[发明专利]固体摄像装置以及固体摄像装置的驱动方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及，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。

背景技术

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。

发明内容