CN109950260A - 具有自动曝光检测能力的辐射图像器及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种辐射图像器，具有自动曝光检测能力，包括高电压电路单元，提供操作偏压。图像感应面板，包含半导体迭层结构，接收该操作偏压且感应入射X射线，产生空穴与电子，该空穴产生正电荷用于产生图像。自动曝光检测器与该高电压电路单元耦接以传递该操作偏压，且检测该电子所产生的电压信号或电流信号随时间的变化形态，决定曝光的起始点与结束点。控制单元耦接于该高电压电路单元、该图像感应面板及自动曝光检测器，配置以进行系统控制，包括对该图像感应面板取得该图像的该图像信号。成像器耦接于该控制单元，接受该图像的该图像信号，以处理该图像信号，且显示及储存该图像。
Description
技术领域
本公开涉及具有自动曝光检测能力的辐射图像器以及其方法。
背景技术
辐射影器，类似可见光的图像感应面板相似，利用像素数组的方式来感应图像光。但是辐射影器的图像光是X射线，因此感应的材料与机制会不同。
辐射影器的图像感应机制是利用X射线进入半导体的感应材料，而产生电子(electrons)以及空穴(holes)，其中对应每一个像素的空穴会被收集，而经过电路的转换，得到图像的像素数据。空穴被收集而得到正电荷，其对应像素的灰阶值，进而像素数组可以组合成一个数字的X射线的辐射图像。
由于辐射影器的感应材料是光导电(photoconductive)材料，用以产生正电荷与负电荷，其存在有暗电流而产生背景(background)准位的问题，其会应响感应图像的正确性。另外，如果曝光时间不适当，例如曝光的起始点与结束点，对应X射线光源的启动时间不一致，其也会影响图像的质量。
如何提升辐射影器的图像感应质量，是技术研发中所需要考虑的因素其一。
发明内容
本公开提供辐射影器，具有自动曝光检测能力，可以提升图像感应质量。
本公开的一实施例提供一种辐射图像器具有自动曝光检测能力，包括高电压电路单元，提供操作偏压。图像感应面板接收该操作偏压且感应入射X射线，产生空穴与电子，该些空穴产生正电荷用于产生图像。自动曝光检测器，与该高电压电路单元耦接以传递该操作偏压，且检测该些电子所产生的感应信号随时间的变化形态，决定曝光的起始点与结束点。控制单元耦接于该高电压电路单元、该图像感应面板及该自动曝光检测器，配置以进行系统控制，包括对该图像感应面板取得该图像的图像信号。成像器耦接于该控制单元，接受该图像的该图像信号，以处理该图像信号，且显示及储存该图像。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该图像感应面板包括基板、上电极层、光导电层、空穴阻挡层、电子阻挡层。基板具有下电极层以及感应电路，该下电极层接收该操作偏压的接地端电压，该感应电路包含多个像素，分别接收该些空穴而转换成电性信号而输出给该控制单元。上电极层接收该操作偏压的正电压。光导电层在感应该入射X射线，产生该些空穴与该些电荷。空穴阻挡层配置在该光导电层与该上电极层之间。电子阻挡层，配置在该光导电层与该下电极层之间。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该空穴阻挡层阻挡由上电极层注入的空穴，该电子阻挡层阻挡由下电极层注入的电子。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该空穴阻挡层的材料是N-型氧化锡，该光导电层的材料是掺杂非晶半导体，该电子阻挡层的材料是P-型氧化锡。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该图像感应面板包括基板、上电极层、光导电层、空穴阻挡层。基板具有下电极层以及感应电路，该下电极层接收该操作偏压的接地端电压，该感应电路包含多个像素，分别接收该些空穴而转换成电性信号而输出给该控制单元。上电极层接收该操作偏压的正电压。光导电层在感应该入射X射线，产生该些空穴与该些电荷。空穴阻挡层，配置在该光导电层与该上电极层之间。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该空穴阻挡层阻挡由上电极层注入的空穴。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该空穴阻挡层的材料是N-型氧化锡，该光导电层的材料是掺杂非晶半导体。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该图像感应面板包括基板、上电极层、光导电层、电子阻挡层。基板具有下电极层以及感应电路，该下电极层接收该操作偏压的接地端电压，该感应电路包含多个像素，分别接收该些空穴而转换成电性信号而输出给该控制单元。上电极层接收该操作偏压的正电压。光导电层在感应该入射X射线，产生该些空穴与该些电荷。电子阻挡层配置在该光导电层与该下电极层之间。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该电子阻挡层阻挡由下电极层注入的电子。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该光导电层的材料是掺杂非晶半导体，该电子阻挡层的材料是P-型氧化锡。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该自动曝光检测器包括电流传感器与控制电路。电流传感器接收输入的高电压传递该操作电压，且输出该感应信号。控制电路接收该感应信号以及内部随时间动态产生参考信号。该参考信号包含启动阶段与结束阶段，其中随时间检测当该感应信号小于或大于该参考信号的时间点，依照该启动阶段或是该结束阶段，决定曝光的该起始点与该结束点。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该参考信号于该启动阶段时，以小于该感应信号的第一初始值开始而根据该参考信号与该感应信号的第一差值随时间的变化，而动态调整该参考信号使逐渐接近该感应信号。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，当第一差值在一预定观察时间内产生比预定值大的负向增幅，则产生该起始点。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该感应信号的下降率大于预定下降率时决定该起始点。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该参考信号于该结束阶段时，以大于该感应信号的第二初始值开始，根据与该感应信号的第二差值随时间的变化，而动态调整该参考信号使逐渐接近该感应信号。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，当第二差值在一预定观察时间内产生比预定值大的负向增幅，则产生该结束点。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该感应信号上升率大于预定上升率时决定该结束点。
于本公开的一实施例，在辐射图像器中，该自动曝光检测器也与该控制单元通讯，当该控制单元追踪该感应信号，如果超过安全范围，则发出停止信号给X射线发射源，而结束曝光。
本公开的一实施例提供一种自动曝光检测方法，适用于辐射图像器，其中该辐射图像器具有：图像感应面板以接收操作偏压且感应入射X射线，产生空穴与电子，该些空穴产生正电荷用于产生图像；以及自动曝光检测器依照该自动曝光检测方法决定曝光的起始点与结束点。该自动曝光检测方法包括使用电流传感器，接收输入的高电压传递给该图像感应面板，且输出该感应信号。本方法也包括使用控制电路，接收该感应信号以及内部随时间动态产生参考信号，其中该参考信号包含启动阶段与结束阶段。随时间检测当该感应信号小于或大于该参考信号的时间点，依照该启动阶段或是该结束阶段，决定曝光的该起始点与该结束点。
于本公开的一实施例，在自动曝光检测方法中，该参考信号于该启动阶段时，以小于该感应信号的第一初始值开始，而根据该参考信号与该感应信号的第一差值随时间的变化，而动态调整该参考信号使逐渐接近该感应信号。
于本公开的一实施例，在自动曝光检测方法中，当第一差值在一预定观察时间内产生比预定值大的负向增幅，则产生该起始点。
于本公开的一实施例，在自动曝光检测方法中该该感应信号的下降率大于预定下降率时决定起始点。
于本公开的一实施例，在自动曝光检测方法中，该参考信号于该结束阶段时，以大于该感应信号的第二初始值开始，根据与该感应信号的第二差值随时间的变化，而动态调整该参考信号使逐渐接近该感应信号。
于本公开的一实施例，在自动曝光检测方法中，当第二差值在一预定观察时间内产生比预定值大的负向增幅，则产生该结束点。
于本公开的一实施例，在自动曝光检测方法中，该感应信号上升率大于预定上升率时决定该结束点。
于本公开的一实施例，在自动曝光检测方法中，该自动曝光检测器也与该控制单元通讯，当该控制单元追踪该感应信号，如果超过安全范围，则发出停止信号给X射线发射源，而结束曝光。
于本公开的一实施例，在自动曝光检测方法中，其中动态产生该参考信号的该步骤，在该启动阶段的一次更新循环中包括：
计算多个参数，包括在取样时间点读取以及数字化该感应信号；
对预计数量的该些取样点的该感应信号，依照统计方式作平均值(μ)与标准偏移(σ)的计算，其中以平均值(μ)更新背景准位(QB)，计算平均的该参考信号的下降率(RF)；
尚未达到曝光起始点，判断下降率(RF)是否满足参考信号补偿条件，亦即下降率(RF)小于等于参考下降率(RFS)(RF≦RFS)，其中如果为否”就离开，如果为“是就继续以下步骤参考信号补偿；
计算当前差异值D，其中D＝(μ-σ)-DREF，DREF是当前参考值；
检验D≧ZSAFE的条件，其中ZSAFE是安全监视范围；
如果D≧ZSAFE的条件为“是”，以ZSAFE更新为DREF；
如果D≧ZSAFE的条件为“否”，以(μ-σ)更新为DREF；
取得更新后的该DREF；以及
根据该DREF更新参考信号VREF。
于本公开的一实施例，在自动曝光检测方法中，动态产生该参考信号的该步骤，在该启动阶段后一次更新循环中包括：
计算多个参数，包括在取样时间点读取以及数字化感应信号；
对多个取样点的感应信号，依照统计方式作平均值(μ)与标准偏移(σ)的计算，计算参考值(μ+σ)，以平均值(μ)更新背景准位(QB)；
累计(μ-QB)得到总电量QT；
检验QS≦QT，如果是QS≦QT就停止X射线，否则进行以下的步骤；
计算平均的该感应信号的上升率(RS)；
尚未达到曝光结束点，判断上升率(RS)是否满足参考信号补偿条件(RS≦RRS)，其中如果为“否”就离开，如果为“是”就继续以下步骤参考信号补偿；
计算当前差异值D，其中D＝DREF-(μ+σ)，DREF是当前参考值；
检验D≧ZSAFE的条件，其中ZSAFE是安全监视范围；
如果D≧ZSAFE为“是”，以ZSAFE更新为DREF；
如果D≧ZSAFE为“否”，以(μ+σ)更新为DREF；
取得更新后的该DREF；以及
根据该DREF更新该参考信号VREF
为让本公开的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本公开的一实施例，示出辐射图像器的电路架构的示意图。
图2是依照本公开的一实施例，示出图像感应面板的示意图。
图3是依照本公开的一实施例，示出图像感应面板的操作示意图。
图4是依照本公开的一实施例，示出图像感应面板的感应机制示意图。
图5是依照本公开的一实施例，示出自动曝光检测器的示意图。
图6是依照本公开的一实施例，示出自动曝光检测器的信号特征图形与感应机制的示意图。
图7是依照本公开的一实施例，示出自动曝光检测方法的起始点检测的动态更新参考电压的机制示意图。
图8是依照本公开的一实施例，示出自动曝光检测方法的结束点检测的动态更新参考电压的机制示意图。
图9是依照本公开的一实施例，示出图像感应面板的示意图。
图10是依照本公开的一实施例，示出图像感应面板的示意图。
具体实施方式
本公开是关于辐射图像器，其具有自动曝光检测能力。可以对X射线的图像光进行有效率感应，也藉此可以提升辐射图像质量。
以下举一些实施例来说明本公开，然而本公开不限于所举的实施例。
图1是依照本公开的一实施例，示出辐射图像器的电路架构的示意图。参阅图1，就辐射图像器的整体架构，本公开的一实施例所提供的辐射图像器是具有自动曝光检测能力，包括图像感应面板10、高电压(High Voltage,HV)电路单元20以HV表示、自动曝光检测器(Automatic Exposure Detection,AED)30以AED表示、控制单元40以及成像器50。以下再进一步描述每一个电路区块的结构与功用。
就整体的操作，高电压电路单元20提供操作偏压。操作偏压一般例如是1000V的高电压。图像感应面板10经由自动曝光检测器(AED)30接收高电压电路单元20提供的操作偏压，且感应入射X射线14，而产生空穴与电子，其机制会于后面作较详细的描述。该些空穴产生正电荷用于产生图像。自动曝光检测器(AED)30与高电压电路单元(HV)20耦接以传递该操作偏压，且检测由图像感应面板10的该些电子所产生的感应信号，其随时间的变化形态，决定曝光的起始点与结束点。控制单元40耦接于高电压电路单元(HV)20、图像感应面板10及自动曝光检测器(AED)30，配置以进行系统控制，包括对图像感应面板10取得图像的图像信号。成像器50耦接于控制单元40，接受图像的图像信号，以处理该图像信号，且显示及储存该图像。控制单元40例如包含取像控制器41以及系统控制器42。取像控制器41控制图像感应面板10的像素的导通，以及对应像素的取像。系统控制器42进行整个系统的控制。成像器50例如包含图像处理器51用以处理图像信号，之后由显示器53显示。储存器52可以储存图像。
图2是依照本公开的一实施例，示出图像感应面板的示意图。参阅图2，图像感应面板10包括上电极层1、空穴阻挡层2、光导电(photoconductive)层3、电子阻挡层4以及基板12。空穴阻挡层2、光导电层3、电子阻挡层4构成半导体迭层11。基板12具有下电极层5以及感应电路6。下电极层5接收操作偏压的接地端电压。依照像素数组的配置，该感应电路包含多个像素，分别接收该些空穴而转换成电性信号，而输出给控制单元40。上电极层1接收操作偏压的正电压。光导电层3在感应该入射X射线，产生该些空穴与该些电子。空穴阻挡层2配置在该光导电层3与该上电极层1之间。电子阻挡层4配置在该光导电层3与该下电极层5之间。
进一步描述图像感应面板10的感应机制。图3是依照本公开的一实施例，示出图像感应面板的操作示意图。图4是依照本公开的一实施例，示出图像感应面板的感应机制示意图。
参阅图3与图4，光导电层3的材料例如是非晶硒(selenium,Se)，其更例如是硒可与少量(0.1％-0.8％)砷(arsenic,As)的合金，可以避免结晶化。另外，也可以掺杂氯(chlorine,Cl)，例如10ppm到200ppm以增加空穴载子的传送(transport)。光导电层的厚度例如100微米(μm)到2000微米的范围。又例如在乳房X光检查(mammography)时可以是150微米到250微米的范围。又例如在一般图像的应用上时可以是500微米到1000微米的范围。在一实施例中，空穴阻挡层2例如是N-型氧化锡(SnO2或SnOX,1≤x≤2)。纯SnO2是简并N型半导体(degenerate N-type oxide semiconductor)，能量间隙是3.6eV。空穴阻挡层2的形成例如使用锡Sn的靶材在含15％的氧气的氩气Ar的气氛下进行溅镀，或是以二氧化锡SnO2的靶材在含10％的氢气的氩气Ar的气氛下进行溅镀，厚度例如是10奈米(nm)到200奈米的范围。电子阻挡层4例是P型氧化锡(SnO2或SnOX，1≤x≤2)。要产生P型的特性，例如可以使用锡Sn的靶材在含8％的氧气的氩气(Ar)的气氛下([O2]/([O2]+[Ar]))形成，或是以二氧化锡SnO2的靶材在含33％的氢气的氩气(Ar)的气氛下([H2]/([H2]+[Ar]))形成，厚度例如是10奈米(nm)到200奈米的范围。本公开不限定于所举特定的材料且上述可采用下列方法之一制作，例如：电子束蒸镀(electron beam evaporation)、脉冲激光沉积(pulsed laserdeposition)、化学气相沉积(chemical vapor evaporation)、水溶液处理(aqueoussolution process)、水热合成(hydrothermal synthesis)和磁控溅镀机(magnetronsputtering)等方法。
当X射线14进入光导电层3时，在操作电压下，基于材料特性，X射线14依照通过对象后所产生的强度不同，与光导电层3作用(interaction)，而转换成相对数量的电子与空穴。操作电压(VA)的正电端连接上电极层1，操作电压(VA)的负电端连接基板12的下电极层5。电子是带负电会向上电极层1飘移(drift)，空穴是带正电会向下电极层5飘移。图4是电子与空穴的飘移机制，亦为各层次材料的能带图(energy band diagram)。
本公开以光导电层3为基础，于一实施例提出，空穴阻挡层2配置在该光导电层3与该上电极层1之间。电子阻挡层4配置在该光导电层3与该下电极层5之间。空穴阻挡层2阻挡或是吸收(trap)由上电极层1注入的空穴。电子阻挡层阻挡4由下电极层5注入的电子。
空穴阻挡层2要阻挡上电极层1注入的空穴，其例如是N型材料，更例如是N-型氧化锡(SnO2或SnOX)，可以吸收正电的空穴。电子阻挡层4要阻挡下电极层5注入的电子，其例如是P型材料，更例如是P-型氧化锡(SnO或SnOX)，可以吸收负电的空穴子。如此，藉由空穴阻挡层2与电子阻挡层4作用，图像感应面板10减少受到外部电源的影响，而由光导电层3所产生的空穴，可以较准确被收集成为图像信号，同时由光导电层3所产生的电子，可以较准确被收集，当作自动曝光检测器(AED)30的AED信号，藉由AED信号相对于X射线产生与结束的特征图形(feature pattern)来自动判断曝光的起始点与结束点。特征图形与判断方式会在后面较详细描述。
于此，本公开的空穴阻挡层2与电子阻挡层4的材料不需要限制于所举的材料，其它可以达到所需要的N/P型以及导电特性的材料都也可以使用。另外，空穴阻挡层2与电子阻挡层4也不是两者都需要，而可以选择其一即可，其如后面会描述的图9与图10的变化。
基于空穴阻挡层2与电子阻挡层4的作用，AED信号可以产生由自动曝光检测器(AED)30检测。以下先描述自动曝光检测器(AED)30的电路架构。图5是依照本公开的一实施例，示出自动曝光检测器的示意图。参阅图5，自动曝光检测器(AED)30包括电流传感器90与控制电路100。电流传感器90接收由高电压电路单元(HV)20所输入的高电压，而透过电流传感器90的传递，提供此操作电压给图像感应面板10的上电极层1。电流传感器90感应上电极层1而输出感应信号。此感应信号包含光导电层3中所产生的电子的效应。
图6是依照本公开的一实施例，示出自动曝光检测器的信号特征图形与感应机制的示意图。就整体运作，其也可以参阅图6。在高电压电路单元(HV)20提供的电压信号126为开启(ON)的期间，控制电路100接收感应信号VF 128以及内部随时间动态产生参考信号VREF130，在高电压电路单元(HV)20开启(ON)的瞬间，参考信号VREF130会突降(drop)。参考信号VREF 130包含启动阶段120与结束阶段124。在启动阶段120与结束阶段124之间是曝光阶段122。其中随时间检测，当该感应信号VF 128小于或是大于该参考信号VREF130的时间点，如标示区域，依照启动阶段120或是结束阶段124而决定曝光阶段122的起时点136与结束点138。在启动阶段120区域，参考信号VREF 130小于感应信号VF 128(VREF＜VF)；在结束阶段124区域，参考信号VREF 130小于感应信号VF 128(VREF＜VF)。在启动阶段120区域的末端时，X射线进行照射使得感应信号VF128突降，造成感应信号VF128小于参考信号VREF130(VF<VREF)使差动比较器104输出信号Vc 134转态(High to Low)并且触发(trigger)微控器108，决定曝光的起始点136。此时进入曝光阶段122，在曝光阶段122中，参考信号VREF 130大于感应信号VF 128(VREF>VF)，并不断进行参考信号VREF 130补偿已使其更接近感应信号VF128并维持参考信号VREF 130略大于感应信号VF128。在曝光阶段122的末端时，X射线关闭使得感应信号VF128缓升，造成感应信号VF 128大于参考信号VREF130(VF>VREF)，使差动比较器104输出信号Vc进行另一转态(Low_to_High)并且触发(trigger)微控器108决定曝光的结束点138，参考信号VREF 130与感应信号VF 128的量值比较与差动比较器104输出信号Vc两次转态的量值决定曝光阶段122的区间。
再回到图5，关于电路的架构，由电流传感器90输出电流感应信号，经过转阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)102的转换，转阻放大器102将电流感应信号转换为电压感应信号，得到感应信号VF。此感应信号VF经过模拟到数字转换器(ADC)106的取样，由微控制器单元(Microcontroller Unit,MCU)108进行状态的判断，而决定曝光的起始点与结束点。
由于本公开参考信号VREF会参照感应信号VF的状态，随时间动态调整，微控制器单元(MCU)108将调整后的参考信号VREF经由数字到模拟到数字转换器(DAC)110转换成模拟的参考信号VREF，透过比较器104与感应信号VF比较，而得到差值信号Vc。此差值信号Vc在微控制器单元(MCU)108分析，而输出自动曝光检测(AED)信号34。微控制器单元(MCU)108的判断机制，将会于后面描述。另外基于其他有利于安全的考虑，准备(Ready)信号32以及曝光指标(Qs)33也会输入给微控制器单元(MCU)108参考，当在操作状态不符合曝光指标(Qs)33的要求时，可以强制发出禁能(Disable)信号31，而停止操作。微控制器单元(MCU)108也控制转阻放大器102的可变电阻器112，可以调整其放大率。
参阅图6，参考信号VREF 130与感应信号VF 128是电压信号。当电压信号(HV)126转为开启(ON)的状态而提供操作电压时，图像感应面板10尚未接收到X射线，也尚未开始曝光，因此处于启动阶段120。在启动阶段120时，因为高电压会使图像感应面板10产生暗电流，感应信号VF 128开始缓降行为。此时的感应信号VF 128的背景准位132，主要是来自暗电流以及其它可能噪声。同时，自动曝光检测器(AED)30指示控制单元40，使得下电极层5以及感应电路6连续地开始清除图像感应面板10上的暗电流而趋于相对地稳定的状态。而在X射线进入图像感应面板10时，感应信号VF128会离开背景准位132的电压值，而会大幅瞬间下降。此瞬间可以是实时，也可以了解是指短时间内类似阶梯的变化。在图6中，下面朝上的箭头是代表取样的时间点，也就是，感应信号VF128与参考信号VREF130依照时间间隔取样。于此，为了避免每个取样点的取样偏差，于一实施例，感应信号VF128与参考信号VREF130是根据多个取样点依照统计方式所得的平均值。
本公开的参考信号VREF130的设定，在电压信号126仍然在关闭(OFF)时，一开始先设定在远离感应信号VF128的范围，之后透过控制电路100的微控制器单元(MCU)108的分析，逐渐调整而趋向感应信号VF128。此时，参考信号VREF130与感应信号VF128以下降率或是幅值来看，二者大致上是接近，但是维持参考信号VREF130略小于感应信号VF128。
当X射线确实进入图像感应面板10时，由于光导电层3对X射线的感应而产生大量电子-空穴对，导致电流突增，此电流转换成电压信号形式的感应信号VF128，其会有突降的现象。自动曝光检测器(AED)30的差动比较器104瞬间转态。差动比较器104的输出信号Vc134的下降沿(falling edge)，会促发微控制器单元(MCU)108进入曝光阶段122，同时，自动曝光检测器(AED)30指示控制单元40，停止清除图像感应面板10上的暗电流。感应信号VF128的下降率会短时间变大，或是感应信号VF128的幅值会短时间与明显小于参考信号VREF130。因此，依照检测到的时间点，可以决定出曝光起始点136。于此曝光起始点136可以与检测的时间点相同或是合理范围内的小幅延迟。从另一方面来看，感应信号VF128小于参考信号VREF130的时间点(VF<VREF)，使差动比较器104输出信号Vc 134转态(High_to Low)并且触发(trigger)微控器108可以用来决定曝光起始点136。
就实际运作的一实施例，参考信号VREF 130于启动阶段120时，是以小于感应信号VF 128的初始值开始，而根据参考信号VREF 130与感应信号VF128的随时间的变化的差值(第一差值)，而动态调整参考信号VREF 130使逐渐接近感应信号VF 128。
于启动阶段120时，参考信号VREF 130小于感应信号VF 128，因此启动阶段120时的差值是负值，但是在进入曝光阶段122时，差值由负值转为正值，由于差值的符号是相反的现象，也可以称为负向增幅。因为X射线进入时，感应信号VF 128会突降。于一实施例，负向增幅以大于一个预定量来判断。于一实施例，为了增加判断的正确性实时判断外，也可以观察一预定观察时间(包含实时)内进行判断，如此产生起始点136。另外由于感应信号VF128会突降，如果以下降率来观察，其也是会短时间大幅下降，就比较方式例如是比预定的下降率大，藉以决定起时点136。
同样的机制也可以用来判断曝光阶段122结束点138。由参考信号VREF130与感应信号VF 128差值(第二差值)会由正值转为负值的负向增幅，由或是以下升率为考虑，观察比预定的上升率大的时间点，藉以决定结束点138。
在通过曝光起始点136后，依照前述起始的相同原则，也是将参考信号VREF130调整趋近感应信号VF128，但是维持大于感应信号VF128。如此当X射线结束或是关闭时，由电子-空穴对所产生的感应电流消失，因此感应信号VF128的电压会明显会上升而要回到暗流的状态，而此时上升的感应信号VF128在大于参考信号VREF130时，差动比较器104的输出信号Vc 134会有低到高(Low_to_High)的转态，而成为高准位，输出信号Vc 134上升沿(risingedge)用来促发微控器108停止曝光阶段122，而进入结束阶段124。然而就实际的应用，所检测到的时间点可用来决定曝光结束点138，其可以是实时或是合理延迟一小段时间。
对于上述的机制，其可以由控制电路100来完成，其中微控制器单元(MCU)108可以执行所需要的程序，进行计算与比较。图7是依照本公开的一实施例，示出自动曝光检测方法的起始点检测的动态更新参考电压的机制示意图。参阅图7，依照图6的机制，参考信号VREF会动态更新。参考信号VREF在开始先设定足小于背景准位(QB)，而随时间逐渐上升接近感应信号VF(μ)，之后依照下面更新的方式更新参考信号VREF。在控制上，于步骤S10，发出时间的开始信号后就开始一个更新循环(cycle)。步骤S12是一些参数的计算，包括在取样时间点读取以及数字化感应信号VF。对多个取样点的感应信号VF依照统计方式作平均值(mean,μ)与标准偏移(standard deviation,σ)的计算。以平均值(μ)更新背景准位(QB)，使得背景准位等于平均值(QB＝μ)。平均值(μ)是指信号电压的统计平均值。计算平均的VF(μ)的下降率(RF)，其中VF(μ)代表示取样点的感应信号VF经过统计平均后所得到的VF值。于步骤S14，是确定尚未达到曝光起始点。也就是，如果感应信号的下降率(RF)还维持小于或是等于参考下降率(RFS)时，(RF≦RFS)成立，则继续进行参考信号的更新，否则就直进入步骤S28而直接结束更新。
于步骤S16，计算当前差异值D，其中D＝(μ-σ)-DREF，DREF是当前参考值，其在初始是给予的值，但是在后续步骤S20或是S22中会随时间更新。于步骤S18，检验D≧ZSAFE的条件，其中ZSAFE是合理估计的调整幅度的安全监视范围(safe guard region)，也就是说如果当前差异值D过大时，最大只调整ZSAFE的程度。也就是，如果步骤S18是“是”，于步骤S20就以ZSAFE更新为DREF。如果步骤S18是“否”，就以(μ-σ)更新为DREF。步骤S24，取得更新后的DREF。步骤S26，根据DREF更新参考信号VREF。步骤S28，结束本次的更新循环。
于此，过程中只要发生感应信号VF的下降率(RF)增大时，此时差值信号VC信号转态(由高位准HIGH到低位准LOW)，触发微控制器单元(MCU)108，可以预期是X射线已启动，即检测到X射线起始点，微控制器单元(MCU)108输出高为准HIGH的自动曝光检测(AED)信号34，已告知取像控制器41以及系统控制器42进入曝光期。由于曝光已经开始，因此接着需要检测结束点。而参考信号(VRFF)是上升的方向调整。
图8是依照本公开的一实施例，示出自动曝光检测方法的结束点检测的动态更新参考电压的机制示意图。参考图8。
于步骤S30，发出时间的开始信号后就开始一个结束点检测的更新循环(cycle)。步骤S32是一些参数的计算，包括在取样时间点读取以及数字化感应信号VF。对多个取样点的感应信号VF依照统计方式作平均值(mean,μ)与标准偏移(standard deviation,σ)的计算。另外也计算参考值(μ+σ)。以平均值(μ)更新背景准位(QB)，使得背景准位等于平均值(QB＝μ)。累计(μ-QB)得到累积的总电量QT，其算式为QT(n)＝QT(n-1)+(μ(n)-QB)。在进入曝光阶段122时，总电量QT重设为零，而开始累积总电量QT，用于逐渐调整参考电压VREF，其计算如式(1):
QT(N)：是曝光阶段起始后，第N个(Nth)取样时间点的总电量QT；
N：是取样点的数量；
n：是第n个取样点；
μ(n)：第n个由前面多个取样点的信号电压的平均值；及
QB：信号电压的背景值，是在启动阶段120中最后取样得到的信号电压平均值。
针对曝光阶段中随N个取样时间点，取得累积的总电量QT(N)，如排除背景值QB后的累积面积68所示，可以用来与曝光指标QS比较，可以确认是否过度曝光，而强制停止曝光。总电量QT(N)等同对起时点136之水平线与感应信号VF划过的面积作积分，藉由总电量QT(N)可推导出X射线14的剂量，并且藉由起时点136与结束点138，得知X射线14的曝光时间。
于步骤S34，基于安全考虑，先检验曝光指标QS是否小于等于总电量QT(QS≦QT)。如果是QS≦QT，就于步骤S36传送禁能(Disable)信号31给X射线发射源，藉以停止X射线，否则开始针对曝光结束点进行更新参考信号VREF。于步骤S38，计算平均的VF(μ)的上升率(RS)。步骤S40是确定尚未达到曝光结束点。也就是，如果感应信号的上升率(RS)还维持小于或是等于曝光结束的预期上升率(RRS)时，(RS≦RRS)成立，则继续进行参考信号的更新，否则就直进入步骤54而直接结束更新。
于步骤S42，计算当前差异值D，其中D＝DREF-(μ+σ)，DREF是当前参考值。于步骤S44，检验D≧ZSAFE的条件，其中ZSAFE是安全监视范围(safe guard region)。如果步骤S44是“是”，于步骤S46就以ZSAFE更新为DREF。如果步骤S44是“否”，就以(μ+σ)更新为DREF。步骤S50，取得更新后的DREF。步骤S52，根据DREF更新参考信号VREF。步骤S54，结束本次的更新循环。
于此，过程中只要发生感应信号VF的上升率(RS)增大时，此时差值信号VC信号转态(由低位准LOW到高位准HIGH)，触发微控制器单元(MCU)108，可以预期是X射线已结束，即检测到X射线结束点，微控制器单元(MCU)108即输出低位准LOW的自动曝光检测(AED)信号34，告知系统控制器42结束曝光期。取像控制器41将读取图像感应面板10内的信号，以利后续图像处理显示及储存，及完成曝光操作周期。
在图2的图像感应面板10是包含空穴阻挡层2以及电子阻挡层4。然而，空穴阻挡层2以及电子阻挡层4选择其一，也是有类似的效果。图9是依照本公开的一实施例，示出图像感应面板的示意图。参阅图9，本实施例仅使用空穴阻挡层2与光导电层3的迭层，省去电子阻挡层4。
图10是依照本公开的一实施例，示出图像感应面板的示意图。参阅图10，比较于图2的迭层结构，本实施例仅使用光导电层3与电子阻挡层4的迭层，省去空穴阻挡层2。
本公开提出图像感应面板10，其使用空穴阻挡层2以及电子阻挡层4得至少其一，可以维持空穴的电荷收集构成图像。另外有允许电子较准确被自动曝光检测器检测。利用X射线进入与消失所产生的感应信号的特征图形，可以自动曝光检测，有效控制曝光的开启时段。
附图标记列表
1：上电极层
2：空穴阻挡层
3：光导电层
4：电子阻挡层
5：下电极层
6：感应电路
10：图像感应面板
11：半导体迭层
12：基板
14：X射线
20：高电压(HV)电路单元
30：自动曝光检测器
31：禁能(Disable)信号
32：准备(Ready)信号
33：曝光指标(Qs)
34：自动曝光检测(AED)信号
40：控制单元
41：取像控制器
42：系统控制器
50：成像器
51：图像处理器
52：储存器
53：显示器
68：累积面积
90：电流传感器
100：与控制电路
102：转阻放大器
104：比较器
106：模拟到数字转换器
108：微控制器单元
110：模拟到数字转换器
112：可变电阻器
120：启动阶段120
122：曝光阶段
124：结束阶段
126：电压信号
128：感应信号VF
130：参考信号
132：背景准位
134：输出信号(Vc)
136：起始点
138：结束点
S10、S12、S14、S16、S18、S20、S22、S24、S26、S28：步骤
S30、S32、S34、S36、S38：步骤
S40、S42、S44、S46、S48、S50、S52、S54：步骤
Claims (28)
1.一种辐射图像器，具有自动曝光检测能力，包括：
高电压电路单元，提供操作偏压；
图像感应面板，接收该操作偏压且感应入射X射线，产生空穴与电子，该些空穴产生正电荷用于产生图像；
自动曝光检测器，与该高电压电路单元耦接以传递该操作偏压，且检测该些电子所产生的感应信号随时间的变化形态，决定曝光的起始点与结束点；
控制单元，耦接于该高电压电路单元、该图像感应面板及该自动曝光检测器，配置以进行系统控制，包括对该图像感应面板取得该图像的图像信号；以及
成像器，耦接于该控制单元，接受该图像的该图像信号，以处理该图像信号，且显示及储存该图像。
2.如权利要求1所述的辐射图像器，其中该图像感应面板包括：
基板，具有下电极层以及感应电路，该下电极层接收该操作偏压的接地端电压，该感应电路包含多个像素，分别接收该些空穴而转换成电性信号而输出给该控制单元；
上电极层，接收该操作偏压的正电压；
光导电层，在感应该入射X射线，产生该些空穴与该些电荷；
空穴阻挡层，配置在该光导电层与该上电极层之间；以及
电子阻挡层，配置在该光导电层与该下电极层之间。
3.如权利要求2所述的辐射图像器，其中该空穴阻挡层阻挡由该上电极层注入的空穴，该电子阻挡层阻挡由下电极层注入的电子。
4.如权利要求2所述的辐射图像器，其中该空穴阻挡层的材料是N-型氧化锡，该光导电层的材料是掺杂非晶半导体，该电子阻挡层的材料是P-型氧化锡。
5.如权利要求1所述的辐射图像器，其中该图像感应面板包括：
基板，具有下电极层以及感应电路，该下电极层接收该操作偏压的接地端电压，该感应电路包含多个像素，分别接收该些空穴而转换成电性信号而输出给该控制单元；
上电极层，接收该操作偏压的正电压；
光导电层，在感应该入射X射线，产生该些空穴与该些电荷；以及
空穴阻挡层，配置在该光导电层与该上电极层之间。
6.如权利要求5所述的辐射图像器，其中该空穴阻挡层阻挡由该上电极层注入的空穴。
7.如权利要求5所述的辐射图像器，其中该空穴阻挡层的材料是N-型氧化锡，该光导电层的材料是掺杂非晶半导体。
8.如权利要求1所述的辐射图像器，其中该图像感应面板包括：
基板，具有下电极层以及感应电路，该下电极层接收该操作偏压的接地端电压，该感应电路包含多个像素，分别接收该些空穴而转换成电性信号而输出给该控制单元；
上电极层，接收该操作偏压的正电压；
光导电层，在感应该入射X射线，产生该些空穴与该些电荷；以及
电子阻挡层，配置在该光导电层与该下电极层之间。
9.如权利要求8所述的辐射图像器，其中该电子阻挡层阻挡由下电极层注入的电子。
10.如权利要求8所述的辐射图像器，其中该光导电层的材料是掺杂非晶半导体，该电子阻挡层的材料是P-型氧化锡。
11.如权利要求1所述的辐射图像器，其中该自动曝光检测器包括：
电流传感器，接收输入的高电压传递一操作电压，且输出该感应信号；以及
控制电路，接收该感应信号以及内部随时间动态产生参考信号，其中该参考信号包含启动阶段与结束阶段，其中随时间检测当该感应信号小于或大于该参考信号的时间点，依照该启动阶段或是该结束阶段，决定曝光的该起始点与该结束点。
12.如权利要求11所述的辐射图像器，其中该参考信号于该启动阶段时，以小于该感应信号的第一初始值开始而根据该参考信号与该感应信号的第一差值随时间的变化，而动态调整该参考信号使逐渐接近该感应信号。
13.如权利要求12所述的辐射图像器，其中当第一差值在一预定观察时间内产生比预定值大的负向增幅，则产生该起始点。
14.如权利要求12所述的辐射图像器，其中该感应信号的下降率大于预定下降率时决定该起始点。
15.如权利要求12所述的辐射图像器，其中该参考信号于该结束阶段时，以大于该感应信号的第二初始值开始，根据与该感应信号的第二差值随时间的变化，而动态调整该参考信号使逐渐接近该感应信号。
16.如权利要求15所述的辐射图像器，其中当第二差值在一预定观察时间内产生比预定值大的负向增幅，则产生该结束点。
17.如权利要求15所述的辐射图像器，其中该感应信号的上升率大于预定上升率时决定该结束点。
18.如权利要求11所述的辐射图像器，其中该自动曝光检测器也与该控制单元通讯，当该控制单元追踪该感应信号，如果超过安全范围，则发出停止信号给X射线发射源，而结束曝光。
19.一种自动曝光检测方法，适用于辐射图像器，其中该辐射图像器具有：图像感应面板以接收操作偏压且感应入射X射线，产生空穴与电子，该些空穴产生正电荷用于产生图像；以及自动曝光检测器依照该自动曝光检测方法决定曝光的起始点与结束点，该自动曝光检测方法包括：
使用电流传感器，接收输入的高电压传递给该图像感应面板，且输出该感应信号；以及
使用控制电路，接收该感应信号以及内部随时间动态产生参考信号，其中该参考信号包含启动阶段与结束阶段，其中随时间检测当该感应信号小于或大于该参考信号的时间点，依照该启动阶段或是该结束阶段，决定曝光的该起始点与该结束点。
20.如权利要求19所述的自动曝光检测方法，其中该参考信号于该启动阶段时，以小于该感应信号的第一初始值开始，而根据该参考信号与该感应信号的第一差值随时间的变化，而动态调整该参考信号使逐渐接近该感应信号。
21.如权利要求20所述的自动曝光检测方法，其中当第一差值在一预定观察时间内产生比预定值大的负向增幅，则产生该起始点。
22.如权利要求20所述的自动曝光检测方法，其中该感应信号的下降率大于预定下降率时决定该起时点。
23.如权利要求20所述的自动曝光检测方法，其中该参考信号于该结束阶段时，以大于该感应信号的第二初始值开始，根据与该感应信号的第二差值随时间的变化，而动态调整该参考信号使逐渐接近该感应信号。
24.如权利要求23所述的自动曝光检测方法，其中当第二差值在一预定观察时间内产生比预定值大的负向增幅，则产生该结束点。
25.如权利要求23所述的自动曝光检测方法，其中该感应信号的上升率大于预定上升率时决定该结束点。
26.如权利要求19所述的自动曝光检测方法，其中该自动曝光检测器也与该控制单元通讯，当该控制单元追踪该感应信号，如果超过安全范围，则发出停止信号给X射线发射源，而结束曝光。
27.如权利要求19所述的自动曝光检测方法，其中动态产生该参考信号的该步骤，在该启动阶段的一次更新循环中包括：
计算多个参数，包括在取样时间点读取以及数字化该感应信号；
对预计数量的该些取样点的该感应信号，依照统计方式作平均值(μ)与标准偏移(σ)的计算，其中以平均值(μ)更新背景准位(QB)，计算平均的该参考信号的下降率(RF)；
尚未达到曝光起始点，判断该下降率(RF)是否满足参考信号补偿条件，亦即该下降率(RF)小于等于参考下降率(RFS)(RF≦RFS)，其中如果为“否”就离开，如果为“是”就继续以下步骤参考信号补偿；
计算当前差异值D，其中D＝(μ-σ)-DREF，DREF是当前参考值；
检验D≧ZSAFE的条件，其中ZSAFE是安全监视范围；
如果D≧ZSAFE的条件为“是”，以ZSAFE更新为DREF；
如果D≧ZSAFE的条件为“否”，以(μ-σ)更新为DREF；
取得更新后的该DREF；以及
根据该DREF更新该参考信号VREF。
28.如权利要求19所述的自动曝光检测方法，其中动态产生该参考信号的该步骤，在该启动阶段后一次更新循环中包括：
计算多个参数，包括在取样时间点读取以及数字化感应信号；
对多个取样点的感应信号，依照统计方式作平均值(μ)与标准偏移(σ)的计算，计算参考值(μ+σ)，以平均值(μ)更新背景准位(QB)；
累计(μ-QB)得到总电量QT；
检验QS≦QT，如果是QS≦QT就停止X射线，否则进行以下的步骤；
计算平均的该感应信号的上升率(RS)；
尚未达到曝光结束点，判断该上升率(RS)是否满足参考信号补偿条件，亦即该上升率(RS)小于等于参考下降率(RFS)(RS≦RRS)，其中如果为“否”就离开，如果为“是”就继续以下步骤参考信号补偿；
计算当前差异值D，其中D＝DREF-(μ+σ)，DREF是当前参考值；
检验D≧ZSAFE的条件，其中ZSAFE是安全监视范围；
如果D≧ZSAFE为“是”，以ZSAFE更新为DREF；
如果D≧ZSAFE为“否”，以(μ+σ)更新为DREF；
取得更新后的该DREF；以及
根据该DREF更新该参考信号VREF。
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