固体摄像装置以及固体摄像装置的驱动方法制造方法及图纸

具备将多个像素电路配置成矩阵状而被形成的像素阵列，各个像素电路(100)具有：光电转换元件(PD)，在偏置端子(Vapd)与第一节点(Npd)之间由光电转换来生成电荷，并且，按照经由偏置端子(Vapd)和第一节点(Npd)施加的偏置电压，使所述电荷倍增；传输电路(102)，按照第一控制信号(TG)，将第一节点(Npd)与第二节点(Nfd)电连接；复位电路(103)，按照第二控制信号(RST)，向第二节点(Nfd)施加复位电压(Vrst)；输出电路(104)，按照第三控制信号(SEL)，读出第二节点(Nfd)的电压；以及模拟存储器(105)，按照第四控制信号(MCT)，与第二节点(Nfd)电连接。

Solid state imaging device and driving method of solid-state camera device

A pixel array is formed by configuring a plurality of pixel circuits into a matrix form, and each pixel circuit (100) has: a photoelectric conversion element (PD), which generates charge by photoelectric conversion between the bias terminal (Vapd) and the first node (Npd), and makes the bias voltage applied by the bias terminal (Vapd) and the first node (Npd), so that the bias voltage is made by the bias terminal (Vapd) and the first node (Npd). The charge multiplication; transmission circuit (102), in accordance with the first control signal (TG), the first node (Npd) is electrically connected with the second node (Nfd); the reset circuit (103), according to the second control signal (RST), applies the reset voltage (Vrst) to the second node (Nfd); the output circuit (104), according to the third control signal (SEL), reads the second node (Nfd). The voltage and the analog memory (105) are electrically connected to the second node (Nfd) according to the fourth control signal (MCT).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体摄像装置以及固体摄像装置的驱动方法
本专利技术涉及，固体摄像装置，尤其涉及利用雪崩光电二极管等的电子倍增型光电转换元件的固体摄像装置。
技术介绍
近几年，提出了将包含雪崩光电二极管的像素电路配置为阵列状的固体摄像装置的方案。雪崩光电二极管，施加击穿电压以上的电压，从而能够对入射光子被光电转换而生成的电荷进行电子倍增，能够获得振幅大的输出信号。因此，适于光子数少的环境下的摄像。另一方面，在光子数多的环境下输出信号饱和，因此，存在的课题是，即使在多个光子入射的情况下，也不能获得输出信号的模拟灰度。作为解决所述课题的一个手段，提出了图15的多模式光检测器的方案(专利文献1)。图15的多模式光检测器具备：被施加电压Vb来驱动的雪崩光电二极管PD；由读出雪崩光电二极管PD的电压的第一源极跟随晶体管M92以及第一开关晶体管M93构成的第一输出电路910；以及由与第一源极跟随晶体管M92的一端连接的电容C、读出电容C的电压的第二源极跟随晶体管M94以及第二开关晶体管M95构成的第二输出电路920。简单地说明图15的多模式光检测器的工作的特征。[电荷储存模式]在电压Vb为雪崩光电二极管的击穿电压以下的情况下，雪崩光电二极管中生成与入射光子数成比例的电荷，输出信号Vx从由第一源极跟随晶体管M92以及第一开关晶体管M93构成的第一输出电路910输出。将该工作设为电荷积蓄模式。[光子计数模式]在电压Vb为雪崩光电二极管的击穿电压以上的情况下，雪崩光电二极管中生成入射光子数倍增的电荷，第一源极跟随晶体管M92成为导通状态。电容C预先积蓄的电荷经由源极跟随晶体管M92放电一定量。也就是说，按每个光检测事件，从电容C放电一定量的电荷，在一定期间后，输出信号Vtac从由第二源极跟随晶体管M94以及第二开关晶体管M95构成的第二输出电路920输出。将该工作设为光子计数模式。如上所述，通过组合电荷积蓄模式和光子计数模式，从而能够与广泛的入射光子数对应，进行广泛的环境下的摄像。并且，图中没有示出，但是，还举出专利文献1的第一源极跟随晶体管M92中以串联追加晶体管，从而对光子计数模式时的放电电荷进行控制的方法(专利文献2)。(现有技术文献)(专利文献)专利文献1：美国专利第8822900号说明书专利文献2：美国专利申请公开第2014/0124653号说明书然而，专利文献1的以往例，需要电荷积蓄模式的输出电路910和光子计数模式的输出电路920，因此，像素电路尺寸变大，像素数增加时成为课题。并且，在专利文献1、2的以往例的光子计数模式中，也存在构成晶体管数多，像素电路变大的课题。
技术实现思路
根据该专利技术的一个局面，固体摄像装置具备像素阵列，该像素阵列将多个像素电路配置成矩阵状而被形成，所述多个像素电路分别具有：光电转换元件，在偏置端子与第一节点之间由光电转换来生成电荷，并且，按照经由所述偏置端子和所述第一节点施加的偏置电压，使所述电荷倍增；传输电路，按照第一控制信号，将所述第一节点与第二节点电连接；复位电路，按照第二控制信号，向所述第二节点施加复位电压；输出电路，按照第三控制信号，读出所述第二节点的电压；以及模拟存储器，按照第四控制信号，与所述第二节点电连接。根据这样的结构，能够由电荷积蓄模式和光子计数模式，共享所述输出电路。据此，能够削减像素电路的结构元件数，能够实现像素电路面积削减以及像素数多的固体摄像装置的开发。并且，也可以是，根据该专利技术的其他的局面，所述固体摄像装置还具备控制电路，所述控制电路生成所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号、所述第四控制信号、以及向所述偏置端子施加的偏置端子电压，所述控制电路，在由所述光电转换元件使所述电荷倍增的驱动中，按每个光检测事件将由所述光电转换元件倍增的所述电荷，从所述模拟存储器经由所述传输电路补充到所述光电转换元件，所述输出电路，所述补充的前后各自所述模拟存储器积蓄着电荷应对所述第二节点电压读出。根据这样的结构，例如，将由雪崩光电二极管构成的所述光电转换元件生成的电荷，由预先积蓄的模拟存储器直接向所述光电转换元件补充。因此，与现有技术的周知的电路结构不同，不另外追加放电用的控制晶体管也能够控制微量的电荷量，能够实现像素电路面积以及像素数多的固体摄像装置的开发。反复进行所述工作，从而能够将光子的入射事件数转换为模拟存储器的电压来进行光子计数。并且，也可以在雪崩光电二极管的一端具备，以所希望的偏压能够钳位的二极管以及双极晶体管、电阻等的箝位电路。据此，在雪崩光电二极管进行电子倍增时，能够将雪崩光电二极管的一端的电压设定为所希望的偏压，能够控制光子计数时的模拟灰度。并且，通过位于雪崩光电二极管与模拟存储器之间的晶体管的驱动方法，能够进行两种光子计数模式驱动。也就是说，能够进行按照光子的入射事件进行光子计数的事件驱动型光子计数模式驱动、以及与按每一定期间活化的控制信号同步进行光子计数的脉冲控制型光子计数模式驱动。并且，具有多个模拟存储器，从而能够变更光子计数的动态范围，能够进行适于环境的摄像。并且，根据该专利技术的其他的局面，所述控制电路进行全局复位、全局曝光、滚动读出以及全局传输，在所述全局复位中，将被配置在多个行的多个像素电路的所述第一节点一并设定为初始电压，在所述全局复位后，在所述全局曝光中，在同一期间由所述多个像素电路的所述光电转换元件进行光电转换，在进行所述全局曝光的同时，在所述滚动读出中，按每个行读出与先前帧中由所述多个像素电路的所述模拟存储器积蓄的电荷对应的所述第二节点的电压，在所述滚动读出后，在所述全局传输中，将当前帧中由所述多个像素电路的所述第一节点积蓄的电荷一并传输到所述模拟存储器。根据这样的结构，将所述模拟存储器作为暂时的保持存储器来使用，从而能够进行全局电子快门摄像。并且，以多个行或全行一并进行，复位雪崩光电二极管的电压、进行曝光、将雪崩光电二极管生成的电荷传输到模拟存储器的一连串的工作，以当前帧按每一行读出先前帧中保持的模拟存储器的电压，从而看上去，能够删除读出时间，能够抑制帧率的降低。根据本专利技术的固体摄像装置，能够由电荷积蓄模式和光子计数模式，共享输出电路，从而能够削减像素电路的结构元件数，能够实现像素电路面积削减以及像素数多的固体摄像装置的开发。附图说明图1是示出实施例1涉及的像素电路的结构的一个例子的电路图。图2A是示出实施例1涉及的电荷积蓄模式驱动的一个例子的时序图。图2B是示出实施例1涉及的像素电路的电荷积蓄模式驱动的等效的电路的电路图。图3A是示出实施例1涉及的脉冲控制型光子计数模式驱动的一个例子的时序图。图3B是示出实施例1涉及的像素电路的脉冲控制型光子计数模式驱动的等效的电路的电路图。图4A是示出实施例1涉及的事件驱动型光子计数模式驱动的一个例子的时序图。图4B是示出实施例1涉及的事件驱动型光子计数模式驱动的应用例的时序图。图5是示出实施例1涉及的专门光子计数模式驱动的像素电路的结构的一个例子的电路图。图6是示出实施例1涉及的多模式驱动的一个例子的时序图。图7是示出实施例1涉及的适用于多模式驱动的信号处理电路的一个例子的电路图。图8A是示出实施例1涉及的光子数与信号的关系的一个例子的图表。图8B是示出实施例1涉及的光子数与信号的关系的一个例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体摄像装置，所述固体摄像装置具备像素阵列，该像素阵列将多个像素电路配置成矩阵状而被形成，所述多个像素电路分别具有：光电转换元件，在偏置端子与第一节点之间由光电转换来生成电荷，并且，按照经由所述偏置端子和所述第一节点施加的偏置电压，使所述电荷倍增；传输电路，按照第一控制信号，将所述第一节点与第二节点电连接；复位电路，按照第二控制信号，向所述第二节点施加复位电压；输出电路，按照第三控制信号，读出所述第二节点的电压；以及模拟存储器，按照第四控制信号，与所述第二节点电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.07 JP 2015-2389821.一种固体摄像装置，所述固体摄像装置具备像素阵列，该像素阵列将多个像素电路配置成矩阵状而被形成，所述多个像素电路分别具有：光电转换元件，在偏置端子与第一节点之间由光电转换来生成电荷，并且，按照经由所述偏置端子和所述第一节点施加的偏置电压，使所述电荷倍增；传输电路，按照第一控制信号，将所述第一节点与第二节点电连接；复位电路，按照第二控制信号，向所述第二节点施加复位电压；输出电路，按照第三控制信号，读出所述第二节点的电压；以及模拟存储器，按照第四控制信号，与所述第二节点电连接。2.如权利要求1所述的固体摄像装置，所述固体摄像装置还具备控制电路，所述控制电路生成所述第一控制信号、所述第二控制信号、所述第三控制信号、所述第四控制信号、以及向所述偏置端子施加的偏置端子电压，所述控制电路，在第一模式驱动中，将小于使所述电荷倍增的击穿电压的所述偏置电压施加到所述光电转换元件，将所述模拟存储器与所述第二节点的电连接切断，在第二模式驱动中，将所述击穿电压以上的偏置电压施加到所述光电转换元件，将所述模拟存储器与所述第二节点电连接。3.如权利要求2所述的固体摄像装置，所述输出电路，在所述第一模式驱动中，读出与所述第一节点所积蓄的电荷对应的所述第二节点的电压，在所述第二模式驱动中，读出与所述模拟存储器所积蓄的电荷对应的所述第二节点的电压。4.如权利要求2或3所述的固体摄像装置，所述控制电路，在所述第二模式驱动中，按每个光检测事件将由所述光电转换元件倍增的所述电荷，从所述模拟存储器经由所述传输电路补充到所述光电转换元件，在所述补充的前后，分别使所述输出电路读出与所述模拟存储器所积蓄的电荷对应的所述第二节点的电压。5.如权利要求2至4的任一项所述的固体摄像装置，所述控制电路，针对一个像素电路，连续进行所述第一模式驱动以及所述第二模式驱动，所述固体摄像装置还具备运算电路，所述运算电路，计算在所述第一模式驱动中从所述像素电路读出的所述第二节点的电压、与在所述第二模式驱动中从所述像素电路读出的所述第二节点的电压的负荷和。6.如权利要求1至5的任一项所述的固体摄像装置，所述控制电路进行全局复位、全局曝光、滚动读出以及全局传输，在所述全局复位中，将被配置在多个行的多个像素电路的所述第一节点一并设定为初始电压，在所述全局复位后，在所述全局曝光中，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：山平征二，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP