TWI623230B - Imaging element, imaging device, electronic device, threshold calculation device, and imaging method - Google Patents

Imaging element, imaging device, electronic device, threshold calculation device, and imaging method Download PDF

Info

Publication number
TWI623230B
TWI623230B TW102144683A TW102144683A TWI623230B TW I623230 B TWI623230 B TW I623230B TW 102144683 A TW102144683 A TW 102144683A TW 102144683 A TW102144683 A TW 102144683A TW I623230 B TWI623230 B TW I623230B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
pixel
signal
value
unit
photon
Prior art date
Application number
TW102144683A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201433164A (zh
Inventor
Toshiyuki Nishihara
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Semiconductor Solutions Corp filed Critical Sony Semiconductor Solutions Corp
Publication of TW201433164A publication Critical patent/TW201433164A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI623230B publication Critical patent/TWI623230B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N3/00—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages
    • H04N3/10—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical
    • H04N3/14—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices
    • H04N3/15—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices for picture signal generation
    • H04N3/155—Control of the image-sensor operation, e.g. image processing within the image-sensor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本發明係使入射至像素之光子之二元判定之精度提高。
本發明之攝像元件為包含產生部及判定部者。產生部係根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至像素之光子而儲存之電荷之量。判定部係比較對將像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與所產生之數位值，而進行光子對輸出信號之像素入射之判定。

Description

攝像元件、攝像裝置、電子機器、臨限值計算裝置及攝像方法
本技術係關於一種攝像元件。詳細而言係關於一種檢測微弱光之攝像元件、攝像裝置、電子機器、檢測微弱光之攝像元件之臨限值計算裝置及攝像方法。
近年來，以醫療現場或研究現場為中心廣泛引進檢測微弱光之裝置。於此種裝置中，作為微弱光之檢測部，多數情況下使用價格相對較高之光電倍增管。
又，亦提出有代替光電倍增管而使用可廉價地製造之CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)影像感測器等攝像元件檢測微弱光的裝置(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-97581號公報
於上述先前技術中，藉由對入射至CMOS影像感測器之各像素之光子數進行計數(光子計數)而檢測微弱光。
再者，於上述先前技術中，對有無光子入射至各像素進行二元判定(二值判定)。於該二元判定中，例如藉由考慮每一像素之特性之差或隨機雜訊等之影響而進行，可期待使二元判定之判斷誤差進一步 減少。
本技術係鑒於如上所述之情況研究而成者，其目的在於使入射至像素之光子之判定之精度提高。
本技術係為了解決上述問題點而完成者，其第1方面係一種攝像元件、攝像裝置、電子機器及攝像方法，該攝像元件包括：產生部，其根據像素輸出之信號，產生表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量的數位值；及判定部，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述所產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定。藉此，產生比較對轉換為數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值與數位值而進行光子之入射之判定的作用。
又，於該第1方面中，亦可為進而包含以大於1之倍率將上述信號放大之放大部，且上述產生部根據上述放大後之信號進行上述產生。藉此，產生如下作用：根據藉由以大於1之倍率將信號放大之放大部放大後之信號而產生數位值，將該產生之數位值與臨限值進行比較而進行光子之入射之判定。
又，於該第1方面中，亦可為上述放大部係對上述像素之每一個而設置，且上述判定部係將放大上述信號時之倍率設為上述轉換效率，使用對上述像素之每一個設定之臨限值進行上述判定。藉此，產生如下作用：根據藉由對每一像素設置之放大部放大後之信號而產生數位值，將該產生之數位值與臨限值進行比較而進行光子之入射之判定。
又，於該第1方面中，亦可為上述放大部包含對上述像素之每一個設置之源極接地型之放大電晶體。藉此，產生如下作用：根據藉由 對每一像素設置之源極接地型之放大電晶體放大後之信號而產生數位值，將該產生之數位值與臨限值進行比較而進行光子之入射之判定。
又，於該第1方面中，亦可為上述放大部相對於配置成矩陣狀之上述像素以行為單位設置，且上述判定部將放大上述信號時之倍率設為上述轉換效率，使用按照上述行單位設定之臨限值進行上述判定。藉此，產生如下作用：根據藉由以行為單位設置之放大部放大後之信號而產生數位值，將該產生之數位值與以行為單位設定之臨限值進行比較而進行光子之入射之判定。
又，於該第1方面中，亦可為上述放大部包含運算放大器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)反相器。藉此，產生設置有包含運算放大器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)反相器之放大部之作用。
又，於該第1方面中，亦可為上述放大部包含反饋電路，該反饋電路用以使上述信號之電位反饋至輸出上述信號之像素之浮動擴散層之電位。藉此，產生設置有包含反饋電路之放大部之作用。
又，於該第1方面中，亦可為進而包含保持部，該保持部對上述轉換效率類似之像素之每一個，以較表示藉由上述產生部而產生之數位值所需之位元數更少之位元數保持用以指定上述臨限值之臨限值指定值；上述判定部係獲取成為上述判定對象之已輸出經轉換為數位值之信號之像素的上述臨限值指定值，根據表示上述數位值與上述臨限值指定值之關聯之表，將上述所獲取之臨限值指定值轉換為上述數位值之灰階值而設定上述臨限值。藉此，產生將由保持部保持之臨限值指定值轉換為數位值之灰階值而設定臨限值之作用。
又，於該第1方面中，亦可為上述臨限值係以如下方式算出，即，對上述轉換效率類似之像素之每一個複數次獲取對無藉由光子儲存電荷之狀態下之信號即重設信號進行轉換所得之數位值，根據由該 獲取之複數個數位值算出之標準偏差及平均值而算出。藉此，產生根據對重設信號進行轉換所得之數位值之標準偏差及平均值而算出臨限值之作用。
又，本技術之第2方面係一種攝像裝置，其包括：產生部，其根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量；及判定部，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定。藉此，產生比較對轉換為數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值與數位值而進行光子之入射之判定的作用。
又，於該第2方面中，亦可為進而包含計算部，該計算部對上述轉換效率類似之像素之每一個複數次獲取將無藉由光子儲存電荷之狀態下之信號即重設信號進行轉換所得之數位值，根據該獲取之複數個數位值之標準偏差及平均值而算出上述臨限值。藉此，產生根據對重設信號進行轉換所得之數位值之標準偏差及平均值而算出臨限值的作用。
又，本技術之第3方面係一種臨限值計算裝置，其包括：獲取部，其對轉換效率類似之像素之每一個複數次獲取攝像元件所產生之數位值，該攝像元件包含產生部及判定部，該產生部根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量，該判定部比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定；及計算部，其根據上述獲取之數位值之標準偏差及平均值而算出上述臨限值。藉此，產生根據數位值之標準偏 差及平均值而算出臨限值之作用。
又，於該第3方面中，亦可為上述信號為無藉由光子儲存電荷之狀態下之重設信號。藉此，產生根據由無藉由光子儲存電荷之狀態下之重設信號產生的數位值之標準偏差及平均值而算出臨限值的作用。
又，於該第3方面中，亦可為上述信號為藉由光子而儲存有電荷之狀態下之信號，上述獲取部藉由不同之曝光量複數次執行如下處理，即，複數次獲取藉由經曝光之上述攝像元件而產生之上述數位值，且上述計算部根據針對上述曝光量之每一個求出之上述標準偏差及上述平均值而算出上述臨限值。藉此，產生根據針對每一曝光量求出之標準偏差及平均值而算出臨限值之作用。
根據本技術，能夠發揮可使入射至像素之光子之判定之精度提高之優異效果。
100‧‧‧攝像元件
110‧‧‧垂直驅動電路
130‧‧‧暫存器
150‧‧‧輸出電路
210‧‧‧調整值保持部
220‧‧‧二元判定部
300‧‧‧像素陣列部
310‧‧‧像素
311‧‧‧光電二極體
312‧‧‧傳輸電晶體
313‧‧‧重設電晶體
314‧‧‧放大電晶體
322‧‧‧浮動擴散層
323‧‧‧電源線
330‧‧‧控制線
331‧‧‧像素重設線
332‧‧‧電荷傳輸線
341‧‧‧垂直信號線
362‧‧‧閘極佈線
363‧‧‧閘極佈線
364‧‧‧閘極佈線
371‧‧‧擴散層
372‧‧‧擴散層
373‧‧‧擴散層
382‧‧‧接點
383‧‧‧接點
384‧‧‧接點
385‧‧‧接點
386‧‧‧接點
387‧‧‧接點
400‧‧‧數位值產生電路
410‧‧‧ACDS部
411‧‧‧比較器
412‧‧‧開關
413‧‧‧電容器
420‧‧‧DCDS部
421‧‧‧AD轉換部
422‧‧‧暫存器
423‧‧‧開關
424‧‧‧減法器
440‧‧‧放大器部
460‧‧‧放大器電路
461‧‧‧放大器
462‧‧‧電容器
463‧‧‧電容器
464‧‧‧開關
469‧‧‧放大信號線
470‧‧‧比較器
471‧‧‧電容器
472‧‧‧電容器
473‧‧‧REF信號線
480‧‧‧計數器
481‧‧‧時脈信號線
521‧‧‧線
522‧‧‧鏈線
523‧‧‧壓縮區域
550‧‧‧調整裝置
551‧‧‧調整值計算部
561‧‧‧頻度分佈曲線
562‧‧‧頻度分佈曲線
565‧‧‧頻度分佈曲線
566‧‧‧頻度分佈曲線
599‧‧‧REF信號線
710‧‧‧放大器電路
711‧‧‧反相器
712‧‧‧電容器
713‧‧‧電容器
714‧‧‧開關
810‧‧‧像素
811‧‧‧放大電晶體
819‧‧‧定電流源
820‧‧‧像素
821‧‧‧放大電晶體
829‧‧‧定電流源
830‧‧‧像素
831‧‧‧反饋用放大器
832‧‧‧電容器
840‧‧‧像素
841‧‧‧反饋用放大器
849‧‧‧信號線
A‧‧‧像素
Av‧‧‧平均值
B‧‧‧像素
CMOUT‧‧‧輸出信號
CTIN‧‧‧時脈信號
D1‧‧‧電位差
DOUT‧‧‧信號
F1‧‧‧框
F2‧‧‧框
G1‧‧‧位置
G2‧‧‧位置
G3‧‧‧位置
G4‧‧‧位置
G21‧‧‧位置
G22‧‧‧位置
H1‧‧‧臨限值
H11‧‧‧臨限值
H12‧‧‧臨限值
P1‧‧‧範圍
P2‧‧‧範圍
P3‧‧‧範圍
PXAOUT‧‧‧輸出信號
PXOUT‧‧‧輸入信號
REF‧‧‧信號
T1‧‧‧時序
T2‧‧‧時序
T3‧‧‧時序
T4‧‧‧時序
T5‧‧‧時序
T6‧‧‧時序
T7‧‧‧時序
T8‧‧‧時序
T9‧‧‧時序
T21‧‧‧臨限值
T22‧‧‧臨限值
V1‧‧‧電位
σ‧‧‧標準偏差
圖1係表示本技術之第1實施形態之攝像元件100之基本構成例之一例的概念圖。
圖2係表示本技術之第1實施形態之像素310之電路構成之一例的模式圖。
圖3係模式性地表示本技術之第1實施形態之像素310之佈局之一例的圖。
圖4a、b係表示本技術之第1實施形態之數位值產生電路400之功能構成例之一例及數位值產生電路400之動作例之一例的概念圖。
圖5a、b係用以對本技術之第1實施形態之調整值保持部210所保持之調整值進行說明之圖。
圖6係表示於本技術之第1實施形態中於單位曝光期間入射至各像素之光子之平均數與計數概率之關係的曲線圖。
圖7a、b係模式性地表示本技術之實施形態之使用保持於調整值保持部210之每一像素之調整值進行二元判定之效果的圖。
圖8係表示本技術之第1實施形態中之利用二元判定部220之二元判定之處理程序例的流程圖。
圖9a、b係用以對本技術之第1實施形態中使調整值保持於攝像元件100之調整值保持部210時之調整值之計算方法之一例進行說明的功能構成圖。
圖10a、b係模式性地表示本技術之實施形態中之利用調整值計算部551之調整值之計算的圖。
圖11係表示本技術之第1實施形態中之利用調整裝置550之調整值計算部551之調整值計算之處理程序例的流程圖。
圖12係模式性地表示作為本技術之第1實施形態之第1變化例而示出之運算放大器之放大器部440之電路構成例之一例的圖。
圖13係表示作為本技術之第1實施形態之第1變化例而示出之放大器電路460及數位值產生電路400之動作之一例的時序圖。
圖14a、b係模式性地表示作為本技術之第1實施形態之第1變化例而示出之包含放大器電路460及數位值產生電路400之攝像元件100之重設信號計數期間與其他攝像元件之重設信號計數期間的圖。
圖15a、b係用以將本技術之第1實施形態之第1變化例中之REF信號之斜坡波形與其他攝像元件中之REF信號之斜坡波形進行比較的表。
圖16係模式性地表示作為本技術之第1實施形態之第2變化例而示出之反相器之放大器電路(放大器電路710)之電路構成例之一例的圖。
圖17係表示作為本技術之第1實施形態之第3變化例而示出之使像素之輸出反饋至浮動擴散層之例中之像素(像素830)之電路構成之 一例的模式圖。
圖18係表示作為本技術之第1實施形態之第4變化例而示出之使像素之輸出反饋至放大電晶體之汲極端子之例中之像素(像素840)之電路構成之一例的模式圖。
圖19係表示作為本技術之第1實施形態之第5變化例而示出之將源極接地型之NMOS電晶體作為放大電晶體設置於像素而將來自像素之輸出放大之例中之像素(像素810)之電路構成之一例的模式圖。
圖20係表示作為本技術之第1實施形態之第6變化例而示出之將源極接地型之PMOS電晶體作為放大電晶體設置於像素而將來自像素之輸出放大之例中之像素(像素820)之電路構成之一例的模式圖。
圖21係表示本技術之第2實施形態之數位值之標準偏差與平均值之關係之一例的曲線圖。
圖22係表示本技術之第2實施形態中之利用調整裝置550之調整值計算部551之調整值計算之處理程序例的流程圖。
以下，對用以實施本技術之形態(以下，稱為實施形態)進行說明。說明係按照以下之順序進行。
1.第1實施形態(攝像控制：使用每一像素之臨限值進行光子之入射之二元判定之例)
2.第2實施形態(攝像控制：根據經曝光之像素之數位值求出每一像素之臨限值之例)
<1.第1實施形態>
[攝像元件之構成例]
圖1係表示本技術之第1實施形態之攝像元件100之基本構成例之一例之概念圖。
攝像元件100係設置於用以檢測微弱光之系統(例如成像板之螢光 掃描儀、放射線之閃爍計數器等)之光之檢測器。該攝像元件100係藉由例如CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)感測器而實現。攝像元件100用於代替先前之光電倍增管、雪崩式光電二極體或光電二極體等。
攝像元件100包含像素陣列部300、垂直驅動電路110、放大器部440、數位值產生電路400、暫存器130、調整值保持部210、二元判定部220、及輸出電路150。
像素陣列部300包含配置成二維矩陣狀(n×m)之複數個像素(像素310)。再者，於本技術之第1實施形態中，設想於像素陣列部300配置有128列×128行之像素310。於圖1所示之像素陣列部300示出128列×128行之像素310之一部分。於配置在像素陣列部300之像素310，自垂直驅動電路110以列為單位佈線有控制線(控制線330)。又，於像素310，以行為單位(以縱行為單位)佈線有垂直信號線(垂直信號線341)。再者，關於像素310之電路構成，參照圖2進行說明，故省略此處之說明。
垂直驅動電路110係經由控制線330而對像素310供給信號，並依次沿垂直方向(行方向)以列為單位選擇掃描像素310。藉由利用垂直驅動電路110以列為單位進行選擇掃描，而以列為單位自像素310輸出信號。再者，控制線330中包括像素重設線331及電荷傳輸線332。關於像素重設線331及電荷傳輸線332，參照圖2進行說明，故省略此處之說明。
放大器部440係將像素310輸出之信號放大至N倍(大於1之倍率(N>1))者。該放大器部440係藉由例如連接於像素310與數位值產生電路400之間之運算放大器而實現。又，於像素310之放大電晶體之放大率較大之情形時，不於像素310與ACDS部410之間連接運算放大器，放大器部440藉由像素310之放大電晶體而實現。再者，關於放大器部 440之多種示例，參照圖10至圖20作為本技術之第1實施形態之變化例進行說明，故省略此處之詳細說明。此處，設想為連接於像素310與ACDS部410之間之運算放大器(例如參照圖12)而進行說明。
再者，於藉由運算放大器實現放大器部440之情形時，使用電阻分割或電容分割，藉由放大器部440將任意設定之基準電壓與像素310輸出之信號(重設信號或儲存信號)之差分放大輸出。再者，由於放大器部440設置於像素310與ACDS部410之間或為像素之放大電晶體，故而kTC雜訊等於像素310中所產生之偏移亦被放大輸出。進而，藉由放大器部440亦將像素中所產生之隨機雜訊放大輸出。又，放大器部440之輸出中亦包括放大器部440本身之偏移。放大器部440將放大後之信號供給至數位值產生電路400。再者，放大器部440為申請專利範圍中記載之放大部之一例。
數位值產生電路400係根據放大器部440所放大之輸出信號而產生表示入射至像素310之光之量(藉由光子而儲存於像素之電荷之量)之數位值者。數位值產生電路400配備於每一垂直信號線341。即，於攝像元件100配備有分別與佈線於垂直驅動電路110所驅動之像素(32列×128行)之128根垂直信號線341連接的128個數位值產生電路400。再者，數位值產生電路400雖然將像素310或放大器部440中產生之偏移成分大致去除而產生數位值，但無法將像素中所產生之隨機雜訊去除而產生數位值。數位值產生電路400將所產生之數位值供給至連接於每一數位值產生電路400之暫存器130。再者，數位值產生電路400為申請專利範圍中記載之產生部之一例。
暫存器130係配備於每一數位值產生電路400且暫時保持自數位值產生電路400供給之數位值者。該暫存器130係於讀出像素之下一列之信號之期間(讀出期間)將保持之數位值依序輸出至二元判定部220。
調整值保持部210係保持表示對自暫存器130依次供給之數位值進行二元判定時所需之臨限值的值(調整值)者。此處，對調整值進行說明。調整值所表示之臨限值為如下值：設定為無光子入射至像素之情形時之數位值的值與單光子入射至像素之情形時之數位值的值之間的值。無光子入射之情形時之數位值與單光子入射之情形時之數位值之間的差分係根據所儲存之電荷向數位值轉換之效率(表示轉換為多大之數位值之值)而變化。即，藉由設置放大倍率較大者作為像素之放大電晶體等而使轉換效率變大，隨之，無入射之情形時之數位值與單光子入射之情形時之數位值之間的差分變大。調整值保持部210係針對每一像素保持用以指定如上所述之臨限值之調整值。再者，調整值係以相對於多值(多灰階)之數位值可利用較少之灰階值特定臨限值之值的方式進行設定。即，調整值係以可以較表示數位值所需之位元數少之位元數特定臨限值之數位值的方式進行設定。再者，關於調整值，參照圖5進行說明，故省略此處之說明。
調整值保持部210包含半導體記錄裝置，例如於攝像元件100之製造步驟中保持調整值且於使用中不進行變更之情形時，藉由非揮發性記憶體而實現。又，於攝像元件100之使用中或使用開始前檢測臨限值並加以保持之情形時，藉由SRAM(Static Random Access Memory，靜態隨機存取記憶體)等可重寫之揮發性記憶體而實現。例如，對128列×128行之像素310之各者設定4位元之調整值之情形時，於攝像元件100設置具有64千位元之容量之調整值保持部210。
再者，關於調整值保持部210，於本技術之第1實施形態中，對調整值保持部210保持每一像素之調整值之例進行說明。再者，於因轉換效率以特定之群為單位(例如以行為單位)而相同，故可設定同一臨限值之情形時，亦可以群為單位(例如以行為單位)設定調整值。再者，調整值保持部210為申請專利範圍中記載之保持部之一例。
二元判定部220係根據自暫存器130依次供給之數位值而對有無光子入射至輸出轉換為該數位值之信號之像素進行二元判定者。該二元判定部220係自調整值保持部210獲取對於二元判定對象之輸出成為數位值之信號之像素的調整值。而且，二元判定部220係使用表示調整值之值與數位值之灰階值之關係之對照表，將所獲取之調整值轉換為數位值之灰階值。其後，二元判定部220係將轉換所得之數位值之灰階值作為臨限值，對二元判定對象之數位值進行判定。二元判定部220將判定結果(二元值)供給至輸出電路150。再者，二元判定部220為申請專利範圍中記載之判定部之一例。
輸出電路150係將攝像元件100所產生之信號輸出至外部之電路者。
繼而，參照圖2對像素310之電路構成之一例進行說明。
[像素之電路構成例]
圖2係表示本技術之第1實施形態之像素310之電路構成之一例之模式圖。
像素310係藉由進行光電轉換而將作為入射光之光信號轉換為電氣信號者。像素310係將上述轉換所得之電氣信號放大而作為像素信號予以輸出。該像素310係藉由例如包含浮動擴散層(浮動擴散層，FD，Floating-Diffusion)之FD放大器而將電氣信號放大。
再者，於圖2中，設想放大器部440配備於每一垂直信號線341，對包含源極隨耦器型之放大電晶體之像素進行說明。
像素310包含光電二極體311、傳輸電晶體312、重設電晶體313、及放大電晶體314。
於像素310中，光電二極體311之陽極端子接地，陰極端子連接於傳輸電晶體312之源極端子。又，傳輸電晶體312之閘極端子連接於電荷傳輸線332，其汲極端子經由浮動擴散層(FD322)而連接於重設電晶 體313之源極端子及放大電晶體314之閘極端子。
又，重設電晶體313之閘極端子連接於像素重設線331，其汲極端子連接於電源線323及放大電晶體314之汲極端子。又，放大電晶體314之源極端子連接於垂直信號線341。
光電二極體311係根據光之強度而產生電荷之光電轉換元件。於該光電二極體311中，藉由入射至光電二極體311之光子而產生電子與電洞之對，並於此處儲存該產生之電子。
傳輸電晶體312係根據來自垂直驅動電路110之信號(傳輸脈衝)而將光電二極體311中所產生之電子傳輸至FD322者。該傳輸電晶體312例如於自對其閘極端子進行供給之電荷傳輸線332被供給信號(脈衝)時成為導通狀態，將光電二極體311中所產生之電子傳輸至FD322。
重設電晶體313係用以根據自垂直驅動電路110供給之信號(重設脈衝)而重設FD322之電位者。重設電晶體313於經由像素重設線331被供給重設脈衝至閘極端子時成為導通狀態，從而電流自FD322流動至電源線323。藉此，儲存於浮動擴散層(FD322)之電子被牽引至電源，從而浮動擴散層被重設(以下，將此時之電位稱為重設電位)。再者，於重設光電二極體311之情形時，傳輸電晶體312與重設電晶體313要同時成為導通狀態。藉此，儲存於光電二極體311之電子被牽引至電源，而重設成光子未入射之狀態(暗態)。再者，電源線323中流動之電位(電源)為使用於重設或源極隨耦器之電源，例如供給3V。
放大電晶體314係用以將浮動擴散層(FD322)之電位放大，並將與該放大後之電位對應之信號(輸出信號)輸出至垂直信號線341者。圖2中所示之放大電晶體314為源極隨耦器型之放大電晶體，放大之倍率成為接近於1者。該放大電晶體314係於浮動擴散層(FD322)之電位已重設之狀態之情形(重設電位之情形)時，將與該重設電位對應之輸出信號(以下，稱為重設信號)輸出至垂直信號線341。又，放大電晶體 314係於光電二極體311所儲存之電子已傳輸至FD322之情形時，將與該傳輸後之電子之量對應之輸出信號(以下，稱為儲存信號)輸出至垂直信號線341。再者，於如圖1般複數個像素共有垂直信號線341之情形時，亦可於放大電晶體314與垂直信號線341之間針對每一像素插入選擇電晶體。
再者，如圖2中所示之像素之基本電路或動作機構與通常之像素相同，除此以外，亦考慮各種變化。然而，本技術中設想之像素係以與先前之像素相比轉換效率明顯變高之方式進行設計。為此，以構成源極隨耦器之放大器(放大電晶體314)之閘極端子之寄生電容(FD322之寄生電容)實效地變小至極限為止之方式設計像素。該設計例如可利用研究佈局之方法或將源極隨耦器之輸出反饋至像素內之電路之方法(例如參照日本專利特開平5-63468、日本專利特開2011-119441)而進行。
其次，參照圖3對以放大電晶體314之閘極端子之寄生電容變小之方式設計之像素310之佈局之一例進行說明。
[像素之平面佈局例]
圖3係模式性地表示本技術之第1實施形態之像素310之佈局之一例的圖。
此處，著眼於放大電晶體314之閘極端子之寄生電容及浮動擴散層(FD322)進行說明。
於圖3所示之像素310之佈局中，示出光電二極體311、FD322、及垂直信號線341。又，於圖3中示出傳輸電晶體312之閘極端子之佈線(閘極佈線362)、重設電晶體313之閘極端子之佈線(閘極佈線363)、及放大電晶體314之閘極端子之佈線(閘極佈線364)。再者，FD322由較粗之虛線表示，垂直信號線341由較細之虛線表示，閘極佈線362至364由附有斜線之矩形表示。
進而，於圖3中示出與傳輸電晶體312之汲極端子、重設電晶體313之源極端子及該2個端子間之佈線對應之雜質擴散層(擴散層371)。又，於圖3中示出與重設電晶體313之汲極端子、放大電晶體314之汲極端子及該2個端子間之佈線對應之雜質擴散層(擴散層372)。而且，於圖3中示出與放大電晶體314之源極端子對應之雜質擴散層(擴散層373)。再者，擴散層371至373由附有小點之矩形表示。
進而，於該佈局中示出用以將閘極佈線362連接於電荷傳輸線332之接點(接點382)、及用以將閘極佈線363連接於像素重設線331之接點(接點383)。又，於該佈局中示出用以將閘極佈線364連接於FD322之接點(接點384)、及用以將擴散層371連接於FD322之接點(接點385)。進而，於該佈局中示出用以將擴散層372連接於電源線323之接點(接點386)、及用以將擴散層373連接於垂直信號線341之接點(接點387)。
此處，關於像素310之佈局，著眼於FD322之尺寸進行說明。於像素310中，以FD322之寄生電容成為最小之方式設計佈局。因此，於像素310中，只要可製造作為將擴散層371與閘極佈線364相連之佈線部位之FD322、擴散層371及閘極佈線364，則以成為最小面積之方式設計佈局。又，於像素310中，放大電晶體314之汲極端子之寬度(擴散層373之閘極佈線364附近)被縮小。
藉由利用如圖3所示之設計使寄生電容變小，即便儲存於FD322之電子為少數，亦可將足夠大之輸出信號輸出至垂直信號線341。該輸出信號之大小遠大於放大電晶體314之隨機雜訊即可。若成為單光子儲存於FD322時之輸出信號遠大於放大電晶體314之隨機雜訊之狀態，則來自像素之信號被量化，可將像素之儲存光子數作為數位信號檢測出。
例如，於放大電晶體314之隨機雜訊為50μV~100μV左右且輸 出信號之轉換效率被提高至600μV/e-左右之情形時，輸出信號遠大於隨機雜訊，因此原理上可進行單光子檢測。
再者，如圖3所示之像素310於被供給例如3V左右之電源電壓之情形時，亦可將1000e-左右之電荷儲存於光電二極體311。此情形時之儲存信號(輸出信號)成為具有0.6V左右之動作範圍之類比輸出。於此情形時，每1電子之信號之大小亦較先前大出約10倍。因此，放大電晶體314或數位值產生電路400之隨機雜訊之影響成為約1/10。即，像素310適於低照度攝像。
如此，包含光電二極體及放大電晶體之像素之輸出信號於轉換效率足夠高之情形時，既可作為二元資料進行處理，亦可作為具有灰階之類比資料進行處理。然而，如上所述之像素存在1次攝像中之檢測光量之上限(動態範圍)較小之問題。為提高動態範圍，有效的是加快像素輸出之信號之讀出速度而提高圖框率之後累積複數次讀出結果。例如，於對光子之入射進行二元判定之情形時，若進行1023次曝光與讀出並累積結果，則每1像素之動態範圍成為10位元之灰階之資料。又，於最大之儲存電子數為1000e-且進行類比輸出後判定光子數之情形時，若進行16次曝光與讀出並累積結果，則亦與最大之儲存電子數為16,000e-之像素之輸出等效。
再者，於圖3中，對以寄生電容實效地變小至極限為止之方式設計像素而可檢測單光子之像素之例進行了說明，但並不限定於此。除此以外，藉由將利用光電轉換所獲得之電子於像素內放大之像素，亦可同樣地實施單光子之檢測。例如，考慮於像素內之光電二極體與放大電晶體之閘極端子之間嵌入有複數段CCD倍增傳輸元件的像素(例如參照日本專利特開2008-35015)。於該像素中，將光電轉換所得之電子於像素內倍增至10倍左右。藉由如此般於像素內倍增電子，亦可進行單光子檢測，亦可將配置有如上所述之像素之攝像元件用作攝像 元件100。
繼而，參照圖4對數位值產生電路400之功能構成進行說明。
[數位值產生電路之功能構成例]
圖4係表示本技術之第1實施形態之數位值產生電路400之功能構成例之一例及數位值產生電路400之動作例之一例的概念圖。
於圖4a中，作為數位值產生電路400之功能構成，示出放大器部440、ACDS(Analog Correlated Double Sampling，類比相關雙取樣)部410、及DCDS(Digital CDS，數位相關雙取樣)部420。
又，於圖4a中，將連接於數位值產生電路400之垂直信號線341、連接於該垂直信號線341之像素310之一部分、像素陣列部300及放大器部440與數位值產生電路400之功能構成一起示出。
ACDS部410係藉由類比CDS而進行偏移去除者，其包含開關412、電容器413及比較器411。
開關412係用以將垂直信號線341連接於對比較器411輸入基準電壓之輸入端子與對比較器411輸入比較對象之信號之輸入端子之任一者的開關。該開關412係於取樣保持像素310之重設信號之情形時，將垂直信號線341連接於輸入基準電壓之輸入端子(連接有電容器413之左側之端子)。又，開關412係於由比較器411輸出類比CDS之結果之情形時，將垂直信號線341連接於輸入比較對象之信號之輸入端子(無電容器之右側之端子)。
電容器413係用以取樣保持像素310之重設信號之保持電容。
比較器411係輸出經取樣保持之信號與比較對象之信號之差分者。即，比較器411輸出經取樣保持之重設信號與自垂直信號線341供給之信號(儲存信號或重設信號)之差分。即，比較器411係將kTC雜訊等像素310中所產生之偏移或放大器部440之偏移等自儲存信號或重設信號中去除。
再者，比較器411係藉由例如增益為1之運算放大器而實現。比較器411將差分之信號供給至DCDS部420。再者，此處將重設信號與重設信號之差分之信號稱為無信號，將重設信號與儲存信號之差分之信號稱為淨儲存信號。
DCDS部420係藉由數位CDS而進行偏移去除者，其包含AD(Analog Digital，類比數位)轉換部421、暫存器422、開關423及減法器424。
AD轉換部421係對自比較器411供給之信號進行AD轉換者。
開關423係切換AD轉換部421所產生之AD轉換後之信號之供給目的地的開關。開關423係於AD轉換部421輸出無信號之AD轉換之結果(數位之無信號)之情形時，將該信號供給至暫存器422，使其鎖存(保持)於暫存器422。藉此，比較器411或AD轉換部421之偏移值保持於暫存器422。又，開關423係於AD轉換部421輸出淨儲存信號之AD轉換之結果(數位之淨儲存信號)之情形時，將該信號供給至減法器424。
暫存器422係保持無信號之AD轉換之結果者。暫存器422將保持之無信號之AD轉換之結果(數位之無信號)供給至減法器424。
減法器424係自數位之淨儲存信號之值中減去數位之無信號之值者。減法器424輸出進行減法所得之結果(淨數位值)。
此處，關於設置放大器部440之優點，自數位值產生電路400之各構成之動作之方面進行說明。藉由利用放大器部440將像素310輸出之信號放大至N倍，可將AD轉換部421進行AD轉換時所需之解析度降低至1/N。尤其，藉由於像素310與ACDS部410之間設置放大器部440，而使像素310之信號於進入至ACDS部410之前放大至N倍，另一方面，像素310中所產生之偏移及放大器部440之偏移可於ACDS部410中去除。即，藉由AD轉換部421對經去除像素310之偏移與放大器部 440之偏移之信號進行AD轉換，而將進行AD轉換時之偏移成分抑制為最小。
即，與不具備放大器部440之其他攝像元件相比，AD轉換之解析度為1/N即可，而且由於AD轉換時之偏移成分之量相同，故而可縮短AD轉換之所需時間。尤其，於對無信號進行AD轉換時，由於以1/N之解析度對偏移成分已被抑制為最小之無信號進行AD轉換，故而所需時間大幅度縮短。再者，此處，構成無信號之偏移成分為ACDS部410中所產生之偏移成分及DCDS部420中所產生之偏移成分。
又，於使用攝像元件100進行單光子檢測等微小光檢測之情形時，來自像素310之儲存信號之大部分成為無信號(偏移)，又，於檢測出單光子之情形時，針對像素310之輸出信號之計數量(電位差)變得非常小，從而用於像素310之輸出信號之AD轉換時間非常短。即，可大幅度縮短AD轉換所花費之時間。
再者，若於產生多灰階之資料之通常之攝像元件中設置將像素輸出之信號放大之放大器部，則放大器部440之增益之偏差直接反映於最終輸出，成為每一縱行(行)之縱條紋。然而，於將微弱光作為檢測對象而對有無單光子入射至像素進行二元判定之情形時，藉由恰當地設定用以辨別光子數「0」與光子數「1」之臨限值(判定臨限值)，可將增益偏差之影響濾除且完全排除。再者，關於該判定臨限值之設定，參照圖5及圖7進行說明，故省略此處之詳細說明。
再者，圖4中所示之數位值產生電路400亦可使比較器411與AD轉換部421一體化而利用自動歸零動作進行CDS。再者，關於此種數位值產生電路400之電路構成之一例，參照圖12進行說明。
此處，參照圖4b對圖4a所示之數位值產生電路400之動作進行說明。
於圖4b中，示出表示數位值產生電路400之動作例之一例之流程 圖。再者，圖4b所示之流程圖之各程序之框係與圖4a中所示之包圍各構成之框相對應。即，以雙重之框表示之程序表示像素310之程序，以長線之虛線之框表示之程序表示ACDS部410之程序，以短線之虛線之框表示之程序表示DCDS部420之程序，以粗線之框表示之程序表示放大器部440之程序。再者，為便於說明，對利用ACDS部410之ACDS處理省略圖示，而於DCDS部420進行AD轉換時之程序中一起說明。
首先，於所選擇之列之像素(像素310)中，將放大電晶體314之閘極端子之電位(FD322之電位)重設，對垂直信號線341輸出重設信號(步驟511)。
繼而，藉由放大器部440將自像素310輸出之重設信號放大至N倍(N>1)(步驟512)。再者，該經放大之重設信號中亦包含作為像素之偏移成分之kTC雜訊或放大器部440之偏移成分，該等雜訊亦倍增並被輸出。又，該經放大之重設信號中亦包含像素中所產生之隨機雜訊，該隨機雜訊亦倍增並被輸出。
繼而，藉由ACDS部410之電容器413取樣保持藉由放大器部440放大後之重設信號(步驟513)。
其後，藉由DCDS部420之AD轉換部421對藉由放大器部440放大後之重設信號與經取樣保持之重設信號之差分的信號(無信號)進行AD轉換(步驟514)。再者，該經AD轉換之無信號中包含因比較器411或AD轉換部421而產生之雜訊，從而數位檢測出用以將該等雜訊抵消(偏移)之值。繼而，將該無信號之AD轉換之結果作為偏移值而保持於暫存器422(步驟515)。
繼而，於像素310中，將光電二極體311所儲存之電子傳輸至FD322，自像素310輸出儲存信號(步驟516)。其後，藉由放大器部440將自像素310輸出之儲存信號放大至N倍(N>1)(步驟517)。繼而，藉 由DCDS部420之AD轉換部421對藉由放大器部440放大後之儲存信號與經取樣保持之重設信號之差分的信號(淨儲存信號)進行AD轉換(步驟518)。再者，藉由設為與經取樣保持之重設信號之差分之信號，而將像素之偏移成分或放大器部440之偏移成分抵消。再者，該差分之信號之AD轉換之結果中包含因比較器411或AD轉換部421而產生之雜訊。又，差分之信號之AD轉換之結果中亦包含像素之隨機雜訊。
繼而，藉由減法器424，輸出自淨儲存信號之AD轉換之結果(第2次)之值中減去保持於暫存器422之無信號之AD轉換之結果(第1次)之值所得的值(步驟519)。藉此，將因比較器411或AD轉換部421而產生之雜訊(偏移成分)消除，輸出表示像素310輸出之儲存信號之大小與像素之隨機雜訊之大小的數位值(淨數位值)。
如上所述，像素中所產生之隨機雜訊未藉由ACDS及DCDS抵消而包含於淨數位值中。尤其，由於藉由放大器部440放大，故而因隨機雜訊而導致之數位值之值之偏差變大。
再者，此處，作為數位值中所含之隨機雜訊，僅著眼於像素之隨機雜訊進行了說明，但亦使放大器部440、ACDS部410及DCDS部420分別產生隨機雜訊。該等隨機雜訊亦包含於淨數位值中。尤其，放大器部440之隨機雜訊會被放大至N倍。再者，放大器部440之隨機雜訊可藉由利用面積足夠大之電晶體構成放大器部440而減少。再者，該等隨機雜訊雖然可藉由多重取樣或頻帶限制而減少某種程度，但無法如偏移成分般完全去除。
藉由數位值產生電路400而產生之淨數位值被供給至二元判定部220。繼而，二元判定部220係根據調整值保持部210保持之每一像素之調整值，設定輸出作為該所供給之淨數位值之儲存信號的像素之二元判定之臨限值。其後，將該所設定之臨限值與淨數位值進行比較，藉由二元判定部220對有無單光子入射進行二元判定。
繼而，參照圖5對調整值保持部210保持之每一像素之調整值進行說明。
[調整值保持部保持之每一像素之調整值之一例]
圖5係用以對本技術之第1實施形態之調整值保持部210保持之調整值進行說明的圖。
於圖5a中示出模式性地表示調整值保持部210保持之每一像素之調整值之表。又，於圖5b中示出模式性地表示二元判定部220之二元判定之判定臨限值(數位值之灰階值)與調整值之關係的表。
再者，於圖5a中，藉由列編號及行編號而特定示出像素陣列部300中之128列×128行之像素。又，於圖5中，調整值設為4位元(0至15)之值。
如圖5a之表所示，每一像素之調整值被保持於調整值保持部210。再者，該調整值例如於攝像元件100之製造步驟中針對每一像素設定並保持於調整值保持部210。關於該調整值之設定，參照圖9至圖11進行說明，故省略此處之說明。
關於該圖5a所示之調整值，於二元判定部220進行二元判定時，獲取二元判定對象之像素之調整值。繼而，於二元判定部220中，轉換為與調整值各自之值(0至15)建立對應之判定臨限值(灰階值)。
即，二元判定部220保持如圖5b之表所示之表示調整值之值與判定臨限值(灰階值)之關聯之資訊(對照表)，根據該資訊而將調整值轉換為判定臨限值。即，可利用4位元之調整值設定16灰階之判定臨限值。
若調整值被轉換為判定臨限值，則二元判定部220根據轉換後之臨限值進行二元判定。藉此，可針對像素各自之輸出值之偏差對每一像素設定恰當之臨限值而進行二元判定。例如，於圖1所示之每一放大器部440增益不同並且於圖2所示之每一像素之放大電晶體314增益 亦不同之情形時，設想對像素輸出之信號施加之增益於每一像素大不相同。於如上所述之情形時，亦藉由對每一像素設定恰當之臨限值，可準確地進行二元判定。
再者，於圖5中，就對每一像素設定調整值之例進行了說明，但亦考慮按照偏差之單位設定調整值。例如，於對每一縱行(每一垂直信號線341)設置放大器部440之情形時，若放大器部440之增益產生偏差但像素之放大電晶體314之增益無偏差，則亦可對每一縱行設定調整值。
繼而，參照圖6對入射至各像素之光子之數與檢測結果(二元判定之結果)之關係進行說明。
[入射至各像素之光子之數與檢測結果之關係例]
圖6係表示於本技術之第1實施形態中於單位曝光期間入射至各像素之光子之平均數與計數概率之關係的曲線圖。
再者，對於攝像元件之各像素，設想光子均勻且隨機地入射至攝像元件之各像素而進行說明。再者，設想光子於時間上亦均勻且隨機地入射。
於如上所述之條件下，於單位曝光期間內入射至各像素之光子之平均數(平均光子數)與入射之光子被計數(利用二元判定部220判定為「1」)之概率(計數概率)之關係係遵從泊松分佈(Poisson distribution)。由於遵從泊松分佈，故而平均光子數與計數概率之關係成為以下之式1所示之關係。
此處，P(k)為單位曝光期間內單位像素發生k次光子入射(k個光子入射)之概率。又，λ為單位曝光期間內入射至單位像素之光子之平均個數(平均光子數)。又，e為自然對數之底(≒2.718)。
即，上述式1之概率P(k)表示於單位曝光期間中入射至各像素之光子之數為平均光子數λ之情形時入射之光子之數為光子數k的概率。
此處，設想於單位曝光期間中入射至攝像元件之各像素之光子之數之平均值(平均光子數λ)為「0.21」，而對平均光子數與計數概率之關係進行說明。於此情形時，光子數k與概率P(k)根據上述式1而成為如下之關係。
入射至單位像素之光子為0個(k=0)之概率：0.8105
入射至單位像素之光子為1個(k=1)之概率：0.1702
入射至單位像素之光子為2個(k=2)之概率：0.0179
入射至單位像素之光子為3個(k=3)之概率：0.0013
…(自此以下，由於值非常小(0.00007以下)故而省略)
如上所述，關於入射至單位像素之光子重複之概率，重複之光子之數越多則概率之值越小。
繼而，對光子以如上所述之概率入射之情形時之攝像元件所產生之信號進行說明。
二元判定部220輸出之數位值成為「0」之情形係入射至單位像素之光子為0個之情形。即，數位值成為「0」之概率係入射至單位像素之光子為0個之情形時之概率即「0.8105」。
另一方面，二元判定部220輸出之數位值成為「1」之情形係入射至單位像素之光子為1個以上之所有情形。即，數位值成為「1」之概率(計數概率)係總計入射至單位像素之光子為1個以上之情形時之概率所得之值即「0.1894」。
再者，由於平均光子數λ為「0.21」，故而計數概率「0.1894」表 示入射之光子之約10%未被計數(計數損失)。該計數損失係因將單位曝光期間內有2個以上之光子入射至單位像素之情況計數為「1」而產生。因此，平均光子數λ越大則計數損失亦越大。
至此為止，設想平均光子數λ為「0.21」進行了說明，但如上所述之平均光子數λ與計數概率之關係於光子在空間上且時間上均勻且隨機地入射之情形時為唯一。即，若將縱軸設為表示計數概率之軸，將橫軸設為單位曝光期間入射至各像素之光子之平均光子數，則計數概率與平均光子數之關係成為圖6之表之實線(線521)所示之關係。
再者，於圖6之表中，利用鏈線(鏈線522)表示之平均光子數之位置表示入射之光子之約10%被計數損失之位置(10%檢測損失位置)。於容許約10%之計數損失之情形時，平均光子數為「0.21」以下時認為可保證線性。對於此，就攝像元件所產生之數位輸出值之側而言，即，於攝像元件所產生之數位值之計數概率為「0.1894」以下之情形時，判斷為於可保證線性之照度與曝光條件下進行攝像。另一方面，於計數概率超過「0.1894」之情形(圖6之壓縮區域523所示之範圍)時，判斷為計數損失較多而無法保證線性。
再者，由於計數概率與平均光子數之間存在如圖6之表所示之關係，故而藉由保持表示如該表所示之關係之資料(例如泊松分佈或近似於泊松分佈之函數或表)，可實施計數值之修正。關於該修正，首先根據攝像元件所產生之數位值而算出計數概率(「1」之值之像素於全像素中之比率)，且根據該計數概率與表示圖6之表所示之關係之資料而算出平均光子數。繼而，根據該算出之平均光子數而算出入射至攝像元件之光子之數。於進行該修正之情形時，與於可保證線性之範圍內使用之情形(無修正之情形)相比，可使檢測動態範圍提昇一位左右。
再者，由於使用保持於調整值保持部210之每一像素之調整值， 於攝像元件100中進行二元判定，故而包含攝像元件100之裝置可準確地計數光子，且可準確地進行線性之判斷或計數值之修正。
繼而，參照圖7對根據每一像素之調整值進行二元判定之效果進行說明。
[效果例]
圖7係模式性地表示本技術之第1實施形態之使用保持於調整值保持部210之每一像素之調整值進行二元判定之效果的圖。
於圖7a中示出設想在增益於每一像素產生偏差之攝像元件中使用1個臨限值進行所有像素之二元判定之例(於所有像素設定單一之臨限值之例)。
於該圖7a中示出分別表示增益不同之2個像素(像素A、像素B)之輸出信號之頻度分佈的2個曲線圖。該2個曲線圖係將縱軸設為表示頻度之軸，將橫軸設為表示信號量(數位值之灰階值)之軸，而示出未儲存電荷之狀態下產生之信號(無儲存信號)與單光子入射之狀態下產生之信號(單光子信號)之頻度分佈。再者，設想像素A與像素B相比增益值較小(放大率較小)而示出頻度分佈。
又，像素A之無儲存信號之峰位置由位置G1表示，像素A之單光子信號之峰位置由位置G2表示。又，像素B之無儲存信號之峰位置由位置G3表示，像素B之單光子信號之峰位置由位置G4表示。
再者，於圖7a及圖7b中，為便於說明，設想像素A之無儲存信號之峰位置(位置G1)與像素B之無儲存信號之峰位置(位置G3)為相同之信號量(例如「0」之灰階值)。
如圖7a所示，由於像素A之增益值小於像素B，故而就無儲存信號之峰位置與單光子信號之峰位置之間之距離而言，像素A小於像素B。又，就因隨機雜訊而導致之值之偏差(曲線圖之信號量(灰階值)方向上之寬度)而言，增益較小之像素A小於像素B。再者，即便於無儲 存信號之情形時，如圖7a所示，值亦因隨機雜訊而產生偏差，因此若不將臨限值設定為較該產生偏差之值高的值，則會產生誤判定。
就可設定不會產生二元判定之誤判定之臨限值之信號量的範圍而言，像素A之範圍(範圍P1)窄於像素B之範圍(範圍P2)。再者，關於無儲存信號及單光子信號之峰位置間之距離、因隨機雜訊而導致之值之偏差、及可設定不會產生誤判定之臨限值之範圍，若增益變成N倍，則該等亦變成N倍。
於此情形時，對像素A及像素B設定共同之臨限值時，自範圍P1與範圍P2之間重複之信號量(灰階值)之範圍(範圍P3)中設定。於圖7a中，以臨限值H1示出共同之臨限值之一例。
如圖7a所示，於增益存在偏差之情形時，共同之臨限值之設定變難。再者，於圖7a中，設想存在可於2個像素之兩者不產生誤判定地進行二元判定之範圍(範圍P3)而進行了說明，但於增益之偏差非常大之情形時，亦考慮到不存在該範圍(臨限值設定之範圍)。尤其，存在增益之偏差之像素數越多，則該共同之臨限值之設定越難。
於圖7b中示出使用保持於調整值保持部210之每一像素之調整值進行二元判定之本技術之第1實施形態之攝像元件100之例(使用調整值對每一像素設定臨限值之例(攝像元件100))。
再者，該圖7b所示之增益不同之2個像素(像素A、像素B)之輸出信號之頻度分佈係與圖7a中所示者相同，因此省略此處之詳細說明。於圖7b中，除像素A及像素B之頻度分佈以外，亦示出調整值之值、對像素A設定之與「5」之值之調整值相對應之信號量之臨限值(臨限值H11)、及對像素B設定之與「7」之值之調整值相對應之信號量之臨限值(臨限值H12)。
如圖7b所示，藉由使每一像素之調整值保持於調整值保持部210，可對各個像素設定臨限值。藉此，可準確地進行二元判定。
[二元判定部之動作例]
其次，參照圖式對本技術之第1實施形態中之攝像元件100之二元判定部220之動作進行說明。
圖8係表示本技術之第1實施形態中之利用二元判定部220之二元判定之處理程序例的流程圖。
再者，於圖8中，就對供給至二元判定部220之1個數位值進行之處理程序進行說明。即，例如於自128個像素讀出信號之情形時，進行圖8所示之處理程序128次。
首先，藉由二元判定部220獲取自像素310讀出並藉由數位值產生電路400數位化後之淨儲存信號之數位值(步驟S911)。再者，數位值產生電路400產生利用步驟S911所獲取之淨儲存信號之數位值之程序為申請專利範圍中記載之產生程序之一例，與圖4之步驟511至519相對應。繼而，藉由二元判定部220自調整值保持部210獲取輸出成為該數位值之儲存信號之像素之調整值(步驟S912)。
繼而，將所獲取之調整值轉換為判定臨限值(灰階值)(步驟S913)。繼而，使用該轉換所得之判定臨限值，藉由二元判定部220對淨儲存信號之數位值進行二元判定(步驟S914)。其後，輸出該二元判定之結果(表示有無光之入射之二元值)(步驟S915)，結束二元判定處理程序。再者，步驟S914為申請專利範圍中記載之判定程序之一例。
至此為止，對藉由攝像元件100中之二元判定部220而進行之使用調整值之二元判定進行了說明。再者，關於調整值，必須於使用攝像元件100進行光子計數之前對每一像素算出值並將其保持於調整值保持部210。
繼而，參照圖9至圖11對調整值之計算進行說明。
[每一像素之調整值之計算之一例]
圖9係用以對本技術之第1實施形態中使調整值保持於攝像元件 100之調整值保持部210時之調整值之計算方法之一例進行說明的功能構成圖。
於圖9a中模式性地示出算出每一像素之調整值並使調整值保持於調整值保持部210之校準時(調整值設定時)之功能構成，於圖9b中模式性地示出保持調整值後之將攝像元件100使用於光子計數時(調整值設定結束後)之功能構成。再者，於圖9a中，對在攝像元件100之製造步驟(或搭載攝像元件100之裝置之製造步驟)中算出調整值並將其寫入至包含非揮發性記憶體之調整值保持部210之例進行說明。
於圖9a中，示出調整值之計算對象之攝像元件100及用以計算調整值之裝置(調整裝置550)。再者，作為攝像元件100之功能構成，僅對說明中要使用之構成標註符號而表示。再者，攝像元件100之各功能構成係與圖1中所示者相同，因此省略此處之說明。
調整裝置550係計算每一像素之調整值、或者對攝像元件100之各種性能進行檢查者。再者，於圖9a中，作為調整裝置550之計算調整值之功能構成，於調整裝置550之內部示出調整值計算部551。再者，調整裝置550為申請專利範圍之臨限值計算裝置之一例。
此處，對調整值之計算進行說明。例如，調整裝置550係使攝像元件100以特定次數產生無儲存信號，並使該所產生之無儲存信號之數位值輸出至調整值計算部551。再者，於攝像元件100中，為將無儲存信號之數位值輸出至攝像元件100之外部，而將二元判定部220(參照圖1、圖9b)之功能關閉(OFF)。即，攝像元件100將無儲存信號之數位值自輸出電路150輸出。於圖9a所示之攝像元件100中，示出各構成而未圖示功能被關閉之二元判定部220。
調整裝置550之調整值計算部551係根據所供給之無儲存信號之數位值而對每一像素算出調整值。再者，關於該計算方法，參照圖10進行說明，故省略此處之詳細說明。再者，調整值計算部551為申請 專利範圍中記載之臨限值計算裝置之獲取部及計算部之一例。
於圖9b中，示出調整值保持於調整值保持部210且可使用於光子計數之狀態之攝像元件100。再者，該狀態之攝像元件100係與圖1中所示之攝像元件100相同，故省略此處之詳細說明。
如圖9b所示，調整值之設定結束時，二元判定部220之功能被開啟(ON)。繼而，於攝像元件100進行動作時，使用保持於調整值保持部210之每一像素之調整值進行二元判定。
再者，於圖9中，對在攝像元件100之製造步驟中進行保持調整值之校準之例進行了說明，關於進行該校準之時序，考慮各種模式。例如，亦考慮於包含攝像元件之攝像裝置設置調整值計算部551而於該攝像裝置之電源接通時進行之情形、或於即將攝像之前每次進行校準之情形。再者，於電源接通時或即將攝像之前進行校準之情形時，例如亦可進行如下作業：亦一起實施暗電流測定，於向記憶體寫入判定臨限值用之調整值之同時，檢測不良像素並將其掩蔽。
其次，參照圖10對利用調整值計算部551之調整值之計算進行說明。
[調整值計算之例]
圖10係模式性地表示本技術之第1實施形態中之利用調整值計算部551之調整值之計算的圖。
再者，於圖10中，設想計算圖7中所示之像素A及像素B之調整值之例而進行說明。於圖10a中示出用以對像素A之調整值之計算進行說明之圖，於圖10b中示出用以對像素B之調整值之計算進行說明之圖。
圖10a及圖10b中所示之像素之輸出之頻度係與圖7中所示者相同，但表示無儲存信號之頻度之曲線由較粗之實線誇張地示出(圖10a之頻度分佈曲線561、圖10b之頻度分佈曲線565)。又，表示單光子信 號之頻度之曲線由較細之虛線表示(圖10a之頻度分佈曲線562、圖10b之頻度分佈曲線566)。
而且，於圖10a及圖10b中示出根據像素A及像素B之無儲存信號之頻度而算出之各者之平均值之位置(位置G21、位置G22)、及表示根據各者之無儲存信號之頻度而算出之各者之標準偏差(σ)之值之大小的雙箭頭。又，於圖10a及圖10b中示出表示將像素A及像素B之標準偏差乘以常數(K1)所得之值(K1‧σ)之雙箭頭、及表示算出之臨限值之鏈線(臨限值T21、臨限值T22)。又，於圖10a及圖10b中，示出表示調整值之軸，要轉換為與算出之臨限值之值(灰階值)最接近之灰階值的調整值由以內部附有點之虛線之矩形覆蓋之值(像素A為「5」，像素B為「7」)表示。
此處，對調整值之計算進行說明。計算調整值時，攝像元件100產生無儲存信號複數次(例如對各像素各進行64次)，並將該產生之無儲存信號供給至調整值計算部551。藉此，調整值計算部551可對每一像素檢測出如圖10a之頻度分佈曲線561或圖10b之頻度分佈曲線565所示之無儲存信號之頻度分佈。
再者，計算調整值時，由於難以產生於單光子入射之狀態下產生之信號(單光子信號)，故而不進行單光子信號等有光之狀態下之信號之產生。於圖10中，計算調整值時產生之無儲存信號之頻度分佈之曲線(頻度分佈曲線561、頻度分佈曲線565)由較粗之實線表示。再者，關於雖然於計算調整值時未產生但為進行說明而示出之單光子信號之頻度分佈之曲線(頻度分佈曲線562、頻度分佈曲線566)，由較細之虛線表示。
再者，無儲存信號例如於如下狀態下產生，即，使重設電晶體313(參照圖2)為導通狀態而將FD322之電位固定為重設電位，模擬地實現無電荷儲存之狀態下之攝像。再者，亦可藉由如下方式而產生， 即，於如不會產生1電子量之暗電流(光電二極體中產生之雜訊)之較短曝光時間內在無光之狀態(暗態)下進行攝像動作。
繼而，調整值計算部551係根據複數次產生之無儲存信號而對每一像素產生頻度分佈，根據該頻度分佈而算出信號量(灰階)之平均值(Av)及標準偏差(σ)。繼而，調整值計算部551例如使用以下之式2，根據平均值Av及標準偏差σ而算出臨限值(Vth)。
Vth=Av+K1‧σ…式2
此處，K1為常數。該常數K1係以根據式2算出之臨限值Vth成為無儲存信號之平均值(峰)之位置(位置G21、位置G22)與單光子信號之平均值(峰)之位置之間的中間附近之位置(信號量(灰階))之方式設定。
此處，對上述式2進行說明。於攝像元件100中，因增益值於每一像素不同，故無儲存信號之峰位置與單光子信號之峰位置之間之距離(峰間距離)根據增益而於每一像素不同。又，無儲存信號之值之偏差之程度亦根據增益而於每一像素不同。再者，關於峰間距離或偏差之程度，若增益變成N倍則該等亦變成N倍。
因此，調整值計算部551計算無儲存信號之值之標準偏差σ作為表示無儲存信號之值之偏差之程度的值。其後，調整值計算部551將根據增益而增減之標準偏差σ視為增益而計算臨限值。調整值計算部551係將標準偏差σ乘以常數K1，計算距無儲存信號之峰位置(平均值Av)之臨限值之位置。再者，若使標準偏差σ乘以常數K1所得之值變成2倍，則成為接近無儲存信號之峰位置與單光子信號之峰位置之間之距離的值。
再者，常數K1成為按照製品類型(按照攝像元件之電路類型)而預先規定之共同值。例如，實際上檢測使用單一光子產生裝置入射有單光子之情形時之頻度分佈，算出要計算對於任一增益(任一像素)均恰 當之臨限值之常數K1。繼而，使算出之常數K1保持於調整值計算部551，於計算調整值時，使用與計算對象之攝像元件相對應之常數K1而算出臨限值。
再者，平均值Av於在數位值產生電路400中各種偏移被充分消除之情形時大致為零。於此情形時，亦可省略平均值Av之相加。再者，於平均值Av大致為「0」之灰階值之情形時，在數位值產生電路400中之信號量(灰階值)之計數時，有因隨機雜訊導致儲存信號之計數變少而成為負值之數位值之情形。為使調整值計算部551準確地檢測出平均值或標準偏差，必須保持為負值，因此，數位值產生電路400係不進位至「0」之灰階值等而直接將上述負值供給至調整值計算部551。
調整值計算部551係使用上述式2算出臨限值Vth之後，使用對照表而檢測出對應於與算出之臨限值Vth之信號量最接近之信號量(灰階值)的調整值。繼而，調整值計算部551係將該檢測出之調整值供給至調整值保持部210，而作為輸出無儲存信號之像素之調整值予以保持。
再者，於本技術之第1實施形態中，就對每一像素保持調整值之例進行了說明。該例中，二元判定之精度最佳。然而，調整值之產生(校準)花費時間，又，所需之記憶體容量亦變大。因此，於偏差之主要原因為每一縱行之放大器部且像素之放大電晶體之偏差大體上不存在之情形時，亦考慮以縱行為單位設定調整值。又，於每一攝像元件之製造偏差較大而此成為增益偏差之主要原因之情形時，亦可以攝像元件為單位設定判定臨限值。
[調整值計算部之動作例]
繼而，參照圖式對本技術之第1實施形態中之利用調整裝置550之調整值計算部551之調整值計算動作進行說明。
圖11係表示本技術之第1實施形態中之利用調整裝置550之調整值計算部551之調整值計算之處理程序例的流程圖。
首先，藉由調整值計算部551以產生頻度分佈所需之次數(特定次數)獲取藉由調整值之設定對象之攝像元件100而產生之無電荷之儲存的信號(無儲存信號)(步驟S921)。繼而，根據每一像素之無儲存信號之頻度分佈，對每一像素算出無儲存信號之平均值(Av)及標準偏差(σ)(步驟S922)。
繼而，使用算出之平均值(Av)、算出之標準偏差(σ)及常數K1，對每一像素算出臨限值(灰階值)(步驟S923)。其後，將算出之每一像素之臨限值分別轉換為每一像素之調整值，將轉換所得之調整值記錄於調整值保持部(步驟S924)，結束調整值計算之處理程序。
如上所述，根據本技術之第1實施形態，藉由使調整值保持於調整值保持部210，可根據增益之偏差(轉換效率之偏差)分別設定臨限值而進行二元判定。藉此，根據本技術之第1實施形態，可使入射至像素之光子之判定之精度提高。
再者，於圖1中，設想設置有放大器部440之情形而進行了說明，但並不限定於此。例如，設想如下情形，即，於不具備放大器部440之情形(放大倍率與通常之包含源極隨耦器型之放大電晶體之像素相同且為1以下之情形)時，放大電晶體中之轉換效率之偏差亦較大。於此情形時，藉由與本技術之第1實施形態同樣地使用每一像素之調整值進行二元判定，可使入射至像素之光子之判定之精度提高。
[變化例]
於至此為止之參照圖1至圖11表示之本技術之第1實施形態中，著眼於使用調整值之二元判定，而對考慮有各種例之放大器部440省略了說明。
因此，於圖12至圖20中，對考慮有各種例之放大器部440以變化 例之形式示出複數種放大方法而進行說明。
首先，參照圖12至圖16就對每一縱行設置之包含運算放大器之放大器部440之例進行說明。
[包含運算放大器之放大器部之一例]
圖12係模式性地表示作為本技術之第1實施形態之第1變化例而示出之運算放大器之放大器部440之電路構成例之一例的圖。
再者，於圖12中，為便於說明，亦一起示出數位值產生電路400之電路構成例之一例。
於圖12中，作為包含運算放大器之放大器部440之電路構成而示出放大器電路460，又，作為數位值產生電路400之電路構成而示出比較器470、電容器471及472、以及計數器480。又，於圖12中，一起示出連接於放大器電路460之垂直信號線341、及連接於該垂直信號線341之像素310之一部分。
放大器電路460包含放大器461、電容器462及463、以及開關464。
放大器461之正輸入端子(+端)連接於垂直信號線341，負輸入端子(-端)連接於電容器462之一電極、電容器463之一電極及開關464。又，放大器461之輸出端子連接於電容器471之一電極、電容器463之另一電極及開關464。
又，電容器471之另一電極連接於比較器470之正輸入端子(+端)。電容器472之一電極連接於REF信號線473，另一電極連接於比較器470之負輸入端子(-端)。又，比較器470之輸出端子連接於計數器480。
此處，對放大器電路460進行說明。放大器電路460係將自像素310經由垂直信號線341供給之信號(圖5中，表示為「PXOUT」)放大至N倍(N>1)者。即，放大器電路460係與圖4中所示之功能構成例中 之放大器部440相對應。
放大器電路460首先將+端之電位設為特定之中間電位之後，使開關464為導通狀態而進行自動歸零動作。藉此，-端之電位與+端之電位相同。繼而，使開關464為非導通狀態之後，進行供給至+端之信號之放大。於該放大時，使用電容分割將-端之電位(中間電位)與+端之電位之差分放大至N倍(N>1)並將其正向(非反向)輸出。
再者，關於放大器電路460之自動歸零動作，例如，於將像素310之重設信號之電位設為中間電位而像素310輸出重設信號之時序，與重設信號之放大同時地執行自動歸零動作。於此情形時，像素310中產生之偏移成分(像素310之偏移成分)藉由該自動歸零動作而被抵消。然而，自放大器電路460之輸出端子輸出之信號(圖5中，表示為「PXAOUT」)中包含放大器電路460固有之偏移成分。該偏移成分係例如於自動歸零動作完成時因開關464之饋通而於-端側產生之開關雜訊或放大器電路460之kTC雜訊等。該等偏移係於放大像素310之信號(PXOUT)時與信號同樣地受到N倍之放大。即，自放大器電路460之輸出端子輸出之信號(PXAOUT)中包含相當大之偏移成分。
電容器471及472係設置於比較器470之+端及-端等電容之電容器。於該電容器471及472中，用以進行ACDS之電荷保持於比較器470之+端側之電容器471之電極(另一電極)及比較器470之-端側之電容器472之電極(另一電極)。藉此，於將像素310之偏移成分及放大器電路460之偏移成分自PXAOUT中去除(抵消)之後，利用比較器470進行PXAOUT與REF之電位之比較。例如，使重設信號之電荷保持於電容器471及472而對比較器470之+端供給重設信號之情形時，將重設信號之電荷已被抵消之信號(無信號)供給至比較器470之+端。例如，將重設信號之電位設為中間電位而進行放大器電路460之自動歸零動作時像素310中產生之偏移成分被抵消，因此，僅放大器電路460之偏移成 分被抵消。
比較器470係將+端之電位(PXAOUT之電位)與-端之電位(REF信號之電位)進行比較而輸出與電位較高之端子側對應之信號者。例如，比較器470係於+端之電位高於REF信號(稱為「REF」)之電位之情形時輸出最高之電位(稱為H(高)位準)之信號，於PXAOUT之電位低於REF之電位之情形時輸出最低之電位(稱為L(低)位準)之信號。比較器470係進行+端之電位為重設信號之電位時與+端之電位為儲存信號之電位時之2次比較。於+端之電位為重設信號之電位時，比較器470將比較結果之信號(表示為「CMOUT」)供給至計數器480。
計數器480係根據比較器470之比較結果之信號(CMOUT)及自時脈信號線481供給之時脈信號(CTIN)進行用以產生數位值之計數者。計數器480係於計數重設信號之情形時，自初始值(例如「0」)起進行遞減計數。而且，計數器480係於計數儲存信號之情形時，自遞減計數之結果之計數值起進行遞增計數。自該遞減計數之結果之計數值起之遞增計數係與圖4中所示之減法器424之減法相對應。計數器480輸出表示遞增計數之結果之數位值的信號(DOUT)。再者，計數器480及比較器470係與圖4中所示之功能構成例中之DCDS部420相對應。又，電容器471及472係與圖4中所示之功能構成例中之ACDS部410相對應。
此處，對比較器470所進行之比較及利用計數器480之計數進行說明。利用該比較器470之比較係用以將重設信號及儲存信號數位化者。因此，進行比較時，使經由REF信號線473供給之REF信號之電位成為斜坡波形。又，於REF信號之電位成為斜坡波形之期間，關於時脈信號係供給與斜坡波形之各段一對一地對應之脈衝。該脈衝係與斜坡波形之開始時序同步地開始供給，計數器480係計數自斜坡波形之開始起直至比較器470之比較結果之信號反轉(自L位準向H位準轉變) 為止之脈衝數，產生數位值。
再者，關於斜坡波形之各段之下降之電位量(段差之電位差)係設定與使儲存信號為數位值時之灰階對應之量。即，與不具備放大器電路460之攝像元件(其他攝像元件)相比，段差之電位差與放大倍率同樣地變成N倍。
又，於對重設信號進行數位判定時(重設信號計數期間(參照圖13))，像素310及放大器461中之偏移成分已藉由ACDS而消除。因此，於重設信號之數位判定時，僅比較器470本身之偏移成分被數位判定。再者，比較器470本身之偏移成分之大小因未藉由放大器電路460放大，故與不具備放大器電路460之攝像元件(其他攝像元件)相同。因此，包含放大器電路460之攝像元件中之重設信號計數期間之斜坡波形之開始(掃描開始)至結束(掃描結束)為止之電位差(掃描對象電位差(參照圖13之電位差D1))與不具備放大器電路460之攝像元件(其他攝像元件)相同。
其次，參照圖13對表示圖12中所示之放大器電路460及數位值產生電路400之動作之時序圖之一例進行說明。
[時序圖之例]
圖13係表示作為本技術之第1實施形態之第1變化例而示出之放大器電路460及數位值產生電路400之動作之一例的時序圖。
此處，將橫軸設為共同之時間軸，由實線示出像素重設線331、電荷傳輸線332、垂直信號線341、放大信號線469、REF信號線473及時脈信號線481之電位變化。又，此處，為對照放大信號線469中之電位變化與REF信號線473中之電位變化進行說明，而由與REF信號線473重合之虛線示出時序T2以後之放大信號線469中之電位變化。再者，時間軸之長度係模式性者，並非表示各時序間之時間長度之比例。
再者，於圖13中，為便於說明，圖示出直至進行儲存信號之數位判定之期間(儲存信號計數期間)之中途而進行說明。又，於圖13中，著眼於自像素310輸出重設信號後直至判明儲存信號之數位值(淨數位值)為止之動作之轉變中的特定時序(時序T1至T8)而進行說明。再者，於圖13中，設想放大器電路460將信號放大至4倍並輸出而進行說明。
首先，於時序T1，經由像素重設線331對像素310之重設電晶體313之閘極端子供給重設脈衝。藉此，將重設位準之信號(重設信號)供給至垂直信號線341，從而垂直信號線341之電位轉變成重設信號之電位。再者，垂直信號線341之電位之轉變係藉由放大器電路460放大至4倍並輸出至放大信號線469。即，於時序T1之放大信號線469之電位之轉變量(電位差)成為垂直信號線341中之電位差之4倍。再者，於時序T1，將像素310之重設信號之電位設為中間電位，進行放大器電路460之自動歸零動作。
繼而，於時序T1上升之重設脈衝下降時，因耦合之影響而垂直信號線341之電位亦略微下降。而且，放大信號線469之電位亦下降垂直信號線341之電位之轉變量(電位差)之4倍左右。再者，因該耦合之影響而下降並穩定時之放大信號線469之電位作為被放大至4倍之重設信號之電位而於數位值產生電路400中被使用。
繼而，於時序T2，用以進行類比CDS之電荷保持於連接於比較器470之+端之電容器471及連接於比較器470之-端之電容器472。該電荷之保持例如藉由如下方式而進行，即，於決定比較器470之判定基準電壓之動作(自動歸零動作)中，藉由比較器470之內部之電晶體之接通斷開而使對比較器470之+端及-端施加之電壓平衡，且分別保持該平衡之電壓(例如參照日本專利特開2008-193373)。該自動歸零動作完成時，供給至比較器470之+端之重設信號之電位成為相對之基準信號 之電位(圖13之框F1)，可視為無信號。再者，於該時序T2之電荷之保持係與圖4中已說明之重設信號之取樣保持相對應。
繼而，於時序T3，使REF信號線473之電位向斜坡波形之開始電位(V1)轉變。再者，於REF信號線473由複數個比較器470共用之情形時，於時序T3使其轉變之電位差對於複數個比較器470為共同者。因此，關於該REF信號線473之電位差，於所有比較器470中設定如REF信號之電位於斜坡波形之中途與重設信號之電位一致之電位差。即，該REF信號線473之電位差係以可對應於每一比較器470產生偏差之偏移中的自比較器470之+端輸入之信號之電位上升最多之偏移的方式(將電位上升之所有偏移包括在內之方式)進行設定。
繼而，於時序T4，開始對REF信號線473供給階梯狀之脈衝，從而計數像素310輸出之重設信號之期間(重設信號計數期間)開始。即，於時序T4，對REF信號線473供給第1次之階梯狀之脈衝。又，於時序T4，於時脈信號線481中開始與上述階梯狀之脈衝同步之脈衝之供給。繼而，於計數器480中，根據時脈信號線481之脈衝數開始遞減計數。再者，該遞減計數係自計數器480計數之值(計數值)之初始值(例如「0」)起計數。該遞減計數係進行至自比較器470輸出之信號(CMOUT)反轉為止。
繼而，於時序T5，若比較器470之+端之電位低於比較器470之-端之電位，則比較器470之輸出信號(CMOUT)反轉，計數器480之遞減計數停止。即，於比較器470中之+端與-端之電位之關係反轉之時序(圖13之框F2)停止計數。繼而，保持藉由該遞減計數而計數之計數值直至儲存信號之計數為止。再者，藉由該遞減計數而產生之計數值係與圖4中已說明之無信號之AD轉換之結果(數位之無信號)相對應。即，藉由遞減計數而產生之計數值相當於將比較器470之偏移成分數位化所得之值。
繼而，於時序T6，特定數之段差結束而用以計數重設信號之斜坡波形結束時，重設信號計數期間結束。再者，重設信號計數期間之斜坡波形之開始至結束之掃描對象電位差(圖13之電位差D1)係以可對應於每一比較器470產生偏差之偏移中的電位上升最多之偏移及電位下降最多之偏移的方式進行設定。又，該電位差D1係以多餘之段數儘可能少之方式進行設定，以縮短重設信號計數期間之時間長度。
繼而，於時序T7，REF信號之電位向斜坡波形之開始電位(V1)轉變。即，恢復至與時序T3相同之狀態，比較器470之輸出信號(CMOUT)亦恢復至藉由計數器480進行計數之電位。又，於時序T7，經由電荷傳輸線332對像素310之傳輸電晶體312之閘極端子供給傳輸脈衝。藉此，將與儲存電荷對應之信號(儲存信號)供給至垂直信號線341。繼而，垂直信號線341之電位轉變成與儲存信號對應之電位。
再者，與時序T1同樣地，垂直信號線341之電位之轉變係藉由放大器電路460而放大至4倍。又，與時序T1之重設脈衝之下降同樣地，於傳輸脈衝下降時，亦會因耦合之影響故而放大信號線469及垂直信號線341之電位略微下降。因該耦合之影響而下降並達穩定時之電位作為被放大至4倍之儲存信號之電位而於數位值產生電路400中被使用。
繼而，於時序T8，開始對REF信號線473供給階梯狀之脈衝，從而計數像素310輸出之儲存信號之期間(儲存信號計數期間)開始。又，與時序T4同樣地，對時脈信號線481供給與階梯狀之脈衝同步之脈衝。再者，於儲存信號計數期間，計數器480進行遞增計數，且進行計數至比較器470之輸出信號(CMOUT)反轉為止。再者，該遞增計數係自重設信號計數期間之遞減計數之結果之計數值起遞增計數。
繼而，於時序T9，若比較器470之-端之電位低於比較器470之+端之電位(圖13之框F2)，則比較器470之輸出信號(CMOUT)反轉而計 數器480之遞增計數停止，保持計數值。繼而，該保持之計數值作為像素310之儲存信號之數位判定之結果(像素值)而被輸出。
再者，該保持之計數值係與圖4中已說明之減法器424之減法結果(淨數位值)相對應。即，自遞減計數之結果起遞增計數並被保持之計數值係像素310之偏移成分、放大器電路460之偏移成分或比較器470之偏移成分已被抵消之淨像素值。
此處，著眼於各偏移成分(由像素310所引起之偏移成分、由放大器電路460所引起之偏移成分、由比較器470所引起之偏移成分)而進行說明。於時序T1，將像素310之重設信號之電位設為中間電位，進行放大器電路460之自動歸零動作時，由像素310所引起之偏移成分藉由放大器電路460之自動歸零動作而抵消。然而，放大信號線469之信號中包含由放大器電路460所引起之偏移成分。該由放大器電路460所引起之偏移成分藉由時序T2時之類比CDS操作而抵消。
再者，於時序T2之類比CDS操作中，由比較器470所引起之偏移成分(比較器470固有之偏移、伴隨比較器470之自動歸零動作而產生之kTC雜訊、饋通等)未被抵消。然而，該由比較器470所引起之偏移成分藉由利用重設信號之遞減計數及儲存信號之遞增計數之數位CDS而抵消。
其次，對利用放大器電路460之放大及重設信號之計數進行說明。如圖13中所說明般，斜坡波形之段差之電位差因來自像素310之信號於放大器電路460中被放大至4倍，故變成4倍。即，AD轉換之解析度與不具備放大器電路460之攝像元件(其他攝像元件)相比，為1/4之精度而變佳。
又，由於電位差為4倍，故而斜坡波形中之斜坡之斜率變成4倍。進而，如圖5中所說明般，重設信號計數期間之斜坡波形之開始至結束為止之電位差(圖13之電位差D1)與其他攝像元件相同。由於針 對相同之電位差以4倍之斜率進行掃描，故而包含放大器電路460之攝像元件(攝像元件100)中之重設信號計數期間之時間長度變成其他攝像元件之1/4倍。
此處，對儲存信號計數期間之斜坡波形之開始至結束為止之電位差(儲存信號計數期間之掃描對象電位差)進行說明。該電位差係以可檢測出由比較器470所引起之偏移成分與儲存信號相加所得之電位之轉變的方式進行設定。即，儲存信號計數期間之掃描對象電位差成為重設信號計數期間之電位差D1與用於儲存信號之檢測之電位差相加所得之電位差。用於儲存信號之檢測之電位差因像素310之輸出信號為N倍，故成為不具備放大器電路460之攝像元件(其他攝像元件)之電位差之N倍。另一方面，重設信號計數期間之電位差D1與其他攝像元件相同。即，關於儲存信號計數期間之時間長度，比較器470之偏移成分之檢測時間於儲存信號計數期間中越長則成為1/4倍之時間所占之比率越高，而較其他攝像元件越短。
攝像元件100係用以檢測微弱光之攝像元件，因此儲存信號非常小。即，於儲存信號計數期間之時間長度中，比較器470之偏移成分之檢測時間所占之比率非常大。
即，藉由設置放大器電路460，可於檢測微弱光時大幅度縮短佔據AD轉換所花費之時間之大部分的比較器470之偏移成分之檢測時間。
繼而，對包含放大器電路460之攝像元件(攝像元件100)中之重設信號計數期間與其他攝像元件中之重設信號計數期間之差異進行說明。
[重設信號計數期間之差異之例]
圖14係模式性地表示作為本技術之第1實施形態之第1變化例而示出之包含放大器電路460及數位值產生電路400之攝像元件100之重 設信號計數期間與其他攝像元件之重設信號計數期間的圖。
於圖14a中示出其他攝像元件之供給REF信號之線(REF信號線599)之於重設信號計數期間之電位變化，於圖14b中示出本技術之第1實施形態之第1變化例之攝像元件(攝像元件100)之REF信號線473之電位變化。再者，由於圖14b所示之電位變化與圖13中已說明者相同，故省略此處之說明。
如圖14a及圖14b所示，掃描對象電位差(電位差D1)於其他攝像元件與攝像元件100中為相同。另一方面，關於斜坡波形之段差之電位差，攝像元件100之電位差相對於其他攝像元件之電位差成為N倍。因此，攝像元件100之重設信號計數期間之時間長度(重設信號計數期間(攝像元件100))成為其他攝像元件之時間長度(重設信號計數期間(其他攝像元件))之1/N倍之時間。
繼而，參照圖15對總結攝像元件100中之斜坡波形與其他攝像元件中之斜坡波形之間之差異之表進行說明。
[斜坡波形之差異之一例]
圖15係用以將本技術之第1實施形態之第1變化例中之REF信號之斜坡波形與其他攝像元件中之REF信號之斜坡波形進行比較的表。
再者，於該圖15中，設想如下情況進行說明，即，以其他攝像元件中之斜坡波形為基準(圖15中表示為「×1」)，藉由放大器電路460將像素310所產生之信號放大至N倍。
再者，由於攝像元件100中之斜坡波形之詳細情況已於圖12至圖14中說明，故而於此處簡單地進行說明。
於圖15a之表中示出用以比較重設信號計數期間之斜坡波形之表。
如圖15a之表所示，關於REF信號之斜坡波形之段差之電位差，於攝像元件100中設定相對於其他攝像元件中之電位差(×1)為N倍(×N) 之電位差。
又，關於重設信號計數期間之掃描對象電位差(重設信號計數期間之斜坡波形之開始電位與結束電位之差)，於攝像元件100中設定與其他攝像元件之掃描對象電位差(×1)相同之電位差(×1)。
再者，關於重設信號計數期間之段數，於攝像元件100中設定相對於其他攝像元件之段數(×1)為1/N倍(×1/N)之數之段數。
即，攝像元件100中之重設信號計數期間之時間長度成為相對於其他攝像元件之時間長度(×1)為1/N倍(×1/N)之時間長度。
於圖15b之表中示出用以比較儲存信號計數期間之斜坡波形之表。
儲存信號計數期間之REF信號之斜坡波形之段差之電位差係與重設信號計數期間相同。
儲存信號計數期間之掃描對象電位差中，相當於用以檢測比較器470之偏移成分之電位差之部分與其他攝像元件相同(×1)。另一方面，相當於用以檢測儲存信號之電位差之部分成為其他攝像元件中之該電位差之N倍(×N)。即，於儲存信號計數期間之掃描對象電位差中用以檢測比較器之偏移成分之電位差所占之比率越大，則儲存信號計數期間之掃描對象電位差與其他攝像元件之電位差越接近。
又，儲存信號計數期間之段數中，相當於用以檢測比較器470之偏移成分之段數之部分成為其他攝像元件之1/N倍。另一方面，相當於用以檢測儲存信號之段數之部分與其他攝像元件中之該段數相同(×1)。
又，儲存信號計數期間之時間長度中，相當於用以檢測比較器470之偏移成分之時間長度之部分成為其他攝像元件之1/N倍。另一方面，相當於用以檢測儲存信號之時間長度之部分與其他攝像元件之相當於該時間長度之部分相同(×1)。
即，於儲存信號計數期間之時間長度中用以檢測比較器470之偏移成分之時間長度所占之比率越大，則儲存信號計數期間之時間長度越短。
如上所述，藉由設置放大器電路460，可縮短比較器470之偏移成分之AD轉換所花費之時間。
此處，一面考慮比較器之偏移值一面對藉由設置放大器電路460而進行之比較器470之偏移成分之AD轉換所需之時間的縮短進行說明。再者，此處，設想像素310中之轉換效率為600μV/e-且比較器470之偏移為數mV~數十mV而進行說明。
首先，設想不存在放大器電路460而進行說明。關於對有無單光子入射進行二元判定之情形時之判定臨限值，若不考慮比較器470之偏移，則成為0至600μV之中間值即約300μV。因此，不考慮比較器470之偏移時，若REF信號之斜坡波形涵蓋至約300μV左右，則可對有無單光子入射進行二元判定。
然而，比較器470之偏移為數mV~數十mV，若自像素310之輸出信號之範圍(0μV~600μV)考慮，則比較器470之偏移之範圍(數mV~數十mV)大一位以上。比較器470之偏移之抵消係藉由如圖13中所示自儲存信號計數期間之計數值中減去相當於偏移成分之部分(重設信號計數期間之遞減計數之值)而進行。
即，關於用以檢測像素310之輸出信號之斜坡波形之段差(檢測精度)與用以檢測比較器470之偏移成分之斜坡波形之段差(檢測精度)，必須以相同之精度進行。將單光子之信號量設為S(μV)時，若不以遠小於S/2μV之斜坡波形之段差實施AD轉換，則像素310之輸出信號被埋於比較器470之偏移成分之量化誤差中。即，若不以藉由單光子產生之信號量之1/2以下之斜坡波形之段差進行AD轉換，則導致AD轉換之解像度不足。
由於以相同之檢測精度對具有一位以上之差之2個值(比較器470之偏移、像素310之輸出信號)進行AD轉換，故而單光子入射之判定時之重設信號計數期間及儲存信號計數期間中大部分之時間成為比較器470之偏移之檢測時間。
於如上所述之情形時，若設置將來自像素310之輸出信號於進入至比較器470之前放大至4倍之放大器電路460，則像素310之輸出信號之範圍(0μV~600μV)變成4倍(0μV~2400μV)。又，300μV(S/2μV)之檢測精度為1/4倍之檢測精度(1200μV)且足夠。再者，如圖13中所說明般，比較器470之偏移之範圍(數mV~數十mV)不會發生變化。
即，藉由設置放大器電路460，可增大斜坡波形之段差(降低檢測精度)。即，可不降低對於像素310之輸出信號之解析度(可檢測出有無單光子入射之檢測精度)而僅降低對於比較器470之偏移成分之解析度。
其次，參照圖16就對每一縱行設置包含反相器之放大器部440之例進行說明。
[使用反相器之放大器電路進行放大之例]
圖16係模式性地表示作為本技術之第1實施形態之第2變化例而示出之反相器之放大器電路(放大器電路710)之電路構成例之一例的圖。
放大器電路710係代替圖12中所示之放大器電路460而設置者，其包含反相器711、電容器712及713及開關714。
反相器711之輸入端子連接於電容器712之一電極、電容器713之一電極及開關714之一端。又，反相器711之輸出端子連接於電容器713之另一電極及開關714之另一端，且經由放大信號線469而連接於電容器471之一電極。又，電容器712之另一電極經由垂直信號線341而連接於像素310。
放大器電路710係使用CMOS反相器(反相器711)將輸入信號(PXOUT)放大者，進行與2個電容(電容器712及713)之比對應之信號放大。再者，由於為使用反相器之放大器，故而輸出信號(PXAOUT)成為輸入信號(PXOUT)之反相。
又，放大器電路710與圖12中所示之放大器電路460相比，作為隨機雜訊而產生之1/f雜訊較大，因此產生之雜訊較大。該1/f雜訊可藉由設置面積充分大於設置於各個像素之放大電晶體(圖2之放大電晶體314)的電晶體作為構成反相器711之電晶體而減輕。例如，於攝像元件設置放大器電路710之情形時，若由複數之縱行(行)共有放大器電路710，則可增大分配給各個放大器電路710之面積。
如圖16所示，藉由使用反相器之放大器(放大器電路710)，亦可將像素之輸出放大。
繼而，關於將像素之輸出進行反饋並放大之例，設想2種反饋方法並參照圖17及圖18進行說明。
[使輸出反饋並將其放大之例]
圖17係表示作為本技術之第1實施形態之第3變化例而示出之使像素之輸出反饋至浮動擴散層之例中之像素(像素830)之電路構成之一例的模式圖。
像素830除圖2之像素310之各構成以外，亦包含一端連接於FD322之電容(電容器832)。再者，放大電晶體314與圖2同樣地為源極隨耦器型者，與該像素830一併將反饋用之電路(反饋用放大器831)設置於每一縱行(每一垂直信號線341)。
反饋用放大器831係使供給至垂直信號線341之像素之輸出信號反饋至輸出上述輸出信號之像素之FD322的反饋用電路。反饋用放大器831係藉由例如PMOS(positive-channel-metal-oxide-semiconductor，正通道金氧半導體)電晶體之源極隨耦器而實現。再者，於圖17中， 對構成反饋用放大器831之各構成(PMOS電晶體或定電流源(定電流負載電晶體))省略圖示，以表示放大器之三角形之記號示出反饋用放大器831。又，於圖17中，關於未對每一像素設置而於每一縱行設置之反饋用放大器831，由虛線表示反饋用放大器831之輸入側及輸出側之信號線，與像素之構成加以區別地表示。
反饋用放大器831之輸入端子(PMOS電晶體之閘極端子)連接於垂直信號線341。而且，反饋用放大器831之輸出端子(PMOS電晶體之源極端子)連接於設置於與垂直信號線341連接之各像素之電容器832之一端。即，反饋用放大器831係根據供給至垂直信號線341之輸出信號，使輸出上述輸出信號之像素之電容器832之一端之電位變動。再者，反饋用放大器831包含PMOS電晶體，從而輸入與輸出之關係成為正相，因此對FD322之電位施加正反饋。
電容器832係用以使反饋用放大器831之輸出與像素之FD322耦合之電容。即，FD322之電位係藉由利用電容器832之電容性耦合而根據反饋用放大器831之輸出進行變動。
再者，於圖17中，雖未特別圖示，但於複數個像素連接於垂直信號線341之情形時，輸出輸出信號之像素以外之像素之FD322之電位亦變動。因此，為防止該電位之變動，於電容器832與反饋用放大器831之間對各像素設置作為開關而發揮功能之電晶體(省略圖示)。而且，僅使輸出輸出信號之像素之電晶體為導通狀態，使其他像素之電晶體為非導通狀態。藉此，僅對輸出輸出信號之像素之FD322施加反饋。
藉由如此般將像素之輸出反饋至FD322，亦可將像素之輸出放大。
圖18係表示作為本技術之第1實施形態之第4變化例而示出之使像素之輸出反饋至放大電晶體之汲極端子之例中之像素(像素840)之 電路構成之一例的模式圖。
像素840中，圖2之像素310之放大電晶體314之汲極端子未連接於電源線323而連接於用以供給放大電晶體314之汲極端子用之電位之線(信號線849)。除此以外，與圖2之像素310相同，因此省略此處之說明。而且，與該像素840一併將反饋用電路(反饋用放大器841)設置於每一縱行(每一垂直信號線341)。再者，反饋用放大器841除輸出被供給至信號線849以外與圖17中所示之反饋用放大器831相同。因此，此處，僅就輸出對信號線849之電位所產生之影響進行說明。
如圖18所示，於像素840中，反饋用放大器841之輸出直接連接於放大電晶體314之汲極，由反饋用放大器841之輸出代替先前之電源連接。藉此，於像素840中，放大電晶體314之汲極端子之電位根據反饋用放大器841之輸出而變動。再者，放大電晶體314之汲極擴散層與閘極電極(浮動擴散層)之間具有較強之寄生電容。因此，若汲極側之電位發生變動，則因閘極-汲極間之寄生電容，而使放大電晶體314之閘極之電位(FD322之電位)亦發生變動。即，因反饋用放大器841之輸出而引起之信號線849之電位之降低成為經由寄生電容向FD322之正反饋，從而像素之輸出信號被放大。
藉由如此般將像素之輸出反饋至放大電晶體314之汲極端子，亦可將像素之輸出放大。
其次，關於各個像素配備有放大器之例，參照圖19至圖20作為第5及第6變化例而進行說明。
[將源極接地型之放大電晶體設置於像素而將來自像素之輸出放大之例]
圖19係表示作為本技術之第1實施形態之第5變化例而示出之將源極接地型之NMOS(negative-channel-metal-oxide-semiconductor，負通道金氧半導體)電晶體作為放大電晶體設置於像素而將來自像素之 輸出放大之例中之像素(像素810)之電路構成之一例的模式圖。
像素810包含源極接地型之放大電晶體811而代替圖2之像素310中設置之源極隨耦器型之放大電晶體314。再者，放大電晶體811以外之像素之構成與圖2相同，因此標註與圖2相同之符號而省略此處之說明。
放大電晶體811係包含源極端子側接地之源極接地型之NMOS電晶體之放大電晶體。放大電晶體811之汲極端子連接於定電流源819且經由垂直信號線341而連接於數位值產生電路。由於放大電晶體811為源極接地型之放大電晶體，故而可將輸入(FD322之電位)放大並輸出至垂直信號線341。
此處，對放大電晶體811之放大增益進行說明。放大電晶體811之動作例如成為以下之式3之關係。
△Id=gm．△Vg+△Vd/Rd…式3
此處，△Id為自放大前之汲極電流起算之汲極電流之變化量。又，gm為互導。△Vg為自放大前之閘極電壓起算之閘極電壓之變化量，Rd為汲極電阻，△Vd為自放大前之汲極電壓起算之汲極電壓之變化量。
於上述式3之關係中，將放大電晶體811之汲極端子連接於定電流負載(△Id=0)之情形時，放大電晶體811之放大增益(Av)成為以下之式4之關係。
Av=△Vd/△Vg=-gm．Rd…式4
根據上述式4中之負之符號可知，放大電晶體811之輸出成為反相。又，由於放大之倍率一般大於(遠大於)1，故而像素之輸出信號藉由該放大電晶體811而放大。於上述本技術之第5變化例中，由於信號自放大電晶體811輸出時被放大，故而無需於像素與數位值產生電路之間設置放大器。即，於攝像元件設置像素810之情形時，省去圖5 中所示之數位值產生電路400之放大器電路460，直接將藉由放大電晶體811而放大之像素810之輸出供給至電容器471。
再者，互導gm及汲極電阻r係伴隨動作點之變化而略微變動之值。因此，來自放大電晶體811之輸出缺乏線性。然而，於單光子檢測時進行二元判定之情形時，由於僅儲存少量之電子，故而FD322之電位之變動較少，動作點大致固定。又，於單光子檢測之情形時，由於僅判定信號之有無(0或1)，故而該線性之劣化不會成為問題。即，將該源極接地型之放大電晶體設置於像素之例尤其適於單光子檢測。又，於該例中，亦不會產生伴隨多餘之電晶體或電路之追加(例如圖12中所示之放大器電路460之追加)的隨機雜訊之增加。
再者，於圖19中，示出定電流源819與像素之電源(經由電源線323供給至像素之電源(電源電壓))分離之例。於該圖19中，作為定電流源819係設想於飽和區域使用PMOS電晶體。於此情形時，藉由使定電流源819之電源電位高於經由電源線323供給至像素之像素的電源電位，可確保適於放大之動作點。
再者，於圖19中，對由一般之NMOS電晶體構成源極接地型之放大電晶體811之例進行了說明，但即便使用PMOS電晶體，亦可將源極接地型之放大電晶體設置於像素。於此情形時，無需使定電流源之電源電位高於像素之電源電位，從而定電流源之電源電位之設定變得容易。繼而，參照圖20對由PMOS電晶體構成源極接地型之放大電晶體811之例進行說明。
圖20係表示作為本技術之第1實施形態之第6變化例而示出之將源極接地型之PMOS電晶體作為放大電晶體設置於像素而將來自像素之輸出放大之例中之像素(像素820)之電路構成之一例的模式圖。
像素820包括包含源極接地型之PMOS電晶體之放大電晶體821而代替圖19之包含源極接地型之NMOS電晶體之放大電晶體811。再 者，放大電晶體821以外之像素之構成與圖2及圖19相同，因此標註與圖2相同之符號而省略此處之說明。
放大電晶體821係包含源極接地型之PMOS電晶體之放大電晶體。放大電晶體821之閘極端子連接於FD322，源極端子連接於電源線323及重設電晶體313之汲極端子。又，放大電晶體821之汲極端子連接於定電流源829且經由垂直信號線341而連接於數位值產生電路。放大電晶體821與圖2之放大電晶體314同樣地成為正相之輸出。
若如此般將源極接地型之PMOS電晶體設置為像素之放大電晶體，則可將一般之NMOS電晶體作為定電流負載(定電流源829之負載)而用於CMOS影像感測器。又，與圖19中所示之像素810相比，即便不使定電流源之電源電位高於像素之電源電位，亦可確保動作點，從而動作點之設定變得容易。
再者，於圖19及圖20中，設想定電流源之負載使用電晶體而進行了說明，但於可忽視輸出阻抗之情形時，亦可使用電阻元件。又，於此情形時，亦可使源極接地型之放大電晶體中之放大增益遠大於1。
藉由如此般於像素設置源極接地型之放大電晶體，亦可將像素之輸出放大。
如圖12至圖20中所示，可利用各種方法將像素之輸出放大。再者，圖19及圖20中所示之源極接地型之放大電晶體雖然能夠以簡單之構造容易地將像素信號之輸出放大，但因以開環獲得較大之放大，故增益偏差亦變得非常大。再者，根據本技術之第1實施形態，可於增益產生偏差之攝像元件中對每一像素設定二元判定之判定臨限值，因此可減輕增益之偏差對光子計數產生之不良影響。即，藉由在配備有將微弱之信號放大之放大器部之攝像元件設置可對每一像素設定判定臨限值之二元判定部，可防止因放大器部之增益之偏差所導致之誤判 定，並且可精度良好地檢測微弱之信號。
如此，根據本技術之第1實施形態，可使入射至像素之光子之判定之精度提高。
<2.第2實施形態>
於第1實施形態中，調整裝置550係根據未經曝光之像素之無儲存信號而求出臨限值。然而，調整裝置550亦可根據經曝光之像素之信號而求出臨限值。第2實施形態之調整裝置550係於根據經曝光之像素之信號而求出臨限值之方面與第1實施形態不同。
圖21係表示本技術之第2實施形態之數位值之標準偏差與平均值之關係之一例的曲線圖。如上所述，入射有光子之像素之儲存信號之信號量(灰階值)係根據所儲存之電荷向數位值轉換之效率而變化。具體而言，儲存信號之信號量與所儲存之電荷之個數之間的關係利用以下之式5表示。
Av=η×N…式5
於式5中，Av為信號量之平均值，N為所儲存之電荷之個數。又，η為所儲存之電荷向數位值轉換之效率。
又，通常所儲存之電荷之個數越增大，則雜訊越大，數位值之偏差越大。因此，以下之式6成立。
σ=η×N1/2…式6
於式6中，σ為信號量之標準偏差，N為電荷之個數，η為轉換效率。
根據該等式5及式6，推導出以下之式7。
σ2=η×Av…式7
平均值Av及標準偏差σ係根據曝光量而成為不同之值。因此，若改變曝光量，求出各個曝光量下之平均值Av及標準偏差σ之組，並求出至少2組值，則根據式7利用代入法等而獲得轉換效率η。
再者，求轉換效率η時，調整裝置550亦可使用最小平方法等。具體而言，調整裝置550係以將平均值Av之測定值代入至式7所得之標準偏差之值為理論值，而算出標準偏差σ之測定值與理論值之差分之平方和成為最小之轉換效率η之值。
圖21係表示式7所示之平均值Av與標準偏差σ之關係之一例之曲線圖。於圖21中，橫軸為平均值Av，縱軸為標準偏差σ之平方。曲線圖上之白圈為藉由測定所獲得之點。根據式7，利用該等點而獲得比例直線。該直線之斜率相當於轉換效率η。
圖22係表示本技術之第2實施形態中之利用調整裝置550之調整值計算部551之調整值計算之處理程序例的流程圖。調整裝置550首先以一定之曝光量進行M1次曝光，獲取自經曝光之像素之儲存信號轉換所得之數位值M1次。此處，M1為2以上之整數(步驟S931)。
繼而，調整裝置550對每一像素算出上述曝光量下之數位值之平均值Av及標準偏差σ(步驟S932)。調整裝置550判斷是否已對每一像素算出平均值Av及標準偏差σ之組M2次。此處，M2為2以上之整數(步驟S933)。
若未算出M2次(步驟S933：否)，則調整裝置550變更曝光量(步驟S934)，返回至步驟S931。若已算出M2次(步驟S933：是)，則調整裝置550由每一曝光量之平均值Av及標準偏差σ之組，根據式7算出轉換效率η(步驟S935)。
調整裝置550對每一像素算出將η乘以K2後所得之值作為臨限值(步驟S936)。此處，K2為實數，例如設定大致1/2之值。使K2之值越大，則臨限值越大，越不易產生漏計數，但另一方面，誤判定之可能性變高。K2之值係考慮使漏計數與誤判定之哪一個之優先度較高而設定。調整裝置550將算出之臨限值分別轉換為調整值並記錄於調整值保持部210(步驟S937)。
如此，根據本技術之第2實施形態，調整裝置550係對每一曝光量算出數位值之平均值及標準偏差，根據該等值而算出臨限值，因此可求出與轉換效率對應之準確之臨限值。而且，藉由使用該臨限值，可使入射至像素之光子之判定之精度提高。
再者，本技術之實施形態中所示之攝像元件可作為設置有光電倍增管或雪崩式光電二極體、或者光電二極體等之先前之電子機器中之光檢測部而廣泛應用。例如，可應用於成像板之螢光掃描儀、放射線之閃爍計數器。除此以外，亦可應用於DNA晶片之檢測器、稱為DR(Digital Radiography，數位放射攝影)之X射線攝像裝置、CT(Computed Tomography，電腦斷層攝影)裝置、SPECT(Single Photon Emission Tomography，單光子發射斷層攝影)裝置等。尤其，由於為CMOS影像感測器，故而可廉價地大量生產，因此藉由於因光電倍增管之價格較高而僅設置有少數光檢測部之電子機器中設置多個光檢測部，可使檢測速度提高。
例如，若將本技術之實施形態中所示之攝像元件導入至CT裝置之檢測器，則可進行感度遠高於先前之利用光電二極體等之檢測器之閃爍光之檢測，可有助於檢測之高精度化或因X射線量之降低所導致之低被輻射化。再者，關於SPECT或PET(Positron Emission Tomography，正電子發射斷層攝影)等先前使用光電倍增管之伽瑪射線之檢測亦相同。
再者，並非僅於設置多個檢測頭之電子機器中有效果，於使用單一之檢測頭之電子機器中亦可獲得相同之效果。例如，若將本技術應用於放射線之閃爍劑量計，則可使用低價之半導體攝像元件實現小型輕量且超高感度之袖珍劑量計。
再者，於本技術之實施形態中，示出攝像元件中二元判定部為1個之例，但並不限定於此，例如，亦可針對設置於每一垂直信號線 341(每一縱行)之每一數位值產生電路400而設置。
又，於本技術之實施形態中，示出將像素輸出之信號放大之放大器部僅為單級之例，但並不限定於此，亦可設置複數級之放大器將信號放大。例如，考慮將設置於像素之放大器(第5及第6變化例)與設置於每一縱行之放大器(第1至第4變化例)組合之情形或將設置於每一縱行之放大器多級地相連之情形等。
再者，於本技術之實施形態中，以進行「有光子入射」與「無光子入射」之二值判定(二元判定)為前提進行了說明，但藉由準備複數系統之參照信號(REF)，可進行二值以上之判定。例如，準備兩系統之參照信號(REF)，使一系統為光子數為「0」時之數位值與光子數為「1」時之數位值之中間值。又，使另一系統(第2系統)為光子數為「1」時之數位值與光子數為「2」時之數位值之中間值。藉此，可進行光子數為「0」、「1」、「2」之3種判定，從而攝像之動態範圍提昇。此時，藉由使與第2系統之臨限值相關之資訊保持於調整值保持部210，可與本技術之實施形態同樣地實施。再者，第2系統之臨限值例如可藉由將圖10中所示之式2之常數K設為大於常數K之值之常數K'而算出。再者，於「0」至「1」之灰階值與「1」至「2」之灰階值大致相同之攝像元件之情形(放大存在線性之情形)時，亦可將3倍於常數K之值設為常數K'。
再者，上述實施形態係示出用以使本技術具體化之一例者，實施形態中之事項與申請專利範圍中之發明特定事項分別具有對應關係。同樣地，申請專利範圍中之發明特定事項與標註有與之相同之名稱之本技術之實施形態中之事項分別具有對應關係。然而，本技術並不限定於實施形態，可藉由於不脫離其主旨之範圍內對實施形態實施各種變化而具體化。
又，上述實施形態中已說明之處理程序亦可作為具有該等一連 串程序之方法而獲得，又，亦可作為用以使電腦執行該等一連串程序之程式或記憶上述程式之記錄媒體而獲得。作為該記錄媒體，例如可使用硬碟、CD(Compact Disc，光碟)、MD(MiniDisc，迷你磁碟)、DVD(Digital Versatile Disk，數位多功能光碟)、記憶卡、藍光光碟(Blu-ray(註冊商標))等。
再者，本技術亦可採取如下構成。
(1)一種攝像元件，其包含：產生部，其根據像素輸出之信號，產生表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量的數位值；及判定部，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值與上述所產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定。
(2)如上述(1)之攝像元件，其進而包含以大於1之倍率將上述信號放大之放大部，上述產生部係根據上述放大後之信號進行上述產生。
(3)如上述(2)之攝像元件，其中上述放大部係對上述像素之每一個而設置，上述判定部係將放大上述信號時之倍率設為上述轉換效率，使用對上述像素之每一個設定之臨限值進行上述判定。
(4)如上述(3)之攝像元件，其中上述放大部包含對上述像素之每一個設置之源極接地型之放大電晶體。
(5)如上述(2)之攝像元件，其中上述放大部係相對於配置成矩陣狀之上述像素以行為單位設置，上述判定部係將放大上述信號時之倍率設為上述轉換效率，使用按照上述行單位設定之臨限值進行上述判定。
(6)如上述(5)之攝像元件，其中上述放大部包含運算放大器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)反相器。
(7)如上述(5)之攝像元件，其中上述放大部包含反饋電路，該反饋電路用以使上述信號之電位反饋至輸出上述信號之像素之浮動擴散層之電位。
(8)如上述(1)至(7)中任一項之攝像元件，其進而包含保持部，該保持部對上述轉換效率類似之像素之每一個，以較表示藉由上述產生部而產生之數位值所需之位元數更少之位元數保持用以指定上述臨限值之臨限值指定值，上述判定部係獲取成為上述判定對象之已輸出經轉換為數位值之信號之像素的上述臨限值指定值，根據表示上述數位值與上述臨限值指定值之關聯之表，將上述所獲取之臨限值指定值轉換為上述數位值之灰階值而設定上述臨限值。
(9)如上述(1)至(8)中任一項之攝像元件，其中上述臨限值係以如下方式算出，即，對上述轉換效率類似之像素之每一個複數次獲取對無藉由光子儲存電荷之狀態下之信號即重設信號進行轉換所得之數位值，根據由該獲取之複數個數位值算出之標準偏差及平均值而算出。
(10)一種攝像裝置，其包含：產生部，其根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量；及判定部，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定。
(11)如上述(10)之攝像裝置，其進而包含計算部，該計算部對上述轉換效率類似之像素之每一個複數次獲取將無藉由光子儲存電荷之 狀態下之信號即重設信號進行轉換所得之數位值，根據該獲取之複數個數位值之標準偏差及平均值而算出上述臨限值。
(12)一種電子機器，其包含：產生部，其根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量；及判定部，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定。
(13)一種臨限值計算裝置，其包含：獲取部，其對轉換效率類似之像素之每一個複數次獲取攝像元件所產生之數位值，該攝像元件包含：產生部，其根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量；及判定部，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述產生之數位值，而對輸出上述信號之像素進行光子之入射之判定；及計算部，其根據上述獲取之數位值之標準偏差及平均值而算出上述臨限值。
(14)如上述(13)之臨限值計算裝置，其中上述信號為無藉由光子儲存電荷之狀態下之重設信號。
(15)如上述(13)之臨限值計算裝置，其中上述信號為藉由光子而儲存有電荷之狀態下之信號，上述獲取部係藉由不同之曝光量複數次執行如下處理，即，複數次獲取藉由經曝光之上述攝像元件而產生之上述數位值，上述計算部係根據針對上述曝光量之每一個求出之上述標準偏 差及上述平均值而算出上述臨限值。
(16)一種攝像方法，其包括：產生程序，其根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量；及判定程序，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生程序而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述所產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定。

Claims (16)

  1. 一種攝像元件，其包含：產生部，其根據像素輸出之信號，產生表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量的數位值；及判定部，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述所產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定。
  2. 如請求項1之攝像元件，其進而包含以大於1之倍率將上述信號放大之放大部，上述產生部係根據上述放大後之信號進行上述產生。
  3. 如請求項2之攝像元件，其中上述放大部係對上述像素之每一個而設置，上述判定部係將放大上述信號時之倍率設為上述轉換效率，使用對上述像素之每一個設定之臨限值進行上述判定。
  4. 如請求項3之攝像元件，其中上述放大部包含對上述像素之每一個設置之源極接地型之放大電晶體。
  5. 如請求項2之攝像元件，其中上述放大部係相對於配置成矩陣狀之上述像素以行為單位設置，上述判定部係將放大上述信號時之倍率設為上述轉換效率，使用按照上述行單位設定之臨限值進行上述判定。
  6. 如請求項5之攝像元件，其中上述放大部包含運算放大器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)反相器。
  7. 如請求項5之攝像元件，其中上述放大部包含反饋電路，該反饋 電路用以使上述信號之電位反饋至輸出上述信號之像素之浮動擴散層之電位。
  8. 如請求項1之攝像元件，其進而包含保持部，該保持部對上述轉換效率類似之像素之每一個，以較表示藉由上述產生部而產生之數位值所需之位元數更少之位元數保持用以指定上述臨限值之臨限值指定值，上述判定部係獲取成為上述判定對象之已輸出經轉換為數位值之信號之像素的上述臨限值指定值，根據表示上述數位值與上述臨限值指定值之關聯之表，將上述所獲取之臨限值指定值轉換為上述數位值之灰階值而設定上述臨限值。
  9. 如請求項1之攝像元件，其中上述臨限值係以如下方式算出，即，對上述轉換效率類似之像素之每一個複數次獲取對無藉由光子儲存電荷之狀態下之信號即重設信號進行轉換所得之數位值，根據由該獲取之複數個數位值算出之標準偏差(standard deviation)及平均值而算出。
  10. 一種攝像裝置，其包含：產生部，其根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量；及判定部，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定。
  11. 如請求項10之攝像裝置，其進而包含計算部，該計算部對上述轉換效率類似之像素之每一個複數次獲取將無藉由光子之電荷儲存之狀態下之信號即重設信號進行轉換所得之數位值，根據 該獲取之複數個數位值之標準偏差及平均值而算出上述臨限值。
  12. 一種電子機器，其包含：產生部，其根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量；及判定部，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定。
  13. 一種臨限值計算裝置，其包含：獲取部，其對轉換效率類似之像素之每一個複數次獲取攝像元件所產生之數位值，該攝像元件包含：產生部，其根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量；及判定部，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生部而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定；及計算部，其根據上述獲取之數位值之標準偏差及平均值而算出上述臨限值。
  14. 如請求項13之臨限值計算裝置，其中上述信號為無藉由光子儲存電荷之狀態下之重設信號。
  15. 如請求項13之臨限值計算裝置，其中上述信號為藉由光子而儲存有電荷之狀態下之信號，上述獲取部係藉由不同之曝光量複數次執行如下處理，即， 複數次獲取藉由經曝光之上述攝像元件而產生之上述數位值，上述計算部係根據針對上述曝光量之每一個求出之上述標準偏差及上述平均值而算出上述臨限值。
  16. 一種攝像方法，其包括：產生程序，其根據像素輸出之信號產生數位值，該數位值表示藉由於曝光期間中入射至上述像素之光子而儲存之電荷之量；及判定程序，其比較對將上述像素中所儲存之電荷之量轉換為藉由上述產生程序而產生之數位值時之轉換效率類似之像素之每一個設定的臨限值、與上述所產生之數位值，而進行光子對輸出上述信號之像素入射之判定。
TW102144683A 2012-12-20 2013-12-05 Imaging element, imaging device, electronic device, threshold calculation device, and imaging method TWI623230B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012277560 2012-12-20
JP2013077071 2013-04-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201433164A TW201433164A (zh) 2014-08-16
TWI623230B true TWI623230B (zh) 2018-05-01

Family

ID=50978195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102144683A TWI623230B (zh) 2012-12-20 2013-12-05 Imaging element, imaging device, electronic device, threshold calculation device, and imaging method

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9602745B2 (zh)
EP (1) EP2938066A4 (zh)
KR (1) KR20150099727A (zh)
CN (1) CN104838645A (zh)
TW (1) TWI623230B (zh)
WO (1) WO2014097857A1 (zh)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9106918B2 (en) 2012-01-20 2015-08-11 Sony Corporation Coefficient coding harmonization in HEVC
EP2822270A1 (en) * 2012-02-27 2015-01-07 Sony Corporation Imaging element and electronic equipment
EP2871496B1 (en) 2013-11-12 2020-01-01 Samsung Electronics Co., Ltd Radiation detector and computed tomography apparatus using the same
JP6200286B2 (ja) * 2013-11-12 2017-09-20 矢崎総業株式会社 電源制御システム
CN103994823B (zh) * 2014-03-26 2017-12-05 上海品臻影像科技有限公司 一种x射线曝光自动检测的方法
US10159450B2 (en) * 2014-10-01 2018-12-25 Toshiba Medical Systems Corporation X-ray CT apparatus including a photon-counting detector, and an image processing apparatus and an image processing method for correcting detection signals detected by the photon-counting detector
TWI549510B (zh) 2015-03-24 2016-09-11 原相科技股份有限公司 增加動態範圍的數位影像裝置及其運作方法
US10186512B2 (en) 2015-04-03 2019-01-22 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state image sensor, image capturing device, and electronic device
DE102015213911B4 (de) * 2015-07-23 2019-03-07 Siemens Healthcare Gmbh Verfahren zum Erzeugen eines Röntgenbildes und Datenverarbeitungseinrichtung zum Ausführen des Verfahrens
WO2017057382A1 (ja) 2015-09-30 2017-04-06 株式会社ニコン 撮像素子および撮像装置
US10852183B2 (en) * 2015-11-19 2020-12-01 Sony Semiconductors Solutions Corporation Optical pulse detection device, optical pulse detection method, radiation counter device, and biological testing device
JP6668728B2 (ja) * 2015-12-14 2020-03-18 株式会社リコー 光電変換素子、画像読取装置及び画像形成装置
JP2017126833A (ja) * 2016-01-12 2017-07-20 株式会社リコー 光電変換素子、画像読取装置、画像形成装置及び画像読取方法
US10687003B2 (en) 2016-08-04 2020-06-16 Omnivision Technologies, Inc. Linear-logarithmic image sensor
TWI596946B (zh) * 2016-08-18 2017-08-21 友達光電股份有限公司 訊號讀取電路
CN106454166B (zh) * 2016-10-21 2019-12-06 奕瑞影像科技（太仓）有限公司 降低探测器图像串扰的方法
EP3296954A1 (en) * 2017-01-27 2018-03-21 Sick IVP AB Method and arrangements for identifying a pixel as a local extreme point
CN108880542B (zh) * 2017-05-08 2021-01-08 京东方科技集团股份有限公司 模数转换电路、模数转换方法和像素驱动补偿电路
JP6909050B2 (ja) * 2017-05-18 2021-07-28 キヤノン株式会社 固体撮像素子及び撮像装置
DE112018003617T5 (de) 2017-07-14 2020-06-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Abbildungsvorrichtung und elektronisches Gerät
US10677899B2 (en) * 2017-08-07 2020-06-09 Waymo Llc Aggregating non-imaging SPAD architecture for full digital monolithic, frame averaging receivers
US11215717B2 (en) 2017-11-24 2022-01-04 Hamamatsu Photonics K.K. Photon counting device and photon counting method
JP7062430B2 (ja) * 2017-12-15 2022-05-06 キヤノン株式会社 撮像素子、撮像装置および画像処理方法
WO2019171946A1 (ja) * 2018-03-05 2019-09-12 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、電子機器
JP7152912B2 (ja) 2018-09-06 2022-10-13 キヤノン株式会社 光電変換装置及び撮像システム
EP3847484A4 (en) * 2018-09-07 2022-04-06 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. RADIATION DETECTOR WITH SUB-PIXELS OPERATING IN DIFFERENT MODES
US10498989B1 (en) * 2018-11-01 2019-12-03 Himax Imaging Limited Digital double sampling circuit
DE112018008108T5 (de) * 2018-12-18 2021-07-22 Hitachi High-Tech Corporation Messvorrichtung und signalverarbeitungsverfahren
CN112904313A (zh) * 2021-01-26 2021-06-04 光为科技(广州)有限公司 用于抑制LiDAR设备环境光的方法、系统及电子电路

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202136325U (zh) * 2011-07-08 2012-02-08 山东省医药生物技术研究中心 一种利用ccd摄像机对人体辐射的超微弱光子进行成像的装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0563468A (ja) 1991-09-04 1993-03-12 Hitachi Ltd 増幅回路
JP3642666B2 (ja) 1997-10-30 2005-04-27 京セラ株式会社 測光システム
JP2006300728A (ja) * 2005-04-20 2006-11-02 Hamamatsu Photonics Kk 光検出用回路及び光検出器
EP1788629A1 (en) * 2005-11-21 2007-05-23 Paul Scherrer Institut A readout chip for single photon counting
JP4198166B2 (ja) 2006-07-27 2008-12-17 三洋電機株式会社 撮像装置
JP4674589B2 (ja) 2007-02-05 2011-04-20 ソニー株式会社 固体撮像装置および撮像装置
JP5011590B2 (ja) * 2007-08-28 2012-08-29 独立行政法人放射線医学総合研究所 放射線位置検出器
JP4968151B2 (ja) 2008-04-07 2012-07-04 コニカミノルタホールディングス株式会社 光センサ
JP5521721B2 (ja) 2009-08-28 2014-06-18 ソニー株式会社 撮像素子およびカメラシステム
TWI441512B (zh) 2009-10-01 2014-06-11 Sony Corp 影像取得裝置及照相機系統
JP5564918B2 (ja) 2009-12-03 2014-08-06 ソニー株式会社 撮像素子およびカメラシステム
JP5797884B2 (ja) * 2010-08-04 2015-10-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ 光量検出方法及びその装置
EP2650700A4 (en) * 2010-12-09 2014-06-25 Rigaku Denki Co Ltd RADIATION DETECTOR
WO2013157448A1 (ja) 2012-04-20 2013-10-24 ソニー株式会社 半導体光検出装置および放射線検出装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202136325U (zh) * 2011-07-08 2012-02-08 山东省医药生物技术研究中心 一种利用ccd摄像机对人体辐射的超微弱光子进行成像的装置

Also Published As

Publication number Publication date
TW201433164A (zh) 2014-08-16
EP2938066A4 (en) 2016-10-19
WO2014097857A1 (ja) 2014-06-26
US9602745B2 (en) 2017-03-21
KR20150099727A (ko) 2015-09-01
EP2938066A1 (en) 2015-10-28
US20160219234A1 (en) 2016-07-28
CN104838645A (zh) 2015-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI623230B (zh) Imaging element, imaging device, electronic device, threshold calculation device, and imaging method
US9955098B2 (en) Imaging element, imaging device, electronic device, and imaging method to improve speed of analog to digital conversion
TWI352541B (en) Solid-state image-pickup device, camera system, an
US9100601B2 (en) Image pickup device and camera system
US8779346B2 (en) Digital pixel sensor with reduced noise
JP5034610B2 (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置
EP2538664B1 (en) Imaging apparatus and method of driving the same
JP5378945B2 (ja) Ｘ線画素検出器の読出し回路及び集積回路
US20160270755A1 (en) Radiation imaging apparatus and radiation imaging system
US10178330B2 (en) Imaging apparatus and imaging system
US9247163B2 (en) Radiation image pickup system, computer having reset operation to reset electric charge of pixels caused by dark current, and computer-readable medium storing program therefor
JP6353300B2 (ja) 画素回路、半導体光検出装置および放射線計数装置
US20140320685A1 (en) Imaging apparatus and imaging system
US20130256542A1 (en) Programmable readout integrated circuit for an ionizing radiation sensor
JP2011139259A (ja) Ａ／ｄ変換方法、ａ／ｄ変換装置および読出回路
US10277855B2 (en) Image sensing device and control method thereof with switchable analog-to-digital conversion modes based on the amount of dark current generated in pixels
EP3962069A1 (en) Event sensor and method for generating a signal stream comprising event data
US20230281957A1 (en) Distance image capturing device and distance image capturing method
WO2023281832A1 (ja) 撮像装置
JP2024085815A (ja) 放射線検出器、放射線検出器の駆動方法、および放射線撮像システム
JP2019141345A (ja) 放射線撮像装置の制御装置、放射線撮像システム、および、放射線撮像システムの制御方法
CN112492237A (zh) 影像传感器及其中的转移电路与转移方法