JP6598991B2 - 自動利得切り換えを用いたピクセル検出装置のダイナミックレンジを拡大する方法 - Google Patents
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Description
a)感光材料層が設けられており、
b)感光材料層内に配置されたN×M個の光検出器ダイオードのアレイが設けられており、光検出器ダイオードのそれぞれはバイアス電位インタフェースとダイオード出力インタフェースとを有し、光検出器ダイオードのそれぞれのバイアス電位インタフェースはバイアス電位に接続されており、
c)N×M個の高利得低雑音の読み出しユニットセルのアレイが設けられており、1つの読み出しユニットセルがそれぞれ1つの光検出器ダイオードに対応しており、
d)各読み出しユニットセルには、
d1)ダイオード出力インタフェースを高利得の電荷‐電圧増幅手段に接続する入力インタフェースが設けられており、
d2)高利得の電荷‐電圧増幅手段は、複数の利得を有し、これら複数の利得を自動で切り換え可能であり、
d3)高利得の電荷‐電圧増幅手段は、積分キャパシタのアレイによって実現される複数の利得を有し、これら複数の利得を自動で切り換え可能であり、
d4)積分キャパシタの電荷を監視し、かつその時点の利得を積分キャパシタで監視されている電荷に依存する別の利得へ切り換える、比較器およびディジタルブロックが設けられている、
検出装置によって解決される。
a)感光材料層が設けられており、
b)感光材料層内に配置されたN×M個の光検出器ダイオードのアレイが設けられており、光検出器ダイオードのそれぞれはバイアス電位インタフェースとダイオード出力インタフェースとを有し、光検出器ダイオードのそれぞれのバイアス電位インタフェースはバイアス電位(Vbias)に接続されており、
c)N×M個の高利得低雑音の読み出しユニットセルのアレイが設けられており、1つの読み出しユニットセルがそれぞれ1つの光検出器ダイオードに対応しており、
d)各読み出しユニットセルには、
d1)ダイオード出力インタフェースを高利得の電荷‐電圧増幅手段に接続する入力インタフェースが設けられており、
d2)高利得の電荷‐電圧増幅手段は、複数の利得を有し、これら複数の利得を自動で切り換え可能であり、
d3)高利得の電圧増幅手段は、一定であるがそれぞれ異なる利得を有するかまたは付加的に並列の複数の利得段を有する1つもしくは複数の電荷‐電圧増幅器と、積分キャパシタの電荷を監視する比較器およびディジタルブロックとを含む、
検出装置によって解決される。
・高利得から中利得への切り換えが出力をプリアンプの出力範囲へ戻すのに充分でない場合には、短い時間の後に、低利得への第2の切り換えが行われる、
・第1の切り換えの後、過渡応答に起因して信号スパイクが発生した場合、中利得から低利得への第2の切り換えを行ってはならない、
という規則にしたがって、フィードバックキャパシタCf2,Cf3の挿入を制御する。
a)飽和を形成しない1つの線束(ライン1、三角形のシンボル)と、より高い2つの線束であって、ピクセルが時点T1では低利得であって、そのため内部ピクセル論理回路は、飽和が確認される時点Tでなく時点T1でのVoutのサンプリングを選択する、より高い2つの線束とである。
・例えば3つの利得を有する自動利得切換プリアンプ、
・ピクセルマトリクスへ転送される、時点T1を定める大域的信号、
・利得切換回路の時点T1でのステータスを評価し、その評価結果(BIT_1)を1つもしくは複数のラッチまたはフリップフロップに記憶するディジタル論理ブロック、
・BIT_1に基づいてサンプリングキャパシタのストレージスイッチを制御するディジタル論理ブロック、
・BIT_1に依存して、T1後にまたはT後であって次の収集が開始されるまでに、プリアンプをリセット状態に維持するディジタル論理ブロック;これは、入力信号が大きい場合の増幅器ダメージを回避するのに必要である、
・ピクセルから残りのアナログ情報およびディジタル情報とともにBIT_1を読み出す手段、
の各フィーチャ部を設けなければならない。
Claims (10)
- 検出装置(14)であって、
a)感光材料層(4)が設けられており、
b)前記感光材料層(4)内に配置されたN×M個の光検出器ダイオード(2)のアレイが設けられており、前記光検出器ダイオード(2)のそれぞれはバイアス電位インタフェース(12)とダイオード出力インタフェースとを有し、前記光検出器ダイオード(2)のそれぞれの前記バイアス電位インタフェース(12)はバイアス電位(Vbias)に接続されており、
c)N×M個の高利得低雑音の読み出しユニットセル(RO)のアレイが設けられており、1つの読み出しユニットセル(RO)がそれぞれ1つの光検出器ダイオード(2)に対応しており、
d)各読み出しユニットセル(RO)には、
d1)前記ダイオード出力インタフェースを高利得の電荷‐電圧増幅手段(34)に接続する入力インタフェース(IN)が設けられており、
d2)前記高利得の電荷‐電圧増幅手段(34)は、複数の利得を有し、該複数の利得を自動で切り換え可能であり、
d3)前記高利得の電荷‐電圧増幅手段(34)は、積分キャパシタ(Cf1,Cf2,Cf3,…)のアレイによって実現される複数の利得を有し、該複数の利得を自動で切り換え可能であり、
d4)前記積分キャパシタの電荷を監視し、かつ前記監視された積分キャパシタの電荷に依存してその時点の利得を別の利得へ切り換える、比較器およびディジタルブロック(30)が設けられており、
前記ディジタルブロック(30)は、前記高利得の電荷‐電圧増幅手段(32)が既に最低利得で動作している場合、予め定められたサンプリング時点(T1)で、前記積分キャパシタの電荷をサンプリングキャパシタに保持可能であるように構成されている、
検出装置(14)。 - 前記ディジタルブロックは、積分中のいずれの時点でも前記積分キャパシタの電荷を比較可能であり、前記積分キャパシタの電荷が該電荷に対して予め定められた閾値に達した場合、別の利得へ切り換え可能であるように構成されている、
請求項1記載の検出装置(14)。 - 前記ディジタルブロックは、その時点の利得をより低い利得へ切り換え可能であるように構成されている、
請求項1または2記載の検出装置(14)。 - 前記ディジタルブロック(30)は、前記高利得の電荷‐電圧増幅手段(32)が既に最低利得で動作している場合、予め定められた複数のサンプリング時点(T1,T2,T3,…Tx)で、前記積分キャパシタの電荷をサンプリングキャパシタに保持可能であるように構成されている、
請求項1から3までのいずれか1項記載の検出装置(14)。 - 前記ディジタルブロック(30)は、予め定められた時点T1での信号のサンプリングを、自動利得切換の利得ビットとともにBIT1として符号化し、これにより、3つの利得とT1でのサンプリングの存在(BIT1)とに対して2つの利得ビットしか必要とならない、
請求項1から4までのいずれか1項記載の検出装置(14)。 - ディジタル論理ブロックは、T1後、BIT_1に依存してプリアンプをリセット状態に維持し、
BIT1がセットされていなかった場合には、時点Tの後、次の収集が実行されるまで、前記プリアンプをリセット状態に維持する、
請求項5記載の検出装置(14)。 - 検出装置(14)であって、
a)感光材料層(4)が設けられており、
b)前記感光材料層(4)内に配置されたN×M個の光検出器ダイオード(2)のアレイが設けられており、前記光検出器ダイオード(2)のそれぞれはバイアス電位インタフェース(12)とダイオード出力インタフェースとを有し、前記光検出器ダイオード(2)のそれぞれの前記バイアス電位インタフェース(12)はバイアス電位(Vbias)に接続されており、
c)N×M個の高利得低雑音の読み出しユニットセル(RO)のアレイが設けられており、1つの読み出しユニットセル(RO)がそれぞれ1つの光検出器ダイオード(2)に対応しており、
d)各読み出しユニットセル(RO)には、
d1)前記ダイオード出力インタフェースを高利得の電荷‐電圧増幅手段(34)に接続する入力インタフェース(IN)が設けられており、
d2)前記高利得の電荷‐電圧増幅手段(34)は、複数の利得を有し、該複数の利得を自動で切り換え可能であり、
d3)前記高利得の電圧増幅手段は、一定であるがそれぞれ異なる利得を有するかまたは付加的に並列の複数の利得段を有する1つもしくは複数の電荷‐電圧増幅器と、積分キャパシタの電荷を監視する比較器およびディジタルブロック(30)とを含み、
前記ディジタルブロック(30)は、最低利得段が時点Tでまたは時点T前に飽和に達した場合に、予め定められたサンプリング時点(T1)で、前記最低利得段の信号をサンプリングキャパシタに保持可能であるように構成されており、この場合に、BIT1もセットされる、検出装置(14)。 - 前記ディジタルブロック(30)は、最低利得段が収集時点Tでまたは収集時点T前に飽和に達した場合に、予め定められた複数のサンプリング時点(T1,T2,T3,…Tx)で、前記最低利得段の信号をサンプリングキャパシタに保持可能であるように構成されている、
請求項7記載の検出装置(14)。 - ディジタル論理ブロックは、T1後、BIT_1に依存して1つもしくは複数のプリアンプをリセット状態に維持し、
BIT1がセットされていなかった場合には、時点Tの後、次の収集が実行されるまで、前記1つもしくは複数のプリアンプをリセット状態に維持する、
請求項7または8記載の検出装置(14)。 - ピクセルごとにまたは複数のピクセルについて並列に、前記読み出しユニットセル(RO)へのアクセスを許可し、前記積分キャパシタの電荷を読み出すために前記読み出しユニットセル(RO)からデータをデータ処理手段へ転送する、マルチプレクス手段が設けられている、
請求項1から9までのいずれか1項記載の検出装置(14)。
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