據麥姆斯咨詢報道，近期，日本佳能（Canon）公開了多件采用單光子雪崩二極管（SPAD）像素的傳感器專利申請。顧名思義，單光子雪崩光電二極管和普通光電二極管之間的區別在于，單光子雪崩光電二極管可以捕捉并計算接收到的單個光子。

SPAD傳感器能夠探測最微弱的光，捕捉光子量級水平的能量，這無疑聽起來非常喜人，有望實現很多有意思的低光照攝影應用。SPAD傳感器還能夠探測與被攝體之間的距離信息作為成像數據，因此，SAPD傳感器在基于飛行時間（ToF）原理的激光雷達（LiDAR）等3D傳感領域也有巨大的應用潛力。目前，這些傳感器已經常見于高端智能手機，以幫助自動對焦，不過分辨率通常相當有限。

近日，佳能申請的一件日本專利獲得公開（JP2021013147A），這件專利申請討論了一種堆棧式雙核像素自動對焦（DPAF）SPAD傳感器。這意味著該技術并非用于3D傳感應用。

盡管SPAD傳感器能夠探測單個光子，但其每個像素都需要自己的存儲器或計數器，并且單個光子產生雪崩倍增效應需要高電壓，因此需要具有足夠絕緣能力的耐高壓結構。這些要求不可避免地導致了更大的像素，以及相當低效的傳感器設計。

因此，佳能提出了一種堆棧式傳感器設計，從而獲得更小的像素，同時還支持雙像素自動對焦。堆棧的下層為每個像素提供了一個比較器和一個計數器。盡管，通過專利還不清楚佳能的設計目標，不過，具有DPAF的SPAD傳感器加上暗光視覺能力，或將帶來很多有趣的應用。

佳能在這件專利的一個實施例中，討論了一種配備這類傳感器設計的數碼相機。盡管，這只是一個實施例，但結合DPAF技術，這項專利技術應該是為了捕捉某種圖像，而不是3D傳感應用。

佳能100萬像素時間門控SPAD圖像傳感器架構

據麥姆斯咨詢此前報道，佳能在2020年年中發布了世界上第一款具有信號放大像素的100萬像素SPAD圖像傳感器。這款傳感器由佳能和瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）聯合開發。該傳感器采用了全局快門，可以同時控制每個像素的曝光，并且曝光時間縮短至3.8納秒，從而實現清晰無失真的圖像捕捉。此外，該傳感器能夠支持高達每秒24000幀（FPS）1位輸出，從而能夠在極短的時間內實現快速運動的慢動作捕捉。

這款100萬像素SPAD傳感器還具有高達100皮秒的時間分辨率，使其能夠以超高精度探測光子到達像素的精確時間。利用該特性，這款SPAD傳感器能夠實現精確的飛行時間（ToF）距離測量。更重要的是，借助100萬像素的高分辨率和高速圖像捕捉，它還能夠在多個對象重疊的情況下，精確地進行3D距離測量，非常適用于自動駕駛汽車、擴展現實（xR——增強現實AR、混合現實MR、虛擬現實VR）等設備的3D環境感知應用。

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