SINGLE-ELECTRON DETECTION METHOD AND APPARATUS FOR SOLID-STATE INTENSITY IMAGE SENSORS

Embodiments of the present invention include an electron counter with a charge-coupled device (CCD) register configured to transfer electrons to a Geiger- mode avalanche diode (GM-AD) array operably coupled to the output of the CCD register. At high charge levels, a nondestructive amplifier senses the charge at the CCD register output to provide an analog indication of the charge. At low charge levels, noiseless charge splitters or meters divide the charge into single-electron packets, each of which is detected by a GM-AD that provides a digital output indicating whether an electron is present. Example electron counters are particularly well suited for counting photoelectrons generated by large-format, high-speed imaging arrays because they operate with high dynamic range and high sensitivity. As a result, they can be used to image scenes over a wide range of light levels. Les modes de réalisation de la présente invention comprennent un compteur d'électrons avec un registre à dispositif à couplage de charge (CCD) configuré de façon à transférer des électrons vers un réseau de diodes à avalanche en mode Geiger (GM-AD) couplées de manière opérationnelle à la sortie du registre à CCD. Pour des niveaux de charge élevés, un amplificateur non destructif détecte la charge à la sortie du registre à CCD de façon à fournir une indication analogique de la charge. Pour des niveaux de charge faibles, des diviseurs ou des compteurs de charge sans bruit divisent la charge en paquets d'un électron unique, chacun d'eux étant détecté par un GM-AD qui fournit une sortie numérique qui indique si un électron est présent. Les compteurs d'électrons donnés à titre d'exemple sont particulièrement bien adaptés pour compter des photoélectrons générés en grand nombre, pour des réseaux d'imagerie à grande vitesse parce qu'ils fonctionnent avec une dynamique élevée et une sensibilité élevée. Par conséquent, il est possible de les utiliser de façon à imaginer des scènes pour un grand nombre de niveaux de lumière.