CN101518056A - 基于直接x射线转换用于积分探测器的泄漏电流和残差信号补偿 - Google Patents
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Abstract
本申请描述了一种X射线检测器，其使用与CMOS像素电路结合的直接X射线转换(DiCo)。DiCo材料必须在高电压下使用以实现高场强。这使得传感器易于产生泄漏电流，其伪造所测量的充电结果。此外，大部分直接转换材料遭受引起X射线图像序列中的时间伪差(鬼像)的大量残差信号。描述了一种电路，其感测传感器的暗电流，该暗电流包括源自传感器被X射线(再次)照射之前的先前照射的残差信号，并且以在照射期间仍然可以消耗暗电流(泄漏电流和残差信号)的方式冻结感测阶段末期的相关电路参数。因此，可以在不具有泄漏电流或残差信号所携带的电荷的情况下对由于X射线照射而在传感器中产生的电荷脉冲进行积分，从而获得对所沉积的X射线能量的更准确估计。
Description
本发明涉及一种方法和一种包括允许消除暗电流的电路的设备，并且具体涉及一种方法和一种包括如下电路的设备，该电路用于消除传感器材料的暗电流(即先前照射的泄漏电流和残差信号)，从而使得不在积分电路内对该暗电流进行积分。
目前市场上大部分固态数字X射线探测器由具有非晶硅(a-Si)薄膜电子器件的平玻璃板和位于其顶部上的X射线转换层构建成。它们或者是在光电二极管阵列的顶部上具有闪烁体的间接转换型，或者是在电极阵列的顶部上使用光电导体的直接转换型。撞击的X射线被吸收到转换层中，并且，通过阵列的每个像素中的所产生的电荷，生成X射线吸收的数字图像。
玻璃上的薄膜电子器件的一种替代为将单晶硅晶片用于像素电子器件。如上，可以构建具有或不具有光电二极管的像素以用于间接或直接X射线转换。单晶硅的标准CMOS工艺的使用通常使得电子电路与a-Si像素电路相比具有更小的噪音和更多的功能。如果是间接转换探测器，可以直接在Si晶片上粘合或生长闪烁体。对于直接X射线转换材料而言，也有两种可能：连接例如具有球凸块(bumb ball)的分别装配的层，或在硅上直接沉积。在H.Mori、R.Kyuushima、K.Fujita、M.Honda的“High Resolutionand High Sensitivity CMOS PANEL SENSORS for X-ray”，IEEE 2001 NuclearScience Symposium Conference Record，2001年第1卷第29-33页中可以找到间接转换型的CMOS探测器的示例。
除乳腺摄影和牙科成像之外，当今平板X射线探测器的像素间距达到150-200μm，在乳腺摄影和牙科成像中，小于100μm的像素尺寸很常见。可以观察到X射线成像中的一个总趋势，即还用于心脏病学、神经病学和脉管应用的空间分辨率将得以提高。由于利用该技术晶体管和其他电子元件可能达到小的尺寸，单晶Si探测器的像素尺寸可以很容易地减小至远低于100μm的值。
然而，如果是间接转换探测器，空间分辨率将受到闪烁体中光传播的限制。通常不能减小其厚度，因为否则就不可能维持高的X射线吸收率。为了充分利用具有小的像素的探测器的高的空间分辨率，直接X射线转换更加适合。可以很容易地将例如硒、碘化汞、氧化铅或碲化镉的直接转换材料制作得足够厚，以吸收超过80％的具有医学成像的典型射束质量的X射线。通常可以实现非常高的空间分辨率，因为所产生的电荷载流子(电子和空穴)遵循所施加的偏场的场线，其垂直于像素电极的表面和通常非结构化的上电极运行。在M.P.Andre等人的SPIE Medical Imaging，1998年第3336卷第204页中公布了直接转换型CMOS探测器的一个示例。
除空间分辨率之外，直接转换CMOS探测器的另一优点为有可能克服小的像素中的光电二极管的有限填充因子。在直接转换探测器中，覆盖几乎整个像素面积的金属层可用作像素电极。如果是直接转换探测器，则该像素电极的尺寸确定填充因子。
跨过X射线转换层(通常为宽带隙半导体材料)施加高电压，以确保电荷载流子的有效迁移。这在甚至没有X射线激励的情况下引起通过该层的有限电流，该有限电流取决于任何金属-半导体界面的材料电阻率和势垒高度。该泄漏电流产生噪音并减小探测器的动态范围。
几乎所有直接转换材料的一个共同性质为其缓慢的时间特性，参见例如W.Zhao、G.DeCrescenzo、J.A.Rowlands的“Investigation of lag andghosting in amorphous selenium flat-panel x-ray detectors”，SPIE MedicalImaging 2002年第4682卷第9-20页。对X射线产生的电荷载流子的捕获和去捕获导致随后的帧中的源自先前照射的残差信号的问题或缺点。这些残差信号(经常称为滞后)的强度取决于所使用的直接转换材料，并且通常约为一秒后的照射信号水平的百分之几。这引起了限制将直接转换X射线探测器用于动态应用的视觉时间伪差(“鬼像”)。如果将探测器用于脉冲照射模式，残差信号表现为随后的X射线窗口之间的增大的暗电流。在下文中，术语“暗电流”用于描述源自先前照射的稳态泄漏电流和动态残差信号的和。
US 2003/0146389A1描述了一种传感器及一种用于操作该传感器的方法，该传感器包括多个传感器元件，每个传感器元件包括辐射敏感转换元件，并且还具有用于对每个传感器元件的电信号进行放大的装置以及每个传感器元件中连接至读出线以读出电信号的读出切换元件。用于放大的装置包括相应的源极跟随器晶体管，其栅极连接至转换元件，其源极在一侧上连接至有源负载而在另一侧上连接至采样电容器的一侧，采样电容器的另一侧通过读出切换元件连接至读出线，相应的复位元件连接至转换元件。
US 2005/0231656A1描述了一种图像传感器阵列，其包括具有光电TFT的图像传感器，以响应于所接收到的图像而产生光电流。光电TFT每个都具有其各自的被独立地偏压的栅电极和源电极以减小暗电流效应。存储电容器耦接至每个光电TFT，并且在产生光电流之后立即进行放电。每个存储电容器耦接至将电流从存储电容器传递至数据线的读出TFT。
WO 2004/110056描述了一种探测器和一种方法，其用于生成连续的X射线图像，该图像涉及照射间隔期间探测器中由X辐射产生的电流，其中在存储电容中对该电流进行积分并且在随后的读出阶段将其读出。为了使缓慢衰减的残差电流的影响最小化，仅在照射间隔期间对该电流进行积分。
期望提供一种允许传感器的改进的暗电流补偿的方法和设备。
本发明提供用于消除检查照射设备中的传感器的暗电流的方法、用于执行该方法的暗电流补偿设备、相对应的照射设备和检查装置以及计算机可读介质、程序单元和计算机芯片。
应当注意，本发明的下述示范性实施例还适用于该方法、暗电流补偿设备、相对应的照射设备和检查装置、计算机可读介质、程序单元以及计算机芯片。
根据本发明的示范性实施例，一种用于消除检查照射设备中的传感器的暗电流的方法，该暗电流由源自先前照射的传感器的稳态泄漏电流和/或动态残差信号产生，该方法包括步骤：在第一阶段中，将预定电压施加到传感器并感测输入至暗电流补偿设备中的暗电流；并且在第二阶段中，冻结在第一阶段中消耗(drain)暗电流时暗电流补偿设备所具有的在暗电流补偿设备内的状态，同时在传感器处施加预定电压。
因而，可以预先确定暗电流的量，该暗电流分别地由源自先前照射的传感器的稳态泄漏电流和动态残差信号产生，从而一旦确定该量，就可通过消耗暗电流来对该量进行补偿。在检查照射期间补偿设备中的暗电流的消耗避免了在例如积分器的检测设备中对暗电流进行采样和检测。
因此，同样在传感器像素的X射线照射期间，仍消耗暗电流，从而使得暗电流不再可用于检测，尤其是不再可用于积分，并且不伪造检测结果。
结果，获得了对传感器材料内X射线光子所产生的电荷的更好的估计。暗电流补偿还使得能够跨过转换层使用更高的偏压，从而引起更高的转换效率。
根据本发明的又一示范性实施例，可以应用第一阶段的步骤保持传感器基本上不受X射线照射。
X射线照射的影响可用于检查，而且暗电流由传感器的状态和历史(即由于一种存储效应而产生的先前照射的影响)产生。
根据本发明的又一示范性实施例，在不受检查照射的中间暗帧内或者在复位阶段内应用第一阶段的步骤。在复位阶段期间，可以在传感器处维持预定电压。
因而，当未进行检查时，例如不受检查照射的中间暗帧中的两次照射之间，可以执行对暗电流的确定。在检查期间，应该对暗电流进行补偿，从而可以避免暗电流的影响。
根据本发明的又一示范性实施例，第一阶段包括对电容充电的步骤，电容的电压确定FET的栅源电压，其也消耗暗电流。
根据本发明的又一示范性实施例，第二阶段的步骤包括将FET的栅源电压保持在当FET在第一阶段中消耗暗电流时所具有的水平。
根据本发明的又一示范性实施例，第二阶段的步骤包括冻结跨过电容的电压并将FET的栅源电压保持在当FET在第一阶段期间消耗暗电流时其所具有的水平的步骤。
电容，例如电容器的电容，是当其具有低的寄生电阻时保持恒定电压状态的简单且有效的设备，尤其是保持跨过FET的高电阻输入的恒定电压。
根据本发明的又一示范性实施例，该方法还包括用第二电压对积分电容进行充电的步骤，其中，积分电容的一端连接至暗电流补偿电路的输入和放大器的输入，另一端接地。放大器可以是电压跟随器或源极跟随器。
根据本发明的又一示范性实施例，该方法还包括借助于积分器测量传感器的暗电流补偿的输出信号的步骤。
因而，以积分器形式的测量设备为测量程序作准备。
根据本发明的示范性实施例，暗电流补偿设备用作对由传感器的稳态泄漏电流和/或动态残差信号产生的暗电流进行补偿，其中，该设备包括：第一FET，其漏极连接至该设备的输入并通过第一电流源接地，其栅极通过第一开关连接至该设备的输入，并且其源极通过第二电流源连接至电压供应端；第二FET，其漏极接地，其栅极可连接至基准电压，并且其源极连接至第一FET的源极；以及电容，其一端连接至第一FET的栅极而另一端连接至电压供应端。
利用这种设备有可能预先检测分别地来自传感器的稳态泄漏电流和/或动态残差信号的暗电流，并且通过冻结当传感器检测到无检查照射时电路所具有的状态，并且通过将电容的电压维持在其之前所具有的水平来对暗电流进行补偿。
因而，同样在对传感器的像素进行X射线照射期间，仍通过该设备消耗暗电流，从而使得暗电流不再可用于积分。
因此，获得了对传感器材料内X射线光子所产生的电荷的更好的估计。暗电流补偿还使得能够跨过转换层使用更高的偏压，从而引起更高的转换效率。
根据示范性实施例，FET为MOSFET。
根据本发明的又一示范性实施例，第一电流源提供第二电流源的一半的电流。
根据本发明的又一示范性实施例，第一和第二FET的尺度基本相等。
当第一和第二FET的尺度相等时，每个FET的支路的电流相同。FET和电压供应之间的电流源的电流为每个FET支路的电流的两倍。
根据本发明的又一示范性实施例，提供用于在检查装置(例如医学x射线成像系统)中使用的照射设备(例如x射线探测器)，其中，该照射设备包括：电压供应；上述实施例中的任一实施例的暗电流补偿设备；传感器设备，其一端连接至电压供应的输出，并且其另外的一端连接至暗电流补偿设备的输入；以及积分设备，其输入通过第三开关连接至暗电流补偿设备的输入。
根据本发明的又一示范性实施例，该传感器设备包括直接转换材料层，在一侧上具有用于施加预定电压的金属电极，而在另一侧上具有像素化的电极。具体来说是对传感器设备的每个像素，提供积分设备和暗电流补偿设备。积分设备和暗电流补偿设备形成像素电子器件，其被提供给每个像素。包括像素电子器件的多个像素可以彼此连接。换句话说，可以对多个像素进行面元划分(bin)。
根据本发明的又一示范性实施例，传感器设备能够感测电磁辐射，尤其是X射线辐射。
根据本发明的又一示范性实施例，该电压供应包括：具有预定电压的电压源，其一端接地并且其另一端通过电阻连接至电压供应的输出；以及电容，其一端接地并且其另一端连接至电压供应的输出。
电阻和电容用于避免电压源中的纹波并用于设定供给传感器的电流。
根据本发明的又一示范性实施例，积分设备包括：放大器，其输入连接至积分设备的输入并且其输出可连接至采样保持级；积分电容，其一端连接至放大器的输入并且其另一端接地；以及第二电压源，其一端接地并且其另一端通过第三开关连接至积分设备的输入。
根据本发明的又一示范性实施例，检查装置包括以上实施例中的任一实施例的照射设备。
根据本发明的又一示范性实施例，在计算机可读介质中存储计算机程序，当被处理器执行时，该计算机程序适于执行上述实施例中的任一实施例的方法的步骤。
根据本发明的又一示范性实施例，当被处理器执行时，程序单元适于执行上述实施例中的任一实施例的方法的步骤。
根据本发明的又一示范性实施例，计算机芯片适于执行上述实施例中的任一实施例的方法的步骤。
可以被看作本发明的主旨的是，分别确定电路的第一状态中的暗电流和方法的第一阶段中的暗电流，用于设置电路以维持所确定的状态，从而使得先前确定的暗电流得以消除并因而在测量检查照射的信号时不会对积分造成影响。
参考此后描述的实施例，本发明的这些及其他方面将变得显而易见并得以阐明。
接下来将参考下列附图对本发明的示范性实施例进行描述。
图1示出了图示说明本发明的示范性实施例的方法的步骤的流程图；
图2示出了本发明的示范性实施例的电路的感测阶段以确定暗电流；
图3示出了在对本发明的示范性实施例的电路进行采样之后的复位；
图4示出了为照射作好准备的本发明的示范性实施例的电路；
图5示出了根据本发明的示范性实施例的暗电流补偿的两种不同的应用方案。
图1示出了图示说明本发明方法的步骤的流程图。应当注意，不是所有的图示说明的步骤对本发明来说都是强制性的。
用于消除检查照射设备中的传感器的暗电流的方法包括将预定电压HV施加到传感器并感测在第一阶段中输入至暗电流补偿设备的暗电流IL的步骤ST1，该暗电流由源自先前照射的传感器的稳态泄漏电流和/或动态残差信号产生。步骤ST1可以包括对电容CA进行充电的步骤ST1a，电容CA的电压确定控制暗电流的消耗的FET的栅源电压。在进一步的步骤ST2中，冻结在消耗暗电流时暗电流补偿设备所具有的在暗电流补偿设备内的状态为第二阶段。步骤ST2可以包括将FET的栅源电压保持在当FET在第一阶段中消耗暗电流时其所具有的水平的步骤ST2a。在步骤ST2中，可以在传感器处维持预定电压HV。在进一步的步骤ST3中，用第二电压V2对积分电容Cint进行充电，积分电容的一端连接至暗电流补偿电路的输入和放大器“＝1”的输入，另一端接地。进一步的步骤ST4包括借助于放大器测量传感器的暗电流补偿输出信号。同样，在所有上述步骤期间，可以在传感器处维持预定电压HV。
将参考图2至图4来对该方法和相对应的电路的详细功能和操作进行描述。
图2示出了本发明的示范性实施例的电路的感测阶段以确定暗电流。
在图2中，如果断开传感器，闭合S1并打开S2和S3，电流源“I1”使得p-MOSFET P1正好消耗I1。p-MOSFET P2也消耗“I1”，因为其是以与P2(精确)相同的尺度来制造的。换句话说，电流源“2I1”的电流平均分配给P1和P2。由于P2的栅压被预置为VRef，在该平衡中，P1必须具有相同的栅压，即VB＝VRef。如果P1和P2之间几何结构失配，P1和P2通常将不会消耗相同的电流(I1)，但这些电流仍合计达2I1。
在第一步骤中，感测阶段，将传感器连接至电路并且感测传感器的暗电流，从而如此配置暗电流补偿电路而使其消耗传感器的暗电流。
在图2中，传感器连接至节点B，仍然闭合开关S1，同时打开开关S2和S3。任何(恒定)暗电流只能流过“IL”所指示的，其中IL的两种极性都有可能，因为P1的栅极和CA表示对恒定电流的无穷大的电阻。在连接传感器之后不久，暗电流所提供的电荷对电容CA的下板进行充电。如果p-MOSFET P1的漏极电流与IL的总和等于电流源“I1”所施加的电流I1，则达到平衡。如果IL＞0，这需要P1的漏极电流等于I1-IL，而P2消耗I1+IL。如果IL＜0，则P1必须消耗I1+IL，从而P2消耗I1-IL。因此，在这两种情况中，I1有必要必须超过IL，从而使得电路能够对暗电流IL进行补偿。
在该平衡中，点A的电势VA假定为一值，从而使得P2的栅源电压VGS，P2＝VRef-VA符合P2的漏极电流的值。相似地，跨过CA的电压(等于V0-VB)假定为一值，其中P1的栅源电压对应于通过P1的所需漏极电流，VGS，P1＝VB-VA。重要的是，VA不以电流源“2I1”超过饱和区的方式增加。若IL＞0，VB必须变得大于VRef，因为P1只消耗I1-IL，这需要比VB＝VRef(无暗电流注入)的平衡情形中更小的P1栅源电压。同样地，若IL＜0，VB必须变得小于VRef，因为P1消耗I1+IL。
如果在此之后，再次打开S1，CA冻结P1的“状态”，从而可以继续在FET对(P1、P2)的左支路中消耗IL。
电压源HV表示高电压，需要其以将DiCo传感器材料保持处于反向偏压。如根据先前技术已知的，由RTP和CTP建立的RC级用于滤除高电压上的纹波。
在第二步骤中，积分电容Cint为连接至暗电流补偿电路作准备。
闭合开关S2(图3)(打开S1、S3)以将积分电容充电至电压V2，其幅值由电势确定，允许假定节点B为该电势，当闭合开关S3时(参见步骤3)，使得Cint并联至电流源“I1”：当闭合开关S3时，对VB的限制条件为：
a)VB不能变得如此小而使得电流源“I1”不再饱和。
b)VB不能变得如此大而使得P1的漏源电压变得小于其栅源电压，P1具有该电压以消耗I1-IL(如果IL＞0)或I1+|IL|(如果IL＜0)。否则，P1会超出饱和区，而且VA也可能发生改变，从而使得P1和P2可能不能预期地工作。
c)对于传感器电流而言，其基于空穴(这会是具有适当的掺杂和适当的电极材料的某些硒探测器的情况)，VB必须为Cint留下足够的余量(headroom)以使Cint由X射线与DiCo材料的相互作用所产生的正电荷进行充电，从而不违背b)。
若IL＜0(对于PbO、HgI2而言)，V2的一个好的选择为VRef-VGS，P1(ID，P1＝I1+|IL|)，[其中VGS，P1(ID，P1＝I1+|IL|)]用于表示P1的栅源电压，需要其以确保P1实际上消耗I1+|IL|]，这是因为VD小于VRef：VD＝VA-|VGS，P1(ID，P1＝I1+|IL|)|，VA＝VRef+|VGS，P2(ID，P2＝I1-|IL|)|，并且X射线与DiCo材料的相互作用所产生的信号电流也为负，从而使得由于被积分的信号电流而对Cint进行放电，并且因此在照射期间跨过Cint的电压不会增加V2。在没有进行复位也没有对暗电流补偿电路的操作进行折衷的单次照射期间可以被积分的最大电荷为Qmax＝Cint(V2-VB，min)，其中VB，min为节点B的最小电压，从而使得电流源I1仍为饱和模式。
若IL＞0(对于某些类型的硒探测器而言)，V2不能选择为大于VA-VGS，P1(ID，P1＝I1-IL)-Qmax/Cint，其中Qmax为照射期间在Cint上积分的最大电荷，并且V2也不能下降至VB，min以下。注意，若IL＜0，VD已大于VRef，因为与平衡相比VA必须增加，这是由于P2消耗I1+IL，并且VGS，P1变得比处于平衡时小，这是由于P1只消耗I1-IL；VD＝VA-|VGS，P1(ID，P1＝I1-|IL|)|，VA＝VRef+|VGS，P2(ID，P2＝I1+|IL|)|。
如果在P1和P2之间存在失配(例如几何结构失配)，则上述条件会发生改变。
在第三步骤中，用连接的传感器进行操作。打开开关S2，并且闭合S3(图4)。此时积分电容连接至传感器像素。由于Cint被设置为一电压，该电压满足a)、b)[若IL＞0，还满足c)]，因此像之前那样继续消耗暗电流。
如果此时由于X射线照射，传感器像素产生电荷，则电荷流至积分电容Cint上，电荷在积分电容Cint积累。由于这些电荷，跨过Cint的电压发生改变。电压变化应当足够小，从而使得电流源“I1”或P1并不超出饱和区。
通过“(＝1)-放大器”(例如源极跟随器)，可以将积分电容的电压“无损地”复制至采样保持(S&H)级，从采样保持级可以读出电压。与通过复位所实现的电压相比的电压变化ΔU是对直接转换(DiCo)传感器像素所提供的电荷Q＝CintΔU的度量。
对于稍后的照射而言，通过闭合S2但不再进行用于感测传感器的暗电流的进一步的阶段可以将Cint复位为V2。对于这种复位，可以将开关S3保持闭合，这是因为VB仅沿着允许的漏源电压“移动”，该漏源电压保持“I1”处于饱和。
Cint的尺寸确定检测电路的最灵敏的操作模式，这是因为由来自DiCo材料的(最小可检测的)充电脉冲ΔQ而产生的跨过Cint的电压变化引起ΔU＝ΔQ/Cint的电压变化，其必须与V2以及输入电压的最小差异相关，S&H级之后的ADC可以将其区分。通过将进一步的增益电容并联至Cint，可以减小灵敏度，其后ΔQ引起跨过Cint+C增益的电压的较小变化：ΔU’＝ΔQ/(Cint+C增益)。
可以定义相似的电路，该电路仅基于n-MOSFET而不是p-MOSFET。于是，然而，Cint的一端连接至V0而不是接地，这可能对于S&H级的设计不利。
图5示出了补偿的两种示范性模式，一种用于单个感测阶段，第二种用于多个感测阶段。
如上所述，暗电流补偿由两个主要步骤组成，无X射线照射的感测阶段和X射线操作阶段。如图5所示，不同的应用方案都是可能的。对于稳态泄漏电流的补偿而言，在X照射开始之前，只有单个感测阶段是必须的。所有随后的照射帧都对相同的暗电流进行补偿。
对于“动态”暗电流补偿而言，其还获取残差信号，感测阶段必须与X射线窗口相交叉。在每个感测阶段末，包括残差信号的当前暗电流被冻结并且用于补偿随后的照射窗口中的暗电流。由于残差信号随着时间而衰减，该方法过高估计了随后的X射线窗口期间的暗电流，并可能导致轻微的过补偿。然而，期望图像质量与无残差信号校正的标准情况相比得到显著改进。与仅补偿泄漏电流相反，由于电荷的去捕获而产生的暗电流在感测阶段期间并不是恒定的。因此，电路，即主要是电容器CA，必须如此设计使得节点A的电势能适应感测阶段期间的只有少许延迟的残差信号衰减。
本发明可以应用于使用直接X射线转换的所有种类X射线探测器和使用CMOS技术的像素电子器件。暗电流(即先前照射的泄漏电流和残差信号)允许具有更宽范围的适当材料的更有效的探测器操作。
所述应用可以是在例如心血管X射线、常规X射线、神经病学、骨科、乳腺摄影和牙科成像。还可以将其应用于材料科学的领域、无损检测和其他相关应用。
应当注意，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”并不排除多个。而且，结合不同的实施例描述的元件可以进行组合。
还应当注意，权利要求中的参考标记不应被解释为限制权利要求的范围。其还可以应用于材料科学的领域、无损检测以及其他相关应用。
Claims (12)
1、一种用于消除检查照射设备中的传感器的暗电流的方法，所述暗电流由源自先前照射的所述传感器的稳态泄漏电流和/或动态残差信号产生，所述方法包括如下步骤：
在第一阶段(ST1)中，将预定电压(HV)施加到所述传感器并且感测输入至暗电流补偿设备中的所述暗电流(IL)；以及
在第二阶段(ST2)中，冻结在所述第一阶段中消耗所述暗电流时所述暗电流补偿设备所具有的在所述暗电流补偿设备内的状态，同时在所述传感器处维持所述预定电压(HV)。
2、如权利要求1所述的方法，其中，应用所述第一阶段的所述步骤，同时保持所述传感器基本上不受X射线照射。
3、如权利要求1所述的方法，其中，在无检查照射的中间暗帧内或在复位阶段内应用所述第一阶段的所述步骤。
4、如权利要求1所述的方法，其中，所述第一阶段包括对电容(CA)进行充电的步骤，所述电容的电压确定消耗所述暗电流的FET的栅源电压(ST1a)。
5、如权利要求1所述的方法，其中，所述第二阶段的所述步骤包括将FET的栅源电压保持在当所述FET在所述第一阶段中消耗所述暗电流时其所具有的水平(ST2a)。
6、如权利要求5所述的方法，其中，所述第二阶段的所述步骤包括冻结跨过电容(CA)的所述电压并且将FET的栅源电压保持在当所述FET在所述第一阶段期间消耗所述暗电流时其所具有的水平的步骤。
7、如权利要求1所述的方法，还包括用第二电压(V2)对积分电容(Cint)进行充电的步骤，其中，所述积分电容的一端连接至所述暗电流补偿电路的输入和放大器的输入，其中，所述积分电容的另一端接地(ST3)。
8、一种用于补偿由传感器的稳态泄漏电流和/或动态残差信号产生的暗电流的暗电流补偿设备，所述设备包括：
第一FET(P1)，其漏极连接至所述设备的输入并且通过第一电流源(I1)接地，其栅极通过第一开关(S1)连接至所述设备的输入，并且其源极通过第二电流源(2I1)与可连接至电压供应(V0)的一端连接；
第二FET(P2)，其漏极接地，其栅极可连接至基准电压(VRef)，并且其源极连接至所述第一FET(P1)的所述源极；以及
电容(CA)，其一端连接至所述第一FET(P1)的所述栅极并且其另一端与可连接至所述电压供应(V0)的所述端连接。
9、一种用于在检查装置中使用的照射设备，所述照射设备包括：
电压供应；
如权利要求9所述的暗电流补偿设备；
传感器设备，其一端连接至所述电压供应的输出，并且其另外的一端连接至所述暗电流补偿设备的输入；以及
积分设备，其输入通过第三开关(S3)连接至所述暗电流补偿设备的输入。
10、如权利要求9所述的照射设备，其中，所述传感器设备包括直接转换材料层(DiCo)，其中
对相应的像素提供相应的积分电路和暗电流补偿设备；
用于施加预定电压(HV)的金属电极在一侧上；并且
在另一侧上，所述金属电极具有多个电极，从而形成所述传感器设备的所述像素，其中，所述多个电极中的至少一个可连接至所述像素的相应像素的像素电子器件，所述像素电子器件分别包括所述相应积分设备和所述相应暗电流补偿设备。
11、如权利要求9和10中的任一项所述的照射设备，
其中，所述传感器设备能够感测X射线辐射；
其中，所述电压供应包括
具有预定电压的电压源(HV)，其一端接地并且其另一端通过电阻器(RLP)连接至所述电压供应的输出；以及
电容(CLP)，其一端接地并且其另一端连接至所述电压供应的输出；
其中，所述积分设备包括
放大器，其输入连接至所述积分设备的输入并且其输出可连接至采样保持级，
积分电容(Cint)，其一端连接至所述放大器的输入并且其另一端接地；以及
第二电压源(V2)，其一端接地并且其另一端通过所述第三开关(S3)连接至所述积分设备的输入。
12、一种程序单元，当被处理器执行时，其适于执行如权利要求1至7中的任一项所述的方法的所述步骤。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103297716A (zh) * | 2012-02-24 | 2013-09-11 | 索尼公司 | 图像拾取单元和图像拾取显示系统 |
| CN106999132A (zh) * | 2014-12-03 | 2017-08-01 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于医学x射线图像中的信号补偿的设备及方法 |
| CN108169791A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-06-15 | 京东方科技集团股份有限公司 | 用于x射线探测器的读取装置及其方法、x射线探测器 |
| CN110869794A (zh) * | 2017-04-21 | 2020-03-06 | 华为技术有限公司 | 泄漏信号消除 |
| CN112504304A (zh) * | 2019-09-16 | 2021-03-16 | 群创光电股份有限公司 | 传感器装置和用于操作传感器装置的方法 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012034229A1 (en) | 2010-09-13 | 2012-03-22 | Thunder Bay Regional Research Institute | Systems and methods for resetting photoconductive x-ray imaging detectors |
| EP2748594B1 (en) | 2011-10-26 | 2016-06-08 | Koninklijke Philips N.V. | Radiographic apparatus for detecting photons with offset correction |
| JP5619717B2 (ja) * | 2011-12-16 | 2014-11-05 | 株式会社日立製作所 | 放射線検出器用電源回路およびそれを用いた半導体放射線検出装置 |
| CN104756480B (zh) * | 2012-10-30 | 2018-09-21 | 卡尔斯特里姆保健公司 | 用于数字放射影像检测器的电荷注入补偿 |
| BR112015013392A2 (pt) * | 2012-12-12 | 2017-07-11 | Koninklijke Philips Nv | sistema de imagem, e método |
| KR102054368B1 (ko) | 2013-09-09 | 2019-12-11 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시장치 및 그 구동 방법 |
| US9407843B2 (en) | 2013-10-23 | 2016-08-02 | General Electric Company | Detector system and module for compensating dark current |
| US10267928B2 (en) | 2015-11-26 | 2019-04-23 | Koninklijke Philips N.V. | Dark current compensation |
| CN109716165B (zh) * | 2016-10-27 | 2022-09-30 | 深圳帧观德芯科技有限公司 | 辐射检测器中的暗噪音补偿 |
| JP6666285B2 (ja) | 2017-03-03 | 2020-03-13 | 株式会社東芝 | 放射線検出器 |
| CN111226136B (zh) | 2017-10-30 | 2023-07-18 | 深圳帧观德芯科技有限公司 | 辐射检测器中的暗噪声补偿 |
| EP3567405A1 (en) * | 2018-05-08 | 2019-11-13 | Koninklijke Philips N.V. | Photon counting spectral ct |
| CN113614576A (zh) | 2018-11-29 | 2021-11-05 | Oy直接转换有限公司 | 检测器电路 |
| CN115268540B (zh) * | 2021-04-29 | 2023-08-11 | 圣邦微电子（北京）股份有限公司 | 一种具有采样保持功能的带隙基准电路 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6346077A (ja) * | 1986-08-13 | 1988-02-26 | Hitachi Ltd | 撮像装置の暗電流除去方式 |
| JPH0269691A (ja) * | 1988-09-05 | 1990-03-08 | Toshiba Corp | Ｘ線ｃｔ用放射線検出器 |
| JPH02147923A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-06 | Hitachi Ltd | 光検出回路 |
| JPH05234120A (ja) * | 1992-02-19 | 1993-09-10 | Ricoh Co Ltd | 光ディスク装置の受光素子回路 |
| DE4439759C1 (de) * | 1994-11-07 | 1996-02-01 | Siemens Ag | Photodiodenarray |
| JP3893181B2 (ja) * | 1996-02-26 | 2007-03-14 | キヤノン株式会社 | 放射線撮像装置及び該装置の駆動方法 |
| US5784178A (en) * | 1996-03-06 | 1998-07-21 | Dyna Image Corporation | High performance contact image sensor |
| JPH10115551A (ja) * | 1996-08-19 | 1998-05-06 | Hamamatsu Photonics Kk | 光検出装置および固体撮像装置 |
| JP2000111649A (ja) * | 1998-10-02 | 2000-04-21 | Toshiba Corp | 放射線検出システム |
| JP5329732B2 (ja) | 2000-02-02 | 2013-10-30 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | センサ及びセンサの動作方法 |
| US7068312B2 (en) * | 2000-02-10 | 2006-06-27 | Minolta Co., Ltd. | Solid-state image-sensing device |
| JP4829426B2 (ja) * | 2001-06-05 | 2011-12-07 | キヤノン株式会社 | 放射線撮像装置及び方法、並びに記録媒体及びプログラム |
| WO2004110056A1 (en) | 2003-06-05 | 2004-12-16 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Detector for the detection of x-radiation |
| JP2005287661A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | Shimadzu Corp | 放射線撮像装置 |
| US7773139B2 (en) | 2004-04-16 | 2010-08-10 | Apple Inc. | Image sensor with photosensitive thin film transistors |
| US7122803B2 (en) * | 2005-02-16 | 2006-10-17 | Hologic, Inc. | Amorphous selenium flat panel x-ray imager for tomosynthesis and static imaging |
-
2007
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103297716A (zh) * | 2012-02-24 | 2013-09-11 | 索尼公司 | 图像拾取单元和图像拾取显示系统 |
| CN106999132A (zh) * | 2014-12-03 | 2017-08-01 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于医学x射线图像中的信号补偿的设备及方法 |
| CN106999132B (zh) * | 2014-12-03 | 2021-07-06 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于医学x射线图像中的信号补偿的设备及方法 |
| CN110869794A (zh) * | 2017-04-21 | 2020-03-06 | 华为技术有限公司 | 泄漏信号消除 |
| US11476891B2 (en) | 2017-04-21 | 2022-10-18 | Futurewei Technologies, Inc. | Frequency nonlinearity calibration in frequency-modulated continuous wave radar |
| CN108169791A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-06-15 | 京东方科技集团股份有限公司 | 用于x射线探测器的读取装置及其方法、x射线探测器 |
| US11009613B2 (en) | 2018-03-23 | 2021-05-18 | Beijing Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Reading apparatus for x-ray detector and method for using reading apparatus, and x-ray detector |
| CN108169791B (zh) * | 2018-03-23 | 2024-03-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 用于x射线探测器的读取装置及其方法、x射线探测器 |
| CN112504304A (zh) * | 2019-09-16 | 2021-03-16 | 群创光电股份有限公司 | 传感器装置和用于操作传感器装置的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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