JP3187760B2 - 集積された２色焦点面アレイのための低クロストーク列差動回路アーキテクチャー - Google Patents
集積された２色焦点面アレイのための低クロストーク列差動回路アーキテクチャーInfo
- Publication number
- JP3187760B2 JP3187760B2 JP35156597A JP35156597A JP3187760B2 JP 3187760 B2 JP3187760 B2 JP 3187760B2 JP 35156597 A JP35156597 A JP 35156597A JP 35156597 A JP35156597 A JP 35156597A JP 3187760 B2 JP3187760 B2 JP 3187760B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photodiode
- capacitance
- potential
- photocurrent
- coupled
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000003491 array Methods 0.000 title description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 41
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 101000823782 Homo sapiens Y-box-binding protein 3 Proteins 0.000 description 4
- 102100022221 Y-box-binding protein 3 Human genes 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
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
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14649—Infrared imagers
- H01L27/14652—Multispectral infrared imagers, having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW structures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的に焦点面アレ
イに適用され、特に、２つのスペクトル帯域内の赤外線
（ＩＲ）放射を同時に検出する集積された光起電形検出
器（すなわち“２色検出器”）を使用する凝視焦点面ア
レイ（staring focal plane array ）に関する。
イに適用され、特に、２つのスペクトル帯域内の赤外線
（ＩＲ）放射を同時に検出する集積された光起電形検出
器（すなわち“２色検出器”）を使用する凝視焦点面ア
レイ（staring focal plane array ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】望ましいタイプの光検出器は、２つのス
ペクトル帯域において感度を持つ２色赤外線（ＩＲ）放
射検出器である。スペクトル帯域には、短波長ＩＲ（Ｓ
ＷＩＲ）、中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）、長波長ＩＲ（ＬＷ
ＩＲ）、超長波長ＩＲ（ＶＬＷＩＲ）が含まれている。
２色ＩＲ検出器のアレイは、アレイの視野内の情景から
の２つのスペクトル帯域内の放射を同時に検出すること
が要求される多数の画像適用において使用される。例と
して、アレイはＬＷＩＲおよびＭＷＩＲ、またはＬＷＩ
ＲおよびＳＷＩＲを検出する。
ペクトル帯域において感度を持つ２色赤外線（ＩＲ）放
射検出器である。スペクトル帯域には、短波長ＩＲ（Ｓ
ＷＩＲ）、中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）、長波長ＩＲ（ＬＷ
ＩＲ）、超長波長ＩＲ（ＶＬＷＩＲ）が含まれている。
２色ＩＲ検出器のアレイは、アレイの視野内の情景から
の２つのスペクトル帯域内の放射を同時に検出すること
が要求される多数の画像適用において使用される。例と
して、アレイはＬＷＩＲおよびＭＷＩＲ、またはＬＷＩ
ＲおよびＳＷＩＲを検出する。
【０００３】これに関する参考文献は、1992年５月12日
にE.F.シュルッツ氏に発行された、“２端子多帯域赤外
線放射検出器”と題する米国特許第5,113,076 号であ
る。このタイプの装置では、特定の波長帯域の検出は、
バイアス電源を切換えることにより達成されている。
にE.F.シュルッツ氏に発行された、“２端子多帯域赤外
線放射検出器”と題する米国特許第5,113,076 号であ
る。このタイプの装置では、特定の波長帯域の検出は、
バイアス電源を切換えることにより達成されている。
【０００４】さらに別の参考文献は、1992年９月22日に
発行された、P.R.ノートン氏による“２色放射検出器ア
レイおよびその製造方法”と題する米国特許第5,149,95
6 号および1995年１月10日に発行された、P.R.ノートン
氏による“ＬＰＥ結晶成長を使用する２色放射検出器の
製造方法”と題する米国特許第5,380,669 号である。さ
らにこれに関する参考文献は、1995年10月10日に発行さ
れた、K.コサイ氏およびG.R.チャップマン氏による“構
成的に分類されたHgCdTeにおける製造に最適化された２
帯域赤外線放射検出器”と題する米国特許第5,457,331
号である。
発行された、P.R.ノートン氏による“２色放射検出器ア
レイおよびその製造方法”と題する米国特許第5,149,95
6 号および1995年１月10日に発行された、P.R.ノートン
氏による“ＬＰＥ結晶成長を使用する２色放射検出器の
製造方法”と題する米国特許第5,380,669 号である。さ
らにこれに関する参考文献は、1995年10月10日に発行さ
れた、K.コサイ氏およびG.R.チャップマン氏による“構
成的に分類されたHgCdTeにおける製造に最適化された２
帯域赤外線放射検出器”と題する米国特許第5,457,331
号である。
【０００５】ここで特に興味の対象とされるものは、対
象とする２つの帯域内の電磁波を同時に感知することが
できる検出器である。
象とする２つの帯域内の電磁波を同時に感知することが
できる検出器である。
【０００６】２つの同時性アクティブ光起電形放射検出
器の出力の差を計算するための従来の回路が図１に図示
されている。２つの検出器は背中合わせで（すなわちア
ノード対アノード）接続され、光電流Ｉlwを発生させる
長波長（ＬＷ）検出器と光電流Ｉmwを発生させる中波長
（ＭＷ）検出器として設計されている。ＬＷ検出器のカ
ソードはトランジスタを通して積分コンデンサＣlwに接
続されている。この積分コンデンサＣlwは、ＬＷ読み取
りおよびリセット制御信号により制御される（図示され
ていない）スイッチに接続されている。ＬＷバイアス制
御信号は、ＬＷトランジスタのゲートに加えられる。Ｌ
Ｗ検出器およびＭＷ検出器の両方のアノードはトランジ
スタを通して積分コンデンサＣmwに接続されている。こ
の積分コンデンサＣmwは、ＭＷ読み取りおよびリセット
制御信号により制御される（図示されていない）スイッ
チに接続されている。ＭＷバイアス制御信号は、ＭＷト
ランジスタのゲートに加えられる。図示されている回路
は、電流ループ技術を使用して、ＬＷ光電流信号を直接
的に読み出し、ＬＷ成分をＭＷ成分から減算してＭＷ光
電流信号を得ることを目的としている。
器の出力の差を計算するための従来の回路が図１に図示
されている。２つの検出器は背中合わせで（すなわちア
ノード対アノード）接続され、光電流Ｉlwを発生させる
長波長（ＬＷ）検出器と光電流Ｉmwを発生させる中波長
（ＭＷ）検出器として設計されている。ＬＷ検出器のカ
ソードはトランジスタを通して積分コンデンサＣlwに接
続されている。この積分コンデンサＣlwは、ＬＷ読み取
りおよびリセット制御信号により制御される（図示され
ていない）スイッチに接続されている。ＬＷバイアス制
御信号は、ＬＷトランジスタのゲートに加えられる。Ｌ
Ｗ検出器およびＭＷ検出器の両方のアノードはトランジ
スタを通して積分コンデンサＣmwに接続されている。こ
の積分コンデンサＣmwは、ＭＷ読み取りおよびリセット
制御信号により制御される（図示されていない）スイッ
チに接続されている。ＭＷバイアス制御信号は、ＭＷト
ランジスタのゲートに加えられる。図示されている回路
は、電流ループ技術を使用して、ＬＷ光電流信号を直接
的に読み出し、ＬＷ成分をＭＷ成分から減算してＭＷ光
電流信号を得ることを目的としている。
【０００７】この方法の１つの欠点は、回路の寄生キャ
パシタンス（Ｃparaitic）が、減算により得られた光電
流信号にかなりの量のスペクトルクロストークをもたら
すことである。この制限を解消するための既知のタイプ
の方法は、ノイズが増加し回路の複雑さが増す。
パシタンス（Ｃparaitic）が、減算により得られた光電
流信号にかなりの量のスペクトルクロストークをもたら
すことである。この制限を解消するための既知のタイプ
の方法は、ノイズが増加し回路の複雑さが増す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】先の問題および他の問
題を解消する、２色放射検出器とともに使用するための
差動読み出し回路を提供することが本発明の第１の目的
である。
題を解消する、２色放射検出器とともに使用するための
差動読み出し回路を提供することが本発明の第１の目的
である。
【０００９】それぞれ光電流差動回路に結合され、それ
ぞれスペクトルクロストークを抑制する回路を備えてい
る、２色放射検出器単位セルすなわち画素のアレイを提
供することが本発明の第２の目的である。
ぞれスペクトルクロストークを抑制する回路を備えてい
る、２色放射検出器単位セルすなわち画素のアレイを提
供することが本発明の第２の目的である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の実施形態にした
がった方法および装置によって、先の問題および他の問
題が解消され、本発明の目的が実現される。
がった方法および装置によって、先の問題および他の問
題が解消され、本発明の目的が実現される。
【００１１】本発明は、それぞれが２スペクトル帯域の
検出から得られる光電流を同時に積分することができる
光検出器の行と列から構成されている集積された２色凝
視焦点面アレイに向けられている。本発明にしたがった
読み出し回路は減算機能を実行し、列につき１つの配置
で充電感知差動増幅器（charge-sensing differntialam
plifier）を備えている。この増幅器は各単位セルに配
置されている回路と共同して動作する。減算機能は、そ
れぞれの同時性２色検出器によって発生される帯域２信
号および（帯域１＋帯域２）信号から、独立した帯域１
信号を生成するために使用される。
検出から得られる光電流を同時に積分することができる
光検出器の行と列から構成されている集積された２色凝
視焦点面アレイに向けられている。本発明にしたがった
読み出し回路は減算機能を実行し、列につき１つの配置
で充電感知差動増幅器（charge-sensing differntialam
plifier）を備えている。この増幅器は各単位セルに配
置されている回路と共同して動作する。減算機能は、そ
れぞれの同時性２色検出器によって発生される帯域２信
号および（帯域１＋帯域２）信号から、独立した帯域１
信号を生成するために使用される。
【００１２】開示されている回路の実施形態の１つの重
要な利点は、２つのスペクトル帯域間の低いスペクトル
クロストークを提供することである。これは比較的簡単
な回路構成により達成され、この回路構成は低ノイズ性
能をさらにもたらし、既知のタイプの回路に固有であ
る、高いスペクトルクロストーク、高いノイズ、複雑な
回路、および／またはこれらの欠点の組合せの問題を解
消する。
要な利点は、２つのスペクトル帯域間の低いスペクトル
クロストークを提供することである。これは比較的簡単
な回路構成により達成され、この回路構成は低ノイズ性
能をさらにもたらし、既知のタイプの回路に固有であ
る、高いスペクトルクロストーク、高いノイズ、複雑な
回路、および／またはこれらの欠点の組合せの問題を解
消する。
【００１３】本発明の方法およびこの方法を実現するた
めの回路にしたがうと、同時性アクティブ２色検出器の
新規な動作が教示される。２色検出器は、共通ノードで
第２のフォトダイオードに接続されている第１のフォト
ダイオードを持つタイプのものである。第１のフォトダ
イオードの第２のノードは第１のキャパシタンスに結合
されており、共通ノードは第２のキャパシタンスに結合
されている。
めの回路にしたがうと、同時性アクティブ２色検出器の
新規な動作が教示される。２色検出器は、共通ノードで
第２のフォトダイオードに接続されている第１のフォト
ダイオードを持つタイプのものである。第１のフォトダ
イオードの第２のノードは第１のキャパシタンスに結合
されており、共通ノードは第２のキャパシタンスに結合
されている。
【００１４】この方法の第１のステップは積分期間の第
１の部分の間に動作し、第２のフォトダイオードによっ
てのみ発生された光電流を第２のキャパシタンスにおい
て積分している間に短絡回路を第１のフォトダイオード
に適用する。この方法の第２のステップは、積分期間の
第２の部分の間に実行され、短絡回路を取り除き、第１
のフォトダイオードによってのみ発生された光電流を第
２のキャパシタンスにおいて積分している間に、同時
に、第１のフォトダイオードにより発生された光電流と
第２のフォトダイオードにより発生された光電流を第２
のキャパシタンスにおいて積分する。
１の部分の間に動作し、第２のフォトダイオードによっ
てのみ発生された光電流を第２のキャパシタンスにおい
て積分している間に短絡回路を第１のフォトダイオード
に適用する。この方法の第２のステップは、積分期間の
第２の部分の間に実行され、短絡回路を取り除き、第１
のフォトダイオードによってのみ発生された光電流を第
２のキャパシタンスにおいて積分している間に、同時
に、第１のフォトダイオードにより発生された光電流と
第２のフォトダイオードにより発生された光電流を第２
のキャパシタンスにおいて積分する。
【００１５】この方法は、積分期間の次にくる読み出し
期間の第１の部分の間に、さらに、（ａ）第１のキャパ
シタンスを読み出し回路に結合し、（ｂ）第１のキャパ
シタンス上に積分された光電流から得られる第１の電位
を読み出し回路において記憶および増幅し、（ｃ）第２
のキャパシタンスを読み出し回路に結合し、（ｄ）差電
位を発生させるために、記憶されている第１の電位か
ら、第２のキャパシタンス上に積分された光電流から得
られた第２の電位を読み出し回路において減算し、
（ｅ）読み出し回路において差電位を増幅するステップ
を含む。別のステップは増幅された第１の電位をサンプ
ルして保持し、選択的なステップは増幅された差電位を
サンプルして保持する。
期間の第１の部分の間に、さらに、（ａ）第１のキャパ
シタンスを読み出し回路に結合し、（ｂ）第１のキャパ
シタンス上に積分された光電流から得られる第１の電位
を読み出し回路において記憶および増幅し、（ｃ）第２
のキャパシタンスを読み出し回路に結合し、（ｄ）差電
位を発生させるために、記憶されている第１の電位か
ら、第２のキャパシタンス上に積分された光電流から得
られた第２の電位を読み出し回路において減算し、
（ｅ）読み出し回路において差電位を増幅するステップ
を含む。別のステップは増幅された第１の電位をサンプ
ルして保持し、選択的なステップは増幅された差電位を
サンプルして保持する。
【００１６】現在の好ましい実施形態では、２色検出器
はそれぞれ焦点面アレイのような単位セルのアレイ内に
含まれている。単位セルのアレイは行と列として構成さ
れ、１つの列の各単位セルは、読み出し回路の１つに切
換え可能なように接続されている。それぞれの読み出し
回路には、新規な充電感知差動増幅器が含まれている。
はそれぞれ焦点面アレイのような単位セルのアレイ内に
含まれている。単位セルのアレイは行と列として構成さ
れ、１つの列の各単位セルは、読み出し回路の１つに切
換え可能なように接続されている。それぞれの読み出し
回路には、新規な充電感知差動増幅器が含まれている。
【００１７】本発明の先に記載した特徴および他の特徴
は、添付した図面とともに本発明の詳細な説明を読むと
さらに明らかになるであろう。
は、添付した図面とともに本発明の詳細な説明を読むと
さらに明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の回路は、帯域１電流およ
び（帯域１＋帯域２）合計電流の２つの信号電流を生成
するタイプの同時性アクティブ２色検出器とともに動作
することを意図している。この特定の２色検出器の設計
は他の多くの設計よりも容易に製造できることから好ま
しいものである。これから後では、帯域１は“ＬＷ”
（長波）と呼び、帯域２は“ＭＷ”（中波）と呼ぶ。し
かしながら、本発明は何らかの特定のスペクトル帯域に
限定されるものではなく、この名称は本発明の技術的範
囲を限定することを意図するものではない。実際、本発
明の他の実施形態により利用されるスペクトル領域は、
これには限定されないが、可視（約0.4-0.8 マイクロメ
ートル）、短波長ＩＲ（ＳＷＩＲ、約0.8-3 マイクロメ
ートル）、中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ、約3-8 マイクロメー
トル）、長波長ＩＲ（ＬＷＩＲ、約8-12マイクロメート
ル）、超長波長ＩＲ（ＶＬＷＩＲ、約12-20 マイクロメ
ートル）、および遠ＩＲ（ＦＩＲ、約20-1000 マイクロ
メートル）を含んでいる。ＵＶ検出器は、本発明の教示
から利益を得ることもできる。
び（帯域１＋帯域２）合計電流の２つの信号電流を生成
するタイプの同時性アクティブ２色検出器とともに動作
することを意図している。この特定の２色検出器の設計
は他の多くの設計よりも容易に製造できることから好ま
しいものである。これから後では、帯域１は“ＬＷ”
（長波）と呼び、帯域２は“ＭＷ”（中波）と呼ぶ。し
かしながら、本発明は何らかの特定のスペクトル帯域に
限定されるものではなく、この名称は本発明の技術的範
囲を限定することを意図するものではない。実際、本発
明の他の実施形態により利用されるスペクトル領域は、
これには限定されないが、可視（約0.4-0.8 マイクロメ
ートル）、短波長ＩＲ（ＳＷＩＲ、約0.8-3 マイクロメ
ートル）、中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ、約3-8 マイクロメー
トル）、長波長ＩＲ（ＬＷＩＲ、約8-12マイクロメート
ル）、超長波長ＩＲ（ＶＬＷＩＲ、約12-20 マイクロメ
ートル）、および遠ＩＲ（ＦＩＲ、約20-1000 マイクロ
メートル）を含んでいる。ＵＶ検出器は、本発明の教示
から利益を得ることもできる。
【００１９】２色検出器1 は、本発明にしたがった単位
セル10を図示している図２の破線ブロック内に概略的に
図示されている。図２の単位セルに対する簡略化された
タイミング図が図３に示されている。単位セル10は、焦
点面アレイ（ＦＰＡ）内に行（水平）および列（垂直）
形式で配置された複数の同一な単位セルの典型的な１つ
であることを理解すべきである。本発明の好ましい実施
形態では、ＦＰＡの各列に沿った単位セルは、図４に図
示されているタイプの充電感知差動増幅器回路に対して
行毎の形式でシーケンシャルに結合されている。例とし
て、Ｎ行とＭ列を持つＦＰＡに対してＭ個の充電感知差
動増幅器回路があり、一般的にその出力はＦＰＡ読み出
しバスに対してシーケンシャルに多重化される。この方
法では、第１の行（行ｉ）からのすべての単位セルがＭ
個の充電感知差動増幅器により同時に処理されて、その
後にＦＰＡからシーケンシャルに出力される一方、次の
行（行ｉ＋１）からのすべての単位セルがＭ個の充電感
知差動増幅器により同時に入力され処理される。
セル10を図示している図２の破線ブロック内に概略的に
図示されている。図２の単位セルに対する簡略化された
タイミング図が図３に示されている。単位セル10は、焦
点面アレイ（ＦＰＡ）内に行（水平）および列（垂直）
形式で配置された複数の同一な単位セルの典型的な１つ
であることを理解すべきである。本発明の好ましい実施
形態では、ＦＰＡの各列に沿った単位セルは、図４に図
示されているタイプの充電感知差動増幅器回路に対して
行毎の形式でシーケンシャルに結合されている。例とし
て、Ｎ行とＭ列を持つＦＰＡに対してＭ個の充電感知差
動増幅器回路があり、一般的にその出力はＦＰＡ読み出
しバスに対してシーケンシャルに多重化される。この方
法では、第１の行（行ｉ）からのすべての単位セルがＭ
個の充電感知差動増幅器により同時に処理されて、その
後にＦＰＡからシーケンシャルに出力される一方、次の
行（行ｉ＋１）からのすべての単位セルがＭ個の充電感
知差動増幅器により同時に入力され処理される。
【００２０】図２に図示されている単位セル10では、Ｌ
Ｗ（帯域１）検出器およびＭＷ（帯域２）検出器は背中
合わせ（すなわちアノード対アノード）に接続されてい
る。ＬＷ検出器は、ＬＷＩＲ放射（λ1 ）に応答して光
電流Ｉlwを発生させ、ＭＷ検出器はＭＷＩＲ放射
（λ2 ）に応答して光電流Ｉmwを同時に発生させる。Ｌ
Ｗ検出器のカソードはトランジスタＭ1 を通して積分コ
ンデンサＣ1 に接続されている。積分コンデンサＣ1
は、読み出しトランジスタＭ2 に接続されている。読み
出しトランジスタＭ2 の出力は、図４に示されている単
位セル読み出し回路20の充電感知差動増幅器22に対して
入力される積分されたＬＷ光電流である。ＬＷバイアス
制御信号はトランジスタＭ1 のゲートに加えられ、読み
出し（ＬＷ）タイミング信号は読み出しトランジスタＭ
2 のゲートに加えられる。ＬＷとＭＷの両方の検出器の
アノードはトランジスタＭ3 を通して積分コンデンサＣ
２に接続されている。積分コンデンサＣ２は読み出しト
ランジスタＭ4 に接続されている。読み出しトランジス
タＭ4 の出力は、図４の単位セル読み出し回路20の充電
感知差動増幅器22に対して入力される積分された（ＬＷ
＋ＭＷ）光電流である。ＭＷバイアス制御信号はトラン
ジスタＭ3 のゲートに加えられ、読み出し（ＭＷ）タイ
ミング信号は読み出しトランジスタＭ4 のゲートに加え
られる。ＭＷ検出器のカソードは検出器基板電位に接続
されてもよい。
Ｗ（帯域１）検出器およびＭＷ（帯域２）検出器は背中
合わせ（すなわちアノード対アノード）に接続されてい
る。ＬＷ検出器は、ＬＷＩＲ放射（λ1 ）に応答して光
電流Ｉlwを発生させ、ＭＷ検出器はＭＷＩＲ放射
（λ2 ）に応答して光電流Ｉmwを同時に発生させる。Ｌ
Ｗ検出器のカソードはトランジスタＭ1 を通して積分コ
ンデンサＣ1 に接続されている。積分コンデンサＣ1
は、読み出しトランジスタＭ2 に接続されている。読み
出しトランジスタＭ2 の出力は、図４に示されている単
位セル読み出し回路20の充電感知差動増幅器22に対して
入力される積分されたＬＷ光電流である。ＬＷバイアス
制御信号はトランジスタＭ1 のゲートに加えられ、読み
出し（ＬＷ）タイミング信号は読み出しトランジスタＭ
2 のゲートに加えられる。ＬＷとＭＷの両方の検出器の
アノードはトランジスタＭ3 を通して積分コンデンサＣ
２に接続されている。積分コンデンサＣ２は読み出しト
ランジスタＭ4 に接続されている。読み出しトランジス
タＭ4 の出力は、図４の単位セル読み出し回路20の充電
感知差動増幅器22に対して入力される積分された（ＬＷ
＋ＭＷ）光電流である。ＭＷバイアス制御信号はトラン
ジスタＭ3 のゲートに加えられ、読み出し（ＭＷ）タイ
ミング信号は読み出しトランジスタＭ4 のゲートに加え
られる。ＭＷ検出器のカソードは検出器基板電位に接続
されてもよい。
【００２１】より詳細に説明すると、ＬＷ検出器からの
ＬＷ光電流は（従来のダイレクトインジェクションバッ
ファとして動作する）MOSFETＭ1 を通して流れ、コンデ
ンサＣ１上に積分される。同時に、ＭＷ検出器とＬＷ検
出器からの（ＬＷ＋ＭＷ）光電流は（別のダイレクトイ
ンジェクションバッファとして動作する）MOSFETＭ3を
通して流れ、コンデンサＣ２上に積分される。検出器バ
イアス電圧と、２つの検出器に対する積分時間のタイミ
ングは、２つのバッファトランジスタのゲートに加えら
れる信号、特にＬＷバイアス制御信号とＭＷバイアス制
御信号により制御される。全体的な積分時間のある部分
の間において、ＬＷ電流ではなく、ＭＷ光電流のみを積
分することも可能である。これは、適切な信号をバッフ
ァトランジスタＭ1 とＭ3 のゲートに加えることにより
達成することができる。例えば、ＬＷフォトダイオード
は、適切なレベルをトランジスタＭ1 のゲートに加える
ことによりターンオフさせることができる。
ＬＷ光電流は（従来のダイレクトインジェクションバッ
ファとして動作する）MOSFETＭ1 を通して流れ、コンデ
ンサＣ１上に積分される。同時に、ＭＷ検出器とＬＷ検
出器からの（ＬＷ＋ＭＷ）光電流は（別のダイレクトイ
ンジェクションバッファとして動作する）MOSFETＭ3を
通して流れ、コンデンサＣ２上に積分される。検出器バ
イアス電圧と、２つの検出器に対する積分時間のタイミ
ングは、２つのバッファトランジスタのゲートに加えら
れる信号、特にＬＷバイアス制御信号とＭＷバイアス制
御信号により制御される。全体的な積分時間のある部分
の間において、ＬＷ電流ではなく、ＭＷ光電流のみを積
分することも可能である。これは、適切な信号をバッフ
ァトランジスタＭ1 とＭ3 のゲートに加えることにより
達成することができる。例えば、ＬＷフォトダイオード
は、適切なレベルをトランジスタＭ1 のゲートに加える
ことによりターンオフさせることができる。
【００２２】本発明の観点にしたがうと、付加的なトラ
ンジスタＭ5 がＬＷ検出器と並列に接続され、このトラ
ンジスタＭ５は、ＭＷ検出器が積分されている時のみタ
ーンオンさせることができる。トランジスタＭ5 をター
ンオンさせるとＬＷ検出器を回る短絡回路が作動し、し
たがってＬＷ検出器を効率的にゼロバイアスにする。ゼ
ロバイアスにされた場合に、トランジスタＭ1 によりフ
ォトダイオードがターンオフされたことを仮定すると、
合計されてＭＷ光電流となる異常な漏れ電流や他の電流
はない。結果として、コンデンサＣ２上に積分される電
流はＭＷ光電流だけである。この構成は、スペクトルク
ロストークを減少させるとともに他の利点も提供する。
ンジスタＭ5 がＬＷ検出器と並列に接続され、このトラ
ンジスタＭ５は、ＭＷ検出器が積分されている時のみタ
ーンオンさせることができる。トランジスタＭ5 をター
ンオンさせるとＬＷ検出器を回る短絡回路が作動し、し
たがってＬＷ検出器を効率的にゼロバイアスにする。ゼ
ロバイアスにされた場合に、トランジスタＭ1 によりフ
ォトダイオードがターンオフされたことを仮定すると、
合計されてＭＷ光電流となる異常な漏れ電流や他の電流
はない。結果として、コンデンサＣ２上に積分される電
流はＭＷ光電流だけである。この構成は、スペクトルク
ロストークを減少させるとともに他の利点も提供する。
【００２３】トランジスタＭ2 は、積分期間の始まりに
おいてコンデンサＣ１上の電圧をリセットし、図４に示
されている列につき１つの充電感知差動増幅器20に対し
て、積分されたＬＷ充電信号を読出すために使用され
る。トランジスタＭ4 はコンデンサＣ２に対して同じ機
能を実行する。
おいてコンデンサＣ１上の電圧をリセットし、図４に示
されている列につき１つの充電感知差動増幅器20に対し
て、積分されたＬＷ充電信号を読出すために使用され
る。トランジスタＭ4 はコンデンサＣ２に対して同じ機
能を実行する。
【００２４】図３のタイミング図に見られるように、Ｍ
Ｗ積分期間はＬＷ積分期間よりもかなり長く、ＬＷ積分
期間はＭＷ積分期間内に入れ子になる。１つのＬＷ積分
期間が示されているが、必要な場合には、複数の同じも
のをＭＷ積分期間内に提供することできる。ＬＷ積分期
間は、ゼロバイアスＬＷ検出器信号をローにすることに
よりトランジスタＭ5 をターンオフさせることによって
開始される。これはＬＷ検出器を横切る短絡回路を取り
除き、ＬＷ光電流がコンデンサＣ１上（またコンデンサ
Ｃ２上）に積分されるようにする。
Ｗ積分期間はＬＷ積分期間よりもかなり長く、ＬＷ積分
期間はＭＷ積分期間内に入れ子になる。１つのＬＷ積分
期間が示されているが、必要な場合には、複数の同じも
のをＭＷ積分期間内に提供することできる。ＬＷ積分期
間は、ゼロバイアスＬＷ検出器信号をローにすることに
よりトランジスタＭ5 をターンオフさせることによって
開始される。これはＬＷ検出器を横切る短絡回路を取り
除き、ＬＷ光電流がコンデンサＣ１上（またコンデンサ
Ｃ２上）に積分されるようにする。
【００２５】列につき１つの充電感知差動増幅器（ＣＳ
ＤＡ）20の現在の好ましい実施形態が図４に図示されて
いる。ＣＳＤＡ20は、充電感知増幅回路22、（選択的
な）クランプ回路24、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路
26から構成されている。ＣＳＤＡ20は２入力容量性結合
増幅回路であり、 InputＭＷおよび InputＬＷの２つの
入力端子上に異なった時間に現れる充電信号の差を正確
に測定する。ＣＳＤＡ20は、R.H.ウィルズ氏らによる
“各列に１つの容量性フィードバックトランスインピー
ダンス増幅器を使用した焦点面アレイ読み出し”と題す
る米国特許第5,043,820 号（1991年８月27日）で説明さ
れている回路に対する改良であり、その開示は参照のた
めその全部がここに組込まれている。
ＤＡ）20の現在の好ましい実施形態が図４に図示されて
いる。ＣＳＤＡ20は、充電感知増幅回路22、（選択的
な）クランプ回路24、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路
26から構成されている。ＣＳＤＡ20は２入力容量性結合
増幅回路であり、 InputＭＷおよび InputＬＷの２つの
入力端子上に異なった時間に現れる充電信号の差を正確
に測定する。ＣＳＤＡ20は、R.H.ウィルズ氏らによる
“各列に１つの容量性フィードバックトランスインピー
ダンス増幅器を使用した焦点面アレイ読み出し”と題す
る米国特許第5,043,820 号（1991年８月27日）で説明さ
れている回路に対する改良であり、その開示は参照のた
めその全部がここに組込まれている。
【００２６】図２も参照すると、ＣＳＤＡ20は２段のシ
ーケンスで動作する。最初に、ＬＷ信号はトランジスタ
Ｍ2 を通して単位セル（コンデンサＣ１）から InputＬ
Ｗに読み出され、増幅器22とクランプ回路24の出力にお
いて結果として得られるＬＷ電圧信号は、Ｓ／Ｈ回路26
のＬＷ部分上に記憶される。次に、（ＬＷ＋ＭＷ）信号
がトランジスタＭ4 を通して単位セル（コンデンサＣ
２）から InputＭＷに読み出される。充電感知増幅器22
は、その出力において差信号（（ＬＷ＋ＭＷ）−ＬＷ＝
ＭＷ）を発生させる。差電圧信号は、Ｓ／Ｈ回路26のＭ
Ｗ部分に記憶される。電荷減算は、充電感知増幅器22の
オープンループ利得が非常に高く（例えば、500-1000）
された場合、および２つのコンデンサＣfbl とＣfbm が
実質的に等しい値（例えば、1pF ）のものとして製造さ
れた場合に、高精度で実行することができる。
ーケンスで動作する。最初に、ＬＷ信号はトランジスタ
Ｍ2 を通して単位セル（コンデンサＣ１）から InputＬ
Ｗに読み出され、増幅器22とクランプ回路24の出力にお
いて結果として得られるＬＷ電圧信号は、Ｓ／Ｈ回路26
のＬＷ部分上に記憶される。次に、（ＬＷ＋ＭＷ）信号
がトランジスタＭ4 を通して単位セル（コンデンサＣ
２）から InputＭＷに読み出される。充電感知増幅器22
は、その出力において差信号（（ＬＷ＋ＭＷ）−ＬＷ＝
ＭＷ）を発生させる。差電圧信号は、Ｓ／Ｈ回路26のＭ
Ｗ部分に記憶される。電荷減算は、充電感知増幅器22の
オープンループ利得が非常に高く（例えば、500-1000）
された場合、および２つのコンデンサＣfbl とＣfbm が
実質的に等しい値（例えば、1pF ）のものとして製造さ
れた場合に、高精度で実行することができる。
【００２７】図５も参照すると、読み出し周期は、単位
セルが信号を積分したいく分か後に開始し、積分信号の
電荷は、各単位セル内のコンデンサＣ１とＣ２に記憶さ
れる。トランジスタＭ2 とＭ4 はオフであり、したがっ
てそれぞれ積分された電荷をコンデンサＣ１とＣ２に保
持している。最初に、トランジスタＭ8 とＭ13がそれぞ
れ信号φRSTAMPとφCLAMP によりターンオンされると、
増幅器22とクランプ回路24がリセットされる。トランジ
スタＭ6 とＭ7 もそれぞれ信号φRSTUCLとφRSTUCMによ
りターンオンされ、垂直単位セルバスライン（ InputＭ
Ｗと InputＬＷ）をそれぞれ単位セルリセット電圧VRST
UCL とVRSTUCM に駆動する。これらのバスラインは、列
内の各単位セル10に共通して接続されている。この方法
では、 InputＬＷは、コンデンサＣ１に対するリセット
電圧に駆動され、 InputＭＷはコンデンサＣ２に対する
リセット電圧に駆動される。その後トランジスタＭ8 ，
Ｍ13，Ｍ6 はターンオフされ、トランジスタＭ7 はオン
のままであり、これは増幅器22を入力 InputＬＷに対す
る充電感知モードにする。トランジスタＭ2 は読み出し
（ＬＷ）信号によりターンオンされ、これにより、積分
されたＬＷ充電信号を InputＬＷに送る。
セルが信号を積分したいく分か後に開始し、積分信号の
電荷は、各単位セル内のコンデンサＣ１とＣ２に記憶さ
れる。トランジスタＭ2 とＭ4 はオフであり、したがっ
てそれぞれ積分された電荷をコンデンサＣ１とＣ２に保
持している。最初に、トランジスタＭ8 とＭ13がそれぞ
れ信号φRSTAMPとφCLAMP によりターンオンされると、
増幅器22とクランプ回路24がリセットされる。トランジ
スタＭ6 とＭ7 もそれぞれ信号φRSTUCLとφRSTUCMによ
りターンオンされ、垂直単位セルバスライン（ InputＭ
Ｗと InputＬＷ）をそれぞれ単位セルリセット電圧VRST
UCL とVRSTUCM に駆動する。これらのバスラインは、列
内の各単位セル10に共通して接続されている。この方法
では、 InputＬＷは、コンデンサＣ１に対するリセット
電圧に駆動され、 InputＭＷはコンデンサＣ２に対する
リセット電圧に駆動される。その後トランジスタＭ8 ，
Ｍ13，Ｍ6 はターンオフされ、トランジスタＭ7 はオン
のままであり、これは増幅器22を入力 InputＬＷに対す
る充電感知モードにする。トランジスタＭ2 は読み出し
（ＬＷ）信号によりターンオンされ、これにより、積分
されたＬＷ充電信号を InputＬＷに送る。
【００２８】増幅器回路が落ち着いた後、コンデンサＣ
fbl の両端に現れるＬＷ電圧信号はコンデンサＣfbm 上
に等しく現れる。等しいＬＷ電圧信号がコンデンサＣfb
m 上にも現れることは、すぐ後で説明するように、後続
する電荷減算動作にとって重要である。その後、増幅器
22の出力ノード（Ｎo ）に現れるＬＷ電圧信号は、選択
的なクランプ回路24および伝送ゲートを通して、サンプ
ルされて、後に読み出すためにコンデンサＣholdl 上に
記憶される。この伝送ゲートは、並列にされたＮおよび
ＰチャネルMOSFETＭ18，Ｍ19から構成されている。
fbl の両端に現れるＬＷ電圧信号はコンデンサＣfbm 上
に等しく現れる。等しいＬＷ電圧信号がコンデンサＣfb
m 上にも現れることは、すぐ後で説明するように、後続
する電荷減算動作にとって重要である。その後、増幅器
22の出力ノード（Ｎo ）に現れるＬＷ電圧信号は、選択
的なクランプ回路24および伝送ゲートを通して、サンプ
ルされて、後に読み出すためにコンデンサＣholdl 上に
記憶される。この伝送ゲートは、並列にされたＮおよび
ＰチャネルMOSFETＭ18，Ｍ19から構成されている。
【００２９】この時トランジスタＭ7 はターンオフさ
れ、トランジスタＭ6 はターンオンされる。これは、増
幅器22を入力 InputＭＷに対する充電感知モードにす
る。トランジスタＭ4 （図２）は、読み出し（ＭＷ）信
号によりターンオンされ、（ＬＷ＋ＭＷ）信号電荷が増
幅器22の InputＭＷに送られる。その後（ＬＷ＋ＭＷ）
信号は、以前にフィードバックキャパシタンスＣfbm 上
に記憶されたＬＷ信号から減算され、差信号として、積
分されたＭＷ光電流のみの振幅を反映している電位を生
成する。回路が落ち着いた後、ノードＮo において結果
として得られた増幅電圧信号（ＭＷのみ）が、選択的な
クランプ回路24と伝送ゲートを通して、サンプルされて
コンデンサＣholdm 上に保持される。この伝送ゲート
は、トランジスタＭ16とＭ17から構成されている。この
時点において、コンデンサＣholdl とＣholdm 上の信号
は、従来の多重化方法を使用して焦点面アレイ（ＦＰ
Ａ）から読み出して、所要のタイプの信号および／また
は画像の処理を実行するために適切な回路に供給するこ
とができる。
れ、トランジスタＭ6 はターンオンされる。これは、増
幅器22を入力 InputＭＷに対する充電感知モードにす
る。トランジスタＭ4 （図２）は、読み出し（ＭＷ）信
号によりターンオンされ、（ＬＷ＋ＭＷ）信号電荷が増
幅器22の InputＭＷに送られる。その後（ＬＷ＋ＭＷ）
信号は、以前にフィードバックキャパシタンスＣfbm 上
に記憶されたＬＷ信号から減算され、差信号として、積
分されたＭＷ光電流のみの振幅を反映している電位を生
成する。回路が落ち着いた後、ノードＮo において結果
として得られた増幅電圧信号（ＭＷのみ）が、選択的な
クランプ回路24と伝送ゲートを通して、サンプルされて
コンデンサＣholdm 上に保持される。この伝送ゲート
は、トランジスタＭ16とＭ17から構成されている。この
時点において、コンデンサＣholdl とＣholdm 上の信号
は、従来の多重化方法を使用して焦点面アレイ（ＦＰ
Ａ）から読み出して、所要のタイプの信号および／また
は画像の処理を実行するために適切な回路に供給するこ
とができる。
【００３０】図６は、図４の列につき１つの読み出し回
路の簡略化された概略図であり、高利得電圧増幅器（Ａ
ＭＰ）の入力ノード（Ｎi ）に対するフィードバックキ
ャパシタンスの接続を図示している。
路の簡略化された概略図であり、高利得電圧増幅器（Ａ
ＭＰ）の入力ノード（Ｎi ）に対するフィードバックキ
ャパシタンスの接続を図示している。
【００３１】ＭＷ信号は増幅器22の出力ノードＮo にお
いて直接的に読み出すこともできることから、ＭＷ Ｓ
／Ｈ回路は選択的なものであることに留意すべきであ
る。
いて直接的に読み出すこともできることから、ＭＷ Ｓ
／Ｈ回路は選択的なものであることに留意すべきであ
る。
【００３２】オートゼロコンデンサＣazl は読み出し周
期の間、 InputＬＷ上の電圧をリセットレベルの一定値
のままにさせるので、単位セルにおいて積分されたＬＷ
電荷のすべてがコンデンサＣfbl に押しやられる。コン
デンサＣazm は、ＭＷ信号に対して同じ機能を実行す
る。コンデンサＣpchgl （事前充電ｌｗ）およびコンデ
ンサＣpchgm （事前充電ｍｗ）は選択的なコンデンサで
あり、信号φPCHGAMP （事前充電増幅器）の制御の下、
増幅器22の出力においてＤＣレベルシフト機能を実行す
る。これらが使用された場合には、φPCHGAMP 信号が行
読み出し期間に一度トグル切換えされる。トランジスタ
Ｍ9 とＭ10は、カスケード接続された増幅器駆動回路を
形成し、トランジスタＭ9 のゲートは増幅器の入力ノー
ド（Ｎi ）である。トランジスタＭ11とＭ12は、増幅器
に対する電流源負荷を形成する。コンデンサＣblは帯域
制限（フィルタ）コンデンサとして機能する。トランジ
スタＭ14は選択的なソースホロワバッファとして機能
し、クランプ回路24が使用されるか否かに関わらず含ま
れていてもよい。一般的に、クランプ回路24は増幅器リ
セットノイズペデスタルの存在から結果的に生じるノイ
ズを減少させるために使用することができる。トランジ
スタＭ15はトランジスタＭ14に対する電流源負荷であ
る。
期の間、 InputＬＷ上の電圧をリセットレベルの一定値
のままにさせるので、単位セルにおいて積分されたＬＷ
電荷のすべてがコンデンサＣfbl に押しやられる。コン
デンサＣazm は、ＭＷ信号に対して同じ機能を実行す
る。コンデンサＣpchgl （事前充電ｌｗ）およびコンデ
ンサＣpchgm （事前充電ｍｗ）は選択的なコンデンサで
あり、信号φPCHGAMP （事前充電増幅器）の制御の下、
増幅器22の出力においてＤＣレベルシフト機能を実行す
る。これらが使用された場合には、φPCHGAMP 信号が行
読み出し期間に一度トグル切換えされる。トランジスタ
Ｍ9 とＭ10は、カスケード接続された増幅器駆動回路を
形成し、トランジスタＭ9 のゲートは増幅器の入力ノー
ド（Ｎi ）である。トランジスタＭ11とＭ12は、増幅器
に対する電流源負荷を形成する。コンデンサＣblは帯域
制限（フィルタ）コンデンサとして機能する。トランジ
スタＭ14は選択的なソースホロワバッファとして機能
し、クランプ回路24が使用されるか否かに関わらず含ま
れていてもよい。一般的に、クランプ回路24は増幅器リ
セットノイズペデスタルの存在から結果的に生じるノイ
ズを減少させるために使用することができる。トランジ
スタＭ15はトランジスタＭ14に対する電流源負荷であ
る。
【００３３】図７は、図２および図４に開示されている
回路で得られる例示的なスペクトルクロストークデータ
を示しているグラフである。このデータは、充電減算動
作から得られるＭＷ信号における低レベルのスペクトル
クロストークを明確に示している。
回路で得られる例示的なスペクトルクロストークデータ
を示しているグラフである。このデータは、充電減算動
作から得られるＭＷ信号における低レベルのスペクトル
クロストークを明確に示している。
【００３４】図４は本発明の回路の１つの可能な構成を
図示しており、説明された回路に対する多く修正が当業
者に思い浮かぶであろうことを指摘しておかなければな
らない。すなわち、例として、（選択的な）ＤＣレベル
シフト回路（コンデンサＣpchgl とＣpchgm ）、増幅器
駆動回路（トランジスタＭ9 とＭ10）、増幅器電流源負
荷回路（トランジスタＭ15）、（選択的な）クランプ回
路24、（選択的な）ソースホロワバッファ（トランジス
タＭ14）、ＬＷサンプルホールド回路（トランジスタＭ
18，Ｍ19，Ｍ21，コンデンサＣholdl ）、および（選択
的な）ＭＷサンプルホールド回路（トランジスタＭ16，
Ｍ17，Ｍ20，コンデンサＣholdm ）を実現するために多
数の均等な回路アーキテクチャーがある。したがって本
発明は、増幅器駆動回路（トランジスタＭ9 とＭ10）お
よびフィードバックキャパシタンスＣfbl とＣfbm を含
む関連する入力およびリセット回路、増幅器電流源負荷
回路（トランジスタＭ11とＭ12）、およびＬＷサンプル
ホールド回路（トランジスタＭ18，Ｍ19，Ｍ21，コンデ
ンサＣholdl ）のみを使用して実行することができるこ
とは明らかである。よって、変形や別の実施形態のよう
な任意のものが、本発明の教示の範囲に入ると解釈すべ
きである。
図示しており、説明された回路に対する多く修正が当業
者に思い浮かぶであろうことを指摘しておかなければな
らない。すなわち、例として、（選択的な）ＤＣレベル
シフト回路（コンデンサＣpchgl とＣpchgm ）、増幅器
駆動回路（トランジスタＭ9 とＭ10）、増幅器電流源負
荷回路（トランジスタＭ15）、（選択的な）クランプ回
路24、（選択的な）ソースホロワバッファ（トランジス
タＭ14）、ＬＷサンプルホールド回路（トランジスタＭ
18，Ｍ19，Ｍ21，コンデンサＣholdl ）、および（選択
的な）ＭＷサンプルホールド回路（トランジスタＭ16，
Ｍ17，Ｍ20，コンデンサＣholdm ）を実現するために多
数の均等な回路アーキテクチャーがある。したがって本
発明は、増幅器駆動回路（トランジスタＭ9 とＭ10）お
よびフィードバックキャパシタンスＣfbl とＣfbm を含
む関連する入力およびリセット回路、増幅器電流源負荷
回路（トランジスタＭ11とＭ12）、およびＬＷサンプル
ホールド回路（トランジスタＭ18，Ｍ19，Ｍ21，コンデ
ンサＣholdl ）のみを使用して実行することができるこ
とは明らかである。よって、変形や別の実施形態のよう
な任意のものが、本発明の教示の範囲に入ると解釈すべ
きである。
【００３５】本発明は２色光検出器アーキテクチャーの
文脈の中で説明してきたが、本発明の教示は、適切な修
正によって、３つ以上のスペクトル帯域を検出すること
ができるタイプの光検出器にも同様に適用することがで
きることを十分に理解すべきである。また本発明の教示
は、単一の単位セルを持つ放射検出器にも適用可能であ
り、また単位セルの線形アレイにも適用可能である。さ
らに図２および図３に図示されている単位セルの実施形
態は、図４および図５の充電感知差動増幅器との使用だ
けに限定されるもでない。逆も同様である。
文脈の中で説明してきたが、本発明の教示は、適切な修
正によって、３つ以上のスペクトル帯域を検出すること
ができるタイプの光検出器にも同様に適用することがで
きることを十分に理解すべきである。また本発明の教示
は、単一の単位セルを持つ放射検出器にも適用可能であ
り、また単位セルの線形アレイにも適用可能である。さ
らに図２および図３に図示されている単位セルの実施形
態は、図４および図５の充電感知差動増幅器との使用だ
けに限定されるもでない。逆も同様である。
【００３６】したがって、本発明はその好ましい実施形
態に関して特に図示され説明されたが、形態および詳細
における変更は本発明の技術的範囲を逸脱するものでな
いことを当業者は理解するであろう。
態に関して特に図示され説明されたが、形態および詳細
における変更は本発明の技術的範囲を逸脱するものでな
いことを当業者は理解するであろう。
【図１】従来の同時性アクティブ２色単位セルの簡略化
された概略図である。
された概略図である。
【図２】本発明にしたがった２色単位セルの概略図であ
る。
る。
【図３】図２に示されている回路の動作を図示している
タイミング図である。
タイミング図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態にしたがった充電感
知差動増幅器を有する列につき１つの読出し回路の概略
図である。
知差動増幅器を有する列につき１つの読出し回路の概略
図である。
【図５】図４に示されている回路の動作を図示している
タイミング図である。
タイミング図である。
【図６】図４の列につき１つの読出し回路の簡略化され
た概略図である。
た概略図である。
【図７】ＭＷ出力信号対ＬＷ積分時間を図示したグラフ
であり、本発明の回路により達成される低レベルのスペ
クトルクロストークを示している。
であり、本発明の回路により達成される低レベルのスペ
クトルクロストークを示している。
フロントページの続き (56)参考文献 米国特許5523570（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 1/00 - 1/46 ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (8)
- 【請求項１】 第１のフォトダイオードの第２のノード
が第１のキャパシタンスに結合され、共通ノードが第２
のキャパシタンスに結合され、前記共通ノードにおいて
第２のフォトダイオードに接続されている第１のフォト
ダイオードを有するタイプの同時性アクティブ２色検出
器を動作させる方法において、 積分期間の第１の部分の間において、前記第１のフォト
ダイオードをターンオフさせ、ゼロバイアスにして、前
記第２のフォトダイオードによってのみ発生される光電
流を前記第２のキャパシタンス上に積分し、 積分期間の第２の部分の間において、前記第１のフォト
ダイオードをターンオンさせ、前記第１のフォトダイオ
ードからゼロバイアスを取り除いて、前記第１のフォト
ダイオードにより発生された光電流と前記第２のフォト
ダイオードにより発生された光電流を前記第２のキャパ
シタンス上に積分し、同時に、前記第１のフォトダイオ
ードによってのみ発生された光電流を前記第１のキャパ
シタンス上に積分するステップを含む同時性アクティブ
２色検出器を動作させる方法。 - 【請求項２】 前記積分期間に続く読み出し期間の第１
の部分の間において、前記第１のキャパシタンスを読み
出し回路に結合し、 前記第１のキャパシタンス上に積分された光電流から結
果的に得られた第１の電位を前記読み出し回路に記憶し
て増幅し、 前記読み出し期間の第２の部分の間において、前記第２
のキャパシタンスを前記読み出し回路に結合し、 前記読み出し回路において、前記記憶されている第１の
電位から、前記第２のキャパシタンス上に積分された光
電流から結果的に得られた第２の電位を減算して、差電
位を発生させ、 前記読み出し回路において前記差電位を増幅するステッ
プをさらに含む請求項１記載の同時性アクティブ２色検
出器を動作させる方法。 - 【請求項３】 前記第１の電位を記憶して増幅するステ
ップが、前記増幅された第１の電位をサンプリングして
保持するステップを含む請求項２記載の同時性アクティ
ブ２色検出器を動作させる方法。 - 【請求項４】 前記差電位を増幅するステップが、前記
増幅された差電位をサンプリングして保持するステップ
を含む請求項２記載の同時性アクティブ２色検出器を動
作させる方法。 - 【請求項５】 単位セルの行と列において配置された複
数の同時性アクティブ２色検出器単位セルを具備する焦
点面アレイにおいて、 前記単位セルがそれぞれ、 第１のフォトダイオードの第２のノードが第１のキャパ
シタンスに結合され、共通ノードが第２のキャパシタン
スに結合され、前記共通ノードにおいて第２のフォトダ
イオードと接続されている第１のフォトダイオードと、 前記第１のフォトダイオードを回る短絡回路を確立し
て、前記第２のフォトダイオードによってのみ発生され
る光電流の前記第２のキャパシタンス上への積分を可能
とするために、積分期間の第１の部分の間に動作可能で
あり、確立された短絡回路を取り除いて、前記第１のフ
ォトダイオードにより発生された光電流と前記第２のフ
ォトダイオードにより発生された光電流の前記第２のキ
ャパシタンスへの積分を可能とし、同時に、前記第１の
フォトダイオードによってのみ発生される光電流の前記
第１のキャパシタンス上への積分を可能とするために、
前記積分期間の少なくとも１つの第２の部分の間に動作
可能である第１のスイッチを備えている焦点面アレイ。 - 【請求項６】 それぞれが増幅器を備え、個々のものが
単位セルの列内の単位セルの個々のものに切換え可能に
結合されている複数の読み出し回路をさらに具備し、 前記単位セルが、前記第１のキャパシタンスを前記単位
セルを含んでいる列に結合されている前記複数の読み出
し回路の１つに結合するために、前記積分期間に続く読
み出し期間の第１の部分の間に動作可能である第２のス
イッチをさらに備え、 前記読み出し回路の１つが、前記第１のキャパシタンス
上に積分された光電流から結果的に得られた第１の電位
を記憶する手段を備え、 前記記憶手段は、前記第１の電位が増幅される前記増幅
器の入力に結合され、 前記単位セルが、前記第２のキャパシタンスを前記単位
セルを含んでいる前記列に結合されている前記読み出し
回路の１つに結合するために、前記読み出し期間の第２
の部分の間に動作可能である第３のスイッチをさらに備
え、 前記読み出し回路の１つが、前記記憶されている第１の
電位から、前記第２のキャパシタンス上に積分された光
電流から結果的に得られた第２の電位を減算して、差電
位を発生させる手段をさらに備え、 前記減算手段は、前記差電位を増幅する前記増幅器の前
記入力に結合されている請求項５記載の焦点面アレイ。 - 【請求項７】 前記読み出し回路の１つが、前記増幅さ
れた第１の電位をサンプリングして保持する手段をさら
に備えている請求項６記載の焦点面アレイ。 - 【請求項８】 前記読み出し回路の１つが、前記増幅さ
れた差電位をサンプリングして保持する手段をさらに備
えている請求項７記載の焦点面アレイ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/770,311 US5751005A (en) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Low-crosstalk column differencing circuit architecture for integrated two-color focal plane arrays |
| US770311 | 1996-12-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10281869A JPH10281869A (ja) | 1998-10-23 |
| JP3187760B2 true JP3187760B2 (ja) | 2001-07-11 |
Family
ID=25088122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35156597A Expired - Lifetime JP3187760B2 (ja) | 1996-12-20 | 1997-12-19 | 集積された２色焦点面アレイのための低クロストーク列差動回路アーキテクチャー |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5751005A (ja) |
| EP (1) | EP0849802B1 (ja) |
| JP (1) | JP3187760B2 (ja) |
| DE (1) | DE69723808T2 (ja) |
| IL (1) | IL122556A (ja) |
Families Citing this family (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6465860B2 (en) * | 1998-09-01 | 2002-10-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Multi-wavelength semiconductor image sensor and method of manufacturing the same |
| US6867806B1 (en) * | 1999-11-04 | 2005-03-15 | Taiwan Advanced Sensors Corporation | Interlace overlap pixel design for high sensitivity CMOS image sensors |
| US7442629B2 (en) | 2004-09-24 | 2008-10-28 | President & Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
| US7057256B2 (en) | 2001-05-25 | 2006-06-06 | President & Fellows Of Harvard College | Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices |
| US6885002B1 (en) * | 2001-08-31 | 2005-04-26 | Raytheon Company | IRFPA ROIC with dual TDM reset integrators and sub-frame averaging functions per unit cell |
| US7170041B2 (en) * | 2002-07-17 | 2007-01-30 | Xerox Corporation | Pixel circuitry for imaging system |
| US6803557B1 (en) | 2002-09-27 | 2004-10-12 | Raytheon Company | Photodiode having voltage tunable spectral response |
| US7542085B2 (en) * | 2003-11-26 | 2009-06-02 | Aptina Imaging Corporation | Image sensor with a capacitive storage node linked to transfer gate |
| US7109488B2 (en) * | 2004-02-26 | 2006-09-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Multi-color infrared imaging device |
| US7332703B2 (en) * | 2004-03-22 | 2008-02-19 | Micron Technology, Inc. | Imaging structure including a pixel with multiple signal readout circuits and methods of operation for imaging structure |
| US7129489B2 (en) * | 2004-12-03 | 2006-10-31 | Raytheon Company | Method and apparatus providing single bump, multi-color pixel architecture |
| US8232512B2 (en) * | 2006-04-10 | 2012-07-31 | Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Method and apparatus for integrating a quantity of light |
| US7968834B2 (en) * | 2008-09-22 | 2011-06-28 | Sionyx, Inc. | Response-enhanced monolithic-hybrid pixel |
| WO2010033127A1 (en) * | 2008-09-22 | 2010-03-25 | Sionyx, Inc. | Response-enhanced monolithic-hybrid pixel |
| US8669588B2 (en) * | 2009-07-06 | 2014-03-11 | Raytheon Company | Epitaxially-grown position sensitive detector |
| CN102484682A (zh) * | 2009-08-26 | 2012-05-30 | 夏普株式会社 | 光传感器和显示装置 |
| US9911781B2 (en) | 2009-09-17 | 2018-03-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| US9673243B2 (en) | 2009-09-17 | 2017-06-06 | Sionyx, Llc | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| US8692198B2 (en) | 2010-04-21 | 2014-04-08 | Sionyx, Inc. | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| EP2583312A2 (en) | 2010-06-18 | 2013-04-24 | Sionyx, Inc. | High speed photosensitive devices and associated methods |
| US9496308B2 (en) | 2011-06-09 | 2016-11-15 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
| JP2014525091A (ja) | 2011-07-13 | 2014-09-25 | サイオニクス、インク． | 生体撮像装置および関連方法 |
| US8441087B2 (en) | 2011-07-22 | 2013-05-14 | Raytheon Company | Direct readout focal plane array |
| US10115764B2 (en) | 2011-08-15 | 2018-10-30 | Raytheon Company | Multi-band position sensitive imaging arrays |
| US9184194B2 (en) * | 2011-12-21 | 2015-11-10 | Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona, Acting For And On Behalf Of Arizona State University | Multiband photodetector utilizing serially connected unipolar and bipolar devices |
| JP5967406B2 (ja) | 2012-01-19 | 2016-08-10 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | センス回路とその動作方法および光電変換アレイ |
| US9064764B2 (en) | 2012-03-22 | 2015-06-23 | Sionyx, Inc. | Pixel isolation elements, devices, and associated methods |
| JP6466346B2 (ja) | 2013-02-15 | 2019-02-06 | サイオニクス、エルエルシー | アンチブルーミング特性を有するハイダイナミックレンジｃｍｏｓ画像センサおよび関連づけられた方法 |
| US9939251B2 (en) | 2013-03-15 | 2018-04-10 | Sionyx, Llc | Three dimensional imaging utilizing stacked imager devices and associated methods |
| WO2014209421A1 (en) | 2013-06-29 | 2014-12-31 | Sionyx, Inc. | Shallow trench textured regions and associated methods |
| JP5986551B2 (ja) * | 2013-10-03 | 2016-09-06 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | センサ処理回路及びそのオフセット検出方法 |
| TWI485373B (zh) * | 2013-12-02 | 2015-05-21 | Univ Nat Chi Nan | Dual switching sensing device and dual switching sensing circuit |
| CN104458004B (zh) * | 2014-11-25 | 2017-08-08 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 双谱段单片集成线列型红外焦平面读出电路及设计方法 |
| CN112362159B (zh) * | 2017-12-05 | 2024-01-19 | 上海耕岩智能科技有限公司 | 光侦测像素结构、光侦测器件、光侦测装置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5043820A (en) * | 1989-03-27 | 1991-08-27 | Hughes Aircraft Company | Focal plane array readout employing one capacitive feedback transimpedance amplifier for each column |
| US5113076A (en) * | 1989-12-19 | 1992-05-12 | Santa Barbara Research Center | Two terminal multi-band infrared radiation detector |
| US5149956A (en) * | 1991-06-12 | 1992-09-22 | Santa Barbara Research Center | Two-color radiation detector array and methods of fabricating same |
| US5380669A (en) * | 1993-02-08 | 1995-01-10 | Santa Barbara Research Center | Method of fabricating a two-color detector using LPE crystal growth |
| US5457331A (en) * | 1993-04-08 | 1995-10-10 | Santa Barbara Research Center | Dual-band infrared radiation detector optimized for fabrication in compositionally graded HgCdTe |
| US5559336A (en) * | 1994-07-05 | 1996-09-24 | Santa Barbara Research Center | Integrated LPE-grown structure for simultaneous detection of infrared radiation in two bands |
| US5523570A (en) * | 1994-07-15 | 1996-06-04 | Loral Infrared & Imaging Systems, Inc. | Double direct injection dual band sensor readout input circuit |
| US5581084A (en) * | 1995-06-07 | 1996-12-03 | Santa Barbara Research Center | Simultaneous two color IR detector having common middle layer metallic contact |
-
1996
- 1996-12-20 US US08/770,311 patent/US5751005A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-12-11 IL IL12255697A patent/IL122556A/xx not_active IP Right Cessation
- 1997-12-16 EP EP97310135A patent/EP0849802B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-12-16 DE DE69723808T patent/DE69723808T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-12-19 JP JP35156597A patent/JP3187760B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5751005A (en) | 1998-05-12 |
| DE69723808T2 (de) | 2004-04-15 |
| JPH10281869A (ja) | 1998-10-23 |
| IL122556A0 (en) | 1998-06-15 |
| EP0849802B1 (en) | 2003-07-30 |
| EP0849802A2 (en) | 1998-06-24 |
| DE69723808D1 (de) | 2003-09-04 |
| EP0849802A3 (en) | 1998-07-29 |
| IL122556A (en) | 2001-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3187760B2 (ja) | 集積された２色焦点面アレイのための低クロストーク列差動回路アーキテクチャー | |
| US6919551B2 (en) | Differential column readout scheme for CMOS APS pixels | |
| US7183531B2 (en) | Amplification with feedback capacitance for photodetector signals | |
| US6917027B2 (en) | Method and apparatus for reducing kTC noise in an active pixel sensor (APS) device | |
| JP4277339B2 (ja) | アクティブ画素センサの読み出しチャネル | |
| US6128039A (en) | Column amplifier for high fixed pattern noise reduction | |
| EP1595119B1 (en) | Multi-mode dual integration detector circuit | |
| US6252462B1 (en) | Capacitor transimpedance amplifier ( CTIA) with shared load | |
| US20100044552A1 (en) | Automatic simultaneous dual gain readout integrated circuit using threshold voltage shifts of mosfet bulk to source potential | |
| JP4310428B2 (ja) | 光検出器の単光子読出し用のコンパクトな超低雑音広帯域幅ピクセル増幅器 | |
| US6121843A (en) | Charge mode capacitor transimpedance amplifier | |
| US6885002B1 (en) | IRFPA ROIC with dual TDM reset integrators and sub-frame averaging functions per unit cell | |
| US6900839B1 (en) | High gain detector amplifier with enhanced dynamic range for single photon read-out of photodetectors | |
| US10574913B2 (en) | High dynamic range CTIA pixel | |
| US20080225149A1 (en) | Column sample-and-hold cell for CMOS APS sensor | |
| US6873359B1 (en) | Self-adjusting, adaptive, minimal noise input amplifier circuit | |
| JP2001245210A (ja) | 画素読み出しスイッチ・コンデンサ・バッファ回路およびその方法 | |
| Joshi et al. | Ultra-low-noise high-frame-rate ROIC for visible and infrared focal plane arrays | |
| US20240098386A1 (en) | Image sensor with stacked pixels having high dynamic range and low noise | |
| US20240098379A1 (en) | Image sensor with stacked pixels including charge sharing gates | |
| CN116033276A (zh) | 图像传感器 | |
| JPH09139891A (ja) | 光電変換装置およびこれを用いた固体撮像装置 | |
| JPS62133873A (ja) | 固体撮像装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090511 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090511 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100511 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110511 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110511 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120511 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130511 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130511 Year of fee payment: 12 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |