BRPI1105265A2

BRPI1105265A2 - dispositivo de formaÇço de imagem, e, sistema de cÂmera

Info

Publication number: BRPI1105265A2
Application number: BRPI1105265-1A
Authority: BR
Inventors: Toshiyuki Nishihara
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-02-13
Also published as: CN102572319A; TW201218762A; US20170289477A1; RU2011139120A; US20160241805A1; EP2437484B1; EP2437484A2; KR20120034559A; EP2437484A3; RU2540980C2; TWI471006B; US9723237B2; KR101857290B1; US10182198B2

Abstract

DISPOSITIVO DE FORMAÇçO DE IMAGEM, E, SISTEMA DE CÂMERA. Um dispositivo de formação de imagem inclui: uma seção de matriz de pixéis funcionando como uma seção de recepção de luz que inclui dispositivos de conversão foto-elétrica e na qual uma pluralidade de pixéis, que emitem sinais elétricos quando fótons são incidentes, estão dispostos em uma matriz; uma seção de circuito de sensoriamento na qual uma pluralidade de circuitos de sensoriamento, que recebem os sinais elétricos proveniente dos pixéis e efetuam determinação binária considerando se há ou não uma incidência de fótons nos pixéis em um período de tempo predeterminado, é colocada em matriz; e uma seção de circuito de integração de resultados de determinação tendo uma função de integrar uma pluralidade de resultados de determinação dos circuitos de sensoriamento para os respectivos pixéis ou para cada grupo de pixéis, em que a seçao de circuito de integração de resultados de determinação deriva o montante de incidência, de fótons na seção de recepção de luz efetuando contagem de fóton para integrar a pluralidade de resultados de determinação na pluralidade de pixéis.

Description

DISPOSITIVO DE FORMA^AO DE IMAGEM, Ε, SISTEMA DE CAMERA"

CAMPO

A presente descrigSo se refere a um dispositivo de forma9ao de imagem, tal como um sensor de imagem de CMOS, e a sistema de camera.

FUNDAMENTOS

Medi9ao ou formapao de imagem de minima luminescencia ou fluorescencia emitida a partir do corpo tem se tornado cada vez mais ativa no campo da medicina ou biotecnalogia nos anos recentes.

No campo da medicina ou seguran9a, uma tecnica de converter uma pequena quantidade de raios X transmitidos atraves do corpo em fotons a nivel visivel atraves de um dispositivo de cintilafao e detecta-los para efetuar uma forma9ao de imagem por transmissao tem sido industrializado. Em adi9ao, no campo da medicina ou seguranfa, uma tecnica (por exemplo, um SPECT ou um PET) de converter raios γ gerados a partir de uma pequena quantidade de material de radia^So injetada no corpo humano em fotons atraves de um dispositivo de cintilagSo foi industrializada.

Em formagao de imagem em tal um campo, um contador de foton e usado para uma quantidade muito pequena de luz.

Tipicamente, um contador de foton e um iinico dispositivo usando um diodo de avalanche ou um tubo fotomultiplicador.

Este contador de foton gera um pulso de voltagem na saida convertendo fotons incidentes na superficie de recep9ao de luz em fotoeletrons, acelerando os fotoeletrons com uma alta voltagem, e multiplicando-os atraves de geragSo de eletrons secundarios por colisao.

O niimero de pulsos e medido por um dispositivo de contagem conectado ao dispositivo todo ο tempo.

Enquanto ο contador de foton tem alta precisao de mediq^o permitindo detec^So em unidades de um foton, ο sistema e caro e a faixa dinamica para medig^o e tambem estreita. Usualmente, ο niimero de fotons que pode ser medido por um contador de foton e cerca de 1 milhao a 10 milhdes para 1 segundo.

Por outro lado, para formar imagem em uma faixa de uma quantidade de Iuz relativamente grande a ser medida, um fotodiodo e um conversor analogo para digital (AD) sao usados.

O fotodiodo acumula cargas de eletrodo fotoeletricamente convertidas e emite um sinal analogico. Este sinal analogico e convertido em um sinal digital atraves do conversor de AD.

Problemas em tal forma9ao de imagem sao ruidos causados pela transmissao de um sinal analogico e pela taxa de conversao do conversor de AD.

De modo a detectar uma pequena quantidade de luz, e necessario suprimir ruido e tambem aumentar ο niimero de bits na conversao de AD para corte fmo. Contudo, de modo a fazer assim, um conversor de AD de muita alta velocidade e necessario. Em adi9ao, se isto e feito para ter um grande niimero de pixeis de modo a melhorar a resoli^So na forma9ao de imagem, ο tamanho do sistema para conversao de AD e, de forma significativa, aumentado.

SUMARIO

Basicamente, ambos, detec9ao optica de alta precisao e baixo ruido e uma grande faixa dinamica sao necessarios para formar imagem de uma pequena quantidade de luz.

Contudo, nao ha nenhum dispositivo que vai de encontro a ambos os requisitos.

Por exemplo, de modo a reduzir a quantidade de exposifao em formafao de imagem de raio X, a precisao equivalente ao nivel de um contador de foton e necessario. Em um contador de foton normal, contudo, nao e possivel obter uma faixa dinamica suficiente para formar imagem. Em adi9ao, um grande numero de pixeis sao necessarios de modo a melhorar a resolu9ao. Neste caso, contudo, ο sistema incluindo um dispositivo de contagem e muito caro.

Por outro lado, JP-A-1995-67043 propoe um novo metodo de contagem de foton usando divisao de tempo.

Isto e, para adquirir os dados de formagSo de imagem bidimensional efetuando determinagao binaria considerando se ha ou nao uma incidencia de um foton em um fotodiodo em um periodo de tempo fixo e integrar resultados obtidos repetindo a determina9ao binaria miiltiplas vezes.

Isto e, um sinal proveniente de um fotodiodo e percebido a cada periodo de tempo fixo, e um contador conectado a cada pixel e contado por 1 independente do numero de fotons incidentes se ο niimero de fotons incidentes para ο periodo e 1 ou mais.

Se a frequencia de incidencia de foton e aleatoria no eixo do tempo, a rela?ao entre ο niimero efetivo de incidencia de foton e ο niimero de contagem segue uma distribui9ao de Poisson. Consequentemente, se torna uma rela9ao aproximadamente linear se a frequencia de incidencia e baixa, e corre^ao uniforme pode ser efetuada se a frequencia de incidencia e alta

Contudo, de acordo com a tecnica descrita em JP-A-1995- 67043, a area de abertura de um pixel e extremamente reduzida ja que um circuit。de sensoriamento e um contador sao necessarios para cada pixel.

JP-A-2004-193675 propoe uma configura9ao na qual contadores estao dispostos fora de uma matriz de pixel enquanto adotando ο metodo de contagem de divisao de tempo descrito acima. Contudo, um circuito de sensoriamento e uma memoria sao ainda necessarios para cada pixel.

Um contador e fornecido para cada pixel mesmo se ο contador e fornecido fora da matriz de pixel. Consequentemente, ο tamanho do circuito de um chip e inevitavelmente aumentado. Mais ainda, de modo a aumentar a faixa dinamica na formagao de imagem na configurafao descrita em JP-A-1995-67043 ou JP-A-2004- 193675, e necessario mudar um periodo de medigao de incidencia de foton finamente no eixo do tempo e aumentar a velocidade de acesso do pixel.

Assim sendo, e desejavel fornecer um dispositivo de forma9ao de imagem e um sistema de camera permitindo formar imagem ou medigao de intensidade de Iuz com menos ruido mesmo em intensidade luminosa por unidade de area baixa e com uma faixa dinamica ampla.

Uma modalidade da presente descripao e direcionada a um dispositivo de forma9ao de imagem incluindo: uma se9§o de matriz de pixeis funcionando como uma se9ao de recep9ao de Iuz que inclui dispositivos de conversao foto-eletrica e na qual uma pluralidade de pixeis, que emitem sinais eletricos quando fotons sao incidentes, estao dispostos em uma matriz; uma se9ao de circuito de sensoriamento na qual uma pluralidade de circuitos de sensoriamento, que recebem os sinais eletricos proveniente dos pixeis e efetuam determina9ao binaria considerando se ha ou nao uma incidencia de fotons nos pixeis em um periodo de tempo predeterminado, e colocada em matriz; e uma segao de circuito de integra9ao de resultados de determinafao tendo uma fun9ao de integrar uma pluralidade de resultados de determina9ao dos circuitos de sensoriamento para os respectivos pixeis ou para cada grupo de pixeis. A se9ao de circuito de integra9ao de resultados de determina?So deriva ο montante de incidencia de fotons na se?ao de recepfao de Iuz efetuando contagem de foton para integrar a pluralidade de resultados de determina9ao na pluralidade de pixeis.

Uma outra modalidade da presente descri^ao e direcionada a um sistema de camera incluindo: um dispositivo de forma9ao de imagem; um sistema optico que forma uma imagem de objeto no dispositivo de forma9ao de imagem; e um circuito de sinal de processamento que processa um sinal de imagem de saida do dispositivo de formapSo de imagem. O dispositivo de forma9ao de imagem inclui: uma se9ao de matriz de pixeis funcionando como uma se9ao de recep9ao de Iuz que inclui dispositivos de conversao foto- eletrica e na qual uma pluralidade de pixeis, que emitem sinais eletricos quando fotons sao incidentes, estao dispostos em uma matriz; uma sepao de circuit。de sensoriamento na qual uma pluralidade de circuitos de sensoriamento, que recebem os sinais eletricos proveniente dos pixeis e efetuam determina9ao binaria considerando se ha ou nao uma incidencia de fotons nos pixeis em um periodo de tempo predeterminado, e colocada em matriz; e uma se9ao de circuito de integra9ao de resultados de determinaySo tendo uma fUngSo de integrar uma pluralidade de resultados de determinagao dos circuitos de sensoriamento para os respectivos pixeis ou para cada grupo de pixeis. A se9ao de circuito de integragao de resultados de determinafao deriva ο montante de incidencia de fotons na se9ao de recep9ao de Iuz efetuando contagem de foton para integrar a pluralidade de resultados de determina9ao na pluralidade de pixeis.

De acordo com as modalidades da presente descrigao, e possivel permitir formapSo de imagem ou medigao de intensidade de Iuz com menos ruido mesmo em intensidade luminosa por unidade de area baixa e com uma faixa dinamica ampla fazendo um sinal analogico desnecessario sem reduzir a propor9ao de abertura de um pixel.

BREVE DESCRIQAO DOS DESENHOS A Fig. 1 e uma vista mostrando um exemplo da configura9ao de um sensor de imagem de CMOS (dispositivo de forma^ao de imagem) de acordo com a primeira modalidade da presente descri9ao;

A Fig. 2 e uma vista conceitual mostrando a segSo de recep9ao de Iuz na presente modalidade;

A Fig. 3 e uma vista mostrando uma relagSo entre ο niimero medio de vezes de incidencia de fotons em uma unidade de grade de uma malha da se9ao de recep9ao de luz, que e mostrado na Fig. 2, e ο niimero medio de contagens; A Fig. 4 e uma vista mostrando um exemplo da configuragSo do circuit。de um pixel na presente modalidade;

A Fig. 5 e uma vista para explicar ο acesso ciclico de blocos de pixel na primeira modalidade;

A Fig. 6 e a diagrama de circuito mostrando um exemplo de um circuito de sensoriamento tendo uma fun9ao de auto referencia;

As Figs. 7A a 7F sao graficos de tempo para explicar um exemplo de uma operayao de leitura usando ο circuito de sensoriamento tendo a fun9ao de auto referencia, que e mostrada na Fig. 6, no exemplo do pixel na Fig. 4;

A Fig. 8 e uma vista para explicar uma segunda modalidade da presente descri9ao e e tambem uma vista mostrando um exemplo da configura9ao de um bloco de pixel correspondendo a primeira modalidade usando umfotodiodo do tipo de amplifica9ao interna;

As Figs. 9A e 9B sao vistas conceituais de um aparelho de forma9ao de imagem quando ο dispositivo de formafao de imagem de acordo com a modalidade da presente descrigSo e aplicado para forma9ao de imagem de CT (Tomografia Computadorizada)；

A Fig. IOe uma vista mostrando um exemplo de um aparelho de formagao de imagem linear no qual os dispositivos de forma^ao de imagem (dispositivos de recep9ao de luz) de acordo com a modalidade da presente descri9ao sao colocados em matriz em uma forma linear de uma dimensao;

A Fig. lie uma vista mostrando ο exemplo de protegao a prova de radiafao do dispositivo de forma9ao de imagem (dispositivo de recepgao de luz) de acordo com a modalidade da presente descri9ao;

A Fig. 12 έ a visao esquematica mostrando um exemplo de estimativa de uma dire9ao de incidencia de radia9ao atraves de detec9ao simultanea de fotons; A Fig. 13 e uma vista mostrando um exemplo da configuragSo de um sensor de imagem de CMOS (dispositivo de forma9ao de imagem) de acordo com uma quarta modalidade da presente descrigSo;

A Fig. 14 e uma vista para explicar a resolu9ao de tempo de

detec9ao de foton usando ο dispositivo de forma9ao de imagem de acordo com a quarta modalidade;

A Fig. 15 e uma vista mostrando um exemplo da configura9ao de um sensor de imagem de CMOS (dispositivo de forma9ao de imagem) de acordo com uma quinta modalidade da presente descri9ao;

A Fig. 16 e uma vista para explicar a resolu9ao de tempo de detec9ao de foton usando ο dispositivo de forma9ao de imagem de acordo com a quinta modalidade; e

A Fig. 17 e uma vista mostrando um exemplo da configura9ao de um sistema de camera para ο qual ο dispositivo de formag^o de imagem em estado solido de acordo com a modalidade da presente descri9ao e aplicado.

DESCRIQAO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Daqui em diante, modalidades da presente descrifao serao descritas com referencia aos desenhos anexos.

Em adi9ao, a explicafao sera dada na seguinte ordem.

1. Esb090 de recursos de um dispositivo de forma9ao de imagem da presente modalidade

2. Primeira modalidade (primeira configura9ao exemplar de um dispositivo de forma9ao de imagem)

3. Segunda modalidade (segunda configuragSo exemplar de um dispositivo de formagao de imagem)

4. Terceira modalidade (exemplo de aplicagSo de um

dispositivo de forma9ao de imagem 5. Quarta modalidade (terceira configuragSo exemplar de um dispositivo de formagao de imagem)

6. Quinta modalidade (quarta configura9ao exemplar de um dispositivo de forma9ao de imagem)

7. Sexta modalidade (sistema de camera)

<1. Esbogo de recursos de um dispositivo de formapSo de imagem da presente modalidade〉

Na presente modalidade, uma configura9ao otima de um dispositivo de forma9ao de imagem (sensor de imagem de CMOS) como um sensor digital de imagem completa usando contagem de foton e realizada no campo de leitura em paralelo de alta velocidade.

Primeiro, cada pixel emite a incidencia de um foton dentro de um especifico periodo de tempo como um sinal eletrico. Um circuito de sensoriamento recebe ο resultado miiltiplas vezes dentro de 1 periodo de quadro e efetua determina9ao com base no valor binario. O dispositivo de forma9ao de imagem gera escala de cinza dados atraves de integra9ao para cada pixel, por exemplo.

O dispositivo de formagao de imagem de acordo com a presente modalidade tem as seguintes caracteristicas com base em tal uma configura9ao basica.

Contagem de foton por divisao de tempo torna desnecessario continuamente monitorar a gera9ao de um pulso atraves de incidencia de um foton em um sistema mudando ο processo de detec9ao de foton para detec9ao repetitiva em um ciclo fixo. Focando nisto, na presente modalidade, primeiro, a

configura9ao na qual cada pixel tem um circuito de sensoriamento separado e um contador separado nao e adotado e os tres componentes sao hierarquizados.

Isto e, na presente modalidade, uma pluralidade de pixeis compartilha um circuito de sensoriamento ou uma pluralidade de circuitos de sensoriamento compartilha um circuito de contagem dado a contyage de foton por divisao de tempo.

Na presente modalidade, por exemplo, uma pluralidade de pixeis que compartilha um circuito de sensoriamento sao lidos ciclicamente e exposi9ao e executada por um periodo de tempo a partir da iiltima leitura para a leitura corrente. Consequentemente, ο compartilhamento descrito acima nao tem uma influencia adversa no tempo de exposi^So.

Em adi9ao, tambem e possivel iniciar uma proxima exposigSo enquanto processamento de contagem de resultados de determina9ao e processamento para armazenar os dados em uma memoria estao sendo executados. Por conseguinte, embora ο tempo levado para ο processamento de contagem aumenta como uma pluralidade de circuitos de sensoriamento compartilha um contador, isto nao tem uma influencia adversa no tempo de exposifao.

Em adipao, na presente modalidade, a faixa dinamica de contagem de foton e expandido adicionando resultados de contagem de uma pluralidade de pixeis.

Αάΐφείο entre pixeis que compartilha um contador pode ser executada muito facilmente armazenando os resultados de diferentes pixeis no mesmo endereyo de uma memoria.

Em adifao, uma fun9ao de derivar a total quantidade de Iuz incidente adicionando todos os resultados de contagem da sefao de recepfao de Iuz e configurada. Por exemplo, isto pode ser facilmente realizada fornecendo um adicionador adicional perto de uma segSo de saida de dados.

Em adi9ao, fornecendo tais dispositivos de recep9ao de Iuz como pixeis unitarios linearmente ou em uma matriz, e possivel detectar uma quantidade de Iuz bem pequena e para efetuar forma9ao de imagem com uma faixa dinamica ampla. De acordo com a presente modalidade adotando a configura9ao descrita acima, e possivel, de forma significativa, reduzir ο tamanho do circuito necessario para contagem de foton. Por conseguinte, usando a tecnologia de miniaturizagao para um dispositivo de forma9ao de imagem de semicondutor, contagem de foton de alto desempenho usando uma pluralidade de pixeis pode ser executada.

A faixa dinamica de contagem de foton e determinado pelo niimero total de malhas usando ambas, miiltipla divisao em uma dire9ao no tempo e miiltipla divisao da superficie de incidencia, e cada malha tem um valor binario.

Uma resolu9ao de malhas e a faixa dinamica do niimero de contagem aumentam com ο desenvolvimento de ambos, tecnologia de miniaturizafao na fabricagSo de semicondutor e um melhoramento na velocidade.

Embora a detec9ao de intensidade de Iuz precisa ou forma9ao

de imagem precisa e possivel com somente um dispositivo de forma9ao de imagem de acordo com a presente modalidade, formafao de imagem precisa com uma faixa dinamica mais amplo se torna possivel colocando em matriz uma pluralidade de dispositivos de formagao de imagem de acordo com a presente modalidade como dispositivos de recep9ao de Iuz unitarios.

Ja que cada dispositivo de recep9ao de Iuz tem uma fun9ao de contagem, tal um sistema pode ser construido facilmente sem usar um dispositivo externo caro.

Em adi9ao, ja que cada dispositivo de recep9ao de Iuz efetua contagem digital completa que e diretamente relacionada ao proprio niimero de fotons incidentes, uma varia9ao de sensitividade entre dispositivos de recep9ao de Iuz observada em um dispositivo de formagao de imagem analogico tipico quase nao existe. Isto e, ajuste de sensitividade entre

dispositivos de recep9ao de Iuz nao e necessario. Por exemplo, se ο dispositivo de forma9ao de imagem de acordo com a presente modalidade e usado junto com um dispositivo de cintila9ao para formafao de imagem por transmissao usndo uma pequena quantidade de raios X, formafao de imagem de alta precisao e forma9ao de imagem de alta resolu9ao pode ser executado com a exposigao baixa, e ο custo do sistema e muito baixo.

Daqui em diante, um sensor de imagem de CMOS que e um dispositivo de forma9ao de imagem de acordo com a presente modalidade tendo as caracteristicas acima sera descrito em detalhe.

<2. Primeira modalidade〉

A Fig. 1 e uma vista mostrando um exemplo da configurafao de um sensor de imagem de CMOS (dispositivo de forma9ao de imagem) de acordo com a primeira modalidade da presente descri9ao.

[Esb090 da configura9ao geral]

Um sensor de imagem de CMOS 100 inclui uma se9ao de matriz de pixeis 110, uma segSo de circuit。de sensoriamento 120, um grupo de linha de sinal de saida 130, um grupo de linha de transferencia 140, e uma se9ao de circuit。de integra^o de resultados de determina9ao 150.

No sensor de imagem de CMOS 100, uma pluralidade de pixeis compartilha um circuito de sensoriamento, como sera descrito mais tarde.

Correspondendo a isto, ο sensor de imagem de CMOS 100 inclui blocos de pixel 160-0 a 160-3, . . ., cada um dos quais inclui uma pluralidade de pixeis DPX na mesma coluna, e um circuito de sele9ao.

Em adifao, ο sensor de imagem de CMOS 100 inclui um linha de controle de fileira grupo 180 e um circuito de acionamento de fileira 170 para opera ο pixel DPX da se?So de matriz de pixeis 110 para emitir um sinal eletrico do pixel DPX para uma linha de sinal de saida 131.

Na se9ao de matriz de pixeis 110, uma pluralidade de pixeis digitals DPX sao colocados em matriz em uma matriz nas dire9oes de fileira e coluna.

Cada pixel digital DPX tem um dispositivo de conversao foto- eletrica, e tem uma ΐίιης^ο de emitir um sinal eletrico quando um foton e incidente.

Mais ainda, conforme descrito acima, cada um dos blocos de pixel 160-0 a 160-3, ... e formado por uma pluralidade de pixeis DPX no mesma coluna e um circuit。de sele9ao.

O sensor de imagem de CMOS 100 tem um bloco de circuito 200 que gera dados de forma9ao de imagem bidimensional com gradafao, por exemplo, determinando um valor binario de um sinal eletrico transmitido atraves do linha de sinal de saida 131 para um periodo de tempo fixo, integrando uma resultado de determina9ao miiltiplas vezes para cada pixel, e adicionando os resultados de contagem de uma pluralidade de pixeis.

O sensor de imagem de CMOS 100 deriva ο montante de incidencia de fotons em uma se9ao de matriz de pixeis 110, que e uma se?ao de recep9ao de luz, integrando os resultados de determinafao obtidos miiltiplas vezes para uma pluralidade de pixeis, na presente modalidade, para uma pluralidade de pixeis nas unidades dos blocos de pixel 160-0 a 160-3,....

O sensor de imagem de CMOS 100 tem uma ίϊιηφδο de expandir a faixa dinamica de contagem de foton adicionando os resultados de contagem de uma pluralidade de pixeis.

A se9ao de matriz de pixeis 110, a se9ao de circuito de sensoriamento 120, e a sefao de circuito de integra?So de resultados de determina9ao 150 estao dispostas no bloco de circuito 200.

Na sefao de circuito de sensoriamento 120, circuitos de sensoriamento 121 - 0，121-1, 121-2, 121-3, ... sao colocados em matriz correspondendo aos blocos de pixel 160-0 a 160-3, ...da sefao de matriz de pixeis 110, respectivamente. Uma entrada do circuito de sensoriamento 121-0 e conectado a uma linha de sinal de saida 131-0 para a qual saidas de todos os pixeis DPX-

00, DPX-10, ...，e DPX-p0, que formam ο bloco de pixel 160-0, sao conectados em comum.

Isto e, a pluralidade de pixeis DPX-OO a DPX-p0 compartilha ο um circuito de sensoriamento 121-0.

Em adigao, ο niimero de pixeis em cada bloco de pixel 160 (160-0 a 160-3) e configurado por 128, por exemplo. Neste caso, ρ e 0 a 127， e ο bloco de pixel 160-0 inclui pixeis DPX-OO a DPX1270.

Uma entrada do circuito de sensoriamento 121-1 e conectado a uma linha de sinal de saida 131-1 para a qual saidas de todos os pixeis DPX-

01, DPX-11, ...，e DPX-pl, que formam ο bloco de pixel 160-1, sao conectados em comum.

Isto e, a pluralidade de pixeis DPX-01 a DPX-pl compartilha ο um circuito de sensoriamento 121-1.

O bloco de pixel 160-1 inclui 128 pixeis DPX-01 a DPX1271,

por exemplo.

Uma entrada do circuito de sensoriamento 121-2 e conectado a uma linha de sinal de saida 131-2 para a qual saidas de todos os pixeis DPX-

02, DPX-12, ..., DPX-p2, que formam ο bloco de pixel 160-2, sao conectados em comum.

Isto e, a pluralidade de pixeis DPX-02 a DPX-p2 compartilha ο um circuito de sensoriamento 121-2.

O bloco de pixel 160-2 inclui 128 pixeis DPX-02 a DPX1272,

por exemplo.

Uma entrada do circuito de sensoriamento 121-3 e conectado a uma linha de sinal de saida 131-3 para a qual saidas de todos os pixeis DPX-

03, DPX-13, ·.., DPX-p3, que formam ο bloco de pixel 160-3, sao conectados

em comum. Isto e, a pluralidade de pixeis DPX-03 a DPX-p3 compartilha ο um circuito de sensoriamento 121-3.

O bloco de pixel 160-3 inclui 128 pixeis DPX-03 a DPX1273,

por exemplo.

Na se9ao de circuito de sensoriamento 120, tambem para

outros blocos de pixel (nao mostrado), circuitos de sensoriamento sao colocados em matriz a fim de serem compartilhados por uma pluralidade de pixeis.

A sefao de circuito de integragSo de resultados de determina9ao 150 tem uma fun9ao de gerar dados de forma9ao de imagem bidimensional com grada9ao, por exemplo, integrand。resultados de determina9ao dos circuitos de sensoriamento 121-0 a 121-3 miiltiplas vezes para cada pixel e adicionando os resultados de contagem da pluralidade de pixeis.

A se9ao de circuito de integragao de resultados de

determinate) 150 tem uma fun9ao de derivar ο montante de incidencia de foton na sepSo de matriz de pixeis 110，que e uma segSo de recep9ao de luz, integrando os resultados de determina9ao obtidos miiltiplas vezes para uma pluralidade de pixeis, na presente modalidade, para uma pluralidade de pixeis emunidades dos blocos de pixel 160-0 a 160-3,....

A se9ao de circuito de integragao de resultados de determina9ao 150 tem registros 151-0 a 151-3, um circuito de sele9ao 152, um circuito de contagem 153，e uma memoria 154.

Os registros 151-0 a 151-3 mantem valores de determina9ao dos correspondentes circuitos de sensoriamento 121-0 a 121-3 transmitidos atraves das linhas de transferencia 141-0 a 141-3.

O circuito de sele9ao 152 seleciona saidas dos registros 151-0 a 151-3 sequencialmente para fornecer os valores de determina^So, que sao

mantidos nos respectivos registros 151-0 a 151-3, para ο circuito de contagem 153.

O circuito de contagem 153 efetua processamento de contagem nos valores de determinação de uma pluralidade de pixéis (4 pixéis neste exemplo), que são selecionados pelo circuito de seleção 152 após serem lidos através da seleção da fileira, e armazena o resultado de contagem para cada pixel na memória 154.

Então, o circuito de contagem 153 adiciona os resultados de contagem de uma quantidade de pixéis e armazena o resultado de adição na memória 154.

Os dados de pixel no momento da última leitura são

carregados a partir da memória 154 para o circuito de contagem 153.

Na primeira modalidade, a seção de circuito de integração de resultados de determinação 150 inclui um circuito de contagem 153, e a pluralidade de registros 151-0 à 151-3 compartilham o circuito de contagem 153.

Em outras palavras, o sensor de imagem de CMOS 100 de acordo com a primeira modalidade compartilha o circuito de contagem 153 entre a pluralidade de circuitos de sensoriamento 121-0 à 121-3.

O sensor de imagem de CMOS 100 de acordo com a presente modalidade é configurado para ter a configuração característica descrita acima.

Isto é, o sensor de imagem de CMOS 100 é configurada para compartilhar um circuito de sensoriamento entre uma pluralidade de pixéis para acesso cíclico, de modo que tempo de exposição pode ser assegurado e este pode encontrar um pequeno pixel.

Em adição, já que uma pluralidade de circuitos de sensoriamento compartilham um circuito de contagem, é possível formar o sensor de imagem de CMOS 100 com tamanho ótimo do circuito e velocidade de processamento. O sensor de imagem de CMOS 100 tem uma função de expandir a faixa dinâmica de contagem de fóton adicionando os resultados de contagem de uma pluralidade de pixéis.

Aqui, os conceitos básicos de recepção de luz e contagem de fóton de uma seção de recepção de luz 300, que é formada pela seção de matriz de pixéis 110 no bloco de circuito 200 do sensor de imagem de CMOS 100 de acordo com a presente modalidade, serão descritos com referência às Figs. 2 e 3.

A Fig. 2 é uma vista conceituai mostrando a seção de recepção de luz 300 na presente modalidade.

A Fig. 3 é uma vista mostrando a relação entre o número médio de vezes de incidência de fótons em uma unidade de grade de uma malha da seção de recepção de luz, a qual é mostrada na Fig. 2, e o número médio de contagens.

Em adição, na Fig. 2, a originalmente superfície bidimensional de recepção de luz é expressa em uma maneira em uma dimensão por motivos de simplicidade.

A contagem de fóton é executada formando malha tri- dimensional MSH na seção de recepção de luz 300 usando uma superfície de recepção de luz 310 dividida em distâncias iguais e um eixo do tempo t dividido em distâncias iguais (expresso em uma maneira bidimensional na Fig. 2).

Cada malha MSH tem um valor binário. Isto é, a seção de circuito de sensoriamento 120 determina se um ou mais fótons estão ou não incidentes em cada malha MSH. Neste caso, por exemplo, "1" é determinado independente do número de fótons incidentes se há uma incidência e "0" é determinado se não há nenhuma incidência. Na Fig. 2, um bloco de malha correspondendo à "1" é exibido com um quadro espesso. Em adição, o numerai de referência IVT na Fig. 2 indica um evento de incidência de um fóton.

Em adição, o número total de "1" é contado pela seção de circuito de integração de resultados de determinação 150 e é então armazenado na memória 154.

Aqui, assumindo que fótons são incidentes apropriadamente uniformemente com relação ao eixo do tempo t enquanto flutuando e são também incidentes apropriadamente uniformemente na direção de superfície, a relação entre o número total de contagens e o número efetivo de fótons incidentes segue a distribuição de Poisson.

A Fig. 3 é uma vista mostrando a relação entre o número médio de vezes de incidência de fótons em uma unidade de grade CL de uma malha e o número médio de contagens.

Conforme mostrado na Fig. 3, o número of times de incidência é substancialmente igual ao número de contagens em uma região de luz fina onde o número médio de vezes de incidência é 0,1 vezes ou menos.

Em adição, se o número médio de vezes de incidência é 0,4 vezes ou menos, a relação entre o número de vezes de incidência e o número de contagens é aproximadamente linear.

Isto é, se o número total de grades da malha MSH é suficientemente maior do que o número de fótons incidentes, o valor de contagem reflete o número de fótons incidentes linearmente, e consequentemente, contagem altamente precisa é possível.

Em adição, é possível melhorar a precisão de contagem enquanto expandindo a faixa dinâmica estreitando o espaçamento da malha na direção da superfície ou no eixo do tempo t para aumentar o número total de grades.

Isto é, usando tecnologia de circuito de alta velocidade e tecnologia de miniaturização na fabricação de semicondutor, é possível melhorar a precisão de medição de fóton e expandir a faixa dinâmica, de forma significativa, na seção de recepção de luz 300.

Em adição, a seguinte configuração é eficaz quando a incidência de luz na direção da superfície é largamente polarizada localmente e a quantidade of luz incidente é relativamente grande.

A precisão de medição pode ser melhorada dividindo uma malha da direção da superfície em uma pluralidade de grupos formados por um ou mais blocos de grade, calculando o número médio de contagens das grades CL para cada grupo, e efetuando correção de acordo com a distribuição de Poisson.

Alternativamente, é também efetivo facilitar o desvio de fótons incidentes na direção da superfície dispondo um filtro passa baixo óptico antes da superfície de recepção de luz 310. Mais ainda, no caso de detecção de raio X usando um dispositivo de cintilação, o próprio dispositivo de cintilação serve como um filtro passa baixo óptico já que luz é emitida a partir do dispositivo de cintilação enquanto espalhando quando um raio X é incidente.

[Função relacionada a um pixel digital]

Aqui, um exemplo da configuração do pixel digital DPX será

descrito.

Conforme descrito acima, o pixel digital (daqui em diante, simplesmente referido como um pixel) DPX tem um dispositivo de conversão foto-elétrica e emite um sinal elétrico quando um fóton é incidente.

Já que o sensor de imagem de CMOS 100 como um dispositivo de formação de imagem tem uma função de reconfíguração e uma função de leitura para o pixel DPX, é possível executar reconfíguração e leitura em tempos arbitrários.

A reconfíguração se refere a reconfigurar o pixel DPX para o estado onde um fóton não é incidente. Preferencialmente, cada pixel DPX inclui uma lente na superfície de recepção de luz, ou pode ainda incluir um filtro de cor na superfície de recepção de luz quando necessário.

Embora tal uma função básica de um pixel seja próxima daquela de um pixel normal, a precisão ou linearidade como um valor analógico não é necessário para a saída.

Aqui, um exemplo da configuração de um pixel digital será

descrito.

A Fig. 4 é uma vista mostrando um exemplo da configuração do circuito de um pixel na presente modalidade.

A Fig. 4 mostra um exemplo de um circuito de pixel incluindo três transistores em uma unidade de pixel DPX.

A uma unidade pixel DPX inclui um fotodiodo 111, um transistor de referência 112, um transistor de reconfiguração 113, um transistor de amplificação 114, um nó de acumulo 115, e um nó de difusão flutuante (FD) 116.

Um eletrodo de porta lógica do transistor de referência 112 é conectado a uma linha de transferência 181 servindo como uma linha de controle de fileira, e um eletrodo de porta lógica do transistor de reconfiguração 113 é conectado a uma linha de reconfiguração 182 servindo como uma linha de controle de fileira.

Um eletrodo de porta lógica do transistor de amplificação 114 é conectado ao nó de nó de FD 116, e um eletrodo de fonte do transistor de amplificação 114 é conectado ao linha de sinal de saída 131.

No pixel DPX, um par de elétrons e próton são gerados pela luz incidente em um substrato de silício do pixel, e elétrons são acumulados no nó de acumulo 115 pelo fotodiodo 111.

Esses são transmitidos para o nó de FD 116 ligando o transistor de referência 112 em predeterminados tempos, e por meio disso, operando a porta lógica do transistor de amplificação 114.

Como um resultado, uma carga de sinal é lida como um sinal para a linha de sinal de saída 131.

A linha de sinal de saída 131 pode ser aterrada através de uma fonte de corrente constante ou um dispositivo resistivo para uma operação de seguidor de fonte, ou pode ser aterrada antes da leitura e então ter um estado flutuante de modo que o nível de carga com base no transistor de amplificação 114 seja emitido.

O transistor de reconfiguração 113 reconfigura um pixel para o estado escuro antes do acúmulo, isto é, para o estado onde um fóton não é incidente extraindo elétrons acumulados no fotodiodo 111 quando ligado, de forma simultânea, com o transistor de referência 112.

Tal um circuito ou um mecanismo de operação de um pixel é o mesmo que aquele de um pixel analógico, e vários tipos de variações podem ocorrer similar ao pixel analógico.

Contudo, um pixel digital emite a incidência de um fóton em uma maneira digital enquanto um pixel analógico emite o montante de incidência total de uma pluralidade de fótons em uma maneira analógica.

Consequentemente, o pixel digital e o pixel analógico são projetados de modo diferente.

Primeiro, no caso de um pixel digital, é necessário gerar um sinal elétrico suficientemente grande para a incidência de um fóton.

Por exemplo, no circuito de pixel com um transistor de amplificação mostrado na Fig. 4, é preferível que a capacitância parasítica do nó de FD 116, que é um nó de entrada do transistor de amplificação 114 que forma um seguidor de fonte, seja configurada tão pequena quanto possível. Também neste caso, é preferível que a amplitude de um sinal

de saída com relação à incidência de um fóton seja mantida suficientemente maior do que aquela de ruído randômico do transistor de amplificação 114.

Por outro lado, já que não é necessário considerar a linearidade, a precisão, ou a faixa de operação em um sinal de saída de um pixel diferente de um pixel analógico, a mesma voltagem baixa que para o circuito digital pode ser usada para uma fonte de energia de I/O de um seguidor de fonte, por exemplo. Mais ainda, a capacidade de carga acumulada de um fotodiodo é preferencialmente configurada para ser tão pequena quanto possível.

A seguir, o esboço da operação geral do sensor de imagem de CMOS 100 de acordo com a primeira modalidade será descrito.

Conforme descrito acima, o bloco de pixel 160 (160-0 à 160-3, ...) inclui 128 pixéis digitais DPX e um circuito de seleção. O circuito de seleção seleciona um dos pixéis para executar reconfiguração ou leitura.

Neste exemplo, um pixel no bloco de pixel 160 é selecionado de acordo com a linha de controle de fileiras 181 e 182 operada pelo circuito de acionamento de fileira 170.

No momento de leitura, se há ou não uma incidência de um fóton no pixel selecionado é emitido como um sinal elétrico para a linha de sinal de saída 131 (131-0 à 131-3, ...) e o valor binário é determinado pelo circuito de sensoriamento 121 (121-0 à 121-3).

Por exemplo, o circuito de sensoriamento 121 (121-0 à 121-3) determina "1" com um valor de determinação se luz é incidente no pixel selecionado e determina "0" com um valor de determinação se luz não é incidente no pixel selecionado e trava um valor de determinação .

Um valor de determinação do circuito de sensoriamento 121 (121-0 à 121-3) é primeiro transmitido para o registro 151 (151-0 à 151-3).

O circuito de contagem 153 é compartilhado pelos quatro blocos de pixel 160-0 à 160-3, e processamento de contagem em quatro pixéis lidos através de seleção de fileira é executado seqüencialmente através do circuito de seleção 152.

Em adição, o resultado de contagem para cada pixel é armazenado na memória 154. Isto é, dados de pixel no momento da última leitura é primeiro carregado a partir da memória 154 para o circuito de contagem 153.

Neste caso, o circuito de contagem 153 adiciona "1" ao valor de contagem se "1" está armazenado no registro 151 (151-0 à 151-3) e não atualiza o valor de contagem se "0" é armazenado.

Então, o valor do circuito de contagem 153 é retornado para a memória 154, e o processamento de contagem para um pixel é completado. Este processamento é executado seqüencialmente para quatro pixéis.

Enquanto tal processamento de contagem está sendo executado, o bloco de pixel 160 (160-0 à 160-3) e o circuito de sensoriamento 121 (121-0 à 121-3) pode executar leitura e determinação da próxima fileira em paralelo.

Por exemplo, tal leitura digital é executada 1023 vezes em um período de quadro para formar dados de escala de cinza de 10 bits para cada pixel.

Neste caso, o circuito de contagem 153 é de 10 bits, e a memória 154 é 5120 bits já que cada um de "128 χ 4" pixéis tem dados de 10 bits.

Isto é, o sensor de imagem de CMOS 100 opera como um contador de fóton em matriz com uma única configuração.

A propósito, o tamanho do circuito de contagem 153 ou da memória 154 muda com as aplicações.

Por exemplo, quando formando uma unidade de imagem com "4 pixéis na largura x 4 pixéis no comprimento", dados de pixéis incluídos em cada unidade de imagem é armazenada no mesmo endereço da memória 154.

Então, o valor de contagem da incidência de fótons nos 16 pixéis é adicionado no circuito de contagem 153 através da memória.

Neste caso, o número total de contagens se torna 16 vezes, e 14 bits são necessários para o circuito de contagem 153. Por outro lado, o número de endereços na memória 154 é configurado para 32/(1/16), e cada um armazena um valor de 14 bits. Consequentemente, a capacidade necessária é 448 bits.

Alternativamente, onde contar somente o número total de incidência de fótons na inteira superfície de recepção de luz, não é necessariamente para fornecer uma memória já que os dados são mantidos no circuito de contagem 153.

Neste caso, 19 bits correspondendo as contagens de 10 bits para 512 pixéis são necessários para o número de bits em um contador. Alternativamente, quando mudando a função de formação de

imagem bidimensional de todos os pixéis para totalizar de acordo com as aplicações, 14 bits são configurados para o circuito de contagem 153 e a memória de 14 bits 154 é preparado para "128 χ 4" pixéis. Em adição, o nível do bloco de circuito 200 é configurado para atende adição de "4 χ 4". Para adição de todos os pixéis, é preferível executar a "adição

de 4 x 4" pelo bloco de circuito 200 primeiro, para preparar um adicionador separado e um circuito de saída, e para calcular o total adicionando uma pluralidade de valores de saída a partir da memória 154. Neste caso, já que a capacidade de transmissão de um adicionador de um unidade de saída é 1/16 daquele no caso onde não há adição anterior, processamento em alta velocidade não é necessário.

A seguir, acesso cíclico de blocos de pixel na primeira modalidade será descrito.

A Fig. 5 é uma vista para explicar o acesso cíclico de blocos de pixel na primeira modalidade.

Aqui, um exemplo onde um bloco de pixel é formado por 16 pixéis e um circuito de sensoriamento é compartilhado é mostrado por motivos de simplicidade.

16 pixéis incluídos em cada bloco de pixel 160 (160-0 à 160-3, ...) são seqüencialmente acessados em uma maneira cíclica.

Assumindo que a taxa de quadro é 1/30 segundo e leitura de cada pixel é executada 1023 vezes durante este tempo, 1 ciclo de processamento de bloco é cerca de 32 micro-segundos. E necessário completar a leitura de 16 pixéis durante este tempo.

Divisão de tempo no eixo vertical na Fig. 5 é um tempo t designado para ter acesso a cada pixel em um bloco, e a largura máxima é 2 micro-segundos.

Em adição, quando o bloco de pixel 160 (160-0 à 160-3, ...) inclui 128 pixéis como no exemplo mostrado na Fig. 1, tempo de acesso de cada pixel é 250 nanosegundos.

Já que leitura de dados de cada pixel e determinação de dados são um operação simples similar a leitura de uma memória de semicondutor, há suficiente permissões nesta faixa de tempo.

No acesso cíclico descrito acima, reconfiguração RST e leitura RD de cada pixel DPX são ciclicamente executadas.

Neste caso, tempo de acesso difere de acordo com cada pixel, mas um tempo para exposição substancial EXP a partir da reconfiguração RST para a leitura RD é igual para todos os pixéis.

Já que o tempo de exposição pode ser mudado mudando o tempo da reconfiguração RST dentro de uma faixa de um ciclo, é possível ajustar a sensitividade sem ter um efeito em outras operações do circuito.

Por exemplo, se a reconfiguração RST é configurada imediatamente após a última leitura RD (a mesma divisão de tempo que para ler) em cada pixel DPX, o tempo de exposição se torna um máximo e isto corresponde à corresponde à formação de imagem de objeto de baixa intensidade luminosa por unidade de área.

Ao contrário, se a reconfiguração RST é configurada imediatamente antes da leitura RD (divisão de tempo antes da leitura de uma vez), o tempo de exposição se torna mais curto e isto corresponde à formação de imagem de objeto de alta intensidade luminosa por unidade de área. Em adição, se o tempo de reconfiguração é mudado através de várias etapas na mesma divisão de tempo, o tempo de exposição pode ser selecionado mais livremente.

Embora processamento de contagem CNT seja executado sucessivamente após a leitura RD, mas leitura do próximo pixel é iniciado em paralelo.

Aqui, por exemplo, pixel No. 4 é lido no tempo t4, e pixel No. 1 é reconfigurado. Mais ainda, em paralelo com isto, processamento de contagem de pixel No.3 é executado.

Neste exemplo, a leitura do pixel No. 4 e a reconfiguração do pixel No. 1 são executas em série em uma maneira de divisão do tempo. No caso de um pixel mostrado na Fig. 4 que tem um mecanismo de reconfiguração separado em cada pixel, contudo, a leitura do pixel No. 4 e a reconfiguração do pixel No. 1 pode ser executada, de forma simultânea, e em paralelo operando duas linhas de controle de fileira.

Conforme descrito acima, o sensor de imagem de CMOS 100 de acordo com a primeira modalidade tem uma estrutura hierárquica na qual a pluralidade de pixéis DPX compartilham o circuito de sensoriamento 121 (121-0 à 121-3) e o registro 151 (151-0 à 151-3) e a pluralidade de circuitos de sensoriamento 121 (121-0 à 121-3) compartilham o circuito de contagem 153.

Cada taxa de compartilhamento pode ser otimizada nas bases de uma relação entre o tempo de acesso e a área de ocupação de cada circuito.

Em adição, o bloco de circuito 200 mostrado na Fig. 1 que tem quatro blocos de pixel pode ser colocado em matriz em um número plural na direção horizontal (direção de arranjo de coluna).

Por exemplo, um dispositivo de recepção de luz incluindo "128 x 128" pixéis pode ser formado dispondo em matriz 32 bloco de circuitos 200 em paralelo e fazendo-os operar em paralelo. O desempenho de tal um dispositivo de recepção de luz é estimada abaixo.

E assumido que formação de imagem de 10 bits de cada pixel é executado com 30 quadros por segundo.

Quando os números de contagens de todos os pixéis são adicionados e o resultado é usado em um único contador de fóton, o valor máximo do número total de contagens de fótons por segundo é calculado como "128 χ 128 χ 1023 χ 30", atingindo 500 milhões.

Mesmo se somente uma região linear da distribuição de Poisson é usada, o valor máximo é 200 milhões. Se correção é feita, contagem além do descrito acima também é possível.

Mais ainda, conforme descrito acima, tal um dispositivo de recepção de luz pode ser usado para formação de imagem bidimensional de acordo com sua aplicação, e também pode ser usada como um único dispositivo de recepção de luz para contagem de fóton.

Eles podem mudar o modo de operação facilmente reescrevendo o valo do registro interno a partir de fora. Mudando o tempo de exposição mudando o tempo de reconfiguração também é programável no mesmo método.

Mais ainda, conforme descrito acima, um pixel digital usado na presente modalidade tem um dispositivo de conversão foto-elétrica e tem uma função de emitir um sinal elétrico de acordo com a incidência de um fóton. Por exemplo, o pixel digital usado na presente modalidade é configurado conforme mostrado na Fig. 4.

Mais ainda, de modo a compensar variações de saída nos pixéis quando lendo os dados lidos a partir dos pixéis digitais, é desejável introduzir a seguinte função de auto referência no momento de sensoriamento.

Isto é, uma saída em um estado de reconfiguração e uma saída de sinal apos exposifao sao lidas a partir de um pixel, e um circuito de sensoriamento adiciona um valor de compensa9ao para qualquer um deles e compara um sinal, que e obtido atraves de adifao do valor de compensafao, com ο outro sinal para executar determinagao binaria.

A Fig. 6 e um diagrama de circuito mostrando um exemplo de um circuito de sensoriamento tendo uma fun9ao de auto-referencia.

Um circuito de sensoriamento 121A mostrado na Fig. 6 inclui comutadores SW121, SW122, e SW123, capacitores C121 e C122, inversores IV121 e IV122, e a linha de fornecimento L121 de um sinal de compensafao OFFSET.

Um terminal a do comutador SWl21 e conectado a um primeiro terminal do capacitor C121 e a um primeiro terminal do capacitor C122, e um terminal b do comutador SW121 e conectado a um terminal SIG conectado a uma linha de sinal de saida.

Um segundo terminal do capacitor C121 e conectado a um terminal de entrada do inversor IV121, um terminal a do comutador SWl 22, e um terminal a do comutador SWl23.

Um segundo terminal do capacitor C122 e conectado a linha de fornecimento L121 do sinal de compensa^o OFFSET.

Um terminal de saida do inversor IVl21 e conectado a um terminal de entrada do inversor IV122 e um terminal b do comutador SW122.

Um terminal de saida do inversor IV122 e conectado a um terminal b do comutador SW123 e a um terminal de saida SAOUT.

Aqui, um exemplo de uma operagSo de leitura usando ο circuito de sensoriamento tendo uma fungao de auto-referencia, que e mostrada na Fig. 6, no exemplo do pixel na Fig. 4 sera descrita.

As Figs. 7A a 7F sao graficos de tempo para explicar um exemplo da opera^So de leitura usando ο circuito de sensoriamento tendo uma ίΐιηςδο de auto referencia, que e mostrada na Fig. 6, no exemplo do pixel na Fig. 4. A Fig. 7A mostra um pulso de reconfiguragSo RESET aplicado a uma linha de reconfigura9ao 182 na Fig. 4, e Fig. 7B mostra um pulso de leitura READ aplicavel a uma linha de transferencia 181 na Fig. 4.

A Fig. 7C mostra um estado de ON/OFF do comutador SW121, Fig. 7D mostra um estado ON/OFF do comutador SWl22, Fig. 7E mostra um estado ON/OFF do comutador SW123, e Fig. 7F mostra ο sinal de compensagao OFFSET.

Primeiro5 os comutadores SW121 e SWl22 sao colocados em ON para aplicar ο pulso de reconfiguragSo RESET para a linha de reconfigura9ao 182 do pixel DPX5 de modo que um pixel emitido no estado de reconfigura9ao seja lido para ο terminal de entrada SIG.

Entao, ο comutador SWl22 e colocado em OFF para manter a saida de reconfiguragao.

Entao, ο pulso READ e aplicado a linha de transferencia 181 do pixel DPX e ο sinal emitido, que e um resultado de exposi9ao, e entrado para ο terminal SIG para colocar em OFF ο comutador SW121.

Durante este periodo, ο sinal de compensa9ao OFFSET entrado e mantido em O V.

Entao, ο nivel do sinal de compensa9ao OFFSET e ligeiramente aumentado para adicionar um potencial eletrico de compensagSo para ο sinal de leitura atraves do capacitor C122.

Entao, a saida no estado de reconfigura9ao e comparada com a saida obtida adicionando um pequeno valor de compensa9ao ao sinal de leitura.

Quando um foton e incidente no pixel mostrado na Fig. 4, ο ultimo sinal tem um potencial eletrico inferior do que ο sinal anterior. Consequentemente, "O" e emitido para ο terminal de saida SAOUT.

Quando um foton nao e incidente no pixel, "1" e emitido para ο terminal de saida SAOUT na maneira oposta como quando um foton e incidente no pixel.

Finalmente, ο comutador SWl23 e colocado em ON para trava um resultado de determina9ao.

Tal uma furi^ao de auto-referencia compensa ruido fixo em

cada pixel, que ocorre devido a variaySo no valor limite do transistor de amplifica9ao 114, de modo que tambem se tome possivel efetuar determinafao binaria precisa para um pequeno sinal. Em adipSo, sequencia descrita acima, ruido de kTC ocorrendo no momento da reconfigura9ao e tambem compensado.

Em adi9ao, um efeito similar tambem pode ser esperado em amostragem dupla correlacionada (CDS) no momento de conversao de AD de um sinal analogico.

Neste caso, ο tempo levado para leitura dupla e determina9ao e fixo para todo ο tempo no sensoriamento para determinagSo binaria. Consequentemente, a influencia de ruido termino ou ruido de cintilagao de um transistor de amplifica9ao de um pixel ou do proprio circuit。de sensoriamento tambem pode ser reduzido como a seguir.

Isto e, ja que ruido em uma banda de frequencia baixa e frequentemente sobreposta de forma similar em ambas leituras, a influencia pode ser compensada. Em adi9ao, ruido em uma banda de alta frequenci pode limitar a sensitividade da carga de capacidade de um circuito de sensoriamento.

Consequentemente, configurando a carga de capacidade tao grande quanto possivel dentro da faixa no qual sensoriamento pode ser corretamente efetuado, e possivel estreitar a largura de banda de ruido de influencia para ο minimo.

Na amostragem dupla correlacionada no momento da

conversao de AD, ο tempo levado para conversao muda em muitos casos de acordo com ο sinal de intensidade ou ο niimero de bits. Por esta razao, ο circuit。e necessariamente influenciado pelo ruido em uma banda ampla.

Sem ser limitado ao exemplo descrito acima, ο circuit。pode executar determina9ao comparando um sinal, que e obtido adicionando um valor de compensafao pra um sinal de reconfiguraySo, com um sinal de leitura.

Alternativamente, tambem e possivel adquirir um sinal de leitura primeiro e entao reconfigurar um pixel para adquirir um sinal de reconfigura9ao e para adicionar um valor de compensa9ao para ambos um dos sinais para determina9ao de comparafao. Neste caso, e dificil compensar ο ruido de kTC, mas ο ruido fixo causado por varia9oes nos pixeis podem ser compensados. Consequentemente, ha uma vantagem na qual isto pode ser geralmente aplicado a todas as configura9oes de pixel.

Mesmo se tal uma fun9ao de auto-referencia e aplicada, ο niimero de circuitos de sensoriamento e muito menor do que aquele em um conversor de AD normal. Consequentemente, uma area de ocupa9ao larga nao e necessaria.

Mais ainda, de modo a realizar um pixel digital, tambem e uma boa escolha usar um fotodiodo do tipo de amplificaySo interna.

Como ο fotodiodo do tipo de amplificafao interna, fotodiodo de avalanche (APD) e conhecido que gera avalanche amplifica9ao de avalanche acelerando pares de eletron - proton fotoeletricamente convertidos por um campo eletrico.

Um contador de foton na tecnica relacionada que usa ο APD efetua somente amplificapSo analogica de um sinal de pixel, efetua a saida de pulso, e ο detecta atraves de um circuito extern。· Neste caso, amplificaySo perto de 1 milhao de vezes e executada para detectar um iinico foton usando ο modo de Geiger. Consequentemente, uma voltagem alta de 40 V e necessario, e um circuito de detecfao tambem nao e fornecido. Por esta razao, miniaturiza9ao de um pixel ou uma operagao em paralelo em alta velocidade e dificil.

Por outro lado, a opera9ao do modo de Geiger nao e necessaria para ο pixel digital aplicado a presente modalidade. Ja que detecfao binaria por divisao no tempo em um chip usando uma configurafao de circuito simples pode, de forma significativa, reduzir ο ruido do circuito de detecgao e a carga de sinal, e possivel detectar um iinico foton com um pequeno ganho em um modo linear.

Tambem neste caso, ο circuito de pixel mostrado na Fig. 4 pode ser usado, mas um transistor de amplificagSo de um pixel nao e necessario se amplifica9ao de 1000 vezes e obtida, por exemplo.

<3. Segunda modalidade〉

A seguir, um exemplo da configura9ao no qual um diodo do tipo de amplifica9ao interna e aplicado a um dispositivo de recepgao de Iuz sera descrito como uma segunda modalidade.

A Fig. 8 e uma vista para explicar a segunda modalidade da presente descri9ao e e tambem uma vista mostrando um exemplo da configura9ao de um bloco de pixel correspondendo a primeira modalidade usando um fotodiodo do tipo de amplificagao interna.

Na segunda modalidade, um bloco de pixel 160B inclui somente um grupo de fotodiodos do tipo de amplifica9ao interna IllB e transferencia (sele^ao) transistores de transferencia (selegSo) 112B correspondendo aos fotodiodos do tipo de amplifica^ao interna 11 IB.

Isto e, ο pixel DPXB neste exemplo, e formado somente pelos fotodiodos do tipo de amplifica9ao interna IllB e os transistores de transferencia (sele9ao) 112B correspondendo aos fotodiodos do tipo de amplifica9ao interna 11 IB. Um eletrodo de porta logica do transistor de referenda 112B de cada pixel DPXB na mesma fileira esta conectado a uma linha de transferencia comum 18IB. Em adi9ao, fontes ou drenos do transistor de referencias 112B de uma pluralidade de pixeis de cada bloco de pixel 160B estao conectados a linha de sinal de saida comum 131.

Em adifao, um transistor de reconfigura9ao 113B e conectado entre cada linha de sinal de saida 131 e uma linha potencial de reconfigurafao LVRST. Um eletrodo de porta logica de cada transistor de reconfigurafao 113B e conectado a linha de reconfigurafao comum 182B.

Neste exemplo, cada pixel DPXC e reconfigurado atraves do transistor de reconfigura9ao 113B, da linha de sinal de saida 131, e do transistor de referencia 112B.

<4. Terceira modalidade〉

A seguir, um exemplo da configura9ao de um aparelho de forma^ao de imagem usando uma pluralidade de dispositivos de recepfao de Iuz (light unidades de recep9ao de Iuz e blocos de circuito) do dispositivo de forma9ao de imagem de acordo com a primeira ou segunda modalidade sera descrita como uma terceira modalidade.

Em um aparelho semicondutor de forma^ao de imagem representado por um dispositivo de forma9ao de imagem do tipo CCD geral ou do tipo sensor de CMOS, ha varia9oes de caracteristica em circuitos amplificadores de uma unidade de saida de CCD ou em circuitos seguidores de fonte conectados aos respectivos pixeis de um sensor de CMOS.

Mais ainda, em um aparelho de forma9ao de imagem de semicondutor geral, esta variaySo de caracteristica e refletido como e em uma varia9ao na eficiencia de conversao a partir do niimero de eletrons acumulados em um sinal eletrico analogico.

Em adigao, ja que variafoes de conversao em conversores de AD sao tambem diretamente refletidos nas varia9oes de sinal, varia9oes na sensitividade efetiva de respectivos chips sao muito grandes.

Por conseguinte, quando efetuanda forma9ao de imagem de

grande area dispondo em matriz uma pluralidade de dispositivos de forma9ao de imagem em um aparelho de forma9ao de imagem de semicondutor comum, e necessario fazer uma sensitividade uniforme ajustando ο ganho de cada chip.

Por outro lado, ja que ο dispositivo de forma9ao de imagem (dispositivo de recep9ao de luz) de acordo com a modalidade da presente descri^ao para ο qual contagem de foton por divisao de tempo e aplicada nao trata um sinal analogico basicamente, varia?5es sensitividade nos respectivos chips sao muito pequenos.

Consequentemente, e possivel formar uma superficie de formagao de imagem grande colocando em matriz esses dispositivos de forma9ao de imagem em uma fornecem linear de uma dimensao ou em uma matriz bidimensional.

Por exemplo, tal um aparelho de formaySo de imagem pode ser usado para forma^ao de imagem de radia9ao para aplica9oes medicas ou de segurar^a dispondo um dispositivo de cintila9ao em frente de um dispositivo de recepfao de luz. Em adifao, ja que a sensitividade e alta e quantidade de ruido e pequena, ο aparelho de forma^ao de imagem pode detectar uma quantidade de radia?So muito pequena de forma correta.

Consequentemente, por exemplo, em formagao de imagem medica, e possivel, de forma significativa, reduzir a quantidade de exposigSo para um objeto a ser fotografado limitando a quantidade de radiagao.

As Figs. 9A e 9B sao vistas conceituais de um aparelho de forma9ao de imagem quando ο dispositivo de formaySo de imagem de acordo com a modalidade da presente descrigSo e aplicada aa formafao de imagem de CT (Tomografia Computadorizada).

Um aparelho de formagao de imagem 400 que envolve um objeto OBJ em uma forma cilindrica inclui uma fonte de raio X 410 e milhares de dispositivos de formafao de imagem 420, que estao dispostos em uma matriz a fim de fica voltado para a fonte de raio X 410 e que usa contador de fotons de acordo com a modalidade da presente descrifao. A superficie de matriz e curva ao longo da parede interna do cilindro de modo que os dispositivos de forma?ao de imagem sejam voltadas a fonte de raio X 410 em distancias iguais entre eles.

Em cada dispositivo de formagao de imagem 420, um dispositivo de cintilagao 422 e preso a uma superficie de recep9ao de Iuz 421 de um Iado de um contador de foton 421 em uma modalidade da presente descri9ao, e um colimador 423 e disposto no Iado de incidencia dos raios X.

Raios X que sao transmitidos atraves do objeto OBJ a partir da fonte de raio X 410 e sao entao transmitidos atraves do colimador 423 sao convertidos em Iuz visivel pelo dispositivo de cintilafao 422 e sao detectados pelo contador de foton 421, e a quantidade de radia9ao e derivada.

O aparelho de formagao de imagem 400 gira em torno do objeto OBJ para fotografar ο objeto OBJ em todos os angulos, e processamento aritmetico nos dados obtidos e executado para gerar uma imagem de transmissao transversal do objeto OBJ.

O contador de foton do dispositivo de formagao de imagem de acordo com a modalidade da presente descrigSo tem uma faixa dinamica muito alto assim como leitura de alta sensitividade e nenhum ruido.

Em adi9ao, ja que ο dispositivo de formagao de imagem inclui um circuito de contagem dentro, e possivel forma9ao de imagem de alta velocidade mesmo em alta resolu9ao de bit. Consequentemente, forma9ao de imagem precisa pode ser realizado mesmo se a quantidade de raios X e, de forma significativa, reduzida, e ο sistema nao e caro.

Como um exemplo de um similar sistema de formagao de imagem, ha a SPECT para aplica9oes medicas.

Isto detecta raios γ usando um dispositivo de cintila9ao, mas um tubo fotomultiplicador e usado para detectar uma quantidade de raios γ

bem pequena. Se ο contador de foton em uma modalidade da presente descri9ao e usado, ο custo de um detector e, de forma significativa, reduzida, e um circuito de detec^ao externa tambem nao e necessario. Como um resultado, ja que ο niimero de detectores pode ser aumentado dez vezes, e possivel melhorar a sensitividade de modo significativo.

A Fig. 10 e uma vista mostrando um exemplo de um aparelho de formafao de imagem linear no qual os dispositivos de formagSo de imagem (dispositivos de recep9ao de luz) de acordo com a modalidade da presente descri9ao sao colocados em matriz em uma forma linear de uma dimensao.

Dispositivos de forma9ao de imagem (dispositivos de recep9ao de luz) 510 de acordo com a modalidade da presente descrigSo sao colocados em matriz linearmente e alternativamente em um dispositivo de formagSo de imagem linear 500.

Movendo ο dispositivo de forma9ao de imagem linear 500 na dire9ao da seta A, uma ampla superficie de forma9ao de imagem pode ser uniformemente varrida em uma regiao efetiva de pixel 520 do dispositivo de forma9ao de imagem (dispositivo de recep9ao de luz) 510.

Para a varredura, e preferivel fazer movimentos precisos em passo na diregSo longitudinal (dire^o da fileira) da regiao efetiva de pixel 520, ou e possivel mover um objeto. Uma parte de conexao entre regioes efetivas de pixel pode ser submetida para processamento de media fazendo alguns pixeis sobrepostos cada um ao outro.

A regiao efetiva de pixel 520 de cada dispositivo de formagao de imagem (dispositivo de recep9ao de luz) 510 tem uma configurapao no qual 128 blocos da se9ao de matriz de pixeis mostrada na Fig. 1 sao colocados em matriz na dire9ao horizontal (dire9ao da coluna), por exemplo. Isto e, a regiao efetiva de pixel 520 de cada dispositivo de forma9ao de imagem

10

5 1

20

25

(dispositivo de recepfao de luz) 510 e formado por "512 x 128" pixeis fisicos. Aqui, assumindo que um resultado de adigao dos valores de contagens de "8 χ 8" pixeis fisicos e uma unidade de pixel (pixel logico), ο niimero de pixeis logicos e 64 χ 16. Quando cada pixel fisico tem uma resolu9ao de 10 bits, a resolu9ao de cada pixel logico e de 16 bits.

Se tais 64 dispositivos de formafao de imagem (dispositivos

de recep9ao de luz) 510 sao linearmente colocados em matriz conforme mostrado na Fig. 10, total de 4096 pixeis logicos de 16 bits sao colocados em matriz no dispositivo de forma9ao de imagem linear 500.

Tal um aparelho de forma9ao de imagem linear pode realizar facilmente forma9ao de imagem em miniatura. Consequentemente, forma9ao de imagem de raio X para aplica9oes medicas ou de seguranga se torna possivel com alta precisao e muito alta sensitividade (baixo ruido) atraves de combinafao com um dispositivo de cintilagSo.

Ja que a quantidade absoluta de raios X pode ser reduzida, e possivel suprimir a quantidade de exposi9ao mesmo no caso de forma9ao de imagem de linha. Em ο sistema nao e caro. Em adifao, uma

pluralidade de tais aparelhos de formagSo de imagem lineares pode ser colocada em matriz em distancias iguais na diregSo de varedura de modo a encurtar a distancia de varredura. Neste caso, a quantidade de exposigSo pode ser ainda reduzida.

Mais ainda, de modo a prevenir um raio X transmitido atraves do dispositivo de cintila9ao de danificar ο dispositivo de forma9ao de imagem, e possivel colocar ο dispositivo de forma^ao de imagem 420 em uma distante localizagao do dispositivo de cintila9ao 422 e transmitir a emissao do dispositivo de cintila^ao para ο dispositivo de forma9ao de imagem 420 usando uma fibra optica 424 conforme mostrado na Fig. 11, por exemplo.

No exemplo mostrado na Fig. 11, uma placa de blindagem de raio X 425 que blocos de raios X sao dispostos entre a superficie de recepfao

de luz 421a do contador de foton 421 do dispositivo de formafao de imagem 420 e a unidade de recep9ao de Iuz do dispositivo de cintila?So 422, e a fibra optica 424 e disposta a fim de desviar a placa de blindagem de raio X 425.

Por outro lado, para detec^ao de radiafao nas medigdes nos campos medicos ou cientificos, ο angulo de irradia9ao de radia?So pode ser necessario como informagao. Para um contador de foton usado em tal um caso, alta resolu9ao de tempo para especificar ο tempo de detec9ao e necessario.

Por exemplo, em uma PET usada para aplica9oes medicas, um positron e gerado por um material radioativo administrado a um paciente, e ο positron e combinado com um eletron imediatamente para excitar um par de raios γ. O par de raios γ e emitido nas dire9oes opostas e sao detectadas, de forma simultanea, e em paralelo por dois detectores (dispositivo de cintila9oes). Assim sendo, a existencia de um material radioativo e estimada em uma linha reta conectando dois detectores.

Geralmente, na PET, e necessario reduzir ruido no momento da detecfao executando a determina9ao de detecgao simultanea com alta resolu9ao de tempo.

A Fig. 12 e uma visao esquematica mostrando um exemplo de estimativa de uma diregSo de incidencia de radia9ao atraves de simultanea detec9ao de fotons.

A Fig. 12 mostra uma aplica辟ο simples na SPECT.

Atraves de raios γ incidentes perpendiculares ao dispositivo de cintila9ao (detector) 422 entre raios γ emitidos a partir do objeto OBJ, muitos grupos de foton sao incidentes, de forma simultanea, no contador de foton 421 de um dispositivo de formagSo de imagem 420.

Por outro lado, atraves de raios γ que sao, de modo obliquo. Incidentes no dispositivo de cintila^So (detector) 422, grupos de foton distribuidos em uma pluralidade de dispositivos de forma9ao de imagem 420 sao incidentes de modo simultaneo. Assim sendo, é possível estimar a direção de incidência de raios γ usando a informação considerando a distribuição de fótons, de forma simultânea, detectada.

Usualmente, um colimador é usado na SPECT para usar a informação considerando somente um fóton que é incidente verticalmente. Contudo, se a resolução de tempo dos detectores é alta e eles podem ser facilmente usados, é possível expandir a quantidade de informação de modo mais significativo.

Isto é, de modo a melhorar ta precisão de detecção reduzindo um erro de detecção em tal um detector, alta resolução de tempo para determinar detecção simultânea da incidência de fóton é importante.

Daqui em diante, uma nova técnica para melhorar a resolução de tempo de detecção óptica no contador de fóton relacionado à modalidade da presente descrição e a arquitetura do chip será descrita como terceira e quarta modalidades.

<5. Quarta modalidade>

A Fig. 13 é uma vista mostrando um exemplo da configuração de um sensor de imagem de CMOS (dispositivo de formação de imagem) de acordo com a quarta modalidade da presente descrição.

Um sensor de imagem de CMOS (dispositivo de formação de imagem) IOOC relacionado à quarta modalidade é diferente do sensor de imagem de CMOS 100 de acordo com a primeira modalidade mostrado na Fig. 1 na qual ele tem a função de melhorar a resolução de tempo de detecção óptica.

Basicamente, o sensor de imagem de CMOS 100C é configurado de modo que um seção de circuito de integração de resultados de determinação 15 OC tenha uma função de melhorar a resolução de tempo de detecção óptica.

A seção de circuito de integração de resultados de determinação 150C inclui uma seção de circuito de sensoriamento 120, primeira e segunda seções de registro 210 e 220, um barramento de 4 bits 230, e um circuito de saída 240.

A primeira seção de registro 210 tem registros de 4 bits 211-0, 211-1, ... que transfere saídas de circuitos de sensoriamento 121-0, 120-1, ... seqüencialmente correspondendo ao arranjo de coluna de pixéis da seção de matriz de pixéis 110.

A primeiro seção de registro 210 tem uma configuração equivalente a configuração na qual área de memória de armazenamento de linha, que mantém e emitem os dados de leitura de uma fileira, são colocados em matriz em quatro fileiras.

A segunda seção de registro 220 tem registros de 4 bits 221-0, 221-1, ... que transfere saídas dos registros de 4 bits 211-0, 211-1, ... da primeira seção de registro 210 seqüencialmente. A segunda seção de registro 220 tem uma configuração

equivalente à configuração na qual áreas de memória de armazenamento de linha, que mantêm e emitem os dados de leitura de uma fileira, são colocados em matriz em quatro fileiras.

O barramento 230 transmite os dados de saída da segunda seção de registro 220 para o circuito de saída 240.

O circuito de saída 240 tem um circuito de contagem 241 e um circuito de travamento de saída de saída 242. O circuito de contagem 241 conta ou adiciona os dados de "1" de cada fileira transmitida através do barramento 230.

Também na quarta modalidade, o bloco de pixel 160 (160-0,

160-1, ...) é configurado para incluir 128 pixéis digitais DPX e um circuito de seleção como na primeira modalidade. O circuito de seleção seleciona um dos pixéis para executar reconfiguração ou leitura.

Também na quarta modalidade, um pixel no bloco de pixel é selecionado de acordo com a linha de controle de fileira 180 operada pelo circuito de acionamento de fileira 170.

No momento de leitura, se há ou não uma incidência de um fóton no pixel selecionado é emitida como um sinal elétrico para a linha de sinal de saída 131 e o valor binário é determinado pelo circuito de sensoriamento 121 (121-0, 121-1, ...).

Por exemplo, o circuito de sensoriamento 121 (121-0, 121-1, ...) determina "1" como um valor de determinação se luz é incidente no pixel selecionado e determina "0" como um valor de determinação se luz não é incidente no pixel selecionado e trava um valor de determinação.

Então, um valor de determinação do circuito de sensoriamento 121 (121-0, 121-1, ...)é transmitido para o primeiro bit do registro de 4 bits 211 (211-0, 211-1, ...) da primeira seção de registro de 4 bits. Consequentemente, leitura de sinal e determinação da próxima fileira se torna possível.

Tal uma operação é continuamente efetuada para quatro fileiras. Quando os valores de determinação das respectivas fileiras são armazenados em diferentes bits dos registros de 4 bits 211 (211-0, 211-1, ...), eles são, de forma simultânea, transferidos para os registros de 4 bits 221 (221-0, 221-1, ...) da segunda seção de registro 220 no próximo estágio.

Então, os dados mantidos nos registros de 4 bits 220 (220-0, 220-1, ...) da segunda seção de registro 220 em cada coluna são seqüencialmente emitidos para o barramento de 4 bits 230 e são então transmitidos para o circuito de saída 240. O circuito de contagem 241 é disposto no circuito de saída 240

de modo a contar ou adicionar os dados de "1" de cada fileira. Após todos os itens de dados da coluna de quatro fileiras serem transferidos, o valor de adição de cada fileira é armazenado no circuito de travamento de saída 242.

Por outro lado, leitura da seção de matriz de pixéis 110 é continuamente executada em paralelo com a operação de transferência descrita acima, e valores de determinação das próximas quatro fileiras são armazenados nos registros de 4 bits 211 (211-0, 211-1, ...) da primeira seção de registro 210. Isto é, leitura e transferência de dados para o circuito de saída 240 são feitos em série.

Em tal um chip, assumindo que leva 250 nanosegundos para efetuar leitura de uma fileira, transferência de dados de 128 colunas é efetuado para 1 microsegundo.

Já que transferência de 4 bits de uma coluna é 7,8 nanosegundos, tempo para transferência de dados em um circuito semicondutor normal é suficiente. A configuração do circuito periférico é muito simples.

Em adição, para leitura de dados de fora, é preferível adquirir os valores de contagem de quatro fileiras armazenadas no circuito de travamento de saída 242 do circuito de saída 240 para 1 microsegundo.

Já que isto é um tempo bem suficiente para a leitura, um sistema externo pode ler os dados em paralelo a partir de muitos dispositivos de formação de imagem.

O sistema externo pode derivar o número total de fótons, que são incidentes nos dispositivos de formação de imagem dentro da unidade tempo de exposição de no máximo 32 micro-segundos, adicionando os dados lidos de todas as fileiras.

Repetindo estes 1025 ciclos e adicionando os valores de contagens continuamente, é possível obter dados de escala de cinza de 24 bits para 1/30 segundo.

Aqui, resolução de tempo de detecção de fóton usando o dispositivo de formação de imagem de acordo com a quarta modalidade será descrita com referência à Fig. 14.

A Fig. 14 é uma vista para explicar uma resolução de tempo de detecção de fóton usando o dispositivo de formação de imagem de acordo com a quarta modalidade. Fig. 14 mostra um estado no qual leitura e reconfiguração são seqüencialmente executadas para cada fileira de acordo com o passar do tempo.

Em uma PET ou o similar, quando raios γ são incidentes em um dispositivo de cintilação, muitos fótons são gerados para serem incidentes nos correspondentes dispositivos de formação de imagem.

Assumindo que este tempo é a linha pontilhada 251, um fóton é de forma seletiva detectado somente na leitura da fileira (expressa com linhas oblíquas espessas: RD) no qual tempo de exposição inclui este tempo.

Neste exemplo, detecção é efetuada até o endereço da fileira leva perto de uma rodada de leitura imediatamente após a geração de um fóton (endereço de fileira: 7), e então os dados se tornam zero. Isto é, se uma saída de dados da fileira de 1 ou mais ocorre continuamente ou intermitentemente durante um período para o qual o endereço de fileira leva uma rodada, isto é geração de fóton.

Aqui, o número total de fótons que são incidentes, de forma simultânea, nos dispositivos de formação de imagem é o valor de adição total de saída de dados de fileira para uma rodada. Em adição, pode ser estimado que o tempo de geração esteja em 252 entre o tempo de leitura de uma fileira, no qual uma saída de 1 ou mais aparece primeiro, e o tempo de leitura de uma fileira antes da fileira na qual uma saída de 1 ou mais aparece primeiro. A resolução de tempo é um tempo de leitura para uma fileira, que é, 250 nanosegundos.

Isto é, usando este método, o tempo incidente quando uma pluralidade de fótons são incidentes, de forma simultânea, nos dispositivos de formação de imagem é especificada a partir da distribuição do número de incidências para cada fileira efetuando detecção de fóton ciclicamente enquanto deslocando o tempo de leitura de cada fileira. Neste caso, o montante de deslocamento de tempo de leitura de cada fileira corresponde à resolução de tempo. Consequentemente, se o montante de deslocamento e feito pequeno, a resolução de tempo de detecção é melhorada em relação a ele.

<6. Quinta modalidade>

A Fig. 15 é uma vista mostrando um exemplo da configuração de um sensor de imagem de CMOS (dispositivo de formação de imagem) de acordo com uma quinta modalidade da presente descrição.

A sensor de imagem de CMOS (dispositivo de formação de imagem) IOOD de acordo com a quinta modalidade é diferente do sensor de imagem de CMOS 100C de acordo com a quarta modalidade mostrado na Fig. 13 no seguinte ponto.

Na quarta modalidade, a quantidade de desvio é quase igual ao tempo de leitura de uma fileira. Também na quinta modalidade, a resolução de tempo pode ser melhorada mesmo se o montante de deslocamento é reduzido sem mudar o tempo de leitura é reduzida sem mudar o tempo de leitura.

Na seção de circuito de integração de resultados de determinação 150D, dois circuitos adjacentes de sensoriamento 121-0 e 121-1 correspondem a uma fileira na seção de circuito de sensoriamento 120D.

Correspondendo a isto, dois registros adjacentes de 4 bits 21 Ι- Ο e 211-1 da primeira seção de registro 210D correspondem a uma fileira.

Em adição, na segunda seção de registro 220D, registros de bit 222-0, ... são colocados em matriz correspondendo aos registros de 4 bits.

Também na quinta modalidade, o bloco de pixel 160 (160-0, 160-1, ...) é configurado para incluir 128 pixéis digitais DPX e um circuito de seleção como na quarta modalidade. O circuito de seleção seleciona um dos pixéis para executar reconfiguração ou leitura.

Também na quinta modalidade, um pixel no bloco de pixel é selecionado de acordo com a linha de controle de fileira 180 operada pelo circuito de acionamento de fileira 170.

Em adição, na quinta modalidade, dois circuitos são preparados para cada coluna para ler tal como conexões para diferentes circuitos são alternativamente made nas fileira ímpares e pares.

Por exemplo, no momento da leitura de um pixel DPX00, se há ou não uma incidência de um fóton no pixel selecionado é emitido como um sinal elétrico para a linha de sinal de saída 131-1 e o valor binário é determinado pelo circuito de sensoriamento 121-0. Por exemplo, o circuito de sensoriamento 121-0 determina "1" como um valor de determinação se luz é incidente no pixel selecionado e determina "0" como um valor de determinação se luz não é incidente no pixel selecionado e trava um valor de determinação. Então, um valor de determinação do circuito de sensoriamento 121-0 é transmitido para o primeiro bit do registro de 4 bits 211-0 da primeira seção de registro de 4 bits 210D. Tal leitura é executada para quatro fileiras.

Por outro lado, no momento de leitura de um pixel DPX01, se há ou não uma incidência de um fóton no pixel selecionado é emitido como um sinal elétrico para a linha de sinal de saída 123-1 e o valor binário é determinado pelo circuito de sensoriamento 121-1. Um valor de determinação é travado pelo circuito de sensoriamento 121-1 e é então transmitido para o registro de 4 bits 211-1 no próximo estágio. Tal leitura é executada para quatro fileiras.

Também efetuando a leitura acima para quatro fileiras, os valores de determinação são, de forma simultânea, transferidos para um registro de oito bits 222 da segunda seção de registro 220D no próximo estágio. Então, os dados mantidos no registro de 8 bits 222 de cada fileira é seqüencialmente emitido para um barramento de 8 bits 23 OD e é então transmitido para o circuito de saída 240D. Um circuito de contagem 24ID é disposto no circuito de saída 240D de modo toa contar ou adicionar os dados de "1" de cada fileira. Após todos os itens de dados de coluna de oito fileiras serem transferidos, o valor de adição de cada fileira é armazenada no circuito de travamento de saída 242D.

Assim sendo, o procedimento de leitura, transferência, e emissão é basicamente o mesmo que aquele na Fig. 14, mas a operação de leitura é dividida de acordo com duas linhas de fileiras ímpar e par neste exemplo,.

Essas operações são executadas em paralelo enquanto deslocando o tempo de um meio período.

Aqui, resolução de tempo de detecção de fóton usando o dispositivo de formação de imagem de acordo com a quinta modalidade será descrita com referência à Fig. 16.

A Fig. 16 é uma vista para explicar a resolução de tempo de detecção de fóton usando o dispositivo de formação de imagem de acordo com a quinta modalidade. Fig. 16 mostra um estado no qual leitura e reconfiguração são seqüencialmente executados para cada fileira de acordo com o passar do tempo.

Fornecendo dois circuitos de leitura em paralelo, leitura da próxima fileira é iniciada sem esperar pelo término da leitura da fileira anterior. Em adição, o deslocamento do tempo de leitura é um meio período do período de leitura.

Em uma PET ou o similar, quando raios γ são incidentes em um dispositivo de cintilação, muitos fótons são gerados tpara serem incidentes nos correspondentes dispositivos de formação de imagem. Assumindo que este tempo é uma linha pontilhada 253, um fóton é de forma seletiva detectado somente na leitura da fileira (expressa com linhas oblíquas espessas: RD) no qual tempo de exposição inclui este tempo.

Neste exemplo, detecção é realizada até o endereço de linha leva quase uma rodada de leitura imediatamente após a geração de um fóton endereço da fileira: 12), e então os dados se tornam zero. Isto é, se uma saída de dados da fileira de 1 ou mais ocorre continuamente ou intermitentemente durante um período para o qual o endereço da fileira leva uma rodada, isto é geração de fóton.

Aqui, o número total de fótons que são incidentes, de forma simultânea, nos dispositivos de formação de imagem é o valro de adição total de dados de fileira emitidos para uma rodada. Em adição, pode ser estimado que o tempo de geração está em 254 entre o tempo de leitura de uma fileira, na qual uma saída de 1 ou mais aparece primeiro, e o tempo de leitura de uma fileira antes da fileira na qual uma saída de 1 ou mais aparece primeiro.

A resolução de tempo é um meio período de um período de leitura de uma fileira, isto é, 125 nanosegundos.

Assim sendo, é possível reduzir o deslocamento do período de leitura sem encurtar o próprio período de leitura. Por exemplo, também é possível atingir a resolução de tempo comparável a um tubo fotomultiplicador aumentando o número de sistemas de leitura adicionais.

Por exemplo, no caso de uma aplicação para a PET, muitos dispositivos de formação de imagem de acordo com a modalidade da presente descrição são colocados em matriz em uma forma de anel, e o sistema lê o número de fótons de cada fileira seqüencialmente para cada unidade de exposição para cada dispositivo de formação de imagem. Então, quando a geração de um fóton é detectada, o número total de fótons incidentes, de forma simultânea, nos dispositivos de formação de imagem e a data e hora da geração são gravadas em uma memória. Esses são dados necessários e suficientes coletados mais eficientemente.

Combinando os dados após terminar a formação de imagem de modo a identificar um par de dispositivos de formação de imagem, nos quais fótons são incidentes de modo simultâneo, a existência de uma material irradiado pode ser assumida na linha conectando o par. Usando esta técnica, é possível, de forma significativa, aumentar o próprio número de dispositivos de formação de imagem comparado com aquele na técnica relacionada. Em adição, também é possível, de forma significativa, estender o grau de liberdade na combinação dos dispositivos de formação de imagem nos quais incidência simultânea de fótons é para ser determinado. Consequentemente, já que a sensitividade pode ser enormemente melhorada, a quantidade de remédio administrado pode ser reduzida significativamente. Como um resultado, é possível reduzir a exposição à radiação de um objeto e também melhorar a precisão de medição suprimindo geração simultânea acidental de fótons.

Em adição, os dispositivos de formação de imagem em estado sólido de acordo com um primeiro e segunda modalidades descritas acima também podem ser aplicados aos dispositivos de formação de imagem de uma câmera digital ou de uma câmera de vídeo.

<7. Sexta modalidade>

A Fig. 17 é uma vista mostrando um exemplo da configuração de um sistema de câmera para o qual o dispositivo de formação de imagem de acordo com a modalidade da presente descrição é aplicado.

Conforme mostrado na Fig. 17, um sistema de câmera 600 inclui um dispositivo de formação de imagem 610 para o qual um sensor de imagem de CMOS (dispositivo de formação de imagem) 100 de acordo com a presente modalidade pode ser aplicado.

O sistema de câmera 600 inclui um sistema óptico que guia luz incidente em uma região de pixel do dispositivo de formação de imagem 610 (forma uma imagem de objeto), por exemplo, uma lente 620 que forma luz incidente (luz de imagem) na superfície de formação de imagem.

Em adição, o sistema de câmera 600 inclui um circuito de acionamento (DRV) 630 para operar o dispositivo de formação de imagem 610 e um circuito de sinal de processamento (PRC) 640 para processar um sinal de saída do dispositivo de formação de imagem 610.

O circuito de acionamento 630 inclui um gerador de temporização (não mostrado) que gera vários tipos de sinais de temporização envolvendo um pulso de início ou um pulso de relógio de tempo para circuitos de acionamento no dispositivo de formação de imagem 610, e opera o dispositivo de formação de imagem 610 com um predeterminado sinal de temporização.

Em adição, o circuito de sinal de processamento 640 efetua predeterminado processamento de sinal no sinal de saída do dispositivo de formação de imagem 610.

O sinal de imagem processado pelo circuito de sinal de processamento 640 é gravado em um meio de gravação, tal como uma memória. Cópia impressa da informação de imagem gravada no meio de gravação é executada por uma impressora ou o similar. Em adição, o sinal de imagem processado pelo circuito de sinal de processamento 640 é projetado como uma imagem em movimento em um monitor formado por um mostrador de cristal líquido ou o similar.

Conforme descrito acima, uma câmera de alta precisão que consome baixa energia elétrica pode ser realizada fornecendo o dispositivo de formação de imagem em estado solicitado 100 descrito acima como o dispositivo de formação de imagem 610 em um aparelho de formação de imagem, tal como uma câmera de imagem fixa digital.

Em adição, embora a configuração na Fig. 1 na qual uma pluralidade de pixéis compartilha um circuito de sensoriamento é necessário quando fornecendo os pixéis e o circuito de sensoriamento no mesmo substrato de semicondutor, uma técnica de formar uma camada de semicondutor com múltiplas camadas usando tecnologia de colagem de pastilha também tem aparecido nos anos recentes. Em tal um caso, por exemplo, um circuito de sensoriamento de cada pixel pode ser fornecido na camada inferior de cada pixel.

Também neste caso, adição entre pixéis pode ser facilmente executada fazendo uma pluralidade de circuitos de sensoriamento compartilhar um circuito integrado incluindo um contador. Como um resultado, é possível melhorar a faixa dinâmica no momento de formação de imagem.

A presente descrição contém assunto relacionado àquele descrito no Pedido de Patente de Prioridade Japonesa JP 2010-224235 depositado no Escritório de Patente do Japão em 1 de outubro de 2010, da qual o conteúdo inteiro é aqui incorporado para referência.

Deve ser entendido por aqueles com qualificação na técnica que várias modificações, combinações, sub-combinações e alterações podem ocorrer dependendo dos requisitos de projeto e outros fatores na medida que eles estejam dentro do escopo das reivindicações anexas ou das equivalentes delas.

Claims

1. Dispositivo de formação de imagem, caracterizado pelo fato de compreender: uma seção de matriz de pixéis funcionando como uma seção de recepção de luz que inclui dispositivos de conversão foto-elétrica e na qual uma pluralidade de pixéis, que emitem sinais elétricos quando fótons são incidentes, estão dispostos em uma matriz; uma seção de circuito de sensoriamento na qual uma pluralidade de circuitos de sensoriamento, que recebem os sinais elétricos proveniente dos pixéis e efetuam determinação binária considerando se há ou não uma incidência de fótons nos pixéis em um período de tempo predeterminado, são colocados em matriz; e uma seção de circuito de integração de resultados de determinação tendo uma função de integrar uma pluralidade de resultados de determinação dos circuitos de sensoriamento para os respectivos pixéis ou para cada grupo de pixéis, em que a seção de circuito de integração de resultados de determinação deriva o montante de incidência de fótons na seção de recepção de luz efetuando contagem de fóton para integrar a pluralidade de resultados de determinação na pluralidade de pixéis.

2. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a contagem de fóton é executada formando uma pluralidade de malhas na seção de recepção de luz usando uma superfície de recepção de luz dividida em distâncias iguais e um eixo do tempo dividido em distâncias iguais.

3. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que cada malha tem dois valores de lógica 1 e lógica O, cada um dos circuitos de sensoriamento determina se um ou mais fótons foram ou não incidentes em cada malha e determina 1 quando há uma incidência independente do número de fótons incidentes e determina 0 quando não há incidência, e a seção de circuito de integração de resultados de determinação contabiliza uma soma de 1 de cada circuito de sensoriamento.

4. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de blocos de pixéis são formados na seção de matriz de pixéis, e cada bloco de pixel inclui uma pluralidade de pixéis e meios de seleção, e na seção de circuito de sensoriamento, um circuito de sensoriamento separado está disposto correspondendo a cada um dos blocos de pixel.

5. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os meios de seleção do bloco de pixel selecionam os pixéis no correspondente bloco de pixel em uma maneira cíclica e emite um sinal de um pixel selecionado para o circuito de sensoriamento, e o circuito de sensoriamento determina se há ou não uma incidência de um fóton em cada pixel em um período de tempo fixo a partir da última seleção para a seleção corrente.

6. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma função de reconfiguração para reconfigurar cada um dos pixéis para um estado onde um fóton não é incidente é configurada, e uma função de ajuste para ajustar um período de exposição inserindo processamento de reconfiguração entre uma saída seletiva de cada pixel no bloco de pixel e uma próxima saída seletiva de modo que um tempo de exposição em cada pixel seja fixado, é configurada.

7. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção de circuito de integração de resultados de determinação inclui: um circuito de contagem que efetua processamento de contagem para integrar resultados de determinação dos circuitos de sensoriamento; e uma memória para armazenar um resultado de contagem de cada pixel no circuito de contagem, em que a pluralidade de circuitos de sensoriamento compartilha o circuito de contagem para integrar uns resultados de determinação.

8. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na seção de matriz de pixéis, a pluralidade de pixéis são colocados em matriz em uma matriz, e a seção de circuito de integração de resultados de determinação emite um valor de adição de fóton incidente em cada fileira.

9. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a seção de circuito de integração de resultados de determinação inclui: pelo menos uma seção de registro incluindo pelo menos uma área de armazenamento temporário de linha que mantém e emite um valor de determinação do circuito de sensoriamento para cada fileira; um barramento através do qual dados emitidos da área de armazenamento temporário de linha são transmitidos; e um circuito de contagem que efetua processamento de contagem para integrar dados do resultado de determinação do circuito de sensoriamento transmitidos através do barramento.

10. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que na seção de circuito de sensoriamento, circuitos de sensoriamento de uma pluralidade de linhas que efetuam determinação considerando leitura de uma pluralidade de pixéis estão dispostos em cada coluna, e a seção de circuito de integração de resultados de determinação lê valores de determinação dos circuitos de sensoriamento da pluralidade de linhas em cada coluna enquanto deslocando tempo e mantém uns valores de determinação na seção de registro, e transmite dados da pluralidade de linhas armazenadas na seção de registro através do barramento.

11. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma função de reconfiguração para reconfigurar cada um dos pixéis para um estado onde um fóton não é incidente, é configurada, e o circuito de sensoriamento executa a determinação binária lendo um sinal em um estado de reconfiguração e um sinal de leitura após expor e adicionar um valor de compensação para ambos um do estado de reconfiguração e o sinal de leitura e comparando um sinal obtido por adição do valor de compensação com o outro sinal.

12. Dispositivo de formação de imagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de blocos de circuito, cada um do qual inclui a seção de matriz de pixéis, a seção de circuito de sensoriamento, e a seção de circuito de integração de resultados de determinação, estão dispostos linearmente ou em uma matriz.

13. Sistema de câmera, caracterizado pelo fato de compreender: um dispositivo de formação de imagem; um sistema óptico que forma uma imagem de objeto no dispositivo de formação de imagem; e um circuito de sinal de processamento que processa um sinal de imagem de saída do dispositivo de formação de imagem, em que o dispositivo de formação de imagem inclui uma seção de matriz de pixéis funcionando como uma seção de recepção de luz que inclui dispositivos de conversão foto-elétrica e na qual uma pluralidade de pixéis, que emitem sinais elétricos quando fótons são incidentes, estão dispostos em uma matriz, uma seção de circuito de sensoriamento na qual uma pluralidade de circuitos de sensoriamento, que recebem os sinais elétricos proveniente dos pixéis e efetuam determinação binária considerando se há ou não uma incidência de fótons nos pixéis em um período de tempo predeterminado, são colocados em matriz, e uma seção de circuito de integração de resultados de determinação tendo uma função de integrar uma pluralidade de resultados de determinação dos circuitos de sensoriamento para os respectivos pixéis ou para cada grupo de pixéis, e a seção de circuito de integração de resultados de determinação deriva o montante de incidência de fótons na seção de recepção de luz efetuando contagem de fóton para integrar a pluralidade de resultados de determinação na pluralidade de pixéis.