(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点面アレイシステムであって、
（ａ）複数個の検出器要素と複数個の電荷受容要素とを前記電荷受容要素の１個が前記検出器要素の１個に対応するように含むステアリング焦点面アレイ、
（ｂ）記憶要素の１個が前記検出器要素の１個に対応するようになった複数個の記憶要素を２つの区分に分けて含み、前記区分の各々が前記焦点面アレイの対向する各側に配置されているフレームバッファ、
（ｃ）前記複数個の前記記憶要素の選ばれたサブセットから逐次的にデータを転送するためのマルチプレクサー、および
（ｄ）前記電荷受容要素の各々から前記フレームバッファ中の付随記憶要素へ周期的にデータを転送するための手段、
を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は多様な用途に利用することのできる赤外焦点面ステアリングアレイ（ｓｔａｒｉｎｇ  ａｒｒａｙ）に関するものであり、更に詳細には、そのような焦点面ステアリングアレイの新規なアーキテクチャに関する。
【０００２】
【従来の技術】
焦点面ステアリングアレイは、一般に、複数個の検出器要素のマトリックスから構成され、各検出器要素のそこに入射するエネルギー量に比例して充電されるコンデンサーを備えた付随回路を有する。アレイ中の各コンデンサーに充電される電荷が表す信号は、一般に、逐次的に読み出され、１個の検出器要素が読み出されている間に、次の検出器要素に付随するコンデンサーが充電されるというようになっている。次に、コンデンサーは、それらの要素に入射するエネルギーの量に従って再び充電され、その後、読み出される。この手順が、一般には時間ベースで繰り返される。従って、コンデンサーからの出力は、同時には利用できない、あるいは、検出器のうちの予め定められたものからの信号を選んで、それらの信号に対する操作が何らかの予め定められたやり方のみに従って行われるように利用することはできない。
【０００３】
焦点面ステアリングアレイの進歩した応用のためには、複数の特徴が備わっていることが好ましい。低速のデータ転送率用に、焦点面アレイの検出器の予め定められたもののみを、または焦点面アレイのサブ領域のみを出力または”ウインドウ化”できることが好ましい。多重ウインドウ機能、またはリクエストに応じてアレイのサブ領域を多重に出力できることは、広い視野の中で多数の標的を追尾するために有利である。別の１つの好ましい特徴は、大きい標的の場合に、電子式ズームアウト（ｄｅｚｏｏｍ）によってデータ転送率を下げることである。電子式ズームアウトは隣接する検出器を１つに結合する。すなわち、２：１のズームアウトの場合、４個の隣接する検出器が１つに結合される。２５６×２５６のアレイは１２８×１２８のアレイになる。ミサイル検知追随装置等に対しては、これらの特徴を意のままに変化させて、このセンサーを手元の筋書き適応させることができるようになっていることが好ましい。長波長赤外での応用のためには、広いダイナミックレンジが要求され、そのことは各コンデンサーに対して電荷蓄積能力の大きいコンデンサーが必要であることを意味する。いくつかの応用では、標的の正確な追尾および位置同定のために、すべての検出器からの信号を統合し、同時にサンプリングすることが要求される。このような動作モードは典型的にはスナップショットモードと呼ばれる。他の応用では、検出器信号のサンプリングを異なる時点で行うことが許される。典型的には、このことは、検出器を電子的にスキャンしながら、アレイ上でのサンプリングをばらばらに（ｓｔａｇｇｅｒｉｎｇ）行うことによって実行される。
【０００４】
【発明の概要】
本発明に従えば、上に述べたモードすべてを含む多数の動作モードをサポートすることのできる１つのアーキテクチャが提供される。
【０００５】
要約すれば、検出器のサンプルを記憶しておくためにフレームバッファを使用した、焦点面ステアリングアレイアーキテクチャが提供される。フレームバッファは、基本的には、各検出器要素に付随する１個のサンプリングおよび保持の回路である。逐次的であれ、並列的、もしくは両者の組み合わせであれ、焦点面検出器からのサンプルが一旦、フレームバッファへ転送されて記憶されれば、フレームバッファ中に記憶されているデータは任意の順に読み出しでき、あるいはそれらのうちの任意の部分を読み出すことができるため、ウインドウ化が可能となる。サンプルは非破壊的に出力されて、焦点面アレイからの次のサンプル組が転送されるようになるまで保持されているので、複数の領域の出力が可能となり、多重ウインドウが許容される。複数の検出器から単一のフレームバッファ要素または並列的に接続された複数のフレームバッファ要素中へ読み込みを行うことによって、電子式ズームアウトが実現される。非常に多数の検出器の場合には、フレームバッファの再現性高い構築が困難であるため、フレームバッファを別のシリコンチップに構築して、それを検出器を含むチップに物理的に接近させて配置し、電気的に相互接続することができる。
【０００６】
【実施例】
本発明に従うフレームバッファアーキテクチャはいくつかのやり方で実現できる。まず、図１を参照すると、焦点面アレイの外部にフレームバッファを配置し、それに付随してコンデンサーを含む単位セルを採用した焦点面アレイのブロック図が示されている。図１には、赤外周波数領域のエネルギーが好ましいものの必ずしもそれに限定されない、エネルギーを受け取る焦点面アレイが示され、それは検出器要素１のＭ×Ｎ個のマトリックスを含んでいる。この検出器要素の数は、システム側の最終的な要求に依存する。検出器要素の各々には、それぞれの検出器要素へ入射してくるエネルギー量に比例してその上に電荷を蓄積するようなコンデンサーとトランジスタを含む標準的構成の単位セルが付随している。焦点面アレイ中の検出器要素の数に対応する複数個の記憶場所を備えたフレームバッファ３が用意されており、焦点面アレイの各要素に対して１つのそのような記憶場所が対応するようになっている。フレームバッファは図１に示すように、２つの区分（区分の数は選択でき、１つでも複数でもよい）に分割されており、焦点面アレイ、フレームバッファ、もし必要であれば、例えば以下で述べるようなマルチクレクサー等のその他の回路を含む集積回路の中で検出器アレイを中央に配置するようになっている。この分割は、このアーキテクチャを実現するために不可欠なものではない。フレームバッファは２つのグループに分割されて、各方向への２：１のズームアウトが容易に実現されるようになっている。図１はまた、一般に、直接注入（ｄｉｒｅｃｔ  ｉｎｊｅｃｔ）回路と呼ばれる検出器インターフェース回路を示している。この回路はフレームバッファ回路を利用するうえで不可欠ではない。
【０００７】
フレームバッファは、焦点面アレイの各コンデンサー上に蓄積された電圧がアレイの検出器行の交互対からフレームバッファの各区分中へ読み出されるような構成になっており、それらの電圧は、読み出し動作が実行される時に、フレームバッファ中の対応する記憶場所に記憶されているものである。例えば、検出器アレイ１の行１および行２はそのアレイの一方の側のフレームバッファへ読み出すことができ、検出器アレイの行３および行４はそのアレイの他方の側のフレームバッファへ読み出すことができ、検出器アレイの行５および行６はそのアレイの一方の側のフレームバッファへ読み出すことができ、以下同様である。読み出し動作が実行されると、焦点面アレイの検出器要素は再び充電され、その時点でフレームバッファ中に記憶されているデータがＮ：Ｍマルチプレクサー５を介して読み出され、標準的な場合に含まれる記憶要素の数と同数の読み出しラインがフレームバッファから必要とされるという事態を回避している。デジタル論理発生器９は外部入力１１に応答して前記マルチプレクサーによって転送されるべきフレームバッファ中のデータを選択する。Ｎ：Ｍマルチプレクサーからの読み出しデータは第２のマルチプレクサー７へ送られ、そこから所望の応用途に対する予め定められた型の利用装置へ読み出される。フレームバッファからの読み出しの後、このサイクルが繰り返され、上述のように焦点面アレイの新しいデータがフレームバッファ中へ読み出される。このようにして、焦点面アレイ中のすべての情報がフレームバッファ中で同時に利用できる状態になる。従って、先に述べた従来技術による配置とは反対に、フレームバッファ中に記憶されている情報の任意の部分が直ちにアクセス可能となる。
【０００８】
バッファサンプルを全面的に置換する代わりに、バッファ中に既に存在するサンプルと最新の検出器サンプルとで電荷を共有することによって、履歴（ｔｅｍｐｏｒａｌ）信号処理が実行できる。このことは、多数の検出器サンプルを１つに累積することによって、低い出力データ転送率において信号対雑音比を改善するために好ましいことである。
【０００９】
図２は、フレームバッファが単位セル中に配置されたフレームバッファ構成を示している。単位セルには追加のコンデンサーが含まれ、検出器信号のサンプリングと記憶とを許容するようになっている。この場合、ダイナミックレンジは約２分の１に縮小される。回路要素は検出器要素寸法内に収めるべきであるから、累積コンデンサーの寸法はフレームバッファが単位セルの外部にある場合の約半分となろう。この制約のために、両方のコンデンサーを並列につなぐことができるようにするためのスイッチが用意されており、それによって、ウインドウが不要な用途では付加的なダイナミックレンジが利用できるようになる。
【００１０】
多重ウインドウの場合に必要とされる、サンプリングおよび保持の回路の非破壊的読み出しのために、単位セルにはバッファ増幅器も必要とされよう。これによって累積コンデンサーは更に小型であることが要求される。
【００１１】
検出器の同時サンプリングが実行でき、それらのサンプルを用いてフレームバッファを充たすことができ、あるいはサンプルを時間的にばらばらに得て、フレームバッファを充たすことがでできる。この後者の方法はより高いデューティサイクルをもたらす能力を秘めているが、いくつかの応用においては、標的の正確な位置同定のためには好ましくない。
【００１２】
本発明はそれの特定の好適実施例について説明してきたが、当業者には数多くの変形や修正が明かであろう。従って、特許請求の範囲はそのような変形や修正をすべて包含するものとして解釈されるべきである。
【００１３】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）焦点面アレイシステムであって、
（ａ）複数個の検出器要素と複数個の電荷受容要素とを前記電荷受容要素の１個が前記検出器要素の１個に対応するように含むステアリング焦点面アレイ、
（ｂ）記憶要素の１個が前記検出器要素の１個に対応するようになった複数個の記憶要素を２つの区分に分けて含み、前記区分の各々が前記焦点面アレイの対向する各側に配置されているフレームバッファ、
（ｃ）前記複数個の前記記憶要素の選ばれたサブセットから逐次的にデータを転送するためのマルチプレクサー、および
（ｄ）前記電荷受容要素の各々から前記フレームバッファ中の付随記憶要素へ周期的にデータを転送するための手段、
を含むシステム。
【００１４】
（２）第１項記載のシステムであって、更に、前記マルチプレクサーによって前記フレームバッファ中へ転送されたデータを、外部入力に応答して選択するためのデジタル論理手段を含むシステム。
【００１５】
（３）第１項記載のシステムであって、前記焦点面アレイおよび前記フレームバッファが単一の半導体チップ上に取り付けられているシステム。
【００１６】
（４）第２項記載のシステムであって、前記焦点面アレイおよび前記フレームバッファが単一の半導体チップ上に取り付けられているシステム。
【００１７】
（５）第３項記載のシステムであって、前記検出器要素が複数の行に配置されており、前記行の交互の行がそれぞれ前記フレームバッファの前記２つの区分のうちの互いに異なる方へつながれているシステム。
【００１８】
（６）第４項記載のシステムであって、前記検出器要素が複数の行に配置されており、前記行の交互の行がそれぞれ前記フレームバッファの前記２つの区分のうちの互いに異なる方へつながれているシステム。
【００１９】
（７）第１項記載のシステムであって、前記焦点面アレイが赤外エネルギーに応答するようになったシステム。
【００２０】
（８）第２項記載のシステムであって、前記焦点面アレイが赤外エネルギーに応答するようになったシステム。
【００２１】
（９）第４項記載のシステムであって、前記焦点面アレイが赤外エネルギーに応答するようになったシステム。
【００２２】
（１０）第６項記載のシステムであって、前記焦点面アレイが赤外エネルギーに応答するようになったシステム。
【００２３】
（１１）第３項記載のシステムであって、前記焦点面アレイが赤外エネルギーに応答するようになったシステム。
【００２４】
（１２）第５項記載のシステムであって、前記焦点面アレイが赤外エネルギーに応答するようになったシステム。
【００２５】
（１３）多様な用途に利用できるように、フレームバッファを利用した焦点面ステアリングアレイアーキテクチャ。フレームバッファは、アレイの単位セル中に、あるいは単位セルの外部に配置することができる。フレームバッファはアレイ区分のウインドウ化または出力を許容する。フレーム毎の多重ウインドウは出力することもできる。電子式ズームアウト等のその他の機能もサポートされる。フレームバッファは高度の柔軟性を持ち、フレームバッファがセルの外部にある場合には広いダイナミックレンジを許容する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う、単位セルの外部に配置されたフレームバッファを採用した焦点面ステアリングアレイアーキテクチャのブロック図。
【図２】単位セルの内部に配置されたフレームバッファを採用した焦点面ステアリングアレイアーキテクチャのブロック図。
【符号の説明】
１  検出器要素
３  フレームバッファ
５  マルチプレクサー
７  マルチプレクサー
９  デジタル論理発生器
１１  外部入力
【図１】
0003630760.tif 000002
【図２】
0003630760.tif 000003