日本佳能公开了多件采用单光子雪崩二极管像素的传感器专利申请

据麦姆斯咨询报道，近期，日本佳能（Canon）公开了多件采用单光子雪崩二极管（SPAD）像素的传感器专利申请。顾名思义，单光子雪崩光电二极管和普通光电二极管之间的区别在于，单光子雪崩光电二极管可以捕捉并计算接收到的单个光子。

SPAD传感器能够探测最微弱的光，捕捉光子量级水平的能量，这无疑听起来非常喜人，有望实现很多有意思的低光照摄影应用。SPAD传感器还能够探测与被摄体之间的距离信息作为成像数据，因此，SAPD传感器在基于飞行时间（ToF）原理的激光雷达（LiDAR）等3D传感领域也有巨大的应用潜力。目前，这些传感器已经常见于高端智能手机，以帮助自动对焦，不过分辨率通常相当有限。

近日，佳能申请的一件日本专利获得公开（JP2021013147A），这件专利申请讨论了一种堆栈式双核像素自动对焦（DPAF）SPAD传感器。这意味着该技术并非用于3D传感应用。

尽管SPAD传感器能够探测单个光子，但其每个像素都需要自己的存储器或计数器，并且单个光子产生雪崩倍增效应需要高电压，因此需要具有足够绝缘能力的耐高压结构。这些要求不可避免地导致了更大的像素，以及相当低效的传感器设计。

因此，佳能提出了一种堆栈式传感器设计，从而获得更小的像素，同时还支持双像素自动对焦。堆栈的下层为每个像素提供了一个比较器和一个计数器。尽管，通过专利还不清楚佳能的设计目标，不过，具有DPAF的SPAD传感器加上暗光视觉能力，或将带来很多有趣的应用。

佳能在这件专利的一个实施例中，讨论了一种配备这类传感器设计的数码相机。尽管，这只是一个实施例，但结合DPAF技术，这项专利技术应该是为了捕捉某种图像，而不是3D传感应用。

佳能100万像素时间门控SPAD图像传感器架构

据麦姆斯咨询此前报道，佳能在2020年年中发布了世界上第一款具有信号放大像素的100万像素SPAD图像传感器。这款传感器由佳能和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）联合开发。该传感器采用了全局快门，可以同时控制每个像素的曝光，并且曝光时间缩短至3.8纳秒，从而实现清晰无失真的图像捕捉。此外，该传感器能够支持高达每秒24000帧（FPS）1位输出，从而能够在极短的时间内实现快速运动的慢动作捕捉。

这款100万像素SPAD传感器还具有高达100皮秒的时间分辨率，使其能够以超高精度探测光子到达像素的精确时间。利用该特性，这款SPAD传感器能够实现精确的飞行时间（ToF）距离测量。更重要的是，借助100万像素的高分辨率和高速图像捕捉，它还能够在多个对象重叠的情况下，精确地进行3D距离测量，非常适用于自动驾驶汽车、扩展现实（xR——增强现实AR、混合现实MR、虚拟现实VR）等设备的3D环境感知应用。

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