摄像器件、电子装置、辐射检测装置及摄像器件方法与流程

文档序号:11162233来源:国知局
摄像器件、电子装置、辐射检测装置及摄像器件方法与制造工艺

本技术涉及摄像器件、电子装置、辐射检测装置及摄像器件方法。更具体地,本技术涉及摄像器件、电子装置、辐射检测装置及摄像器件方法。



背景技术:

近年来,互补金属氧化物半导体(CMOS;complementary metal-oxide semiconductor)成像器已经日益广泛地被用于数码照相机(digital still camera)、摄录机(camcorder)、监空摄影机(surveillance camera);CMOS成像器的市场也日益扩大。在这种CMOS成像器中,各个像素通过光电二极管将入射光转换成电子,所述光电二极管在一定时间段内累积这些电子,且然后各个像素将与所累积的电荷量对应的信号输出到通常位于芯片内的模数(AD;analog to digital)转换器。该AD转换器将该信号数字化,且然后将数字化的信号输出到下一阶段。在CMOS成像器中,将这些像素以矩阵状的形式布置着以便进行成像。

通常的像素电路包括光电二极管、传输晶体管、复位晶体管、放大晶体管、浮动扩散区和选择晶体管等。入射到该像素电路的硅基板中的光子产生电子/空穴对;然后,通过光电二极管将电子累积在光电二极管与传输晶体管之间的节点中。通过在预定的时机将传输晶体管接通以驱动放大晶体管的栅极,来将电子传输到浮动扩散区。由此,信号电荷变为到达垂直信号线的信号,以便经由选择晶体管而被读取。

固定电流电路被连接到放大晶体管及垂直信号线。该固定电流电路构成源极跟随器。电荷累积区的信号以略小于1的增益发生衰减,并且被输出到垂直信号线。

这里,在通常的像素电路中,复位晶体管的一端经由电荷累积区而被连接到放大晶体管的栅极,复位晶体管的另一端被连接到放大晶体管的源极及电源。行驱动电路通过在接通传输晶体管的同时接通复位晶体管,将光电二极管中累积的电子引出到电源,并且将像素电路的状态复位到累积前的暗状态(即,光入射之前的状态)。例如,提供3V作为电源的电压。

近年来,在这种CMOS成像器中,由于小型化的原因,像素中的寄生电容被减小了。具体地,浮动扩散区的寄生电容被显著地减小,因而提高了转换效率并且提高了灵敏度。此外,提高了基板的结晶质量并且在降噪方面有所改进。更具体地,信号的信噪(SN;signal to noise)比被显著地提升了。鉴于这种趋势,采用CMOS成像器作为针对于超低照度的光检测器的可能性增加了。例如,已经提出了如下的光子计数摄像器件(例如,见专利文献1):在该光子计数摄像器件中,通过时间分割和多个像素的面分割的组合使用而提高了动态范围。这种器件可被用作如下的光子计数器件:在该光子计数器件中,芯片内的整个像素阵列是一个受光面;相应地,可以期待的是光电子倍增管等能够被代替。

对于采用这种光子计数的图像传感器,因为从像素输出的数据从始至终都是作为数字数据而被处理的,所以该图像传感器不存在由于模拟信号的传输及放大而产生的随机噪声及固定噪声。在这种情况下,仅存在着在像素内生成的光散粒噪声及暗电流。特别地,在以低的照度进行成像的过程中,能够获得非常高的SN比。

引用文献列表

专利文献

专利文献1:日本专利申请特开JP2011-97581A



技术实现要素:

要解决的技术问题

在上面描述的系统中,通过对来自像素的输出信号进行AD转换来实施CMOS成像器的信号检测。然而,对于超微小的像素输出信号的检测(例如在光子计数等中),需要一种能够在维持像素的高转换效率的同时,将随机噪声及固定噪声降低到最大限度的技术。

作为噪声的主要来源,特别是在超低照度的情况下,已经提到的来源有:在像素的放大晶体管中生成的随机噪声、包括复位噪声的像素的偏离、在AD转换器中发生的偏离以及随机噪声等。这些偏离都需要被消掉,并且随机噪声需要被降低至最大限度。然而,在目前环境下,还未建立一种具体且简单的能够检测一个光子的、用于实现彻底消去噪声及降低噪声的技术。

本发明是鉴于上述情况而做出的,本发明旨在可靠地检测低强度光。

解决技术问题的技术方案

根据本发明的第一实施例的摄像器件包括放大晶体管、光电二极管和选择晶体管。所述光电二极管被配置成生成电荷且将所述电荷提供给所述放大晶体管的第一端子。所述选择晶体管的第一端子与所述放大晶体管的第二端子电连接,且所述选择晶体管的第二端子与信号线电连接。在所述摄像器件中,所述放大晶体管的第三端子与地电位电连接。

根据本发明的另一实施例的电子装置包括透镜以及摄像器件。所述摄像器件包括放大晶体管、光电二极管和选择晶体管。所述光电二极管被配置成生成电荷且将所述电荷提供给所述放大晶体管的第一端子。所述选择晶体管的第一端子与所述放大晶体管的第二端子电连接,且所述选择晶体管的第二端子与信号线电连接。在所述摄像器件中,所述放大晶体管的第三端子与地电位电连接。

根据本发明的又一实施例的辐射检测装置包括摄像器件以及与所述摄像器件光耦合的闪烁体。所述摄像器件包括放大晶体管、光电二极管和选择晶体管。所述光电二极管被配置成生成电荷且将所述电荷提供给所述放大晶体管的第一端子。所述选择晶体管的第一端子与所述放大晶体管的第二端子电连接,且所述选择晶体管的第二端子与信号线电连接。在所述摄像器件中,所述放大晶体管的第三端子与地电位电连接。在所述辐射检测装置中,所述闪烁体将辐射转换成可见光,并且所述光电二极管基于所述可见光而生成所述电荷。

根据本发明的再一实施例的摄像器件驱动方法包括:通过在曝光周期开始之前将选择晶体管配置为处于接通状态、且随后在所述曝光周期开始之后将所述选择晶体管配置为处于关断状态,使光电二极管复位;在所述曝光周期的期间内,在所述光电二极管处累积电荷;在所述曝光周期结束之前通过将所述选择晶体管配置为处于接通状态,来将放大晶体管的栅极电压初始化为初始值;读取复位信号,所述复位信号包括在所述光电二极管的复位期间内经由所述选择晶体管而被输出到信号线的电荷;以及读取累积信号,所述累积信号与在所述曝光周期的期间内在所述光电二极管中累积的所述电荷相对应。

本发明的有益效果

本发明呈现出极好的效果,即,能够可靠地检测低强度光。这里所说明的效果不是限制性的,而是可以包括本文中所说明的任何效果。

附图说明

图1是示出了第一实施例中的摄像器件的构造示例的框图。

图2是第一实施例中的像素电路的电路图的示例。

图3是示出了第一实施例中的像素电路的曝光操作及读取操作的示例的时序图。

图4是示出了第一实施例中的像素电路的平面图的构造示例的框图。

图5是第一实施例中的像素电路被简化后的电路图的示例。

图6是示出了包含第一实施例中的放大晶体管的放大器的特性的示例性曲线图。

图7a及图7b是示出了第一实施例中的检测电路的功能性构造示例以及检测电路的操作示例的图。

图8是示出了第一实施例中的像素电路的校准操作的示例的时序图。

图9是示出了第一实施例的变形例中的辐射计数装置(radiation counting device)的构造示例的完整视图。

图10是第二实施例中的像素电路的电路图的示例。

图11是示出了第二实施例中的像素电路的曝光操作及读取操作的示例的时序图。

图12是第三实施例中的像素块的电路图的示例。

图13是示出了第三实施例中的像素电路的曝光操作及读取操作的示例的时序图。

图14是第四实施例中的像素电路的电路图的示例。

图15是示出了第四实施例中的像素电路的曝光操作及读取操作的示例的时序图。

图16是示出了根据至少一个实施例的摄像装置的构造示例的框图。

具体实施方式

下文中,说明用于实施本发明的实施方式(以下称“实施例”)。按以下顺序提供说明。

1.第一实施例(使放大晶体管的栅极和漏极短路的示例)

2.第二实施例(设置PD复位晶体管且使放大晶体管的栅极和漏极短路的示例)

3.第三实施例(使两像素共用像素块(two-pixel sharing pixel block)中的放大晶体管的栅极和漏极短路的示例)

4.第四实施例(使全局快门方式(global Shutter system)中的放大晶体管的栅极和漏极短路的示例)

1.第一实施例

(摄像器件的构造示例)

图1是示出了第一实施例的摄像器件100的构造示例的框图。摄像器件100包括多个固定电流电路110、像素阵列单元120、行驱动电路150、多个检测电路160、多个开关170、以及输出电路180。摄像器件100是权利要求书中说明的半导体光检测装置的示例。

在像素阵列单元120中,多个像素电路130被布置成二维格子状(也称为矩阵)。下文中,沿预定方向被布置的多个像素电路130被称作“行”,并且沿与行垂直的方向被布置的多个像素电路130被称作“列”。固定电流电路110、检测电路160及开关170被设置在每一列中。

像素电路130根据行驱动电路150的控制而将光转换成模拟电信号。像素电路130将该电信号经由垂直信号线129提供给相应的检测电路160。

行驱动电路150通过多条控制线来控制所述多个像素电路130之中的各像素电路。行驱动电路150依次地选择各行,让所选择的行执行曝光,且然后使完成了曝光的行中的像素电路130输出电信号。由检测电路160读取该电信号。如上所述的依次让各行执行曝光的控制被称滚动快门方式(rolling shutter system)。稍后会说明曝光中的控制的细节以及电信号的读取的细节。行驱动电路150是权利要求书中说明的驱动电路的示例。

固定电流电路110生成固定电流,并将所生成的固定电流提供给相应的垂直信号线129。

检测电路160执行基于电信号的光子检测。检测电路160对电信号执行AD转换及CDS(相关双采样;Correlated Double Sampling)处理以便检测光。检测电路160将表明检测结果的数字信号提供到开关170。

开关170用于将相应的检测电路160与输出电路180之间的路径接通和切断。根据用于依次选择各列的列驱动电路(未图示)的控制,各列的开关170依次地把数字信号提供到输出电路180。

输出电路180将数字信号输出到图像处理装置等。全部行的数字信号的输出的完成就导致了一帧图像数据的输出的完成。

(像素电路的构造示例)

图2是示出了第一实施例中的像素电路130的电路图的示例。像素电路130包括选择晶体管131、复位晶体管132、传输晶体管133、光电二极管134、浮动扩散区135及放大晶体管136。例如,n型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)被用作选择晶体管131。类似地,n型MOSFET等被用于复位晶体管132、传输晶体管133及放大晶体管136。

传输晶体管133的栅极与行驱动电路150相连,源极与光电二极管134相连,并且漏极与浮动扩散区135相连。复位晶体管132的栅极与行驱动电路150相连,并且源极经由浮动扩散区135与放大晶体管136的栅极相连。复位晶体管132的漏极与放大晶体管136的漏极及选择晶体管131的源极相连。

放大晶体管136的栅极经由浮动扩散区135与复位晶体管132及传输晶体管133相连,并且地电位被施加到放大晶体管136的源极。放大晶体管136的漏极与选择晶体管131以及复位晶体管132相连。选择晶体管131的栅极与行驱动电路150相连,源极与复位晶体管132及放大晶体管136相连,并且漏极与垂直信号线129相连。

光电二极管134将光转换成电荷。由光电二极管134生成的电荷被累积在光电二极管134与传输晶体管133之间的节点(未图示)中。光电二极管134是权利要求书中说明的光电转换元件的示例。

传输晶体管133根据行驱动电路150的控制将来自光电二极管134的电荷传输到浮动扩散区135。

浮动扩散区135累积来自光电二极管134的电荷,并且根据所累积的电荷的量而使放大晶体管136的栅极电压降低。浮动扩散区135是权利要求书中说明的电荷累积单元的示例。

当栅极电压高于阈值电压时,放大晶体管136放大该栅极电压,然后将放大后的栅极电压从漏极输出。

在这里,与垂直信号线相连的固定电流电路110包括例如P型MOS晶体管111。固定电压Vfix被应用到该MOS晶体管的栅极,电源电压(例如,3V)被应用到该MOS晶体管的漏极,并且该MOS晶体管的源极与垂直信号线129相连。由于栅极电压是固定的,所以MOS晶体管111在饱和状态中工作并且提供固定电流。

由于放大晶体管136的源极被接地,并且固定电流电路110经由如上所述的垂直信号线而与放大晶体管136的漏极相连,所以放大晶体管136与固定电流电路110一起构成开环式(open loop type)放大器。这种放大器例如通过选择适宜的工作点,可以将浮动扩散区135的输入电压以数十倍到数百倍的增益输出。该放大后的电压经由垂直信号线129被提供给检测电路160。

复位晶体管132根据行驱动电路150的控制来初始化像素电路130。当通过行驱动电路150而指示了曝光开始时,复位晶体管132被转变到接通状态,从而使放大晶体管136的栅极和漏极短路。在曝光开始时,选择晶体管131也同时被转变到接通状态。通过该控制,光电二极管134的电荷经由浮动扩散区135、复位晶体管132以及选择晶体管131被取出到垂直信号线129。光电二极管134例如是其中N型节点扩散层被P型阱扩散层围绕的埋入型结构,并且通过将浮动扩散区135相对于该阱扩散层以约1V的程度偏置而被完全耗尽,以使得全部的累积电荷被取出。曝光开始时的控制在下文中被称为“光电二极管(PD)复位”。

当浮动扩散区(以下称FD:Floating Diffusion)135的电压的初始化(以下称“FD复位”)被指示时,复位晶体管132也被转变到接通状态。通过该FD复位,浮动扩散区135的电压,即,放大晶体管136的栅极电压被初始化到初始值。由于在如上所述的初始化时放大晶体管136的栅极和漏极被短路,所以栅极电压被初始化到当栅极的电压和漏极的电压得以均衡时的均衡电压。均衡电压是稍后说明的正常工作区中的电压。复位晶体管132是权利要求书中说明的电压初始化单元的示例。

选择晶体管131根据行驱动电路150的控制将放大晶体管136的漏极连接到垂直信号线129。除了在读取电信号的时刻之外,在PD复位(换言之,曝光开始)时,选择晶体管131也被转变到接通状态。

图3是示出了第一实施例中的像素电路的曝光操作及读取操作的示例的时序图。

在曝光开始时刻T0,行驱动电路150执行PD复位。在该PD复位中,行驱动电路150控制传输晶体管133、复位晶体管132及选择晶体管131使它们处于接通状态,而且,在经过了一个脉冲周期以后,行驱动电路150控制传输晶体管133、复位晶体管132及选择晶体管131使它们处于关断状态。通过该控制,浮动扩散区135被转变到浮动状态,然后新的电荷累积开始了。在该电荷累积的期间内(即,在曝光周期的期间内),复位晶体管被控制成处于关断状态,但它也可以仍然处于接通状态。另一方面,选择晶体管131被控制成处于关断状态,以使得能够访问与垂直信号线129相连的其他像素电路130。

接下来,说明电信号的读取操作。在曝光即将结束之前的时机T1,行驱动电路150将选择晶体管131控制成处于接通状态。而且,在时机T1,行驱动电路150将复位晶体管132控制成处于接通状态。当复位晶体管132被接通时,浮动扩散区135(其是放大晶体管136的输入)和垂直信号线129被短路。因此,生成了所选择的像素电路130所固有的基准电位。

然后,当已从时机T1经过了一个脉冲周期时,行驱动电路150将复位晶体管132控制成处于关断状态。此时,响应于与放大晶体管136的栅极的耦合的影响,浮动扩散区135的电位从基准电位降低到处于浮动状态。在浮动扩散区135中,生成了显著的kTC噪声。这一过程相当于上述的FD复位。

随后,在复位晶体管132被控制成处于关断状态之后,在时机T2之前的期间内,通过检测电路160读取电信号以作为复位信号。

在时机T2,行驱动电路150将传输晶体管133控制成处于接通状态。因此,光电二极管134与传输晶体管133之间的节点中所累积的电子流入到浮动扩散区135中。此时,当浮动扩散区135的电位足够高时,那么光电二极管134与传输晶体管133之间的节点中所累积的全部电子都流入到浮动扩散区135中,使得该节点被完全耗尽。

然后,当已从时机T2经过了一个脉冲周期时,行驱动电路150将传输晶体管133控制成处于关断状态。因此,与驱动传输晶体管133之前的电位相比,浮动扩散区135的电位以对应于所累积的电荷的方式降低。信号被放大晶体管136以对应于所降低的电位的方式放大,以供被输出到垂直信号线129。

从传输晶体管133被控制成处于关断状态时的时机起,到时机T3之前的期间内,利用检测电路160来读取电信号以作为累积信号。检测电路160对复位信号与累积信号进行比较,以判定入射光子的量。通过将累积信号与复位信号之间的差分设定为净累积信号,来抵消由于在FD复位时所生成的kTC噪声等所引起的输出噪声成分。

像素电路130的曝光周期是如下的期间,即:从时机T0之后当传输晶体管133被关断时的时机起,到读取复位信号之后当传输晶体管133再次被关断时的时机。在该周期期间内,当光子进入光电二极管时,使得生成电荷,其在第二次对累积信号的读取中被检测电路160导出以作为信号之间的差分。

图4是示出了第一实施例中的像素电路130的平面图的构造示例的框图。在图4中,各条斜线表示各个晶体管的栅极电极,并且各虚线表示各金属布线线路。放大器的输入节点由夹在传输晶体管133与复位晶体管132之间的浮动扩散区135、放大晶体管136的栅极以及它们之间的布线部构成,并且各元件以面积为最小面积的方式而被布置。因此,可设计出浮动扩散区135的最小寄生电容,而且,随着对半导体工艺技术所做的微细化改进,该寄生电容可进一步被减小。

例如,一个光子信号的像素输出的信噪比事实上是由浮动扩散区135的一个电子的振幅(一个电子的电荷的寄生电容)以及在放大晶体管136的栅极方面而言的随机噪声决定的。当后者由放大晶体管136所固有的设计来决定的同时,前者由浮动扩散区135的寄生电容来决定。因此,将浮动扩散区135的寄生电容尽可能地最小化是令人期望的。从这个观点来看,本发明不采用其中放大器的输出被反馈到放大器的输入的闭环式,而采用不具有反馈回路的开环式放大器。在放大器的输入方面而言的信噪比在这里被决定,并且信号与噪声在维持了同样的信噪比的同时以同样的增益而被倍增从而被输出到诸如垂直信号线等信号线。

这里,为了抑制检测电路160侧的各种噪声的目的,在像素电路130中使用了具有高增益的放大器。然而,另一方面,与通常的源级跟随器相比,这种放大器局限于该放大器能够以高灵敏度进行工作时的输入的范围。因此,当如同前面的情况中那样在固定电位下实施FD复位时,响应于各个批次、各个芯片或各个像素中晶体管的特性差异的影响,出现了从适宜的工作点偏移的问题。另一方面,在第一实施例中,由于浮动扩散区135和像素输出(垂直信号线129)被短路,因此,在各个像素中获得了适宜的输入电平。

图5示出了具有简化的像素电路130的电路图的示例。在图5中,从像素电路130中抽出构成有放大器的部分。如图5所示,放大器由放大晶体管136及固定电流电路110配置而成。放大器的输入端子(即,放大晶体管136的栅极)与浮动扩散区135相连,并且其电压被设定成Vfd。放大器的输出端子是垂直信号线129与放大晶体管136之间的连接点,并且其电压被设定成Vout

图6示出了描绘第一实施例中的包含放大晶体管136的放大器的特性的图表示例。图6是示出了输入电压Vfd与输出电压Vout之间的关系的示例的图。在图6中,垂直轴代表输出电压Vout,并且水平轴代表输入电压Vfd。这些电压的单位例如是伏特(V)。图6中,粗实线曲线表示平均的放大器Am1的特性。虚线曲线表示与放大器Am1在正常工作区有所不同的放大器Am2的特性。

这里,放大器的正常工作区是如下的输入电压区域:在该区域中,输出电压Vout对于输入电压Vfd的增益高于预定值。

当在放大器Am1中以正常工作区中的电压来实施FD复位时,如图6中所示,由于高增益,所以获得了线性输出特性。然而,由于在各个制造工艺、各个芯片或各个像素中晶体管的阈值电压等会有差异,所以某一像素电路130的放大器Am2的输入-输出特性被偏移到如虚线表示的高电压侧,并且其正常工作区位于相对于放大器Am1的正常工作区而言的高电位侧。当假设在放大器Am2中以放大器Am1的正常工作区内的电压(即,放大器Am2的正常工作区外的电压)来执行FD复位时,未获得足够高的增益,因而不能预期会正常工作。因此,就变得难于以低的噪声来检测弱光。

另一方面,当通过栅极与漏极之间的短路来实施FD复位时,由当输入电压Vfd和输出电压Vout均衡时的直线与各晶体管的特性曲线之间的交点表示的复位电位Vrst1及Vrst2被偏移。因此,当特性曲线被偏移到高电压侧时,复位电位也被偏移到高电压侧,因而维持适宜的工作点。

具体地,当栅极电压和漏极电压被均衡时,电压Vrst1及Vrst2被包括于放大器Am1及Am2各者的正常工作区中。因此,当由均衡状态中的电压Vrst1及Vrst2初始化时,获得了具有足够高的增益的线性输出特性。

这里,在实际的像素操作中,当复位晶体管132从接通状态被返回到关断状态时,处于浮动状态中的Vfd由于耦合而变动一定的量。或者,建立Vfd=Vout的点从晶体管的设计方面的最佳工作点被偏移,并且因此有时需要进一步的调整。这些调整值可以被事先预测,并且在任意像素电路中往往是一定的。因此,在这种情况下,针对调整,在处于FD复位中时与在处于读取中时具有不同的量的电流可被传送到固定电流电路110。当电流被增大时,特性曲线被偏移到高电压侧,并且当电流被减小时,特性曲线被偏移到低电压侧。例如,当Vfd由于切换为关断时的耦合而被减小时,读取过程中的电流从复位过程中的电流下降,从而将特性曲线偏移到与该下降相应的低电压侧。通过这种控制,当源极与漏极被均衡时,电压能够被调整成正常工作区中的值。这种电流量调整能够通过改变固定电流电路110中的MOS晶体管111的栅极电位而被容易地实施。

(检测电路的构造示例)

图7a以及7b是示出了第一实施例中的检测电路160的功能性构造示例以及检测电路160的操作示例的图。图7a是示出了第一实施例中的检测电路160的功能性构造示例的电路图。检测电路160包括CDS电路161、模数转换器(ADC;analog to digital converter)电路165、开关166、寄存器167以及减法器168。

CDS电路161通过执行相关双采样而从电信号中去除诸如kTC噪声之类的偏离成分。CDS电路161具有开关162、电容器163以及比较器164。

开关162是这样一种开关,其用于将垂直信号线129连接到如下两个输入端子之中的一者,即:用于将基准电压输入到比较器164中的输入端子,或用于将作为比较对象的信号输入到比较器164中的输入端子。当像素电路130的复位信号被采样且被保持时,该开关162将垂直信号线129连接到用于输入基准电压的输入端子(即,电容器163侧的端子)。当比较器164输出模拟CDS的结果时,该开关162将垂直信号线129连接到用于输入作为比较对象的信号的输入端子(即,右侧的不存在电容器163的端子)。

电容器163是用于采样且保持像素电路130的复位信号的保持电容。

比较器164输出被采样且被保持的信号与作为比较对象的信号之间的差分。更具体地,比较器164输出被采样且被保持的复位信号与从垂直信号线129提供过来的信号(即,累积信号或复位信号)之间的差分。换言之,比较器164从累积信号或复位信号中去除在像素电路130中生成的诸如kTC噪声之类的偏离成分等。

比较器164是由例如增益为1的运算放大器来实现的。比较器164将与差分相对应的信号提供到ADC电路165。这里,在诸如被采样且被保持的复位信号之类的复位信号与复位信号之间的差分的信号被称作无信号(non-signal),并且复位信号与累积信号之间的差分的信号被称作净累积信号(net accumulation signal)。

ADC电路165对从比较器164提供的信号进行AD转换。

开关166是这样一种开关,其切换由ADC电路165产生的经过AD转换后的信号的供给目的地。当ADC电路165输出对无信号进行的AD转换的结果(即,数字的无信号)时,开关166将该信号供给到寄存器167,然后致使寄存器167锁存(保持)该信号。这样,比较器164与ADC电路165的偏离值被保持在寄存器167中。当ADC电路165输出对净累积信号进行的AD转换的结果(即,数字的净累积信号)时,开关166将该信号供给到减法器168。

寄存器167保持对无信号进行的AD转换的结果。寄存器167将所保持的对无信号进行的AD转换的结果(数字的无信号)提供给减法器168。

减法器168从数字的净累积信号的值中减去数字的无信号的值。减法器168输出该减法结果(净的数字值)。

图7b是示出了检测电路160的操作示例的图。首先,来自所选择的像素电路130的复位信号被输出到垂直信号线129(步骤S201)。

然后,当读取复位信号时,CDS电路161保持该复位信号的抵消电荷(offset charge)(步骤S202)。CDS电路161的输出反映CDS电路161的输入信号与复位信号之间的差分。当输入为复位信号时,那么输出为无信号。CDS电路161可与ADC电路165中的比较器(未图示)一体化,并且可以通过其自动归零操作来执行CDS。利用CDS电路161来抵消和去除所选择的像素电路130的包括kTC噪声的偏离。

接着,CDS电路161的输入与像素输出相连,然后无信号被输出。ADC电路165对第一信号(即,无信号)进行AD转换(步骤S203)。该信号包含CDS电路161及ADC电路165的偏离,并且还包括像素、CDS电路161及ADC电路165的随机噪声。通过对该信号进行数字转换而获得的值被锁存在寄存器167中。

接下来,累积信号从像素电路130被输出到垂直信号线129(步骤S204)。累积信号与复位信号之间的差分经由CDS电路161被输出到后续阶段的ADC电路165。

ADC电路165对第二信号(即,差分信号)进行AD转换(步骤S205)。该信号包含净累积信号、CDS电路161及ADC电路165的偏离、以及像素电路130、CDS电路161及ADC电路165的随机噪声。利用减法器168从该输出中减去寄存器167的值,然后,差分值被输出(步骤S206)。当以像素信号检测的精确性所必需的足够的分辨率来执行上述两次AD转换时,CDS电路161及ADC电路165的偏离被抵消,因而能够获得净累积信号;例如,该信号包含像素电路130、CDS电路161及ADC电路165的随机噪声。

在本发明中,利用开环式放大器使像素信号以远大于1的增益G而被倍增。因此,步骤S206中残留的与CDS电路161以及ADC电路165相关联的噪声实际上是1/G。由于其他的各种偏离都被抵消,所以残留的噪声主要是由于放大器而造成的随机噪声。

S203及S205中的采样可被实施多次以便执行平均化,并且/或者可以在带宽上受限。这样,随机噪声被降低,并且像素噪声被降低。因此,能够执行可与单个光子检测匹敌的高灵敏度及低噪声的光子检测。

当一个光子的检测的信噪比变得足够高时,可以设置有基于来自步骤S206的输出的阈值而进一步执行二元判定的二元判定单元,并且可以针对各个像素来判定是否存在单个光子的入射。当这种判定被实施时,摄像器件100以光子计数模式进行操作,并且残留的噪声被全部过滤。

例如,以20像素×20像素的像素阵列单元120构成检测单位,并且入射光的量被判定。在这种情况下,在光子计数模式中,摄像器件100可同时检测多达400个光子。例如,步骤S206的输出结果的阈值被判定。当判定一个以上的光子已经进入像素全体数目的40%以下的像素中时,入射光的量在光子计数模式中被导出;当判定一个以上的光子已经进入像素全体数目的超过40%的像素中时,入射光的量在通常的阶调模式(gradation mode)中被导出。这种光检测器可以判定从小光量到大光量的光量,例如,几个光子到数万个光子的入射光。

图8是示出了第一实施例中的像素电路130的校准操作的示例的时序图。

在采用摄像器件100的光检测器中,用如上所述的开环式放大器使累积信号倍增,并且因此,各像素中的增益差异变得相对比较大。因此,较佳的是,执行校准以导出各个像素中的增益。在这种情况下,例如,应用一定的及均一的低光强的光,且然后从输出中导出增益。由于各个像素的增益大体上是暂时一定的,因此这种校准可在产品配送之前和/或定期设备检查期间内被执行。

然而,这种校准可能是复杂的。例如,当执行频率较低时,那么检测精度可能降低。因此,为了更容易地执行校准,较佳的是,在行驱动电路150中提供如图8所示的校准功能。在图8中,通过驱动像素电路130中的复位晶体管132的栅极而生成假信号(dummy signal),并且因此像素放大器的增益可被导出。

这里,由于光电二极管的累积信号未被使用,所以,在校准期间内,传输晶体管133被控制成处于关断状态。首先,在时机T5,选择晶体管131被控制成处于接通状态,然后,所选择的像素与垂直信号线129相连。而且,复位晶体管132被接通,因而浮动扩散区135(其是放大晶体管136的输入)和被连接到输出的垂直信号线129被短路。因此,所选择的像素所固有的基准电位被生成。

当已从时机T5经过了一个脉冲周期时,复位晶体管132被控制成处于关断状态。此时,响应于与复位晶体管132的栅极的耦合,浮动扩散区135的电位从基准电位稍微减小到处于浮动状态中。而且,在这种情况下,在浮动扩散区135中,生成了明显的kTC噪声。

在复位晶体管132被控制成处于关断状态之后,在时机T6之前,第一读取被实施,并且利用检测电路160来获取出现于垂直信号线129中的电位以作为浮动扩散区135的复位信号。

然后,在时机T6,行驱动电路150在不接通传输晶体管133的前提下对复位晶体管132的栅极进行一定量的驱动。该驱动是在维持复位晶体管132的关断状态的同时而被实施的,并且该栅极例如被驱动得从0V到-1V。此时,浮动扩散区135的电位借助于复位晶体管132的栅极与浮动扩散区135之间的寄生电容而变动一定的量。该电位被放大器倍增,以便被输出到垂直信号线129以作为用于校准的假信号。

在从时机T6到时机T7之前的周期期间内,第二读取(即,假信号的读取)被实施。已经获取了假信号的检测电路160用先前获取的复位信号与该假信号相比较,以判定净假信号量。通过将累积信号与假信号之间的差分设定为净假信号,来抵消由于FD复位中所生成的kTC噪声等而导致的输出中的噪声成分。

通过在时机T6对复位晶体管132的栅极进行一定量的驱动,出现于浮动扩散区135中的假信号在像素之间基本上是一定的。因此,最终获取的净假信号基本上与各个像素电路130中的放大器的增益量成比例,并且反映该增益量的差异。

因此,通过采用假信号作为校准信号,摄像器件100可修正各个批次、各个芯片、或各个像素中发生的像素放大器的增益差异。这种校准可以在不必需要用于测试的均一光的前提下而被容易地执行,并且因此可以被合并到光检测器系统中,以使得在测量之前当接通该系统的电源时这种校准被自动地执行。

例如,与净假信号成比例的各个像素的修正系数从净假信号被导出,并被存储在检测电路160的存储器(未图示)中。当检测电路160在光量测量中将各个像素的累积信号量用相应的修正系数分割时,增益差异就被修正。

因此,根据本发明的第一实施例,由于像素电路130通过放大晶体管的栅极和漏极之间的短路将栅极电压初始化到正常工作区中的电压,所以能够防止在正常工作区之外的电压下的初始化。因此,摄像器件100能够可靠地检测低光强的光。

(变形例)

在第一实施例中摄像器件100被用来实施光子检测;然而,摄像器件100也可被用来实施辐射计算。第一实施例的变形例与第一实施例的不同在于,摄像器件100被用于辐射计算。

图9是示出了第一实施例的变形例中的辐射计数装置的构造示例的整体图。该辐射计数装置包括多个闪烁体200且包括半导体器件101。半导体器件101配备有第一实施例的摄像器件100以及数字处理单元(未图示)。

闪烁体200是被加工成柱状或纤维状的闪烁体,并且例如以1mm的节距布置着。各闪烁体200由分隔壁隔开,所述分隔壁以把通过闪烁体200的光约束于其内侧的方式来反射该光。

在半导体器件101中,像素阵列单元120在逻辑上被划分为与闪烁体200相对应的1mm见方的区域。通过将闪烁体200与摄像器件100连接,闪烁体200中生成的闪烁光被选择性地照射到像素阵列单元120中的相应的分区,并由此测量该光的量。

半导体器件101中的数字处理单元基于从闪烁体发出的光的量来辨别入射在闪烁体上的辐射的能量;即,该数字处理系统可基于发光的次数测量入射的频率。

例如,当半导体器件101的各个像素的大小是约4微米见方时,在像素阵列单元120的分区中包括有250×250=62500个像素电路130。针对各个分区,通过对该分区中的像素输出进行求和来计算光的量。各个像素输出可以是诸如10位等的阶调判定值,或可以是二元判定值,该二元判定值的阈值是基于是否存在入射光子来判定的。

对于闪烁体200,例如使用铈掺杂的硅酸钇镥(LYSO:Ce)材料。在这种情况下,当662keV的伽马射线入射时发出的光的量约为10000个光子,并且因此,在各个像素处所接收的光的量在许多情况下是0个光子或1个光子。在二元判定中,光的量可按其原样被求和;但是,在阶调判定中,各个像素的随机噪声被加入进来。

在阶调判定中,最小分辨率(LSB:最低有效位值)较佳地充分小于1个光子,因而,总的噪声量被保持在稳定范围中。例如,当各个像素的随机噪声是大约1电子信号(rms)时,各个分区的像素噪声合计是大约250电子信号(rms)。

这种辐射计数装置在放射性污染或宇宙射线的检测中可作为放射量测定器(dosimeter)而被单独使用。而且,当通过采用层压结构来将半导体器件101的空白部分最小化并且检测器被放置成阵列形状时,该辐射计数装置可被用于诸如伽马照相机等中的辐射的二维成像。

因此,根据该变形例,由于辐射计数装置使用摄像器件100来检测低光强的闪烁光,所以从检测结果中可以计数且导出辐射的量。

2.第二实施例

在第一实施例中,虽然PD复位以及FD复位这两者都由复位晶体管132执行,但是可添加仅执行PD复位的晶体管。通过添加仅执行PD复位的晶体管,像素电路130能够在选择晶体管131保持为关断状态的状态中执行PD复位。因此,在指定行的读取的期间内,摄像器件100能够执行另一行的PD复位,且然后能够开始曝光。第二实施例的像素电路130与第一实施例的像素电路的不同在于,添加了仅执行PD复位的晶体管。

图10是示出了第二实施例中的像素电路130的电路图的示例。第二实施例的像素电路130与第一实施例的像素电路的不同在于,设置有PD复位晶体管138以及FD复位晶体管139来代替复位晶体管132。

FD复位晶体管139是与复位晶体管132相同的晶体管。与第一实施例不同的是,FD复位晶体管139仅用于FD复位,并且因此给出与第一实施例中的名称不同的名称。

PD复位晶体管138的栅极与行驱动电路150相连,源极与光电二极管134相连,并且漏极与固定电位电源相连。PD复位晶体管138根据行驱动电路150的控制来执行PD复位。这种PD复位晶体管138较佳地被设计成使得:当累积电荷的量达到一定量以上时,即使处于关断状态,累积电荷也被传送给所述固定电位。在这种情况下,PD复位晶体管138起到用于防止光晕(blooming)的漏极的作用。PD复位晶体管138是权利要求书中说明的电荷量初始化单元的示例。

图11是示出了第二实施例中的像素电路130的曝光操作以及读取操作的示例的时序图。在从曝光开始的时机T0以后的整个脉冲周期期间内,行驱动电路150将PD复位晶体管138控制成处于接通状态。传输晶体管133、FD复位晶体管139以及选择晶体管131保持为关断状态。

在曝光周期的期间内及累积信号的读取的期间内,PD复位晶体管138维持在关断状态中。另一方面,在PD复位晶体管138被控制成处于关断状态之后,通过与第一实施例中的步骤相同的步骤控来控制传输晶体管133、FD复位晶体管139以及选择晶体管131。

因此,根据第二实施例,设置了PD复位晶体管,并且因此,在某一行的读取的期间内,能够开始另一行的曝光。由此,完成全部行的曝光及读取所需的时间可以被缩短。

3.第三实施例

在第一实施例中,对应于每个光电二极管134设置有一个选择晶体管131、一个复位晶体管132、一个浮动扩散区135以及一个放大晶体管136。然而,具有一个选择晶体管131、一个复位晶体管132、一个浮动扩散区135以及一个放大晶体管136的电路可被多个光电二极管134共用。因此,可降低像素阵列单元120的晶体管的数目。第三实施例的摄像器件100与第一实施例的摄像器件的不同在于,多个光电二极管共用浮动扩散区135等。

图12示出了第三实施例中的像素块140的电路图的示例。多个像素块140被设置在摄像器件100的像素阵列单元120中。像素块140具有选择晶体管131、复位晶体管132、浮动扩散区135、放大晶体管136以及像素电路141及142。

像素电路141具有光电二极管134以及传输晶体管133。

包含选择晶体管131、复位晶体管132、浮动扩散区135、放大晶体管136以及像素电路141的电路与第一实施例的像素电路130的电路具有相同构造。然而,浮动扩散区135也与像素电路142相连。

像素电路142具有传输晶体管143以及光电二极管144。传输晶体管143的栅极与行驱动电路150相连,源极与光电二极管144相连,并且漏极与浮动扩散区135相连。例如使用n型MOSFET作为传输晶体管143。

光电二极管134及144是权利要求书中说明的光电转换元件的示例。包含传输晶体管133及143的电路是权利要求书中说明的传输单元的示例。

两个像素电路141及142共用一个浮动扩散区135等,但是,三个以上像素电路共用一个浮动扩散区135等的构造也是可接受的。

图13是示出了第三实施例中的像素块140的曝光操作及读取操作的示例的时序图。

用于从时机T0到时机T3对传输晶体管133、复位晶体管132及选择晶体管131进行控制的方法与第一实施例中的方法的相同。

在从时机T0开始的整个脉冲周期期间内,传输晶体管143被控制成处于接通状态。然后,从时机T2之后的时机T3开始的整个脉冲周期期间内,复位晶体管132再次被控制成处于接通状态。另一方面,在时机T1与T5之间,选择晶体管131被保持在接通状态中。

在从当传输晶体管143被控制成处于关断状态的时刻到时机T4的周期期间内,像素电路142的复位信号被读取。

然后,在从时机T4开始的整个脉冲周期期间内,传输晶体管143被控制成处于接通状态。在从当传输晶体管143被控制成处于关断状态的时刻到时机T5的周期期间内,像素电路142的累积信号被读取。然后,在时机T5处,选择晶体管131被控制成处于关断状态。

因此,根据第三实施例,由于多个像素电路共用一个复位晶体管等,所以能够降低晶体管的数目。

4.第四实施例

在第一实施例中摄像器件100通过滚动快门方式来执行曝光;但是,也可通过全局快门方式来执行曝光。第四实施例的摄像器件100与第一实施例的摄像器件的不同在于,通过全局快门方式来执行曝光。

图14是示出了第四实施例中的像素电路130的电路图的示例。第四实施例的像素电路130与第一实施例的像素电路的不同在于,设有用于代替传输晶体管133的串联晶体管145、146及147且设有PD复位晶体管138及FD复位晶体管139。

PD复位晶体管138以及FD复位晶体管139的构造与第二实施例中的PD复位晶体管以及FD复位晶体管的构造相同。

串联晶体管145、146及147是一体化三段式晶体管。

串联晶体管145根据行驱动电路150的控制将电荷从光电二极管134传输到串联晶体管146。串联晶体管145是权利要求书中说明的第一传输晶体管的示例。

串联晶体管146将该电荷保持在沟道中,并且被用作模拟存储器。

串联晶体管147根据行驱动电路150的控制把电荷从串联晶体管146传输到浮动扩散区135。串联晶体管147是权利要求书中说明的第二传输晶体管的示例。

图15是示出了第四实施例中的像素电路130的曝光操作以及读取操作的示例的时序图。

首先,在从T0开始的整个脉冲周期期间内,仅PD复位晶体管138被控制成处于接通状态。

接下来,在曝光即将结束之前的时机T11,串联晶体管145以及146被控制成处于接通状态。然后,当已经从时机T11经过了一个脉冲周期时,串联晶体管145被控制成处于关断状态。通过该控制,光电二极管134中累积的电荷被传输到且被保持在模拟存储器(即,串联晶体管146)的沟道处。

例如,在全部像素中,同时执行PD复位以及向模拟存储器的电荷传输。因此,实现了全局快门方式的曝光。

另一方面,在各行中依次地执行利用检测电路160对电信号的读取。在时机T11之后的时机T12,FD复位晶体管139以及选择晶体管131被控制成处于接通状态,然后,执行FD复位。接着,在从复位信号的读取之后的时机T13开始的整个脉冲周期期间内,串联晶体管147被控制成处于接通状态。于是,电荷从模拟存储器被传输到浮动扩散区135。

通过与第一实施例中的步骤相同的步骤来执行第四实施例中的校准。

因此,根据第四实施例,由于在各个像素电路中设置有模拟存储器、用于将电荷传输到模拟存储器的晶体管以及用于从模拟存储器传输电荷的晶体管,所以,全部像素电路130可同时被曝光。

摄像装置

图16是图示了被安装在电子装置中的摄像装置的构造示例的框图。

如图16中所示,摄像装置301被配置为包括光学系统302、摄像元件303、信号处理电路304、监视器305以及存储器306。虽然图示了光学系统302、摄像元件303、信号处理电路304、监视器305以及存储器306,但摄像装置301可具有额外的部件;或者,摄像装置301可具有更少的部件。

光学系统302被配置为包括一个或多个透镜。光学系统302使来自被摄对象的图像光(即,入射光)聚集和/或聚焦到摄像元件303,并且在摄像元件303的受光面(即,传感器部)处实施成像。

以上说明的根据各个实施例的摄像器件100可以是摄像元件303。在与通过光学系统302而被形成在受光面处的图像对应的预定时间段内,电子被存储在摄像元件303中。然后,与摄像元件303中所存储的电子对应的诸如数字信号等信号被提供给信号处理电路304。

信号处理电路304对于从摄像元件303输出的像素信号执行各种各样的信号处理。通过由信号处理电路304执行信号处理而获得的图像(即,图像数据)被提供给监视器305以供显示,并且被提供给存储器306且被存储(被记录)在该存储器中。

以这种方式配置而成的摄像装置301可采用以上说明的根据各个实施例的摄像器件100,由此可靠地检测低光强的光。

上述各实施例是用于使本技术具体化的示例,并且各实施例中的各个事项与权利要求书中特别公开的事项具有对应关系。而且,各实施例中的各个事项与权利要求书中特别公开的由相同名称表示的事项相互具有对应关系。然而,本发明不限于各实施例,并且在不偏离本发明精神的本发明范围中,可以做出各实施例的各种变形例。

前述各实施例中所说明的处理过程可被实施为具有一系列过程的方法,或者可被实施为用于致使计算机执行所述一系列过程的程序以及用于存储该程序的记录介质。作为记录介质,可使用CD(压缩光盘;Compact Disc),MD(微型光盘;MiniDisc)、DVD(数字通用光盘;Digital Versatile Disk)、存储卡以及蓝光光盘(注册商标)。

此外,本说明书中所说明的效果并非限制性的,而是仅作为示例,并且还可具有额外的效果。

此外,例如,本发明可实现如下的技术方案。

(1)一种摄像器件,其包括:放大晶体管;光电二极管,所述光电二极管被配置成生成电荷且将所述电荷提供给所述放大晶体管的第一端子;和选择晶体管,所述选择晶体管的第一端子与所述放大晶体管的第二端子电连接,且所述选择晶体管的第二端子与信号线电连接,

其中所述放大晶体管的第三端子与地电位电连接。

(2)根据(1)的摄像器件,其还包括:被配置成向所述信号线提供固定电流的固定电流电路。

(3)根据(1)或(2)的摄像器件,其还包括:浮动扩散区;和复位晶体管,

其中,所述放大晶体管的所述第一端子及所述复位晶体管的第一端子与所述浮动扩散区电连接,且所述复位晶体管的第二端子与所述选择晶体管的所述第一端子及所述放大晶体管的所述第二端子电连接。

(4)根据(3)的摄像器件,其还包括传输晶体管,

其中,所述传输晶体管的第一端子与所述浮动扩散区电连接,且所述传输晶体管的第二端子与所述光电二极管电连接。

(5)根据(4)的摄像器件,其还包括:被配置成将所述光电二极管的电荷初始化的电荷量初始化单元。

(6)根据(5)的摄像器件,其中,所述电荷量初始化单元包括光电二极管复位晶体管,并且

所述光电二极管复位晶体管的第一端子与所述光电二极管电连接,且所述光电二极管复位晶体管的第二端子与固定电位源电连接。

(7)根据(4)至(6)中任意一项的摄像器件,其还包括:第二像素电路,所述第二像素电路包括第二传输晶体管和第二光电二极管,

其中,所述第二传输晶体管的第一端子与所述浮动扩散区电连接。

(8)根据(3)至(7)中任意一项的摄像器件,其中,所述复位晶体管、所述浮动扩散区、所述选择晶体管及所述放大晶体管被至少两个像素电路共用。

(9)根据(2)至(8)中任意一项的摄像器件,其还包括:被布置在所述光电二极管与(所述)浮动扩散区之间的存储元件。

(10)根据(9)的摄像器件,其还包括:第一传输晶体管,所述第一传输晶体管与所述光电二极管及所述存储元件电连接;和第二传输晶体管,所述第二传输晶体管与所述存储元件及所述浮动扩散区电连接,

其中,所述存储元件是晶体管。

(11)根据(1)至(10)中任意一项的摄像器件,其中,所述放大晶体管的所述第一端子是栅极,所述放大晶体管的所述第二端子是漏极,且所述放大晶体管的所述第三端子是源极。

(12)一种电子装置,其包括透镜以及摄像器件,所述摄像器件包括:

放大晶体管;

光电二极管,所述光电二极管被配置成生成电荷且将所述电荷提供给所述放大晶体管的第一端子;和

选择晶体管,所述选择晶体管的第一端子与所述放大晶体管的第二端子电连接,且所述选择晶体管的第二端子与信号线电连接,

其中,所述放大晶体管的第三端子与地电位电连接。

(13)一种辐射检测装置,其包括摄像器件以及与所述摄像器件光耦合的闪烁体,

其中所述摄像器件包括:

放大晶体管;

光电二极管,所述光电二极管被配置成生成电荷且将所述电荷提供给所述放大晶体管的第一端子;和

选择晶体管,所述选择晶体管的第一端子与所述放大晶体管的第二端子电连接,且所述选择晶体管的第二端子与信号线电连接,

其中所述放大晶体管的第三端子与地电位电连接,

并且其中所述闪烁体将辐射转换成可见光,且所述光电二极管基于所述可见光而生成所述电荷。

(14)根据(12)至(13)中任意一项的装置,其还包括:被配置成向所述信号线提供固定电流的固定电流电路。

(15)根据(12)至(14)中任意一项的装置,其还包括:浮动扩散区;以及复位晶体管,

其中,所述放大晶体管的所述第一端子及所述复位晶体管的第一端子与所述浮动扩散区电连接,且所述复位晶体管的第二端子与所述选择晶体管的所述第一端子及所述放大晶体管的所述第二端子电连接。

(16)根据(15)的装置,其还包括传输晶体管,

其中,所述传输晶体管的第一端子与所述浮动扩散区电连接,且所述传输晶体管的第二端子与所述光电二极管电连接。

(17)根据(16)的装置,其还包括:被配置成将所述光电二极管的电荷初始化的电荷量初始化单元。

(18)根据(17)的装置,其中,所述电荷量初始化单元包括光电二极管复位晶体管,并且

所述光电二极管复位晶体管的第一端子与所述光电二极管电连接,且所述光电二极管复位晶体管的第二端子与固定电位源电连接。

(19)根据(16)至(18)中任意一项的装置,其还包括:第二像素电路,所述第二像素电路包括第二传输晶体管和第二光电二极管,

其中,所述第二传输晶体管的第一端子与所述浮动扩散区电连接。

(20)根据(15)至(19)中任意一项的装置,其中,所述复位晶体管、所述浮动扩散区、所述选择晶体管及所述放大晶体管被至少两个像素电路共用。

(21)根据(15)至(20)中任意一项的装置,其还包括:被布置在所述光电二极管与所述浮动扩散区之间的存储元件。

(22)根据(21)的装置,其还包括:第一传输晶体管,所述第一传输晶体管与所述光电二极管及所述存储元件电连接;和第二传输晶体管,所述第二传输晶体管与所述存储元件及所述浮动扩散区电连接,

其中,所述存储元件是晶体管。

(23)根据(12)至(22)中任意一项的装置,其中,所述放大晶体管的所述第一端子是栅极,所述放大晶体管的所述第二端子是漏极,且所述放大晶体管的所述第三端子是源极。

(24)一种用于驱动摄像器件的方法,其包括:在曝光周期的期间内,在光电二极管处累积电荷;在所述曝光周期结束之前,通过将选择晶体管配置为处于接通状态,将放大晶体管的栅极电压初始化为初始值;读取复位信号,所述复位信号包括在所述光电二极管的复位期间内经由所述选择晶体管而被输出到信号线的电荷;以及读取累积信号,所述累积信号与在所述曝光周期的期间内在所述光电二极管处累积的所述电荷相对应,

其中,把所述电荷提供给所述放大晶体管的所述栅极。

(25)根据(24)的方法,其还包括:在所述曝光周期开始之前,通过将所述选择晶体管配置为处于接通状态,使所述光电二极管复位;以及随后在所述曝光周期开始之后将所述选择晶体管配置为处于关断状态。

(26)根据(25)的方法,其还包括:向所述放大晶体管的漏极和源极之中的至少一者提供固定电流。

(27)根据(26)的方法,其还包括:在所述曝光周期的期间内,使浮动扩散区复位。

(28)根据(27)的方法,其还包括:在所述曝光周期结束之前,把在所述光电二极管处累积的所述电荷传输到所述浮动扩散区。

(29)根据(27)的方法,其中,所述浮动扩散区、所述选择晶体管及所述放大晶体管被至少两个像素电路共用。

(30)根据(24)的方法,其还包括:在所述曝光周期开始之前,将光电二极管复位晶体管控制成关断状态。

(31)根据(24)的方法,其还包括:

把在所述曝光周期的期间内在所述光电二极管处累积的所述电荷经由第一晶体管传输到存储节点;以及

把所述电荷从所述存储节点传输到浮动扩散区。

此外,例如,本发明还可实现如下的技术方案。

(1)一种像素电路,包括:

放大单元,其在包含使输入端子的输入电压与输出端子的输出电压取得均衡的均衡电压的预定领域中以高于预定值的增益来放大所述输入电压;

光电转换单元,其将光转换成电荷;

电荷累积单元,其累积所述电荷,并将与所累积的电荷的量对应的电压提供到所述输入端子;和

电压初始化单元,当被指示将所述输入电压初始化时,所述电压初始化单元通过所述输入端子与所述输出端子之间的短路来将所述输入电压初始化至所述均衡电压。

(2)根据(1)的像素电路,其还包括:

电荷量初始化单元,当被指示将所述光电转换单元初始化时,所述电荷量初始化单元将所述光电转换单元中的所述电荷的量初始化。

(3)根据(1)或(2)的像素电路,

其中,所述光电转换单元包括:

多个光电转换元件,各所述光电转换元件将所述光转换成所述电荷,以及

传输单元,其依次地选择所述多个光电转换元件,然后把由所选择的所述光电转换元件转换的所述电荷传输到所述电荷累积单元,并且

其中,所述电压初始化单元与所述多个光电转换元件之中的各者被选择时的时机同步地将所述输入电压初始化。

(4)根据(1)至(3)中任意一项的像素电路,

其中,所述放大单元包括场效应晶体管,在所述场效应晶体管中,源极被施加固定电位,栅极充当所述输入端子,并且漏极与所述输出端子连接。

(5)根据(4)的像素电路,

其中,所述放大单元还包括选择晶体管,当所述像素电路被选择并且所述输入电压的初始化被指示时,所述选择晶体管将所述漏极连接至所述输出端子。

(6)一种半导体光检测装置,其包括:

多个像素电路,各个所述像素电路包括:放大单元,其在包含使输入端子的输入电压与输出端子的输出电压取得均衡的均衡电压的预定领域中以高于预定值的增益来放大所述输入电压;光电转换单元,其将光转换成电荷;电荷累积单元,其累积所述电荷,并将与所累积的电荷的量相对应的电压提供到所述输入端子;和电压初始化单元,当被指示将所述输入电压初始化时,所述电压初始化单元通过所述输入端子与所述输出端子之间的短路来将所述输入电压初始化到所述均衡电压;以及

检测电路,其从所述多个像素电路各者中的被放大的所述输出电压中检测所述光的光量。

(7)根据(6)的半导体光检测装置,其还包括:

驱动电路,其指示所述多个像素电路之中的全部像素电路的曝光的开始及结束,

其中,所述光电转换单元包括:

光电转换元件,其将所述光转换成所述电荷;

模拟存储器,其保存所述电荷;

第一传输晶体管,当所述曝光的结束被指示时,所述第一传输晶体管将所述电荷从所述光电转换元件传输到所述模拟存储器;以及

第二传输晶体管,在所述输入电压的初始化被指示之后,所述第二传输晶体管将所述电荷从所述模拟存储器传输到所述电荷累积单元。

(8)根据(6)或(7)的半导体光检测装置,

其中,当用于修正所述输出电压的修正系数的获取被指示时,所述电压初始化单元将所述输入电压初始化到所述均衡电压,然后将所述输入电压控制成为与所述均衡电压不同的预定的假电压(dummy voltage),而当所述修正系数的获取未被指示时,所述电压初始化单元将所述输入电压初始化到所述均衡电压,并且

当所述修正系数的获取被指示时,所述检测电路读取所述假电压的电信号以作为假信号,然后,获取与所述假信号对应的修正系数,而当所述修正系数的获取未被指示时,所述检测电路读取所述输入电压的电信号以作为累积信号,并通过所述修正系数修正所述累积信号。

(9)根据(6)至(8)中任意一项的半导体光检测装置,

其中,光电转换单元包括:

光电转换元件,其将所述光转换成所述电荷;以及

传输晶体管,在所述栅极电压被初始化之后,所述传输晶体管将所述电荷从所述光电转换元件传输到所述电荷累积单元,并且

其中,所述检测电路与所述输入电压被初始化时的时机同步地读取所述输出电压的电信号以作为复位信号,与所述电荷被传输时的时机同步地读取所述输出电压的电信号以作为累积信号,并且检测所述复位信号与所述累积信号之间的差分以作为所述光量。

(10)根据(9)的半导体光检测装置,其还包括:

固定电流电路,其将固定电流提供到信号线以将所述均衡电压调整到所述区域内的值,所述固定电流在读取所述复位信号时与在读取所述累积信号时是不同的,

其中所述输出端子与所述信号线连接。

(11)一种辐射计数装置,其包括:

闪烁体,当辐射入射时,所述闪烁体发出闪烁光;

放大单元,其在包含使输入端子的输入电压与输出端子的输出电压取得均衡的均衡电压的预定领域中以高于预定值的增益来放大所述输入电压;

光电转换单元,其将所述闪烁光转换成电荷;

电荷累积单元,其累积所述电荷,并且将与所累积的电荷的量相对应的电压提供到所述输入端子;以及

电压初始化单元,当被指示将所述输入电压初始化时,所述电压初始化单元通过所述输入端子与所述输出端子之间的短路来将所述输入电压初始化到所述均衡电压。

附图标记列表

100:摄像器件

101:半导体器件

110:固定电流电路

111:MOS晶体管

120:像素阵列单元

130、141、142:像素电路

131:选择晶体管

132:复位晶体管

133、143:传输晶体管

134、144:光电二极管

135:浮动扩散区

136:放大晶体管

138:PD复位晶体管

139:FD复位晶体管

140:像素块

145、146、147:串联晶体管

150:行驱动电路

160:检测电路

161:CDS电路

162、166、170:开关

163:电容器

164:比较器

165:ADC电路

167:寄存器

168:减法器

180:输出电路

200:闪烁体

301:摄像装置

302:透镜组

303:摄像元件

304:信号处理电路

305:监视器

306:存储器

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