CMOS READOUT ARCHITECTURE AND METHOD FOR PHOTON-COUNTING ARRAYS

• Main Authors: AULL, BRIAN, F, RENZI, MATTHEW, J, SCHUETTE, DANIEL, R, REICH, ROBERT, K
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 29.09.2011
• Subjects: ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE; ELECTRICITY; PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION

Embodiments of the present invention include complementary metal-oxide- semiconductor (CMOS) readout architectures for photon-counting arrays with a photon-counting detector, a digital counter, and an overflow bit in each of the sensing elements in the array. Typically, the photon-counting detector is a Geiger- mode avalanche photodiode (APD) that emits brief pulses every time it detects a photon. The pulse increments the digital counters, which, in turn, sets the overflow bit once it reaches a given count. A rolling readout system operably coupled to each sensing element polls the overflow bit, and, if the overflow bit is high, initiates a data transfer from the overflow bit to a frame store. Compared to other photo- counting imagers, photon-counting imagers with counters and overflow bits operate with decreased transfer bandwidth, high dynamic range, and fine spatial resolution. Des modes de réalisation de la présente invention comprennent des architectures de lecture à semiconducteur-oxyde de métal complémentaire (CMOS) pour réseaux de comptage de photons comportant un détecteur de comptage de photons, un compteur numérique et un bit de débordement dans chacun des éléments de détection du réseau. Le détecteur de comptage de photons est typiquement une photodiode à avalanche (APD, Avalanche PhotoDiode) en mode Geiger qui émet de brèves impulsions chaque fois qu'elle détecte un photon. L'impulsion incrémente les compteurs numériques qui, quant à eux, positionnent le bit de débordement une fois qu'un total donné a été atteint. Un système de lecture cyclique fonctionnellement relié à chacun des éléments de détection interroge le bit de débordement et, si le bit de débordement est au niveau haut, lance un transfert de données du bit de débordement à une mémoire de trame. Par comparaison à d'autres imageurs à comptage de photons, les imageurs à comptage de photons comportant des compteurs et des bits de débordement fonctionnent avec une largeur de bande de transfert réduite, une gamme dynamique étendue et une haute résolution spatiale.