ９０６の間で出力信号ＰＬＳｎに発生した４つのパルスはそのままＯＲ回路８０２ｎに入力される。図９の例では、３つの受光部３００ｎ―１、３００ｎ、３００ｎ＋１にフォトンが同時に入射していない。したがって、カウント値のうち、受光部３００ｎの出力信号ＰＬＳｎのパルスに起因するカウント値は４である。つまり、カウント値に占める受光部３００ｎの出力信号ＰＬＳｎの割合は、重み付けを行った場合には４／７、重み付けを行わない場合には４／１０となる。受光部３００ｎ―１および３００ｎ＋１の出力信号ＰＬＳｎ―１およびＰＬＳｎ＋１に、受光部３００ｎの出力信号ＰＬＳｎより低い重みを付与することにより、重み付けを行った場合にはカウント値に占める出力信号ＰＬＳｎの割合を高めることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
次に、図１０に示した画素１０００ｎのフォトンのカウント動作について説明する。図１１は、画素１０００ｎのフォトンのカウント動作の一例を示すタイミングチャートである。なお、図１１では、制御部２０８から供給される、スイッチ１００１ｎ、１００２ｎのオン、オフを制御する信号をそれぞれＥＮ＿Ｕ、ＥＮ＿Ｄとする。ＣＮＴ＿ＲＳＴとＣＮＴ＿ＥＮは第１または第２の実施形態と同様の信号であり、制御部２０８から供給される。本実施形態では、ＣＮＴ＿ＲＳＴがＨレベルとなるとアップダウンカウンタ回路５０１ｎのカウント値が所定のオフセット値（＞０）にリセットされ、ＣＮＴ＿ＥＮがＨレベルの期間のみ、カウンタ回路３０５ｎは入力パルスを計数する。すなわち、ＣＮＴ＿ＥＮは露光時間を制御する信号である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
時刻ｔ１１０１ではまた、ＥＮ＿ＵをＨレベル（ＥＮ＿ＤはＬレベルのまま）とし、スイッチ１００１ｎをオン、スイッチ１００２ｎをオフにする。これにより、受光部３００ｎの出力信号ＰＬＳｎは、アップダウンカウンタ回路５０１ｎの＋端子だけに入力される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
時刻ｔ１１０３でＥＮ＿ＵをＬレベルにしてスイッチ１００１ｎをオフする。これにより、受光部３００ｎの出力信号ＰＬＳｎがアップダウンカウンタ回路５０１ｎの＋端子に入力されなくなる。この時点では、ＥＮ＿ＤもＬレベルであるため、受光部３００ｎの出力信号ＰＬＳｎはアップダウンカウンタ回路５０１ｎの―端子にも入力されない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
時刻ｔ１１０４において、ＥＮ＿ＤをＨレベルにし、スイッチ１００２ｎをオンにする。これにより、受光部３００ｎの出力信号ＰＬＳｎがアップダウンカウンタ回路５０１ｎの―端子だけに入力されるようになる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９６】
時刻ｔ１１０６でＥＮ＿ＤをＬレベルにするとスイッチ１００２ｎがオフされ、受光部３００ｎからの出力信号ＰＬＳｎがアップダウンカウンタ回路５０１ｎの―端子に入力されなくなる。また、ＣＮＴ＿ＥＮをＬレベルとして、撮像を終了する。時刻ｔ１１０６で撮影が終了した後、画素１０００ｎのアップダウンカウンタ回路５０１ｎのカウント値は、垂直選択回路２０２および水平選択回路２０５の制御によりデジタル出力部２０６に出力され、そして撮像素子１０１の外部に出力される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
このように、２つの撮像期間におけるパルス数の差をカウントするように構成したので、時間方向にフィルタを適用した画像信号を取得することができる。例えば、第１の撮像期間Ｔ１と第２の撮像期間Ｔ２を動画撮影中の連続するフレームの撮影期間とした場合、フレーム間で変化のない領域では画素値に変化がないため、第２の撮像期間Ｔ２の終了時点におけるカウント値は初期値（オフセット値）となる。一方、フレーム間で変化があった領域については第２の撮像期間Ｔ２の終了時点におけるカウント値がオフセット値とは異なる値となる。つまり、ある画素のカウント値がオフセット値であるか否かにより、その画素における被写体の変化（例えば動き）の有無を検出することができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る撮像素子１０１の画素アレイ２００に含まれる画素１２００を含む画素回路の構成を説明する。先の実施形態で説明した構成については同様の参照番号を付してある。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
Ｖｃｏｍｐ（Ａ）が電圧Ｖｄｉｓである期間は、フォトダイオード３０１の電圧ＶＡＰＤ（Ａ）の値によらず比較回路１２０１ｎ―１の出力はＬレベルである。すなわちＶｃｏｍｐ（Ａ）が電圧Ｖｄｉｓである期間はパルスが出力されない。ここで、周期ｔ［ｓ］中、閾値電圧ＶｒｅｆとなるＤｕｔｙ比は５０％以下である。より一般的には、１つのＯＲ回路１２１０に入力される画素１２００の数をＮ（Ｎは２以上の整数）とすると、Ｖｃｏｍｐ（Ａ）が閾値電圧ＶｒｅｆとなるＤｕｔｙ比は１／Ｎ以下とする。また、フォトダイオード３０１にフォトンが入射した際に電圧ＶＡＰＤに発生するパルス状の電圧変化が閾値電圧Ｖｒｅｆを下回る期間より周期ｔ［ｓ］を短い値に設定することで、フォトンの入射を取りこぼしなく検出することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
デマルチプレクサ制御回路１２２２は第１基板１０１Ａの画素制御回路１２２１から制御信号ＳＤＥＭＵＸを受信する。そして、デマルチプレクサ制御回路１２２２は、第２基板１０１Ｂに設けられている複数の信号処理回路１２２０が有するデマルチプレクサ１２２４に対し、制御信号ＳＤＥＭＵＸを供給する。これにより個々の信号処理回路１２２０に含まれるデマルチプレクサ１２２４は、ＯＲ回路１２１０の出力信号Ｖａｄｄに含まれる、複数の画素１２００由来のパルスを、画素ごとのパルスに分離する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
信号処理回路１２２０の構成は第５の実施形態の図１４（ａ）で説明した通りでよく、信号処理回路１２２０の出力信号Ｖａｄｄはデマルチプレクサ１２２４に入力される。デマルチプレクサ１２２４はデマルチプレクサ制御回路１２２２が出力する制御信号ＳＤＥＭＵＸにより制御されるが、本実施形態では出力信号Ｖａｄｄの多重分離を行わず、そのままパルスカウンタ１２２３ａまたは１２２３ｂの一方に入力する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２３】
これによりパルスカウンタ１２２３はＶａｄｄに含まれる全てのパルスをカウントするため、加重加算された画素値がカウント値として得られる。なお、デマルチプレクサ制御回路１２２２は制御信号ＳＤＥＭＵＸを通して、デマルチプレクサ１２２４を動作させるモードと、動作をさせないモード（加算モード）を切り替えてもよい。常に加算を行う場合にはデマルチプレクサ１２２４やデマルチプレクサ制御回路１２２２を省略してもよい。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３０】
ＯＲ回路１２１０ａｂからは、マイクロレンズ１３ａｂを共有する画素１２００ａ，１２００ｂの出力信号の論理和信号が、撮像信号Ｖｏｕｔ（Ａ＋Ｂ）として出力される。また、ＯＲ回路１２１０ｃｄからは、マイクロレンズ１３ｃｄを共有する画素１２００ｃ，１２００ｄの出力信号の論理和信号が、撮像信号Ｖｏｕｔ（Ｃ＋Ｄ）として出力される。