CN117119963A - 使用半导体辐射检测器的成像方法 - Google Patents

使用半导体辐射检测器的成像方法 Download PDF

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CN117119963A CN202180096760.5A CN202180096760A CN117119963A CN 117119963 A CN117119963 A CN 117119963A CN 202180096760 A CN202180096760 A CN 202180096760A CN 117119963 A CN117119963 A CN 117119963A
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曹培炎
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Abstract

本文公开了一种方法，所述方法包括：从辐射源(500)上的第一位置(501)向场景(50)发射辐射粒子；通过图像传感器(9000)使用仅来自所述第一位置(501)的辐射粒子捕获所述场景(50)的第一局部图像(1010)；从所述辐射源(500)上的第二位置(502)向所述场景(50)发射辐射粒子，所述第二位置(502)相对于所述场景(50)不同于所述第一位置(501)；通过所述图像传感器(9000)使用仅来自所述第二位置(502)的辐射粒子捕获所述场景(50)的第二局部图像(1020)；通过拼接所述局部图像(1010,1020)来形成所述场景(50)的图像；其中，所述图像传感器(9000)在布置成条(211，212)的辐射检测器(100)当中具有死区(488)；其中，所述第一局部图像(1010)中的部分场景(50)由落在所述图像传感器(9000)的所述死区(488)上的仅来自所述第一位置(501)的辐射粒子形成。

Description

使用半导体辐射检测器的成像方法
【背景技术】
辐射检测器可以是用于测量辐射的通量、空间分布、光谱或其他性质的设备。
辐射检测器可用于许多应用。一个重要的应用是成像。辐射成像是一种射线照相技术，并可用于揭示非均匀组成的不透明对象(如人体)的内部结构。
用于成像的早期辐射检测器包括照相底板和照相胶片。照相底板可以是具有光敏乳剂涂层的玻璃板。虽然照相底板被照相胶片取代了，但是由于它们提供的优质品质及其极端稳定性，它们仍可用于特殊情况。照相胶片可以是具有光敏乳剂涂层的塑料膜(例如，条或片)。
在20世纪80年代，可光激励的磷光体板(PSP板)变得可用。PSP板可以包含在其晶格中具有色心的磷光体材料。当PSP板暴露于辐射时，由辐射激发的电子被俘获在色心中，直到它们被在板表面上扫描的激光束激励。当该板被激光扫描时，被俘获的激发电子发出光，该光被光电倍增管收集。收集的光被转换成数字图像。与照相底板和照相胶片相比，PSP板可以被重复使用。
其它种类的辐射检测器是辐射图像增强器。辐射图像增强器的组件通常在真空中密封。与照相底板、照相胶片和PSP板相比，辐射图像增强器可以产生实时图像，即，不需要曝光后处理来产生图像。辐射首先撞击输入磷光体(例如，碘化铯)并转换成可见光。然后可见光撞击光电阴极(例如，含有铯和锑化合物的薄金属层)并引起电子发射。发射的电子数量与入射辐射的强度成比例。发射的电子通过电子光学器件投射到输出磷光体上并使输出磷光体产生可见光图像。
闪烁体在某种程度上与辐射图像增强器类似地操作，因为闪烁体(例如，碘化钠)吸收辐射并发射可见光，该可见光然后可以通过适合可见光的图像传感器检测。在闪烁体中，可见光在各方向上扩散和散射，从而降低空间分辨率。减小闪烁体厚度有助于提高空间分辨率，但也减少了辐射的吸收。因此，闪烁体必须在吸收效率和分辨率之间达成折衷。
半导体辐射检测器通过将辐射直接转换成电信号很大程度上克服了这个问题。半导体辐射检测器可以包括吸收关注波长的辐射的半导体层。当辐射粒子在半导体层中被吸收时，产生多个电荷载流子(例如，电子和空穴)并在电场下朝向半导体层上的电触点扫射。当前可用的半导体辐射检测器(例如，Medipix)中所需的繁琐的热管理会使得具有大面积和大量像素的检测器难以生产或无法生产。
【发明内容】
本文公开了一种方法，所述方法包括：从辐射源上的第一位置向场景发射辐射粒子；通过图像传感器使用仅来自所述第一位置的辐射粒子捕获所述场景的第一局部图像；从所述辐射源上的第二位置向所述场景发射辐射粒子，所述第二位置相对于所述场景不同于所述第一位置；通过所述图像传感器使用仅来自所述第二位置的辐射粒子捕获所述场景的第二局部图像；通过拼接所述局部图像来形成所述场景的图像；其中，所述图像传感器包括布置成条的辐射检测器；其中，所述图像传感器在所述条当中具有死区；其中，所述第一局部图像中的部分场景由落在所述图像传感器的所述死区上的仅来自所述第一位置的辐射粒子形成；其中，所述第二局部图像中的所述部分场景由落在所述图像传感器的有效区域上的仅来自所述第二位置的辐射粒子形成。
根据实施例，所述图像传感器相对于所述场景保持静止。
根据实施例，所述场景中的每个点都被捕获在由来自所述辐射源上的不同位置的辐射粒子形成的至少两个局部图像中。
根据实施例，所述辐射源相对于所述场景保持静止。
根据实施例，所述辐射源包括电子枪和电子轰击靶。
根据实施例，所述辐射源被配置为使得来自所述电子枪的电子轰击在所述第一位置或所述第二位置处的所述电子轰击靶。
根据实施例，所述辐射源被配置为通过相对于所述电子枪移动所述电子轰击靶来使得来自所述电子枪的电子轰击在所述第一位置或所述第二位置处的所述电子轰击靶。
根据实施例，所述电子轰击靶被配置为倾斜、平移或既倾斜又平移。
根据实施例，所述电子枪被配置为产生电子束并然后偏转所述电子束。
根据实施例，所述电子轰击靶包括钨。
根据实施例，所述图像传感器包括多个辐射检测器，其中所述辐射检测器被配置为在一段时间内对入射到所述检测器上的辐射粒子的数量进行计数。
根据实施例，所述辐射粒子是X射线光子。
根据实施例，至少一个所述辐射检测器包括：包括电触点的辐射吸收层；第一电压比较器，被配置为将所述接电触点的电压与第一阈值进行比较；第二电压比较器，被配置为将所述电压与第二阈值进行比较；计数器，所述计数器被配置为记录入射到所述辐射吸收层上的辐射粒子的数量；控制器；其中，所述控制器被配置为从所述第一电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；其中，所述控制器被配置为在所述时间延迟期间激活所述第二电压比较器；其中，所述控制器被配置为：当所述第二电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第二阈值的绝对值时，使至少一个粒子数量加1。
根据实施例，所述图像传感器还包括电连接到所述电触点的积分器，其中所述积分器被配置为从所述电触点收集电荷载流子。
根据实施例，所述控制器被配置为在所述时间延迟开始或期满时激活所述第二电压比较器。
根据实施例，所述控制器被配置为将所述电触点连接到电接地。
根据实施例，在所述时间延迟期满时，所述电压的变化率基本上为零。
根据实施例，所述辐射吸收层包括二极管。
根据实施例，所述辐射吸收层包括单晶硅。
根据实施例，所述辐射检测器不包括闪烁体。
本文公开了一种数字减影血管造影成像系统，该系统实现了上述任何一种方法。
【附图说明】
图1示意性地示出了根据实施例的辐射检测器100的一部分的俯视图。
图2A示意性地示出了根据实施例的辐射检测器100的剖视图。
图2B示意性地示出了根据实施例的辐射检测器100的详细剖视图。
图2C示意性地示出了根据实施例的辐射检测器100的可替代的详细剖视图。
图3A示意性地示出了根据实施例的包括辐射检测器100和印刷电路板(PCB)400的封装200的俯视图。
图3B示意性地示出了根据实施例的图像传感器9000的剖视图。
图4A和图4B示意性地示出了根据实施例的适用于数字减影血管造影的成像系统的透视图。
图5示意性地示出了根据实施例的捕获场景50的部分的多个局部图像的图像传感器9000。
图6示意性地示出了根据实施例的用于操作图4A和图4B的成像系统的方法的流程图。
图7A和图7B各自示出了根据实施例的图2A、图2B和图2C中的辐射检测器的电子系统的组件图。
图8示意性地示出了根据实施例的流过暴露于辐射的辐射吸收层的二极管或电阻器的电触点的电极的电流的时间变化(上部曲线)，以及该电极的电压的相应时间变化(下部曲线)，该电流是由通过入射在辐射吸收层上的辐射粒子产生的电荷载流子引起的。
【具体实施方式】
图1示意性地示出了根据实施例的辐射检测器100的一部分的俯视图。根据实施例，辐射检测器100可以具有像素150阵列。该阵列可以是矩形阵列、蜂窝阵列、六边形阵列或任何其他合适的阵列。每个像素150可以被配置为检测入射在其上的辐射粒子，测量辐射粒子的能量，或者既检测辐射粒子又测量辐射粒子的能量。辐射粒子可以是X射线光子。例如，每个像素150可以被配置为在一段时间内对入射在其上的能量落在多个区间中的辐射粒子的数量进行计数。所有像素150可以被配置为在同一段时间内对多个能量区间内的入射在其上的辐射粒子的数量进行计数。每个像素150可以具有其自己的模数转换器(ADC)，其被配置为将表示入射辐射粒子的能量的模拟信号数字化为数字信号。ADC可具有10位或更高的分辨率。每个像素150可以被配置为测量其暗电流，例如在每个辐射粒子入射到其上之前或同时。每个像素150可以被配置为从入射在其上的辐射粒子的能量中减去暗电流的贡献。像素150可以被配置为并行操作。例如，当一个像素150测量入射辐射粒子时，另一个像素150可能正在等待另一个辐射粒子到达。像素150可以是但不必是可单独寻址的。
这里描述的辐射检测器100可以具有在诸如X射线数字减影血管造影、X射线乳房照相、工业X射线缺陷检测、X射线显微镜或显微射线照相术、X射线铸造检查、X射线无损测试、X射线焊缝检查或X射线望远镜中的应用。
图2A示意性地示出了根据实施例的辐射检测器100的剖视图。辐射检测器100可以包括辐射吸收层110以及用于处理或分析入射的辐射在辐射吸收层110中产生的电信号的电子器件层120(例如ASIC)。辐射检测器100可以不包括闪烁体。辐射吸收层110可以包括半导体材料，例如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或单晶硅。该半导体可以对于关注的辐射能量具有高质量衰减系数。在一个实施例中，远离电子器件层120的辐射吸收层110的表面103被配置为接收入射的辐射。
如图2B中的辐射检测器100的详细剖视图所示，根据实施例，辐射吸收层110可以包括由第一掺杂区111、第二掺杂区113的一个或多个离散区114形成的一个或多个二极管(例如，p-i-n或p-n)。第二掺杂区113可以通过可选的本征区112与第一掺杂区111分离。离散区114通过第一掺杂区111或本征区112彼此分离。第一掺杂区111和第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如，区域111是p型，区域113是n型，或者，区域111是n型，区域113是p型)。在图2B中的示例中，第二掺杂区113的每个离散区114与第一掺杂区111和可选的本征区112形成二极管。即，在图2B中的示例中，辐射线吸收层110具有多个二极管，这些二极管具有作为共用电触点的第一掺杂区111。第一掺杂区111还可以具有离散部分。
当辐射粒子撞击包括二极管的辐射吸收层110时，辐射粒子可被吸收并通过多种机制产生一个或多个电荷载流子。辐射粒子可以产生10至100000个电荷载流子。电荷载流子可以在电场下漂移到二极管之一的电触点。该场可以是外部电场。电触点119B可以包括离散部分，每个离散部分与离散区114电接触。在实施例中，电荷载流子可以在各方向上漂移，使得由单个辐射粒子产生的电荷载流子基本上不被两个不同的离散区114共用(这里“基本上不……共用”意指相比于其余的电荷载流子，这些电荷载流子中的小于2％，小于0.5％，小于0.1％或小于0.01％的电荷载流子流向一个不同的离散区114)。由入射在这些离散区114之一的覆盖区周围的辐射粒子产生的电荷载流子基本上不与这些离散区114中的另一个共用。与离散区114相关联的像素150可以是离散区114周围的区域，其中由以0°入射角入射到其中的辐射粒子产生的基本上全部(大于98％，大于99.5％，大于99.9％，或大于99.99％)的电荷载流子流向离散区114。即，这些电荷载流子中的小于2％、小于1％、小于0.1％或小于0.01％的电荷载流子流过该像素。
如图2C中的辐射检测器100的可替代的详细横截面图所示，根据实施例，辐射吸收层110可以包括诸如硅、锗、GaAs、CdTe、CdZnTe或其组合之类的半导体材料的电阻器，但不包括二极管。该半导体可以对于关注的辐射能量具有高质量衰减系数。
当辐射粒子撞击包括电阻器而不包括二极管的辐射吸收层110时，它可以被吸收并通过多种机制产生一个或多个电荷载流子。辐射粒子可以产生10至100000个电荷载流子。电荷载流子可以在电场下漂移到电触点119A和119B。该场可以是外部电场。电触点119B包括离散部分。在实施例中，电荷载流子可以在各方向上漂移，使得由单个辐射粒子产生的电荷载流子基本上不被电触点119B的两个不同的离散部分共用(这里“基本上不……共用”意指相比于其余的电荷载流子，小于2％，小于0.5％，小于0.1％或小于0.01％的这些电荷载流子流向一个不同的离散部分)。由入射在电触点119B的这些离散部分之一的覆盖区周围的辐射粒子产生的电荷载流子基本上不与电触点119B的这些离散部分中的另一个共用。与电触点119B的离散部分相关联的像素150可以是离散部分周围的区域，其中由以0°的入射角入射到其中的辐射粒子产生的基本上全部(大于98％，大于99.5％，大于99.9％，或大于99.99％)的电荷载流子流向电触点119B的离散部分。即，小于2％、小于0.5％、小于0.1％或小于0.01％的这些电荷载流子流过与电触点119B的一个离散部分相关联的像素。
电子器件层120可以包括适合于处理或解释由入射在辐射吸收层110上的辐射的粒子产生的信号的电子系统121。电子系统121可以包括诸如滤波器网络、放大器、积分器和比较器之类的模拟电路或者诸如微处理器和存储器之类的数字电路。电子系统121可以包括由各像素共用的组件或专用于单个像素的组件。例如，电子系统121可以包括专用于每个像素的放大器和在所有像素之间共用的微处理器。电子系统121可以通过通孔131电连接到像素。通孔之间的空间可以使用填充材料130填充，这可以增加电子器件层120与辐射吸收层110的连接的机械稳定性。其它接合技术可以在不使用通孔的情况下将电子系统121连接到像素150。
图3A示意性地示出了根据实施例的包括辐射检测器100和印刷电路板(PCB)400的封装200的俯视图。如本文使用的术语“PCB”不限于特定材料。例如，PCB可以包括半导体。在一个实施例中，辐射检测器100被安装到PCB 400。PCB 400可以具有一个或多个辐射检测器100。PCB 400可以具有未被辐射检测器100覆盖的区域405(例如，用于容纳接合线410)。辐射检测器100可以具有像素150(图1)所处的有效区域190。辐射检测器100可以具有辐射检测器100边缘附近的周边区195。周边区195可以没有像素，并且辐射检测器100可以不检测入射到周边区195上的辐射粒子。
图3B示意性地示出了根据实施例的图像传感器9000的剖视图。图像传感器9000可以包括安装到系统PCB 450的多个图3A的封装200。PCB 400和系统PCB 450之间的电连接可以通过接合线410来实现。为了在PCB 400上容纳接合线410，区域405可以不被辐射检测器100覆盖。为了在系统PCB 450上容纳接合线410，封装200之间可以具有间隙。间隙可以为约1mm以上。入射在周边区195、区域405或间隙上的辐射粒子可以不被系统PCB 450上的封装200检测到。辐射检测器(例如，辐射检测器100)的死区是辐射检测器的辐射接收表面中的入射辐射粒子不能被该辐射检测器检测到的区域。封装(例如，封装200)的死区是该封装的辐射接收表面中的入射辐射粒子不能被该封装中的一个或多个检测器检测到的区域。在图3A和图3B所示的示例中，封装200的死区包括周边区195和区域405。具有一组封装(例如，安装在同一PCB上的封装、布置在同一层中的封装)的图像传感器(例如，图像传感器9000)的死区(例如，488)包括该组中的各封装的死区和各封装当中的各间隙的组合。
包括辐射检测器100的图像传感器9000可以具有不能检测入射辐射的死区488。然而，图像传感器9000可以捕获对象(未示出)的所有点的图像，然后可以将这些捕获的图像拼接以形成整个对象的完整图像。
图4A和图4B示意性地示出了根据实施例的包括图像传感器9000和辐射源500的成像系统的透视图。该成像系统可用于进行数字减影血管造影。作为示例，图4A中的图像传感器9000可以包括被分组到两个条211和212中的6个辐射检测器100，这6个辐射检测器100由它们的有效区域190A、190B、190C和191A、191B、191C(或为简单起见统称为190A-C和191A-C)表示。在一个实施例中，死区488围绕6个有效区域190A-C、191A-C，并且在条211、212当中，其不能检测入射辐射粒子。辐射源500可以包括电子枪505、电子轰击靶510。辐射源500被配置为使得来自电子枪505的电子轰击在第一位置501或第二位置502处的电子轰击靶510。电子枪505可以被配置为产生电子束，然后将产生的电子束偏转或引导到电子轰击靶510。电子轰击靶510可以是包括诸如钨(W)之类的高原子量材料的板。
在一个实施例中，当来自电子枪505的轰击电子在第一位置501或第二位置502处撞击电子轰击靶510时会有3种可能性。第一种可能性是轰击电子与电子轰击靶510的原子核相互作用并通过从轰击位置发射辐射粒子而损失能量。这个过程通常被称为轫致辐射过程。
第二种可能性是轰击电子将轨道电子从电子轰击靶510的原子的内壳中敲出。作为响应，来自原子外壳的另一个电子填充内壳中产生的空位并由此通过从轰击靶510发射辐射粒子来释放能量。这个过程通常被称为X射线荧光过程(或特征X射线发射过程)。第三种可能性是轰击电子使得靶510升温而不产生任何X射线发射。
电子枪505可以被配置为产生具有高能量的电子，从而使得当这些产生的电子轰击电子轰击靶510时，这些轰击电子具有足够的能量，以使得根据上述第一种或第二种可能性或这两种可能性从电子轰击靶510发射辐射粒子(即，X射线光子)。
根据实施例，当电子枪505在不同位置501或502处向电子轰击靶510发射足够高能量的电子时，这些轰击电子使得从辐射源500上的不同位置向场景50和图像传感器9000发射辐射粒子。
图4A所示的示例中，图像传感器9000和辐射源500可以相对于场景50保持静止。在一个实施例中，辐射源500被配置为例如通过如图4A所示沿第一方向551平移电子轰击靶510或引导来自电子枪505的电子来使得来自电子枪505的电子在第一位置501或第二位置502处轰击电子轰击靶510。
在图4A所示的示例中，根据实施例，在从辐射源500上的第一位置501向场景50发射辐射粒子之后，由图像传感器9000使用仅来自第一位置501的辐射粒子捕获场景50的部分的第一局部图像1010。可以由图像传感器9000使用仅从第二位置502发射的辐射粒子捕获场景50的部分的第二局部图像1020。
在图4B所示的示例中，电子轰击靶510可以通过倾斜或既倾斜又平移从相对于电子枪505的第一位置501移动到第二位置502。
图5示意性地示出了根据实施例的捕获场景50的部分的多个局部图像的图像传感器9000。在图5所示的示例中，图像传感器9000可以分别使用仅来自辐射源500的第一位置501和辐射源500的第二位置502的辐射粒子来捕获场景50的部分的局部图像1010和1020。图像传感器9000可以拼接局部图像1010、1020以形成整个场景50的图像1030。图像传感器9000的死区488可以导致局部图像1010和1020中的空隙。在图5所示的示例中，根据一个实施例，局部图像1010中的空隙1015由落在图像传感器9000的死区488上的仅来自源500的第一位置501的辐射粒子形成；局部图像1020中的空隙1025由落在图像传感器9000的死区488上的仅来自源500的第二位置502的辐射粒子形成。由于死区488不检测入射辐射粒子，因此分别在局部图像1010和1020中捕获的空隙1015和1025不包括场景50部分的图像数据，并且可以如图5中的示例中一样显示为空白区域。在一个实施例中，当图像传感器9000分别使用从源500的不同位置发射的辐射粒子来捕获场景50的局部图像时，场景50中的每个点落在图像传感器9000的死区488上不超过一次。根据实施例，场景50中的每个点都由图像传感器9000在由来自辐射源500上的不同位置的辐射粒子形成的至少两个局部图像中捕获。因此，整个场景的图像1030可以通过组合由图像传感器9000通过使用从辐射源500的多个位置发射的辐射粒子捕获的局部图像(即，1010、1020等)来形成，而不因由于死区488在局部图像中造成的空隙而丢失场景50的任何部分。
图6示意性地示出了根据实施例的用于操作图4A和图4B的成像系统的方法的流程图。在过程610中，将对象放置在成像系统中，例如，用于血管数字减影血管造影(DSA)成像。该对象可以是人体的一部分。在过程620中，由图像传感器使用仅从辐射源上的第一位置发射的辐射粒子来捕获该对象的第一局部图像。该辐射源被配置为通过使用来自电子枪的电子轰击在第一位置处的电子轰击靶来发射辐射粒子。根据实施例，电子轰击靶包括钨。在过程630中，由图像传感器使用仅从辐射源上的第二位置发射的辐射粒子来捕获该对象的第二局部图像。该辐射源被配置为通过相对于电子枪移动电子轰击靶从第二位置发射辐射粒子。最后，在过程640中，可以拼接第一局部图像和第二局部图像以形成整个对象的完整图像。
图7A和图7B均示出了根据实施例的辐射检测器100的电子系统121的组件图。电子系统121可以包括第一电压比较器301、第二电压比较器302、计数器320、开关305、可选的电压表306和控制器310。
第一电压比较器301被配置为将至少一个电触点119B的电压与第一阈值进行比较。第一电压比较器301可以被配置为直接监视电压，或者通过在一段时间内对流过电触点119B的电流进行积分来计算电压。第一电压比较器301可以由控制器310可控地激活或去激活。第一电压比较器301可以是连续比较器。即，第一电压比较器301可以被配置为连续激活并连续监视电压。第一电压比较器301可以是时钟控制比较器。第一阈值可以是一个入射辐射粒子可在电触点119B上产生的最大电压的5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。最大电压可取决于入射辐射粒子的能量、辐射吸收层110的材料和其他因素。例如，第一阈值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二电压比较器302被配置为将电压与第二阈值进行比较。第二电压比较器302可以被配置为直接监视电压或者通过在一时间段内对流过二极管或电触点的电流进行积分来计算电压。第二电压比较器302可以是连续比较器。第二电压比较器302可以由控制器310可控地激活或去激活。当第二电压比较器302被去激活时，第二电压比较器302的功耗可以比在第二电压比较器302被激活时的功耗少1％、5％、10％或者20％。第二阈值的绝对值大于第一阈值的绝对值。如本文所使用的，实数x的术语“绝对值”或“模数”|x|是不考虑其符号的x的非负值。即，第二阈值可以是第一阈值的200％-300％。第二阈值可以是一个入射辐射粒子可在电触点119B上产生的最大电压的至少50％。例如，第二阈值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二电压比较器302和第一电压比较器301可以是同一组件。即，系统121可以具有一个电压比较器，其可以在不同时间将电压与两个不同的阈值进行比较。
第一电压比较器301或第二电压比较器302可以包括一个或多个运算放大器或任何其他合适的电路。第一电压比较器301或第二电压比较器302可以具有高速以使得电子系统121可在高通量的入射辐射粒子下操作。然而，具有高速通常以功耗为代价。
计数器320被配置为记录入射在包括像素150的辐射吸收层100上的辐射粒子的数量。计数器320可以是软件组件(例如，存储在计算机存储器中的数量)或硬件组件(例如，4017IC和7490IC)。
控制器310可以是硬件组件，例如微控制器和微处理器。控制器310被配置为从第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值(例如，电压的绝对值从低于第一阈值的绝对值增加为等于或高于第一阈值的绝对值的值)的时间开始时间延迟。这里使用绝对值是因为电压可以是负的或正的，这取决于是使用二极管的阴极还是阳极的电压或使用哪个电触点。控制器310可以被配置为在第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值的时间之前，将第二电压比较器302、计数器320和第一电压比较器301的操作不需要的任何其他电路保持为去激活。时间延迟可以在电压变得稳定即电压的变化率基本上为零之前或之后期满。“电压的变化率基本上为零”的短语意指电压的时间变化小于0.1％/ns。“电压的变化率基本上不为零”的短语意指电压的时间变化至少为0.1％/ns。
控制器310可以被配置为在时间延迟期间(包括开始和期满)激活第二电压比较器。在一个实施例中，控制器310被配置为在时间延迟开始或期满时激活第二电压比较器。术语“激活”意指使组件进入操作状态(例如，通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平之类的信号，通过提供电力等)。术语“去激活”意指使组件进入非操作状态(例如，通过发送诸如电压脉冲或逻辑电平之类的信号，通过切断电力等)。操作状态可以具有比非操作状态更高的功耗(例如，为非操作状态的10倍，100倍，1000倍)。控制器310本身可以被去激活，直到当电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值时第一电压比较器301的输出激活控制器310为止。
控制器310可以被配置为如果在时间延迟期间，第二电压比较器302确定电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值，则使得由计数器320记录的至少一个数量加1。
控制器310可以被配置为使可选的电压表306在时间延迟期满时测量电压。控制器310可以被配置为将电触点119B连接到电接地，以便使电压复位并对在电触点119B上累积的任何电荷载流子进行放电。在一个实施例中，电触点119B在时间延迟期满之后连接到电接地。在实施例中，电触点119B在有限的复位时间段内连接到电接地。控制器310可以通过控制开关305将电触点119B连接到电接地。开关可以是诸如场效应晶体管(FET)之类的晶体管。
在一个实施例中，系统121不具有模拟滤波器网络(例如，RC网络)。在实施例中，系统121没有模拟电路。
电压表306可以将其测量的电压作为模拟或数字信号馈送到控制器310。
电子系统121可以包括电连接到电触点119B的积分器309，其中积分器被配置为从电触点119B收集电荷载流子。积分器309可以在放大器的反馈路径中包括电容器。这样配置的放大器称为电容互阻抗放大器(CTIA)。CTIA通过阻止放大器饱和而具有高动态范围，并通过限制信号路径中的带宽来提高信噪比。在一时间段(“积分期”)内来自电触点119B的电荷载流子累积在电容器上。积分期期满后，对电容器电压进行采样，然后通过复位开关使电容器电压复位。积分器309可包括直接连接到电触点119B的电容器。
图8示意性地示出了由入射在包围电触点119B的像素150上的辐射粒子产生的电荷载流子引起的流过电触点119B的电流的时间变化(上部曲线)，以及电触点119B的电压的相应时间变化(下部曲线)。电压可以是电流相对于时间的积分。在时间t0处，辐射粒子撞击像素150，电荷载流子开始在像素150中产生，电流开始流过电触点119B，并且电触点119B的电压的绝对值开始增加。在时间t1处，第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超过第一阈值V1的绝对值，控制器310开始时间延迟TD1，并且控制器310可以在TD1开始时去激活第一电压比较器301。如果控制器310在t1之前被去激活，则控制器310在t1被激活。在TD1期间，控制器310激活第二电压比较器302。如这里使用的术语“在……期间”意指开始和期满(即结束)以及它们之间的任何时间。例如，控制器310可以在TD1期满时激活第二电压比较器302。如果在TD1期间，第二电压比较器302在时间t2确定电压的绝对值等于或超过第二阈值V2的绝对值，则控制器310等待电压稳定而稳定。当由辐射粒子产生的所有电荷载流子漂移到辐射吸收层110之外时，电压在时间te稳定。在时间ts处，时间延迟TD1期满。在时间te处或之后，控制器310使电压表306数字化电压并确定辐射粒子的能量落入哪个区间中。然后，控制器310使计数器320对应于该区间记录的数量加1。在图8的示例中，时间ts在时间te之后；即，在由辐射粒子产生的所有电荷载流子漂移到辐射吸收层110之外后，TD1期满。如果不容易测量时间te，则可以根据经验选择TD1以允许有足够的时间来收集基本上由一个辐射粒子产生的所有电荷载流子，但又不会太长而有另一个入射辐射粒子的风险。即，可以凭经验选择TD1，使得时间ts凭经验在时间te之后。时间ts不一定在时间te之后，因为一旦达到V2控制器310就可以忽略TD1并等待时间te。因此，该电压和暗电流对该电压的贡献之间的差的变化率在te处基本上为零。控制器310可以被配置为在TD1期满时或在t2处或在其间的任何时间去激活第二电压比较器302。
在时间te处的电压与辐射粒子产生的电荷载流子的数量成正比，该电荷载流子的数量与辐射粒子的能量有关。控制器310可以被配置为使用电压表306确定辐射粒子的能量。
在TD1期满或被电压表306数字化(以较晚者为准)之后，控制器310将电触点119B连接到电接地持续复位期RST，以允许累积在电触点119B上的电荷载流子流到地并使该电压复位。在RST之后，电子系统121准备好检测另一个入射辐射粒子。如果第一电压比较器301已经被去激活，则控制器310可以在RST期满之前的任何时间激活它。如果控制器310已经被去激活，则它可以在RST期满之前被激活。
尽管本文已经公开了各个方面和实施例，但其他方面和实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施例是出于说明的目的而不是限制性的，真正的范围和精神由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
从辐射源上的第一位置向场景发射辐射粒子；
通过图像传感器使用仅来自所述第一位置的辐射粒子捕获所述场景的第一局部图像；
从所述辐射源上的第二位置向所述场景发射所述辐射粒子，所述第二位置相对于所述场景不同于所述第一位置；
通过所述图像传感器使用仅来自所述第二位置的辐射粒子捕获所述场景的第二局部图像；
通过拼接所述局部图像来形成所述场景的图像；
其中，所述图像传感器包括布置成条的辐射检测器；
其中，所述图像传感器在所述条当中具有死区；
其中，所述第一局部图像中的部分场景由落在所述图像传感器的所述死区上的仅来自所述第一位置的辐射粒子形成；
其中，所述第二局部图像中的所述部分场景由落在所述图像传感器的有效区域上的仅来自所述第二位置的辐射粒子形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像传感器相对于所述场景保持静止。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述场景中的每个点都被捕获在由来自所述辐射源上的不同位置的辐射粒子形成的至少两个局部图像中。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辐射源相对于所述场景保持静止。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辐射源包括电子枪和电子轰击靶。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述辐射源被配置为使得来自所述电子枪的电子轰击在所述第一位置或所述第二位置处的所述电子轰击靶。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述辐射源被配置为通过相对于所述电子枪移动所述电子轰击靶来使得来自所述电子枪的电子轰击在所述第一位置或所述第二位置处的所述电子轰击靶。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电子轰击靶被配置为倾斜、平移或既倾斜又平移。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电子枪被配置为产生电子束并然后偏转所述电子束。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电子轰击靶包括钨。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像传感器包括多个像素；其中，所述像素被配置为在一段时间内对入射在所述像素上的辐射粒子的数量进行计数。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述辐射粒子是X射线光子。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像传感器还包括多个辐射检测器，所述多个辐射检测器包括:
包括电触点的辐射吸收层；
第一电压比较器，被配置为将所述接电触点的电压与第一阈值进行比较；
第二电压比较器，被配置为将所述电压与第二阈值进行比较；
计数器，被配置为记录入射到所述辐射吸收层上的辐射粒子的数量；
控制器；
其中，所述控制器被配置为从所述第一电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第一阈值的绝对值的时间开始时间延迟；
其中，所述控制器被配置为在所述时间延迟期间激活所述第二电压比较器；
其中，所述控制器被配置为：当所述第二电压比较器确定所述电压的绝对值等于或超过所述第二阈值的绝对值时，使至少一个粒子数量加1。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述图像传感器还包括电连接到所述电触点的积分器，其中所述积分器被配置为从所述电触点收集电荷载流子。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述控制器被配置为在所述时间延迟开始或期满时激活所述第二电压比较器。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述控制器被配置为将所述电触点连接到电接地。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述时间延迟期满时，所述电压的变化率基本上为零。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述辐射吸收层包括二极管。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述辐射吸收层包括单晶硅。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述辐射检测器不包括闪烁体。
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