(57)【要約】  本発明の実施形態は、高速度、高解像度イメージ処理のためのシステムと方法に関し、それは、少なくとも１つのマクロピクセル、およびマクロピクセル・セレクタ・モジュールを含むマイクロピクセル配列と、マクロピクセル配列と結合されており、少なくとも１つのマイクロピクセル、マイクロピクセル・セレクタ・モジュール、およびアナログ・デジタル変換器を含むマイクロピクセル配列と、グローバル・バンチ・カウンタとを含む。
2009516476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マクロピクセル配列内に位置するマクロピクセル上の、およびマイクロピクセル配列内に位置するマイクロピクセル上のイベントを検出するステップと、
前記イベントに関連するタイムスタンプおよびデータを、前記マクロピクセル上に保管するステップと、
前記イベントに関連するデータを、前記マイクロピクセル上に保管するステップと、
前記イベントに関連する場所およびタイムスタンプを決定するために、前記マクロピクセル配列を呼び出すステップと、
前記場所およびタイムスタンプのデータに基づいて、前記マイクロピクセル配列上の対象の領域を識別するステップであって、前記対象の領域は複数のマイクロピクセルを含む、ステップと、
前記イベントに関連するデータを得るために、前記対象の領域の前記複数のマイクロピクセルを呼び出すステップと、
統合データを作成するために、前記マクロピクセル配列からの前記データを、前記対象の領域からの前記データと統合するステップと、
前記統合データを読み出すステップと、
を含む、高速度、高解像度イメージ処理のための方法。
【請求項２】
前記マクロピクセル上の、および前記マイクロピクセル上の第２のイベントを検出するステップと、
前記マクロピクセル上のバイナリ・カウンタの値を増加させるステップと、
前記第２のイベントに関連するタイムスタンプおよびデータを、前記マクロピクセル上に保管するステップと、
前記第２のイベントに関連するデータを、前記マイクロピクセル上に保管するステップと、
前記第２のイベントに関連する場所およびタイムスタンプを決定するために、前記マクロピクセル配列を呼び出すステップと、
前記場所およびタイムスタンプのデータに基づいて、前記マイクロピクセル配列上の対象の領域を識別するステップであって、前記対象の領域は、複数のマイクロピクセルを含む、ステップと、
前記第２のイベントに関連するデータを得るために、前記対象の領域の前記複数のマイクロピクセルを呼び出すステップと、
統合データを作成するために、前記マクロピクセル配列からの前記データを、前記対象の領域からの前記データと統合するステップと、
前記統合データを読み出すステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マクロピクセル配列が、前記マクロピクセル配列上に位置するマクロピクセル行セレクタおよびマクロピクセル列セレクタによって呼び出される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのマイクロピクセルからの前記データが、前記マイクロピクセル配列上に位置するマイクロピクセル行セレクタおよびマイクロピクセル列セレクタによって読み出される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記統合データを出力に送信するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記出力がカメラである、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのマクロピクセルが、少なくとも１つのデジタル・メモリ・セル配列を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記タイムスタンプが、前記デジタル・メモリ・セル配列上に保管される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのマクロピクセルが、サイズ１〜１０００マイクロメートルである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのマイクロピクセルが、サイズ０．０１〜２０マイクロメートルである、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、高速度、高解像度イメージ処理のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２００５年１１月１４日に申請の米国仮出願第６０／７３６，３９２号の利益を主張し、本願に引用して本願によって援用する。
歴史を通して、科学者達は、素粒子を測定し、特徴付けることに関心を抱いてきた。現代において、科学者達は、これらの粒子を研究するための様々なデバイスを設計している。
【０００３】
１つの手法は、例えば、ピクセルを組み込んでいるシステムを使用して、電子電荷またはホール電荷を集め、統合し、それらを、対応する電圧信号に変換することである。その場合、これらの検出器システムは、粒子についての情報を得るために、粒子によって衝突されるピクセルからの電圧信号を読み出す。
【０００４】
初期の検出器システムは、次の粒子の到着に間に合うように信号を読み出すことが不可能であった。結果として、システムは、信号が混合されてしまうので、粒子間で識別することが不可能であった。
【０００５】
科学者達は、検出器からの信号を読み出す間、システムを停止し、次いで、次の衝突を進めることによって、この問題を回避してきた。しかし、全ピクセル配列から信号を読み出すことは、通常、長い時間（数秒程度）がかかる。このストップ・アンド・ゴーの方法
は、多くの点で、粒子物理学の研究を制限している。
【０００６】
従来の検出器は、高速度で動作するようになされているマクロピクセル配列を含むが、低解像度データを作成する。さらに他の従来の検出器は、マイクロピクセル配列を含み、高解像度データを作成するが、イベント・データ上に含まれるどのマイクロピクセルが時間を要し、非効率的であるのを決定するために、ピクセルずつを読み取り、それにより、低速度イメージ処理を招いてしまう。
【特許文献１】米国仮出願第６０／７３６，３９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、粒子によって衝突されたそれらのピクセルからのみの情報を読み出すことによって、連続的に動作するイメージ処理システムが必要である。この種のシステムは、読出し速度全体をさらにより速くし、読出し処理を迅速に完了し、その後の一連の衝突のための検出器を準備し、それにより、高速度、高解像度イメージ処理がもたらされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つまたは複数の粒子によって衝撃を与えられたマクロピクセルに関連するマイクロピクセルからのデータのみを読み出すために、互いに連通しているマクロピクセル配列および関連のマイクロピクセル配列を生成することによって、高速度、高解像度イメージ処理を達成するシステムと方法により、当技術分野では、上述の問題に取り組み、技術的解決法を得る。
【０００９】
本発明の実施形態は、マクロピクセル配列内に位置するマクロピクセル上のイベントを検出することと、イベントに関連するタイムスタンプおよびイベント・データをマクロピクセル上に保管することと、マイクロピクセル配列内に位置するマイクロピクセル上のイベントを検出することと、イベントの強度に関連するイベント・データをマイクロピクセル上に保管することと、タイムスタンプの場所を決定するためにマクロピクセル配列を呼び出すことと、タイムスタンプを有するマクロピクセルに対応するマイクロピクセル配列上の対象の領域を識別することであって、対象の領域が複数のマイクロピクセルを含む、ことと、統合データを生成するために、マクロピクセル配列からのイベント・データを、マイクロピクセル配列上の対応する対象の領域からのイベント・データと統合することと、統合データを読み出すことと、とを含む高速度、高解像度イメージ処理のためのシステムおよび方法に関する。
添付の図面と共に考慮して以下に示す実施形態の詳細な説明から、本発明をより容易に理解することになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、システムによって検出されるイベントに関してのデータを作成するために、互いに連通しているマクロピクセル配列および関連のマイクロピクセル配列を生成することによって、高速度、高解像度イメージ処理を達成するイメージ処理システムと方法に関連する。用語「イベント」は、それが本明細書に使用されるとき、粒子とマクロピクセルとの間の相互作用の発生を含むことを意図している。用語「粒子」は、それが本明細書に使用されるとき、いずれの分子、原子、素粒子（陽子、中性子、電子、またはクォークを含むが、それらに限定されない）、光子、コロイド粒子、素粒子、複合粒子、または点粒子を含むが、それらに限定されない物質またはエネルギーの任意の単位を含むことを意図しているが、それに限定されない。本発明の実施形態では、イベントが、マクロピクセル配列およびマイクロピクセル配列の双方によって検出される。マクロピクセル配列によって生成されるイベント・データを制御システムが使用して、マイクロピクセル配列上の対象の領域を決定する。イベントの強度に関するマイクロピクセル配列からのイベント・データは、イベントの時間およびｘ、ｙの場所に関するマクロピクセル配列からのイベント・データと統合されて、統合イベント・データを生成する。統合イベント・データは、制御システムから読み出され、カメラまたはデータを読み取ることが可能な他の装置に出力される。用語「イベント・データ」は、それが本明細書に使用されるとき、本発明の実施形態によるハイブリッド検出器１００上の粒子の衝撃に関する情報を含み、例えば、粒子の衝撃、すなわち、イベントに関連する位置と強度など、ピクセル内に保管可能な任意のイメージ処理データまたは特性を含むが、それに限定されない。
【００１１】
図１に、本発明の実施形態によるハイブリッド検出システム１００の概略図を示す。検出システムは、１つまたは複数のマクロピクセル１０６を有するマクロピクセル配列１０２と、１つまたは複数のマイクロピクセル１０８を有する関連のマイクロピクセル配列１０４とを含む。さらには、システムは、マクロピクセル１０６およびマイクロピクセル１０８によって生成されるイベント・データを統合する制御システム１１２を含む。本発明の実施形態によれば、マクロピクセル配列上のマクロピクセル１０６が、イベントを検出し、イベントの時間および位置を制御システム１１２に伝達する。制御システム１１２は、マイクロピクセル配列１０４上の「対象の領域」を決定する。用語「対象の領域」は、それが本明細書に使用されるとき、イベントを検出したマクロピクセル１０６に対応するマイクロピクセル１０８上の領域を含むことを意図している。制御システム１１２は、マイクロピクセル配列１０４上の対象の領域から強度データを集め、イベント・データを生成する。
【００１２】
図２Ａおよび図２Ｂに、２つのセンサ配列、マクロピクセル配列１０２およびマイクロピクセル配列１０４が接合され、マクロピクセル配列１０２に衝撃を与える１つまたは複数の粒子３０２によって、衝撃を与えられることを示す。当業者なら、任意の適切な接合方法および接合材料が本発明によって使用可能であることを理解するであろう。例えば、配列は、溶接、接着剤、インターロッキング部品、静電力などによって接合可能である。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態におけるマクロピクセル配列内のマクロピクセルに関しては、個別マクロピクセル１０６は、約１〜１０００マイクロメートル程度であることが可能である。それらは比較的大きなサイズであるので、これらのマクロピクセル１０６により、低解像度イメージ処理がもたらされる。しかし、本発明の実施形態によるマクロピクセル配列１０２は、それが高速度で、走査され、呼び出され、または読み出されることが可能になるように、および位置および時間に関するデータを含むマクロピクセル配列１０２をストライクする個別粒子３０２に関するデジタル情報を出力するために構造化される。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態におけるマイクロピクセル配列内のマイクロピクセルに関しては、個別マイクロピクセル１０８は、約０．０１〜２０マイクロメートル程度であることが可能である。それらは、比較的小さなサイズであるので、これらのマイクロピクセル１０８により、高解像度イメージ処理がもたらされる。粒子３０２が本発明の実施形態によるシステムをストライクすると、マイクロピクセル配列１０４は、粒子３０２のエネルギーの強度に比例するアナログ信号を検出する。
【００１５】
図３に、本発明の実施形態によるマクロピクセル配列１０２の動作および構造を示す。マクロピクセル配列１０２は、複数のマクロピクセル１０６、マクロピクセル・セレクタ・モジュール、マルチプレクサ（ＭＵＸ）５０６、グローバル・バンチ・カウンタ５０８、およびタイミング・コントローラ５１０からなる。後述するように、マクロピクセル行セレクタおよびマクロピクセル列セレクタは、タイムスタンプを含むことが可能である任意のマクロピクセルの場所を決定するために、マクロピクセル配列を呼び出す。マクロピクセル・セレクタ・モジュールは、マクロピクセル行セレクタ（すなわち、マクロピクセル垂直デコーダ）５０２と、マクロピクセル列セレクタ（すなわち、マクロピクセル列選択ロジック）５０４とを含む。
【００１６】
まず、イベントが起きると、バンチ・カウンタ５０８は（外部ストローブ・パルスによって同期化されて）値を増加させ、そのデジタル出力は、マクロピクセル配列バス（すなわち、列データ・バス）を使用して、全ピクセル配列に供給する。用語「バス」は、それが本明細書に使用されるとき、電子デバイスあるいは構成要素内の構成要素間、または複数の電子デバイスあるいは構成要素間のデータまたはパワーを転送する任意のサブシステムを含むことを意図しているが、それに限定されない。任意のマクロピクセルが粒子衝突により信号を検出した場合、グローバル・バンチ・カウンタ５０８のデジタル値は、デジタル・メモリ・セル配列４１０にロードされる。本発明のいくつかの実施形態では、デジタル・メモリ配列４１０は、当業者には知られている複数の従来のフリップ・フロップ回路４１４からなっている。このバンチ・カウンタ５０８の値は、粒子３０２衝突が起きたときの時間（すなわち、イベントの時間）を反映するタイムスタンプを示す。マクロピクセル配列バスは、全マクロピクセル配列１０２をカバーする必要があるので、容量性負荷は非常に大きくなり、システムはマクロピクセル配列バスを低速で駆動することになる。この問題を回避するために、本発明の実施形態では、バッファ回路をデジタル・マクロピクセル配列１０２のあらゆる列で使用して、マクロピクセル配列バスの寄生容量を抑制する。
【００１７】
次に、マクロピクセル行セレクタ５０２は、ある行ラインを、別の行ラインがタイミング・コントローラ５１０から供給されるタイミング・パルスによって同期化された後に、選択する。これにより、マクロピクセル１０６は、順次にまたはランダムに読み出されることが可能になる。読み出し手順の速度を上げるために、マクロピクセル行セレクタ５０２は、マクロピクセル１０２のうちの１つの行を選択し、任意のフリップ・フロップ４１４がマクロピクセル１０２に書き込まれているかどうかを決定するために、まず、マクロピクセル１０２を呼び出す。この動作は、マクロピクセル１０２において、まず、行カウンタ４０８の値を、または行カウンタ４０８のゼロの状態を示す「空の」フラッグ信号を読み出すことによって簡略化される。カウンタの内容のゼロ値、または「空の」フラッグ信号の「オン」状態は、最後の統合時間中、マクロピクセル１０６によって経験されたイベントがないことを意味している。その場合、マクロピクセル行セレクタ５０２およびマクロピクセル列セレクタ５０４は、空のデジタル・マクロピクセル配列１０２の内容を読み出すのに時間を費やすのではなく、次のピクセルにスキップする。この手法により、読出し時間が著しく抑えられる。ピクセルが、非ゼロのカウンタ、または「オフ」状態を含む場合、そのピクセルは、イベントを経験した（すなわち、タイムスタンプを有する）それらのマクロピクセル１０６のみについてメモリを読み出す。選択された行におけるどのマクロピクセルも「空の」フラッグを示さなかった場合には、マクロピクセル列セレクタ５０４は、コラムずつ多重化スイッチを順次に動作するタイムスタンプを読み出すことになっている。選択された行における少数個のマクロピクセル１０６が「空の」フラッグを示した場合には、マクロピクセル列セレクタは、「空の」フラッグ信号が「オン」である列をスキップし、「空の」フラッグ信号が「オフ」である列で停止し、タイムスタンプ・データを読み出す。選択された行におけるすべてのマクロピクセルが「空の」フラッグを示した場合には、マクロピクセル列セレクタは、全列をスキップし、マクロピクセル行セレクタ５０２を次の行選択に進ませる。当業者なら、任意の適切なデジタルメモリ・デバイスまたは回路が、本発明により使用可能であることを理解するであろう。図４に示すように、本明細書に述べる例示的実施形態は、メモリ要素として、複数のフリップ・フロップ回路を有するデジタル・メモリを含む。
【００１８】
本発明の実施形態では、ｎビットを有するタイムスタンプ・データのそれぞれの組を保管するために、マクロピクセル配列１０２の各行は、少なくとも２ｎメモリ要素からなることが必要である。追加のメモリ要素は、パリティ検査または巡回冗長検査（ＣＲＣ）など、エラー検査能力のために加えられることが可能である。タイムスタンプをラッチすることまたは書き込むことは、グローバル・バンチ・カウンタ５０８出力からのマクロピクセル配列バス・ラインとメモリ要素との間の接続を構築することによって行われる。外部ストローブ・パルスと結合されているグローバル・バンチ・カウンタ５０８出力により、スイッチは、マクロピクセル配列バスを対応する行のメモリ要素に接続することが可能になる。
【００１９】
図４に、本発明の一実施形態による例示的マクロピクセル１０６を示す。マクロピクセル１０６は、１つまたは複数のイベントを検出するように構成されている。前述のように、用語「イベント」は、粒子３０２およびマクロピクセル１０６間の相互作用の発生を示す。下記に詳細を論じるように、マクロピクセル１０６は、イベントを検出するように構成されており、各個別イベントに関連するタイムスタンプを保管する。
【００２０】
マクロピクセル１０６は、イベント・センサ・モジュール４１６からなる。本発明の実施形態によれば、イベント・センサ・モジュールは、マクロピクセル・フォトダイオード４０２、リセット・トランジスタ４０４、および比較器４０６を備える。加えて、マクロピクセルは、イベント・センサ・モジュール４１６、デジタル・メモリ・セル配列４１０、およびデジタル・メモリ配列４１０を選択し、制御するためのロジック回路４１２に接続されているバイナリ・カウンタ４０８を備える。本発明の他の実施形態では、デジタル・メモリ配列４１０は、ラッチまたは書き込みモード、保持モード、および読取りモードを含む３つのモードで動作するが、それらに限定されない。本発明の他の実施形態では、デジタル・メモリ配列４１０は、３つ未満のモードで動作する。本発明の他の実施形態では、デジタル・メモリ配列４１０は、３つより多いモードで動作する。
【００２１】
粒子３０２がマクロピクセル１０６に衝突すると、マクロピクセル・フォトダイオード４０２は、不純物タイプに応じて、電子またはホールを集める。したがって、例えば、フォトダイオードが、当業者には知られているｎタイプである場合、電子は、センシング・ノードに集められる。マクロピクセル・フォトダイオード４０２に統合される信号電荷が閾値レベルに到達した場合、比較器４０６出力は、イベントが起きたことを示すために、「高」から「低」レベルに切り替わる。その場合、この低信号は、イベントに関連するタイムスタンプをロードするために、１つの行のデジタル・メモリ配列４１０に、グローバル・カウンタ回路から供給されるマクロピクセル配列バス・タイムスタンプ入力をラッチさせる。
【００２２】
ラッチが完了すると、マクロピクセル・フォトダイオード４０２は、当業者には、知られているＶＤＤ電圧にリセットされ、比較器４０６出力は、「高」になり、デジタル・メモリ配列４１０のためのラッチ・モードは動作しなくなる。したがって、タイムスタンプ情報はデジタル・メモリ配列４１０にロードされ、保存され、その場合、保存された状態のままになる。
【００２３】
第２のイベントが同じマクロピクセル１０６によって経験された場合、バイナリ・カウンタ４０８の値は増加し、その出力を使用して、デジタル・メモリ配列４１０の次の行を選択し、イベントに関連する新規タイムスタンプ・データはメモリ内にロードされる。したがって、マクロピクセル１０６は、経験された第２のイベントに関連するタイムスタンプをロードする。この処理は、デジタル・メモリ配列４１０の最終行がラッチを完了するまで繰り返す。
【００２４】
デジタル・メモリ配列４１０の内容を読み出すために、本発明の実施形態によるシステムは、行カウンタ４０８をゼロにリセットし、「読み取り」モードに入らなくてはならない。しかし、フリップ・フロップ４１４の内容の読み出しが行われる前に、行カウンタ４０８内容が、まず読み出されなくてはならない。この方法は、所与のマクロピクセルが粒子３０２によって衝突されたかどうかを決定するために、高速度でマクロピクセル１０２を呼び出すのに有益である。マクロピクセル配列バスは、時分割多重化法によって、読み出しおよび書き込みの双方について共用され、つまり、読み取りおよび書き込みは、いずれのときでも重複しない。
【００２５】
図５に、本発明の実施形態によるマイクロピクセル配列１０４の構造および動作を示す。マイクロピクセル配列は、イベントを検出したと識別された１つまたは複数のマクロピクセル１０６と関連しているマイクロピクセル配列上の１つまたは複数のマイクロピクセル１０８のエリアを含むことを定義可能であるが、それに限定されない対象の領域１１０を含む。
【００２６】
マイクロピクセル配列１０４の構造は、マイクロピクセル・セレクタ・モジュール、相関二重抽出（ＣＤＳ）回路７０６、タイミング・コントローラ７０８、出力増幅器７１０、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）７１２、および２次元マイクロピクセル配列７１４からなる。マイクロピクセル・セレクタ・モジュールＮＵＭＢＥＲは、マイクロピクセル行セレクタ（すなわち、マイクロピクセル垂直デコーダおよびドライバ）７０２、およびマイクロピクセル列セレクタ（すなわち、マイクロピクセル列選択ロジック）７０４を含む。
【００２７】
当業者には知られているランダム・アクセスの読み出しを達成するために、時間を要する順次読み出しではなく、マクロピクセル行セレクタ７０２は、タイミング・コントローラ７０８によって供給されるアドレス情報に基づいて行選択ラインを復号する。タイミング・コントローラ７０８は、このアドレス情報を外部コントローラから転送する。マイクロピクセル列セレクタ７０４は、同じ形で動作する。例えば、ユーザがイメージ配列内に正方形または長方形のウィンドウを有する対象の領域を画定した場合、タイミング・コントローラ７０８は、ウィンドウを、ウィンドウのｘ座標およびｙ座標から、開始アドレスおよび終了アドレスに変換する。その場合、システムは、ｘアドレスおよびｙアドレスを使用して、その曲線の範囲を画定し、それは、ウィンドウ内のマイクロピクセル１０８を読み出すために、順次にまたはインターレースされた形で行われることになる。したがって、本発明の実施形態では、対象の領域は、ユーザによって事前選択可能である。
【００２８】
本発明の実施形態では、ＣＤＳ回路７０６をあらゆる列で使用して、オフセット変動により固定パターン・ノイズを取り除く。各列のＣＤＳ回路７０６の信号出力は、１つのマイクロピクセル配列バスに多重化され、ＡＤＣ７１２によって増幅され、デジタル化される。当業者なら、任意の適切なＣＤＳ回路が本発明により使用可能であることを理解するであろう。当業者なら、マクロピクセル配列バスおよびマイクロピクセル配列バスが、同一のまたは異なる物理的構成要素であることが可能であることを理解するであろう。
【００２９】
図６に、本発明の実施形態によるマイクロピクセル１０８の構造および動作を示す。後述のように、マイクロピクセル１０８は、イベントの強度に関係しているデータを保管する。ピクセルの位置または座標の情報は、マイクロピクセル配列１０２のマイクロピクセル行セレクタおよびマイクロピクセル列セレクタ７０４から得られる。
【００３０】
本発明の実施形態によるマイクロピクセル１０８が、マイクロピクセル・フォトダイオード６０２、リセット・トランジスタ６０４、ソース・フォロア・トランジスタ６０６、および行選択トランジスタ６０８からなる。この構造は、高解像度を達成するために、小さなピクセルのサイズを利用するように、従来のピクセル構造の使用に基づいている。
【００３１】
本発明の実施形態によるマイクロピクセル１０８の動作に関して、粒子がマイクロピクセル・フォトダイオード６０２の近くでシリコン格子に衝突すると、電子およびホールが生成される。電子は集められ、電位は、フォトダイオード６０２における統合電荷の関数として変化する。その場合、マイクロピクセル・フォトダイオード６０２からの信号は、行選択トランジスタ６０８がイネーブルされると、ソース・フォロア・トランジスタ６０６によって読み出される。リセット・トランジスタ６０４の役割は、ＶＤＤでフォトダイオード電位をその元の状態にリセットすることである。
【００３２】
以下に実証するように、マクロピクセル配列１０２およびマイクロピクセル配列１０４は、本発明の実施形態では、双方向に働いて、粒子３０２トレースの高速度、高解像度の２次元キャプチャを達成する。
【００３３】
本発明の実施形態によりマクロピクセル１０６上に粒子３０２によって衝撃を与えられると、フォトダイオード４０２信号は、閾値レベルより上昇し、比較器４０６出力は、「１」から「０」に切り替わり、デジタル・メモリ・セル配列４１０のある行へのグローバル・タイムスタンプのロードが可能になる。表示「１」および「０」は、単に相対的な用語として使用されており、任意の相対的な用語または表示が本発明の実施形態に使用可能であることに留意されたい。デジタル・メモリ・セル配列４１０にタイムスタンプ・データのロードが完了すると、マクロピクセル・フォトダイオード４０２はリセットし、比較器出力４０６は「１」へ逆に切り替わる。次に、同じマクロピクセル１０６の上に他の粒子３０２によって衝撃を与えられると、異なるタイムスタンプが、デジタル・メモリ・セル配列４１０の次の行にロードされることになる。
【００３４】
粒子３０２の衝撃があると、マイクロピクセル・フォトダイオード６０２はまた、粒子３０２の衝撃によって生成された信号電荷を統合する。しかし、電荷は、バンチ列の終了までは、データを読み出しまたはリセットせずに、マイクロピクセル・フォトダイオード６０２内にとどまる。他の粒子３０２が同じピクセルに衝突すると、電荷は、マイクロピクセル・フォトダイオード６０２内に蓄積し、信号電荷量は増加する。
【００３５】
すべての粒子３０２の衝撃が、事前選択された時間枠のために中断した場合、マクロピクセル配列１０２は、デジタル・メモリ・セル配列４１０にロードされるタイムスタンプがあるかどうかを決定するために、各マクロピクセル１０６の呼び出しを開始する。
【００３６】
そのカウンタ４０８上に非ゼロ値を有するマクロピクセル１０２が見られる場合、デジタル・メモリ・セル配列４１０の内容が読み出される。同時に、マクロピクセル行セレクタ５０２およびマクロピクセル列セレクタ５０４の電流状態が、マクロピクセル１０６のｘ、ｙ座標を示す。
【００３７】
マクロピクセル１０６の低解像度ｘ、ｙ座標に基づいて、ウィンドウの開始および終了のアドレスが、マイクロピクセル１０８の高解像度ｘ、ｙ座標を、ならびにウィンドウ内のマイクロピクセル信号の強度を読み出すために生成される。
【００３８】
各マイクロピクセル１０８は、読み出され、デジタル化され、カメラ・システムまたはピクセル・データを処理することが可能な他のシステムもしくはデバイスに送信される。マイクロピクセル１０８の選択数のみが読み出されるので、高速度、高解像度の成果が得られる。マイクロピクセル信号が読み出された後、マイクロピクセル・フォトダイオード６０２がＶＤＤ電圧にリセットされる。
【００３９】
したがって、本発明の実施形態によるハイブリッド検出器システムは、２つの異なる配列、マクロピクセル配列１０２およびマイクロピクセル配列１０４を組み合わせている。マクロピクセルは、イベントに関連するタイムスタンプ情報（すなわち、粒子が検出器に衝突するとき）を保管する。それは、複数のタイムスタンプを保管するためにデジタル・メモリ・セル配列４１０を含み、それにより、システムは複数のイベントを記録することが可能になる。本発明の実施形態では、マクロピクセル１０６に組み入られているマイクロピクセル１０８は、ＣＭＯＳ  ＡＰＳ構造に基づいている。そのサイズは小さいので、それは高解像度をもたらすことが可能である。複数のタイムスタンプのキャプチャ能力と、高解像度イメージ処理能力とを組み合わせることによって、ハイブリッドのピクセル・システムが、粒子イベントを３−Ｄ情報、すなわち、ｘ、ｙ座標に加えて時間枠に変換することが可能である。さらには、本発明の実施形態による階層的構造により、読み出し処理中に、「ごみ」情報が伝えられるのではなく、初期段階で、不必要なデータを破棄することによって、洗練されたやり方で情報が扱われる。これにより、システムの極めて大きな帯域幅負荷が取り除かれ、それにより、読出し速度が緩和される。この緩和された速度はまた、パワー消費を抑え、ＥＭＩ（電磁妨害）ロバスト性を改善するのに有益である。
【００４０】
上述の実施形態が単に本発明の一例に過ぎないこと、および上述の実施形態の多数の変形形態が本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって考案可能であることを理解すべきである。したがって、この種の変形形態が、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内に含められることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態により、例示的ハイブリッド検出器システムを示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態により、マイクロピクセル配列に接合されたマイクロピクセル配列を有するハイブリッド・センサの側面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態により、マイクロピクセル配列に接合されたマイクロピクセル配列を有するハイブリッド・センサの側面図である。
【図３】本発明の実施形態によるマクロピクセル配列の構造の概略図である。
【図４】本発明の実施形態によるマクロピクセルの構造の概略図である。
【図５】本発明の実施形態によるマイクロピクセル配列の構造の概略図である。
【図６】本発明の実施形態によるマイクロピクセルの構造の概略図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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