CN112585953A - 固体摄像元件、摄像系统、固体摄像元件的驱动方法及光检测器 - Google Patents

固体摄像元件、摄像系统、固体摄像元件的驱动方法及光检测器 Download PDF

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Abstract

目的是提供一种能够进行光子检测并且电路规模更小的固体摄像元件。固体摄像元件具有：像素阵列，具有多个像素单元；像素驱动电路，驱动上述多个像素单元；读出电路；以及多个读出用布线，与上述像素单元的各列对应。上述多个像素单元分别具有：雪崩光电二极管，当1个光子入射时发生雪崩倍增，从而进行光子的检测；以及传输晶体管，将光子的检测结果传输到对应的上述读出用布线。上述读出电路判定是否检测到光子，并输出判定结果。

Description

固体摄像元件、摄像系统、固体摄像元件的驱动方法及光检 测器
技术领域
本发明涉及固体摄像元件，特别涉及具有通过1个光子发生雪崩倍增的元件的固体摄像元件。
背景技术
近年来，提出了将包括雪崩光电二极管(以下称作APD)的像素单元以阵列状配置、并具有能够进行光子计数动作的像素的固体摄像元件。在专利文献1及2中记载了这样的固体摄像元件的例子。
例如在专利文献1的摄像元件中，配置在各像素单元中的APD将通过光电变换产生的电荷增倍，通过配置在各像素单元内的判定电路判定是否有光子，将其结果向该像素单元内的存储器存储或相加。在相加的情况下，反复多次进行这样的检测、判定、相加的一系列的动作。储存在各像素单元的存储器中的信息作为1帧的图像被输出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－239668号公报
专利文献2：国际公开第2016/042734号
发明内容
发明要解决的课题
但是，这样的固体摄像元件由于各像素单元的电路规模比较大，所以难以使像素单元的尺寸微细化。此外，由于需要等待多个光子的入射，所以图像的读出所需要的时间比较长。进而，为了将与入射的光子的数量对应的电压数字化，需要AD变换器。
本发明的目的是提供一种能够进行光子的检测、并且能够使像素单元的尺寸微细化的固体摄像元件。
用来解决课题的手段
本发明的固体摄像元件具备：像素阵列，具有多个像素单元；像素驱动电路，驱动上述多个像素单元；读出电路，进行从上述多个像素单元的读出，输出由与上述多个像素单元对应的像素构成的图像；以及多个读出用布线，与上述像素单元的各列对应地设置，连接上述像素单元与上述读出电路。上述多个像素单元分别具有：雪崩光电二极管，当1个光子入射时发生雪崩倍增，从而进行光子的检测；以及传输晶体管，将由上述雪崩光电二极管得到的光子的检测结果传输到对应的上述读出用布线。上述读出电路针对上述像素阵列的上述多个像素单元的每一个，基于与该像素单元分别对应的上述读出用布线的电压，判定是否检测到光子，并将判定结果作为与该像素单元对应的像素的值来输出。
由此，在像素单元中，由于不需要进行是否检测到光子的判定及判定结果的保持，所以像素单元的电路规模较小，能够使像素单元更微细化。由于不需要等待多个光子的入射，所以能够使图像的读出所需要的时间更短。由于针对各像素单元输出是否检测到光子，所以不需要用于数字化的AD变换器。
发明效果
根据本发明，由于能够高速地输出图像，所以能够将图像与到该被摄体的距离建立对应。
附图说明
图1是表示有关本实施方式的固体摄像元件的结构例的框图。
图2是图1的像素驱动电路、像素阵列及读出电路的更具体的电路图。
图3是表示图2的雪崩光电二极管的构造的例子的剖视图。
图4是表示图2的读出电路可以具有的输出电路的例子的电路图。
图5是表示图2的读出电路可以具有的输出电路的另一例的电路图。
图6是表示有关本实施方式的摄像系统的结构例的框图。
图7是表示图6的固体摄像元件的信号的例子的时间图。
图8是表示典型的固体摄像元件的信号的例子的时间图。
图9(a)是表示有关本实施方式的固体摄像元件的处理的例子的流程图。图9(b)是表示典型的固体摄像元件的处理的例子的流程图。
图10是表示有关本实施方式的摄像系统的另一例的框图。
图11是表示图1的固体摄像元件的另一结构例的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。在附图中由相同的标号表示的构成要素是相同或类似的构成要素。以下说明的实施方式的各特征只要不矛盾，就能够组合。
图1是表示有关本实施方式的固体摄像元件的结构例的框图。图1的固体摄像元件100具有偏压生成部12、定时发生器14、像素驱动电路20、像素阵列30和读出电路60。像素阵列30具有例如被配置为矩阵状的多个像素单元40。像素驱动电路20具有垂直扫描部22和分别与像素单元40的相互不同的行对应的复用器26A、26B、…、26Z，驱动多个像素单元40。读出电路60进行从多个像素单元40的读出。
偏压生成部12对于固体摄像元件100的各电路供给需要的电压。定时发生器14生成时钟信号并向固体摄像元件100的各电路供给。定时发生器14也生成像素单元40的控制所需要的信号，经由复用器26A、26B、…、26Z向各像素单元40供给。垂直扫描部22生成像素单元40的以行单元的控制所需要的信号，经由复用器26A、26B、…、26Z向各像素单元40供给。
图2是图1的像素驱动电路20、像素阵列30及读出电路60的更具体的电路图。固体摄像元件100具有与像素单元40的各列对应地设置的、连接像素单元40与读出电路60的多个读出用布线32、以及负载电路34。负载电路34具有与读出用布线32分别连接的多个负载晶体管35。各像素单元40具有雪崩光电二极管(APD)41、浮动扩散器(FD)42、像素复位晶体管43、传输晶体管44、放大晶体管45和选择晶体管46。对于APD41的阳极施加基板电压VSUB。基板电压VSUB例如是－20V。
APD41如果1个光子入射则发生雪崩倍增(雪崩击穿)，将电荷向APD41的阴极聚集直到淬灭(quenching)。即，APD41通过进行光电变换，进行入射的光子的检测。若更详细地说明，则如果在对APD41的阳极施加了较大的负偏压VSUB的状态下1个光子入射，则通过光电变换而发生雪崩倍增现象，APD41将达到饱和电荷量的电荷向自己的阴极集中。此时，APD41以盖革(Geiger)模式动作。
图3是表示图2的雪崩光电二极管41的构造的例子的剖视图。在图3中，在传输晶体管44的栅极长方向上被切断的面中表示了APD41和与其相邻的传输晶体管44的示意性的剖视图。
在基板51的背面的保护膜52上，形成有滤光器53及聚光透镜54。基板的背面附近区域55被掺杂为p型，表面区域56被掺杂为n型，由这两个区域形成pn结。当通过从背面入射的光子产生的电子在由该pn结带来的较高的电场区域中行驶时，通过雪崩扩大，到达n型的表面区域的电子数飞跃性地倍增(典型的是被倍增为10000个电子)。传输晶体管44按照该栅极59的电压，将这些电子向浮动扩散器(电容)58传输。各像素单元40被分离部57相互电分离。这样，通过将APD41配置在背面照射型图像传感器的光电变换部，能够增大受光区域的面积。
回到图2的说明。传输晶体管44连接在APD41的阴极与FD42之间。传输晶体管44如果被垂直扫描部22选择则导通，将APD41的电荷向FD42传输。FD42积蓄从APD41传输的电荷。复位晶体管43连接在APD41与电压VDD的电源之间，将APD41及FD42的电位复位。
放大晶体管45的栅极及源极分别连接于FD42及选择晶体管46的漏极。对于放大晶体管45的漏极，例如施加电源电压VDD。电源电压VDD例如是3V。选择晶体管46的源极与读出用布线32连接。读出用布线32是属于同一列的多个像素单元40共用的信号线。放大晶体管45根据FD42的电位而将电流向读出用布线32输出。在传输晶体管44、复位晶体管43及选择晶体管46的栅极，分别被输入传输送号TN、复位信号RT及来自垂直扫描部22的选择信号。
即，传输晶体管44将由APD41得到的光子的检测结果经由放大晶体管45及选择晶体管46向对应的读出用布线32传输。读出用布线32的电压根据光子的检测结果而变化。在读出用布线32上连接着负载晶体管35，负载晶体管35经由读出用布线32和放大晶体管45构成源极跟随器。
读出电路60具有列放大器阵列64、水平传输电路66和计数器67。列放大器阵列64按每个读出用布线32具有列放大器70和预充电电路76。列放大器70具有逆变器71、72和晶体管73、74。预充电电路76具有预充电晶体管。
预充电电路76将对应的读出用布线32预充电为预充电电压。列放大器70具有由逆变器71、72形成的双稳电路，使对应的读出用布线32的电压变化为逻辑性的高电压或低电压并保持。即，读出电路60的列放大器70对于像素阵列30的多个像素单元40的每一个，基于与各个像素单元40对应的读出用布线32的电压，判定是否检测到光子，使读出用布线32的电压变化为逻辑性的高电压及低电压中的与判定结果对应的电压并保持。
水平传输电路66将读出用布线32的电压按照时钟CLK依次传输，作为表示是否检测到光子的判定结果PXV输出。计数器67每当读出帧就被复位，按照时钟CLK使计数值CNT增加并输出。计数值CNT与表示像素阵列30内的像素单元40的位置的地址对应。即，读出电路60对于各像素单元40，将表示是否检测到光子和该像素单元40的位置的地址依次输出。固体摄像元件100一边变更垂直扫描部22选择的像素单元40的行，一边反复进行以上的动作。
在典型的CMOS(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器中，为了输出模拟值，需要将读出用布线的电压保持线性而放大，需要使用高精度且高增益的模拟放大电路。相对于此，由于固体摄像元件100输出与针对各像素单元40是否检测到光子对应的检测结果，所以列放大器70可以是使用逆变器71、72的非线性的电路。通过使用这样的列放大器70，能够将来自各像素单元的信号复更高速地读出。
固体摄像元件100具有与典型的CMOS图像传感器类似的结构。固体摄像元件100的像素单元40不具有判定是否检测到光子的电路、保持判定结果的电路、以及将光子数计数及保持的电路。因而，像素单元40的电路规模变得与典型的CMOS传感器大致相同。因此，能够实现像素单元的微细化，并且能够将功耗也抑制得较低。由于不需要等待多个光子的入射，所以信号读出动作所需要的时间较短，能够使作为固体摄像元件100整体的读出动作高速化。
图4是表示图2的读出电路60可以具有的输出电路的例子的电路图。读出电路60也可以还具有图4的输出电路。图4的输出电路具有AND电路61。AND电路61仅在水平传输电路66的输出PXV表示光子的检测的情况下，将计数器67的计数值CNT原样作为计数值CNT2输出。即，读出电路60仅针对被判定为检测到光子的像素单元40，将表示该像素单元40的位置的地址作为计数值CNT2来输出。
另外，AND电路61也可以仅在水平传输电路66的输出PXV不表示光子的检出的情况下，将计数器67的计数值CNT原样作为计数值CNT2输出。在此情况下，读出电路60仅针对被判定为没有检测到光子的像素单元40，将表示该像素单元40的位置的地址作为计数值CNT2输出。
图5是表示图2的读出电路60可以具有的输出电路的另一例的电路图。读出电路60也可以还具有图5的输出电路。图5的输出电路具有AND电路61、D触发器(DFF)68和排他逻辑和(XOR)电路69。DFF68使水平传输电路66的输出延迟1个时钟而输出。XOR电路69将水平传输电路66的输出和DFF68的排他逻辑和XPV进行输出。AND电路61仅在排他逻辑和XPV是“1”的情况下、即水平传输电路66的输出PXV变化了的情况下，将计数器67的计数值CNT原样作为计数值CNT3输出。即，仅在针对1个像素单元的光子的检测结果与针对其相邻的像素单元的光子的检测结果不同的情况下，读出电路60将表示与此时的水平传输电路66的输出对应的该1个像素单元40的位置的地址作为计数值CNT3输出。
通过读出电路60具有图4或5的输出电路，不需要从全像素单元向固体摄像元件100之外读出数据，所以能够削减读出电路60输出的数据量。因此，能够削减从固体摄像元件100的数据读出所需要的时间。
对使用固体摄像元件100的摄像系统的例子进行说明。图6是表示有关本实施方式的摄像系统的结构例的框图。图6的摄像系统1000具有摄像装置(相机)110、光投射装置120、控制器132和显示器134。摄像装置110具有固体摄像元件100、受光光学系统112和信号处理部116。固体摄像元件100配置于受光光学系统112的像面。光投射装置120具有投射光学系统122和光源124。
控制器132向固体摄像元件100及光源124输出定时调整信号。光投射装置120的光源124按照定时调整信号，以规定的周期以脉冲状发光，将光向被摄体152及154投射。各自的脉冲光被被摄体152及154反射。被反射的光经由受光光学系统112向固体摄像元件100入射。
包含在光中的光子在与到被摄体的距离对应的传播时间后向固体摄像元件100飞来。例如，被位于距摄像系统为距离L1的地点的被摄体152反射的光子在从发光起时间2×L1/c后向固体摄像元件100飞来。被位于距摄像系统为距离L2的地点的被摄体154反射的光子在从发光起时间2×L2/c后向固体摄像元件100飞来。其中，c是光速。因而，通过从光投射装置120发光起例如时间2×L1/c后检测到光子，能够知道到被摄体152的距离。为此，在本摄像系统中，通过来自控制器132的定时调整信号TC，调整光投射装置120中的发光和固体摄像元件100中的受光的定时。
图7是表示图6的固体摄像元件100的信号的例子的时间图。在固体摄像元件100中，各帧与1个曝光期间对应。固体摄像元件100将输出的图像的帧数例如从摄像开始时计数，作为帧编号输出。在摄像系统1000中，预先设定被输出的多个帧各自的帧编号与从光脉冲的输出起到固体摄像元件的曝光期间为止的时间的关系。从光脉冲的输出起到固体摄像元件的曝光期间为止的时间在图7中被表示为光子飞行时间TF1、TF2及TF3。这里，更具体地讲，预先设定了帧编号与光源的发光开始时刻、曝光开始时刻及曝光结束时刻的关系。
光子飞行时间TF1例如是从发光开始时刻TL1到曝光结束时刻EE1为止的时间。但是，光子飞行时间TF1也可以是从发光开始时刻TL1到曝光开始时刻ES1为止的时间，也可以是从发光开始时刻TL1到曝光开始时刻ES1与曝光结束时刻EE1的中间的时刻为止的时间。关于其他的光子飞行时间也是同样的。
摄像系统1000在摄像开始前的初始化期间(未图示)中测量摄像场景的平均性的亮度。控制器132基于该测量的结果，通过光控制信号LC控制光源124的每个光脉冲的产生光子数，将在各帧的曝光期间内向固体摄像元件100的各像素单元40入射的光子数的平均例如设为1个。通过这样设定，在各帧中的各像素单元40中，虽然存在光子飞来的偏差(散粒噪声)，但至多发生由1个光子的检测引起的雪崩倍增。由偏差引起的雪崩倍增所带来的脉冲及在APD41内产生的伪脉冲(暗计数)被后段的信号处理部116除去。
在发光开始时刻TL1，光源124发光。发光的期间的长度例如是10ns。在某个像素单元40中，如果基于复位信号RT的复位晶体管43的复位动作结束，则开始曝光期间。仅在与各帧对应的曝光期间中，对全部的像素单元40的APD41的阳极施加负偏压VSUB。
与第1帧对应的曝光期间是从曝光开始时刻ES1到曝光结束时刻EE1为止的期间。在该期间中光子向像素单元40入射。在曝光结束时刻EE1，传输晶体管44导通，如参照图2说明那样，光子的检测结果被从固体摄像元件100输出。在输出期间DT1中，针对全部的像素单元40的光子的检测结果作为第1帧的图像依次被输出。
在发光开始时刻TL2，光源124发光。在某个像素单元40中，如果基于复位信号RT的复位晶体管43的复位动作结束，则开始曝光期间。与第2帧对应的曝光期间是从曝光开始时刻ES2到曝光结束时刻EE2为止的期间。在该期间中光子不入射到像素单元40。在曝光结束时刻EE2，传输晶体管44导通，如参照图2说明那样，光子的检测结果被从固体摄像元件100输出。在输出期间DT2中，针对全部的像素单元40的光子的检测结果作为第2帧的图像依次被输出。然后也反复进行同样的动作。
如上述那样，从光脉冲的输出起到固体摄像元件的曝光期间为止的时间(即，光子飞行时间)与帧编号对应。光子飞行时间的长度是按每个帧预先设定的，可以按每个帧依次变更。根据光子飞行时间TF1等的设定，能够变更从摄像系统到能够拍摄的被摄体的距离。
信号处理部116将从固体摄像元件100输出的图像向显示器134输出。显示器134显示被输入的图像。信号处理部116也可以将从固体摄像元件100输出的多个帧的图像合成并输出。信号处理部116例如也可以将与不同的光子飞行时间对应的帧的图像合成为一张图像。此时，也可以将图像的颜色设为按每个光子飞行时间而不同的颜色。此外，信号处理部116也可以对与相同的光子飞行时间对应的多个帧的图像例如进行平均化处理，实现噪声的降低。
图8是表示典型的固体摄像元件的信号的例子的时间图。在上述的典型的固体摄像元件中，每当光子入射，就将表示光子入射了的信息向像素单元内的电路积蓄。每当接受到多个光子就进行读出。即，读出的间隔较长，不能知道各光子的飞来的定时。
图9(a)是表示有关本实施方式的固体摄像元件中的处理的例子的流程图。在初始化后，在块B12中，固体摄像元件100在1帧期间内接受单一的脉冲光。如上述那样，脉冲光是向各像素单元40入射的光子的数量的平均例如为1个的光。在块B14中，固体摄像元件100将受光信息作为1帧量的图像数据向固体摄像元件100的外部输出。在块B18中，将图像数据根据需要向外部的存储器保存，用于像素的值的判定等处理。在块B16中，进行初始化处理，以后反复进行同样的动作。通过做成这样的结构，固体摄像元件100按每个单一脉冲进行帧读出，所以帧的间隔不受在外部进行的判定等的处理速度的影响，读出是高速的。
图9(b)是表示典型的固体摄像元件中的处理的例子的流程图。在初始化后，固体摄像元件在块B82中接受多个脉冲光。固体摄像元件的像素单元内的电路在块B84中将基于该脉冲光的光子数计数，基于在块B86中计数数是否达到了阈值而判定像素的值，在块B88中将判定结果向像素内的存储器保存。然后，在块B90中，固体摄像元件将受光信息作为1帧量的图像数据向固体摄像元件的外部输出。在块B92中进行初始化处理，然后反复进行同样的动作。根据典型的固体摄像元件，基于多个光子，在像素单元内进行计数及像素的值的判定。因此，如参照图8说明那样，读出的间隔比较长。
对使用固体摄像元件100的其他系统的例子进行说明。图10是表示有关本实施方式的摄像系统的另一例的框图。图10的摄像系统2000是进行细胞荧光的检测的系统，基本上与图6的摄像系统1000同样地构成，所以关于同样的点省略说明。
控制器132向固体摄像元件100及光源124输出定时调整信号。光投射装置120的光源124按照定时调整信号以规定周期以脉冲状发光，将光向作为被摄体的细胞检体156投射。在各个脉冲光被细胞检体156内的光吸收基质吸收后，在经过光吸收基质所固有的特定的时间(寿命时间)后，光吸收基质产生荧光脉冲。该荧光脉冲经由受光光学系统112向固体摄像元件100入射。
荧光脉冲中包含的光子延迟寿命时间而向固体摄像元件100飞来。因而，通过测量该寿命时间，能够确定细胞检体156中包含的光吸收基质的种类。因此，在本细胞荧光检测系统中，通过来自控制器132的定时调整信号TC，调整光投射装置120中的发光和固体摄像元件100中的受光的定时。
在摄像系统2000中，在代替光子飞行时间而求出与光吸收基质的寿命时间对应的图像这一点上与摄像系统1000不同。从光脉冲的输出到固体摄像元件的曝光期间为止的时间(即，光吸收基质的寿命时间)与帧编号对应。寿命时间的长度是按每个帧预先设定的，可以按每个帧依次变更。可以根据寿命时间的设定，变更能够从摄像系统拍摄的光吸收基质的寿命时间。
信号处理部116将从固体摄像元件100输出的图像向显示器134输出。显示器134显示被输入的图像。信号处理部116也可以将从固体摄像元件100输出的多个帧的图像合成并输出。信号处理部116例如也可以将与不同的寿命时间对应的帧的图像合成为一张图像。此时，也可以将图像的颜色设为按每个寿命时间而不同的颜色。此外，信号处理部116也可以对与相同的寿命时间对应的多个帧的图像例如进行平均化处理，来实现噪声的降低。
图11是表示图1的固体摄像元件100的另一结构例的电路图。图11的固体摄像元件200除了代替像素阵列30及读出电路60而具有像素阵列230及读出电路260、不具有负载电路34以外，与固体摄像元件100同样地构成。像素阵列230具有例如被配置为矩阵状的多个像素单元240。读出电路260除了读出电路60以外还具有图5的电路。各像素单元240具有雪崩光电二极管(APD)41和传输晶体管44。
APD41将通过光子的入射而生成的电子－空穴对通过偏压电场倍增为足够进行光子的检测的数量(典型的是100000个)。传输晶体管44连接在APD41的阴极与读出用布线32之间。传输晶体管44如果被垂直扫描部22选择则成为导通，将APD41的电荷传输到读出用布线32。由于APD41输出足够进行光子的检测的量的电荷，所以传输晶体管44将APD41的电荷直接传输到读出用布线32。关于其他的点，与参照图2及图5说明的固体摄像元件100是同样的，所以省略说明。
由于固体摄像元件200将APD41的电荷直接传输到读出用布线32，所以不需要放大晶体管45。此外，由于APD41的复位通过预充电电路76进行，所以也不需要复位晶体管43。因而，根据固体摄像元件200，能够使像素单元240更微细化，还能够降低功耗。
另外，固体摄像元件200也可以不具有AND电路61、DFF68及XOR电路69。此外，固体摄像元件200也可以代替AND电路61、DFF68及XOR电路69而具有图4的电路。
另外，固体摄像元件200也可以代替像素阵列而具有具备单一的像素单元的光检测器。
具体而言，也可以是一种光检测器，具备：像素单元；像素驱动电路，驱动像素单元；读出电路，进行从像素单元的输出的读出；以及读出用布线，连接像素单元与上述读出电路；像素单元具有：雪崩光电二极管，当1个光子入射时发生雪崩倍增，从而进行光子的检测；以及传输晶体管，将由雪崩光电二极管得到的光子的检测结果传输到对应的上述读出用布线；读出电路针对上述像素单元，基于与该像素单元对应的上述读出用布线的电压，判定是否检测到光子，并将判定结果作为与该像素单元对应的像素的值来输出。
本说明书的各功能块典型地可以由硬件实现。作为替代，各功能块的一部分或全部可以由软件实现。例如，这样的功能块也可以由处理器及在处理器上执行的程序实现。换言之，在本说明书中说明的各功能块既可以由硬件实现，也可以由软件实现，也可以由硬件与软件的任意的组合实现。
以上的实施方式在本质上是优选的例示，并不是要对于本发明限制其应用物或其用途的范围。
产业上的可利用性
如以上说明，本发明对于固体摄像元件及摄像系统等是有用的。
标号说明
20 像素驱动电路
30、230 像素阵列
32 读出用布线
40、240 像素单元
41 雪崩光电二极管
44 传输晶体管
60、260 读出电路
70 列放大器
76 预充电电路
100、200 固体摄像元件
110 摄像装置(相机)
112 摄像光学系统
116 信号处理部
120 光投射装置
1000、2000 摄像系统

Claims (10)

1.一种固体摄像元件，其中，具备：
像素阵列，具有多个像素单元；
像素驱动电路，驱动上述多个像素单元；
读出电路，进行从上述多个像素单元的读出，输出由与上述多个像素单元对应的像素构成的图像；以及
多个读出用布线，与上述像素单元的各列对应地设置，连接上述像素单元与上述读出电路；
上述多个像素单元分别具有：
雪崩光电二极管，当1个光子入射时发生雪崩倍增，从而进行光子的检测；以及
传输晶体管，将由上述雪崩光电二极管得到的光子的检测结果传输到对应的上述读出用布线；
上述读出电路针对上述像素阵列的上述多个像素单元的每一个，基于与该像素单元分别对应的上述读出用布线的电压，判定是否检测到光子，并将判定结果作为与该像素单元对应的像素的值来输出。
2.如权利要求1所述的固体摄像元件，其中，
上述读出电路具有：
预充电电路，对上述读出用布线进行预充电；以及
列放大器，基于被传输到了上述光子的检测结果的上述读出用布线的电压，判定是否检测到光子，使该读出用布线的电压变化为两个规定电压中的与判定结果对应的电压并保持。
3.如权利要求1所述的固体摄像元件，其中，
上述读出电路输出表示与上述判定结果对应的像素单元的位置的地址。
4.如权利要求3所述的固体摄像元件，其中，
上述读出电路仅针对被判定为检测到光子的上述像素单元，输出上述地址。
5.如权利要求3所述的固体摄像元件，其中，
上述读出电路仅针对被判定为没有检测到光子的上述像素单元，输出上述地址。
6.如权利要求3所述的固体摄像元件，其中，
上述读出电路在针对上述多个像素单元中的1个像素单元的光子的检测结果与针对其相邻的像素单元的光子的检测结果不同的情况下，输出针对上述1个像素单元的上述地址。
7.一种摄像系统，具备：
光投射装置，输出光脉冲序列；
相机，接受由被摄体反射的上述光脉冲序列；以及
控制器，控制上述光投射装置及上述相机；
其中，
上述相机具有：
摄像光学系统；
权利要求1～6中任一项所述的固体摄像元件，通过上述摄像光学系统接受由上述被摄体反射的上述光脉冲序列，输出与上述光脉冲序列的光脉冲分别对应的多个帧的图像；以及
信号处理部，处理上述固体摄像元件的输出；
针对上述多个帧的每一个，预先设定帧编号与从对应于该帧的上述光脉冲的输出起到上述固体摄像元件的对应于该帧的曝光期间为止的时间的关系；
上述信号处理部基于上述帧编号求出上述时间。
8.如权利要求7所述的摄像系统，其中，
上述控制器控制每个上述光脉冲的产生光子数，将在上述曝光期间内向上述固体摄像元件的上述多个像素单元入射的光子的数量的平均设为1个。
9.一种固体摄像元件的驱动方法，
所述固体摄像元件具备：
像素阵列，具有包括雪崩光电二极管的多个像素单元；
像素驱动电路，驱动上述多个像素单元；
读出电路，进行从上述多个像素单元的读出，输出由与上述多个像素单元对应的像素构成的图像；以及
多个读出用布线，与上述像素单元的各列对应地设置，连接上述像素单元与上述读出电路；
其中，
上述雪崩光电二极管当1个光子入射时发生雪崩倍增，从而进行光子的检测；
包括上述雪崩光电二极管的像素单元将由上述雪崩光电二极管得到的光子的检测结果传输到对应的上述读出用布线；
上述读出电路针对上述像素阵列的上述多个像素单元的每一个，基于与该像素单元分别对应的上述读出用布线的电压，判定是否检测到光子，并将判定结果作为与该像素单元对应的像素的值来输出。
10.一种光检测器，其中，具备：
像素单元；
像素驱动电路，驱动上述像素单元；
读出电路，进行来自上述像素单元的输出的读出；以及
读出用布线，连接上述像素单元与上述读出电路；
上述像素单元具有：
雪崩光电二极管，当1个光子入射时发生雪崩倍增，从而进行光子的检测；以及
传输晶体管，将由上述雪崩光电二极管得到的光子的检测结果传输到对应的上述读出用布线；
上述读出电路针对上述像素单元，基于与该像素单元对应的上述读出用布线的电压，判定是否检测到光子，并将判定结果作为与该像素单元对应的像素的值来输出。
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