TWI705709B - 具有比例電容器的焦平面陣列 - Google Patents

具有比例電容器的焦平面陣列 Download PDF

Info

Publication number
TWI705709B
TWI705709B TW108118210A TW108118210A TWI705709B TW I705709 B TWI705709 B TW I705709B TW 108118210 A TW108118210 A TW 108118210A TW 108118210 A TW108118210 A TW 108118210A TW I705709 B TWI705709 B TW I705709B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
signal
time
amount
background
capacitor
Prior art date
Application number
TW108118210A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202008771A (zh
Inventor
濟赫 李
安傑莉卡 科諾涅可
克里斯欽 伯姆勒
Original Assignee
美商雷森公司
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商雷森公司 filed Critical 美商雷森公司
Publication of TW202008771A publication Critical patent/TW202008771A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI705709B publication Critical patent/TWI705709B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J1/46—Electric circuits using a capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/67—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
    • H04N25/671—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4406—Plural ranges in circuit, e.g. switchable ranges; Adjusting sensitivity selecting gain values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/446—Photodiode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

用於具有背景模組的雙模式焦平面陣列的方法和設備，其包括第一電容器，用以將第一信號整合一段第一時間量，其中該第一信號包含背景信號；以及包含信號模組，其包括第二電容器，用以將第二信號整合一段第二時間量，其中該第二信號包含相關信號和該背景信號，其中該第一及第二電容器具有在第一比例上的阻抗，且其中該第一時間量和該第二時間量界定對應於該第一比例的第二比例。

Description

具有比例電容器的焦平面陣列
本發明係有關於具有比例電容器的焦平面陣列。
如本領域已知的，焦平面陣列為一種影像感測裝置，其典型地在影像感測裝置之透鏡的焦平面處典型地具有像素之陣列。已在各種不同應用上使用焦平面陣列，包括感測器、紅外線天文學(infrared astronomy)、製造檢測、用於消防的熱影像、醫療成像以及紅外線現象學(infrared phenomenology)。
焦平面陣列包括用以將在陣列接收的光信號轉換成電信號的電路。然而，具有不同強度或其它性質的光信號可能是難以處理的。故，焦平面陣列典型地包括具有複雜設計的多個電路，用以適當地接收及處理各種不同強度的光信號。 發明說明
依據於此說明的概念、系統、方法及技術，提供了具有讀出積體電路(IC)的雙模式焦平面陣列。讀出IC係組構以反應於偵測電流之準位而在直接注入(DI; direct injection)模式與緩衝直接注入(BDI; buffered direction injection)模式之間變遷(transition)。因此，於此說明的IC在共享架構內提供DI模式和BDI模式兩者的可操作性。
例如，如於此所描述的DI和BDI電路能提供在分別電路內由積體電容器決定的大的全井(full well)。DI電路可以被組構以接收及處理較強的光信號(例如，紅外線(IR)信號、雷射脈衝等)。BDI電路可以提供較低輸入阻抗(impedance)、較快的反應時間以及可以被組構以接收及處理較弱的光信號。因此，於此描述的IC可以至少部分基於在分別的陣列接收的信號之信質而在DI模式與BDI模式之間變遷。
操作的模式(例如，DI或BDI)可以反應於由使用者產生的控制信號來設定。在一些實施例中，IC可以使用由使用者產生的控制信號而在DI模式和BDI模式之間變遷。控制信號可以反應於偵測電流之準位來產生，而偵測電流可以反應於在焦平面陣列接收的IR信號來產生。讀出IC可以在用於較強的雷射脈衝的DI模式中操作造成高的偵測電流(例如，大於電流臨限的偵測電流)，並且讀出IC可以在用於較弱的雷射脈衝的BDI模式中操作造成低的偵測電流(例如，小於或等於電流臨限的偵測電流)。
在DI模式中，在讀出IC中的放大器能作為對於敏感共DI偏壓的屏蔽，用以緩和或防止電串擾(electrical crosstalk)。例如，在DI模式中，偵測器偏壓控制信號(vUcDet)可以耦接至輸入裝置之閘極端並且在分別的陣列中與各個單位胞元共用。此可對於雷射點追蹤器(laser spot tracker)類型應用引起串擾問題，因為輸入裝置之汲極電壓可以反應於接收的雷射脈衝迅速增加，並且透過輸入裝置之閘極汲極電容器(Cgd)耦接至偵測器偏壓控制信號(vUcDet)。因此，如於此所描述的DI電路包括操作放大器，其組構以操作為單位增益緩衝器(unity gain buffer)，以為了作為對於偵測器偏壓控制信號(vUcDet)的屏蔽，用以防止串擾。
在實施例中，具有讀出IC的雙模式焦平面陣列能被使用於各種不同的應用，包括(但不限於)雷射追蹤器系統，其可以被組構以在非常快速框率上輸出雷射點位置(例如，每秒數萬個框)。例如，雙模式焦平面陣列能包括複數個像素並且組構以在陣列接收的一或多個IR信號之性質且產生對應該些性質的電信號(例如，電荷、電壓或與在該陣列之各個像素偵測的光子之數目有關的電阻)。能測量、數位化且接著另外處理電信號以構建物、場景或對應在該陣列處接收的IR信號的現象之影像。
於此描述的系統及方法可獨立地或與其它特徵結合而包括下列特徵之一或多者。
在第一態樣中，提供積體電路(IC)，包含操作放大器，其具有第一輸入和第二輸入的，其中該第二輸入耦接至回授信號路徑，以及包含切換網路，其具有第一開關和第二開關。該第一開關係耦接於該操作放大器之輸出與該回授信號路徑之間，並且該第二開關係耦接於偵測信號路徑與該回授信號路徑之間。該切換網路係組構以反應於在該偵測信號路徑上產生的偵測電流之準位而將該積體電路切換於第一模式和第二模式之間。該IC更包含輸入裝置，其具有耦接至該操作放大器之輸出的第一端、耦接至用以接收該偵測電流的該偵測信號路徑的第二端以及第三端。
該輸入裝置之第二端可以透過該第二開關耦接至該操作放大器之第二輸入。該第一模式包含直接注入(DI)模式，並且該第二模式包含緩衝直接注入(BDI)模式。在DI模式期間，該第一開關可以閉合(closed)且該第二開關可以開路(open)，使得該操作放大器之輸出耦接至該操作放大器之第二輸入，而在BDI模式期間，該第一開關可以開路且該第二開關可以閉合，使得該輸入裝置之第二端耦接至該操作放大器之第二輸入。
例如反應於由使用者產生的控制信號，該切換網路在當該偵測電流之準位大於電流臨限時，可以將該積體電路變遷至該第一模式，並且在當該偵測電流之準位小於或等於該電流臨限時，將該積體電路變遷至該第二模式。
該操作放大器之第一輸入係組構以接收偵測偏壓電壓信號(vUcDet)。
在一些實施例中，該IC包含取樣與保持模組，其具有取樣與保持開關和電容器。該取樣與保持開關具有耦接至該輸入裝置之第三端的第一端以及耦接至該電容器之第一端的第二端，並且該電容器具有耦接至參考電位的第二端。可以設置重置開關，其具有耦接至該輸入裝置之第三端的第一端和耦接至參考電位的第二端。
該IC可以包含讀出積體電路，其組構以從焦平面陣列接收信號。
在一些實施例中，該IC包含源極隨耦器(source follower)和橫列(row)選擇開關。該源極隨耦器可以包括耦接至該輸入裝置之第三端的第一端、耦接至參考電壓的第二端以及耦接至該橫列選擇開關之第一端的第三端。該橫列選擇開關可以具有耦接至焦平面陣列的第二端，並且該橫列選擇開關可以組構以選擇性地從該焦平面陣列之複數個橫列其中一者讀取資料。
光二極體(photodiode)可以耦接至該輸入裝置之第二端。該光二極體可以組構以偵測紅外線信號且回應該紅外線信號產生該偵測器電流。
在另一態樣中，提供了用於將積體電路在第一模式和第二模式之間變遷的方法。該方法包括：反應於紅外線信號在該積體電路之偵測信號路徑上產生偵測電流。該積體電路包括具有第一輸入和第二輸入的操作放大器，該第二輸入耦接至回授信號路徑，切換網路具有第一開關和第二開關，該第一開關耦接於該操作放大器之輸出和該回授信號路徑之間，且該第二開關耦接於該偵測信號路徑和該回授信號路徑之間，並且輸入裝置具有耦接至該操作放大器之輸出的第一端、耦接至用以接收該偵測電流之該偵測信號路徑的第二端以及第三端。
該方法更包含：反應於該偵測電流之準位產生用於該切換網路的控制信號，並且反應於該控制信號將該積體電路變遷於該第一模式與該第二模式之間。在一些實施例中，該控制信號可以由使用者產生。
該第一模式可以包含直接注入(DI)模式，並且該第二模式可以包含緩衝直接注入(BDI)模式。在DI模式期間，該方法包括：將該第一開關閉合且將該第二開關開路，使得該操作放大器之輸出耦接至該操作放大器之第二輸入。在BDI模式期間，該方法包括：將該第一開關開路且將該第二開關閉合，使得輸入裝置之第二端耦接至該操作放大器之第二輸入。
該積體電路在當該偵測電流之準位大於電流臨限時，可以被變遷至該第一模式，並且在當該偵測電流之準位小於或等於該電流臨限時，將該積體電路變遷至該第二模式。
該操作放大器可以包括一操作放大器，並且該操作放大器之第一輸入可以組構以接收偵測偏壓電壓信號。可以設置取樣與保持模組，其具有取樣與保持開關和電容器。該取樣與保持開關可以具有耦接至該輸入裝置之第三端的第一端以及耦接至該電容器之第一端的第二端，並且該電容器可以具有耦接至參考電位的第二端。
可以設置重置開關，其具有耦接至該輸入裝置之第三端的第一端和耦接至參考電位的第二端。
該IC可以包含讀出積體電路，其組構以從焦平面陣列接收信號。該IC包括源極隨耦器和橫列選擇開關。該源極隨耦器可以包括耦接至該輸入裝置之第三端的第一端、耦接至參考電壓的第二端以及耦接至該橫列選擇開關之第一端的第三端。該橫列選擇開關可以具有耦接至焦平面陣列的第二端，並且該橫列選擇開關可以組構以選擇性地從該焦平面陣列之複數個橫列其中一者讀取資料。
在另一態樣中，系統包含：背景模組，其包括第一電容器，用以將第一信號整合一段第一時間量，其中該第一信號包含背景信號；以及包含信號模組，其包括第二電容器，用以將第二信號整合一段第二時間量，其中該第二信號包含相關信號和該背景信號，其中該第一及第二電容器具有在第一比例上的阻抗，且其中該第一時間量和該第二時間量界定對應於該第一比例的第二比例。
系統可以另外包括下列特徵之一或多者：用以從該第二信號減去該第一信號以獲得對應於雷射點追蹤信號的信號的控制器模組，該控制器模組係組構以控制該第一及第二時間量來校準(calibrate)該第一和第二電容器之間的不匹配，用於產生該第一及第二信號的偵測器，該偵測器包含光二極體，Csig/Tint_sig=Cbgr/Tint_bgr，其中Cbgr對應至該第一電容器，Csig對應至該第二電容器，Tint_bgr對應至該第一時間量，Tint_sig對應至該第二時間量，差動地(differentially)取樣及讀出在該第一及第二電容器上的電壓，該第一及第二信號包含DC電流信號，若沒信號誤差出現，則產生自從該第二信號減去該第一信號用以獲得對應至雷射點追蹤信號之輸出信號的信號具有零的斜率，及/或該輸出信號包含部分的焦平面陣列。
在另外的態樣中，方法包含：使用第一電容器將第一信號整合一段第一時間量，其中該第一信號包含背景信號；以及使用第二電容器將第二信號整合一段第二時間量，其中該第二信號包含相關信號和該背景信號，其中該第一及第二電容器具有在第一比例上的阻抗值，且其中該第一時間量和該第二時間量界定對應於該第一比例的第二比例。
方法可以另外包括下列特徵之一或多者：從該第二信號減去該第一信號以獲得對應於雷射點追蹤信號的信號，該控制器模組係組構以控制該第一及第二時間量來校準(calibrate)該第一和第二電容器之間的不匹配，運用用於產生該第一及第二信號的偵測器，該偵測器包含光二極體，Csig/Tint_sig=Cbgr/Tint_bgr，其中Cbgr對應至該第一電容器，Csig對應至該第二電容器，Tint_bgr對應至該第一時間量，Tint_sig對應至該第二時間量，差動地(differentially)取樣及讀出在該第一及第二電容器上的電壓，該第一及第二信號包含DC電流信號，若沒信號誤差出現，則產生自從該第二信號減去該第一信號用以獲得對應至雷射點追蹤信號之輸出信號的信號具有零的斜率，及/或該輸出信號包含部分的焦平面陣列。
在另一態樣中，系統包含：第一信號整合機構，用於將第一信號整合一段第一時間量，其中該第一信號包含背景信號；以及包含第二信號整合機構，用於將第二信號整合一段第二時間量，其中該第二信號包含相關信號和該背景信號，其中該第一及第二電容器具有在第一比例上的阻抗值，且其中該第一時間量和該第二時間量界定對應於該第一比例的第二比例。
應了解的是，可結合於此所描述不同實施例的元件以形成上面未具體提出的其它實施例。亦可分開地或適當地結合來設置在單一實施例之上下文中描述的各種元件。於此未具體描述的其它實施例亦在下面申請專利範圍的範圍內。
本揭露之一或多個實施例的細節係在下面附隨的圖式以及發明說明中提出。本揭露之其它特徵、客體及益處從發明說明及圖式以及從申請專利範圍將會是明白的。
及
於此提供雙模式讀出積體電路(IC)，其係反應於由使用者產生的控制信號而可切換於第一模式(例如，直接注入模式)與第二模式(例如，緩衝直接注入)。在一些實施例中，使用者可以部分基於偵測電流之準位產生控制信號。IC包括配置於操作放大器與輸入裝置之間的切換網路，用以反應於控制信號而將IC切換於第一及第二模式之間。控制信號可以包括指令，用以開路或閉合切換網路之一或多個開關，因而將IC變遷於不同模式之間。於此所描述的IC可以組構以藉由切換於不同模式之間同時利用相同電路(例如，共同放大器、電晶體等)來處置高偵測電流和低偵測電流。
現請參照圖1，雙模式讀出IC 100包括操作放大器102，其具有第一輸入102a，組構以接收偵測偏壓信號(vUcDet)，以及包括第二輸入102b，組構以接收回授信號。在實施例中，用於DI模式的偵測偏壓電壓信號可以被設置在比用於BDI模式還低的臨限電壓準位上，用以提供與在BDI模式中相同的偵測器偏壓電壓(例如，在圖1之偵測節點112與輸入裝置108之間的偵測信號路徑107上的節點處的電壓)。舉例而言，在BDI模式中，偵測偏壓電壓信號(vUcDet)可以約等於在圖1之偵測節點112與輸入裝置108之間的偵測信號路徑107處的電壓。因此，偵測偏壓電壓信號可以約等於在偵測節點112處的電壓減在偵測信號路徑107處的電壓(例如，vUcDet=vDetCom–Vbias)。在DI模式中，偵測器偏壓電壓信號可以約等於在控制信號路徑103上的電壓。在偵測信號路徑107上的電壓可以約等於在控制信號路徑103上的電壓加臨限電壓(例如，v(107)=v(103)+Vth)。因此，在DI模式中，偵測偏壓電壓信號可以約等於在偵測信號路徑107上的電壓減偏壓電壓減臨限電壓(例如，vUcDet=vDetCom-Vbias-Vth)。下面將更詳細地描述迴授信號。
操作放大器102之輸出102c透過控制信號路徑103耦接至切換網路101。
切換網路101包括第一開關104和第二開關106。在實施例中，第一及第二開關104、106可被設置為多極(multipole)開關(於此為二極開關)。第一開關104具有第一端104a，其耦接至操作放大器102之輸出102c且耦接至在控制信號路徑103上的輸入裝置108(例如，電晶體)之第一端108a(例如，閘極端)。第一開關104之第二端104b係耦接至操作放大器102之第二輸入102b且耦接至在迴授信號路徑105上的第二開關106之第一端106a。
第二開關106之第二端106b係耦接至光二極體110之第二端110b且耦接至在偵測信號路徑107上的輸入裝置108之第二端108b(例如，源極端)。光二極體110之第一端110a係耦接以接收在偵測節點112處的紅外線(IR; infrared)信號。
輸入裝置108之第三端108c(例如，汲極端)係耦接至重置開關114之第一端114a以及取樣與保持模組115。取樣與保持模組115包括取樣與保持開關116和電容器118。重置開關114之第一端114a係耦接至取樣與保持開關116之第一端116a。重置開關114之第二端114b係耦接至參考電位128(例如，接地參考電位)。
取樣與保持開關116之第二端116b係耦接至電容器118之第一端118a以及源極隨耦器120(例如，電晶體)之第一端120a(例如，閘極端)。電容器118之第二端118b係耦接至參考電位128(例如，接地參考電位)。
源極隨耦器120之第二端120b(例如，汲極端)係耦接至類比電源供應126。源極隨耦器120之第三端120c(例如，源極端)係耦接至橫列選擇開關122之第一端122a。橫列選擇開關122之第二端122b係耦接至單位胞元陣列124。在實施例中，第二端122b係組構以選擇性地耦接至單位胞元陣列124之複數個橫列其中一者，用以讀取在單位胞元陣列124之特定橫列處收集的資料。在一些實施例中，單位胞元陣列可以被設置為焦平面陣列。
輸入裝置108及/或源極隨耦器120可包括像是電晶體。在一些實施例中，輸入裝置108及/或源極隨耦器120可包括單位增益放大器(unit gain amplifier)或共汲放大器(common-drain amplifier)(亦稱為源極隨耦器電路)。
如在圖1中所例示的，IC 100可以組構以使用共同架構及電路部件在DI和BDI模式兩者中操作。例如，IC 100包括單一操作放大器102，用以對於DI模式和BDI模式兩者進行操作。另外，電路部件，像是輸入裝置108、光二極體110、重置開關114、取樣與保持模組115、源極隨耦器120及橫列選擇開關122可以被使用於DI模式和BDI模式兩者。
在操作中，切換網路101可以組構以反應於控制信號而將IC 100切換於第一模式與第二模式之間或於第二模式與第一模式之間。可以反應於偵測電流之準位而由使用者產生控制信號。例如，光二極體110可以偵測IR信號且產生偵測電流(例如，光二極體110之輸出可以為偵測電流)。偵測電流可以與電流臨限比較，用以決定IC 100是否應操作在DI模式或是BDI模式中。
在一些實施例中，當偵測電流大於電流臨限時，控制信號可以由使用者產生以選擇第一模式(例如，DI模式)，並且當偵測電流小於或等於電流臨限時，控制信號可以由使用者產生以選擇第二模式(例如，BDI模式)。為了將IC 100在模式之間變遷，可以提供控制信號給切換網路101。
舉例而言，反應於偵測電流大於電流臨限，可以產生具有指令的控制信號，用以閉合第一開關104且開路第二開關106。在這類實施例中，可以將IC 100變遷至第一模式並且操作放大器102之輸出102c係耦接至操作放大器102之第二輸入102b而提供給操作放大器102之第二輸入102b的迴授信號可以跟隨操作放大器102之輸出102c。
反應於偵測電流小於或等於電流臨限，可以產生具有指令的控制信號，用以開路第一開關104且閉合第二開關106。在這類實施例中，光二極體110之第二端110b係耦接至操作放大器102之第二輸入並且提供給操作放大器102之第二輸入102b的迴授信號可以跟隨由光二極體110產生的偵測電流。
現請參照圖1A，其中相似的參考號碼指示相似的元件，可以提供電源切斷信號152給IC 100之操作放大器102，用以關斷或另以將操作放大器102切斷電源。如在圖1A中所例示的，電源切斷開關154之第一端154a係耦接至偵測偏壓電壓信號，並且電源切斷開關154之第二端154b係耦接至控制信號路徑103，因而耦接至輸入裝置108之第一端108a。當電源切斷信號152被設置為低時，第一端154a可以與第二端154b斷接(例如，開路)並且IC 100可以如對照圖1所描述的來操作。
當電源切斷信號152被設置為高且第一及第二開關104、106可以被置為低時，第一端154a可以耦接至第二端154b，用以將操作放大器102關斷並且將偵測偏壓電壓信號提供給輸入裝置108之第一端108a。在這類實施例中，IC 100可以組構以用於DI模式而不操作為偵測器偏壓電壓信號(vUcDi)屏蔽。在一些實施例中，能使用電源切斷信號降低IC 100之功耗(power consumption)。
現請參照圖2，提供時序圖200，其繪示在圖1之IC 100的重置階段、整合階段及讀取階段期間，圖1之重置開關114、取樣與保持開關116及橫列選擇開關122之範例位置。如圖2所例示的，重置開關114之位置由重置波形202所表示，取樣與保持開關116之位置由取樣與保持波形212表示以及橫列選擇開關122之位置由第一橫列波形222、第二橫列波形232及N橫列波形242表示。在實施例中，波形之各者可在第一準位(例如，0)與第二準位(例如，1)之間變遷，用以指示在對應的開關之位置上的改變。
重置階段隨著重置開關114閉合及重置波形202在第二準位上及取樣與保持開關116閉合在第一時間周期250開始並且取樣與保持波形212從第一準位變遷到第二準位。在重置階段期間，當重置開關114耦接至接地電位128且隨著取樣與保持開關116閉合時可以重置跨圖1之電容器118的電壓，電容器118可以將儲存的能量放電用以重置。在實施例中，IC 100之重置階段的期間對應至電容器118放電所耗費的期間。
在第二時間周期260處，整合階段開始且重置開關114從閉合位置變遷到開路位置，因而重置波形202從第二準位變遷到第一準位。取樣與保持開關116維持閉合，因而取樣與保持波形212停留在第二準位。在整合階段期間，電容器118以由光二極體110產生的偵測電流來充電。
在實施例中，光二極體110感測IR信號且反應於IR信號產生偵測電流。偵測電流係提供給輸入裝置108的第二端108b。當取樣與保持開關116在閉合位置時，電容器108的第一端118a係耦接至輸入裝置108之第三端108c，用以接收偵測電流並且將電容器118充電。整合階段之期間和電容器從偵測電流充電所耗費的時間可以稱為整合時間(Tint )。
在第三時間周期270處，整合階段可以結束，並且取樣與保持開關116可以從閉合位置變遷到開路位置，以及取樣與保持波形212可以從第二準位變遷到第一準位。因此，電容器118不再耦接到輸入裝置108之第三端108c，用以接收偵測電流。另外，重置開關114可以從開路位置變遷到閉合位置，並且重置波形202可以從第一準位變遷到第二準位。隨著重置開關114在閉合位置，輸入裝置108之第三端108c係耦接至接地參考128。
在第四時間周期280處，讀取階段開始且橫列選擇開關122可以選擇性地耦接到單位胞元陣列124之複數個橫列其中一者，用以從分別的橫列讀取資料。
舉例而言並且如在圖2中所例示的，在第四時間周期280處，橫列選擇開關可以耦接到單位胞元陣列124之第一橫列，用以從第一橫列讀取資料，並且第一橫列波形222可以從第一準位變遷到第二準位。
在第五時間周期282處，橫列選擇開關122可以耦接到單位胞元陣列124之第二橫列，用以從第二橫列讀取資料。反應於橫列選擇開關122耦接至第二橫列，第一橫列波形222可以從第二準位變遷到第一準位，並且第二橫列波形232可以從第一準位變遷到第二準位。
在第六時間周期284處，橫列選擇開關122可以耦接到單位胞元陣列124之第N橫列，用以從第N橫列讀取資料。反應於橫列選擇開關122耦接至第N橫列，第二橫列波形232可以從第二準位變遷到第一準位，並且第N橫列波形242可以從第一準位變遷到第二準位。應了解的是，雖然圖2繪示資料從單位胞元陣列124的三個橫列讀取，橫列選擇開關122因而IC 100可以組構以從單位胞元陣列124之各個橫列讀取資料，並且單位胞元陣列124之橫列的數目可以至少部分基於單位胞元陣列124之特定應用來選擇。
在第七時間周期290，讀取階段可以結束並且橫列選擇開關122可以與單位胞元陣列124斷接，使得其未正從單位胞元陣列124之橫列的任一者讀取資料。另外，第N橫列波形242可以從第二準位變遷到第一準位。
現請參照圖3，提供了雙模式讀出IC 300之方塊圖。IC 300可相同於或實質上類似於圖1之IC 100。IC 300包括單位胞元陣列302(亦即，圖1之單位胞元陣列124)、橫列位址電路312、類比至數位轉換器(ADC; analog to digital converter)332以及串化器(serializer)342。
單位胞元陣列302可以被設置為具有N橫列和M直行的二維陣列。單位胞元陣列320之特定尺寸可以至少部分基於IC 300之特定應用。單位胞元陣列320可以包括佈設在NxM陣列中的複數個像素(例如，光感測像素)，並且像素可以組構以感測在單位胞元陣列302上入射的光信號或紅外線信號。單位胞元陣列302可以包括額外電路(請見圖1之IC 100)，用以偵測在單位胞元陣列302上入射的信號之性質並且能對應於在各個像素偵測到的光子之數目產生電信號(例如，偵測電流、在圖1之單位胞元陣列124之各個橫列的資料)。電信號可以包括電荷、電壓或電阻且可以被測量及被使用以建構已發射在單位胞元陣列302上入射的信號之光子的物、場景或現象的影像。在一些實施例中，單位胞元陣列302可以被設置為焦平面陣列。
如在圖3中所例示的，橫列位址電路312係耦接至單位胞元陣列302。橫列位址電路312可以包括複數個橫列位址電路，其耦接至單位胞元陣列302之不同的橫列。橫列位址電路之各者可以組構以將耦接的特定橫列定址並且產生脈衝或其它形式的信號，用以在單位胞元陣列302之不同的操作階段(例如，重置、整合、讀取)期間啟動分別的橫列。
ADC 332係耦接至單位胞元陣列302。ADC 332可以組構以將由單位胞元陣列302且對應至在單位胞元陣列302處接收的信號所產生的信號轉換成數位信號。串化器342耦接至ADC 332。串化器342可以組構以接收對應於在單位胞元陣列302接收的信號的數位信號並且將他們載入到一或多個暫存器中，暫存器像是(但不限於)位移暫存器(shift register)或記憶體暫存器。在一些實施例中，串化器342可以耦接至額外的電路(未繪示)或輸出，用以傳送所接收的數位信號。
現請參照圖4，提供了用於將圖1之雙模式讀出IC 100在第一模式(例如，DI模式)與第二模式(例如，BDI模式)之間變遷且反之亦然的方法400。在實施例中，IC 100可以反應於由使用者產生的控制信號而被設置及/或變遷於第一及第二模式之間。
方法400藉由反應於IR信號在IC 100之偵測信號路徑上產生偵測電流而開始於方法402。IC 100可以被設置為耦接至單位胞元陣列124的雙模式讀出IC，其可為(但不限於)焦平面陣列。IC 100可以包括具有第一輸入102a及第二輸入102b的操作放大器102。第一輸入102a可以組構以接收偵測偏壓電壓信號，並且第二輸入102b可以耦接至回授信號路徑105以接收回授信號。IC 100更包括輸入裝置108，其具有耦接至操作放大器102之輸出102c的第一端108a、具有耦接至偵測信號路徑107用以接收偵測電流的第二端108b、以及具有耦接至IC 100之重置開關114及取樣與保持模組115的第三端108c。光二極體110可以耦接至輸入裝置108之第二端108b且組構以感測IR信號並且反應於該IR信號產生偵測電流。
在方塊404處，可以產生控制信號。在實施例中，控制信號可以由使用者、管理者或任何個別或系統操作IC 100所產生。控制信號可以包括指令，用以反應於比較修改切換網路101之第一開關104及/或第二開關106的位置。舉例而言，在第一模式(DI模式)中，可以產生具有指令的控制信號，用以將第一開關104閉合並且將第二開關106開路。在這類實施例中，可以將IC 100變遷至第一模式並且操作放大器102之輸出102c係耦接至操作放大器102之第二輸入102b而提供給操作放大器102之第二輸入102b的迴授信號可以跟隨操作放大器102之輸出102c。在第二模式(BDI模式)中，可以產生具有指令的控制信號，用以將第一開關104開路並且將第二開關106閉合。在這類實施例中，光二極體110之第二端110b係耦接至操作放大器102之第二輸入並且提供給操作放大器102之第二輸入102b的迴授信號可以跟隨由光二極體110產生的偵測電流。
在一些實施例中，為了對IC 100決定適當的模式，能將偵測電流與電流臨限進行比較。電流臨限(current threshold)可以表示在高偵測電流與低偵測電流之間的臨限。基於該比較，IC 100可以組構以在第一模式或第二模式中，或換言之在DI模式或BDI模式中操作。例如，當偵測電流大於電流臨限時，可以選擇DI模式且可以提供控制信號給IC 100用以將IC變遷到DI模式。當偵測電流小於或等於電流臨限時，可以選擇BDI模式且可以提供控制信號給IC 100用以將IC變遷到BDI模式。
切換網路101可以配置於操作放大器102與輸入裝置108之間且可以組構以將IC 100變遷於DI模式與BDI模式之間。例如，第一開關104可以耦接於操作放大器102之輸出102c與回授信號路徑105之間，並且第二開關106可以耦接於偵測信號路徑107與回授信號路徑105之間。
在方塊406處，反應於控制信號IC 100從第一模式(例如，DI模式)變遷到第二模式(例如，BDI模式)或是從第二模式變遷到第一模式。可以提供控制信號給第一開關104、第二開關106或第一及第二開關104、106兩者。控制信號可以包括指令，用以將第一開關104、第二開關106或第一及第二開關104、106兩者閉合或開路。
舉例而言，在DI模式期間，控制信號可以包括指令，用以將第一開關104閉合並且將第二開關106開路，使得操作放大器102之輸出102c耦接至操作放大器102之第二輸入102b。在這類實施例中，若第二開關106開路，則光二極體110之第二端110b耦接至輸入裝置108之第二端108b。
在BDI模式期間，控制信號可以被組構以將第一開關104開路並且將第二開關106閉合，使得光二極體110之第二端110b和輸入裝置108之第二端108b耦接至操作放大器102之第二輸入102b。
在另一態樣中，雷射點蹤器使用比例電容器來決定雷射點位置。雷射點追蹤器之實施例在出現快速框率的背景信號下輸出雷射點位置。因為背景信號(像是暗電流(dark current)和背景場景)誘發能在空間上及在時間上兩者變化的電流，故這些信號應從相關信號移除，用以準確地計算雷射點位置。
以非均勻校正的傳統雷射點追蹤器不能移除在時間上變化的背景信號。此外，已知電流模式背景減去方法依賴於在電流指數地相依於閘極源極電壓的子臨限區域(subthreshold region)中作用的電流源。這類系統遭受到高雜訊，例如雜訊電壓轉換的雜訊電流。
圖5繪示一種範例信號偵測器系統500，其具有耦接至信號處理模組504的偵測器模組502。在範例實施例中，信號處理模組504包括背景信號處理模組506和目標信號處理模組508。如下面更全面地說明的，控制器模組510控制背景信號模組506及目標信號處理模組508之操作且提供時序信號。例如，輸出模組512耦接至信號處理模組504以用於將輸出信號輸出給陣列。
圖6繪示圖5之信號偵測器系統500之範例電路實行600。偵測器包括光偵測器(photodetector)602，像是光二極體。如在本領域中已知的，光二極體包含半導體裝置，其當光子在光二極體中被吸收時將光轉換成電流。在實施例中，第一切換元件604(像是電晶體)係耦接至光偵測器602以用於選擇性地賦能光偵測。如下面更全面地說明的，可以提供開關606用以重置電路600且將電容電荷排放。
背景信號處理模組608包括背景整合開關機制610以及用於整合背景信號的背景電容器611。在實施例中，可以調整背景電容器611的阻抗。
信號處理模組614包括目標整合開關機制616以及用於整合信號的信號電容器613，其可以包含雷射加背景信號。在實施例中，可以調整信號電容器613的阻抗。
在例示的實施例中，各種寄生電容器(parasitic capacitor)615、617、619係繪示跨背景整合開關610和目標整合開關616來耦接。要了解的是，在實施例中，寄生電容器並非實體元件，而相反的是，被包括用以將寄生電路效應(parasitic circuit effect)模型化的元件。另外要了解的是，可以添加額外的電容器和其它電容部件來符合特定應用的需求。
在實施例中，控制器620例如控制背景整合開關610和目標整合開關616的狀態。可以控制背景整合開關610和目標整合開關616以具有導電或非導電狀態，用以選擇性地在給定時間整合背景信號或目標信號。
圖7繪示具有背景控制信號pSH_bgr 700和目標控制信號pSH_sig 702的例示性波形圖。當背景控制信號700在一段時間Tint_bgr上為主動(如在例示的實施例中繪示為邏輯高)時，背景整合開關610提供導電路徑，使得當整合信號時，背景電容器611(圖6)充電至給定電壓。
當控制信號702為主動(如在例示的實施例中繪示為邏輯高)時，目標整合開關616提供導電路徑，使得當整合信號時，信號電容器613(圖6)充電至給定電壓。在實施例中，如下面更全面地說明的是，背景及雷射加背景信號之雙重整合允許藉由減去來將背景資料移除。在實施例中，要了解的是，整合的信號具有DC電流。
在實施例中，當電荷被儲存在背景電容器611中時背景信號被整合了一段時間Tint_bgr，且接著雷射加背景被整合了一段時間Tint_sig，同時電荷被儲存於信號電容器613上。整合的背景信號及雷射加背景信號能以不同的形式來讀出。
在實施例中，如圖8所繪示，由於C為電容且dv/dt為電壓在時間上的變化，如所周知的i=Cdv/dt(i為電流)，則假設Csig/Tint_sig=Cbgr/Tint_bgr=K·Csig/K·Tint_sig，則對於相同電流獲得相同電壓輸出。將理解的是，選擇K＜1可節省時間和面積以及藉由對於Cbgr和Tint_bgr選擇相對小的值。在實施例中，Csig與Cbgr之間的不匹配可以藉由精細控制Tint_bgr及/或Tint_sig來校準出來。要了解的是，Csig與Cbgr的比例在實際範圍應保持恆定。將理解的是，對於較小值的Csig與Cbgr的寄生及不匹配，去維持比例恆定可以是具有挑戰性的。在實施例中，Cbgr對應於背景電容器611而Csig對應於圖6中的信號電容器613。
在範例實施例中，使用背景電容器611將背景信號整合了一段第一時間量Tint_bgr。使用信號電容器613將背景及相關信號整合了一段第二時間量Tint_sig。背景及信號電容器611、613具有在第一比例上的阻抗值，並且如上所注解的，由於Csig/Tint_sig=Cbgr/Tint_bgr=K·Csig/K·Tint_sig，第一時間量Tint_bgr和第二時間量Tint_sig界定對應於第一比例的第二比例。
圖9繪示當沒有施加雷射時用於圖6之電路的範例波形。在第一時間t1期間，自約1.9µs到約3.4µs，其可對應至圖7中的Tint_bgr，整合背景信號。在例示的實施例中，在背景電容器611(圖6)上整合的dc電流能從約0.5nA變化到約1.2nA。如可以看到的是，眾多的曲線取決於電流準位而具有相異的斜率。
在第二時間t2期間，從約3.8µs到約6.8µs，其可對應圖7中的Tint_sig，整合雷射加背景(LB)信號。繪示用於各種電流準位的曲線。在例示的實施例中，LB信號之整合時間是在背景信號之整合時間的約兩倍長，對應的背景信號對LB信號之斜率約為二對一以及背景電容器(例如，在圖6中的背景電容器611)對信號電容器(例如，在圖6中的613)約為二對一。
在整合信號之後，在第三時間t3，其繪示在約8µs處，在分別的電容611(Cbgr)、613(Csig)上取樣了信號及背景電壓準位。將理解的是，取樣的電壓準位將稍微小於在整合期間到達的背景和LB信號準位。可以差動地讀出取樣的背景和LB信號。
圖10A繪示LB信號和背景之取樣值的進一步細節並且圖10B繪示LB信號減背景的繪圖。如可以在圖10A看到的，從用於約0.5的DC電流的約416mV變化到用於約1.2nA的DC電流的約460mV的取樣信號。約460mV到約416mV的信號範圍為約44mV。背景取樣範圍從約410mV到約454mV。如可以看到的，信號與背景之間的電壓差為約6mV。
圖10B繪示信號減背景取樣之繪圖。將理解的是，在理想的電路中，信號減背景繪圖會是打平，亦即斜率=0。然而，在圖6之示例性電路實行中，例如來自寄生及其它來源的誤差，造成具有給定斜率的繪圖。如可以見到的是，在0.5nA的DC電流處，44mV的信號範圍(圖9A)對應至約0.406mV的信號-背景，使得感測器的輸出從44mV降低至約0.406mV。要了解的是，DC電流對應至背景加黑暗。圖10C繪示包括偵測的雷射點的範例輸出。
圖10D繪示當施加雷射時用於圖6之電路的範例波形。在第一時間t1期間，其可對應至圖7的Tint_bgr，整合背景信號，而在第二時間t2期間，其可對應至圖7的Tint_sig，整合雷射加背景(LB)信號。繪示用於各種電流準位的曲線。圖10E繪示範例取樣背景信號，而圖10F繪示範例取樣LB信號。如可以在圖10F中見到的，LB信號準位具有約11mv的範圍，其在如10G中見到的，在減去背景信號之後對應至約305µV。亦即，由於DC電流(背景加黑暗)的改變係藉由減去背景信號而從約11mV降低至約305µV。
要了解的是，如圖3所繪示，輸出能形成具有耦接至單位胞元陣列的橫列位址電路的部分焦平面陣列。於此合併參考Linder等人的美國專利公開第2012/0248288號繪示了範例ROIC雷射追蹤器，其包括焦平面陣列。
圖11繪示用於依據本發明之範例實施例提供雷射點追蹤器的步驟之範例序列。在步驟1100中，背景信號被整合了一段時間周期Tint_bgr。在實施例中且請參照圖6，在步驟1102中，於整合時間期間電荷被儲存在背景電容器611上。在步驟1104中，雷射加背景(LB)信號被整合了一段時間周期Tint_sig。在實施例中，在步驟1106中電荷被儲存在信號電容器613上。在步驟1108中，用於背景及LB信號的電壓值被取樣及讀出。在實施例中，取樣係差動地被讀出。在步驟1110中，從LB信號減去背景信號，輸出可以自其而產生。
在範例實施例中，背景電容器與信號電容器的阻抗具有選定的比例。在一實施例中，電容器之阻抗和整合時間具有選定的關係，像是Csig/Tint_sig=Cbgr/Tint_bgr 。在範例實施例中，相關信號的整合時間(亦即，LB信號)約為背景信號之整合時間上的兩倍長，對應的背景信號對LB信號的斜率約為二對一，以及背景電容器(例如，在圖6中的Cbgr)對信號電容器(例如在圖6中的Csig)的比例約為二對一。
本發明之實施例提供一種雷射點追蹤器，其在出現快速框率的背景信號中輸出雷射點位置。可以有效率地移除能在空間上及在時間上變化的背景信號，用以使用比例的背景及信號電容器來準確地計算雷射點位置。
要了解的是，本發明之實施例可以包括在硬體上的實行，其可以包括可程式化的部件、軟體以及其組合。舉例來說，可以使用包括電容器的電路以獲得電壓值，其可以使用微處理器來進行處理。廣泛的各種實行對本領域具有通常知識者將是顯而易見的。
圖12繪示範例電腦1200，其進行於此描述的至少部分的處理，像是至少部分的圖4之範例過程及/或圖11的範例過程。電腦1200包括處理器1202、揮發性記憶體1204、非揮發性記憶體1206(例如，硬碟)、輸出裝置1207以及圖形使用者介面(GUI; graphical user interface)1208(舉例來說，例如，滑鼠、鍵盤、顯示器)。非揮發性記憶體1206儲存電腦指令1212、作業系統1216以及資料1218。在一實施例中，電腦指令1212係出於揮發性記憶體1204而由處理器1202執行。在一實施例中，物件1220包含非暫態電腦可讀指令。
在實施例中，進行指令1212的處理器1202可以操作以從ADC(像是ADC 332)接收數位化的資料及將資料342串列化。在一些實施例中，處理器1202可以進行指令1212以產生用於控制開關的信號，例如pSHbgr、pSHsig，用以達到理想的整合時間，例如Tint_bgr、Tint_sig。
可以硬體、軟體或兩者的組合來實行處理。可以在可程式化電腦/機器上執行的電腦程式上實行處理，其各者包括處理器、儲存媒體或由處理器可讀的其它製造物件(包括揮發性及非揮發性記憶體及/或儲存元件)、至少一輸入裝置以及一或多個輸出裝置。程式碼可使用輸入裝置被應用至輸入的資料，用以進行處理且用以產生輸出資訊。
系統可以至少部分經由電腦程式產品(例如，在機器可讀儲存裝置中的)用於藉由資料處理設備來執行或是用以控制資料處理設備之操作(資料處理設備例如為可程式化處理器、電腦或多台電腦)來進行處理。各個這類程式可以高階程序或物件導向程式語言來實行以與電腦系統通訊。然而，程式可以組合或機器語言來實行。語言可為編譯的或解譯的語言，且其可以任何形式來佈署，包括如單獨程式(stand-alone program)或如模組、組件、子常式(subroutine)或合適用於在計算環境中使用的其它單元。可佈署電腦程式以在一台電腦或多台電腦上在一個位址或跨多個位址分佈且藉由通訊網路來互連而執行。可佈署電腦程式以在儲存媒體或裝置上儲存(儲存媒體例如CD-ROM、硬碟或磁碟片)，其可由通用或專用可程式化電腦讀取以用於當儲存媒體或裝置由電腦讀取時組構且操作電腦。處理亦可被實行為機器可讀儲存媒體，其以電腦程式來組構，在當執行之下，在電腦程式中的指令導致電腦進行操作。
可由執行一或多個電腦程式的一或多個可程式化處理器來進行處理用以進行系統的功能。系統的所有或部分可被實行為特定目的邏輯電路(例如，FPGA(場可程式化閘陣列)及/或ASIC(特定應用積體電路))。
已描述本發明之示範性實施例，其對於本領域具有通常知識者現將變為明白的而亦可使用涉及其它概念的其它實施例。於此包含的實施例不應限於所揭露的實施例，而相反的應僅由附加的申請專利範圍之精神及範圍所限制。於此引用的所有公開和參考於以它們的整體來清楚地合併參考。
100‧‧‧雙模式讀出積體電路 101‧‧‧切換網路 102‧‧‧操作放大器 102a‧‧‧輸入 102b‧‧‧輸入 102c‧‧‧輸出 103‧‧‧控制信號路徑 104‧‧‧第一開關 104a‧‧‧端 104b‧‧‧端 105‧‧‧回授信號路徑 106‧‧‧第二開關 106a‧‧‧端 106b‧‧‧端 107‧‧‧偵測信號路徑 108‧‧‧輸入裝置 108a‧‧‧端 108b‧‧‧端 108c‧‧‧端 110‧‧‧光二極體 110a‧‧‧端 110b‧‧‧端 112‧‧‧偵測節點 114‧‧‧重置開關 114a‧‧‧端 114b‧‧‧端 115‧‧‧取樣與保持模組 116‧‧‧取樣與保持開關 116a‧‧‧端 116b‧‧‧端 118‧‧‧電容器 118a‧‧‧端 118b‧‧‧端 120‧‧‧源極隨耦器 120a‧‧‧端 120b‧‧‧端 120c‧‧‧端 122‧‧‧橫列選擇開關 122a‧‧‧端 122b‧‧‧端 124‧‧‧單位胞元陣列 126‧‧‧類比電源供應 128‧‧‧接地電位 152‧‧‧電源切斷信號 154‧‧‧電源切斷開關 154a‧‧‧端 154b‧‧‧端 500‧‧‧信號偵測器系統 502‧‧‧偵測器模組 504‧‧‧信號處理模組 506‧‧‧背景信號處理模組 508‧‧‧目標信號處理模組 510‧‧‧控制器模組 512‧‧‧輸出模組 600‧‧‧電路實行 602‧‧‧光偵測器 604‧‧‧第一切換元件 606‧‧‧開關 608‧‧‧背景信號處理模組 610‧‧‧背景整合開關機制 611‧‧‧背景電容器 613‧‧‧信號電容器 614‧‧‧信號處理模組 615‧‧‧寄生電容器 616‧‧‧目標整合開關 617‧‧‧寄生電容器 619‧‧‧寄生電容器 620‧‧‧控制器 700‧‧‧背景控制信號 702‧‧‧目標控制信號 1200‧‧‧電腦 1202‧‧‧處理器 1204‧‧‧揮發性記憶體 1206‧‧‧非揮發性記憶體 1207‧‧‧輸出裝置 1208‧‧‧圖形使用者介面 1212‧‧‧電腦指令 1216‧‧‧作業系統 1218‧‧‧資料 1220‧‧‧物件
前述的特徵從下面圖式的描述將更全面地理解，其中相似的參考號碼指的是相似的元件。
圖1繪示雙模式讀出積體電路的電路圖；
圖1A繪示具有電源切斷信號之圖1的雙模式讀出積體電路的電路圖；
圖2繪示用於操作圖1之雙模式讀出IC的時序信號的圖；
圖3繪示圖1之雙模式讀出IC的方塊圖；
圖4為用於將圖1之雙模式讀出IC變遷於直接注入模式與緩衝直接注入模式之間且反之亦然的方法之流程圖；
圖5為具有比例電容器的範例雷射追蹤系統的方塊圖；
圖6為具有比例電容器的範例信號偵測電路的例示性實行；
圖7為具有用於背景信號整合和雷射加背景信號整合的時序信號的波形圖；
圖8為比例電容器充電的範例表示；
圖9為背景信號整合、雷射加背景信號整合以及信號取樣的圖形表示；
圖10A為取樣的背景信號和取樣的雷射加背景信號的圖形表示；
圖10B為在以雷射加背景信號減去背景信號之後合成的信號之圖形表示；
圖10C為繪示雷射點的範例顯示；
圖10D為背景信號整合、雷射加背景信號整合以及信號取樣同時施加雷射的圖形表示；
圖10E為取樣的背景信號之圖形表示；
圖10F為取樣的雷射加背景信號整合的圖形表示；
圖10G為在從雷射加背景信號減去背景信號之後合成的信號之圖形表示；
圖11為繪示用於使用比例電容器偵測雷射點信號的步驟之範例序列的流程圖；以及
圖12為於此描述的能進行至少部分處理的範例電腦之方塊圖。
600‧‧‧電路實行
602‧‧‧光偵測器
604‧‧‧第一切換元件
606‧‧‧開關
608‧‧‧背景信號處理模組
610‧‧‧背景整合開關機制
611‧‧‧背景電容器
613‧‧‧信號電容器
614‧‧‧信號處理模組
615‧‧‧寄生電容器
616‧‧‧目標整合開關
617‧‧‧寄生電容器
619‧‧‧寄生電容器
620‧‧‧控制器

Claims (18)

  1. 一種用於具有比例電容的焦平面陣列的系統，包含：背景模組，包括第一電容器，用以將第一信號整合一段第一時間量，其中該第一信號包含背景信號；信號模組，包括第二電容器，用以將第二信號整合一段第二時間量，其中該第二信號包含相關信號和該背景信號，其中該第一及第二電容器具有在第一比例上的阻抗值，且其中該第一時間量和該第二時間量界定對應於該第一比例的第二比例；以及控制器模組，用以由該第二信號減該第一信號來獲得對應於雷射點追蹤信號的信號。
  2. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該控制器模組係組構以控制該第一及第二時間量來校準該第一及第二電容器之間的不匹配。
  3. 如申請專利範圍第1項的系統，更包括偵測器，用於產生該第一及第二信號。
  4. 如申請專利範圍第3項的系統，其中該偵測器包含光二極體。
  5. 如申請專利範圍第1項的系統，其中Csig/Tint_sig= Cbgr/Tint_bgr，其中Cbgr對應至該第一電容器，Csig對應至該第二電容器，Tint_bgr對應至該第一時間量以及Tint_sig對應至該第二時間量。
  6. 如申請專利範圍第1項的系統，其中在該第一及第二電容器上的電壓係差動地取樣及讀出。
  7. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該第一信號包含DC電流信號。
  8. 如申請專利範圍第1項的系統，其中為獲得對應至雷射點蹤信號的輸出信號而由該第二信號減該第一信號所得的信號若免除了該背景信號，則具有零的斜率。
  9. 如申請專利範圍第8項的系統，其中該輸出信號包含部分的焦平面陣列。
  10. 一種用於具有比例電容的焦平面陣列的方法，包含：使用第一電容器將第一信號整合一段第一時間量，其中該第一信號包含背景信號；以及使用第二電容器將第二信號整合一段第二時間量，其中該第二信號包含相關信號和該背景信號，其中該第一及第二電容器具有在第一比例上的阻抗值，且其中該第一時間量和該第二時間量界定對應至該第一比例的第二比例； 以及由該第二信號減該第一信號來獲得對應於雷射點追蹤信號的信號。
  11. 如申請專利範圍第10項的方法，更包括控制該第一及第二時間量來校準該第一及第二電容器之間的不匹配。
  12. 如申請專利範圍第10項的方法，更包括運用光偵測器以用於產生該第一及第二信號。
  13. 如申請專利範圍第10項的方法，其中Csig/Tint_sig=Cbgr/Tint_bgr，其中Cbgr對應至該第一電容器，Csig對應至該第二電容器，Tint_bgr對應至該第一時間量以及Tint_sig對應至該第二時間量。
  14. 如申請專利範圍第10項的方法，更包括差動地讀出在該第一及第二電容器上的取樣電壓。
  15. 如申請專利範圍第10項的方法，其中該第一信號包含DC電流信號。
  16. 如申請專利範圍第10項的方法，其中為獲得對應至雷射點蹤信號的輸出信號而由該第二信號減該第一信號所得的信號若免除了該背景信號，則具有零的斜率。
  17. 如申請專利範圍第16項的方法，其中該輸出信號包含部分的焦平面陣列。
  18. 一種用於具有比例電容的焦平面陣列的系統，包含：第一信號整合機構，用於將第一信號整合一段第一時間量，其中該第一信號包含背景信號；第二信號整合機構，用以將第二信號整合一段第二時間量，其中該第二信號包含相關信號和該背景信號，其中該第一及第二電容器具有在第一比例上的阻抗值，且其中該第一時間量和該第二時間量界定對應於該第一比例的第二比例；以及控制機構，用以由該第二信號減該第一信號來獲得對應於雷射點追蹤信號的信號。
TW108118210A 2018-07-20 2019-05-27 具有比例電容器的焦平面陣列 TWI705709B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/040,780 2018-07-20
US16/040,780 US10917599B2 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Focal plane array having ratioed capacitors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202008771A TW202008771A (zh) 2020-02-16
TWI705709B true TWI705709B (zh) 2020-09-21

Family

ID=66690984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108118210A TWI705709B (zh) 2018-07-20 2019-05-27 具有比例電容器的焦平面陣列

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10917599B2 (zh)
EP (1) EP3824618B1 (zh)
IL (1) IL280042B (zh)
TW (1) TWI705709B (zh)
WO (1) WO2020018170A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3102843B1 (fr) * 2019-11-05 2022-01-14 Commissariat Energie Atomique Pixel ir reconfigurable en mode di ou bdi

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101009762A (zh) * 2007-01-26 2007-08-01 东南大学 红外焦平面读出电路
WO2014086430A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 Sabanci Üniversitesi Large format short wave infrared (swir) focal plane array (fpa) with low noise and high dynamic range

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5481104A (en) * 1994-09-30 1996-01-02 At&T Corp. Photodetector circuit with actively damped tuned input
US6373050B1 (en) 1998-10-07 2002-04-16 California Institute Of Technology Focal plane infrared readout circuit with automatic background suppression
US7586074B2 (en) 2003-02-17 2009-09-08 Raytheon Company Multi-mode high capacity dual integration direct injection detector input circuit
US8581168B2 (en) 2011-03-29 2013-11-12 Flir Systems, Inc. Dual well read-out integrated circuit (ROIC)
TWI492538B (zh) 2013-01-14 2015-07-11 Univ Nat Chi Nan Switchable reading device
TWI485373B (zh) 2013-12-02 2015-05-21 Univ Nat Chi Nan Dual switching sensing device and dual switching sensing circuit
US9591238B2 (en) 2014-08-22 2017-03-07 Voxtel, Inc. Asynchronous readout array

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101009762A (zh) * 2007-01-26 2007-08-01 东南大学 红外焦平面读出电路
WO2014086430A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 Sabanci Üniversitesi Large format short wave infrared (swir) focal plane array (fpa) with low noise and high dynamic range

Also Published As

Publication number Publication date
US20200029042A1 (en) 2020-01-23
EP3824618B1 (en) 2024-01-10
IL280042A (en) 2021-03-01
TW202008771A (zh) 2020-02-16
WO2020018170A1 (en) 2020-01-23
EP3824618A1 (en) 2021-05-26
IL280042B (en) 2021-07-29
US10917599B2 (en) 2021-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI771302B (zh) 影像感測器及影像處理方法
JP4527100B2 (ja) 光ダイオードベースのｃｍｏｓ画像形成部を使用する高速オンチップウィンドウ化セントロイディング
US9100605B2 (en) Global shutter with dual storage
US7791657B2 (en) Dynamic range enhancement scheme for imagers
US7719589B2 (en) Imaging array with enhanced event detection
US9948880B2 (en) Asynchronous multimode focal plane array
US7812879B2 (en) Self-triggering CMOS image sensor
JP2020505855A (ja) 拡張されたダイナミックレンジを備えたイメージングアレイ
US20030042406A1 (en) Electromagnetic wave detection arrangement with improved performance and reproducibility
KR101502122B1 (ko) 깊이 정보를 생성하는 이미지 센서
WO2001045392A2 (en) Image sensor
US20140285472A1 (en) Sensor and input device such as a touch screen including such a sensor, display device and method
US7436342B2 (en) Numerical full well capacity extension for photo sensors with an integration capacitor in the readout circuit using two and four phase charge subtraction
US20170307764A1 (en) Radiation detector
TWI705709B (zh) 具有比例電容器的焦平面陣列
US11050962B2 (en) Dual mode focal plane array having DI and BDI modes
US8115824B2 (en) Active pixel sensor apparatus for use in a star tracker device
JP4262020B2 (ja) 光検出装置
TWI520608B (zh) 相關雙取樣裝置、訊號處理裝置以及訊號處理方法
TWI474327B (zh) Dual mode reading device and circuit
KR20190106516A (ko) 고해상도 및 저잡음의 싱글-슬롭 비교 장치 및 그에 따른 씨모스 이미지 센서
JP7319809B2 (ja) 放射線撮像装置、その制御方法及び放射線撮像システム
JP2018042172A (ja) 信号出力回路、イメージセンサ及び撮像装置
US20130016088A1 (en) Image pixel and image pixel control method