(57)【要約】画像を検出するためのユニットセルおよび方法である。画像システムのユニットセルの一つの例は、光放射の受け取りに応じて光電流を生成するように構成されている光検出器と、光検出器と電気通信し、光電流から蓄積された電荷を積算するように構成されている可変容量電荷蓄積回路と、可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタし、積分電圧に基づいて可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するように構成されている制御回路と、積分電圧に少なくとも部分的に基づいて出力電圧を提供するように構成されている出力を含む。
2019501588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像化システムのユニットセルであって、
光放射の受け取りに応じて光電流を生成するように構成されている光検出器と、
前記光検出器と電気通信する可変容量電荷蓄積回路であり、前記光電流から蓄積された電荷を積算するように構成されている、可変容量電荷蓄積回路と、
前記可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタし、前記積分電圧に基づいて前記可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するように構成されている制御回路と、
前記積分電圧に少なくとも部分的に基づいて出力電圧を提供するように構成されている出力と、
を含む、ユニットセル。
【請求項２】
前記可変容量電荷蓄積回路は、第１電荷蓄積デバイスおよび第２電荷蓄積デバイスを含む、
請求項１に記載のユニットセル。
【請求項３】
前記可変容量電荷蓄積回路は、選択的に第２電荷蓄積デバイスと第１電荷蓄積デバイスを一緒に並列に接続するように配置された第１スイッチ、を含む、
請求項２に記載のユニットセル。
【請求項４】
前記制御回路は、
前記積分電圧と第１飽和閾値を比較し、前記積分電圧が前記第１飽和閾値を超えているとの判断に応答して第１コンパレータ信号を生成するように構成されているコンパレータと、
前記第１コンパレータ信号を受け取り、それに応じて前記第１スイッチをアクティブ化するための第１スイッチング信号を生成するように構成されている動的シフトレジスタと、
を含む、請求項３に記載のユニットセル。
【請求項５】
前記可変容量電荷蓄積回路は、第３電荷蓄積デバイスおよび第２スイッチを含み、
前記制御回路は、前記第２スイッチを介して選択的に前記第３電荷蓄積デバイスを第２電荷蓄積デバイスおよび第１電荷蓄積デバイスと一緒に並列に接続することによって、前記可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するように構成されている、
請求項４に記載のユニットセル。
【請求項６】
前記コンパレータは、前記積分電圧と第２飽和閾値を比較し、前記積分電圧が前記第２飽和閾値を超えているとの判断に応答して第２コンパレータ信号を生成するように構成されており、かつ、
前記動的シフトレジスタは、前記第２コンパレータ信号を受け取り、前記第２スイッチをアクティブ化するための第２スイッチング信号を生成するように構成されている、
請求項５に記載のユニットセル。
【請求項７】
前記第１飽和閾値は、実質的に前記第２飽和閾値と等しい、
請求項６に記載のユニットセル。
【請求項８】
前記制御回路は、前記可変容量電荷蓄積回路のイネーブル設定を含む状態信号を提供するように構成されている、
請求項６に記載のユニットセル。
【請求項９】
前記ユニットセルは、さらに、
ＣＤＳスイッチを介して選択的に前記可変容量電荷蓄積回路と接続される相関二重サンプリング（ＣＤＳ）電荷蓄積デバイス、を含む、
請求項２に記載のユニットセル。
【請求項１０】
前記ＣＤＳ電荷蓄積デバイスは、前記ＣＤＳスイッチのアクティブ化に応答して前記光電流から蓄積された電荷を積算するように構成されている、
請求項９に記載のユニットセル。
【請求項１１】
前記ユニットセルは、さらに、
サンプルホールドスイッチを介して前記ＣＤＳ電荷蓄積デバイスに接続されたサンプルホールド電荷蓄積デバイス、を含み、
前記サンプルホールド電荷蓄積デバイスは、前記積分電圧をサンプルしてホールドするように構成されている、
請求項１０に記載のユニットセル。
【請求項１２】
画像を検出するための方法であって、
光検出器での光放射の受け取りに応じて光電流を生成するステップと、
前記光検出器と電気通信する可変容量電荷蓄積回路で、前記光電流から蓄積された電荷を積算するステップと、
前記可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタするステップと、
前記積分電圧に基づいて前記可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するステップと、
前記積分電圧に少なくとも部分的に基づいて出力電圧を提供するステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記可変容量電荷蓄積回路は、第１電荷蓄積デバイスおよび第２電荷蓄積デバイスを含み、
前記可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整する前記ステップは、選択的に第２電荷蓄積デバイスと第１電荷蓄積デバイスを一緒に並列に接続するステップを含む、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタする前記ステップは、
前記積分電圧と第１飽和閾値を比較するステップと、
前記積分電圧が前記第１飽和閾値を超えているかを判断するステップと、
前記積分電圧が前記第１飽和閾値を超えているとの判断に応答して、第１コンパレータ信号を生成するステップと、
を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記可変容量電荷蓄積回路は、第１スイッチを含み、
選択的に第２電荷蓄積デバイスと第１電荷蓄積デバイスを接続する前記ステップは、前記第１コンパレータ信号の受け取りに応じて、前記第１スイッチをアクティブ化するための第１スイッチング信号を生成するステップ、を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記可変容量電荷蓄積回路は、第３電荷蓄積デバイスおよび第２スイッチを含み、
前記可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整する前記ステップは、
前記第２スイッチを介して選択的に前記第３電荷蓄積デバイスを第２電荷蓄積デバイスおよび第１電荷蓄積デバイスと一緒に並列に接続するステップ、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタする前記ステップは、
前記積分電圧と第２飽和閾値を比較するステップと、
前記積分電圧が前記第２飽和閾値を超えているかを判断するステップと、
前記積分電圧が前記第２飽和閾値を超えているとの判断に応答して、第２コンパレータ信号を生成するステップと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２スイッチを介して選択的に前記第３電荷蓄積デバイスを第２電荷蓄積デバイスおよび第１電荷蓄積デバイスと一緒に並列に接続する前記ステップは、
前記第２コンパレータ信号の受け取りに応じて、前記第２スイッチをアクティブ化するための第２スイッチング信号を生成するステップ、
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１飽和閾値は、実質的に前記第２飽和閾値と等しい、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記方法は、さらに、
相関二重サンプリング（ＣＤＳ）電荷蓄積デバイスを前記可変容量電荷蓄積回路と選択的に接続するステップと、
前記ＣＤＳ電荷蓄積デバイスにおいて前記光電流から蓄積された電荷を積算するステップと、
を含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
焦点面アレイ（Focal  Plane  Arrays、FPA）は、一般に、行と列に編成された、検出器エレメントまたはユニットセル（すなわち、ピクセル）の２次元アレイを含んでいる。FPAの各ユニットセル内の回路は、FPAの視野（field  of  view、FOV）内のシーンまたはオブジェクトの画像を生成するために、ユニットセル内の検出器において入射光放射（incident  optical  radiation）のフラックス（flux）に対応する電荷（charge）を蓄積する。例えば、ほとんどのユニットセル回路は、フォトダイオード（photo-diode）において光放射を検出する。電荷は、単一の容量性エレメントに蓄積される。電荷を積算して、積分電圧（integration  voltage）を生成するものである。生成された積分電圧は、積分期間（または積分インターバル）と呼ばれる所与の時間期間にわたるフラックスの強度に対応している。結果として生じる電圧は、追加の回路によってアレイの出力に伝送され、次いで、光放射を発したシーンの画像を構築するために使用され得る。いくつかの場合に、そうした電圧または電荷は、FPAの回路によってデジタル化され、結果として２進値のアレイ（an  array  of  binary  values）を生じる。FPAの各ユニットセルに対して少なくとも１つの値である。従って、いくつかの場合に、FPAは、フラックスの２次元パターンを２進値の２次元アレイへと変換するために使用されてよく、結果としてデジタル画像を生じる。
【発明の概要】
【０００２】
態様および実施形態は、一般的に、画像化システム、FPAユニットセル、および、高いダイナミックレンジ（すなわち、低ノイズフロア（noise  floor）と高いウェル容量（well  capacity）を有するユニットセル回路に向けられている。様々な態様および実施形態は、積分期間の最中のフラックスレベルの変化と同様に、低フラックスレベルおよび高フラックスレベルを動的に適合させるように構成された可変容量電荷蓄積回路（variable  capacitance  charge  storing  circuit）を有するユニットセル回路を含んでいる。従って、態様および実施形態によって提供される技術的な利点は、従来の画像化アーキテクチャと比べて、以下に説明される様々な他の利点の中で、改善された実現可能性（feasibility）と性能を含み得る。
【０００３】
一つの態様に従って、画像化システムのユニットセルが提供される。一つの例において、画像化システムのユニットセルは、光放射の受け取りに応じて光電流を生成するように構成されている光検出器と、光検出器と電気通信し、光電流から蓄積された電荷を積算するように構成されている可変容量電荷蓄積回路と、可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタし、積分電圧に基づいて可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するように構成されている制御回路と、積分電圧に少なくとも部分的に基づいて出力電圧を提供するように構成されている出力を含む。
【０００４】
一つの実施形態において、可変容量電荷蓄積回路は、第１電荷蓄積デバイスおよび第２電荷蓄積デバイスを含む。一つの実施形態に従って、可変容量電荷蓄積回路は、選択的に第２電荷蓄積デバイスと第１電荷蓄積デバイスを一緒に並列に接続するように配置された第１スイッチを含む。一つの実施形態において、制御回路は、積分電圧と第１飽和閾値を比較し、かつ、積分電圧が第１飽和閾値を超えているとの判断に応答して第１コンパレータ信号を生成するように構成されているコンパレータ、および、第１コンパレータ信号を受け取り、それに応じて第１スイッチをアクティブ化するための第１スイッチング信号を生成するように構成されている動的シフトレジスタを含む。
【０００５】
一つの実施形態に従って、可変容量電荷蓄積回路は、第３電荷蓄積デバイスおよび第２スイッチを含み、そして、制御回路は、第２スイッチを介して選択的に第３電荷蓄積デバイスを第２電荷蓄積デバイスおよび第１電荷蓄積デバイスと一緒に並列に接続するように構成されている。一つの実施形態において、コンパレータは、積分電圧と第２飽和閾値を比較し、かつ、積分電圧が第２飽和閾値を超えているとの判断に応答して第２コンパレータ信号を生成するように構成されており、そして、動的シフトレジスタは、第２コンパレータ信号を受け取り、かつ、第２スイッチをアクティブ化するための第２スイッチング信号を生成するように構成されている。
【０００６】
一つの実施形態において、第１飽和閾値は、実質的に第２飽和閾値と等しい。一つの実施形態に従って、制御回路は、可変容量電荷蓄積回路のイネーブル設定を含む状態信号を提供するように構成されている。
【０００７】
一つの実施形態において、画像化システムのユニットセルは、さらに、ＣＤＳスイッチを介して選択的に可変容量電荷蓄積回路と接続される相関二重サンプリング（ＣＤＳ）電荷蓄積デバイスを含む。一つの実施形態において、ＣＤＳ電荷蓄積デバイスは、ＣＤＳスイッチのアクティブ化に応答して光電流から蓄積された電荷を積算するように構成されている。一つの実施形態に従って、画像化システムのユニットセルは、さらに、サンプルホールドスイッチを介してＣＤＳ電荷蓄積デバイスに接続されたサンプルホールド電荷蓄積デバイスを含み、サンプルホールド電荷蓄積デバイスは、積分電圧をサンプルしてホールドするように構成されている。
【０００８】
一つの態様に従って、画像を検出するための方法が提供される。一つの例において、本方法は、光検出器での光放射の受け取りに応じて光電流を生成するステップと、光検出器と電気通信する可変容量電荷蓄積回路で光電流から蓄積された電荷を積算するステップと、可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタするステップと、積分電圧に基づいて可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するステップと、積分電圧に少なくとも部分的に基づいて出力電圧を提供するステップを含む。
【０００９】
一つの実施形態において、可変容量電荷蓄積回路は、第１電荷蓄積デバイスおよび第２電荷蓄積デバイスを含み、そして、可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するステップは、選択的に第２電荷蓄積デバイスと第１電荷蓄積デバイスを一緒に並列に接続するステップを含む。一つの実施形態に従って、可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタするステップは、積分電圧と第１飽和閾値を比較し、積分電圧が第１飽和閾値を超えているかを判断するステップと、積分電圧が第１飽和閾値を超えているとの判断に応答して、第１コンパレータ信号を生成するステップを含む。
【００１０】
一つの実施形態に従って、可変容量電荷蓄積回路は、第１スイッチを含み、そして、選択的に第２電荷蓄積デバイスと第１電荷蓄積デバイスを接続するステップは、第１コンパレータ信号の受け取りに応じて、第１スイッチをアクティブ化するための第１スイッチング信号を生成するステップを含む。一つの実施形態において、可変容量電荷蓄積回路は、第３電荷蓄積デバイスおよび第２スイッチを含み、そして、可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するステップは、第２スイッチを介して選択的に第３電荷蓄積デバイスを第２電荷蓄積デバイスおよび第１電荷蓄積デバイスと一緒に並列に接続するステップを含む。
【００１１】
一つの実施形態において、可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタするステップは、積分電圧と第２飽和閾値を比較し、積分電圧が第２飽和閾値を超えているかを判断するステップと、積分電圧が第２飽和閾値を超えているとの判断に応答して、第２コンパレータ信号を生成するステップを含む、一つの実施形態に従って、第２スイッチを介して選択的に第３電荷蓄積デバイスを第２電荷蓄積デバイスおよび第１電荷蓄積デバイスと一緒に並列に接続するステップは、第２コンパレータ信号の受け取りに応じて、第２スイッチをアクティブ化するための第２スイッチング信号を生成するステップを含む。一つの実施形態において、第１飽和閾値は、実質的に第２飽和閾値と等しい。一つの実施形態に従って、本方法は、さらに、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）電荷蓄積デバイスを可変容量電荷蓄積回路と選択的に接続するステップと、ＣＤＳ電荷蓄積デバイスにおいて光電流から蓄積された電荷を積算するステップを含む。
【００１２】
これらの例示的な態様および実施形態に係るさらに他の態様、実施形態、および利点が、以下に詳細に説明される。ここにおいて開示される実施形態は、ここにおいて開示される原理のうち少なくとも１つと一致するあらゆる方法と組み合わされてよい。そして、「実施形態（”an  embodiment”）」、「いくつかの実施形態（”some  embodiments”）」、「代替的な実施形態（”an  alternative  embodiment”）」、「様々な実施形態（”various  embodiments”）」、「一つの実施形態（”one  embodiment”）」、等は、必ずしも相互に排他的ではなく、そして、説明される特定の特徴、構造、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを示すように意図されている。ここにおけるそうした用語の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を参照するものではない。ここにおいて説明される様々な態様および実施形態は、説明される方法または機能のいずれかを実行するための手段を含んでよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
少なくとも１つの実施形態に係る様々な態様が、縮尺通りに描かれるように意図されたものではない、添付図面を参照して以下に説明される。図面は、様々な態様および実施形態の説明及びさらなる理解を提供するために含まれており、そして、この明細書に組み込まれて、明細書の一部を構成するが、本発明の範囲の定義として意図されたものではない。図面においては、様々な図に示されている同一又はほぼ同一のコンポーネントそれぞれが、同様な番号によって表されている。明確化の目的のために、全てのコンポーネントが全ての図においてラベル付けされなくてよい。
【図１】図１は、本発明の態様に従った、画像化システムユニットセル回路の一つの例に係る概略図である。
【図２】図２は、本発明の態様に従った、図１に示される画像化システムユニットセルのスイッチングダイヤグラムの一つの例に係る図である。
【図３】図３は、本発明の態様に従った、プロセスフローの１つの例である
【発明を実施するための形態】
【００１４】
態様および実施形態は、焦点面アレイ（FPA）のためのユニットセルに関する。様々な態様および実施形態は、FPAユニットセル回路、および、それを使用する画像化の方法に向けられている。そして、特には、高いダイナミックレンジ（すなわち、低ノイズフロアと高いウェル容量）を有するユニットセル回路に関する。様々な態様および実施形態は、入射電磁放射線のフラックスレベルに関してユニットセルのゲインを動的に適合させるように構成された可変容量電荷蓄積回路を含む。そうした態様および実施形態は、低フラックスユニットセル条件のために低ノイズフロア、および、高フラックスユニットセル条件のために大きなウェル容量を提供する。ここにおいてさらに説明されるように、様々な態様および実施形態は、また、ユニットセルの積分期間の最中のフラックスレベルの変動に対応することができるユニットセルも提供する。
【００１５】
典型的なユニットセル回路は、所与の波長の衝突する光放射のフラックスに対応する電荷を蓄積する。典型的に、電荷は、電荷を積算する単一の容量性エレメントで蓄積され、そして、積分電圧を生成する。高ダイナミックレンジのユニットセルを提供する従来の試みは、低フラックスレベルに対する積分期間が高フラックスレベルに対する積分期間より長くなるように、ユニットセルの積分期間を変更することを示唆してきた。しかしながら、そうしたアプローチは、積分期間の最中のフラックスレベルの変動に適応することができない。例えば、変化するシーンの結果としてのフラックスレベルにおける変動は、そうしたアプローチによって必要とされる積分期間を大幅に変え得るものである。従って、FPA内のユニットセルの管理および制御を非効率的かつ煩雑なものにすることに加えて、高ダイナミックレンジのユニットセルのための既知のスキームは、積分期間を変更することから結果として自然に生じ得る予測不可能な容量性電荷分割精度（capacitive  charge-sharing  accuracy）の望ましくない影響をこうむる。
【００１６】
従って、ここにおいて説明される改良されたユニットセルの様々な態様および実施形態は、光検出器と電気通信する可変容量電荷蓄積回路を含み、そして、大きなフラックスレベルおよび低いフラックスレベルに対応するように構成されており、積分期間の最中のフラックスレベルにおける変動についての対応も同様である。特に、可変容量電荷蓄積回路は、一連のオペレーションフェイズを繰り返し、それぞれが可変容量電荷蓄積回路のウェル容量（well  capacity）を連続的に増加させる。例えば、可変容量電荷蓄積回路は、低いフラックスレベル信号に対応するためのオペレーションに係る低いウェル容量と低いノイズフェイズから、高いフラックスレベル信号に対応するためのオペレーションに係る高いウェル容量と高いノイズフェイズへと循環することができる。従って、態様および実施形態によって提供される技術的利点は、従来の画像化アーキテクチャと比べて、以下に説明される様々な他の利点の中で、改善された実現可能性、効率性、および性能を含み得るものである。
【００１７】
ここにおいて説明される方法および装置の実施形態は、アプリケーションにおいて、以下の説明において明らかにされ、又は、添付の図面に示される構成の詳細およびコンポーネントの配置に限定されるものではないことが正しく理解されるべきである。方法および装置は、他の実施形態において実施することができ、そして、様々な方法で実施、または、実行することができる。特定の実施形態の例は、ここにおいて説明目的のためだけに提供されており、そして、限定することを意図するものではない。また、ここにおいて使用される表現および用語も、説明目的のためのものであり、そして、限定するものとして見なされるべきではない。「含む（”including”、”comprising”、”having”、”containing”、”involving”）」及びそれらの変形のここにおける使用は、それ以降に列挙されるアイテム、および、その等価物ならびに追加の項目を包含することを意味している。「または（”or”）」に対する言及は、「または」を使用して説明される任意の用語が、説明される用語のうち単一、１つまたはそれ以上、および全てのいずれかを示し得るように、包括的であると理解され得る。表と裏、左と右、天と地、上と下、および、縦と横、に対するあらゆる言及は、説明の便宜のためを意図されたものであり、本システムおよび方法またはそれらのコンポーネントをいずれか１つの位置または空間的な方向について限定するものではない。
【００１８】
図１は、様々な態様および実施形態に従った、画像化システムユニットセル回路100の一つの例に係る概略図を示している。様々な実施形態において、ユニットセル回路100は、検出器（例えば、光検出器106）、可変容量電荷蓄積回路102、制御回路104、および出力152を含むことができる。図示されるように、さらなる実施形態において、回路100は、また、１つまたはそれ以上の金属酸化物半導体（MOS）トランジスタ（例えば、第１トランジスタ126、第２トランジスタ140、および第３トランジスタ142）、相関二重サンプリング（Correlated  Double  Sampling、CDS）電荷蓄積デバイス141、サンプルホールド電荷蓄積デバイス116、および、１つまたはそれ以上のスイッチングデバイスも含んでよい。第１スイッチ118（「G0」）、第２スイッチ120（「G1」）、リセットスイッチ122（「pRst」）、CDSスイッチ124（「G2」）、サンプルホールドスイッチ132（「pSh」）、クランプスイッチ130（「pClmp」）といったものである。
【００１９】
図１に示されるように、様々な実施形態において、回路100は、所与の波長の光放射を受け取る光検出器106に応答して、光検出器106からの電荷を蓄積する。光検出器106は、ユニットセル回路100の入力ノード144に接続されており、そして、少なくとも可変容量電荷蓄積回路102と電気通信する。図１に示すように、入力ノード144は、また、制御回路104、第１トランジスタ126のゲート、およびCDS電荷蓄積デバイス114に接続されてもよい。特に、図１は、CDSスイッチ124を介して入力ノード144に接続されたCDS電荷蓄積デバイス114の第１端子、および、追加スイッチ128（「G2N」）を介して第１トランジスタ126のソースに接続されたCDS電荷蓄積デバイス114の第２端子を示している。回路100によって蓄積された電荷（electrical  charge）は、光検出器106で受け取った光放射のフラックスレベルに対応している。様々な実施形態に係る特定の光検出器106は、所望の波長の光放射に敏感であるように選択された任意の検出器を含み得る。少なくとも一つの例において、光放射は、可視光、赤外線放射、および紫外線放射を含み得る。例えば、光検出器106は、０．３ミクロンほどの小ささから２．５ミクロン及びそれ以上までの範囲の光の波長の受け取りに応答して光電流（photo-current）を生成するように構成されたフォトダイオードを含んでよい。例えば、所望の波長の光放射は、画像化システムの１つまたはそれ以上の照明装置によって生成され、そして、画像化されるべきシーンを照明するように構成されてよい。
【００２０】
様々な実施形態において、可変容量電荷蓄積回路102は、光検出器106に接続され、そして、電気通信する。特に、可変容量電荷蓄積回路102の１つまたはそれ以上の電荷蓄積デバイスは、光検出器106によって生成された光電流を受け取り、そして、蓄積された電荷を積算するように構成されている。図１に示されるように、可変容量電荷蓄積回路102の１つまたはそれ以上の電荷蓄積デバイスは、例えば、キャパシタを含んでよい。一つの実施形態において、１つまたはそれ以上の電荷蓄積デバイスは、順番（in  sequential  order）に配置されている。すなわち、一つの実施形態において、１つまたはそれ以上の電荷蓄積デバイスは、追加の電荷蓄積デバイスの連続的な接続が可変容量電荷蓄積回路102の集合容量値（collective  capacitance  value）（すなわち、ウェル容量（well  capacitance））を漸次に（incrementally）増加させるように、既定の順番で接続され、そして、配置されている。
【００２１】
例えば、図１は、第１電荷蓄積デバイス108、第２電荷蓄積デバイス110、および第３電荷蓄積デバイス112を含む、可変容量電荷蓄積回路102を示している。他の実施形態において可変容量電荷蓄積回路102は、任意の数量の電荷蓄積デバイスを含んでよい。図示された実施形態において、第１電荷蓄積デバイス108は、寄生キャパシタ（parasitic  capacitor）を含んでいる。そうした実施形態においては、第１電荷蓄積デバイス108が１７フェムトファラド（femto-farads）の容量値を有し、第２電荷蓄積デバイス110が６０フェムトファラドの容量値を有し、そして、第３電荷蓄積デバイス112が２５０フェムトファラドの容量値を有し得る。しかし、様々な追加の実施形態において、可変容量電荷蓄積回路102の１つまたはそれ以上の電荷蓄積エレメントは、様々な他の値を有してよい。
【００２２】
可変容量電荷蓄積回路102の個々の電荷蓄積デバイスは、１つまたはそれ以上のスイッチングデバイスを介して選択的に接続され得る。図１に示すように、１つまたはそれ以上のスイッチングデバイスは、第２電荷蓄積デバイス110を第１電荷蓄積デバイス108と並列に接続するように配置された第１スイッチ118と、第３電荷蓄積デバイス112を第１および第２電荷蓄積デバイス108、110と並列に接続するように配置された第２スイッチ120とを含んでよい。以下にさらに説明されるように、様々な実施形態に係る１つまたはそれ以上のスイッチングデバイスの制御は、制御回路104によって管理され得る。特に、様々な実施形態のスイッチングデバイスは、アクティブ化および非アクティブ化（すなわち、オープンおよびクローズ）されるように構成された任意の適切なスイッチを含み、そして、制御回路104からの１つまたはそれ以上のスイッチング信号によって駆動され得る。図１にさらに示すように、可変容量電荷蓄積回路102は、電荷蓄積回路102を初期状態へリセットすることができる回路に接続されたリセットスイッチ122を含み得る。一つの例において、ユニットセル回路100の積分期間は、リセットスイッチ122の非アクティブ化（すなわち、オープン）から開始する。リセットスイッチ122がアクティブ化されている間に、可変容量電荷蓄積回路102の電荷蓄積デバイスは、蓄積された電荷のその後の積算のために既定のレベルまでリセットされる。
【００２３】
様々な実施形態において、ユニットセル回路100は、低フラックスレベル、高フラックスレベル、および変動するフラックスレベルに対応するために、動的に適応するように構成されている。特に、制御回路104は、可変容量電荷蓄積回路102にかかる積分電圧をモニタし、そして、それに応じて可変容量電荷蓄積回路102のキャパシタンス（capacitance）を調整するように構成されている１つまたはそれ以上のコンポーネントを含み得る。示されるように、制御回路104は、他のコンポーネントの中でも、コンパレータ134と、動的シフトレジスタ136とを含み得る。コンパレータ134は、ユニットセル回路100の入力ノード144に接続された第１入力端子（反転入力として示されている）と、動的シフトレジスタ136に接続された出力ノードとを含む。コンパレータ134は、第２入力端子（非反転入力として示されている）で飽和閾値（例えば、”vHigh”として示されている電圧飽和閾値）を受け取り、そして、可変容量電荷蓄積回路102にかかる積分電圧を飽和閾値と比較する。様々な実施形態において、飽和閾値は、制御回路104によって予め定義されるか、または自動的に生成されてよい。
【００２４】
コンパレータ134は、飽和閾値と積分電圧とを比較し、そして、比較された値のどちらがより大きいかを示すコンパレータ信号を提供する。すなわち、様々な実施形態において、コンパレータ134は、積分電圧が飽和電圧を満たすか又は超えるかを判断し、そして、積分電圧が飽和閾値を満たすか又は超えるときにコンパレータ信号を提供する。例えば、コンパレータ信号は、動的シフトレジスタ136によって受け取られるべきデジタル信号を含み得る。
【００２５】
動的シフトレジスタ136は、コンパレータ134からコンパレータ信号を受け取り、そして、これに応答して、第１スイッチ118、第２スイッチ120、及び／又はCDSスイッチ124といった、１つまたはそれ以上のスイッチングデバイスをアクティブ化するために１つまたはそれ以上のスイッチング信号を生成する。特に、動的シフトレジスタ136は、飽和閾値を超えたときに、第１スイッチ118、第２スイッチ120、またはCDSスイッチ124をアクティブ化するために１つまたはそれ以上のスイッチング信号を生成するように構成されている。例えば、動的シフトレジスタ136は、フリップフロップのカスケード（cascade）を含んでよく、各フリップフロップの出力は、次の後続のフリップフロップの入力に接続されている。そうした実施形態において、動的シフトレジスタ136は、飽和閾値を超えるたびに１ビットずつシフトし、そして、可変容量電荷蓄積回路102の追加の電荷蓄積デバイスを漸次にアクティブ化するように構成されている。
【００２６】
様々な実施形態において、リセットスイッチ122の非アクティブ化（すなわちオープン）に応答して、回路100は、オペレーションの第１フェイズを開始し、その最中に可変容量電荷蓄積回路102が第１電荷蓄積デバイス108で電荷の積算を開始する。図１は、オペレーションの第１フェイズの一つの例における回路100を示している。第１フェイズの最中、第１スイッチ118は非アクティブ化ポジション（すなわちオープンポジション）に維持され、第２スイッチ120は非アクティブ化ポジションに維持され、そして、CDSスイッチ124は非アクティブ化ポジションに維持されている。積分電圧が第１飽和閾値を満たすか又は超えるかの判断に応答して、コンパレータ134は、動的シフトレジスタ136に第１スイッチング信号を生成するよう指示する第１コンパレータ信号を生成する。第１スイッチング信号は、第１スイッチ118をアクティブ化し、かつ、第２電荷蓄積デバイス110を第１電荷蓄積デバイス108と接続するように構成されている。第１スイッチ118のアクティブ化は、第２電荷蓄積デバイス110を第１電荷蓄積デバイス108と並列に接続し、そして、回路100のウェル容量を効果的に増加させる。特に、第１スイッチ118のアクティブ化に応答して、第１電荷蓄積デバイス108は、第２電荷蓄積デバイス110と電荷共有（charge-share）を行い、回路100のウェル容量を増加させている。
【００２７】
第１スイッチ118のアクティブ化に応答して、回路100は、オペレーションの第２フェイズを開始する。オペレーションの第２フェイズの最中、第１スイッチ118はアクティブ化ポジション（すなわちクローズポジション）に維持され、第２スイッチ120は非アクティブ化ポジションに維持され、そして、CDSスイッチ124は非アクティブ化ポジションに維持されている。積分電圧が第２飽和閾値を超えているとの判断に応答して、コンパレータ134は、動的シフトレジスタ136に第２スイッチング信号を生成するよう指示する第２コンパレータ信号を生成する。第２スイッチング信号は、第２スイッチ120をアクティブ化し、かつ、第３電荷蓄積デバイス112を第２電荷蓄積デバイス110および第１電荷蓄積デバイス108と接続するように構成されている。第２スイッチ120のアクティブ化は、第３電荷蓄積デバイス112を第２電荷蓄積デバイス110および第１電荷蓄積デバイス108と並列に接続し、そして、回路100のウェル容量をさらに増加させる。特に、第２スイッチ120のアクティブ化に応答して、第３電荷蓄積デバイス112は、第１電荷蓄積デバイス108および第２電荷蓄積デバイス110と電荷共有を行う。
【００２８】
ここにおいては第１飽和閾値および第２飽和閾値として説明されているが、所定の実施形態において、第２飽和閾値は、第１飽和閾値と同じ値に設定されている。すなわち、コンパレータ134は、単一の飽和閾値を受け取ることができ、それに対して積分電圧が比較される。従って、所定の実施例において、第１電荷蓄積デバイス108および第２電荷蓄積デバイス110は、両方の電荷蓄積デバイス108、110の電圧が同一の飽和閾値を満たすか又は超えるとき、同時に飽和に達する。
【００２９】
第２飽和閾値を超えると（例えば、積分電圧が、第１飽和閾値と同じ飽和閾値を２回目に満たすか又は超えている）、第２スイッチ120がアクティブ化され、そして、回路100は、オペレーションの第３フェイズを開始する。オペレーションの第３フェイズの最中、第１スイッチ118はアクティブ化ポジション（すなわちクローズポジション）に維持され、そして、第２スイッチ120はアクティブ化ポジションに維持されている。積分電圧が第３飽和閾値を満たすか又は超えるかの判断に応答して（例えば、積分電圧が第１飽和閾値および第２飽和閾値と同じ飽和閾値を３回目に満たすか又は超えている）、コンパレータ134は、動的シフトレジスタ136にCDSスイッチング信号を生成するよう指示する第３コンパレータ信号を生成する。CDSスイッチング信号は、CDSスイッチ124をアクティブ化し、かつ、CDS電荷蓄積デバイス114を可変容量電荷蓄積回路102と接続するためのものである。特に、CDSスイッチ124のアクティブ化は、CDS電荷蓄積デバイス114を可変容量電荷蓄積回路102の１つまたはそれ以上の電荷蓄積デバイス（例えば、第１電荷蓄積デバイス108、第２電荷蓄積デバイス110、および第３電荷蓄積デバイス112）と並列に接続し、そして、回路100のウェル容量をさらに増加させる。第１、第２、および第３電荷蓄積デバイス108、110、112に関して説明したように、CDSスイッチ124のアクティブ化に応答して、CDS電荷蓄積デバイス114は、可変容量電荷蓄積回路102の電荷蓄積デバイスと電荷共有を行う。
【００３０】
様々な実施形態において、CDSスイッチ124のアクティブ化の以前に、制御回路104は、CDS電荷蓄積デバイス114に蓄積されたあらゆる電荷を抜き取るように（bleed）構成されている。特に、様々な実施形態に係るCDS電荷蓄積デバイス114は、既定の電圧において電圧クランプ（voltage  clamp）によってクランプされてよく、そして、任意の適切な相関二重サンプリング（correlated  double  sampling）技術に基づいて、積分電圧からノイズを除去するように構成されている。例えば、電圧クランプは、クランプスイッチ130を介してCDS電荷蓄積デバイス114の第１端子に接続されてよい。一つの実施形態において、制御回路104は、リセットスイッチ122と実質的に同時に、クランプスイッチ130をアクティブ化および非アクティブ化する。従って、様々な実施形態においては、第１スイッチ118のアクティブ化に応答して、制御回路104が、CDS電荷蓄積デバイス114に蓄積されたあらゆる電荷を抜き取るように構成されている。様々な実施形態において、第３飽和閾値は、第１飽和閾値および第２飽和閾値と同一の値に設定されている。すなわち、第３飽和閾値を超えることは、３回目に単一の飽和閾値（第１飽和閾値および第２飽和閾値として利用されるもの）を超えることを含み得る。
【００３１】
図１にも示されるように、様々な実施形態において、回路100は、電流源150に接続された第１トランジスタ126を含むソースフォロワ（source  follower）を含んでよい。所定の実施形態において、ソースフォロワは、CDS電荷蓄積デバイス114のリセットサンプリング期間の最中に、入力ノード144とCDS電荷デバイス114との間の電圧をバッファリングする（buffering）ほぼユニティゲイン（unity  gain）を有している。様々な実施形態において、CDSスイッチ124は、ソースフォロワとCDS電荷蓄積デバイス114との間に挿入された負極性CDSスイッチ（すなわち、追加スイッチ128）の反対の状態にあるように制御される。すなわち、所定の実施形態において、追加スイッチ128は、CDSスイッチ124が非アクティブ化されるときにアクティブ化され、そして、追加スイッチ128は、CDSスイッチ124がアクティブ化されるときに非アクティブ化される。従って、積分電圧が第３飽和閾値を満たすか又は超えるかの判断に応答して（例えば、積分電圧が３回目に単一の飽和閾値を満たすか又は超えている）、追加スイッチ128は、CDSスイッチ124がアクティブ化される際に非アクティブ化されてよい。
【００３２】
一時的に図２に移ると、図１に示された画像化システムユニットセル回路100のスイッチングダイヤグラムの一つの例に係る説明図である。図２は、図１に示されたユニットセル回路100を引き続き参照して説明されている。第１トレース202は、例示的な期間にわたり回路の積分電圧のプロット例を示しており、第２トレース214は、制御回路からのスイッチング信号に従って、リセットスイッチのアクティブ化状態（「pRst」）の視覚化の例を示しており、第３トレース216は、制御回路からのスイッチング信号に従って、第１スイッチのアクティブ化状態（「G0」）の視覚化の例を示しており、第４トレース218は、制御回路からのスイッチング信号に従って、第２スイッチのアクティブ化状態（「G1」）の視覚化の例を示しており、第５トレース220は、制御回路からのスイッチング信号に従って、CDSスイッチのアクティブ化状態（「G2」）の視覚化の例を示しており、そして、第６トレース222は、制御回路からのスイッチング信号に従って、クランプスイッチのアクティブ化状態（「pClmp」）の視覚化の例を示している。
【００３３】
図２に示すように、積分電圧は、リセット電圧（ゴースト線212として示されている）に概ね等しい初期値で開始する。説明目的のために、図１の回路100に関して説明した第１飽和閾値、第２飽和閾値、および第３飽和閾値が、ゴースト線210によって表される単一の飽和閾値として図２において示されている。すなわち、図２に示される例において、第１飽和閾値、第２飽和閾値、および第３飽和閾値は、同じ所定の電圧レベルである。可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧は、リセットスイッチのアクティブ化によってリセット電圧へ初期化され、そして、一旦リセットスイッチが非アクティブ化されると増加を開始する。上述のように、様々な実施形態において、クランプスイッチは、リセットスイッチと概ね同時にアクティブ化および非アクティブ化される。
【００３４】
積分電圧は、飽和閾値が最初に満たされるか又は超えるまで増加する（点204として示されている）。飽和閾値が満たされるか又は超えていると制御回路が判断すると、第１スイッチがアクティブ化され、積分電圧の低下を生じさせる。積分電圧は、次いで、２回目に飽和閾値に達するまで増加を開始する（点206として示されている）。飽和閾値が２回目に満たされるか又は超えていると制御回路が判断すると、第２スイッチがアクティブ化され、ウェル容量の増加と、積分電圧の再びの低下を生じさせる。
【００３５】
上述のように、様々な実施形態においては、CDS電荷蓄積デバイスが、可変容量電荷蓄積回路に対して選択的に接続され、回路のウェル容量をさらに増加させ、そして、光検出器から蓄積された電荷をさらに積算する。図２がさらに示すように、様々な実施形態においては、第２スイッチのアクティブ化および第３電荷蓄積デバイスの連続的な追加の後でさえ、積分電圧は増加し続け得る。これは、フラックスレベル条件が高い場合にあり得ることである。そうした状況においては、飽和閾値が第３時間に満たされるか又は超えていると制御回路が判断すると（点208として示されている）、CDSスイッチがアクティブ化され、ウェル容量のさらなる再びの増加と、積分電圧の再びの低下を生じさせる。
【００３６】
図１を参照すると、様々な実施形態において、回路100は、CDS電荷蓄積デバイス114の第１端子および回路100の出力152に接続されたサンプルホールド電荷蓄積デバイス116を含んでいる。積分期間の終わりに、そして、（例えば、制御回路104による）サンプルホールドスイッチ132のアクティブ化に応答して、サンプルホールド電荷蓄積デバイス116は、可変容量電荷蓄積回路102の積分電圧をサンプルしてホールドするように構成されている。様々な実施形態に係るサンプルホールド電荷蓄積デバイス116は、図１に示される第２および第３トランジスタ140、142といった、下流（downstream）のコンポーネントに対して定期的に排出（drain）されてよく、出力電圧を生成する。例えば、サンプルホールド電荷蓄積デバイス116は、出力電圧としてホールドされた積分電圧を提供し得る。一つの実施形態においては、観察されるシーンの画像を生成するためにサンプルホールド電荷蓄積デバイス116の電圧が直接的に読み取られてよいが、他の様々な実施形態においては、デジタルカウンタをインクリメントし、かつ、デジタル画像を構築するためにサンプルホールド電荷蓄積デバイス116が定期的に排出されてよい。
【００３７】
図１は、説明目的のために単一のユニットセル100を示しているが、様々なさらなる実施形態は、複数のユニットセル回路を有するFPAを含み得る。図１に関して説明されたユニットセル回路100といったもので、行と列に配置されており、そして、バスに接続されているものである。そうした実施形態において、第２トランジスタ140は、ソースフォロワ（例えば、ユニティゲインに近い電圧バッファ）を含み、第３トランジスタ142は、行（row）選択スイッチを含み得る。行選択スイッチは、ユニットセル回路の単一のサンプルホールド電荷蓄積デバイスのホールドされた積分電圧をバスへ動かされる（to  be  driven）ようにする。例えば、バスは、両矢印154として表される列配線（column  wire）を含んでよい。所望のユニットセル回路の出力電圧は、行選択信号「pRowSel」の受け取りに従って、かつ、これに応答して選択される。
【００３８】
図１に示すように、様々な実施形態において、制御回路104は、回路100のオペレーションフェイズに対応する状態信号を提供するように構成することができる。例えば、制御回路104は、オペレータ（operator）138といった、動的シフトレジスタ136に接続された１つまたはそれ以上の追加コンポーネントを含んでよい。示されるように、オペレータ138は、また、読み出し出力ノード146に対して状態信号を提供するように接続され、かつ、構成されてもよい。特に、状態信号は、可変容量電荷蓄積回路102のイネーブル設定（enable  settings）を含んでよい（例えば、可変容量電荷蓄積回路102の各スイッチングデバイスのイネーブル設定）。すなわち、状態信号は、第１スイッチングデバイス118、第２スイッチングデバイス120、及び／又はCDSスイッチングデバイス124が、アクティブ化または非アクティブ化されているか否かを示すことができる。様々な実施形態において、オペレータ138からの状態信号、および、サンプルホールド電荷蓄積デバイス116からの積分電圧といった、ユニットセル回路100の出力電圧は、ユニットセル回路100の読み出しについて実際の電荷の計算を可能にする。オペレータ138は、動的シフトレジスタ136の出力を、デジタル列バスを含み得る、読み出し出力ノード146上へ動かすように（to  drive）構成されているトライステートバッファ（tri-state  buffer）を含んでよい。様々な実施形態において、オペレータ138からの状態信号は、出力電圧と同時に読み出される。
【００３９】
上述のように、より詳細には、１つまたはそれ以上の実施形態は、図１を参照して説明されたユニットセル回路100といった、複数のユニットセル回路を有するFPAを含んでよい。そうした実施形態において、オペレータ138は、例えば、行選択信号「pRowSel」の受け取りに応答して、複数のユニットセル回路のうち１つまたはそれ以上の中でユニットセル回路を選択することができる。特定の例において、行選択信号は、第３トランジスタ142によって受け取られた行選択信号と同じ行選択信号であってよい。
【００４０】
ユニットセル回路100の出力電圧、および、可変容量電荷蓄積回路102のイネーブル設定を示す状態信号は、ユニットセル回路100の実際の積算電荷を決定するために使用され得る。すなわち、状態信号とユニットセル回路100の出力電圧は、受け取った光学的放射を表す信号の計算および生成を可能にする。例えば、第１スイッチングデバイス118、第２スイッチングデバイス120、およびCDSスイッチングデバイス124が、積分期間の最中にアクティブ化されなかった場合に、実際の積算電荷は、［（C1）*（Vsig/q）］に従って決定され得る。ここで、「C1」は第１電荷蓄積デバイス108の値であり、「Vsig」は出力電圧である。同様に、第１スイッチングデバイス118がアクティブされている場合、実際の積算電荷は、［（C1+C2）*（Vsig/q）］に従って決定されてよい。「C2」は、第２電荷蓄積デバイス110の値である。オペレーションの他のフェイズについて実際の積算電荷は、同様の方法で決定することができる。
【００４１】
様々な実施形態においては、積分期間の終わりに、制御回路104は、可変容量電荷蓄積回路102の電圧を初期状態（例えば、リセット電圧）に戻してリセットするために、リセットスイッチ122をアクティブ化するように適合されている。様々な実施形態においては、リセットスイッチ122のアクティブ化の最中に、動的シフトレジスタ136は、可変容量電荷蓄積回路102の１つまたはそれ以上のスイッチングデバイスを非アクティブにするために、１つまたはそれ以上のスイッチング信号を生成するように構成されている。従って、リセットスイッチ122のアクティブ化の最中に、第１スイッチ118、第２スイッチ120、および、様々なさらなる実施形態においては、CDSスイッチ124が、非アクティブ化（すなわち、オープン）される。可変容量電荷蓄積回路102が、第１電荷蓄積デバイス108の値に対応するウェル容量と一致する次の積分期間を開始するようにである。動的シフトレジスタ136は、次いで、可変容量電荷蓄積回路102にかかる積分電圧が増加するにつれて、１つまたはそれ以上のスイッチングデバイスを再アクティブ化するために１つまたはそれ以上のスイッチング信号を生成することができる。
【００４２】
上述のように、オペレーションの第１フェイズの最中に、可変容量電荷蓄積回路102の１つまたはそれ以上のスイッチは、可変容量電荷蓄積回路102にかかる積分電圧が飽和閾値を満たすか又は超えることを制御回路104が判断するまで、非アクティブ化ポジションに維持される。そうした実施形態において、CDS電荷蓄積デバイス114は、第１電荷蓄積デバイス108のkTCノイズを保管し、かつ、ノイズ補正オペレーションを提供するように構成することができる。
【００４３】
一方、図１には示されていないが、様々な実施形態において、制御回路104は、さらに、リセットスイッチ122、サンプルホールドスイッチ132、追加スイッチ128、およびクランプスイッチ130といった、様々な実施形態に係るスイッチのうち１つまたはそれ以上に対して動作可能に接続され、かつ、アクティブ化及び／又は非アクティブ化するように構成されているコントローラを含んでよい。コントローラは、単一のコントローラを含んでよい。しかしながら、様々な他の実施形態において、コントローラは、外部デバイス、信号処理回路、または他の制御回路を含み得る複数のコントローラ及び／又は制御サブシステムから構成されてよい。特に、制御回路104は、アナログ処理回路（例えば、マイクロコントローラ）、及び／又は、デジタル信号処理回路（例えば、デジタル信号プロセッサ（DSP））を含んでよい。例えば、様々な実施形態に係るマイクロコントローラは、プロセッサコア、メモリ、およびプログラマブル入力／出力コンポーネントを含んでよい。制御回路104は、１つまたはそれ以上のスイッチングデバイスといった、ユニットセル回路104の様々なコンポーネントを自動的に制御するように構成されてよい。
【００４４】
図２と図３を参照して上述したように、いくつかの実施形態は、画像を検出するためのプロセスを実行する。いくつかの実施形態において、これらのプロセスは、図１−図２に関して上述したユニットセル回路100といった、画像化システムユニットセルによって実行される。そうしたプロセスの１つの例が図３に示されている。この例に従って、プロセス300は、光電流を生成すること、光電流から蓄積された電荷を積算すること、可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタすること、可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンス調整すること、および、出力電圧を供給すること、に係るアクト（act）を含んでよい。
【００４５】
様々な実施形態において、プロセス300は、光検出器における光放射の受け取りに応じて光電流を生成することを含む（アクト302）。回路は、光検出器で受け取った光放射のフラックスレベルに対応して、可変容量電荷蓄積回路における電荷を蓄積する。上述のように、光放射は、約０．３3ミクロンから２．５ミクロンの範囲内の波長を有する光といった、任意の所与の波長の光を含み得る。さらなる実施形態において、プロセスは、特定の波長の光放射を生成すること、および、ユニットセル回路を含むFPAの視野内で画像化されるべきシーンに光放射を方向付けること、を含んでよい。従って、光検出器で光放射線を受け取ることは、画像化されるべきシーンから反射された光放射線を受け取ることを含んでよい。
【００４６】
上述のように、様々な実施形態において、可変容量電荷蓄積回路の１つまたはそれ以上の電荷蓄積デバイスは、光検出器によって生成された光電流を受け取り、かつ、蓄積された電荷を積算するように構成されている。従って、一つの実施形態において、アクト304は、可変容量電荷蓄積回路において光電流から蓄積された電荷を積算することを含んでよい。特に、可変容量電荷蓄積回路は、第１電荷蓄積デバイス、第２電荷蓄積デバイス、および第３電荷蓄積デバイスを含み得る。しかしながら、他の実施形態においては、任意の数の電荷蓄積デバイスが使用されてよい。このように、様々な実施形態において、可変容量電荷蓄積回路において光電流から蓄積された電荷を積算することは、第１電荷蓄積デバイス、第２電荷蓄積デバイス、及び／又は第３電荷蓄積デバイスのうちの１つ、いくつか、または全てにおいて蓄積された電荷を積算することを含んでよい。
【００４７】
上述のように、様々な実施形態において、回路は、低フラックスレベル、高フラックスレベル、および変動するフラックスレベルに対して対応するように動的に適合するよう構成されている。従って、様々な実施形態において、アクト306は、可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタすることを含み、そして、アクト308は、積分電圧に基づいて可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整することを含む。特に、可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタすることは、積分電圧と飽和閾値とを比較すること、積分電圧が飽和閾値を実質的に満たすか又は超えるかを判断すること、および、積分電圧が飽和閾値を実質的に満たすか又は超えるという判断に応答して、コンパレータ信号を生成すること、を含んでよい。すなわち、様々な実施形態において、プロセス300は、積分電圧が飽和閾値を実質的に満たすか又は超えるかを判断すること、および、積分電圧がその飽和閾値を満たすか又は超えている場合に比較信号を提供すること、を含んでいる。様々な実施形態の飽和閾値は、上述のように、予め決定されていてよく、または、制御回路によって自動的に生成されてもよい。
【００４８】
様々な実施形態では、可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するアクト（アクト308）は、可変容量電荷蓄積回路の１つまたはそれ以上の電荷蓄積デバイスを並列に選択的に接続することを含む。例えば、このアクトは、第２電荷蓄積デバイスと第１電荷蓄積デバイスとを第１スイッチを介して選択的に接続すること、第３電荷蓄積デバイスを第１電荷蓄積デバイスおよび第１電荷蓄積デバイスと第２スイッチを介して選択的に接続すること、及び／又は、相関二重サンプリング（CDS）電荷蓄積デバイスを可変容量電荷蓄積回路とCDSスイッチを介して選択的に接続すること、を含む。各追加の電荷蓄積デバイスの選択的な接続によって、可変容量電荷蓄積回路のウェル容量は漸次に増加する。特に、このプロセスは、１つまたはそれ以上のスイッチをアクティブ化するために、第１スイッチング信号、第２スイッチング信号、およびCDSスイッチング信号といった、１つまたはそれ以上のスイッチング信号を生成することを含んでよい。
【００４９】
１つまたはそれ以上のスイッチング信号を生成するアクトは、コンパレータからコンパレータ信号を受け取ることに応答して、第１スイッチをアクティブ化するためのスイッチング信号、第２スイッチをアクティブ化するためのスイッチング信号、またはCDSスイッチをアクティブ化するためのスイッチング信号を生成すること、を含んでよい。例えば、積分電圧が第１飽和閾値を実質的に満たすか又は超えていることを示す第１コンパレータ信号の受け取りに応答して、プロセス300は、第１スイッチをアクティブ化するための第１スイッチング信号を生成することを含んでよい。同様に、積分電圧が第２飽和閾値を実質的に満たすか又は超えていることを示す第２コンパレータ信号の受け取りに応答して、プロセス300は、第２スイッチをアクティブ化するための第２スイッチング信号を生成することを含んでよい。また、積分電圧が第３飽和閾値を実質的に満たすか又は超えていることを示す第３コンパレータ信号の受け取りに応答して、プロセス300は、CDSスイッチをアクティブ化し、かつ、CDS電荷蓄積デバイスを可変容量電荷蓄積回路と接続するためのCDSスイッチング信号を生成することを含んでよい。特に、各スイッチのアクティブ化は、回路のウェル容量を増加させる。
【００５０】
図３を参照して、様々な実施形態において、第１、第２、および第３飽和閾値として説明したが、第１、第２、および第３飽和閾値は、同じ飽和閾値であってよい。すなわち、プロセス300は、積分電圧を単一の飽和閾値と比較すること、および、積分電圧が飽和閾値を最初に満たすか又は超えるときに第１コンパレータ信号を提供すること、積分電圧が飽和閾値を２回目に満たすか又は超えるときに第２コンパレータ信号を提供すること、および、積分電圧が飽和閾値を３回目に満たすか又は超えるときに第３コンパレータ信号を提供すること、を含んでよい。
【００５１】
これからアクト310に移ると、プロセス300は、積分電圧に少なくとも部分的に基づいて出力電圧を提供することを含んでよい。上述のように、様々な実施形態において、回路は、CDS電荷蓄積デバイスに接続されたサンプルホールド電荷蓄積デバイスおよび回路の出力を含み得る。従って、プロセス300は、サンプルホールドスイッチをアクティブ化すること、および、可変容量電荷蓄積回路の積分電圧をサンプルホールド電荷蓄積デバイスでサンプリングしてホールドすることを含んでよい。様々な実施形態のサンプルホールド電荷蓄積デバイスは、出力電圧として積分電圧を提供するために、図１に示される追加のトランジスタといった、下流のコンポーネントに対して定期的に排出されてよい。さらなる実施形態は、回路のオペレーションフェイズに対応する状態信号を提供するアクトを含んでよい。特に、状態信号は、可変容量電荷蓄積回路の１つまたはそれ以上のスイッチング素子のイネーブル設定を含んでよい。様々な実施形態において、オペレータからの状態信号および回路からの出力電圧は、ユニットセル回路の読み出しのための実際の電荷の計算を可能にする。
【００５２】
様々な実施形態において、積分期間の終わりに、プロセス300は、回路を初期状態に戻すための１つまたはそれ以上のアクトを含んでよい。例えば、プロセス300は、可変容量電荷蓄積回路の電圧をリセット電圧へリセットして戻すためにリセットスイッチをアクティブ化するアクトを含んでよい。様々な実施形態において、リセットスイッチのアクティブ化の最中に、プロセス300は、可変容量電荷蓄積回路の１つまたはそれ以上のスイッチングデバイスを非アクティブ化するための１つまたはそれ以上のスイッチング信号を生成することを含む。従って、リセットスイッチ、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチのアクティブ化の最中、そして、様々なさらなる実施形態において、CDSスイッチは、可変容量電荷蓄積回路が第１電荷蓄積デバイスの値に対応するウェル容量を用いてオペレーションの次のフェイズを開始するように、非アクティブ化（すなわちクローズ）される。
【００５３】
少なくとも１つの実施形態に係るいくつかの態様を上記に説明してきたが、当業者にとっては様々な変更、修正、および改良が容易に思い付くであろうことが正しく理解されるべきである。そうした変更、修正、および改良は、本開示の一部であることが意図されており、かつ、本発明の範囲内にあることが意図されている。従って、上述の説明および図面は例示的なものにすぎず、そして、本発明の範囲は、添付の請求項およびそれらの均等物の適切な構成から決定されるべきである。
【図１】
2019501588.tif 000003
【図２】
2019501588.tif 000004
【図３】
2019501588.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月13日(2018.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像化システムのユニットセルであって、
光放射の受け取りに応じて光電流を生成するように構成されている光検出器と、
前記光検出器と電気通信する可変容量電荷蓄積回路であり、前記光電流から蓄積された電荷を積算するように構成されており、第１電荷蓄積デバイス、第２電荷蓄積デバイス、および、選択的に前記第２電荷蓄積デバイスと前記第１電荷蓄積デバイスを一緒に並列に接続するように配置された第１スイッチを含む、可変容量電荷蓄積回路と、
前記可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタし、前記積分電圧に基づいて前記可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するように構成されている制御回路であり、
前記積分電圧と第１飽和閾値を比較し、前記積分電圧が前記第１飽和閾値を超えているとの判断に応答して第１コンパレータ信号を生成するように構成されているコンパレータと、
前記第１コンパレータ信号を受け取り、それに応じて前記第１スイッチをアクティブ化するための第１スイッチング信号を生成するように構成されている動的シフトレジスタと、
を含む、制御回路と、
前記積分電圧に少なくとも部分的に基づいて出力電圧を提供するように構成されている出力と、
を含む、ユニットセル。
【請求項２】
前記可変容量電荷蓄積回路は、第３電荷蓄積デバイスおよび第２スイッチを含み、
前記制御回路は、前記第２スイッチを介して選択的に前記第３電荷蓄積デバイスを第２電荷蓄積デバイスおよび第１電荷蓄積デバイスと一緒に並列に接続することによって、前記可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するように構成されている、
請求項１に記載のユニットセル。
【請求項３】
前記コンパレータは、前記積分電圧と第２飽和閾値を比較し、前記積分電圧が前記第２飽和閾値を超えているとの判断に応答して第２コンパレータ信号を生成するように構成されており、かつ、
前記動的シフトレジスタは、前記第２コンパレータ信号を受け取り、前記第２スイッチをアクティブ化するための第２スイッチング信号を生成するように構成されている、
請求項２に記載のユニットセル。
【請求項４】
前記第１飽和閾値は、実質的に前記第２飽和閾値と等しい、
請求項３に記載のユニットセル。
【請求項５】
前記制御回路は、前記可変容量電荷蓄積回路のイネーブル設定を含む状態信号を提供するように構成されている、
請求項３に記載のユニットセル。
【請求項６】
前記ユニットセルは、さらに、
ＣＤＳスイッチを介して選択的に前記可変容量電荷蓄積回路と接続される相関二重サンプリング（ＣＤＳ）電荷蓄積デバイス、を含む、
請求項１に記載のユニットセル。
【請求項７】
画像化システムのユニットセルであって、
光放射の受け取りに応じて光電流を生成するように構成されている光検出器と、
前記光検出器と電気通信する可変容量電荷蓄積回路であり、前記光電流から蓄積された電荷を積算するように構成されている、可変容量電荷蓄積回路と、
ＣＤＳスイッチを介して選択的に前記可変容量電荷蓄積回路と接続される相関二重サンプリング（ＣＤＳ）電荷蓄積デバイスであり、前記ＣＤＳスイッチのアクティブ化に応答して前記光電流から蓄積された電荷を積算するように構成されている、ＣＤＳ電荷蓄積デバイスと、
前記可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタし、前記積分電圧に基づいて前記可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するように構成されている制御回路と、
前記積分電圧に少なくとも部分的に基づいて出力電圧を提供するように構成されている出力と、
を含む、ユニットセル。
【請求項８】
前記ユニットセルは、さらに、
サンプルホールドスイッチを介して前記ＣＤＳ電荷蓄積デバイスに接続されたサンプルホールド電荷蓄積デバイス、を含み、
前記サンプルホールド電荷蓄積デバイスは、前記積分電圧をサンプルしてホールドするように構成されている、
請求項７に記載のユニットセル。
【請求項９】
画像を検出するための方法であって、
光検出器での光放射の受け取りに応じて光電流を生成するステップと、
前記光検出器と電気通信する可変容量電荷蓄積回路で、前記光電流から蓄積された電荷を積算するステップであり、前記可変容量電荷蓄積回路は、第１電荷蓄積デバイス、第２電荷蓄積デバイス、および、第１スイッチを含む、ステップと、
前記可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタするステップであり、
前記積分電圧と第１飽和閾値を比較するステップと、
前記積分電圧が前記第１飽和閾値を超えているかを判断するステップと、
前記積分電圧が前記第１飽和閾値を超えているとの判断に応答して、第１コンパレータ信号を生成するステップと、
を含む、ステップと、
前記積分電圧に基づいて前記可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整するステップであり、動的シフトレジスタを用いて、該動的シフトレジスタでの前記第１コンパレータ信号の受け取りに応答して、前記第２電荷蓄積デバイスと前記第１電荷蓄積デバイスを一緒に並列に接続するように前記第１スイッチをアクティブ化するための第１スイッチング信号を生成するステップを含む、ステップと、
前記積分電圧に少なくとも部分的に基づいて出力電圧を提供するステップと、
を含む、方法。
【請求項１０】
前記可変容量電荷蓄積回路は、第３電荷蓄積デバイスおよび第２スイッチを含み、
前記可変容量電荷蓄積回路のキャパシタンスを調整する前記ステップは、
前記第２スイッチを介して選択的に前記第３電荷蓄積デバイスを第２電荷蓄積デバイスおよび第１電荷蓄積デバイスと一緒に並列に接続するステップ、
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記可変容量電荷蓄積回路にかかる積分電圧をモニタする前記ステップは、
前記積分電圧と第２飽和閾値を比較するステップと、
前記積分電圧が前記第２飽和閾値を超えているかを判断するステップと、
前記積分電圧が前記第２飽和閾値を超えているとの判断に応答して、第２コンパレータ信号を生成するステップと、
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２スイッチを介して選択的に前記第３電荷蓄積デバイスを第２電荷蓄積デバイスおよび第１電荷蓄積デバイスと一緒に並列に接続する前記ステップは、
前記第２コンパレータ信号の受け取りに応じて、前記第２スイッチをアクティブ化するための第２スイッチング信号を生成するステップ、
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１飽和閾値は、実質的に前記第２飽和閾値と等しい、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、さらに、
相関二重サンプリング（ＣＤＳ）電荷蓄積デバイスを前記可変容量電荷蓄積回路と選択的に接続するステップと、
前記ＣＤＳ電荷蓄積デバイスにおいて前記光電流から蓄積された電荷を積算するステップと、
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＣＤＳ電荷蓄積デバイスは、前記ＣＤＳスイッチのアクティブ化に応答して前記光電流から蓄積された電荷を積算するように構成されている、
請求項６に記載のユニットセル。
【請求項１６】
前記可変容量電荷蓄積回路は、第１電荷蓄積デバイスおよび第２電荷蓄積デバイスを含む、
請求項７に記載のユニットセル。
【請求項１７】
前記可変容量電荷蓄積回路は、選択的に第２電荷蓄積デバイスと第１電荷蓄積デバイスを一緒に並列に接続するように配置された第１スイッチ、を含む、
請求項１６に記載のユニットセル。
【国際調査報告】
2019501588.tif 000006
2019501588.tif 000007