(57)【要約】本発明は、少なくとも、検出要素により供給された電気的負荷を積分するコンデンサ（１６）と、積分コンデンサ（１６）に接続された高インピーダンス端子（２０）と出力段（２２）に接続された低インピーダンス端子を含む増幅器（１８）と、コンデンサ電圧が設定値より高いときに積分コンデンサ（１６）を検出要素から隔離する手段（２４、２７）とを具備する電磁放射線検出要素のためのリーダに関わるものである。本発明は比較器手段が増幅器（１８）の低インピーダンス端子（５０）に接続されることを特徴とする。本発明はマトリクスセンサに適用できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出要素による電荷出力の関数である電圧を出力するために少なくとも１つの電磁放射線検出要素（１２、１４）に接続できる、電荷を積分するための少なくとも１つの積分コンデンサ（１６）と、
積分コンデンサ（１６）に接続された高インピーダンス端子（２０）と出力段（２２）に接続された低インピーダンス端子とを有する増幅器（１８）と、
コンデンサ端子電圧が設定値より大きいときに積分コンデンサを検出要素から隔離するための比較器手段（２４、２７）と
を含む電磁放射線検出要素のためのリーダであって、
比較器手段が増幅器（１８）の低インピーダンス端子（５０）に接続されることを特徴とするリーダ。
【請求項２】
積分段階の間は比較器手段を増幅器（１８）に接続し、読取り段階の間は比較器手段を増幅器（１８）から隔離するために、増幅器（１８）の低インピーダンス端子（２０）と比較器手段（２４、２７）との間に接続されたスイッチ（５２）を具備する請求項１に記載の電磁放射線検出要素のためのリーダ。
【請求項３】
読取り段階の間は出力段（２２）を増幅器（１８）に接続し、積分段階の間は出力段（２２）を増幅器（１８）から隔離するために、増幅器（１８）と出力段（２２）との間に接続されたスイッチ（５４）を具備する請求項１に記載の電磁放射線検出要素のためのリーダ。
【請求項４】
積分コンデンサによる電荷積分の持続時間の指示手段（３０）も具備する請求項１に記載の電磁放射線検出要素のためのリーダ。
【請求項５】
増幅器（１８）が電流源（６２）によるソースフォロア電界効果トランジスタ（６０）を具備する請求項１に記載の検出要素のためのリーダ。
【請求項６】
トランジスタ（６０）の分極電流源（６２）が出力段の読取りバス（２２）の分極電流源（２３）と比べて低い強度（Ｉｐｅｌ）を有する請求項５に記載の検出要素のためのリーダ。
【請求項７】
複数の電磁放射線検出要素と請求項１に準拠した少なくとも１つのリーダを具備したセンサ。
【請求項８】
リーダが各電磁放射線検出要素に接続される請求項７に記載のセンサ。
【請求項９】
電磁放射線検出要素（１２）が量的又は熱的検出器の中から選択される請求項７に記載のセンサ。
【請求項１０】
積分段階の間には比較器手段が増幅器に接続され、読取り段階の間には比較器手段が増幅器から隔離される、積分段階と読取り段階を連続交互に含む、請求項１に記載のリーダを使用した電磁放射線検出要素の読取り過程。
【請求項１１】
読取り段階の間比較器（１８）が出力段（２２）に接続され、積分段階の間は増幅器（１８）が読取り手段の出力段（２２）から隔離される、積分段階と読取り段階を連続交互に含む、請求項１に記載のリーダを使用した電磁放射線検出要素の読取り過程。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本明細書は電磁放射線検出要素のためのリーダ及びそのようなリーダを具備する画像センサに関連する発明を開示する。本発明はこのリーダが実施可能な読取り過程にも関係するものである。
【０００２】
画像リーダとは、１つ又は複数の電磁放射線検出要素により送られた電気信号を１画像又は少なくとも１画像要素（ピクセル）の表示又は記録に利用できる信号に変換できる装置を示すものである。
【０００３】
本発明は例えばカメラといった様々なタイプの画像センサに使用される。前記センサは電界効果ダイオード又は要素（ＭＯＳＦＥＴ）の形態で検出要素が具備されることもある。特に、本発明は薄膜と一体型の感光網膜を具備した装置に利用することができる（特定用途向け集積回路のＴＦＡ薄膜）。
【０００４】
本発明は計測器分野（分光器など）又はロボット利用分野（センサ）でも使用される。
【０００５】
【従来技術】
本発明に最も近い従来技術は、本明細書の巻末に掲載される参考文献（１）に開示され、同様に文献（１）から引用された図１において例証される。それ以外の説明は以下の記述で容易に理解される。
【０００６】
図１は電磁放射線検出要素と関連したリーダ１０の電子回路を図示している。ダイオード１２の形態で表示された検出要素は、ダイオードを分極し、放射により発生する電荷を集荷するように設計されたインピーダンスマッチング回路１４又は入力段に接続されている。検出要素であるダイオード１２は、可視光又は赤外線光などの電磁放射線又は放射線γを電荷の流れに変換することができる。図にＩｐｈで表記された電荷の流れは、インピーダンスマッチング回路１４を介してリーダ１０本体に流れる。（リーダ１０は一般的に前置増幅器−積分器（ｐｒｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ−ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）とも呼ばれる。）
【０００７】
リーダ１０はコンデンサ１６の形態で積分手段を具備する。該コンデンサは積分段階で電流Ｉｐｈにより充電され、その端子部にＶｉｎｔで表記された電圧が生じる。電圧Ｖｉｎｔは積分段階の間に検出要素が受けた放射線束の強度を示している。
【０００８】
増幅器１８はコンデンサ１６の端子２０に接続され、電圧Ｖｉｎｔにより直線的に変化する検出信号を供給する。特に増幅器はコンデンサの端子２０を読取り信号バス２２に接続する。バス２２はリーダの出力段の構成要素であるか、又は、そのような出力段の一部を構成しているとみなされる。
【０００９】
コンデンサ１６の端子２０は比較器２４のインバータ入力部にも接続されている。該比較器は、電圧Ｖｉｎｔを設定電圧Ｖｃｏｍｐと比較し、電圧Ｖｉｎｔが設定電圧閾値Ｖｃｏｍｐを超えるとスイッチ２７の動作を制御するように設計される。スイッチ２７が開放していると、リーダ１０は検出要素１２から分離される。
【００１０】
検出要素が受けた放射線束が非常に強烈であると、スイッチ２７の開放によりコンデンサ１６の電流の積分も中断してリーダの飽和現象を避ける。
【００１１】
比較器２４の速度は、スイッチ２７の開放も同期パルスにより有効となるように、「クロック」信号により制御されることが理解できる。
【００１２】
同期パルスは、同様に、新たに各積分段階に入る前にリーダを初期化するために発生する。それから同期パルスはコンデンサ１６の両端子間に接続されたスイッチ２８を一時的に閉じて放電する。
【００１３】
リーダの興味深い特徴の１つによれば、それは、各積分段階の持続時間を表す信号を出力できる時限表示段３０も具備する。前記信号は増幅器３８を介して時間信号バス３２に接続された第２コンデンサ３６により供給される。コンデンサ３６はスイッチ３７を介して充電源Ｖｒａｍｐにも接続されており、該スイッチも比較器２４の制御により開放される。
【００１４】
時間表示段３０（積分時間Ｔｉｎｔ）により遮断されたサンプリング電圧とコンデンサ１６で積分された電圧（積分フォトチャージＱｉｎｔ）とを組合わせることにより、電流値Ｉｐｈ＝Ｑｉｎｔ／Ｔｉｎｔを獲得し、その結果、入射放射束を獲得することができる。
【００１５】
本発明を理解する上で不要ではあるが、図１の装置機能の完全な説明は上述の参考文献（１）に記載されている。
【００１６】
上述したような装置を具備した画像センサは顕著に画像の取込速度を高めることができる。
【００１７】
【本発明の要旨】
本発明の目的は、基本的に上述リーダ原理において機能し、改善された動作特性を示すリーダを提案することを目的とする。
【００１８】
１つの目的は、特に読取り雑音が低いリーダを提案することである。
【００１９】
さらに別の目的は感度が改善されたリーダを提案することである。
【００２０】
前項に関連して、さらに別の目的は、小容量積分コンデンサと共に動作可能で、従って積分コンデンサの表面積を縮小可能なリーダを提案することである。
【００２１】
本発明の別の目的は、本発明による１つ又は複数のリーダを利用して、読取り過程及びセンサ又は検出装置を提案することである。
【００２２】
前記目的を達成するために、さらに詳細には、本発明は、
検出要素により供給された電荷の関数である電圧を出力するために、少なくとも１つの電磁放射線検出要素に接続可能な少なくとも１つの電荷積分コンデンサと、
コンデンサとリーダの出力段との間に接続された増幅器であって、積分コンデンサに接続された高インピーダンス端子と前記出力段に接続された低インピーダンス端子を具備する前記増幅器と、
コンデンサ端子の電圧が設定値より高いとき、積分コンデンサを検出要素から隔離する比較器手段と
を具備する、電磁放射線検出要素のためのリーダに関わるものである。
【００２３】
本発明によれば、比較器手段は増幅器の低インピーダンス端子に接続される。
【００２４】
比較器手段が増幅器の低インピーダンス端子に、つまり、出力段に接続された端子に接続されるので、その入力キャパシタンスは積分コンデンサとは並列していない。その結果、電流−電圧変換因子（ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ−ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ） が増加し、最高感度が得られる。
【００２５】
増幅器の出力段の電圧はコンデンサ端子の電圧を反映する。したがって、その電圧は前記端子電圧が所定値を超えるか否かを決定するために使用される。
【００２６】
さらに、増幅器は、比較器手段及び前記手段に使用される比較電圧源に帰属する入力雑音があったとしても、これを増幅しない。これにより出力段に伝達される雑音を著しく低減することができる。
【００２７】
リーダの改良点によれば、積分段階の間に増幅器に比較器手段を接続し、読取り段階の間に増幅器から比較器手段を隔離するために、スイッチを増幅器の低インピーダンス端子と比較器手段との間に接続することができる。
【００２８】
この改良により、前記手段より発生する雑音から出力段を保護するために、比較器手段を増幅器及び出力段から完全に隔離することができる。
【００２９】
リーダの別の改良点によれば、読取り段階で出力段を増幅器に接続し、積分段階で出力段を増幅器から隔離するために、補助スイッチを増幅器と出力段との間に接続してもよい。
【００３０】
本改良点は複数の長所を有する。
【００３１】
積分段階の間、リーダからの低インピーダンス出力は低キャパシタンス比較器の入力キャパシタンス分だけ充電される。入力キャパシタンスはリーダに小さい分極電流を与え、それにより装置の低消費を導く。一方、読取り段階の間には、リーダの低インピーダンスの出力は高キャパシタンスバスを介して出力段に接続される。その結果、ほんの一瞬だけではあるが、出力段を充電するために大きい分極電流が流れる。
【００３２】
上記の結果、電力消費が減少する。
【００３３】
本発明によるリーダは複数の放射検出要素に共有してもよい。しかし、独立したリーダを各画像センサの検出要素と関連付けることが望ましい。本発明の結果、リーダの高水準の積分を可能にしているのは、放射検出要素とリーダが相互に結合できることである。それらは網膜状に接続され、その各要素点は検出要素とリーダを有する。
【００３４】
出力段に入力を供給するために利用される増幅器の特定の一実施例において、出力段はソースフォロアとして分極された電界効果トランジスタの周辺部に構築してもよい。トランジスタは強度が弱い分極電流源により分極され、出力段又は少なくともその一部を構成する読取りバスに、任意の位置で接続してもよい。その場合、分極電流源は読取りバスの分極ソースと並列に接続される。
【００３５】
本発明は、既述のようなリーダを利用して、量的又は熱的検出要素などの検出要素の読取り過程にも関係するものである。当該過程は連続交互に起こる積分段階及び読取り段階を含む。積分段階の間、比較器手段は増幅器に接続され、読取り段階の間は隔離される。
【００３６】
別の様態によれば、補足的な又は補助的な特徴として、読取り段階の間に増幅器を出力段に接続することもできるし、積分段階の間に増幅器を出力段から隔離することもできる。
【００３７】
添付図を参照して、本発明のさらに別の特徴及び長所が以下の説明から明らかとなる。
【００３８】
本説明は例示的な目的のために与えられるものであり、制限的なものではない。
【００３９】
【本発明の実施形態の詳細な説明】
図２の多数の要素は、既述した図１の要素と同一であるか又は類似している。したがって、図２の回路とその構成部品の完全な説明は本明細書では繰返されていない。本明細書で既述された説明との照合を容易にするために、同一又は類似の部分は同じ参照番号で表示されている。
【００４０】
上述の比較器２４は積分コンデンサ１６の端子２０に接続される代わりに、増幅器１８の低インピーダンスの出力端子５０に接続されていることが分かる。
【００４１】
比較器２４に適用された比較電圧Ｖ’ｃｏｍｐは図１の比較器に適用された電圧Ｖｃｏｍｐとは異なっていることを思い出すべきである。図２の比較器２４に適用された電圧Ｖ’ｃｏｍｐは、増幅器１８の伝達特性を考慮する必要がある。
【００４２】
この場合、増幅器１８は２つの機能を実施する。明らかに、第１番目の機能は、増幅利得を特徴とするリーダの出力レベルを変更する機能である。第２番目の機能はインピーダンスマッチング機能である。増幅器１８の入力端子２０のインピーダンスは出力端子５０よりも高い。したがって、入力端子と出力端子はそれぞれ高インピーダンス端子及び低インピーダンス端子として表示される。
【００４３】
比較器２４を増幅器１８の低インピーダンス端子に接続することにより、コンデンサ１６の電圧Ｖｉｎｔの読取り時に混入する雑音を低減することができる。さらに、比較器２４の寄生入力キャパシタンスへの検出要素１２、１４からの電荷の注入を回避することができる。
【００４４】
さらに、図１について既述したスイッチ２７と３７以外に、図２のリーダは２つの補助スイッチ５２と５４を含む。
【００４５】
第１補助スイッチ５２は比較器２４と増幅器の低インピーダンス端子５０との間に接続される。スイッチ５２が開放すると、比較器を増幅器及び出力段から完全に隔離する。図例において、出力段は読取り信号バス２２により形成される。その計量により読取り時に比較器から発生すると思われる雑音を全て除去する。
【００４６】
第２補助スイッチ５４は増幅器１８の低インピーダンス端子と読取りバス２２との間に接続される。その第１番目の役割は同一の読取りバス２２に接続されたリーダの低インピーダンスの全端子間での短絡を防止することである。このスイッチの第２番目の役割はリーダの電力消費を抑えることである。以下の説明でさらに詳述される。
【００４７】
リーダが機能する速度は、図のｃｋと記号表記された矢印で示されるクロック同期回路により制御される。当該機能には実質的に積分段階と読取り段階の２つの段階を含む。積分段階の間に電流Ｉｐｈは、少なくとも参考図１で上述のスイッチ２７と３７が開放するまで、コンデンサ１６を充電することになる。読取り段階の間、コンデンサ端子で利用可能かつ増幅器１８により増幅される電圧Ｖｉｎｔが読取られる。つまり、読取りバス２２に転送される。同様に、コンデンサ端子３６の電圧は時間信号３２のバス上で読込まれる。さらに、コンデンサ１６と３６に蓄積された電荷が放出される、初期化段階を付加的に設けることもできる。
【００４８】
下表１は、様々なスイッチのスイッチング状態を示している。前記スイッチには図中の参照番号が判り易く印がつけられている。
【表１】
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【００４９】
時間表示段３０の機能は図１と同一である。本型式の段は上述の参考文献（１）に記載されている。特に、積分段階の間も、段３０のコンデンサ３６は電圧ランプ波形ジェネレータにより充電されることが注目される。
【００５０】
以下に説明する図３は、本発明によるリーダで使用される増幅器１８の特定の実施例を示している。
【００５１】
図３によれば、増幅器１８はトランジスタ６０を含んでおり、そのドレインはＶｄｄで表記された電源電圧に接続されており、電源電圧のグリッドは積分コンデンサ端子２０に接続されており、そのソースは電流源６２により分極される。トランジスタのソースは同様に比較器２４と出力段２２が接続される端子５０に接続される。
【００５２】
電流源６２はＩｐｅｌで表記された強度が弱い電流を出力する。第２番目の補助スイッチ５４は、読取りバス２２を充電しないように、積分段階の間は開放されるので、トランジスタ６０は強度が弱い電流Ｉｐｅｌだけを流す。一方、読取り段階の間は、スイッチ５４は閉じられ、電流源６２は読取りバス２２の分極源と並列になっている。図２に破線で示されたこの分極源には参照番号２３が付されている。前記電流源はＩｐｅｌよりも十分に大きい強度の電流Ｉｃｏｌを出力する。電流源は整合性を有する読取りバスに入力される。「整合性」とは、所定容量の充電にかかる所定時間で信号を発生させるために使用できる電流の出力能力を意味する。
【００５３】
こういった特徴により、増幅手段の消費量を低下させ、従ってリーダの消費量も顕著に低下させることができる。低消費により、構成部品の一体化が向上する。
【００５４】
本発明によるリーダは、特に、ＭＯＳ型又は電荷移動デバイス型（ＣＣＤ）の接合型検出要素に適している。
参考文献
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【図面の簡単な説明】
【図１】図１は検出要素に接続したリーダの概要図を示している。このリーダは従来のリーダである。
【図２】図２は本発明によるリーダを具備して構成された画像センサの画素の概要図を示している。
【図３】図３は本発明によるリーダの増幅手段の特定の実施例を示している。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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