JP2021528905A - 様々な検出時間の電荷貯蔵ビンを有する集積光検出器 - Google Patents
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Abstract
Description
前記集積回路は、異なるフレームにおいて、前記除去期間、前記検出期間、または前記除去期間と前記検出期間との両方のタイミングを変化させるように構成されてよい。
前記集積回路は、フレームにわたって電荷キャリアを前記電荷キャリア貯蔵領域に集約するように、また集約された前記電荷キャリアの量を示す信号を読み出すように構成されてよい。
前記集積回路は、前記第1のフレームおよび前記第2のフレームと、前記除去期間、前記検出期間、または前記除去期間と前記検出期間との両方の第3のタイミングを有する第3のフレームと、の間の切換を行うようにさらに構成されてよい。
電荷キャリア分離構造は、前記光検出領域と前記電荷キャリア貯蔵領域との間の境界に1つ以上の電極を備えてよい。
前記電荷キャリア除去領域は、前記光検出領域に隣接してよい。
電荷キャリアは、前記光検出領域と前記電荷キャリア貯蔵領域との間において捕獲されることなく、前記電荷キャリア貯蔵領域に対し移送されてよい。
前記電荷キャリア貯蔵領域は、単一の電荷キャリア貯蔵領域であってよい。
前記電荷キャリア貯蔵領域は第1の電荷キャリア貯蔵領域であってよく、前記集積回路は、前記第1の電荷キャリア貯蔵領域から電荷キャリアを受け取るように構成されている第2の電荷キャリア貯蔵領域をさらに備えてよい。
光検出方法であって、光検出領域によって生成された複数の電荷キャリアのうちの1つまたは複数の第1の電荷キャリアを、除去期間中に電荷キャリア除去領域へと方向付ける工程と、前記複数の電荷キャリアのうちの1つまたは複数の第2の電荷キャリアを、検出期間中に直接前記光検出領域から電荷キャリア貯蔵領域へと方向付ける工程と、を備えてよい。
前記集積回路は、少なくとも(A)〜(D)を複数回繰り返すように構成されてよい。
前記集積回路は、(E)それぞれの第3のトリガ・イベントに続く複数の第3の検出期間にわたって、第3の光生成電荷キャリアを前記電荷キャリア貯蔵領域に集約することであって、前記複数の第3の検出期間は前記それぞれの第3のトリガ・イベントに対する第3のタイミングを個々に有する、ことと、(F)(E)に続いて、前記電荷キャリア貯蔵領域に貯蔵された電荷を示す第3の信号を読み出すことと、を行うようにさらに構成されてよく、少なくとも(A)〜(F)を複数回繰り返すようにさらに構成されている。
前記電荷キャリア貯蔵領域は第1の電荷キャリア貯蔵領域であってよく、ピクセルは、前記第1の電荷キャリア貯蔵領域と、前記第1の電荷キャリア貯蔵領域から電荷を受け取る第2の電荷キャリア貯蔵領域と、を備えてよい。
方法は、第1のトリガ・イベントに対する第1の期間内に光検出領域によって受け取られた第1の電荷キャリアを、電荷貯蔵領域に集約する工程と、第2のトリガ・イベントに対する第2の期間内に前記光検出領域によって受け取られた第2の電荷キャリアを、前記電荷貯蔵領域に集約する工程と、前記第1の電荷キャリアの第1の量と前記第2の電荷キャリアの第2の量とを表す信号を読み出す工程と、前記光検出領域によって受け取られた光の時間的特性を取得するように、前記第1の電荷キャリアおよび前記第2の電荷キャリアを分析する工程と、を備えてよい。
光検出方法は、(A)それぞれのトリガ・イベントに続く複数の第1の検出期間にわたって、第1の光生成電荷キャリアを電荷キャリア貯蔵領域に集約する工程であって、前記複数の第1の検出期間は第1の期間を個々に有する、工程と、(B)(A)に続いて、前記電荷キャリア貯蔵領域に貯蔵された電荷を読み出す工程と、(C)それぞれのトリガ・イベントに続く複数の第2の検出期間にわたって、第2の光生成電荷キャリアを前記電荷キャリア貯蔵領域に集約する工程であって、前記複数の第2の検出期間は第2の持続期間を個々に有し、前記第1の持続期間は前記第2の持続期間とは異なる、工程と、(D)(C)に続いて、前記電荷キャリア貯蔵領域に貯蔵された電荷を読み出す工程と、を備える。
前記第1の検出期間および前記第2の検出期間は、前記トリガ・イベントに対して同一の時間に開始してよい。
前記集積回路は、複数の直接ビニングピクセルを備えてよい。
前記電荷キャリア貯蔵領域は、前記第1の測定期間の持続期間とは異なる持続期間の第2の検出期間を有する第2の複数の測定期間に生成された電荷キャリアを集約するように構成されてよい。
電荷キャリア分離構造は、前記光検出領域と前記電荷キャリア貯蔵領域との間の境界に1つ以上の電極を備えてよい。
いくつかの場合では、前記光検出領域と前記1つ以上の電荷キャリア貯蔵領域のうちの1つの電荷キャリア貯蔵領域との間に電荷キャリア捕獲領域が存在しない。
廃棄された電荷キャリアは、キャリアが前記光検出領域から前記電荷キャリア貯蔵領域に向かって方向付けられる方向とは異なる方向に、前記光検出領域から取り除かれてよい。
前記電荷キャリア貯蔵領域は、前記光検出領域について単一の時間ビンを構成してよい。
上記の概要は例示のために提供され、限定することは意図されていない。
生物学的サンプルの検出および定量化が、生物学的アッセイ(「バイオアッセイ」)を使用して行われ得る。バイオアッセイは従来、大型で高価な実験機器を伴い、機器を操作しバイオアッセイを行うために訓練された研究科学者を要する。バイオアッセイは従来、まとめて行われ、大量の特定の種類のサンプルが検出および定量化のために必要となっている。いくつかのバイオアッセイは、特定の波長の光を放出する発光性マーカを用いてサンプルにタグ付けすることによって行われる。サンプルは光源によって照射されて発光を生じ、発光性の光が光検出器によって検出され、マーカにより放出される光の量が定量化される。発光性タグおよび/またはレポータを使用するバイオアッセイは従来、サンプルを照射するための高価なレーザ光源、ならびに照射されたサンプルから光を収集するための複雑な発光性検出光学部品および電子部品を必要とする。
本願の態様に係る集積光検出器を有する集積回路は、様々な検出およびイメージング用途に適切な機能を用いて設計され得る。以下にさらに詳細に記載されるように、そうした集積光検出器は、検出の期間(「検出期間」または「時間ビン」とも称される)内において光を検出する能力を有することが可能である。光の到着の時刻に関する情報を収集するために、入射光子に応答して電荷キャリアが生成され、入射光子の到着の時刻に基づいてそれぞれの時間ビンへと方向付けることが可能である。
集積光検出器の個々のピクセルは、分子または分子上の特定の位置などの1つまたは複数の標的を標識する蛍光タグおよび/またはレポータを識別するために使用される、蛍光寿命測定が可能であってよい。対象の任意の1つまたは複数の分子は、フルオロフォアによって標識されてよく、タンパク質、アミノ酸、酵素、脂質、ヌクレオチド、DNA、およびRNAが含まれる。放出された光のスペクトルの検出または他の標識技法と組み合わせると、蛍光寿命は、使用され得る蛍光タグおよび/またはレポータの総数を増加させ得る。寿命に基づく識別は、複雑な混合物における分子相互作用の特性に関する情報を提供するために、単一分子分析法に使用されてよく、この場合、そうした情報は、アンサンブル平均化において失われ、タンパク質間相互作用、酵素活性、分子動力学、および/または膜上の拡散を含んでよい。これに加えて、異なる蛍光寿命を有するフルオロフォアは、標識成分の存在に基づく様々なアッセイ方法において標的成分にタグ付けするために使用されてよい。いくつかの実施形態では、フルオロフォアの特定の寿命を検出することに基づいて、マイクロ流体システムを使用することによってなど、成分が分離されてよい。
いくつかの実施形態は、入射光子に応答して電荷キャリアを生成する光検出器を有する集積回路であって、電荷キャリアが生成されたタイミングを弁別することができる、集積回路に関する。いくつかの実施形態では、集積回路は、光検出領域において生成された電荷キャリアを時間ビニングするための単一のビン(「ビン」、「電荷貯蔵ビン」または「電荷キャリア貯蔵領域」とも称される)を有してよい。検出期間中に生成された電荷キャリアは、ビンに対し移送される。検出期間外に生成された電荷キャリアは、ビンに対し移送されない。前述されたように、測定は複数回繰り返されてよく、ビンは複数の測定にわたって検出期間内に受け取られた電荷キャリアを集約してよい。次いで、貯蔵された電荷の量が、読み出される。読出に続いて、検出期間のタイミングが変化してよく、ビンの再設定後に、異なる検出期間によりタイミング測定の別の組の測定が行われてよい。電荷キャリアは、次いで、別の複数の測定にわたって集約され、貯蔵された電荷は再び読み出される。異なる検出期間に収集された電荷の量は、光検出器によって受け取られた光のタイミングおよび/または強度に関する情報を提供することが可能である。基準時刻に対する光子の到着の時刻に関するタイミング情報は、検出期間のタイミングを変えることによって単一のビンから取得されることが可能である。そうした集積回路は、本明細書に記載されるものなど、様々な用途のいずれかにおいて使用されることが可能である。単一のビンを備える直接ビニングピクセルを有する集積回路の例が記載される。いくつかの実施形態では、集積回路は、そうしたピクセルからなるアレイを備えてよい。
図2は、光子吸収/キャリア発生領域102(「光検出領域」とも称される)において発生した電荷キャリアが、電荷キャリア貯蔵領域108における電荷貯蔵ビンに対し、それらの間に中間の電荷キャリア捕獲領域がなく、直接移送され得る、ピクセル100の一例を示す。そうしたピクセルは、「直接ビニングピクセル」と称される。ビンは単一のビンであってよく、光子吸収/キャリア発生領域102から直接電荷キャリアを受け取るように構成されている他のビンは存在しない。図2は、電荷キャリア貯蔵領域108に単一のビンを有するピクセル100の一例を示す。複数のビンのピクセルに対する単一のビンのピクセルの利点は、励起光の改善された除去、複雑性の減少による設計の単純化、およびより少ない電極しか駆動する必要がないことに起因するより低い電力消費を含んでよい。ビンは、基準時刻またはトリガ・イベントに続く検出期間において受け取られた電荷キャリアを集約してよい。また、以下でさらに論じられるように、読出のためにビンに貯蔵された電荷を受け取るべく、1つまたは複数の追加の貯蔵領域が存在してよい。例えば、ビンに貯蔵された電荷を読出用の別の電荷貯蔵領域に対し移送することによって、電荷キャリアを受け取るためのビンの使用と電荷をその電荷が読み出される間保持するための別の電荷貯蔵領域との同時使用が可能である。
除去工程52中のピクセル100の動作は、図4Aに示される。除去工程52は、除去期間の間に生じる。除去工程52では、ピクセル100は、領域102において生成された電荷キャリアを除去領域105に対し移送することによって、その電荷キャリアを除去するように動作する。例えば、除去工程52は、領域102において生成された電荷キャリアを除去領域105へと駆動させる電位勾配を生成するように、電極206を制御することを含んでよい。キャリアは、キャリアを図4Aの上向き方向に方向付けることによって除去される。ビンに対する電位障壁202は、望ましくない電荷がビンに入るのを防止するように上昇する。
いくつかの実施形態では、除去期間(除去工程52)のタイミング、検出期間(検出工程60)、またはその両方などのピクセルタイミングは、様々なフレーム(すなわち、方法50のそれぞれのインスタンス)について変化する。ピクセルタイミングを変化させることによって、ピクセルによって異なる期間に受け取られた光の特性を取得することが可能となる。ピクセルタイミングを変化させることは、単一の時間ビンが、トリガ・イベントに対して異なる期間に受け取られた光子に関する情報を捕獲することも可能とする。いくつかの実施形態では、第1のフレーム(方法50の第1のインスタンス)は第1のピクセルにより行われてよく、次いで第2のフレーム(方法50の第2のインスタンス)は異なるピクセルタイミングにより行われてよい。いくつかの実施形態では、タイミングは、図6Aに示されるように、2つ以上の異なるピクセルタイミング間において前後に変化する。
電荷貯蔵ビンを半導体領域内のポテンシャル井戸(ウェル)として実装するいくつかの手法が存在する。いくつかの実施形態では、ポテンシャル井戸は、部分的に電極203内にあってよい。電荷を井戸の中および外に移動するための2つの種類の移送が存在する。蓄積の移送は電荷を井戸へと移動させる。読出部の移送は電荷を井戸の外に移動させる。
・井戸は、100個以上の電子の蓄積された電荷を30℃にて10ms間に貯蔵するのに充分な深さであってよい。
・電極203は、領域102を井戸に対して電荷結合する。
・井戸は、少なくとも部分的には電極203内にあってよい。
・蓄積の移送中、井戸は領域102の完全な空乏電圧よりも高い電位にあってよい。
・井戸の完全な空乏電圧は、読出の移送中の浮遊拡散部リセット・レベルよりも低い電位にあってよい。
・井戸の電位は、蓄積の移送と読出の移送との両方の要求に適うように、動的に変調されてよい。
図9は、集積回路が作製され得る材料の例を示す。ピクセルは半導体領域に形成されてよく、いくつかの実施形態では半導体領域はシリコンであってよい。酸化シリコン領域などの絶縁領域は、集積回路のエリアを互いに絶縁してよい。電極(例えば、電極206,203および213)は、ポリシリコンまたは別の導体から形成されてよい。絶縁スペーサは電極の側に配置されてよい。例えば、絶縁領域は窒化シリコンから形成されてよい。アルミニウムなどの金属が電極に対して電気的に接触するように電極上に配置されてよい。しかしながら、本明細書に記載されるデバイスは、特定の材料に関して限定されないため、他の材料が用いられてよい。
いくつかの実施形態では、図15におけるチップ1300は、標準的なCMOS(相補型金属酸化膜半導体)処理を使用してシリコン基板に形成されてよい。しかしながら、本明細書に記載されている技法はこれに関して限定されず、任意の適切な基板または製造処理が使用されてよい。図10〜図14は、光検出器を形成する例示的な処理と、4つの異なるピクセル設計n0〜n3を示す図。図10は、半導体領域における拡散部およびNウェル領域、ならびに上に位置するポリ電極層とともにレベル0を示す。図11はレベル1を示し、図12はレベル2を示し、図13はレベル3を示し、図14はレベル4を示す。
図15は、いくつかの実施形態に係るチップ・アーキテクチャの図を示す。図15に示されるように、集積回路またはチップ1300は、複数のピクセル100を含むピクセル・アレイ1302と、タイミング回路1306を含む制御回路1304と、電圧/電流バイアス発生回路1305と、インターフェース1308とを含んでよい。しかしながら、1つまたは複数のコンポーネントはオフチップであってよいため、これらのコンポーネントのすべてがチップ1300上にある必要はない。例えば、いくつかの実施形態では、ピクセル電極用の制御信号は、オフチップに配置された回路によって生成されてよい。
1)オンチップのデジタル制御されるピクセル・バイアス発生器(DAC)
2)シングルエンドのピクセル出力電圧信号を差動信号に変換し利得を信号に適用する、オンチップのデジタル・プログラマブル利得増幅器
3)出力レートで電力損失をスケーリングすることを可能にする、デジタル制御される増幅バイアス発生器(amplifier bias generators)。
本明細書に記載されている集積光検出器は、上述されたように、複数の生物学的および/または化学的サンプルの分析に適用されてよいが、集積光検出器は、例えば、イメージング用途などの他の用途に適用されてよい。いくつかの実施形態では、集積光検出器は、領域、物体、またはシーンのイメージングを行うピクセル・アレイを備えてよく、領域、物体、またはシーンの異なる領域から個々のピクセルで受け取られる光の時間的特性を検出してよい。例えば、いくつかの実施形態では、集積光検出器は、組織から受け取られた光の時間的特性に基づいて組織のイメージングを行ってよく、これにより、医師が処置(例えば、手術)を行って組織の異常または病変領域(例えば、癌または前癌部)を識別することを可能としてよい。いくつかの実施形態では、集積光検出器は、外科用イメージング・ツールなどの医療デバイスへと組み込まれてよい。いくつかの実施形態では、励起光パルスに応答して組織によって放出された光に関する時間領域情報が、組織のイメージングおよび/またはキャラクタリゼーションを行うために取得されてよい。例えば、蛍光寿命イメージングを使用して、組織または他の物体のイメージングおよび/またはキャラクタリゼーションが行われてよい。
寿命を使用するイメージングおよびキャラクタリゼーション
前述されたように、本明細書に記載されている技法は、外因性フルオロフォアを使用する標識化、検出、および定量化に限定されない。いくつかの実施形態では、領域、物体、またはサンプルは、集積光検出器の使用を通して、蛍光寿命イメージング技法を用いてイメージングおよび/またはキャラクタリゼーションが行われてよい。そうした技法では、領域、物体、またはサンプル自体の蛍光特性が、イメージングおよび/またはキャラクタリゼーションのために使用されてよい。外因性マーカまたは内因性マーカのいずれかが、寿命イメージングおよび/またはキャラクタリゼーションによって検出されてよい。特定の標的成分の存在および/または位置を検出するために、プローブに付着された外因性マーカが領域、物体、またはサンプルに提供されてよい。外因性マーカは、標識プローブのための標的を含む領域、物体、またはサンプルの部分を検出するために、標識プローブの一部としてのタグおよび/またはレポータの役割をしてよい。内因性マーカの自己蛍光は、内因性マーカの導入を必要とせずにイメージングに容易に利用され得る空間分解能のための無標識で非侵襲的なコントラストを提供してよい。例えば、生物学的組織からの自己蛍光信号は、組織の生化学的および構造的組成に依存し、それを示してよい。
上述されたように、本願に記載されているような集積光検出器は、科学的および臨床的コンテキストで使用されてよく、そうしたコンテキストでは、放出された光のタイミングが、領域、物体またはサンプルの検出、定量化、および/またはイメージングを行うために使用されてよい。しかしながら、本明細書に記載されている技法は、科学的および臨床的用途に限定されず、集積光検出器は、入射光子の到着の時刻に関する時間的情報が利用され得る任意のイメージング用途において使用されてよい。用途の一例は、飛行時間型イメージングである。
いくつかの実施形態では、飛行時間測定を含む散乱光または反射光の時間プロファイルを測定することに基づいて、イメージング技法において集積光検出器が使用されてよい。そうした飛行時間型測定では、光パルスが領域またはサンプル内に放出されてよく、散乱光が集積光検出器によって検出されてよい。散乱光または反射光は、領域またはサンプルの特性を示し得る別個の時間プロファイルを有してよい。サンプルによる後方散乱光は、サンプルにおける自身の飛行時間によって検出および解像されてよい。そうした時間プロファイルは、時間点広がり関数(TPSF)であってよい。時間プロファイルは、光パルスが放出された後の複数の期間にわたる積分強度を測定することによって取得されてよい。光パルスの繰り返しおよび散乱光の蓄積が、すべての以前のTPSFが後続の光パルスを生成する前に完全に消滅されることを確実にするために、特定の速度で実行されてよい。時間分解拡散光学イメージング方法は、サンプルにおいてさらなる深さでイメージングを行うために、光パルスが赤外光であり得る分光拡散光トモグラフィを含んでよい。そうした時間分解拡散光学イメージング方法は、生体内または人間の頭などの生体の一部において腫瘍を検出するために使用されてよい。
本発明の様々な態様は、単独で、組み合わせて、または上に記載された実施形態において特に議論されていない様々な構成で使用されてよく、したがって、その用途において、上の記載にて説明されまたは図面に示されているコンポーネントの詳細および構成に限定されない。例えば、1つの実施形態において記載された態様が、他の実施形態において記載された態様と任意の様式で組み合わされてよい。
Claims (35)
- 集積回路であって、
入射光子を受け取るように構成されている光検出領域であって、前記入射光子に応答して複数の電荷キャリアを生成するように構成されている、光検出領域と、
電荷キャリア貯蔵領域と、
電荷キャリア分離構造と、を備え、前記電荷キャリア分離構造は、
除去期間中に、前記複数の電荷キャリアのうちの1つまたは複数の第1の電荷キャリアを電荷キャリア除去領域へと方向付けることと、
検出期間中に、前記複数の電荷キャリアのうちの1つまたは複数の第2の電荷キャリアを直接前記光検出領域から前記電荷キャリア貯蔵領域へと方向付けることと、を行うように構成されている、集積回路。 - 前記除去期間、前記検出期間、または前記除去期間と前記検出期間との両方のタイミングを変化させるように構成されている、請求項1に記載の集積回路。
- 異なるフレームにおいて、前記除去期間、前記検出期間、または前記除去期間と前記検出期間との両方のタイミングを変化させるように構成されている、請求項2に記載の集積回路。
- 各フレームは、
除去期間と、
検出期間と、からなる複数の繰り返しを含み、各フレームは、
前記電荷キャリア貯蔵領域の読出をさらに含む、請求項3に記載の集積回路。 - フレームにわたって電荷キャリアを前記電荷キャリア貯蔵領域に集約するように、また集約された前記電荷キャリアの量を示す信号を読み出すように構成されている、請求項3に記載の集積回路。
- 少なくとも、
前記除去期間、前記検出期間、または前記除去期間と前記検出期間との両方の第1のタイミングを有する第1のフレームと、
前記除去期間、前記検出期間、または前記除去期間と前記検出期間との両方の第2のタイミングを有する第2のフレームと、の間の切換を行うように構成されている、請求項3に記載の集積回路。 - 前記第1のフレームは第1の検出期間を有し、前記第2のフレームは前記第1の検出期間とは異なる第2の検出期間を有する、請求項6に記載の集積回路。
- 前記第1のフレームおよび前記第2のフレームと、前記除去期間、前記検出期間、または前記除去期間と前記検出期間との両方の第3のタイミングを有する第3のフレームと、の間の切換を行うようにさらに構成されている、請求項6または7に記載の集積回路。
- 前記第1のフレームは、前記電荷キャリア貯蔵領域の第1の読出を含み、前記第2のフレームは、前記電荷キャリア貯蔵領域の第2の読出を含む、請求項6〜8のいずれか一項に記載の集積回路。
- 前記電荷キャリア分離構造は、前記光検出領域と前記電荷キャリア貯蔵領域との間の境界に1つ以上の電極を備える、請求項1〜9のいずれか一項に記載の集積回路。
- 前記電荷キャリア分離構造は、前記光検出領域と前記第1の電荷キャリア貯蔵領域との間の前記境界に単一の電極を備える、請求項10に記載の集積回路。
- 前記電荷キャリア除去領域は、前記光検出領域に隣接する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の集積回路。
- 前記光検出領域と前記電荷キャリア貯蔵領域との間に電荷キャリア捕獲領域が存在しない、請求項1〜12のいずれか一項に記載の集積回路。
- 電荷キャリアは、前記光検出領域と前記電荷キャリア貯蔵領域との間において捕獲されることなく、前記電荷キャリア貯蔵領域に対し移送される、請求項1〜13のいずれか一項に記載の集積回路。
- 廃棄された電荷キャリアは、キャリアが前記光検出領域から前記電荷キャリア貯蔵領域に向かって方向付けられる方向とは異なる方向に、前記光検出領域から取り除かれる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の集積回路。
- 前記電荷キャリア除去領域は、前記光検出領域と前記電荷キャリア除去領域との間の境界における電極の電圧を変化させることによって、除去期間中に前記光検出領域において生成された電荷キャリアを廃棄する、請求項15に記載の集積回路。
- 複数の単一電子が前記電荷キャリア貯蔵領域に対し移送され、前記電荷キャリア貯蔵領域に集約される、請求項1〜16のいずれか一項に記載の集積回路。
- 前記電荷キャリア貯蔵領域は、単一の電荷キャリア貯蔵領域である、請求項1〜17のいずれか一項に記載の集積回路。
- 直接前記光検出領域から光生成電荷キャリアを受け取るように構成されている他の電荷キャリア貯蔵領域は存在しない、請求項18に記載の集積回路。
- 前記電荷キャリア貯蔵領域は第1の電荷キャリア貯蔵領域であり、前記集積回路は、前記第1の電荷キャリア貯蔵領域から電荷キャリアを受け取るように構成されている第2の電荷キャリア貯蔵領域をさらに備える、請求項19に記載の集積回路。
- 前記第2の電荷キャリア貯蔵領域は、ピクセル用の読出ノードである、請求項20に記載の集積回路。
- 光検出方法であって、
光検出領域によって生成された複数の電荷キャリアのうちの1つまたは複数の第1の電荷キャリアを、除去期間中に電荷キャリア除去領域へと方向付ける工程と、
前記複数の電荷キャリアのうちの1つまたは複数の第2の電荷キャリアを、検出期間中に直接前記光検出領域から電荷キャリア貯蔵領域へと方向付ける工程と、を備える方法。 - 集積回路であって、
入射光子を受け取るように構成されている光検出領域であって、前記入射光子に応答して複数の電荷キャリアを生成するように構成されている、光検出領域と、
電荷キャリア貯蔵領域と、を備え、
(A)第1のそれぞれのトリガ・イベントに続く複数の第1の検出期間にわたって、第1の光生成電荷キャリアを前記電荷キャリア貯蔵領域に集約することであって、前記複数の第1の検出期間は前記第1のそれぞれのトリガ・イベントに対する第1のタイミングを個々に有する、ことと、
(B)(A)に続いて、前記電荷キャリア貯蔵領域に貯蔵された電荷を示す第1の信号を読み出すことと、
(C)第2のそれぞれのトリガ・イベントに続く複数の第2の検出期間にわたって、第2の光生成電荷キャリアを前記電荷キャリア貯蔵領域に集約することであって、前記複数の第2の検出期間は前記第2のそれぞれのトリガ・イベントに対する第2のタイミングを個々に有する、ことと、
(D)(C)に続いて、前記電荷キャリア貯蔵領域に貯蔵された電荷を示す第2の信号を読み出すことと、を行うように構成されている、集積回路。 - 前記複数の第1の検出期間は、前記複数の第2の検出期間とは異なる開始時刻、終了時刻、持続期間のうちの1つ以上を有する、請求項23に記載の集積回路。
- 少なくとも(A)〜(D)を複数回繰り返すように構成されている、請求項23または24に記載の集積回路。
- (A)〜(D)を前記複数回繰り返すことにより読み出された前記第1の信号および前記第2の信号に基づいて、前記第1の信号の平均値および前記第2の信号の平均値を計算するように構成されている、請求項25に記載の集積回路。
- 少なくとも部分的には前記第1の信号の前記平均値および前記第2の信号の前記平均値に基づいて分子の少なくとも一部分を識別するように構成されている、請求項26に記載の集積回路。
- (E)それぞれの第3のトリガ・イベントに続く複数の第3の検出期間にわたって、第3の光生成電荷キャリアを前記電荷キャリア貯蔵領域に集約することであって、前記複数の第3の検出期間は前記それぞれの第3のトリガ・イベントに対する第3のタイミングを個々に有する、ことと、
(F)(E)に続いて、前記電荷キャリア貯蔵領域に貯蔵された電荷を示す第3の信号を読み出すことと、を行うようにさらに構成されており、
少なくとも(A)〜(F)を複数回繰り返すように構成されている、請求項25〜27のいずれか一項に記載の集積回路。 - 前記電荷キャリア貯蔵領域は、単一の電荷キャリア貯蔵領域である、請求項23〜28のいずれか一項に記載の集積回路。
- 前記電荷キャリア貯蔵領域は第1の電荷キャリア貯蔵領域であり、ピクセルは、前記第1の電荷キャリア貯蔵領域と、前記第1の電荷キャリア貯蔵領域から電荷を受け取る第2の電荷キャリア貯蔵領域と、を備える、請求項23〜29のいずれか一項に記載の集積回路。
- 光検出方法であって、
(A)第1のそれぞれのトリガ・イベントに続く複数の第1の検出期間にわたって、第1の光生成電荷キャリアを電荷キャリア貯蔵領域に集約する工程であって、前記複数の第1の検出期間は前記第1のそれぞれのトリガ・イベントに対する第1のタイミングを個々に有する、工程と、
(B)(A)に続いて、前記電荷キャリア貯蔵領域に貯蔵された電荷を示す第1の信号を読み出す工程と、
(C)第2のそれぞれのトリガ・イベントに続く複数の第2の検出期間にわたって、第2の光生成電荷キャリアを前記電荷キャリア貯蔵領域に集約する工程であって、前記複数の第2の検出期間は前記第2のそれぞれのトリガ・イベントに対する第2のタイミングを個々に有する、工程と、
(D)(C)に続いて、前記電荷キャリア貯蔵領域に貯蔵された電荷を示す第2の信号を読み出す工程と、を備える方法。 - 集積回路であって、
入射光子を受け取るように構成されている光検出領域であって、前記入射光子に応答して複数の電荷キャリアを生成するように構成されている、光検出領域と、
電荷キャリア貯蔵領域と、を備え、
第1のトリガ・イベントに対する第1の期間内に光検出領域によって受け取られた第1の電荷キャリアを、電荷貯蔵領域に集約することと、
第2のトリガ・イベントに対する第2の期間内に前記光検出領域によって受け取られた第2の電荷キャリアを、前記電荷貯蔵領域に集約することと、
前記第1の電荷キャリアの第1の量と前記第2の電荷キャリアの第2の量とを表す信号を読み出すことと、
前記光検出領域によって受け取られた光の時間的特性を取得するように、前記第1の電荷キャリアおよび前記第2の電荷キャリアを分析することと、を行うように構成されている、集積回路。 - 前記光の放出に関連する分子の少なくとも一部分を識別するべく、前記時間的特性を分析するようにさらに構成されている、請求項32に記載の集積回路。
- 方法であって、
第1のトリガ・イベントに対する第1の期間内に光検出領域によって受け取られた第1の電荷キャリアを、電荷貯蔵領域に集約する工程と、
第2のトリガ・イベントに対する第2の期間内に前記光検出領域によって受け取られた第2の電荷キャリアを、前記電荷貯蔵領域に集約する工程と、
前記第1の電荷キャリアの第1の量と前記第2の電荷キャリアの第2の量とを表す信号を読み出す工程と、
前記光検出領域によって受け取られた光の時間的特性を取得するように、前記第1の電荷キャリアおよび前記第2の電荷キャリアを分析する工程と、を備える方法。 - 前記光の放出に関連する分子の少なくとも一部分を識別するべく、前記時間的特性を分析する工程をさらに備える、請求項34に記載の方法。
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