CN103256980A - 具有改进的光照范围的辐射检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种具有改进的光照范围的辐射检测装置。一种像素包括光探测器(1)和控制电路(3)。该像素具有设计成与分析电路(4)连接的输出端子(8)。该光探测器(1)被配置为具有与不同偏置条件相关联的两个不同工作模式。将光探测器(1)连接到像素的输出端子(8)的开关(9)、和用于将控制电路(3)与像素的输出端子(8)和光探测器(1)连接/断开(6，7)的电路，允许在两个工作模式之间切换。比较器(10)将电容性负载(5)两端的电压与阈值相比较，并根据比较输出第一和第二信号。比较器(10)被连接到用于连接/断开控制电路(3)的电路(6，7)并被连接到开关(9)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测电磁辐射的装置。
背景技术
在检测装置的领域，光探测器通常与读出电路相关连。对特定的电势范围内对光探测器进行偏置，以便输出表示所观测的景象的信号，且由读出电路处理该信号以便将该信号派送到分析电路。
通过在光探测器的第一端子上施加基底电势以及在光探测器的第二端子上施加参考电势，来获得对光探测器的偏置。例如，电容跨阻放大器类型的读出装置可施加参考电势。
取决于所遭受的照明条件，光探测器结合该信息将或多或少的电流传递给读出电路。按照这种方式，如果光探测器接收低强度的辐射，则它发射低强度的电信号，而如果辐射的强度增加，则来自于光探测器的电信号的强度同样也增加。
由于流过检测装置的电信号是初始电磁辐射的强度的函数，重要的是使形成检测装置的各种元件按尺码制作，以便尽可能使寄生信号的重要性最小化、并获得可利用的信噪比。例如，获得可接受的信噪比需要合理选择读出电路的关注尺寸，尤其电容性负载的值以及施加到检测装置的各个元件的电源条件。
基于所期望的光照条件，设计检测装置和/或对其施加偏置。因此，当所接收的电磁辐射大于期望时，光探测器产生使检测装置中的电子电路饱和的重要信号。当一些光探测器仍旧能够提供表示所接收的光通量的信息时，检测装置被完全眩晕(dazzle)，或仅仅被部分眩晕。
发明内容
可以看出，存在对提供改进的且同时易于实施的检测装置的需求。
该需求通过提供一种检测装置来满足，该检测装置包括：
-具有两个端子的光探测器，
-控制电路，其被配置为通过负载将从光探测器发出的电流转换成第一电变量，
-包括光探测器和控制电路的像素，该像素具有设计成与分析电路连接的输出端子，
-光探测器的偏置装置，其被配置为在第一工作条件下跨越(across)光探测器的端子而施加第一电势差，以及在第二工作条件下使得光探测器的端子之一处于浮动电势，
-连接电路，其被配置为将控制电路与像素的输出端子连接、以及在光探测器处于第一工作模式时将控制电路与光探测器连接，并被配置为在光探测器处于第二工作模式时断开控制电路，
-开关，其被配置为将光探测器与像素的输出端子连接，并且在光探测器处于第一工作模式时处于阻断状态而在光探测器处于第二工作模式时处于导通状态，
-比较器，其被配置为将跨越负载的电压与阈值电压相比较，以及根据比较传递第一信号或第二信号，该比较器被连接到连接电路和开关。
附图说明
根据下面的仅仅为了非限定的示例的目的给出的并借助于附图所阐释的本发明的特定实施例的说明，其他的优点和特征将变得显而易见，其中：
-图1示意性地表示了探测电路，
-图2示意性地表示了根据图1的探测电路的特定实施例，
-图3示意性地表示了根据图2的比较器的特定实施例，
-图4a-4f示意性地表示了探测电路中的不同电压的计时图。
具体实施方式
如图1所示的，检测装置包括至少一个像素，优选为可以以矩阵形式排列的多个像素。像素包括至少一个光探测器1。因此，检测装置包括光探测器1，优选为例如以矩阵形式排列的多个光探测器。
光探测器1可沿着组织的第一轴X排列，也就是说，光探测器1根据第一轴X形成行或列。光探测器1以重复节距，有利地以恒定的重复节距，沿着X轴对齐。
光探测器1包括第一端子和第二端子。对光探测器施加偏置以向分析电路提供关于所观测场景的信息。
该装置包括切换电路，其被配置为用于在第一及第二工作模式之间切换光探测器1。切换电路被配置为使得光探测器1以第一工作模式工作或以不同于第一工作模式的第二工作模式工作。
光探测器1的偏置借助可连接到光探测器1的每个端子的偏置装置来实现。光探测器1的偏置装置被配置为在第一工作模式下跨越光探测器1的端子而施加第一电势差。在第一工作模式下，此处通过基底电势VSUBPV和参考电势VREF在光探测器1的端子之间施加第一电势差。有利地，光探测器1被偏置以便获得所接收的电磁通量向电荷载体流的线性转换。在其中光探测器为光电二极管的特定情形下，光电二极管优选在反向偏置阶段被偏置。
在第一工作模式下，借助施加在它的第一端子和它的第二端子之间的第一电势差向光探测器施加偏置。第一端子被电链接到提供偏压VSUBPV(也称为基底电势)的第一电压源2。第二端子被电链接到控制电路3的输入端子。根据实施例，控制电路3被配置为将从光探测器输出的电流转换成第一电变量、和/或被配置为在它的连接到光探测器1的它的输入端子上施加参考电势VREF。通过这种方式，控制电路3向光探测器1的端子间施加第一电势差并由此获得第一工作模式。有利地选择参考电压VREF以使光探测器1工作在将所接收的电磁通量转换成电流的线性转换模式。控制电路3充当将电流信号转换成另一个电信号的转换电路，优选为线性转换电路。
向第二端子施加偏置可通过控制电路3和/或另一个电路(未示出)来执行。在所阐释的实施例中，借助电压源2以及借助控制电路3向光探测器1施加偏置。
在特定实施例中，借助控制电路3来执行对由光探测器1发射的信息的积分，该控制电路3可包括积分电容器。在其它实施例中，该信息的积分和/或存储在辅助电路(未示出)中进行，该辅助电路可连接到装置的输出端。在其它实施例中，如果光探测器为光电二极管，对该信息的积分在光探测器的寄生电容器中实现。在这种情形中，控制电路3执行光电二极管的偏置，以使得光电二极管作为每个探测器的源极跟随器(SFD)进行工作，电流的转换和积分直接在光电二极管1中进行。
在特定实施例中，光探测器1在由半导体材料制成的基底上形成，而偏压VSUBPV经由连接到电压源2的偏置线施加在半导体基底上。偏置线为由导电材料制成的线，例如，在基底的表面上铺设的金属线。在其它实施例中，偏置线为基底的掺杂区域，为了降低沿着偏置线的电势降，该区域比基底的剩余部分掺杂更多。优选地，偏置线为与基底具有相同电导率类型的掺杂区域。该基底为第一传导率类型，例如P型。N型也是可能的。
有利地，光探测器1为光电二极管并在偏压VSUBPV与由控制电路3提供的参考电压VREF之间是反向偏置的。然而，为了获得代表所观测场景的电信号，还可能通过调节跨越光探测器1的端子的电势差来使用量子阱光探测器或多个量子阱光探测器(也为QWIP)。
像素包括光探测器1和它的相关控制电路3。像素经由它的输出端子8连接到分析电路4。为了能够将由光探测器发射的信息提供给分析电路4，控制电路3被连接到分析电路4。有利地，分析电路4被连接到多个像素1并由此被连接到矩阵的多个光探测器，例如矩阵的一列或一行光探测器。
控制电路3有利地包括被配置为接收由光探测器1所发射的电荷的电容性负载5并由此形成积分器电路。电容性负载5通过光探测器1所发出的电流来充电。控制电路3的不同架构是可能的，例如，控制电路3为直接注入电路、缓冲的直接注入电路或电容跨阻放大电路。电容性负载5包括至少一个积分电容器CINT。由光探测器所发射的电流随后转换成优选与积分电流成比例的电压。
在其它实施例中，电容性负载5被替换为电阻器或其它元件。
借助施加在光探测器1的两个端子处的基底电势VSUBPV和参考电势VREF，光探测器工作在第一工作模式，将所接收的电磁通量转换成代表性的电流。在控制电路3包括电容性负载5的特定示例中，代表性电流在电容性负载5中被积分。光探测器1提供表示所观测的场景的电流信号。该电流借助电容性负载5而转换成电压。该电压或该电压的代表值可呈现在像素的输出端子8，以使得该电压可被发送给分析电路4。
控制电路3的输出电压表示在积分电容器CINT中累积的电荷并由此表示由光探测器1在预设时间段中所提供的电流的信息。
光探测器1的切换电路还被配置为允许光探测器1的端子之一在第二操作模式处于浮动电势。在第二操作模式中，电势被施加在所述端子之一上，而另一个端子保持为浮动电势。该浮动电势的最终值被用于表征所观测的场景。有利地，像在第一工作模式中一样，施加基底电势VSUBPV以便能够容易地测量另一个端子处的电势。浮动电势或该浮动电势的代表值可在像素的输出端子8上被发送。当光探测器工作在开路中时，也就是说它的其中一个端子不是偏置的，该端子的电势表示所接收的光通量。该信息的转换不是线性的而是对数的，其延伸了转换范围。
光电二极管的开路电压VCO可借助下面的等式建模：
ISAT表示光电二极管的饱和电流，
T表示光电二极管的开尔文温度，
k表示玻耳兹曼常数，
q表示库仑电荷，
n表示光电二极管的理想因子。
为了实现第一工作模式与第二工作模式之间的切换，切换电路包括被配置为用于将控制电路与光探测器1的输出端子8连接/断开的连接电路。
连接电路被配置为在光探测器1处于第一工作模式时将控制电路3与光探测器1的输出端子8连接，以及在光探测器1处于第二工作模式时断开控制电路3。有利地，被配置为连接/断开控制电路3的连接电路也可被配置为将控制电路与像素的输出端子8连接/断开。
切换电路还包括开关9，其将光探测器1连接到像素的输出端子8。开关9被配置为在光探测器1处于第一工作模式时处于阻断状态，以及在光探测器1处于第二工作模式时处于导通状态。
开关9和被配置为用于连接/断开控制电路3的连接电路优选被配置为处于相反的状态，以使得光探测器1所发射的信息可以以两个不同的路径传递以到达输出端子8。在第一种情形下，光探测器1所发射的电流到达控制电路3并可被合并到电容性负载5。电容性负载5中合并的信息随后可被传递到输出端子8。该电势的值或导出该电势的值被发送给输出端子8。
在第二工作模式中，光探测器1作为光电发生器工作。在该工作模式下，代表所观测的场景的电流的移动被局限在检测装置的内部。在光探测器的端子之间的电压有增加，因而根据光探测器1所接收的光通量，浮动端子的电势有变化。
此处，在特定实施例中，偏压VSUBPV一直被施加在光探测器1上，且第二端子保持浮动电势。在这种情形下，所发射的电荷被部分地阻塞在光探测器中，而第二端子处的电势值被用于表征所观测的场景。第二端子处的电压根据所接收的光强度而变化。在可替换的实施例，基底电势的值在第一与第二工作模式之间是不同的，以便在管理第二工作模式的张力(tension)的范围时具有更多的自由。
被配置为连接/断开控制电路3的连接电路可以多种方式实现，例如借助于放置在光探测器与控制电路之间以及放置在输出端子与控制电路之间的一对开关。此处，一个开关被布置在输入端子上，而另一个开关被布置在控制电路3的输出端子上，以便在光探测器1与输出端子8之间进行连接或断开。
第一开关6被布置在光探测器1与控制电路3之间，以使得在第一开关6处于导通状态时光探测器1所传递的电流穿过第一开关6到达控制电路3。
第二开关7被布置在控制电路3的输出端，以使得在第二开关处于导通状态时由控制电路3发射到像素的输出端子8的信息通过第二开关7。
在具有紧凑配置的优选实施例中，第二开关7在像素的输出端子8与控制电路3的输出端子之间执行直接连接，控制电路3的输出端子为电容性负载5的端子中的一个。对于具有直接连接到光探测器1的一个端子以及直接连接到控制电路3的另一个端子的第一开关6，可以同样如此。
在这种情形下，开关9可被描述成第三开关9。开关9和由第一开关6、控制电路3及第二开关7形成的组件并行连接。
在优选实施例中，第三开关9利用光探测器1的端子和第一开关6的端子限定第一电节点A。第三开关9利用像素的输出端子8和第二开关7的端子限定第二电节点B。
第三开关9被配置为处于与第一开关6的状态相反的并有利地与第二开关7的状态相反的状态。第一和第二开关的相反的状态允许在两个工作模式之间进行切换而在第一工作模式期间没有电荷损失。然而，取决于电路的构配置，它可能具有两个处于导通状态的晶体管。
由此，当第三开关9处于导通状态时，第一开关6和第二开关7处于阻断状态。当第三开关9处于阻断状态时，第一开关6和第二开关7处于导通状态。
因此，当第三开关9处于导通状态时，输出端子8被连接到光探测器1的第二端子。在这种情形下，输出端子8处于光探测器1的浮动电势，且该信息被传递给分析电路4。光探测器1直接传送与所观测的场景有关的“电压”信息。当第一开关6和第二开关7处于导通状态时，像素的输出端子8被连接到控制电路3的输出端子。控制电路3在像素的输出端子8上提供代表光探测器1所提供的电流的电压。光探测器以“电流”形式输出与所观测的场景有关的信息。该信息由控制电路3转变成“电压”信息。
当由光探测器1传递的电流非常大时，控制电路3饱和，而电容器CINT的输出端处的输出电压不再代表由光探测器1所发送的信息。该情形可在控制电路3包括或耦连到防眩光电路时发生，该防眩光电路移除来自于光探测器1的过剩电荷。当电容性负载5的端子处的电势差达到阈值时，防眩光电路开始工作。
在光探测器1的偏置状况被改变时，例如由于跨越电容器CINT的端子的过大电势差，积分信息不再代表所观测的场景也是可能的，该过大的电势差导致由控制电路3施加到光探测器1上的参考电压VREF的变化。
在这两种情形中，由于不同的照明条件比所期望的照明条件更大，像素不再能够提供代表所观测的场景的信息。
为了存储与光探测器1的照明条件有关的信息，该装置包括比较器10，其被配置为将跨越电容性负载5的端子的偏置条件与阈值Vthreshold相比较。
取决于所测量的值是小于还是大于阈值Vthreshold，比较器10在它的输出端子处输出第一信号或第二信号。第一信号不同于第二信号。
在特定实施例中，比较器10测量电容性负载5的端子间的电压，在该示例中，为积分电容器CINT的端子处的电压。在可替换实施例中，比较器10测量控制电路3的输出端上的电压。在优选实施例中，电容性负载5的端子被连接到施加固定电势的电路，该固定电势例如为检测装置的地电压或其它特定电压。在这种情形下，电容性负载5的端子处的测量条件可通过测量其它端子(也就是说，非固定电势的端子)处的电势进行。其它端子可为控制电路3的输出端子或控制电路3的另一个端子。
一般说来，电压测量可在电节点上进行，该电节点的电势随着电容性负载5中所积累的能量而变化，并因而根据在电容性负载5的端子之间存在的电势差而变化。
比较器10被连接到被配置为连接/断开控制电路的连接电路，以及被连接到开关9。开关9的导通和阻断状态以及连接电路的导通和阻断状态根据比较器10所发射的信号来限定，因而根据比较的结果来限定。
在图1的实施例中，比较器10的输出端子被连接到第一开关6、第二开关7以及第三开关9的控制端子。
开关6、7和9被配置为使得只要跨越电容性负载5的电压未达到阈值Vthreshold，比较器10就输出第一信号，其导致第一开关6和第二开关7的导通状态、以及第三开关9的阻断状态。取决于偏置条件，如果跨越电容性负载5的电压小于或大于阈值Vthreshold，可发出第一信号。
当跨越电容性负载5的电压达到阈值或与阈值相交时，比较器10输出第二信号，其导致第一开关6及第二开关7的阻断状态、以及第三开关9的导通状态。当光通量变得太大时，这种切换阻止光电二极管的去极化和读出电路的饱和。
通过这种方式，根据电容性负载5中的积分电荷的数量，像素将“电流”信息或“电压”信息发送给分析电路4。术语“电流”或“电压”与光探测器1的工作模式相应。
在现有技术中，眩光的像素不能提供与所观测的场景的状态有关的任何信息，而该架构能够提供表示所观测的场景的其它信息。
该“电压”信息来自于光探测器的另一工作模式。在该第二工作模式中，光探测器充当光电池，跨越光探测器1的偏置与照明的条件相联系。该信息相对于所接收的光通量呈对数关系，其导致光通量与电信号之间存在的转换比例的压缩。该比例的压缩允许对更大比例的光通量起作用。由于在第二工作模式中照明很显著，即使分析电路不一定被配置为在该电压范围具有最佳性能，信噪比仍保持为高。
即使很难将第二工作模式中给出的信息与第一工作模式期间所传送的信息值相比较，比较工作在相同工作模式中的两个光探测器的两个照明条件也是可能的。在相同的工作模式中对同一个光探测器在两个不同的时刻给出的两个不同的信息进行比较也是可能的。
该架构易于允许对所接收的光通量与所输出的电信号之间的转换比例进行修改，以便使检测装置适应于照明条件。在第一工作模式中，光探测器传递表示所观测的场景的电流，优选为与允许进行详细分析的与所观测的场景成比例的电流。
在第二工作模式中，照明条件更强，电流太大而不能被管理，并且它通过分析跨越光探测器1的电压而被选择成工作在较宽的照明范围。
在达到阈值电压Vthreshold时，转换第一开关6和第二开关7使其处于阻断状态，这避免了使像素中的电容性负载5放电，该放电使“电压”信息的值失真。在达到阈值电压Vthreshold之前，对于第三开关9也同样转换到阻断状态。该配置避免了由光探测器1所发出的某些电荷的损失。这些电荷将流到像素的出口8以及流到分析电路4。电荷由此不被汇集到电容性负载5。使开关同步对获得最高敏感度的信息是有利的，但是没有排除在第一与第二工作模式之间的切换的时延。
在图2中所阐释的优选实施例中，控制电路3为“直接注入”型，也就是说，偏置晶体管11被连接在电容性负载5与光探测器1之间。施加在偏置晶体管11的栅电极上的偏压允许对施加到光探测器1的端子上的参考电压VREF进行设置。
偏置晶体管11的栅电极被耦接到比较器10，以使得在跨越电容性负载5的电压未达到阈值时、第一栅电压被施加到栅电极，以及在跨越电容性负载5的电压达到阈值时，第二栅电压被施加到栅电极。施加到偏置晶体管11的两个栅电压可以为比较器10所发出的第一信号和第二信号。然而，第一信号与第二信号之间的差值也可为电流或例如频率的其它参数的差值。因而可在比较器10的输出端与栅电极之间使用转换电路。
当施加第一栅电压时，偏置晶体管11处于导通状态，而光探测器1所发出的电荷被传递到控制电路3，其在电容性负载5中对该信息进行积分。当施加第二栅电压时，偏置晶体管11处于截止状态。
偏置晶体管11可被同化成第一开关6，这是因为它阻止或允许光探测器1与电容性负载5之间的电荷的传递。在该实施例中，控制电路3的偏置晶体管11也可为被配置为连接/断开控制电路3的连接电路的一部分。在施加到晶体管11的栅电极的电势被从比较器直接地或间接地输出的情形中，第一开关6有利地为偏置晶体管11。
在特定的非常紧凑的实施例中，光探测器1的第二端子被连接到偏置晶体管11的第一端子、并被连接到第三开关9的第一端子，以便形成电节点A。
偏置晶体管11的第二端子被连接到积分电容器CINT的第一端子。第二开关7、第三开关9和像素的输出端子8被连接到一起，以便形成第二电节点B。
积分电容器CINT的第二端子被连接到来自于偏置电路的固定电势(此处为地)。比较器10对出现在电容器CINT的第一端子处的电势进行测量，以便通过光探测器1所提供的电流监视在积分电容器CINT的充电期间的电势。
第二电压源12可被用于传送使电容性负载5复位的复位电压VR。第二电压源12经由第四开关13连接到积分电容器CINT的第一端子。当第四开关13处于导通状态时，积分电容器被复位。使电容性负载复位也可通过其它电路实现。
在比较器10被连接到检测装置的各个元件时，提供各自传递不同的电压范围中的第一信号和第二信号的几个输出端子是有利的。例如，施加到偏置晶体管11的栅电极的电压VPOL可不同于施加到第二和/或第三开关上的电压。
比较器10可包括提供第一信号和第二信号的输出端。该输出端可连接到耦连于用于改变电压电平的电路的旁路电路。通过这种方式，比较器10所发出的信号被转换成优选具有相同相位的多个信号。于是各个信号可处于不同的电压范围。
在替换的实施例中，旁路电路被集成到比较器10，并且用于改变电压电平的电路也可被集成到比较器。
例如，图3示出了比较器10的特定实施例。比较器10包括串联连接的第一晶体管T1和第二晶体管T2。在阈值电压Vthreshold与电路的为地电压或电源电压Vdd的固定电压之间串联连接两个晶体管。两个晶体管T1和T2具有相反的类型。在图3的特定实施例中，两个晶体管T1和T2在地电压与阈值Vthreshold之间被连接。晶体管T1为PMOS型并被连接到阈值电压Vthreshold。晶体管T2被连接到地电压并为NMOS型。借助附加的电压源(未示出)来施加阈值电压。
由比较器10所测量的电压被施加到与提供阈值电压Vthreshold的附加电压源连接的晶体管的栅极。其它栅电极接收使电容性负载5复位的复位信号
晶体管T1和T2的共用端子提供表示电容性负载5的端子处的电压与阈值Vthreshold的比较的信号VCTRL。在所阐释的实施例中，当电压VCINT大于阈值Vthreshold(减去晶体管T1的阈值电压)时，信号VCTRL等于地电压。一旦电压VCINT等于电压Vthreshold，信号VCTRL等于阈值Vthreshold。电压VCTRL提供表示第一信号和第二信号的两个不同的状态。
通过用电压Vdd替换地电压以及通过用PMOS晶体管替换NMOS晶体管可实现相反的操作，反之亦然。
信号VCTRL被连接到两个其它晶体管(晶体管T3和T4)的栅电极。第三晶体管T3和第四晶体管T4被串联连接。第三晶体管具有与第四晶体管的类型相反的类型。在所阐释的示例中，晶体管T3和T4在偏置晶体管11的栅电极的第一偏压与第二偏压之间被串联连接。在图3中所阐释的示例中，第一偏压为电压VGPOL，而第二偏压为地电压。晶体管T3和T4的共用端子被连接到偏置晶体管11的栅电极，此处偏置晶体管为NMOS型。
晶体管T3和T4形成用于变换与第一信号和第二信号相关联的电压电平的移动电路。
按照这种方式，根据阈值电压Vthreshold与积分电容器CINT的端子间的电压之间的比较结果，第一或第二偏压被施加到晶体管11的栅电极。
晶体管T3和T4的共用端子提供施加到偏置晶体管11的栅电极上的信号VPOL。通过这种方式，可能容易地获得紧凑的配置，其中，比较器10能够传递与晶体管11的栅电极的偏置条件相兼容的信号。该电路允许在信号VCTRL与施加到偏置晶体管11上的电压之间改变电压范围。
可执行同样的积分以便切换开关7和9。这种构造可通过复制第二组晶体管T3和T4、通过将信号VCTRL施加到它们上以及通过修改供电条件来实现。用于移动电压电平的第二电路例如在电压Vdd与地电压之间设置。用于变换电压电平的该第二电路的输出被发送到开关7和9的栅电极。
在替换的实施例中，通过两个并联连接的晶体管来形成开关7和/或开关9是有利的。两个晶体管具有相反的类型。因此，NMOS晶体管接收一个信号，而PMOS晶体管接收互补的或相反的信号。
如果晶体管7和9的切换是同时的，在开关7的NMOS晶体管上和在开关9的PMOS晶体管上施加相同的信号是有利的。随后，互补的信号被施加到开关9的NMOS晶体管和开关7的PMOS晶体管上。
图4a-4f表示检测装置的特征元件的不同计时图。图4a表示用于使电容性负载复位的复位信号
其允许限定电路的积分周期和更新周期。在时刻t0，信号
将第四开关13切换到导通状态或切换用于使积分电容器复位的另一个电路。复位发生在时刻t0与t1之间。所观测的场景的积分发生在时刻t1与t3之间。在时刻t3，新的积分周期开始于电容性负载5的复位阶段。
图4b表示在由曲线A和B所阐释的两个不同照明条件下跨越电容性负载5的端子间的电压。图4c示出了在两个照明条件下比较器10的输出端上所输出的电压VCTRL。图4d表示施加到偏置晶体管11的栅电极上的电压。图4f表示光探测器的第二端子的电势VPV的值的演变。图4g表示输出端子8的电势值V8的演变。
如图4b中所表示的，曲线A(实线)与第一照明条件相应，其中，跨越电容性负载的电压在积分周期t3的末端处未达到阈值电压Vthreshold。在曲线A的情形中，电压VCINT在时刻t1与t3之间总是大于电压Vthreshold-VT。照明条件被看作恒定的，其导致跨越积分电容器CINT的恒定电压演变。
在时刻t3，由于跨越电容性负载的电压保持高于阈值，此处其为由附加的电压源注入的阈值电压减去晶体管13(图4b)的阈值VT，比较器10不改变它的状态，且此处为电压VSS的第一信号在图4c中所示的整个积分周期(在时刻t1与t3之间)期间由比较器10发出。如图4d所阐释的，在整个积分周期期间，施加到偏置晶体管11的栅电极上的电压VPOL是恒定的，并等于电压VGPOL。
光探测器1的第二端子上的电压VPV等于VGPOL-VT，也就是说，施加到偏置晶体管11的栅电极上的电压减去后者的阈值电压(图4e)。
在所示出的示例中，电压VCTRL、VPOL和VPV在时刻t0与t3之间是恒定的。
由像素所发送的信息相应于输出端子8上的电压，其在这里相应于施加到电容器CINT的端子上的固定电压VR减去积分周期上的积分电流的积分(此处为，I*(t3-t1))除以电容性负载的电容(图4f)，即，VR-I*(t3-t1)/CINT。电压值V8根据光探测器所传递的电流从时刻t1演变。
当光探测器所发出的电流较大(图4b-4f的曲线B，虚线)时，电容性负载两端的电压达到阈值，这一点可在图4b中看出。在时刻t2，跨越电容性负载的电压达到阈值。在时刻t1与t2之间，该装置的操作与所描述的曲线A的操作相同。
在时刻t1与t2之间，比较器10从它的输出端子发送第一信号。从时刻t2到时刻t3，比较器10现在发送第二信号，此处为信号Vthreshold(图4c)。
因此，第一偏压，即电压VGPOL在时刻t0与t2之间被施加到偏置晶体管11的栅电极。从时刻t2到时刻t3施加第二偏压(此处为VSS)(图4d)。偏置晶体管11从时刻t2变为截止。
在时刻t1与t2之间，施加到光探测器的第二端子上的电压等于VGPOL-VT，如在曲线A中所示的那样。从时刻t2到时刻t3，光探测器的第二端子处的电压等于施加到第一电极上的电压减去与光探测器的照明条件相关联的开路电压VCO。在所阐释的示例中，在时刻t2与t2’之间，施加第一照明条件。在时刻t2’与t3之间，施加第二照明条件。当照明条件变化时，光探测器的第二电极上的电压发生变化(图4e)。增加光探测器的照明将增加与施加在第一端子上的电压之间的差距。
如曲线A的情况那样，从积分周期的开始直到时刻t2，输出端子8上的电压与积分电流相应。从时刻t2，光探测器的偏置条件改变，且输出电压V8与光探测器的第二端子处的电压相应。因此，如果在时刻t2之后照明条件变化了，则输出电压V8有变化。
Claims (10)
1.一种用于检测电磁辐射的装置，其包括：
-具有两个端子的光探测器(1)，
-控制电路(3)，其被配置为借助于负载(5)将光探测器(1)发出的电流转换成第一电变量，
-像素，其包括光探测器(1)和控制电路(3)，该像素具有被设计成与分析电路(4)连接的输出端子(8)，
该装置的特征在于，其包括：
-光探测器(1)的偏置电路(2，3，6，7)，其被配置为在第一工作条件下在光探测器(1)的端子间施加第一电势差，并被配置为使得光探测器的端子之一在第二工作条件下处于浮动电势，
-连接电路，其被配置为将控制电路(3)与像素的输出端子(8)连接以及在光探测器(1)处于第一工作模式时与光探测器(1)连接，并被配置为在光探测器(1)处于第二工作模式时断开控制电路(3)，
-开关(9)，其将光探测器(1)与像素的输出端子(8)连接，以及被配置为在光探测器(1)处于第一工作模式时处于阻断状态而在光探测器(1)处于第二工作模式时处于导通状态，
-比较器(10)，其被配置为将负载(5)两端的电压与阈值相比较，并且被配置为根据比较来传送第一信号或第二信号，该比较器(10)被连接到连接电路和开关(9)。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，比较器(10)被配置为只要负载(5)的端子间的电压没有达到阈值(Vthreshold)，就使得控制电路(3)连接到光探测器和像素的输出端子(8)，以及在负载(5)的端子间的电压达到阈值时，使得光探测器(1)连接到像素的输出端子(8)。
3.根据权利要求1的装置，其特征在于，连接电路(6，7)包括连接在光探测器(1)与控制电路(3)之间的第一开关(6)。
4.根据权利要求1的装置，其特征在于，控制电路(3)为具有偏置晶体管(11)的直接注入电路，该偏置晶体管具有连接到光探测器(1)的第一端子和连接到负载(5)的第二端子，该偏置晶体管(11)形成连接电路的一部分，偏置晶体管(11)的栅电极被连接到比较器(10)。
5.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述连接电路包括第二开关(7)，其连接在控制电路(3)与像素的输出端子(8)之间。
6.根据权利要求3的装置，其特征在于，所述连接电路包括第二开关(7)，其连接在控制电路(3)与像素的输出端子(8)之间。
7.根据权利要求1的装置，其特征在于，负载(5)为包括积分电容器(CINT)的电容性负载，该积分电容器具有第一端子，该第一端子连接到被配置为在积分电容器(CINT)的第一端子上施加固定电势的电路，以及特征在于，比较器(10)被连接到积分电容器(CINT)的第二端子。
8.根据权利要求4的装置，其特征在于，负载(5)为电容性负载并包括积分电容器(CINT)，该积分电容器具有第一端子，该第一端子连接到被配置为在积分电容器(CINT)的第一端子上施加固定电势的电路，以及特征在于，比较器(10)被连接到积分电容器(CINT)的第二端子。
9.根据权利要求6的装置，其特征在于，负载(5)为电容性负载并包括积分电容器(CINT)，该积分电容器具有第一端子，该第一端子连接到被配置为在积分电容器(CINT)的第一端子上施加固定电势的电路，以及特征在于，比较器(10)被连接到积分电容器(CINT)的第二端子。
10.根据权利要求1的装置，其特征在于，比较器(10)包括输出端子，该输出端子连接到分析电路(4)并被配置为将光探测器(1)的工作模式报告给分析电路(4)。
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