スタートラッカー装置に使用されるアクティブピクセルセンサー装置

专利摘要:
シングル・イベント・アップセットの高速処理が可能なスタートラッカー装置に使用されるアクティブピクセルセンサー装置等を提供する。画像装置チップを含むスタートラッカー装置に使用されるアクティブピクセルセンサー装置であって、画像装置チップが、光学ピクセルとして機能するフォトダイオードのアレイと、論理回路と、を含んでおり、論理回路が、所定集積時間の間に照射された光量に応じて、ピクセル信号を読み出し、かつ、所定集積時間の終了に伴い、光学的ピクセルをリセットし、ピクセル信号を処理し、かつ、修正したピクセル信号を出力し、所定集積時間の間、ピクセル信号の非破壊読み出しを実行し、さらに、ピクセル信号において、不連続現象が生じたか否かを検出し、検出した結果に応じてピクセル信号を修正する。
公开号:JP2011509612A
申请号:JP2010541700
申请日:2008-01-09
公开日:2011-03-24
发明作者:スティーブン；フィリップ エイリー
申请人:ヨーロピアン スペース エージェンシー；
IPC主号:H04N5-357

专利说明:

[0001] 本発明は、請求項１の前文に記載されたように、スタートラッカー装置に使用されるアクティブピクセルセンサー装置（ＡＰＳ）に関する。]
背景技術

[0002] スタートラッカー画像は、宇宙線異常としての画像の整合性を破壊する点や筋として現れる、いわゆるシングル・イベント・アップセット（Ｓｉｎｇｌｅ ｅｖｅｎｔ ｕｐｓｅｔ：ＳＥＵ）によって破損されることは公知である。
そして、シングル・イベント・アップセットは、太陽フレアおよび他の宇宙線放射によって生じるものであり、特に太陽に接近する活動においては、特に厄介な問題となっている。]
[0003] 一方、近年では、アクティブピクセルセンサー（ＡＰＳ）タイプの画像装置チップが、特定の星座や星をカメラで追跡することによりパターンを認識し、自らの位置を観測する装置であるスタートラッカー装置に搭載されている。
そして、本願発明は、各ピクセルが、フォトディテクターおよびアクティブアンプを有しており、各ピクセルセンサのアレイである集積回路を含むＡＰＳセンサーに、更なる機能性を、統合することを提案するものである。]
[0004] スタートラッカー装置のために、特に設計されたかかる画像センサーの例としては、本出願人であるヨーロピアンスペースエージェンシー（ＥＳＡ）の協力のもと、サイブレスセミコンダクタ社によって開発された、いわゆる低コスト、低質量（ＬＣＭＳ）センサーがある。
このタイプのＡＰＳ装置は、オンチップ論理回路が、画像装置用チップの光学ピクセルの破壊読み出し、およびピクセルの非破壊読み出しの両方を、実行できるオンチップ論理回路を提供するものである。]
[0005] また、ピクセルの中心は、照射された光子によって発生したフォトダイオードの蓄積量によって形成されている。
また、破壊読み出しは、ピクセルのフォトダイオードを放出するが、一方、非破壊読み出しは、トランジスタのゲート電圧がフォトダイオードに蓄積された量に依存するトランジスタの透過率を測定することにある。]
[0006] その結果として、トランジスタは、ピクセル信号のアンプ（増幅装置）として作用する。
現在では、非破壊読み出しは、画像信号の固定パターン・ノイズ（ＦＰＮ）を最小化するために、相関二重サンプリング（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ）を実行するように用いられる。]
[0007] さらにまた、特許文献１（米国特許７，１４５，１８８（Ｂ２））は、ＣＭＯＳタイプの画像装置チップ上のオンチップ論理回路を提供することを開示している。
すなわち、ある領域の一つ以上のピクセルが飽和状態である場合、ピクセルゲインをローカル適応するように実行することが提案されている。]
先行技術

[0008] 米国特許ＵＳ７，１４５，１８８（Ｂ２）（全文）]
発明が解決しようとする課題

[0009] よって、本発明の目的は、シングル・イベント・アップセットのオンザフライ処理（ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を実行するためのアクティブピクセルセンサー装置を提供することである。
特に、スタートラッカー装置における画像処理の煩雑さや複雑さを低下するために、これらのシングル・イベント・アップセットのオンザフライリジェクション処理（ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）を可能にすることである。]
課題を解決するための手段

[0010] すなわち、本発明は、画像装置用チップを含むスタートラッカー装置用のアクティブピクセルセンサー装置から、まずは構成されている。
また、画像装置用チップには、光学ピクセルとして作動するフォトダイオードのアレイ（配列）を備えてなる。
さらに、アクティブピクセルセンサー装置は、以下の働きをする論理回路を備えている。]
[0011] すなわち、かかる論理回路は、光学ピクセルの出力を処理することができ、修正された信号を出力することができる。
さらに、論理回路は、所定集積時間（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ、単に、所定時間と称する場合もある。）の間に照射された光量に応じて、１ピクセルの信号を非破壊的に読み出すように、構成されている。
そして、所定集積時間の終了に伴い、光学ピクセルをリセットするような論理回路を備えている。
特に、ピクセルは、リセットされ、その後サンプリングされ、その間に付加的にリセットされることなく、２回、あるいは複数回、ピクセル信号を読み出すことができる。]
[0012] したがって、本発明の主目的は、不連続現象が、集積時間の間にピクセル信号で起こったか否かを検出できるような論理回路を含むことであり、この検出結果に応じて、ピクセル信号を修正することである。
かかる着想は、星のような永続的な光源の光が、ピクセル信号の連続変動、例えば、フォトダイオードに蓄積された量の線形増加をもたらすという事実に基づいている。]
[0013] 一方、シングル・イベント・アップセット（ＳＥＵ）は、所定の集積時間の間に、ピクセル信号が突然ジャンプして、不連続として見なされる現象が生じることである。
従って、不連続現象の検出は、ＳＥＵに影響される信号の同定や、信号への異なった影響、特にＳＥＵの影響に起因する連続的な光源の影響の識別を考慮することである。
そして、ＳＥＵの影響を取り除くためには、不連続現象部分において、信号から差し引かれるべきである。]
[0014] また、別な発明の実施態様になるが、信号の修正に関して、不連続現象部分を除く代わりに、連続部分を除く場合には、かかるアクティブピクセルセンサー装置は、照明センサーとして用いられることが可能である。]
[0015] また、論理回路が、画像装置チップに設けられているオンチップ論理回路である場合、衛星用として好適な、特に小さいアクティブピクセル装置を提供することができる。]
[0016] さらに、論理回路が、所定の集積時間の間に、周期的に非破壊読み出しを実行するように構成されていることが好ましい。
これによって、位置の離散集合における信号の準連続的なサンプリングを可能にすることができる。
また、不連続現象は、予め定められた閾値を有する次の非破壊読み出しの結果との間の差異を比較することにより検出することができる。
すなわち、かかる差異が、閾値を超える場合、ＳＥＵは、最後の２つの非破壊読み出し工程の間に発生したものであると判断できる。]
[0017] 好ましい実施態様において、アクティブピクセルのゲインは、装置の視野において、最も明るい星が、ピクセルの飽和値の直下にピクセル信号を発生するよう設定されていることが好ましい。
ここで、閾値は、飽和値を１集積期間の間に実行された非破壊読み出し数で割った値に、基本的に相当しなければならない。]
[0018] 本発明の特に単純な実施態様は、論理回路が、ベース値（ここでは、例えば、０である）に対して、繰り返し加算されるインクリメントによって、出力値を決定するように構成されている場合、不連続現象の影響を、除去することができる。
したがって、以前に決定した差異が、閾値に及ばない場合には、インクリメントとして同じ集積期間における次の非破壊読み出しの結果との間のかかる差値を用いることができる。
一方、以前に決定した差異が、所定の閾値を超える場合には、インクリメントとして外挿差値を用いることができる。]
[0019] また、論理回路が、少なくとも一つの差値を保存するための保存手段を備える場合、論理回路は保存された差値に基づいて、例えばちょうど保存された差値を複製することによって、または、以前に決定された差値を用いるという、ある平均化工程を実行することにより、外挿差値を決定することができる。
そして、外挿差値が、保存された差値の一定数を平均化することにより決定された場合、以前決定された差値の実際に保存された数が、平均化を実行するのに十分であるとみなされる所定の最小限の数の差値に達しない場合、論理回路はデフォルト値を出力することができる。]
[0020] また、論理回路の機能は、画像対象物のウインドウ化された読み出し機能により、補充することができる。
そこにおいて、星の推定位置をカバーしている特定のウインドウの中のピクセルだけは、信号処理の複雑さを減少させるために読み出される。
さらに、論理回路は、固定パターン・ノイズを回避するかまたは減らすために、相関二重サンプリングを実行することができる。
更に、論理回路によって、ピクセル信号から、バックグラウンド強度レベルを減算することができる。]
[0021] 上記した実施形態の各々において、アクティブ信号処理機能は、それらがオン／オフに切替えられることが可能であるという態様は、必要的構成要素であっても、任意構成要素であってもよい。
かかる選択を可能にするために、アクティブピクセルセンサー装置は、論理回路のこれらの信号処理機能のうちの少なくとも１つを起動させるか、あるいは停止させるための手段を備えることができる。
すなわち、使っていない機能を停止させることは、エネルギー消費を減少させることに繋がる。]
[0022] 従って、本発明のさらに重要な特徴や利点は、以下の本願発明の実施形態の記載に基づき、添付の図面とともに、説明する。
但し、本発明は以下の説明の限定されるものでなく、当業者であれば容易に理解可能なクレーム内容の組み合わせにまで、効力が及ぶものとする。]
図面の簡単な説明

[0023] 図１は、本発明に基づくスタートラッカー装置用として好適なチップパッケージにおける画像装置用チップ含むアクティブピクセルセンサー装置を示す。
図２は、図１のアクティブピクセルセンサー画像装置チップのチップ構造の一般的な概略図である。
図３は、図１および２によるアクティブピクセルセンサー画像装置チップのシステム・レベル線図である。
図４は、図１〜３による画像装置チップの３つのトランジスタ・ピクセルのトランジスタ・レベル線図である。
図５は、図４の３つのトランジスタ・ピクセルと機能的に同等のトランジスタ・レベル線図である。
図６は、従来技術による画像装置チップによって、撮られた複数のＳＥＵを有する画像である。
図７は、ＳＥＵのシグナル影響を含む画像装置チップのピクセル信号の経時的な変化を示すグラフである。
図８は、ＳＥＵ検出の結果に応じてピクセルシグナルを修正するデジタル領域処理の流れを示すグラフである。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
実施例

[0024] 図１は、ＣＭＯＳタイプの画像装置チップ１０を含むスタートラッカー装置用のアクティブピクセルセンサー装置である。
また、画像装置チップ１０には、光学ピクセルとしてのフォトダイオードのアレイ１３が具備されている。
また、画像装置チップ１０は、セラミックＪＬＣＣ ８４パッケージに含まれており、ｘ方向に１５．５ｍｍ、ｙ方向に１６．２ｍｍの寸法を有している。] 図１
[0025] 図２は、図１による画像装置チップ１０のチップ構造の全体の図である。
光学ピクセルとして機能し、ＣＭＯＳタイプの５１２×５１２の３つのトランジスタ・ピクセルのピクセル・アレイ１３に配置されるフォトダイオードアレイに加えて、画像装置チップ１０には、以下の構成を備える論理回路１４を備えている。
すなわち、サンプル＆ホールドカラムアンプ１６、ローセレクト・リセット・ドライバ１８、ｘ−アドレス指定シフトレジスタ２０、ｙ−アドレス指定レジスタ２２、および１２ビットのアナログ‐デジタル変換器２４（ＡＤＣ）を含む論理回路１４を備えている。] 図１ 図２
[0026] さらに、論理回路１４は、以下の構成を含んでいる。
すなわち、読み出しシーケンサ２６、メモリ装置３０を備えた相関二重サンプリングおよび処理ユニット２８、ウインドウ・シーケンサ３２、ウインドウ・シーケンサ３２のプログラムを保存するためのＳＲＡＭメモリ装置３４である。
最後に、画像装置チップ１０は、平行データ・インタフェース３６、および、より高レベルデータインタフェース３８を備えており、例えば「スペース・ワイヤ」データフォーマットにおいて、通信するために提供される。]
[0027] また、上述の画像装置チップ１０のユニットは、共通基板４０上に配置される。
ここで、ウインドウ・シーケンサ３２は、星の推定位置を示すことができる外部のＩＰ（インターネットプロトコル等）により制御される画像装置チップ１０のウインドウ・トリートアウト（Ｗｉｎｄｏｗ ｔｒｅａｔ−ｏｕｔ）を管理するための手段である。
また、論理回路１４は、ローセレクト・リセット・ドライバ１８、サンプル＆ホールドカラムアンプ１６およびシフトレジスタ２０，２１を使用することによって、これらの推定位置周辺のウインドウータイプ域でピクセルの読み出しを実行する。]
[0028] また、ピクセル・アレイ１３で光学ピクセルから読み出される信号は、アンプ４２を使用して増幅されて、アナログ‐デジタル変換器２４により変換されて、読み出しシーケンサ２６によって、読み出される。
そして、ピクセルから受け取った信号は、所定集積時間（Ｔ）の間に、照射された光量に依存する。
なお、集積時間（Ｔ）は、リセット・ドライバ１８により実行される次のリセット工程との間の時間と定義される。]
[0029] また、論理回路１４の相関二重サンプリング（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ）および処理ユニット２８は、集積時間（Ｔ）の間、ピクセル信号の非破壊読み出しを実行するように構成されており、ここで、ピクセル信号は、読み出し工程の間に、リセットされることなく、二回読み出される。]
[0030] 本発明によれば、さらに、論理回路１４は、集積時間（Ｔ）の間に、不連続現象が、ピクセル信号に起こったか否かについて検出するように構成されている。
図２に示すチップ構造の態様によると、この構成は、相関二重サンプリングおよび処理ユニット２８の適切なプログラムにより認識される。
さらに、論理回路１４の処理ユニット２８は、下記の詳細にて説明されるように、この検出の結果に応じてピクセル信号を修正するように構成されている。] 図２
[0031] 図３は、本発明における画像装置チップ１０のシステム・レベル線図である。
図３の左側のボックスは、画像装置チップ１０で行われる機能を示したものであり、すなわち、シーケンス機能４２、ウインドウイング機能４４、処理機能４６およびインターフェース機能４８である。] 図３
[0032] ここで、画像装置チップ１０は、センサー部５０、アナログ‐デジタル変換器部５２および論理回路１４の主要部分を構成する論理回路部５４（特に、処理ユニット２８）に、ざっと再分割することができる。
そして、データ・インタフェース３６、３８を介して、画像装置チップ１０は、アプリケーション・プログラム５８を実行しているプロセッサ５６と通信する。]
[0033] また、画像装置チップ１０は、１０ビットの精度を有するピクセル信号の読み出しが可能であり、チップ・アナログ−デジタル変換器２４のゲインおよびオフセットは、動的に再設定可能である。
そして、論理回路１４は、１ピクセルあたり２００ミリ秒の集積時間Ｔで５ヘルツの画面書換速度で、全てのピクセル・アレイを読み出すことができる。
したがって、ウインドウ化された読み出しモードにおいて、センサーは、１ピクセル当たり１００ミリ秒の集積時間（Ｔ）で１０ヘルツの速度で、２０×２０ピクセルの２０ウインドウを読み出すことができる。]
[0034] また、画像装置チップ１０は、オフチップ発振器を含むユーザからの単純な入力を経てピクセル・アレイ１３を作動し、制御するために、すべての必要なタイミング信号およびパルスを発生させる。]
[0035] また、センサーは、２つの動作モード、特に、フル・フレーム読み出しおよび上記のウインドウ化された読み出しをサポートする。
したがって、フル・フレーム読み出しにおいて、露出および露出スタート時間は、ユーザにより特定されることができ、画像装置チップ１０は、ロールシャッターを使用してピクセル・アレイ１３からすべてのピクセルの信号を読み出すことができる。]
[0036] なお、ウインドウ化された読み出しモードにおいて、露出スタート時間は、例えば、１０×１０ピクセル、１５×１５ピクセル、２０×２０ピクセルから選択される重なり合わないウインドウとして最大２０まで、ユーザにより特定されることができる。]
[0037] また、映像用チップ１０および論理回路１４の機能は、ブートストラップピン（ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ｐｉｎｓ）を介して、または、ユーザ・コマンドを介して、いかなる不必要な機能も動作停止にすることが容易であるようなモジュラ−設計である。
すなわち、いかなる機能も動作停止にすることは、画像装置チップ１０の電力消費を低減させることに繋がる。]
[0038] また、画像装置チップ１０は、放射線量が０において、暗電流が、２５℃で1ピクセル、１秒につき、２，５００電子より少ないように、構成されている。
したがって、放射線量がフルの場合には、暗電流は、２５℃で1ピクセル、１秒につき、５，０００電子以下である。]
[0039] また、隣接したピクセル間のクロストークは、５％未満であって、一生を通じて不変である。
さらにまた、固定パターン・ノイズ（ＦＰＮ）およびセンサー・リセット・ノイズ（ＫＴＣ）は、ピクセルあたり７５電子以下であって、およびピクセル反応不均一性は、全てのピクセル・アレイの１．５％より小さく、すべての５×５ピクセル・サブアレイに対し０．２５％以下である。
そして、画像装置チップ１０は、曲線因子に４０％以上の量子効率を乗じたものとして定義される感度を有している。
なお、画像装置チップ１０のスペクトル範囲は、０．４から０．９ミクロンまでの波長をカバーしている。]
[0040] 次いで、図４および図５は、画像装置チップ１０のピクセル・アレイ１３のピクセルを詳細に示している。] 図４ 図５
[0041] 図４は、ピクセルのトランジスタ・レベルの線図である。
ここで、各ピクセルは、６０と、６２と、６４との、３つのトランジスタ、フォトダイオード６６とを備えている。
また、第１トランジスタ６０は、電力供給とフォトダイオード６６間のスイッチ６９として作用する。] 図４
[0042] さらに、フォトダイオード６６は、光制御された電流源を有するコンデンサ６８（図５参照）と同等である。
そして、第２トランジスタ６２は、外界との接続のためのフォトダイオード６６／コンデンサ６８の陰極で電圧を緩衝するソース・フォロア増幅器７０（図５参照）とみなすことができる。
また、第３トランジスタ６４は、上記のアンプ７０の出力を、ピクセル・アレイ１３のカラムバスに対応する出力信号バス７４と接続するスイッチ７２である。] 図５
[0043] ここで、ピクセルのすべてのカラムにおいて、２つのコンデンサ（図示せず）は、選択されたピクセルのリセットおよび信号レベルのサンプルリングのために位置している。
また、非破壊読み出しにおいて、両方のサンプル・コンデンサが用いられる。]
[0044] そして、両方のコンデンサは、サンプリングの後、同じ信号を含んでいる。
また、読み出しシーケンスは、破壊読み出しと同じであるが、信号サンプル・コンデンサ６８から来る信号だけが使われる。
なお、ピクセルから来るリセット信号は、無視されることになる。]
[0045] また、ピクセルのすべてのカラムにおいて、サンプル上のホールド信号および出力チャンネルに対するホールドコンデンサを書き込むために、一つのカラムアンプ１６が設けてある。
そして、破壊読み出しにおいて、リセットおよび信号レベルは、大部分の固定パターン・ノイズを相殺するために、出力増幅器１６において、減算されることができる。
さらにまた、非破壊読み出しにおいては、信号レベルだけが、出力増幅器４２によって用いられる。]
[0046] 本発明によるアクティブピクセルセンサー装置を含むスタートラッカー装置が、高い放射線量を有する環境（例えば、太陽の近く/太陽面フレアの影響を受けやすい場所を通過している衛星において）で、使われるときに、高エネルギー粒子は、ピクセル信号の不連続現象を生じさせて、フォトダイオードに吸収される。
そして、十分なエネルギーが、フォトダイオード６６に吸収される場合、ピクセルは飽和し、白点が、ピクセル・アレイ１３における粒子の衝撃位置で発生する。
これらの白点は、次の画像において消えるが、点（白点）の数は集積時間とともに、増加する。
この現象は「シングル・イベント・セットアップ（ＳＥＵ）」として公知であり、スタートラッカー画像は、しばしば太陽表面フレアのために、ＳＥＵにより損傷することになる。]
[0047] また、複数のＳＥＵの点や、筋７５を含む典型的スタートラッカー画像の例として、図６にその画像を示している。
ここで、従来技術によれば、ＳＥＵ筋は、画像の後処理工程のソフトウェアによって、取り外される。
しかしながら、後処理では、完全に除去することはできず、また非常に複雑で時間がかかるものである。] 図６
[0048] 次いで、図７に、集積時間（Ｔ）の間のピクセル信号の一例を示す。
中間の時間（Ｔｓ）で、放射線粒子は、フォトダイオード６６に吸収されて、ピクセル信号の準連続の突然ジャンプとなり、電荷担体の電子なだれを発生させる。] 図７
[0049] ここで、「不連続な」、「不連続」という表現は、数学的感覚で狭く解釈するのではなく、むしろデジタル回路の典型的な時間分解能の観点から解釈していることに注意されたい。
したがって、信号が全体の集積時間Ｔの１〜２％未満の何分の１かの範囲内で信号振幅の１０〜２０％以上が変化する場合、信号の突然の増加または減少を「不連続である」として分類する。]
[0050] また、暗電流７４の影響および星から観測場所まで生じているターゲット信号７６の影響と共に、ピクセルから読み出される全体信号７２を図７に示す。
さらに、図７は、Ｔｓで不連続部分を有する階段関数（集積σ関数）の形を有するＳＥＵ信号７８の影響を示す。] 図７
[0051] 本発明主要目的の一つは、不連続を検出するために非破壊読み出しを実行すること、信号処理工程の信号の適切な修正によって、ＳＥＵ信号の影響７８を減算するかまたは相殺することを可能とすることである。]
[0052] そして、本発明の好ましい実施態様によれば、論理回路１３は、集積時間Ｔの間であって、時間Ｔ１からＴ７における、繰り返し非破壊読み出しを実行するように構成されている。
それから、処理ユニット２８は、次の非破壊読み出しの結果の間の差異を決定する。
例えば、Ｔ１とＴ２の読み出しの差異Ｄ１、およびＴ５とＴ６の読み出しの差異によるＤ５を決定する。]
[0053] そして、それぞれの差異Ｄ１、Ｄ５は、対応する所定の閾値、例えば、ピクセル信号の最大振幅を、集積時間（Ｔ）の間の非破壊読み出しの数で割ったものと２回、比較される。
さらに、論理回路１３は、そのままの信号を外挿するために、ＴｓでＳＥＵの前にピクセル信号７２の時間的反応を用いる。
ＳＥＵの後、ピクセルが飽和する場合、ＳＥＵ後の読み出し値は無視され、一方、ピクセルが不飽和である場合、読み出しは不連続を減算することにより修正することができる。]
[0054] 本発明の好ましい実施態様において、論理回路１３は、ベース値に対して、繰り返し加算するインクリメントで、出力信号を決定するように構成される。そこにおいて、ベース値は、ゼロであっても良い。
そして、不連続が前のステップで検出されなかった場合、例えば、図７のＴ１とＴ２間のステップのように、閾値に達しない差異Ｄ１を有する場合、差異Ｄ１をインクリメントとして使うことができる。
しかしながら、差異が所定の閾値を超える場合、例えば、図７のＴ５とＴ６の間にステップの場合、差異Ｄ５が検出され、論理回路は、インクリメントとして外挿差値を使用する。] 図７
[0055] また、外挿を実行するために、論理回路１３は、最後の数差値を保存している記憶装置３０を備えてなる。
そして、処理ユニット２８は、保存された差値に基づいて、外挿差値を決定するために、保存された差値を使用する。]
[0056] 最も単純なケースにおいて、最後の差値のみが、外挿差値として記憶装置３０に保存されることができる。
基本的に、これは、Ｔ５とＴ４における非破壊読み出しの間における差値Ｄ５と、差値Ｄ４の間の差異として、図７の不連続の高さに近似していることに対応している。] 図７
[0057] 本発明のより詳細な実施態様において、論理回路は、記憶装置３０に保存されて、ジャンプの検出前に決定される２以上の差値を平均することによって、外挿差値を決定することができる。]
[0058] しかしながら、少なくともＳＥＵによって、損なわれていない差値の所定の最小限の数が記憶装置３０に保存される場合、かかる平均化処置を、実行できるだけである。
その結果、多くの前に保存され、決定された差値が、平均化が不可能な所定の最低数に達しなかった場合、論理回路１３および処理ユニット２８はデフォルト値を出力するように構成されることができる。]
[0059] Ｔ１からＴ７における非破壊読み出しは、図４のトランジスタ６２を使用しているフォトダイオードのゲート電圧を決定することにより実行される。そして、それは図５のソース・フォロア増幅器７０として作用する。] 図４ 図５
[0060] また、信号を外挿する上記の方法は、Ｔｓにおける不連続の前の差値の形で決定されるピクセル信号の離散化勾配を使用する。]
[0061] さらに、アナログ‐デジタル変換器４２の可調バイアス値を適用することによって、バックグラウンド強度レベルは、ピクセル信号（例えば図７の暗電流の影響７４）から減算されることができる。] 図７
[0062] 次いで、図８において、処理ユニット２８において、行われるデジタル領域処理流れの一例を示す。
すなわち、処理ユニット２８は、アナログ‐デジタル変換器ＡＤＣ２４からピクセル信号レベルを受け取って、メモリ装置３０から、同じ集積時間Ｔにおける前の非破壊読み出しからピクセル信号レベルを読み込んで、差値を決定するために、実際のピクセル信号レベルから前の信号レベルを減算する。
また、差値は、メモリ装置３０から読み込まれた閾値と比較される。] 図８
[0063] そして、差異が閾値を超える場合、差値は切り捨てられ、そして、以前のステップに保存された差値がメモリ装置３０から読み込まれて、出力値に加えられる。
一方、差値が閾値を超えない場合、論理回路はＳＥＵが以前のステップで起こらなかったと結論づけ、差値はベース値に加えられ、後のステップ用にメモリ装置３０に保存される。
アナログ‐デジタル変換器２４から受け取ったピクセル信号レベルが、ピクセルが飽和したことを示す場合、工程は直ちに、前の差値を加えるステップへジャンプする。]

权利要求:

請求項1
画像装置チップ（１０）を含むスタートラッカー装置に使用されるアクティブピクセルセンサー装置であって、前記画像装置チップ（１０）が、光学ピクセルとして機能するフォトダイオードのアレイ（１３）と、論理回路（１４）と、を含んでおり、前記論理回路（１４）が、−所定集積時間（Ｔ）の間に照射された光量に応じて、ピクセル信号を読み出し、かつ、所定集積時間（Ｔ）の終了に伴い、光学的ピクセルをリセットし、−ピクセル信号を処理し、かつ、修正したピクセル信号を出力し、—所定集積時間（Ｔ）の間、ピクセル信号の非破壊読み出しを実行し、さらに、前記論理回路（１４）は、−集積時間（Ｔ）の間、ピクセル信号において、不連続現象が生じたか否かを検出し、−検出した結果に応じてピクセル信号を修正すること、を特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項2
請求項１に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記論理回路（１４）が、前記画像装置チップ（１０）に設けられているオンチップ論理回路であることを特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項3
請求項１または２に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記論理回路（１４）が、−周期的に、集積時間（Ｔ）の間に、非破壊読み出しを実行し、−連続する非破壊読み出し結果の差値［Ｄ１、Ｄ５］を決定し、−所定の閾値と、決定された読み出し結果の差値［Ｄ１、Ｄ５］とを比較して、不連続現象を検出すること、を特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項4
請求項３に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記論理回路（１４）が、−ベース値に対して、繰り返し加算されるインクリメントによって、出力信号値を決定し、−連続する非破壊読み出し結果の差値が、所定の前記閾値以下の場合、前記増加するインクリメントとして、連続する非破壊読み出し結果の差値につき、前もって決定された差値を使用し、−連続する非破壊読み出し結果の差異が、所定の前記閾値を超える場合、増加するインクリメントとして、外挿差値を使用すること、を特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項5
請求項４に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記論理回路（１４）が、少なくとも一つの差値（Ｄ４）を保存するための保存手段（３０）を含み、当該保存された差値（Ｄ４）に基づき、前記外挿差値を決定することを特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項6
請求項４または５に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記論理回路（１４）が、前記ジャンプの検出前に、決定される少なくとも二つの差値を平均することによって、前記外挿差値を決定するように構成されていることを特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項7
請求項４〜６のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、多くの保存された前に決定された差値が、予め定められた最小限数に達しない場合、前記論理回路（１４）が、修正された信号のデフォルト値を出力するように構成されていることを特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項8
請求項１〜７のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記フォトダイオードが、ＣＭＯＳタイプであることを特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項9
請求項８に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記論理回路（１４）が、前記フォトダイオードのゲート電圧を決定することによって、前記非破壊読み出しを実行するように構成されていることを特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項10
請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記論理回路（１４）が、前記外挿を実行するためにジャンプ前に決定される信号の勾配を用いて、信号を修正することを特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項11
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記画像装置チップ（１０）のウインドウ化された読み出しを管理するための手段（３２）を含むことを特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項12
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記論理回路（１４）が、フォトダイオードのアレイ（１３）の読み出しに応じて、相関二重サンプリングを実行するように構成されていることを特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項13
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、前記論理回路（１４）が、ピクセル信号からのバックグラウンド強度レベルを算出して、それを減算するように構成されていることを特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項14
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアクティブピクセルセンサー装置であって、少なくとも一つの信号を処理するために、前記論理回路（１４）を起動させるか、または停止させるための手段（３８）を含むこと特徴とするアクティブピクセルセンサー装置。
請求項15
画像装置チップ（１０）を含んでいるスタートラッカー装置に使用するアクティブピクセルセンサー装置のオンチップ・データ処理方法であって、前記画像装置チップ（１０）が、光学ピクセルとして機能するフォトダイオードのアレイ（１３）を含み、前記オンチップ・データ処理方法が、−所定集積時間（Ｔ）の間に照射された光量に応じて、ピクセル信号を読み出し、かつ、所定集積時間（Ｔ）の終了に伴い、光学的ピクセルをリセットする工程と、−ピクセル信号を処理し、かつ、修正したピクセル信号を出力する工程と、—所定集積時間（Ｔ）の間、ピクセル信号の非破壊読み出しを実行する工程と、を含み、−集積時間（Ｔ）の間、ピクセル信号において、不連続現象が生じたか否かを検出する工程と、−検出した結果に応じてピクセル信号を修正する工程とをさらに含むことを特徴とするオンチップ・データ処理方法。