KR20130060151A - 개선된 조명 범위를 갖는 방사선 검출 디바이스 - Google Patents
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Abstract
화소는 광검출기 (1) 및 제어 회로 (3) 를 포함한다. 화소에는 분석 회로 (4) 에 연결되도록 설계된 출력 단자 (8) 가 제공된다. 광검출기 (1) 는 상이한 바이어싱 조건들과 연관되는 2개의 상이한 동작 모드들을 갖도록 구성된다. 광검출기 (1) 를 화소의 출력 단자 (8) 에 연결하는 스위치 (9) 및 제어 회로 (3) 를 화소의 출력 단자 (8) 및 광검출기 (1) 와 연결/분리하기 위한 회로 (6, 7) 는, 2개의 동작 모드들 사이의 스위치를 허용한다. 비교기 (10) 는 용량성 부하 (5) 에 걸리는 전압을 문턱값과 관련하여 비교하고, 그 비교에 따라 제 1 및 제 2 신호들을 출력한다. 비교기 (10) 는 제어 회로 (3) 를 연결/분리하기 위한 회로 (6, 7) 에 연결되고 스위치 (9) 에 연결된다.
Description
본 발명은 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스에 관한 것이다.
검출 디바이스들의 분야에는, 통상 독출 회로와 연관된 광검출기가 존재한다. 광검출기는 관측된 장면을 나타내는 신호를 출력하도록 특정 범위의 전위들에서 바이어싱되고, 이 신호는 신호를 분석 회로로 디스패칭하기 위해 독출 회로에 의해 처리된다.
광검출기의 바이어싱은 광검출기의 제 1 단자에 인가된 기판 전위에 의해, 그리고 광검출기의 제 2 단자에 인가된 기준 전위에 의해 획득된다. 예를 들어, 용량형 전치 증폭기 타입 (capacitive transimpedance amplifier type) 의 독출 디바이스가 기준 전위를 인가할 수 있다.
경험된 조명 조건들에 의존하여, 광검출기는 이 정보를 적분하는 독출 회로에 다소간의 전류를 전달한다. 이 방식으로, 광검출기가 저강도의 방사선을 수신하는 경우에는 광검출기가 저강도의 전기 신호를 방출하고, 그리고 방사선의 강도가 증가하는 경우에는 광검출기로부터 동일한 전기 신호가 방출된다.
검출 디바이스를 통해 흐르는 전기 신호는 초기 전자기 방사선의 강도의 함수이기 때문에, 개발가능한 (exploitable) 신호 대 잡음비를 획득하고 그리고 허위 (spurious) 신호들의 중요성을 가능한 한 낮게 최소화하도록 검출 디바이스를 형성하는 다양한 엘리먼트들을 크기 조정하는 것이 중요하다. 예를 들어, 허용가능한 신호 대 잡음비의 획득은 독출 회로의 치수화, 특히 검출 디바이스의 다양한 엘리먼트들에 인가되는 전력 공급 조건들 및 용량성 부하의 값에 관한 신중한 선택을 필요로 한다.
검출 디바이스는 예기된 조명 조건들에 기초하여 설계 및/또는 바이어싱된다. 그 결과, 수신된 전자기 방사선이 예기된 것보다 더 큰 경우, 광검출기는 검출 디바이스 내의 전자 회로를 포화시키는 중요한 신호를 발생시킨다. 검출 디바이스는, 광검출기들의 일부가 여전히 수신된 광속 (luminous flux) 을 나타내는 정보를 제공할 수 있는 경우 완전히 데즐링되거나 또는 부분적으로만 데즐링된다.
개선되고 동시에 구현하기에 용이한 검출 디바이스를 제공하기 위해서 필요조건이 존재한다는 것이 알려져 왔다.
이 필요성은 다음을 포함하는 검출 디바이스를 제공함으로써 만족되는 경향이 있다:
- 2개의 단자들이 제공된 광검출기,
- 광검출기로부터 발생된 전류를 부하에 의해 제 1 전기적 변수로 변환하도록 구성된 제어 회로,
- 광검출기 및 제어 회로를 포함하고, 분석 회로에 연결되도록 설계된 출력 단자가 제공되는 화소,
- 제 1 동작 조건에서 광검출기의 단자들에 걸쳐 제 1 전위차를 인가하도록 구성되고, 광검출기의 단자들 중 하나가 제 2 동작 조건에서 부유 전위에 있도록 구성된, 광검출기의 바이어싱 디바이스,
- 광검출기가 제 1 동작 모드인 경우 제어 회로를 화소의 출력 단자와 그리고 광검출기와 연결 (connect) 하기 위해 구성되고, 광검출기가 제 2 동작 모드인 경우 제어 회로를 분리 (disconnect) 하기 위해 구성된 연결 회로,
- 광검출기를 화소의 출력 단자에 연결하고, 광검출기가 제 1 동작 모드인 경우 차단 상태에 있도록 구성되고 광검출기가 제 2 동작 모드인 경우 통과 상태에 있도록 구성되는 스위치,
- 부하에 걸리는 전압을 문턱값과 관련하여 비교하기 위해서 구성되고, 비교에 따라 제 1 신호 또는 제 2 신호를 전달하도록 구성되며, 그리고 연결 회로 및 스위치에 연결되는 비교기.
비제한적인 예시 목적만을 위해 제공되고 첨부된 도면에 의해 나타낸 본 발명의 특정 실시형태들의 하기 설명으로부터 다른 이점들 및 특징들이 보다 명확히 명백해질 것이다.
도 1은 검출 회로를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1에 따른 검출 회로의 특정 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 도 2에 따른 비교기의 특정 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 4(a) 내지 도 4(f)는 검출 회로에서의 상이한 전압들의 크로노그램들 (chronograms) 을 개략적으로 나타낸다.
도 1은 검출 회로를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1에 따른 검출 회로의 특정 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 도 2에 따른 비교기의 특정 실시형태를 개략적으로 나타낸다.
도 4(a) 내지 도 4(f)는 검출 회로에서의 상이한 전압들의 크로노그램들 (chronograms) 을 개략적으로 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 검출 디바이스는 적어도 하나의 화소, 바람직하게 매트릭스로 정렬될 수 있는 복수의 화소들을 포함한다. 화소는 적어도 하나의 광검출기 (1) 를 포함한다. 이로써, 검출 디바이스는 광검출기 (1), 바람직하게 예를 들어 매트릭스로 정렬되는 복수의 광검출기들을 포함한다.
광검출기들 (1) 은 구조의 제 1 축 (X) 에 따라 배열될 수 있으며, 즉, 광검출기들 (1) 은 제 1 축 (X) 에 따라 행 또는 열을 형성한다. 광검출기들 (1) 은 반복 피치를 가지고, 이롭게는 일정한 반복 피치를 가지고 X 축에 따라 배열된다.
광검출기 (1) 는 제 1 단자 및 제 2 단자를 포함한다. 광검출기는 관측된 장면에 대한 정보를 분석 회로에 제공하기 위해서 바이어싱된다.
디바이스는 제 1 동작 모드와 제 2 동작 모드 사이에서 광검출기 (1) 를 스위칭하기 위해 구성된 스위칭 회로를 포함한다. 스위칭 회로는 광검출기 (1) 가 제 1 동작 모드 또는 제 1 동작 모드와 상이한 제 2 동작 모드로 동작하게 하도록 구성된다.
광검출기 (1) 의 바이어싱은 광검출기 (1) 의 각 단자에 연결될 수 있는 바이어싱 디바이스에 의해 실현된다. 광검출기 (1) 의 바이어싱 디바이스는 제 1 동작 모드에서 광검출기 (1) 의 단자들에 걸쳐 제 1 전위차를 인가하도록 구성된다. 제 1 동작 모드에서, 제 1 전위차는 광검출기 (1) 의 단자들 사이에서, 여기서는 기판 전위 (VSUBPV) 및 기준 전위 (VREF) 에 의해 인가된다. 이롭게는, 광검출기 (1) 는 수신된 전자속 (electromagnetic flux) 의, 전하 캐리어들의 전류로의 선형 변환을 획득하도록 바이어싱된다. 광검출기가 포토다이오드인 특정한 경우, 포토다이오드는 바람직하게 리버스 바이어스 플래투 (reverse bias plateau) 상에서 바이어싱된다.
제 1 동작 모드에서, 광검출기는 그 제 1 단자와 그 제 2 단자 사이에 인가된 제 1 전위차에 의해 바이어싱된다. 제 1 단자는 바이어싱 전압 (VSUBPV) (또한 기판 전위라고도 함) 을 제공하는 제 1 전압원 (2) 에 전기적으로 링크된다. 제 2 단자는 제어 회로 (3) 의 입력 단자에 전기적으로 연결된다. 실시형태들에 따라서, 제어 회로 (3) 는 광검출기로부터 출력된 전류를 제 1 전기적 변수로 변환하고 및/또는 광검출기 (1) 에 연결된 그 입력 단자 상에 기준 전위 (VREF) 를 인가하도록 구성된다. 이 방식으로, 제어 회로 (3) 는 광검출기 (1) 의 단자들에 걸쳐 제 1 전위차를 인가하고, 그로 인해 제 1 동작 모드를 획득하는 것에 수반된다. 기준 전압 (VREF) 은, 광검출기 (1) 가 수신된 전자속의 전류로의 선형 변환 모드시 동작하게 하도록 선택되는 것이 이롭다. 제어 회로 (3) 는 전류 신호의, 다른 전기 신호로의 변환 회로, 바람직하게 선형 변환 회로로서 기능한다.
제 2 단자의 바이어싱은 제어 회로 (3) 및/또는 다른 회로 (미도시) 에 의해 수행될 수도 있다. 도시된 예에서, 광검출기 (1) 는 전압원 (2) 에 의해, 그리고 제어 회로 (3) 에 의해 바이어싱된다.
특정 실시형태에서, 광검출기 (1) 에 의해 방출된 정보의 적분은, 이후 적분 커패시터를 포함할 수도 있는 제어 회로 (3) 에 의해 수행된다. 다른 실시형태들에서, 정보의 적분 및/또는 저장은 디바이스의 출력에 연결될 수도 있는 보조 회로 (미도시) 에서 수행된다. 다른 실시형태에서, 정보의 적분은, 광검출기가 포토다이오드인 경우 광검출기의 기생 커패시터에서 실현된다. 이 경우, 제어 회로 (3) 가 포토다이오드의 바이어싱을 수행하여, 포토다이오드가 SFD (Source Follower per Detector) 로서 동작하게 하고 전류의 변환 및 적분이 포토다이오드 (1) 에서 직접 이루어지게 한다.
특정 실시형태에서, 광검출기 (1) 는 반도체 재료로 제조된 기판 상에 형성되고 바이어스 전압 (VSUBPV) 은 전압원 (2) 에 연결된 바이어스 라인을 통해 반도체 기판에 인가된다. 바이어스 라인은 도전성 재료로 제조된 라인이고, 예를 들어 기판의 표면 상에서 런하는 금속 라인이다. 다른 실시형태들에서, 바이어스 라인은 기판의 도핑 영역이고, 이 영역은 바이어스 라인에 따른 전위 강하를 감소시키기 위해서 기판의 나머지보다 더 도핑된다. 바람직하게, 바이어스 라인은 기판과 동일한 도전형인 도핑 영역이다. 기판은 제 1 도전형이며, 예를 들어 P 타입이다. N 타입도 또한 가능하다.
이롭게는, 광검출기들 (1) 은 포토다이오드들이고, 제어 회로 (3) 에 의해 제공되는 기준 전압 (VREF) 과 바이어스 전압 (VSUBPV) 사이에서 리버스 바이어싱된다. 하지만, 관측된 장면을 나타내는 전기 신호를 획득하기 위해서, 광검출기 (1) 의 단자들에 걸친 전위차를 조절함으로써 양자 우물 (quantum well) 광검출기 또는 다중 양자 우물 광검출기들 (또한 QWIP) 을 이용하는 것도 또한 가능하다.
화소는 광검출기 (1) 및 그 연관 제어 회로 (3) 를 포함한다. 화소는 그 출력 단자 (8) 를 통해 분석 회로 (4) 에 연결된다. 제어 회로 (3) 가 분석 회로 (4) 에 연결되어 광검출기에 의해 방출된 정보를 분석 회로 (4) 에 제공할 수 있게 한다. 이롭게는, 분석 회로 (4) 는 복수의 화소들 (1) 에 연결되고, 그로 인해 매트릭스의 복수의 광검출기들, 예를 들어 매트릭스의 광검출기들의 행 또는 열에 연결된다.
제어 회로 (3) 는, 광검출기 (1) 에 의해 방출된 전기 전하들을 수용하고, 그로 인해 적분기 회로를 형성하도록 구성된 용량성 부하 (5) 를 포함하는 것이 이롭다. 용량성 부하 (5) 는 광검출기 (1) 에 의해 전달된 전류에 의해 차징된다. 제어 회로들 (3) 의 상이한 아키텍쳐들도 가능한데, 예를 들어, 제어 회로들 (3) 은 직접 주입 회로들, 버퍼형 직접 주입 회로들 또는 용량형 전치 증폭기 회로들이다. 용량성 부하 (5) 는 적어도 하나의 적분 커패시터 (CINT) 를 포함한다. 광검출기에 의해 방출된 전류는 이후, 바람직하게 적분된 전류에 비례하는 전압으로 변환된다.
다른 실시형태들에서, 용량성 부하 (5) 는 저항기 또는 다른 엘리먼트에 의해 대체된다.
광검출기 (1) 의 2개 단자들에 인가되는 기판 전위 (VSUBPV) 및 기준 전위 (VREF) 에 의해, 광검출기는 수신된 전자속을, 나타낸 (representative) 전류로 변환하는 제 1 동작 모드로 동작한다. 제어 회로 (3) 가 용량성 부하 (5) 를 포함하는 특정의 도시된 경우에, 나타낸 전류는 용량성 부하 (5) 에 적분된다. 광검출기 (1) 는 관측된 장면을 나타내는 전류 신호를 제공한다. 이 전류는 용량성 부하 (5) 에 의해 전압으로 변환된다. 이 전압 또는 이 전압을 나타낸 값이 화소의 출력 단자 (8) 상에 존재하여, 전압이 분석 회로 (4) 로 전송될 수도 있다.
제어 회로 (3) 의 출력 전압은 적분 커패시터 (CINT) 에 축적된 전기 전하들을 나타내고, 이로 인해 시간의 미리정해진 기간에 걸쳐 광검출기 (1) 에 의해 공급된 전류에서의 정보를 나타낸다.
광검출기 (1) 의 스위칭 회로는 또한 광검출기 (1) 의 단자들 중 하나가 제 2 동작 모드에서 부유 전위에 있을 수 있도록 구성된다. 제 2 동작 모드에서, 단자들 중 하나에 전위가 부과되고 다른 단자는 부유 전위를 계속 지닌다. 이 부유 전위의 최종값은 관측된 장면을 특징화하기 위해 사용된다. 이롭게는, 기판 전위 (VSUBPV) 가, 다른 단자에서의 전위의 용이한 측정을 허용하도록 제 1 동작 모드에서와 같이 인가된다. 부유 전위 또는 이 부유 전위를 나타낸 값이 화소의 출력 단자 (8) 상에 전송될 수 있다. 광검출기가 개방 회로로 동작하는 경우, 즉, 그 단자들 중 하나가 바이어스되지 않는 경우, 이 단자의 전위는 수신된 광속을 나타낸다. 이 정보의 변환은 선형이 아니며, 변환 범위를 확장하는 대수형 (logarithmic) 이다.
포토다이오드의 개방 회로 전압 (VCO) 은 하기 식에 의해 모델링될 수 있다:
여기서,
제 1 동작 모드와 제 2 동작 모드 사이의 스위칭을 달성하기 위해서, 스위칭 회로는 광검출기 (1) 의 출력 단자 (8) 와 제어 회로를 연결/분리하기 위해 구성된 연결 회로를 포함한다.
연결 회로는, 광검출기 (1) 가 제 1 동작 모드인 경우 광검출기 (1) 의 출력 단자 (8) 와 제어 회로를 연결하기 위해 구성되고, 그리고 광검출기 (1) 가 제 2 동작 모드인 경우 광검출기 (1) 의 출력 단자 (8) 와 제어 회로를 분리하기 위해 구성된다. 이롭게는, 제어 회로 (3) 를 연결/분리하기 위해 구성된 연결 회로는 또한 화소의 출력 단자 (8) 와 제어 회로 (3) 를 연결/분리하기 위해 구성될 수도 있다.
스위칭 회로는 또한 광검출기 (1) 를 화소의 출력 단자 (8) 에 연결하는 스위치 (9) 를 포함한다. 스위치 (9) 는, 광검출기 (1) 가 제 1 동작 모드인 경우 차단 상태에 있도록 구성되고 광검출기 (1) 가 제 2 동작 모드인 경우 통과 상태에 있도록 구성된다.
스위치 (9) 및 제어 회로 (3) 를 연결/분리하기 위해 구성된 연결 회로는 바람직하게, 광검출기 (1) 에 의해 방출된 정보가 출력 단자 (8) 에 도달하기 위해 2개의 별개의 통로를 통과할 수 있도록 반대 상태들에 있도록 구성된다. 제 1 경우, 광검출기 (1) 에 의해 방출된 전류는 제어 회로 (3) 에 도달하고 용량성 부하 (5) 내부에 적분될 수 있다. 용량성 부하 (5) 에 적분된 정보는 이후 출력 단자 (8) 로 전송된다. 이 전위의 값 또는 이 전위에서 유래된 값이 출력 단자 (8) 로 전송된다.
제 2 동작 모드에서, 광검출기 (1) 는 광기전 발생기로서 동작한다. 이 동작 모드에서, 관측된 장면을 나타내는 전류의 제거는 검출 디바이스 내측에서 제한된다. 광검출기의 단자들 사이에 전압의 증가가 있고, 이로써 광검출기 (1) 에 의해 수신된 광속에 따른 부유 단자의 전위 변화가 있다.
여기, 특정 실시형태에서, 바이어싱 전압 (VSUBPV) 은 항상 광검출기 (1) 에 인가되고, 제 2 단자는 부유 전위로 계속 남겨진다. 이 경우, 방출된 전기 전하들은 광검출기 내에서 부분적으로 차단되고 제 2 단자에서의 전위의 값은 관측된 장면을 특징화하기 위해 사용된다. 제 2 단자에서의 전압은 수신된 광 강도에 따라 변한다. 대안의 실시형태에서, 전위 기판의 값은, 제 2 동작 모드에서의 텐션의 범위를 관리함에 있어서 보다 많은 자유를 가지기 위해서, 제 1 동작 모드와 제 2 동작 모드 간에 상이하다.
제어 회로 (3) 를 연결/분리하기 위해 구성된 연결 회로는, 예를 들어 광검출기와 제어 회로 사이 및 출력 단자와 제어 회로 사이에 놓여진 한 쌍의 스위치에 의해, 다양한 방식으로 달성될 수도 있다. 여기서 일 스위치는 제어 회로 (3) 의 입력 단자에 배치되고 다른 스위치는 제어 회로 (3) 의 출력 단자에 배치되어, 광검출기 (1) 와 출력 단자 (8) 사이를 연결시키거나 또는 분리시킨다.
제 1 스위치 (6) 는 광검출기 (1) 와 제어 회로 (3) 사이에 배치되어, 제 1 스위치 (6) 가 통과 상태에 있는 경우 광검출기 (1) 에 의해 전달된 전류가 제 1 스위치 (6) 를 통과하여 제어 회로 (3) 에 도달하도록 한다.
제 2 스위치 (7) 는 제어 회로 (3) 의 출력에 배치되어, 제 2 스위치 (7) 가 통과 상태에 있는 경우 제어 회로 (3) 에 의해 화소의 출력 단자 (8) 로 방출된 정보가 제 2 스위치 (7) 를 통과하게 한다.
컴팩트한 구성의 바람직한 실시형태에서, 제 2 스위치 (7) 는 용량성 부하 (5) 의 단자들 중 하나인 제어 회로 (3) 의 출력 단자와 화소의 출력 단자 (8) 사이에서 직접적인 연결을 수행한다. 광검출기 (1) 에 직접적으로 연결된 일 단자 및 제어 회로 (3) 에 직접적으로 연결된 다른 단자를 갖는 제 1 스위치 (6) 에 대해서도 동일할 수 있다.
이 경우, 스위치 (9) 는 제 3 스위치 (9) 로서 설명될 수 있다. 스위치 (9), 그리고 제 1 스위치 (6), 제어 회로 (3) 및 제 2 스위치 (7) 에 의해 형성된 어셈블리는 병렬 연결된다.
바람직한 실시형태에서, 제 3 스위치 (9) 는 광검출기 (1) 의 단자 및 제 1 스위치 (6) 의 단자와 함께 제 1 전기적 노드 (A) 를 정의한다. 제 3 스위치 (9) 는 화소의 출력 단자 (8) 및 제 2 스위치 (7) 의 단자와 함께 제 2 전기적 노드 (B) 를 정의한다.
제 3 스위치 (9) 는 제 1 스위치 (6) 의 상태와 반대인 상태에 있도록 구성되고, 그리고 이롭게는 제 2 스위치 (7) 의 상태와 반대인 상태에 있도록 구성된다. 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 반대 상태들은 제 1 동작 모드 동안 전기적 전하들의 손실 없이 2개의 동작 모드들 사이에서 스위칭을 갖는 것을 허용한다. 하지만, 회로의 구성에 의존하여, 2개의 트랜지스터들을 통과 상태에 있게 하는 것도 가능하다.
즉, 제 3 스위치 (9) 가 통과 상태에 있는 경우, 제 1 스위치 (6) 및 제 2 스위치 (7) 는 차단 상태에 있다. 제 3 스위치 (9) 가 차단 상태에 있는 경우, 제 1 스위치 (6) 및 제 2 스위치 (7) 는 통과 상태에 있다.
결과적으로, 제 3 스위치 (9) 가 통과 상태에 있는 경우, 출력 단자 (8) 는 광검출기 (1) 의 제 2 단자에 연결된다. 이 경우, 출력 단자 (8) 는 광검출기 (1) 의 부유 전위에 있으며 이 정보는 분석 회로 (4) 로 전송된다. 광검출기 (1) 는 관측된 장면과 관련된 "전압" 정보를 직접적으로 바로 전달한다. 제 1 스위치 (6) 및 제 2 스위치 (7) 가 통과 상태에 있는 경우, 화소의 나타내고8) 는 제어 회로 (3) 의 출력 단자에 연결된다. 제어 회로 (3) 는 광검출기 (1) 에 의해 공급된 전류를 나타내는 전압을 화소의 출력 단자 (8) 상에 제공한다. 광검출기는 관측된 장면과 관련된 "전류"에서 정보를 출력한다. 이 정보는 제어 회로 (3) 에 의해 "전압" 정보로 변형된다.
광검출기 (1) 에 의해 전달된 전류가 매우 큰 경우, 제어 회로 (3) 는 포화되고 커패시터 (CINT) 의 출력에서의 출력 전압은 더 이상 광검출기 (1) 에 의해 전송된 정보를 나타내지 않는다. 이 시나리오는, 제어 회로 (3) 가 광검출기 (1) 로부터 나오는 과량의 전하들을 제거하는 안티 블루밍 (anti-blooming) 회로를 포함하거나 또는 이에 커플링되는 경우 발생할 수도 있다. 안티 블루밍 회로는, 용량성 부하 (5) 의 단자들에서의 전위차가 문턱값에 도달하는 경우 동작을 시작한다.
또한, 광검출기들 (1) 의 바이어스 조건들이 쉬프트되는 경우 적분된 정보가 더 이상 관측된 장면을 나타내지 않는 것이 가능한데, 예를 들어, 그 이유는 제어 회로 (3) 에 의해 광검출기 (1) 에 인가되는 기준 전압 (VREF) 의 변화를 유도하는 커패시터 (CINT) 의 단자들에 걸친 전위차가 너무 크기 때문이다.
양자의 경우에, 상이한 조명 조건들이 예기된 조명 조건들보다 더 중요하기 때문에 화소가 관측된 장면을 나타내는 정보를 더 이상 제공할 수 없다.
광검출기 (1) 의 조명 조건들과 관련된 정보를 저장하기 위해서, 디바이스는 문턱값 (Vthreshold) 과 관련하여 용량성 부하 (5) 의 단자들에 걸친 바이어스 조건들을 비교하기 위해 구성되는 비교기 (10) 를 포함한다.
측정된 값이 문턱값 (Vthreshold) 미만인지 또는 초과인지에 의존하여, 비교기 (10) 는 그 출력 단자에서 제 1 신호 또는 제 2 신호를 출력한다. 제 1 신호는 제 2 신호와 상이하다.
특정 실시형태에서, 비교기 (10) 는 용량성 부하 (5) 의 단자들에 걸리는 전압, 이 예에서는 적분 커패시터 (CINT) 의 단자들에서의 전압의 측정을 수행한다. 대안의 실시형태에서, 비교기 (10) 는 제어 회로 (3) 의 출력 상에서 전압의 측정을 수행한다. 바람직한 실시형태에서, 용량성 부하 (5) 의 단자는 고정 전위, 예를 들어 접지 또는 검출 디바이스의 다른 특정 전압을 인가하는 회로에 연결된다. 이 경우, 용량성 부하 (5) 의 단자들에서의 측정 조건들은 다른 단자, 즉, 고정 전위에 있지 않은 단자에서 전위를 측정함으로써 이루어질 수 있다. 다른 단자는 제어 회로 (3) 의 출력 단자 또는 제어 회로 (3) 의 다른 단자일 수 있다.
보다 일반적으로, 전압 측정은 용량성 부하 (5) 에 적분된 에너지의 양에 따라, 그래서 용량성 부하 (5) 의 단자들 사이에 존재하는 전위차에 따라, 전위가 변하는 전기적 노드 상에서 수행될 수 있다.
비교기 (10) 는 제어 회로를 연결/분리하기 위해 구성되는 연결 회로 및 스위치 (9) 에 연결된다. 스위치 (9) 의 통과 상태 및 차단 상태, 그리고 연결 회로의 통과 상태 및 차단 상태는 비교기 (10) 에 의해 방출된 신호에 따라, 그래서 비교의 결과에 따라 정의된다.
도 1의 예에서, 비교기 (10) 의 출력 단자는 제 1 스위치 (6), 제 2 스위치 (7) 및 제 3 스위치 (9) 의 제어 단자들에 연결된다.
스위치들 (6, 7 및 9) 은, 용량성 부하 (5) 에 걸리는 전압이 문턱값 (Vthreshold) 에 도달하지 않는 한, 비교기 (10) 가 제 1 신호를 출력하고, 이것이 결과적으로 제 1 스위치 (6) 및 제 2 스위치 (7) 에 대해 통과 상태가 되게 하고 제 3 스위치 (9) 에 대해 차단 상태가 되게 하도록 구성된다. 바이어싱 조건들에 의존하여, 용량성 부하 (5) 에 걸리는 전압이 문턱값 (Vthreshold) 보다 낮거나 또는 높은 경우 제 1 신호가 발생될 수 있다.
용량성 부하 (5) 에 걸리는 전압이 문턱값에 도달하거나 또는 문턱값을 크로스하는 경우, 비교기 (10) 는 제 2 신호를 출력하고, 이것은 결과적으로 제 1 스위치 (6) 및 제 2 스위치 (7) 에 대해 차단 상태가 되게 하고 제 3 스위치 (9) 에 대해 통과 상태가 되게 한다. 스위칭은, 광속이 너무 중요해지는 경우 포토다이오드의 탈분극 및 독출 회로의 포화를 방지한다.
이 방식으로, 용량성 부하 (5) 에서의 적분된 전기 전하들의 양에 따라, 화소는 "전류" 정보 또는 "전압" 정보를 분석 회로 (4) 에 전송한다. 용어 "전류" 또는 "전압" 은 광검출기 (1) 의 동작 모드들에 대응한다.
종래 기술에서는, 블루밍된 화소가 관측된 장면의 상태에 대해 어떠한 정보도 줄 수 없었던 반면, 이 아키텍쳐는 관측된 장면을 나타내는 다른 정보를 제공할 수 있다.
"전압" 정보는 광검출기의 다른 동작 모드로부터 나온다. 이러한 제 2 동작 모드에서, 광검출기는 광기전 전지로서 기능하며, 광검출기 (1) 에 걸친 바이어스는 조명의 조건들에 링크된다. 정보는, 광속과 전기적 신호 사이에 존재하는 변환의 압축을 발생시키는 수신된 광속에 따른 대수형 타입이다. 이 스케일의 압축은 광속의 훨씬 더 큰 스케일에 대해 작용하는 것을 허용한다. 제 2 동작 모드에서는 조명이 중요하기 때문에, 분석 회로가 이 전압 범위에서 최적의 성능을 위해 반드시 구성된 것이 아닌 경우라도, 신호 대 잡음비는 여전히 높다.
제 2 동작 모드에서 주어진 정보를 제 1 동작 모드 동안 전달된 정보의 값들과 비교하는 것이 곤란한 경우라도, 동일한 동작 모드에서 작동하는 2개의 광검출기들에 대해 2개의 조명 조건들을 비교하는 것은 가능하다. 또한, 2개의 상이한 시간들에 대해 2개의 상이한 정보를 제공하는 동일한 광검출기를 동일한 동작 모드에서 비교하는 것도 가능하다.
이 아키텍쳐는, 검출 디바이스를 조명의 조건들에 적응시키기 위해서, 수신된 광속과 출력된 전기 신호 사이의 변환 스케일을 수정하는 것을 용이하게 허용한다. 제 1 동작 모드에서, 광검출기는 관측된 장면을 나타내는 전류, 바람직하게 상세 분석을 허용하는 관측된 장면에 비례하는 전류를 전달한다.
제 2 동작 모드에서, 조명 조건들은 더 강하고, 전류는 너무 커서 관리될 수 없으며, 광검출기 (1) 에 걸리는 전압을 분석함으로써 보다 넓은 조명 범위에 의해 작용하도록 선택된다.
문턱값 (Vthreshold) 이 도달되는 경우, 차단 상태에서의 제 1 스위치 (6) 와 제 2 스위치 (7) 의 스위칭은, "전압" 정보의 값을 왜곡하는 화소 내의 용량성 부하 (5) 를 디스차징하는 것을 방지한다. 문턱값 (Vthreshold) 이 도달되기 이전의 제 3 스위치 (9) 의 차단 상태에 대해서도 마찬가지이다. 이 구성은 광검출기 (1) 에 의해 발생된 일부 전기 전하들의 손실을 방지한다. 이 전기 전하들은 화소의 출구 (8) 로 흐르고 분석 회로 (4) 로 흐를 것이다. 이로써 전기 전하들은 용량성 부하 (5) 에 적분되지 않는다. 스위치들의 동기화는 정보의 최상의 민감도를 획득하는데 유리하지만, 시간 지연은 제 1 동작 모드와 제 2 동작 모드 사이에서 스위칭을 갖는 것을 못하게 한다.
도 2에 도시된 바람직한 실시형태에서, 제어 회로 (3) 는 "직접 주입" 타입이며, 즉, 바이어싱 트랜지스터 (11) 가 용량성 부하 (5) 와 광검출기 (1) 사이에 연결된다. 바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극에 인가되는 바이어싱은 광검출기 (1) 의 단자에 인가되는 기준 전압 (VREF) 의 설정을 허용한다.
바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극은 비교기 (10) 에 커플링되어, 용량성 부하 (5) 에 걸리는 전압이 문턱값에 도달하지 않은 경우 제 1 게이트 전압이 게이트 전극에 인가되도록 하고, 그리고 용량성 부하에 걸리는 전압이 문턱값 (5) 에 도달한 경우 제 2 게이트 전압이 게이트 전극에 인가되도록 한다. 바이어싱 트랜지스터 (11) 에 인가되는 2개의 게이트 전압들은 비교기 (10) 에 의해 발생되는 제 1 신호 및 제 2 신호일 수 있다. 하지만, 제 1 신호와 제 2 신호 간의 차이는 또한 전류 또는 다른 파라미터, 예를 들어 주파수의 차이일 수도 있다. 그때 변환 회로가 비교기 (10) 의 출력과 게이트 전극 사이에 이용될 수 있다.
제 1 게이트 전압이 인가되는 경우, 바이어싱 트랜지스터 (11) 는 통과 상태에 있고, 광검출기 (1) 에 의해 발생된 전하들은 용량성 부하 (5) 에서 정보를 적분하는 제어 회로 (3) 에 전달된다. 제 2 게이트 전압이 인가되는 경우, 바이어싱 트랜지스터 (11) 는 차단 상태에 있다.
바이어싱 트랜지스터 (11) 는 광검출기 (1) 와 용량성 부하 (5) 사이의 전기 전하들의 수송을 방해 또는 허용하기 때문에 제 1 스위치 (6) 에 동화 (assimilate) 될 수 있다. 이 실시형태에서, 제어 회로 (3) 의 바이어싱 트랜지스터 (11) 는 또한 제어 회로 (3) 를 연결/분리시키기 위해 구성된 연결 회로의 일부분이다. 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극에 인가되는 전위가 비교기로부터 직접 또는 간접적으로 유도되는 경우, 제 1 스위치 (6) 가 바이어싱 트랜지스터 (11) 인 것이 이롭다.
특히 매우 컴팩트한 실시형태에서, 광검출기 (1) 의 제 2 단자는 바이어싱 트랜지스터 (11) 의 제 1 단자에 연결되고 제 3 스위치 (9) 의 제 1 단자에 연결되어 전기적 노드 (A) 를 형성하게 한다.
바이어싱 트랜지스터 (11) 의 제 2 단자는 적분 커패시터 (CINT) 의 제 1 단자에 연결된다. 제 2 스위치 (7), 제 3 스위치 (9) 및 화소의 출력 단자 (8) 는 함께 연결되어 제 2 전기적 노드 (B) 를 형성하게 한다.
적분 커패시터 (CINT) 의 제 2 단자는 바이어싱 회로로부터 나오는 고정 전위 (여기서는 접지) 에 연결된다. 비교기 (10) 는 커패시터 (CINT) 의 제 1 단자에 존재하는 전위의 측정을 수행하여, 광검출기 (1) 에 의해 공급되는 전류에 의해서 적분 커패시터 (CINT) 의 차징 동안 그 전위를 모니터링하게 한다.
제 2 전압원 (12) 은 용량성 부하 (5) 를 리셋하기 위한 리셋 전압 (VR) 을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 제 2 전압원 (12) 은 제 4 스위치 (13) 를 통해 적분 커패시터 (CINT) 의 제 1 단자에 연결된다. 제 4 스위치 (13) 가 통과 상태에 있는 경우, 적분 커패시터는 리셋된다. 용량성 부하의 리셋은 또한 다른 회로들에 의해 달성될 수 있다.
비교기 (10) 는 검출 디바이스의 다양한 엘리먼트들에 연결되기 때문에, 각각이 상이한 전압 범위들의 제 1 신호 및 제 2 신호를 전달하는 수개의 출력 단자들을 제공하는 것이 이롭다. 예를 들어, 바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극에 인가되는 전압 (VPOL) 은 제 2 및/또는 제 3 스위치들에 인가된 전압과 상이할 수도 있다.
비교기 (10) 는 제 1 신호 및 제 2 신호를 제공하는 출력을 포함할 수도 있다. 이 출력은 전압 레벨들을 변경하기 위한 회로에 커플링되는 바이패스 회로에 연결될 수 있다. 이 방식으로, 비교기 (10) 에 의해 발생된 신호가 복수의 신호들로, 바람직하게는 동일한 위상을 갖는 복수의 신호들로 변환된다. 이때 다양한 신호들은 상이한 전압 범위들일 수 있다.
대안의 실시형태에서, 바이패스 회로가 비교기 (10) 내부에 통합되고 전압 레벨들을 변경하기 위한 회로도 또한 비교기에 통합될 수 있다.
예를 들어, 도 3은 비교기 (10) 의 특정 실시형태를 도시한다. 비교기 (10) 는 직렬로 연결된 제 1 트랜지스터 (T1) 및 제 2 트랜지스터 (T2) 를 포함한다. 2개의 트랜지스터들은 문턱 전압 (Vthreshold) 과 접지 또는 전력 공급 전압 (Vdd) 인 회로의 고정 전압 사이에 직렬로 연결된다. 2개의 트랜지스터들 (T1 및 T2) 은 반대 타입이다. 도 3의 특정 예에서, 2개의 트랜지스터들 (T1 및 T2) 은 접지와 문턱값 (Vthreshold) 사이에 연결된다. 트랜지스터 (T1) 는 PMOS 타입이고 문턱 전압 (Vthreshold) 에 연결된다. 트랜지스터 (T2) 는 접지에 연결되고 NMOS 타입이다. 문턱 전압은 추가 전압원 (미도시) 에 의해 인가된다.
비교기 (10) 에 의해 측정되는 전압은 문턱 전압 (Vthreshold) 을 공급하는 추가 전압원에 연결된 트랜지스터의 게이트 전극에 인가된다. 다른 게이트 전극은 용량성 부하 (5) 를 리셋하기 위한 리셋 신호 (
) 를 수신한다.
트랜지스터들 (T1 및 T2) 의 공통 단자는 문턱값 (Vthreshold) 과 관련한 용량성 부하 (5) 의 단자들에서의 전압의 비교를 나타내는 신호 (VCTRL) 를 제공한다. 도시된 예에서, 전압 (VCINT) 이 문턱값 (Vthreshold) 을 초과할 때 (마이너스 트랜지스터 (T1) 의 문턱 전압), 신호 (VCTRL) 는 접지와 동일하다. 일단 전압 (VCINT) 이 전압 (Vthreshold) 과 동일하면, 신호 (VCTRL) 는 문턱값 (Vthreshold) 과 동일하다. 전압 (VCTRL) 은 제 1 신호 및 제 2 신호를 나타내는 2개의 개별 상태들을 제시한다.
반대 동작은 접지를 전압 (Vdd) 으로 대체하고 NMOS 트랜지스터들을 PMOS 트랜지스터들로 대체함으로써, 그리고 그 반대로 함으로써 달성될 수도 있다.
신호 (VCTRL) 는 다른 2개의 트랜지스터들, 트랜지스터들 (T3 및 T4) 의 게이트 전극들에 연결된다. 제 3 트랜지스터 (T3) 및 제 4 트랜지스터 (T4) 는 직렬로 연결된다. 제 3 트랜지스터는 제 4 트랜지스터의 타입과 반대 타입이다. 도시된 예에서, 트랜지스터들 (T3 및 T4) 은 바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극의 제 1 바이어싱 전압과 제 2 바이어싱 전압 사이에서 직렬로 연결된다. 도 3에 도시된 예에서, 제 1 바이어싱 전압은 전압 (VGPOL) 이고 제 2 바이어싱 전압은 접지이다. 트랜지스터들 (T3 및 T4) 의 공통 단자는 여기서 NMOS 타입인 바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극에 연결된다.
트랜지스터들 (T3 및 T4) 은 제 1 신호 및 제 2 신호와 연관된 전압 레벨들을 쉬프트시키기 위해 구성되는 쉬프트 회로를 형성한다.
이 방식으로, 문턱 전압 (Vthreshold) 과 적분 커패시터 (CINT) 의 단자들 간의 전압 사이의 비교의 결과에 따라, 제 1 또는 제 2 바이어스 전압이 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극에 인가된다.
트랜지스터들 (T3 및 T4) 의 공통 단자는 바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극에 인가되는 신호 (VPOL) 를 공급한다. 이 방식으로, 비교기 (10) 가 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극의 바이어싱 조건들과 양립가능한 신호를 전달할 수 있는, 컴팩트한 구성을 용이하게 획득하는 것이 가능하다. 이 회로는 신호 (VCTRL) 와 바이어싱 트랜지스터 (11) 에 인가되는 전압 사이의 전압 범위를 변화시키는 것을 허용한다.
스위치들 (7 및 9) 을 스위칭하기 위해서 유사한 적분이 수행될 수도 있다. 이러한 구성은 제 2 그룹의 트랜지스터들 (T3 및 T4) 을 복제하고, 이들에 신호 (VCTRL) 를 인가하며, 그리고 공급 조건들을 변경함으로써 달성될 수 있다. 전압 레벨들을 쉬프트시키기 위한 제 2 회로가, 예를 들어 전압 (Vdd) 과 접지 사이에 이루어진다. 전압 레벨들을 쉬프트시키기 위한 이 제 2 회로의 출력은 스위치들 (7 및 9) 의 게이트 전극에 전송된다.
대안의 실시형태에서, 병렬 연결되는 2개의 트랜지스터들에 의해 스위치 (7) 및/또는 스위치 (9) 를 형성하는 것이 이롭다. 2개의 트랜지스터들은 반대 타입들이다. 이로써, NMOS 트랜지스터가 소정의 신호를 수신하고 PMOS 트랜지스터가 상보 신호 또는 반대 신호를 수신한다.
트랜지스터들 (7 및 9) 의 스위칭이 동시인 경우, 스위치 (7) 의 NMOS 트랜지스터 및 스위치 (9) 의 PMOS 트랜지스터에 동일한 신호를 인가하는 것이 이롭다. 상보 신호가 이후 스위치 (9) 의 NMOS 트랜지스터 및 스위치 (7) 의 PMOS 트랜지스터에 인가된다.
도 4(a) 내지 도 4(f)는 검출 디바이스의 특징적 엘리먼트들의 상이한 크로노그램들을 나타낸다. 도 4(a)는 용량성 부하를 리셋하기 위한 리셋 신호 (
) 를 나타내고, 이것은 적분 기간 및 회로의 리프레시 기간의 정의를 허용한다. 시간 t0 에서, 신호 (
) 는 제 4 스위치 (13) 를 통과 상태 또는 적분 커패시터를 리셋하기 위한 다른 회로로 스위칭한다. 리셋은 시간 t0 와 시간 t1 사이에서 발생한다. 관측된 장면의 적분은 시간 t1 과 시간 t3 사이에서 발생한다. 시간 t3 에서, 새로운 적분 사이클이 용량성 부하 (5) 의 리셋 위상과 함께 시작된다.
도 4(b)는 곡선 A 및 곡선 B 로 도시된 상이한 2개의 조명 조건들에서의 용량성 부하 (5) 의 단자들에 걸리는 전압을 나타낸다. 도 4(c)는 양 조명 조건들에 대한 비교기 (10) 의 출력 상에 발생된 전압 (VCTRL) 을 나타낸다. 도 4(d)는 바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트 전압에 인가된 전압을 나타낸다. 도 4(f)는 광검출기의 제 2 단자의 전위의 값 (VPV) 의 전개를 나타낸다. 도 4(g)는 출력 단자 (8) 의 전위값 (V8) 의 전개를 나타낸다.
도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 곡선 A (실선) 는 용량성 부하에 걸리는 전압이 적분 기간 t3 의 말미에서 문턱 전압 (Vthreshold) 에 도달하지 않는 제 1 조명 조건에 대응한다. 곡선 A의 경우, 전압 (VCINT) 은 항상 시간 t1 과 시간 t3 사이의 전압 (Vthreshold - VT) 을 초과한다. 조명은 일정한 것으로 간주되어, 적분 커패시터 (CINT) 에 걸리는 일정한 전압 전개를 유도한다.
시간 t3 에서, 여기서는 (추가 전압원에 의해 주입된 문턱 전압) - (트랜지스터 (13) 의 문턱 전압 (VT)) (도 4(b)) 인, 용량성 부하에 걸리는 전압이 여전히 문턱값을 초과하기 때문에, 비교기 (10) 는 그 상태 및 제 1 신호, 여기서는 도 4(c)에 나타낸 바와 같이 (시간 t1 과 시간 t3 사이의) 모든 적분 기간 동안 비교기 (10) 에 의해 발생된 전압 (VSS) 을 변화시키지 않는다. 바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트에 인가된 전압 (VPOL) 은 도 4(d)에 도시된 바와 같이 모든 적분 기간 동안 일정하며 전압 (VGPOL) 과 동일하다.
광검출기 (1) 의 제 2 단자 상의 전압 (VPV) 은 VGPOL-VT , 즉, (바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극에 인가된 전압) - (바이어싱 트랜지스터 (11) 의 문턱 전압) 과 동일하다 (도 4(e)).
도시된 예에서, 텐션들 (VCTRL, VPOL 및 VPV) 은 시간 t0 와 시간 t3 사이에서 일정하다.
화소에 의해 전송된 정보는 출력 단자 (8) 상의 전압에 상응하는데, 여기서 이 전압은 (커패시터 (CINT) 의 단자에 인가된 고정 전압 (VR)) - (용량성 부하의 전기 용량값) 에 의해 제산된 (적분 기간에 걸친 적분 전류의 적분 (여기서는 I * (t3-t1))) (도 4(f)), 즉 VR - I * (t3-t1) / CINT 에 상응한다. 전압의 값 (V8) 은 광검출기에 의해 전달된 전류에 따라 시간 t1 으로부터 전개된다.
광검출기에 의해 발생된 전류가 더 큰 경우 (도 4(b) - 도 4(f) 의 곡선, 점선), 용량성 부하에 걸리는 전압은 도 4(b)에서 볼 수 있는 바와 같이 문턱값에 도달한다. 시간 t2 에서, 용량성 부하에 걸리는 전압이 문턱값에 도달한다. 시간 t1 과 시간 t2 사이에, 디바이스의 동작은 곡선 A에 대해 이미 설명한 동작과 동일하다.
시간 t1 과 시간 t2 사이에, 비교기 (10) 는 그 출력 단자로부터 제 1 신호를 전송한다. 시간 t2 에서 시간 t3 까지, 비교기 (10) 는 이제 제 2 신호, 여기서는 신호 (Vthreshold) 를 전송한다 (도 4(c)).
따라서, 제 1 바이어싱 전압, 전압 (VGPOL) 이 시간 t0 와 시간 t2 사이에 바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극에 인가된다. 제 2 바이어싱 전압 (여기서는 VSS) 이 시간 t2 에서 시간 t3 까지 인가된다 (도 4(d)). 바이어싱 트랜지스터 (11) 는 시간 t2 로부터 차단이 된다.
시간 t1 과 시간 t2 사이에서, 광검출기의 제 2 단자에 인가된 전압은 곡선 A의 경우 VGPOL-VT 와 동일하다. 시간 t2 에서 시간 t3 까지, 광검출기의 제 2 단자에서의 전압은 (제 1 전극에 인가된 전압) - (광검출기의 조명 조건들에 링크되는 개방 회로 전압 VCO) 과 동일하다. 도시된 예에서, 제 1 조명 조건은 시간 t2 와 시간 t2' 사이에 적용된다. 제 2 조명 조건은 시간 t2' 와 시간 t3 사이에 적용된다. 조명 조건들이 변하는 경우, 광검출기의 제 2 전극 상의 전압에서 변화가 있다 (도 4(e)). 광검출기의 조명을 증가시키는 것은 제 1 단자에 인가된 전압에 대한 갭을 증가시킬 것이다.
시간 t2 까지의 적분 기간의 시작으로부터, 출력 단자 (8) 상의 전압은 곡선 A의 경우에서와 같이 적분된 전류에 상응한다. 시간 t2 로부터, 광검출기의 바이어싱 조건들은 변하고 출력 전압 (V8) 은 광검출기의 제 2 단자에서의 전압에 상응한다. 즉, 조명 조건들이 시간 t2 이후 변하는 경우, 출력 전압 (V8) 에서 변화가 있다.
Claims (10)
- 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스로서,
- 2개의 단자들이 제공된 광검출기 (1),
- 상기 광검출기 (1) 에 의해 발생된 전류를 부하 (5) 에 의해 제 1 전기적 변수로 변환하기 위해 구성된 제어 회로 (3),
- 상기 광검출기 (1) 및 상기 제어 회로 (3) 를 포함하고, 분석 회로 (4) 에 연결되도록 설계된 출력 단자 (8) 가 제공되는 화소를 포함하고,
- 제 1 동작 조건에서 상기 광검출기 (1) 의 단자들에 걸쳐 제 1 전위차를 인가하도록 구성되고, 상기 광검출기의 단자들 중 하나가 제 2 동작 조건에서 부유 전위에 있도록 구성된, 상기 광검출기 (1) 의 바이어싱 회로 (2, 3, 6, 7),
- 상기 광검출기 (1) 가 제 1 동작 모드인 경우 상기 제어 회로 (3) 를 상기 화소의 상기 출력 단자 (8) 와 그리고 상기 광검출기 (1) 와 연결 (connect) 하기 위해 구성되고, 상기 광검출기 (1) 가 제 2 동작 모드인 경우 상기 제어 회로 (3) 를 분리 (disconnect) 하기 위해 구성된 연결 회로,
- 상기 광검출기 (1) 를 상기 화소의 상기 출력 단자 (8) 에 연결하고, 상기 광검출기 (1) 가 상기 제 1 동작 모드인 경우 차단 상태에 있도록 구성되고 상기 광검출기 (1) 가 상기 제 2 동작 모드인 경우 통과 상태에 있도록 구성되는 스위치 (9),
- 상기 부하 (5) 에 걸리는 전압을 문턱값과 관련하여 비교하기 위해서 구성되고, 상기 비교에 따라 제 1 신호 또는 제 2 신호를 전달하도록 구성되며, 그리고 상기 연결 회로 및 상기 스위치 (9) 에 연결되는 비교기 (10) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 비교기 (10) 는, 상기 부하 (5) 의 단자들에 걸리는 전압이 문턱값 (Vthreshold) 에 도달하지 않는 한 상기 제어 회로 (3) 가 상기 광검출기 및 상기 화소의 상기 출력 단자 (8) 에 연결되도록 구성되고, 상기 부하 (5) 의 단자들에 걸리는 전압이 문턱값에 도달하는 경우 상기 광검출기 (1) 가 상기 화소의 상기 출력 단자 (8) 에 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 연결 회로 (6, 7) 는 상기 광검출기 (1) 와 상기 제어 회로 (3) 사이에 연결되는 제 1 스위치 (6) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어 회로 (3) 는 상기 광검출기 (1) 에 연결되는 제 1 단자 및 상기 부하 (5) 에 연결하는 제 2 단자를 갖는 바이어싱 트랜지스터 (11) 를 구비하는 직접 주입 (direct injection) 회로이고,
상기 바이어싱 트랜지스터 (11) 는 상기 연결 회로의 일부분을 형성하고,
상기 바이어싱 트랜지스터 (11) 의 게이트 전극은 상기 비교기 (10) 에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 연결 회로는 상기 제어 회로 (3) 와 상기 화소의 상기 출력 단자 (8) 사이에 연결되는 제 2 스위치 (7) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스. - 제 3 항에 있어서,
상기 연결 회로는 상기 제어 회로 (3) 와 상기 화소의 상기 출력 단자 (8) 사이에 연결되는 제 2 스위치 (7) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 부하 (5) 는 적분 커패시터 (CINT) 의 제 1 단자 상에 고정 전위를 인가하기 위해 구성된 회로에 연결되는 제 1 단자를 갖는 상기 적분 커패시터 (CINT) 를 포함하는 용량성 부하인 것을 특징으로 하고,
상기 비교기 (10) 는 상기 적분 커패시터 (CINT) 의 제 2 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스. - 제 4 항에 있어서,
상기 부하 (5) 는 용량성 부하이고, 적분 커패시터 (CINT) 의 제 1 단자에 고정 전위를 인가하기 위해 구성된 회로에 연결되는 제 1 단자를 갖는 상기 적분 커패시터 (CINT) 를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 비교기 (10) 는 상기 적분 커패시터 (CINT) 의 제 2 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스. - 제 6 항에 있어서,
상기 부하 (5) 는 용량성 부하이고, 적분 커패시터 (CINT) 의 제 1 단자에 고정 전위를 인가하기 위해 구성된 회로에 연결되는 제 1 단자를 갖는 상기 적분 커패시터 (CINT) 를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 비교기 (10) 는 상기 적분 커패시터 (CINT) 의 제 2 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 비교기 (10) 는 상기 분석 회로 (4) 에 연결되고, 상기 광검출기 (1) 의 동작 모드에 대해서 상기 분석 회로 (4) 에 알리기 위해서 구성되는 출력 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사선을 검출하기 위한 디바이스.
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