JP2019115032A - Solid-state imaging device, imaging apparatus, and imaging method - Google Patents

Solid-state imaging device, imaging apparatus, and imaging method Download PDF

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Abstract

To provide a solid-state imaging device, an imaging apparatus, and an imaging method, capable of reducing power consumption.SOLUTION: The solid-state imaging device includes: a pixel unit in which a plurality of pixels including a sensor unit including an avalanche photodiode and a quench resistor is disposed; and setting means for so setting that a reverse bias voltage equal to or higher than a breakdown voltage of the avalanche photodiode is applied to an avalanche photodiode provided in a pixel other than defective pixels among the plurality of pixels and a reverse bias voltage lower than the breakdown voltage of the avalanche photodiode is applied to an avalanche photodiode provided in a pixel which is a defective pixel among the plurality of pixels.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, an imaging device, and an imaging method.

従来より、アバランシェフォトダイオード(APD:Avalanche Photo Diode)を用いることによって単一光子の検出を行う技術が提案されている。降伏電圧(ブレークダウン電圧)より大きい逆バイアス電圧が印加されたアバランシェフォトダイオードにフォトン(光子)が入射すると、キャリアが生成され、アバランシェ増倍が起こり、大きな電流が発生する。この電流に基づいて、フォトンを検出することが可能となる。このようなアバランシェフォトダイオードは、SPAD(Single Photon Avalanche Diode)と呼ばれている。特許文献1には、アバランシェフォトダイオードが受光素子に備えられた光検出器が開示されている。   Conventionally, there has been proposed a technique for detecting a single photon by using an avalanche photo diode (APD). When photons are incident on the avalanche photodiode to which a reverse bias voltage larger than the breakdown voltage is applied, carriers are generated, avalanche multiplication occurs, and a large current is generated. Photons can be detected based on this current. Such an avalanche photodiode is called SPAD (Single Photon Avalanche Diode). Patent Document 1 discloses a photodetector in which an avalanche photodiode is provided in a light receiving element.

特開2014−81253号公報JP, 2014-81253, A

アバランシェフォトダイオードに結晶欠陥が存在すると、結晶欠陥に起因して暗電流が生じ、アバランシェフォトダイオードにフォトンが入射していないにもかかわらず、アバランシェ増倍現象が当該アバランシェフォトダイオードにおいて生ずる場合がある。フォトンが入射していないにもかかわらずアバランシェ増倍現象が生じると、消費電力の増加を招く。   If there is a crystal defect in an avalanche photodiode, a dark current is generated due to the crystal defect, and an avalanche multiplication phenomenon may occur in the avalanche photodiode even though photons are not incident on the avalanche photodiode. . If the avalanche multiplication phenomenon occurs despite the fact that photons are not incident, the power consumption increases.

本発明の目的は、電力消費を低減し得る固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device, an imaging device and an imaging method capable of reducing power consumption.

実施形態の一観点によれば、アバランシェフォトダイオードとクエンチ抵抗とを含むセンサ部を備える画素が複数配された画素部と、前記複数の画素のうちの欠陥画素ではない画素に備えられた前記アバランシェフォトダイオードに対して、前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧以上の電圧が印加され、前記複数の画素のうちの前記欠陥画素である画素に備えられた前記アバランシェフォトダイオードに対して、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧未満の電圧が印加されるように設定する設定手段とを有することを特徴とする固体撮像素子が提供される。   According to one aspect of the embodiment, a pixel unit including a plurality of pixels including a sensor unit including an avalanche photodiode and a quench resistor, and the avalanche unit provided in a pixel other than the defective pixel among the plurality of pixels. A voltage equal to or greater than the breakdown voltage of the avalanche photodiode is applied to the photodiode, and the avalanche photodiode provided to the pixel which is the defective pixel among the plurality of pixels is There is provided a solid-state imaging device comprising: setting means for setting a voltage lower than the breakdown voltage to be applied.

本発明によれば、電力消費を低減し得る固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device, an imaging device, and an imaging method that can reduce power consumption.

第1実施形態による撮像装置を示すブロック図である。It is a block diagram showing an imaging device by a 1st embodiment. 第1実施形態による固体撮像素子のレイアウトの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the layout of the solid-state image sensor by 1st Embodiment. 第1実施形態による固体撮像素子に備えられた単位画素を示す図である。It is a figure which shows the unit pixel with which the solid-state image sensor by 1st Embodiment was equipped. アバランシェフォトダイオードの電圧−電流特性を示すグラフである。It is a graph which shows the voltage-current characteristic of an avalanche photodiode. 第1実施形態による固体撮像素子の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the solid-state image sensor by 1st Embodiment. 第2実施形態による固体撮像素子に備えられた単位画素を示す図である。It is a figure which shows the unit pixel with which the solid-state image sensor by 2nd Embodiment was equipped. 第3実施形態による固体撮像素子に備えられた単位画素を示す図である。It is a figure which shows the unit pixel with which the solid-state image sensor by 3rd Embodiment was equipped. 第4実施形態による固体撮像素子に備えられた単位画素を示す図である。It is a figure which shows the unit pixel with which the solid-state image sensor by 4th Embodiment was equipped.

本発明の実施の形態について図面を用いて以下に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態を適宜組み合わせるようにしてもよい。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It can change suitably. In addition, the embodiments described below may be combined as appropriate.

[第1実施形態]
第1実施形態による固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法について図1乃至図5を用いて説明する。図1は、本実施形態による撮像装置を示すブロック図である。
First Embodiment
A solid-state imaging device, an imaging device, and an imaging method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a block diagram showing an imaging device according to the present embodiment.

本実施形態による撮像装置100は、レンズ駆動部102、シャッタ103、シャッタ駆動部104、固体撮像素子105、信号処理部106、タイミング発生部107、メモリ部108、制御部109、記録部110、及び、表示部112を有する。また、撮像装置100には、撮影レンズ(撮像光学系、レンズユニット)101が備えられる。撮影レンズ101は、撮像装置100のボディ(本体)から着脱可能であってもよいし着脱不能であってもよい。   The imaging apparatus 100 according to the present embodiment includes a lens drive unit 102, a shutter 103, a shutter drive unit 104, a solid-state imaging device 105, a signal processing unit 106, a timing generation unit 107, a memory unit 108, a control unit 109, a recording unit 110, and , And the display unit 112. Further, the imaging device 100 is provided with a photographing lens (imaging optical system, lens unit) 101. The photographing lens 101 may be detachable from the body (main body) of the imaging device 100 or may not be detachable.

固体撮像素子105は、撮影レンズ101によって形成される被写体の光学像を光電変換することによって撮像信号を生成し、生成した撮像信号を出力する。固体撮像素子105に備えられた単位画素306(図3参照)には、アバランシェフォトダイオード302(図3参照)とカウンタ305(図3参照)とが備えられており、入射したフォトンの数をカウントして信号値として出力し得る。   The solid-state imaging device 105 generates an imaging signal by photoelectrically converting an optical image of a subject formed by the imaging lens 101, and outputs the generated imaging signal. An avalanche photodiode 302 (see FIG. 3) and a counter 305 (see FIG. 3) are provided in a unit pixel 306 (see FIG. 3) provided in the solid-state imaging device 105, and the number of incident photons is counted. Can be output as a signal value.

レンズ駆動部102は、撮影レンズ101を駆動するものであり、ズーム制御、フォーカス制御、絞り制御等を行う。撮影レンズ101は、被写体の光学像を形成し、形成した光学像を固体撮像素子105の撮像面に結像させる。   The lens drive unit 102 drives the photographing lens 101, and performs zoom control, focus control, aperture control, and the like. The imaging lens 101 forms an optical image of a subject, and forms the formed optical image on an imaging surface of the solid-state imaging device 105.

撮影レンズ101と固体撮像素子105との間には、シャッタ103が備えられている。シャッタ103は、メカニカルシャッタであり、シャッタ駆動部104によって駆動される。   A shutter 103 is provided between the photographing lens 101 and the solid-state image sensor 105. The shutter 103 is a mechanical shutter and is driven by the shutter drive unit 104.

信号処理部106は、固体撮像素子105から出力される画像信号(画像データ)に対して補正処理等の所定の信号処理(画像処理)等を行う。信号処理部106は、現像や圧縮等の信号処理をも行い得る。信号処理部106は、制御部109と相俟って、固体撮像素子105から出力される信号に対して所定の処理を行う処理部として機能し得る。   The signal processing unit 106 performs predetermined signal processing (image processing) such as correction processing on an image signal (image data) output from the solid-state imaging device 105. The signal processing unit 106 can also perform signal processing such as development and compression. The signal processing unit 106 can function as a processing unit that performs predetermined processing on a signal output from the solid-state imaging device 105 in cooperation with the control unit 109.

タイミング発生部(タイミングジェネレータ)107は、固体撮像素子105、信号処理部106等に各種のタイミング信号を供給する。   A timing generation unit (timing generator) 107 supplies various timing signals to the solid-state imaging device 105, the signal processing unit 106, and the like.

制御部(全体制御・演算部、制御手段)109は、撮像装置100全体の制御を司るとともに、所定の演算処理等を行う。制御部109は、撮像装置100の各機能ブロックを駆動するための制御信号や、固体撮像素子105を制御するための制御データ等を出力する。   A control unit (whole control / calculation unit, control unit) 109 controls the entire imaging apparatus 100 and performs predetermined arithmetic processing and the like. The control unit 109 outputs a control signal for driving each functional block of the imaging device 100, control data for controlling the solid-state imaging device 105, and the like.

メモリ部108は画像データ等を一時的に記憶する。   The memory unit 108 temporarily stores image data and the like.

表示部112は、制御部109によって所定の処理等が施された撮像信号や、撮像装置100の各種設定情報等を表示する。   The display unit 112 displays an imaging signal on which predetermined processing and the like have been performed by the control unit 109, various setting information of the imaging apparatus 100, and the like.

記録部110は、信号処理部106等によって信号処理等が施された撮像信号等を記録媒体111に記録する。また、記録部110は、記録媒体111に記録された撮像信号等を記録媒体111から読み出す。記録媒体111は、記録部110から着脱可能であってもよいし着脱不能であってもよい。記録媒体111としては、例えばフラッシュメモリ等の半導体メモリ等が挙げられる。   The recording unit 110 records, on the recording medium 111, an imaging signal and the like on which signal processing and the like are performed by the signal processing unit 106 and the like. The recording unit 110 also reads out from the recording medium 111 an imaging signal and the like recorded on the recording medium 111. The recording medium 111 may be removable from the recording unit 110 or may not be removable. Examples of the recording medium 111 include a semiconductor memory such as a flash memory.

次に、撮影時における撮像装置100の動作について説明する。   Next, the operation of the imaging device 100 at the time of shooting will be described.

ユーザによる電源スイッチの操作によって、メイン電源がオン状態にされると、制御部109等に供給される電源がオン状態となり、更に、信号処理部106等に供給される電源がオン状態となる。   When the main power is turned on by the operation of the power switch by the user, the power supplied to the control unit 109 is turned on, and the power supplied to the signal processing unit 106 is turned on.

この後、不図示のレリーズボタンがユーザによって押されると、撮像装置100による撮影動作が開始される。撮像装置100による撮影動作が終了すると、固体撮像素子105から出力された画像信号に対して、信号処理部106によって所定の信号処理が施される。信号処理部106によって所定の信号処理が施された画像データ(データ)は、制御部109の指示によりメモリ部108に保持される。メモリ部108に保持されたデータは、制御部109の制御により記録部110を介して記録媒体111に記録される。   Thereafter, when the release button (not shown) is pressed by the user, the imaging operation by the imaging device 100 is started. When the imaging operation by the imaging device 100 ends, the signal processing unit 106 performs predetermined signal processing on the image signal output from the solid-state imaging device 105. The image data (data) subjected to predetermined signal processing by the signal processing unit 106 is held in the memory unit 108 in accordance with an instruction from the control unit 109. The data held in the memory unit 108 is recorded on the recording medium 111 via the recording unit 110 under the control of the control unit 109.

なお、不図示の外部I/F部を介して、パーソナルコンピュータ等に画像データ等を出力するようにしてもよい。そして、パーソナルコンピュータ等によって画像データに対して所定の信号処理が行われてもよい。   Note that image data and the like may be output to a personal computer or the like through an external I / F unit (not shown). Then, predetermined signal processing may be performed on the image data by a personal computer or the like.

次に、本実施形態による固体撮像素子105について図2を用いて説明する。図2は、本実施形態による固体撮像素子105のレイアウトの例を示す図である。   Next, the solid-state imaging device 105 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a view showing an example of the layout of the solid-state imaging device 105 according to the present embodiment.

固体撮像素子105は、センサ部203が行列状に複数配された画素アレイ(画素部)207を有するセンサ部基板201と、複数のカウンタ305(図3参照)が行列状に配された画素制御部205を有する計数部基板202とを積層させた構成となっている。センサ部基板201に備えられた電極(図示せず)と計数部基板202に備えられた電極(図示せず)とが、互いに電気的に接続されている。これにより、センサ部基板201に備えられたセンサ部203から出力されるパルス信号PLSが、計数部基板202に備えられたカウンタ305に入力されるようになっている。また、計数部基板202に備えられた画素制御部205から出力される制御信号PDEFが、センサ部基板201に備えられたスイッチ303(図3参照)に供給されるようになっている。   The solid-state imaging device 105 includes a sensor unit substrate 201 having a pixel array (pixel unit) 207 in which a plurality of sensor units 203 are arranged in a matrix, and a pixel control in which a plurality of counters 305 (see FIG. 3) are arranged in a matrix. The counter unit substrate 202 having the unit 205 is stacked. An electrode (not shown) provided on the sensor unit substrate 201 and an electrode (not shown) provided on the counting unit substrate 202 are electrically connected to each other. Thereby, the pulse signal PLS output from the sensor unit 203 provided on the sensor unit substrate 201 is input to the counter 305 provided on the counting unit substrate 202. Further, the control signal PDEF output from the pixel control unit 205 provided on the counting unit substrate 202 is supplied to the switch 303 (see FIG. 3) provided on the sensor unit substrate 201.

計数部基板202には、欠陥画素記憶部204、画素制御部205、及び、信号処理回路206が備えられている。欠陥画素記憶部204は、複数の単位画素306のうちの欠陥が存在している画素、即ち、欠陥画素のアドレスを記憶するメモリである。画素制御部205には、複数のセンサ部203にそれぞれ対応する複数のカウンタ305が備えられている。カウンタ305は、フォトンの入射に応じてセンサ部203から出力されるパルス信号の数をカウントする。画素制御部205においてカウントされたカウント値は、信号処理回路206を介して外部に出力される。画素制御部205は、欠陥画素記憶部204に記憶されている欠陥画素情報に基づいて、画素毎に適切な制御を行う。画素制御部205は、以下のような設定手段として機能する。設定手段は、欠陥画素に備えられたアバランシェフォトダイオード302に対して降伏電圧以上の電圧が印加され、欠陥画素でない画素に備えられたアバランシェフォトダイオード302に対して降伏電圧未満の電圧が印加されるように設定する。   The counting unit substrate 202 is provided with a defective pixel storage unit 204, a pixel control unit 205, and a signal processing circuit 206. The defective pixel storage unit 204 is a memory that stores a pixel having a defect among the plurality of unit pixels 306, that is, an address of the defective pixel. The pixel control unit 205 is provided with a plurality of counters 305 respectively corresponding to the plurality of sensor units 203. The counter 305 counts the number of pulse signals output from the sensor unit 203 in response to the incidence of photons. The count value counted by the pixel control unit 205 is output to the outside through the signal processing circuit 206. The pixel control unit 205 performs appropriate control for each pixel based on the defective pixel information stored in the defective pixel storage unit 204. The pixel control unit 205 functions as the following setting unit. The setting means applies a voltage higher than the breakdown voltage to the avalanche photodiode 302 provided in the defective pixel and applies a voltage lower than the breakdown voltage to the avalanche photodiode 302 provided in the pixel other than the defective pixel. To set.

センサ部203とカウンタ305とが別個の基板に備えられているため、画素アレイ207の面積を広く確保することができる。なお、固体撮像素子105の構成は、上記のような構成に限定されるものではない。例えば、同一の基板にセンサ部203とカウンタ305とを備えるようにしてもよい。   Since the sensor unit 203 and the counter 305 are provided on separate substrates, a large area of the pixel array 207 can be secured. The configuration of the solid-state imaging device 105 is not limited to the above configuration. For example, the sensor unit 203 and the counter 305 may be provided on the same substrate.

次に、固体撮像素子105に備えられた単位画素306について図3を用いて説明する。図3は、固体撮像素子105に備えられた単位画素306を示す図である。   Next, the unit pixel 306 provided in the solid-state imaging device 105 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a view showing a unit pixel 306 provided in the solid-state imaging device 105. As shown in FIG.

図3に示すように、単位画素306には、センサ部(受光部)203と、カウンタ305とが備えられている。センサ部203には、アバランシェフォトダイオード302と、クエンチ抵抗301と、スイッチ303と、反転バッファ304とが備えられている。アバランシェフォトダイオード302のアノードは、スイッチ303を介して第1の電位LVDD又は第2の電位MVDDに接続され、アバランシェフォトダイオード302のカソードはクエンチ抵抗301の一端に接続されている。クエンチ抵抗301の他端は第3の電位HVDDに接続されている。   As shown in FIG. 3, the unit pixel 306 is provided with a sensor unit (light receiving unit) 203 and a counter 305. The sensor unit 203 includes an avalanche photodiode 302, a quench resistor 301, a switch 303, and an inversion buffer 304. The anode of the avalanche photodiode 302 is connected to the first potential LVDD or the second potential MVDD via the switch 303, and the cathode of the avalanche photodiode 302 is connected to one end of the quenching resistor 301. The other end of the quench resistor 301 is connected to the third potential HVDD.

アバランシェフォトダイオード302のアノードがスイッチ303を介して第1の電位LVDDに接続されている場合には、降伏電圧以上の逆バイアス電圧がクエンチ抵抗301を介してアバランシェフォトダイオード302に印加される。この際、アバランシェフォトダイオード302は、ガイガーモードで動作する。即ち、アバランシェフォトダイオード302にフォトンが入射するとアバランシェ増倍現象を引き起こす。これにより、アバランシェ電流が生じ、クエンチ抵抗301において電圧降下が生ずる。クエンチ抵抗301は、アバランシェフォトダイオード302のアバランシェ増倍現象を停止させるための抵抗素子である。クエンチ抵抗301は、トランジスタの抵抗成分を利用して構成し得る。アバランシェフォトダイオード302においてアバランシェ増倍現象によってアバランシェ電流が生じると、クエンチ抵抗301において電圧降下が生じ、アバランシェフォトダイオード302に印加される逆バイアス電圧が降下する。逆バイアス電圧が降伏電圧まで降下するとアバランシェ増倍現象が停止する。その結果、アバランシェ電流が流れなくなり、アバランシェフォトダイオード302には、アバランシェフォトダイオード302の降伏電圧以上の逆バイアス電圧が再び印加される。   When the anode of the avalanche photodiode 302 is connected to the first potential LVDD via the switch 303, a reverse bias voltage higher than the breakdown voltage is applied to the avalanche photodiode 302 via the quench resistor 301. At this time, the avalanche photodiode 302 operates in Geiger mode. That is, when photons enter the avalanche photodiode 302, an avalanche multiplication phenomenon occurs. This causes an avalanche current to cause a voltage drop at the quench resistor 301. The quench resistor 301 is a resistive element for stopping the avalanche multiplication phenomenon of the avalanche photodiode 302. The quench resistor 301 can be configured using the resistance component of the transistor. When an avalanche current is generated in the avalanche photodiode 302 due to the avalanche multiplication phenomenon, a voltage drop occurs in the quench resistor 301, and the reverse bias voltage applied to the avalanche photodiode 302 drops. When the reverse bias voltage falls to the breakdown voltage, the avalanche multiplication phenomenon stops. As a result, no avalanche current flows, and a reverse bias voltage higher than the breakdown voltage of the avalanche photodiode 302 is applied to the avalanche photodiode 302 again.

反転バッファ304は、クエンチ抵抗301で発生した電圧変化をパルス信号PLSとして取り出すために設けられる。アバランシェフォトダイオード302にフォトンが入射すると、反転バッファ304からパルス信号PLSが出力される。このように、センサ部203からは、フォトンの受光頻度に応じた頻度でパルスが発せられる。   The inversion buffer 304 is provided to extract the voltage change generated by the quench resistor 301 as the pulse signal PLS. When photons enter the avalanche photodiode 302, a pulse signal PLS is output from the inversion buffer 304. As described above, the sensor unit 203 emits pulses at a frequency according to the light reception frequency of photons.

アバランシェフォトダイオード302のアノードがスイッチ303を介して第2の電位MVDDに接続されている場合には、降伏電圧より小さい逆バイアス電圧がクエンチ抵抗301を介してアバランシェフォトダイオード302に印加される。この際、アバランシェフォトダイオード302は、ガイガーモードでは動作しない。   When the anode of the avalanche photodiode 302 is connected to the second potential MVDD via the switch 303, a reverse bias voltage smaller than the breakdown voltage is applied to the avalanche photodiode 302 via the quench resistor 301. At this time, the avalanche photodiode 302 does not operate in Geiger mode.

画素制御部205からスイッチ303に供給される制御信号PDEFがLレベルの際には、アバランシェフォトダイオード302のアノードは接地電位LDVVに接続される。一方、画素制御部205からスイッチ303に供給される制御信号PDEFがHレベルの際には、アバランシェフォトダイオード302のアノードは第2の電位MVDDに接続される。   When the control signal PDEF supplied from the pixel control unit 205 to the switch 303 is at L level, the anode of the avalanche photodiode 302 is connected to the ground potential LDVV. On the other hand, when the control signal PDEF supplied from the pixel control unit 205 to the switch 303 is at H level, the anode of the avalanche photodiode 302 is connected to the second potential MVDD.

次に、Lレベルの制御信号PDEFが供給された際のセンサ部203の動作について図4を用いて説明する。図4は、アバランシェフォトダイオードの電圧−電流特性を示すグラフである。   Next, the operation of the sensor unit 203 when the L level control signal PDEF is supplied will be described using FIG. FIG. 4 is a graph showing voltage-current characteristics of an avalanche photodiode.

欠陥画素ではない単位画素306、即ち、通常画素のセンサ部203に対しては、Lレベルの制御信号PDEFが画素制御部205から供給される。制御信号PDEFがLレベルである際には、アバランシェフォトダイオード302のアノードはスイッチ303を介して第1の電位LVDDに接続される。このため、アバランシェフォトダイオード302は、ガイガーモードで動作する。アバランシェフォトダイオード302にフォトンが入射すると、アバランシェフォトダイオード302においてアバランシェ増倍現象が生じ、アバランシェフォトダイオード302に大電流が流れる(動作A)。アバランシェフォトダイオード302に大電流が流れると、クエンチ抵抗301において電圧降下が生じ、アバランシェフォトダイオード302に印加される逆バイアス電圧が降伏電圧未満となり、アバランシェ増倍現象が停止する(動作B)。アバランシェ増倍現象が停止すると、アバランシェフォトダイオード302には降伏電圧以上の逆バイアス電圧が再び印加され、アバランシェフォトダイオード302の動作モードは、ガイガーモードに戻る(動作C)。   An L level control signal PDEF is supplied from the pixel control unit 205 to the unit pixels 306 that are not defective pixels, that is, to the sensor unit 203 of the normal pixel. When the control signal PDEF is at the L level, the anode of the avalanche photodiode 302 is connected to the first potential LVDD via the switch 303. Therefore, the avalanche photodiode 302 operates in Geiger mode. When photons enter the avalanche photodiode 302, an avalanche multiplication phenomenon occurs in the avalanche photodiode 302, and a large current flows in the avalanche photodiode 302 (operation A). When a large current flows in the avalanche photodiode 302, a voltage drop occurs in the quench resistor 301, the reverse bias voltage applied to the avalanche photodiode 302 becomes less than the breakdown voltage, and the avalanche multiplication phenomenon stops (operation B). When the avalanche multiplication phenomenon stops, a reverse bias voltage equal to or higher than the breakdown voltage is applied again to the avalanche photodiode 302, and the operation mode of the avalanche photodiode 302 returns to the Geiger mode (operation C).

上述した動作A〜Cによって、反転バッファ304の入力端子の電位に変化が生じる。反転バッファ304によって波形整形が行われ、反転バッファ304からパルス信号PLSが出力される。反転バッファ304から出力されるパルス信号PLSは、カウンタ305によってカウントされる。このような動作を繰り返すことによって、アバランシェフォトダイオード302に入射したフォトンの数が計測される。   The above-described operations A to C cause a change in the potential of the input terminal of the inversion buffer 304. The waveform shaping is performed by the inversion buffer 304, and the pulse signal PLS is output from the inversion buffer 304. The pulse signal PLS output from the inversion buffer 304 is counted by the counter 305. By repeating such an operation, the number of photons incident on the avalanche photodiode 302 is measured.

ところで、欠陥画素を上記のように動作させた場合には、フォトンの入射のみならず、欠陥によって生じた暗電子によってもアバランシェ増倍現象が生じてしまう。重篤な欠陥が生じている欠陥画素においては、暗電子が定常的に生成されるため、アバランシェ増倍現象が高い頻度で発生し、大きな電力が消費されてしまう。   Incidentally, when the defective pixel is operated as described above, the avalanche multiplication phenomenon is caused not only by the incidence of photons but also by the dark electrons generated by the defect. In a defective pixel in which a serious defect occurs, dark electrons are constantly generated, so an avalanche multiplication phenomenon occurs at a high frequency, and a large amount of power is consumed.

次に、Hレベルの制御信号PDEFが供給された際のセンサ部203の動作について説明する。本実施形態では、欠陥のある単位画素306、即ち、欠陥画素のセンサ部203に対しては、Hレベルの制御信号PDEFが画素制御部205から供給される。制御信号PDEFがHレベルである際には、アバランシェフォトダイオード302のアノードはスイッチ303を介して第2の電位MVDDに接続される。このため、アバランシェフォトダイオード302に印加される逆バイアス電圧は、アバランシェフォトダイオード302の降伏電圧未満となり、アバランシェフォトダイオード302はリニアモードで動作する。この場合、フォトンが当該単位画素306に入射されても、暗電子が当該単位画素306において生じても、アバランシェ増倍現象は生じず、電力消費は抑制される。また、反転バッファ304の入力端子の電位にも変化が生じないため、カウンタ305はカウント動作をおこなわず、カウンタ305のカウント値は0のままとなる。   Next, the operation of the sensor unit 203 when the H-level control signal PDEF is supplied will be described. In the present embodiment, the control signal PDEF at the H level is supplied from the pixel control unit 205 to the defective unit pixel 306, that is, the sensor unit 203 of the defective pixel. When the control signal PDEF is at the H level, the anode of the avalanche photodiode 302 is connected to the second potential MVDD via the switch 303. Therefore, the reverse bias voltage applied to the avalanche photodiode 302 is less than the breakdown voltage of the avalanche photodiode 302, and the avalanche photodiode 302 operates in the linear mode. In this case, even if photons enter the unit pixel 306, even if dark electrons are generated in the unit pixel 306, the avalanche multiplication phenomenon does not occur, and power consumption is suppressed. Further, since there is no change in the potential of the input terminal of the inversion buffer 304, the counter 305 does not count and the count value of the counter 305 remains zero.

次に、本実施形態による固体撮像素子105の動作について図5を用いて説明する。図5は、本実施形態による固体撮像素子105の動作を示すフローチャートである。図5には、欠陥検出モードでの動作と、撮影モードでの動作とが示されている。欠陥検出モードとは、欠陥画素を検出し、検出した欠陥画素のアドレスを欠陥画素記憶部204に記憶させるモードである。撮影モードとは、実際に被写体の撮影を行うモードである。   Next, the operation of the solid-state imaging device 105 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the solid-state imaging device 105 according to the present embodiment. FIG. 5 shows the operation in the defect detection mode and the operation in the imaging mode. The defect detection mode is a mode in which a defective pixel is detected and the address of the detected defective pixel is stored in the defective pixel storage unit 204. The shooting mode is a mode in which a subject is actually shot.

はじめに、ステップS501において、不図示のレリーズボタンが押下されるとユーザによる撮影動作を検出し、本フローチャートの動作を開始する。この後、ステップS502に遷移する。   First, in step S501, when a release button (not shown) is pressed, a shooting operation by the user is detected, and the operation of this flowchart is started. Thereafter, the process proceeds to step S502.

ステップS502において、固体撮像素子105に電源が投入される。この時、画素制御部205より出力される制御信号PDEFの論理初期値は、全アドレスについて「H」となる構成としておく。この構成とすることで、電源投入時点で欠陥画素による電力消費は発生しなくなる。この後、ステップS503に遷移する。なお、本実施形態においては電源の投入タイミングをユーザによる撮影動作指示があった場合としたが、これに限定されるものではない。例えば、所定の時間間隔で電源投入を行ってもよい。また、電源の投入に関して、撮影動作指示の前は全画素についてリニアモードで動作させておき、撮影動作指示に応じて通常画素をガイガーモードにモードに変更してもよい。   In step S502, the solid-state imaging device 105 is powered on. At this time, the logical initial value of the control signal PDEF output from the pixel control unit 205 is set to “H” for all addresses. With this configuration, power consumption due to defective pixels does not occur at the time of power on. Thereafter, the process proceeds to step S503. In the present embodiment, the power-on timing is a case where the user has issued a photographing operation instruction, but the present invention is not limited to this. For example, power may be turned on at predetermined time intervals. Further, as to power-on, all pixels may be operated in the linear mode before the imaging operation instruction, and the normal pixel may be changed to the Geiger mode according to the imaging operation instruction.

ステップS503において、欠陥検出モードで動作させるか撮影モードで動作させるかの判定が行われる。例えば、固体撮像素子105を出荷する前、又は、撮像装置100を出荷する前には、固体撮像素子105を欠陥検出モードで動作させることによって、欠陥画素のアドレスが欠陥画素記憶部204に記憶される。また、固体撮像素子105を欠陥画素検出モードで動作させるようにユーザが不図示の操作部を介して操作を行った場合にも、固体撮像素子105は欠陥検出モードで動作し得る。また、撮影が開始される前である本画像取得の直前に、固体撮像素子105を欠陥検出モードで動作させ、黒画像を取得するようにしてもよい。固体撮像素子105を欠陥検出モードで動作させる場合には(S503においてYES)、ステップS504に遷移する。一方、固体撮像素子105を欠陥検出モードで動作させない場合(S503においてNO)、即ち、固体撮像素子105を撮影モードで動作させる場合には、ステップS507に遷移する。   In step S503, it is determined whether to operate in the defect detection mode or in the imaging mode. For example, before shipping the solid-state imaging device 105 or shipping the imaging device 100, the address of the defective pixel is stored in the defective pixel storage unit 204 by operating the solid-state imaging device 105 in the defect detection mode. Ru. The solid-state imaging device 105 can operate in the defect detection mode also when the user performs an operation through the operation unit (not shown) to operate the solid-state imaging device 105 in the defect pixel detection mode. Alternatively, the solid-state imaging device 105 may be operated in the defect detection mode to acquire a black image immediately before acquisition of the main image before shooting is started. When the solid-state imaging device 105 is operated in the defect detection mode (YES in S503), the process proceeds to step S504. On the other hand, when the solid-state imaging device 105 is not operated in the defect detection mode (NO in S503), that is, when the solid-state imaging device 105 is operated in the imaging mode, the process proceeds to step S507.

ステップS504において、画素制御部205は、全ての単位画素306に供給する制御信号PDEFをLレベルにする。これにより、全ての単位画素306のアバランシェフォトダイオード302がガイガーモードで動作することとなる。この後、ステップS505に遷移する。   In step S504, the pixel control unit 205 sets the control signal PDEF supplied to all unit pixels 306 to the L level. As a result, the avalanche photodiodes 302 of all the unit pixels 306 operate in Geiger mode. Thereafter, the process proceeds to step S505.

ステップS505において、シャッタ103を閉じたまま撮影動作を行い、暗画像の取得が行われる。正常な単位画素306においては、フォトンがほとんど入射されないため、当該単位画素306におけるカウント値は0に近い値となる。一方、欠陥画素においては、暗電子が生ずるため、当該単位画素306におけるカウント値は大きい値となる。画素制御部205は、所定の閾値以上のカウント値が得られた単位画素306を欠陥画素と判定する。この後、ステップS506に遷移する。   In step S505, the photographing operation is performed with the shutter 103 closed, and acquisition of a dark image is performed. In the normal unit pixel 306, since photons are hardly incident, the count value in the unit pixel 306 becomes a value close to zero. On the other hand, since dark electrons are generated in the defective pixel, the count value in the unit pixel 306 is a large value. The pixel control unit 205 determines that a unit pixel 306 for which a count value equal to or more than a predetermined threshold value is obtained is a defective pixel. Thereafter, the process proceeds to step S506.

ステップS506において、画素制御部205は、欠陥画素と判定された単位画素306のアドレスを示す情報、即ち、欠陥画素情報を、欠陥画素記憶部204に記憶する。この後、欠陥検出モードでの動作を終了する。   In step S 506, the pixel control unit 205 stores information indicating the address of the unit pixel 306 determined to be a defective pixel, that is, defective pixel information in the defective pixel storage unit 204. Thereafter, the operation in the defect detection mode is ended.

ステップS507において、画素制御部205は、欠陥画素記憶部204に記憶されているアドレスに対応する単位画素306のスイッチ303に、Hレベルの制御信号PDEFを供給する。これにより、欠陥画素はリニアモードで動作するようになり、アバランシェ増倍現象が発生しなくなり、消費電力を抑制することが可能となる。この後、ステップS508に遷移する。   In step S507, the pixel control unit 205 supplies the control signal PDEF of H level to the switch 303 of the unit pixel 306 corresponding to the address stored in the defective pixel storage unit 204. As a result, the defective pixel operates in the linear mode, the avalanche multiplication phenomenon does not occur, and power consumption can be suppressed. Thereafter, the process proceeds to step S508.

ステップS508においては、通常の撮影が行われる。こうして、撮影モードでの動作を終了する。   In step S508, normal photographing is performed. Thus, the operation in the photographing mode is ended.

なお、本実施形態では、欠陥画素のアドレスのみを欠陥画素記憶部204に記憶する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。当該欠陥画素における欠陥の度合いを示す情報を、当該欠陥画素のアドレスとともに、欠陥画素記憶部204に記憶するようにしてもよい。そして、固体撮像素子105の周囲温度や蓄積時間や感度等に応じて、制御信号PDEFを切り替えるようにしてもよい。   In the present embodiment, the case where only the address of the defective pixel is stored in the defective pixel storage unit 204 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Information indicating the degree of defect in the defective pixel may be stored in the defective pixel storage unit 204 together with the address of the defective pixel. Then, the control signal PDEF may be switched according to the ambient temperature of the solid-state imaging device 105, the accumulation time, the sensitivity, and the like.

このように、本実施形態によれば、単位画素306が欠陥画素である場合には、当該単位画素306のアバランシェフォトダイオード302に印加される逆バイアス電圧をアバランシェフォトダイオード302の降伏電圧未満に設定する。このため、本実施形態によれば、欠陥によって生じた暗電子によってアバランシェ増倍現象が生じてしまうのを防止することができ、消費電力の低減を図ることができる。   Thus, according to the present embodiment, when the unit pixel 306 is a defective pixel, the reverse bias voltage applied to the avalanche photodiode 302 of the unit pixel 306 is set to less than the breakdown voltage of the avalanche photodiode 302. Do. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the avalanche multiplication phenomenon from occurring due to the dark electrons generated by the defect, and it is possible to reduce the power consumption.

[第2実施形態]
第2実施形態による固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法について図6を用いて説明する。図6は、本実施形態による固体撮像素子に備えられた単位画素を示す図である。本実施形態による固体撮像素子は、欠陥画素の配線602がレーザ照射等によって切断(溶断)されているものである。
Second Embodiment
A solid-state imaging device, an imaging device, and an imaging method according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a view showing a unit pixel provided in the solid-state imaging device according to the present embodiment. In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the wiring 602 of the defective pixel is cut (fused) by laser irradiation or the like.

図6に示すように、本実施形態による固体撮像素子では、アバランシェフォトダイオード302のアノードが配線602を介して第1の電位LVDDに接続されている。配線602の一の箇所603には、抵抗器601の一端が接続されている。配線602の他の箇所604には、抵抗器601の他端が接続されている。   As shown in FIG. 6, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the anode of the avalanche photodiode 302 is connected to the first potential LVDD via the wiring 602. One end 603 of the wire 601 is connected to one end 603 of the wire 602. The other end 604 of the wire 602 is connected to the other end of the resistor 601.

配線602が切断されていない状態においては、抵抗器601の両端が配線602によって短絡されている。アバランシェフォトダイオード302のアノードは第1の電位LVDDとなっているため、アバランシェフォトダイオード302はガイガーモードとして動作する。   When the wire 602 is not cut off, both ends of the resistor 601 are shorted by the wire 602. Since the anode of the avalanche photodiode 302 is at the first potential LVDD, the avalanche photodiode 302 operates in Geiger mode.

一点鎖線の楕円で囲まれた部分605において配線602をレーザ照射等によって切断すると、アバランシェフォトダイオード302のアノードは抵抗器601を介して第1の電位LVDDに接続される。抵抗器601の抵抗値は、アバランシェフォトダイオード302のアノードとカソードとの間に、アバランシェフォトダイオード302の降伏電圧未満の逆バイアス電圧が印加されるように設定されている。このため、配線602を切断した場合には、アバランシェフォトダイオード302においてアバランシェ増倍現象が生じにくくなり、アバランシェフォトダイオード302はリニアモードで動作する。   When the wiring 602 is cut off by laser irradiation or the like in a portion 605 surrounded by a dashed dotted oval, the anode of the avalanche photodiode 302 is connected to the first potential LVDD via the resistor 601. The resistance value of the resistor 601 is set such that a reverse bias voltage less than the breakdown voltage of the avalanche photodiode 302 is applied between the anode and the cathode of the avalanche photodiode 302. Therefore, when the wiring 602 is disconnected, the avalanche multiplication phenomenon hardly occurs in the avalanche photodiode 302, and the avalanche photodiode 302 operates in the linear mode.

固体撮像素子が製造された工場においては、製造された固体撮像素子に対して試験が行われる。当該試験においては、暗画像の取得が行われ、取得された暗画像に基づいて、欠陥画素の判定が行われる。当該欠陥画素の配線602は、例えばレーザによって切断される。   In a factory where solid-state imaging devices are manufactured, tests are performed on the manufactured solid-state imaging devices. In the test, acquisition of a dark image is performed, and determination of defective pixels is performed based on the acquired dark image. The wiring 602 of the defective pixel is cut, for example, by a laser.

抵抗器601及び配線602は、以下のような設定手段として機能する。設定手段は、欠陥画素に備えられたアバランシェフォトダイオード302に対して降伏電圧以上の逆バイアス電圧が印加され、欠陥画素でない画素に備えられたアバランシェフォトダイオード302に対して降伏電圧未満の電圧が印加されるように設定する。   The resistor 601 and the wiring 602 function as the following setting means. The setting means applies a reverse bias voltage higher than the breakdown voltage to the avalanche photodiode 302 provided in the defective pixel, and applies a voltage lower than the breakdown voltage to the avalanche photodiode 302 provided in the pixel other than the defective pixel. Set to be

このように、本実施形態によれば、ガイガーモードで動作しないように欠陥画素が加工される。本実施形態によれば、第1実施形態において備えられていたスイッチ303を要しない。また、制御信号PDEFを供給するための配線も要しない。また、第2の電位MVDDを供給するための配線も要しない。また、欠陥画素記憶部204も要しない。本実施形態によれば、これらの構成要素が不要であるため、アバランシェフォトダイオード302の面積の拡大、低コスト化等に寄与し得る。   Thus, according to the present embodiment, defective pixels are processed so as not to operate in Geiger mode. According to the present embodiment, the switch 303 provided in the first embodiment is not required. Also, no wiring is required to supply the control signal PDEF. Further, no wiring is required to supply the second potential MVDD. In addition, the defective pixel storage unit 204 is not required. According to this embodiment, since these components are unnecessary, it can contribute to expansion of the area of the avalanche photodiode 302, cost reduction, and the like.

[第3実施形態]
第1実施形態では、アバランシェフォトダイオード302のアノードを電圧LVDDに接続するか、電圧MVDDに接続するかを切り替えるスイッチを設ける構成を示した。本実施形態では別の構成として、アバランシェフォトダイオード302のカソード側に設けられるクエンチ抵抗301をMOSトランジスタで置き換えた構成を示す。
Third Embodiment
In the first embodiment, the configuration has been described in which a switch is provided to switch whether the anode of the avalanche photodiode 302 is connected to the voltage LVDD or to the voltage MVDD. In the present embodiment, as another configuration, a configuration in which the quench resistor 301 provided on the cathode side of the avalanche photodiode 302 is replaced with a MOS transistor is shown.

以下、図7を参照して、第3実施形態における単位画素306の構成について説明する。図3で示した構成に対して、電圧MVDD、電圧切替スイッチ303が不要となっており、クエンチ抵抗301をPMOSトランジスタ701に置き換え、PMOSトランジスタ701のゲートには制御信号PDEFが入力される構成としている。   The configuration of the unit pixel 306 in the third embodiment will be described below with reference to FIG. In the configuration shown in FIG. 3, voltage MVDD and voltage switch 303 are not required, quench resistor 301 is replaced with PMOS transistor 701, and control signal PDEF is input to the gate of PMOS transistor 701. There is.

正常な画素の場合は制御信号PDEFを「L」とし、PMOSトランジスタをオン状態にさせ、PMOSトランジスタのオン抵抗をクエンチ抵抗として作用させることでアバランシェ増倍現象を制御する。一方、欠陥画素の場合は制御信号PDEFを「H」とし、PMOSトランジスタをオフ状態とすることで、アバランシェフォトダイオード302のカソードをフローティングとさせることでアバランシェ増倍現象が発生しない状態に制御する。   In the case of a normal pixel, the control signal PDEF is set to “L” to turn on the PMOS transistor and to control the avalanche multiplication phenomenon by causing the on resistance of the PMOS transistor to act as a quench resistance. On the other hand, in the case of a defective pixel, by setting the control signal PDEF to “H” and turning off the PMOS transistor, the cathode of the avalanche photodiode 302 is floated to control the avalanche multiplication phenomenon.

このような構成においても、第1実施形態と同様に欠陥画素による消費電力の低減が可能となる。   Also in such a configuration, it is possible to reduce the power consumption by the defective pixel as in the first embodiment.

なお、上記説明では、クエンチ抵抗301の代わりにPMOSトランジスタ701を用いる構成としたが、正常がその場合に制御信号PDEFを「H」、欠陥画素の場合に制御信号PDEFを「L」、として、NMOSトランジスタを用いてもよい。   In the above description, although the PMOS transistor 701 is used instead of the quench resistor 301, the control signal PDEF is “H” when normal, and the control signal PDEF is “L” when defective pixel. An NMOS transistor may be used.

[第4実施形態]
第1乃至第3実施形態では、欠陥画素による電力増加を課題として、欠陥画素のアバランシェフォトダイオードに印加する逆バイアス電圧を降伏電圧未満となるよう制御することで暗電子によるアバランシェ増倍現象を生じさせない例を示した。欠陥画素は上述する技術を適用することでアバランシェ増倍現象が生じなくなるため、カウンタの値は常に0となる。これは画像としては黒キズとして視認されることになるため補正を行う必要がある。ここで、信号処理部106では、カウンタの値からは、欠陥画素であるため0なのか、出力が0の正常な画素なのかの判断が付かない。また、例えば撮像素子の工場における検査で欠陥画素のアドレスデータを生成し、後段のメモリ部108へ記憶させて欠陥画素か否かを判別する手段が考えられるが、メモリ部108の容量を圧迫させるため、好適ではない。
Fourth Embodiment
In the first to third embodiments, with the problem of power increase due to a defective pixel, an avalanche multiplication phenomenon due to dark electrons is caused by controlling the reverse bias voltage applied to the avalanche photodiode of the defective pixel to be less than the breakdown voltage. An example is shown. The value of the counter is always 0 because defective pixels do not suffer from avalanche multiplication by applying the above-described technique. Since this is visually recognized as a black defect as an image, it is necessary to correct it. Here, the signal processing unit 106 can not determine from the value of the counter whether it is a defective pixel or a zero or an output of a normal pixel. In addition, for example, a method of generating address data of a defective pixel by inspection of an imaging device in a factory and storing it in the memory unit 108 in the subsequent stage to determine whether it is a defective pixel or not may be considered. Therefore, it is not suitable.

ここでは、欠陥画素か否かを正確に判別可能で、メモリ部108の容量に圧迫が生じない構成を説明する。   Here, a configuration will be described in which it is possible to accurately determine whether a defective pixel is present or not and the capacity of the memory unit 108 is not compressed.

以下、図8を参照して、本発明の第4実施形態による単位画素306の構成について説明する。図3で示した構成に対して、一点鎖線801で示すように画素制御部205より出力される制御信号PDEFがカウンタ305にも入力される構成としている。   Hereinafter, the configuration of a unit pixel 306 according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In contrast to the configuration shown in FIG. 3, the control signal PDEF output from the pixel control unit 205 is also input to the counter 305 as indicated by an alternate long and short dash line 801.

次に第4実施形態におけるカウンタ305の動作について説明する。   Next, the operation of the counter 305 in the fourth embodiment will be described.

カウンタ305は、露光開始直前にリセット動作を行う。この時、カウンタ305に入力される制御信号PDEFが「H」、すなわち欠陥画素である場合は、カウンタ305のリセット値を0とし、制御信号PDEFが「L」、すなわち正常な画素である場合は、カウンタ305のリセット値を1とする構成とする。   The counter 305 performs a reset operation immediately before the start of exposure. At this time, when the control signal PDEF input to the counter 305 is "H", that is, a defective pixel, the reset value of the counter 305 is set to 0, and when the control signal PDEF is "L", that is, a normal pixel. The reset value of the counter 305 is set to 1.

このような構成とすることで、正常な画素のカウント値は必ず1以上となるため、カウンタ値が0の場合は欠陥画素、1以上の場合は正常な画素と判別することが可能となる。後段の信号処理部106では、カウンタ値が0の画素は、欠陥画素と判別し、種々の補正を行う。なお、正常な画素のリセット値である1は、信号処理部106による欠陥補正の後段で1を減算することで影響を除外すればよい。   With such a configuration, since the count value of a normal pixel is always 1 or more, when the counter value is 0, it can be determined as a defective pixel, and when it is 1 or more, it can be determined as a normal pixel. The signal processing unit 106 in the subsequent stage determines that the pixel having a counter value of 0 is a defective pixel, and performs various corrections. The influence of 1 which is a reset value of a normal pixel may be excluded by subtracting 1 after the defect correction by the signal processing unit 106.

これにより、メモリ部108の容量を圧迫することなく、後段の処理回路において、正確に欠陥画素と正常な画素の判別が可能となる。   As a result, without squeezing the capacity of the memory unit 108, it is possible to accurately discriminate between a defective pixel and a normal pixel in the processing circuit of the latter stage.

なお、上述した例では、正常な画素に対応するカウンタのリセット値を1、欠陥画素に対応するカウンタのリセット値を0としたが、本発明はこれに限られるものでは無い。少なくとも、欠陥画素に対応するカウンタのリセット値を0とすれば、正常な画素に対応するカウンタのリセット値を0以外の予め決められた値としても良い。   In the example described above, the reset value of the counter corresponding to the normal pixel is 1 and the reset value of the counter corresponding to the defective pixel is 0. However, the present invention is not limited to this. Assuming that the reset value of the counter corresponding to the defective pixel is at least 0, the reset value of the counter corresponding to the normal pixel may be a predetermined value other than 0.

[その他の実施形態]
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
Other Embodiments
As mentioned above, although the preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記録媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。   The present invention supplies a program that implements one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a recording medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program. Can also be realized. It can also be implemented by a circuit (eg, an ASIC) that implements one or more functions.

103:シャッタ、105:固体撮像素子、106:信号処理部、201:センサ部基板、202:計数部基板、203:センサ部、204:欠陥画素記憶部、205:画素制御部、206:信号処理回路、301:クエンチ抵抗、302:アバランシェフォトダイオード、303:スイッチ、304:反転バッファ、305:カウンタ、601抵抗器、602:配線、701:PMOSトランジスタ   103: shutter, 105: solid-state imaging device, 106: signal processing unit, 201: sensor unit substrate, 202: counting unit substrate, 203: sensor unit, 204: defective pixel storage unit, 205: pixel control unit, 206: signal processing Circuit, 301: Quench resistance, 302: Avalanche photodiode, 303: Switch, 304: Invert buffer, 305: Counter, 601 resistor, 602: Wiring, 701: PMOS transistor

Claims (14)

アバランシェフォトダイオードとクエンチ抵抗とを含むセンサ部を備える画素が複数配された画素部と、
複数の前記画素のうちの欠陥画素ではない画素に備えられた前記アバランシェフォトダイオードに対して、前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧以上の逆バイアス電圧が印加され、前記複数の画素のうちの前記欠陥画素である画素に備えられた前記アバランシェフォトダイオードに対して、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧未満の逆バイアス電圧が印加されるように設定する設定手段と
を有することを特徴とする固体撮像素子。
A pixel unit including a plurality of pixels including a sensor unit including an avalanche photodiode and a quench resistor;
A reverse bias voltage equal to or higher than the breakdown voltage of the avalanche photodiode is applied to the avalanche photodiode provided in a pixel other than the defect pixel among the plurality of pixels, and the defect pixel of the plurality of pixels is A setting unit configured to apply a reverse bias voltage less than the breakdown voltage of the avalanche photodiode to the avalanche photodiode provided in the pixel.
前記画素は、スイッチを有し、
前記アバランシェフォトダイオードのアノードが前記スイッチを介して第1の電位に接続されている際には、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧以上の逆バイアス電圧が前記アバランシェフォトダイオードに印加され、
前記アバランシェフォトダイオードの前記アノードが前記スイッチを介して前記第1の電位と異なる第2の電位に接続されている際には、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧未満の逆バイアス電圧が前記アバランシェフォトダイオードに印加されることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
The pixel has a switch,
When the anode of the avalanche photodiode is connected to the first potential via the switch, a reverse bias voltage higher than the breakdown voltage of the avalanche photodiode is applied to the avalanche photodiode;
When the anode of the avalanche photodiode is connected to the second potential different from the first potential via the switch, a reverse bias voltage less than the breakdown voltage of the avalanche photodiode is the avalanche photo The solid-state imaging device according to claim 1, which is applied to a diode.
前記欠陥画素を示す情報を記憶する記憶部を更に有し、
前記設定手段は、前記記憶部に記憶された前記欠陥画素を示す情報に基づいて、前記スイッチを制御することを特徴とする請求項2に記載の固体撮像素子。
The storage device further includes a storage unit that stores information indicating the defective pixel.
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the setting unit controls the switch based on information indicating the defective pixel stored in the storage unit.
前記設定手段は、一端が前記アバランシェフォトダイオードのアノードに接続され、他端が所定の電位に接続された配線と、前記配線の一の箇所に一端が接続され、前記配線の他の箇所に他端が接続された抵抗器とを備え、
前記複数の画素のうちの前記欠陥画素ではない画素に備えられた前記配線は切断されておらず、
前記複数の画素のうちの前記欠陥画素である画素に備えられた前記配線は、前記一の箇所と前記他の箇所との間において切断されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
In the setting means, one end is connected to the anode of the avalanche photodiode and the other end is connected to a predetermined potential, and one end is connected to one portion of the wiring, and the other portion is connected to the other portion of the wiring With a resistor connected at the end,
The wiring provided for pixels other than the defective pixel among the plurality of pixels is not cut off, and
The solid according to claim 1, wherein the wiring provided in the pixel which is the defective pixel among the plurality of pixels is cut between the one place and the other place. Image sensor.
前記クエンチ抵抗を、MOSトランジスタのオン抵抗により構成し、
前記設定手段は、複数の前記画素のうちの欠陥画素ではない画素に備えられた前記MOSトランジスタをオンすることで、前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧以上の逆バイアス電圧を印加し、前記複数の画素のうちの前記欠陥画素である画素に備えられた前記MOSトランジスタをオフすることで、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧未満の逆バイアス電圧を印加するように設定することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
The quench resistance is constituted by the on resistance of a MOS transistor,
The setting means applies a reverse bias voltage higher than a breakdown voltage of the avalanche photodiode by turning on the MOS transistor provided in a pixel other than the defective pixel among the plurality of pixels, and the plurality of pixels The reverse bias voltage lower than the breakdown voltage of the avalanche photodiode is set to be applied by turning off the MOS transistor provided in the pixel which is the defective pixel of the above. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記欠陥画素を示す情報を記憶する記憶部を更に有し、
前記設定手段は、前記記憶部に記憶された前記欠陥画素を示す情報に基づいて、前記MOSトランジスタのオン、オフを制御することを特徴とする請求項5に記載の固体撮像素子。
The storage device further includes a storage unit that stores information indicating the defective pixel.
The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the setting unit controls on / off of the MOS transistor based on the information indicating the defective pixel stored in the storage unit.
前記センサ部から発せられる信号をカウントするカウンタを更に有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a counter that counts a signal generated from the sensor unit. 前記設定手段は、更に、複数の前記画素のうちの欠陥画素ではない画素に対応する前記カウンタのリセット値を0以外の予め決められた値に設定し、前記複数の画素のうちの前記欠陥画素に対応する前記カウンタのリセット値を0に設定することを特徴とする請求項7に記載の固体撮像素子。   The setting means further sets a reset value of the counter corresponding to a pixel other than the defective pixel among the plurality of pixels to a predetermined value other than 0, and the defective pixel among the plurality of pixels The solid-state imaging device according to claim 7, wherein a reset value of the counter corresponding to 0 is set to 0. 前記欠陥画素を示す情報を記憶する記憶部を更に有し、
前記設定手段は、前記記憶部に記憶された前記欠陥画素を示す情報に基づいて、前記カウンタのリセット値を制御することを特徴とする請求項8に記載の固体撮像素子。
The storage device further includes a storage unit that stores information indicating the defective pixel.
9. The solid-state imaging device according to claim 8, wherein the setting unit controls a reset value of the counter based on information indicating the defective pixel stored in the storage unit.
前記センサ部は、第1の基板に配されており、
前記センサ部から発せられる信号をカウントするカウンタは、前記第1の基板とは異なる第2の基板に配されていることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
The sensor unit is disposed on a first substrate,
The solid-state image pickup device according to any one of claims 7 to 9, wherein a counter for counting a signal emitted from the sensor unit is disposed on a second substrate different from the first substrate. element.
請求項1乃至10のいずれか1項に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される信号に対して所定の処理を行う処理部と
を有することを特徴とする撮像装置。
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 10.
And a processing unit configured to perform predetermined processing on a signal output from the solid-state imaging device.
アバランシェフォトダイオードとクエンチ抵抗とを含むセンサ部をそれぞれ備える複数の画素のうちの欠陥画素ではない画素に備えられた前記アバランシェフォトダイオードに対して、前記アバランシェフォトダイオードの降伏電圧以上の逆バイアス電圧が印加され、複数の前記画素のうちの前記欠陥画素である画素に備えられた前記アバランシェフォトダイオードに対して、前記アバランシェフォトダイオードの前記降伏電圧未満の逆バイアス電圧が印加されるように設定するステップと、
複数の前記センサ部が備えられた画素アレイを有する固体撮像素子を用いて撮像を行うステップと
を有することを特徴とする撮像方法。
A reverse bias voltage equal to or higher than the breakdown voltage of the avalanche photodiode is provided to the avalanche photodiode provided in a pixel which is not a defective pixel among a plurality of pixels each including a sensor unit including an avalanche photodiode and a quench resistor. Setting a reverse bias voltage less than the breakdown voltage of the avalanche photodiode to be applied to the avalanche photodiode provided to the pixel which is the defective pixel among the plurality of pixels. When,
And D. imaging using a solid-state imaging device having a pixel array provided with a plurality of the sensor units.
前記固体撮像素子を用いて取得される暗画像に基づいて前記欠陥画素を示す情報を取得するステップを更に有することを特徴とする請求項12に記載の撮像方法。   The imaging method according to claim 12, further comprising acquiring information indicating the defective pixel based on a dark image acquired using the solid-state imaging device. 前記固体撮像素子は、前記センサ部から発せられる信号をカウントするカウンタを更に有し、
複数の前記画素のうちの欠陥画素ではない画素に対応する前記カウンタのリセット値を0以外の予め決められた値に設定し、前記複数の画素のうちの前記欠陥画素に対応する前記カウンタのリセット値を0に設定するステップを更に有することを特徴とする請求項12または13に記載の撮像方法。
The solid-state imaging device further includes a counter that counts a signal generated from the sensor unit,
The reset value of the counter corresponding to a pixel other than the defective pixel among the plurality of pixels is set to a predetermined value other than 0, and the counter corresponding to the defective pixel among the plurality of pixels is reset An imaging method according to claim 12 or 13, further comprising the step of setting the value to zero.
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