CN1739286A - 传感元件阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传感元件阵列，其中传感元件用于检测电磁射线，例如X射线或光，在检测中生成对应于射线的强度的电荷信号。一个传感元件还包括能够确定射线的入射剂量的装置。在该阵列中，传感元件形成组，从而使一个组中的所有传感元件的输出端相互连接。这样做一方面可以确定在这些区域的剂量，另外一方面通过将来自几个传感元件的输出信号合并，可以用一种简单的方式形成较低分辨率的图像。此外，一组中的传感元件最好按“隔离”方式排列，即上述传感元件被来自其他组的传感元件所包围。这样一种阵列能够用于例如X射线诊断设备或者一个光学图像记录系统。

Description

传感元件阵列

技术领域

本发明涉及一种传感元件阵列，它用于，例如在形成X射线图像的X射线诊断系统中。传感元件形成组，并且按照可以测量入射辐射的剂量的形式进行排列。

背景技术

例如，从未审查的德国申请EP1089555A1可以得知一种传感元件阵列。传感元件按照行和列排列，并且以一个区域中全部传感元件的输出端都连接在一条数据线上的方式分配给相邻传感元件的区域。可以并行的对全部区域进行读取，在每个区域中，每个传感元件依次被激活或者小的传感元件组被同步激活。

发明内容

本发明的一个目的是设计一种传感元件阵列，它在部件故障时具有稳健性，并且更优越的是，它能够简单的判定放射剂量。

该目的是通过权利要求1所述的传感元件阵列实现的，其中至少一个传感元件有至少一个传感器，至少一个输出端，至少一个控制输入端和至少一个开关单元，其中传感元件能够被激活，从而，在激活状态下，输出端存在传感器生成的信号输出，其中开关单元与传感器、输出端、以及控制输入端相连接，并且将控制输入端的信号模式与至少一种激活模式进行比较，如果当前信号模式与激活模式相匹配，则传感元件被激活，其中传感元件可以选择地包括：至少一个装置，该装置可以在传感元件处于非激活状态下，形成传感器和输出端之间的一个电流，其中阵列包括至少一组传感元件，该组传感元件被设计成：使上述每一个传感元件的至少一个输出端连接在一个组输出端，并且，其中至少一组三个传感元件形成一个几何平面。此外，在至少一个组中，有至少一个传感元件不与该组中其他传感元件相邻。因此该传感元件的所有相邻元件不属于任何组或者属于另外一个不同的组。优选为有至少一组传感元件，其中任何两个传感元件都不相互相邻。

根据本发明的阵列的特点是，提供传感元件以利用传感器检测例如电磁射线，诸如光或者X射线。如果该射线击中一个传感元件，则在该传感元件的传感器中生成一个对应射线强度的电荷信号，并且该电荷信号能够从该传感元件的至少一个输出端流出。通常，该传感元件的一个输出端典型地连接一个信号处理元件，该信号处理元件进一步处理在传感元件输出端的电荷信号，这里没有详细描述该信号处理元件。在传感元件中产生的电荷信号应该有利地仅仅在所选择的时间内出现在输出端。为了达到该目的，传感元件包括一个开关单元，它与传感元件的传感器、输出端、以及控制输入端相连接。开关单元的任务是，如果特定控制信号或者控制信号模式出现在控制输入端，则激活传感元件。

传感元件最好还包括一个装置，其用于在激活状态下，在传感器和输出端之间、也就是在相连接的元件间形成一个电流。在传感元件未被激活时，就是说，当传感器没有直接与输出端相连并且在输出端不存在电荷信号时，应该能够产生该电流。例如在射线击中传感器并且在传感器中生成电荷信号时，就会产生这种电流。换句话说，该设备应该在生成电荷信号的情况下，在传感器和输出端之间形成一个电流。如果使用一个单元(这里没有详细叙述该单元)在一个特定时间段内对这种电流进行测量，并借此确定了流动的电荷，则可以通过一种极为简单方便的方法确定击中传感元件的传感器的射线的剂量，即使是在辐射正在进行时也可以。

根据本发明的阵列还包括至少一组传感元件。该组的一个首要特征是，该组中至少三个传感元件构成一个几何平面。这就意味着，属于同一组的传感元件能够在阵列中按照所希望地进行多维排放。至少一个组的第二个特征是，一组中的每个传感元件的至少一个输出端连接在一个公共组输出端上，该输出端通常还连接着一个用于对单个传感元件的电荷信号进行进一步处理的单元。在该阵列的一个读出操作中，例如，一组传感元件依次被激活，从而可以使一组传感元件的电荷信号对于该组的输出端依次有效用于进一步处理。这就意味着不需要对每个传感元件都连接一个独立的用于进一步处理信号的单元。一个组的上述两个特征结合起来，就能够在同一时间对击中一组中所有传感元件的传感器的射线的剂量进行测量。这样是具有优势的，这是由于对于精确判定击中阵列的总剂量，采用将阵列分为若干区域并从每个独立区域的剂量总和中确定剂量是足够的，而取代采用击中每个单独传感元件的剂量的和来确定总剂量。

至少一个组的第三个特点是，该组中的至少一个传感元件，在其他组的传感元件的环境中处于“隔离”的位置。这种位置的优点是，在用于读取一组传感元件的部件中发生损坏或者故障的情况下，有着更好的稳健性。在发生该故障时，由于周围传感元件不属于被故障所影响的那个相同组，因此能够用周围传感元件的输出信号内插到被隔离的传感元件的输出信号，并且该输出信号具有很高的准确度。一组传感元件的位置彼此相隔离的元件越多，自然获得的稳健性就越大。

要指出的是，独立的发明的重要性是与一个阵列相联系的，该阵列包括以上所述的在传感器和输出端之间形成一个电流的可选装置，但是不实现上述传感元件隔离放置的第三组特点。

根据阵列的一个优选设计，它的传感器按照一个二维矩阵排列，其中有由来自四个不同组的传感元件组成的至少一个2×2块。在这里和在后面的叙述中，始终应该将一个“组”(也称为“超大像素(super-pixel)”)理解为一个传感元件的组，并且这些元件的输出端都连接在一个公共输出端。2×2块的四个传感元件最好将它们的控制输入端连接在一根公共控制线或者几根公共控制线上。因此，采用在一个块中的来自不同组的四个传感元件所组成的阵列，可以方便地实现阵列上的控制线的极其有效的走线。在该阵列中，不同组的相应传感元件合并为2×2块，从而使它们能够在通过(若干)控制线在一个区域相接触，而不是使控制线跨越巨大的距离而连接在不同组的相应感应元件上。如果整个传感元件阵列都是由这种由不同组的传感元件合并成的2×2块所组成的，这种布线自然具有极大的优越性。

根据一个优选设计，上述矩阵型传感元件阵列包括至少一个块型(即，按照子矩阵形成)的被称为传感元件“元组(meta-group)”，其中所定义的元组包括四个不同的传感元件组(四个“超大像素”)。此外，元组由类似的传感元件的2×2块构成，其中这些块中的四个传感元件中的每一个都分别属于四个不同的组，换句话说，元组由四个不同的组构成，它们的混合方式是，组成的2×2混合块相互不包含。因此，在全部的元组中，没有两个传感元件属于相同的组并且彼此不相邻。

将控制线连接在上述类型的一个元组中的传感元件上的一个优选方式是，在该元组中“行”控制线至少经过传感元件的每个第二行，并且“列”控制线至少经过传感元件的每个第二列，其中位于控制线的一侧或者两侧的传感元件连接在每一个行控制线和列控制线上，并且其中，该元组中的每个传感元件都恰好连接在一个行控制线和一个列控制线上。在一个特定的设计中，一个行控制线或者一个列控制线分别在一个元组的每行和每列上运行。

上述阵列的优势是，可以通过线和行对元组中的传感元件寻址。在该情况下，传感元件排列为以下方式：仅仅在它们的行控制线和列控制线都被激活时，传感元件才能被激活。在采用该寻址方式，k+1个控制线足够用于对一个k-1个元件的矩阵区域按单元寻址，这里，在上述实施例中，一个“单元”可以包括一个或者多个传感元件。

根据上述阵列的一个优选实施例，行控制线仅仅布置在每个第二行，列控制线仅仅布置在每个第二列。因此这些控制线必须连接在传感元件的两侧，即每个行控制线激活两个行的传感元件，每个列控制线激活两个列的传感元件。这就接下来意味着，在一个有效行控制线和一个有效列控制线的交叉点，四个相邻的传感元件被同时激活。这不会在下面的元组中产生任何唯一性上的冲突，因为四个被激活的传感元件属于一个2×2块，从而在任意情况下，它们都属于四个不同的组。因此，在每种情况下，传感元件的输出都提供给不同的组输出。

另外一个阵列设计涉及一个元组中传感元件的输出端的布线。根据该实施例，元组中传感元件的输出端连接在按照行或列方向布置的内部组线上，这些内部组线本身每一个都连接在四根不同的外部组线之一上，并且外部组线也按照行或列方向布置在元组的外部，贯穿整个阵列。该方法产生了读出线的一个两级层次，即在元组中的内部线的读出线、以及外部组线的读出线，其生成了从整个阵列到相应的计算电子设备的一个组的感应元件的组合信号。因此，这种布线使传感元件的行和列中的自由空间最好地应用。

这个阵列的一个优选结构是由类似元组的m列和n行构成，这里元组自身包括2n列和2m行的传感元件，其中m和n为自然数。阵列的这样一个分布，与上述按照内部组线和外部组线形式的读出线的布线方式相结合，从而使用于路由选择的自由空间得到有效使用。参考在附图描述中的实施例叙述了在该情况下的细节。

在本发明的另外一个实施例中，提供了一个传感元件设备，该设备在传感元件处于非激活状态时，形成传感器和输出端之间的一个电流，并且它作为一个或者多个半导体开关的至少一个电容和/或寄生电容形成。如果采用现有技术生产根据本发明的一个阵列，在设计传感元件的开关单元，以选择性地设定一个半导体开关的有效的寄生电容大小时，就特别具有优势，通常将该开关看作彻底地击穿状态，从而用它们实现充足的电流。如果在传感元件被照射而产生了一个电荷信号，则能够将所产生的电流看作一个位移电流。例如，二者择一地或者同时地，可以将附加电容平行于一个开关进行排列。在实施例中将详细介绍该电容的应用。

在根据本发明的阵列中，能够确定击中阵列的射线剂量，这是由于首先确定各个独立组中的各个剂量，然后可以采用这些组剂量的总和来计算全部剂量。

如果至少一个组的传感元件通过它们的直接邻近形成一个几何连续的区域，则将该阵列至少部分被分成为连续而不是片段的区域，该几何连续区域互斥地包括该组中的传感元件。这具有一定程度优越性是，通过按照连续的区域进行分配，可以简单地确定在整个阵列中的剂量的位置相关性。如果所有这样的组还包括相同数量的传感元件，则因而阵列(至少部分)被分成为规则区域。由于阵列的均匀照射，在任何情况下，所有的区域都被相同剂量的射线所照射。这样一个分配构成了在整个阵列中简单、快速、充分准确地对剂量进行确定的基础。

通过合并同一个连续区域中来自不同组的传感元件的信号，还可以实现一个类似的结果。例如，可以将来自构成一个元组的四个组的信号进行合并，从而立即记录在该元组的整个区域中的剂量。

如果阵列包括几个组，并且如果每个组的输出端都连接在一个独立的信号处理单元，如果例如同时激活所有组中的某一个传感元件，就可以方便地对所有的组进行并行读取。也可以通过一个简单的方法实现该目的，即能够被同时激活的传感元件拥有一个相同的激活模式，并且这些传感元件中每一个元件的至少一个控制输入端都与例如一根公共控制线相连接。当采用该激活模式对控制线发脉冲时，相连的传感元件被激活。因此，在阵列中，来自不同组的一些或者所有传感元件的控制输入端最好连接在一起。

根据该阵列的一个优选设计，一些或者所有传感元件的控制输入端连接在至少一个控制单元，该控制单元用于在一个组中随意地零个、一个或者几个传感元件在阵列的读取操作中被同时激活的方式下，激活传感元件。使用这样一个控制单元，可以为根据本发明的该阵列灵活地组织读出操作。如果将阵列用于一个图像生成系统，传统读出操作的特点是对在一个组中的所有传感元件顺序激活并读出。在本发明中，每个像素对应从一个传感元件读出的信号。如果，例如输出图像有较低的分辨率，则替代一个组中的一个传感元件，用一个组中的几个相邻的传感元件能够被同时激活(如果存在这些元件)，从而在的组输出端存在由每个单独的被激活传感元件的输出端中信号所形成的一个合并信号。然后，立即将该合并信号分配到输出图像的一个像素。不需要读出阵列的每个传感元件，并且在后置连接的数据处理单元中不需要从各个传感元件的各个信号中确定一个像素。由于合并信号是通过直接对各个信号求均值得到的，所造成的另外一个优点就是具有较低的噪声。然而，如果是对其中传感元件属于不同组的区域进行求平均，则必须在读出单元中对它们的信号进行合并。例如，通过合并一个元组的四组输出，可以在元组中执行一个2×2的合并，并且不需要为其改变激活线的控制。而且，如果例如输出图像的形成不需要来自一个组的传感元件的信号，则可以在一个读出操作中不激活该传感元件，

最好将一个读出放大器连接在每个组输出端。在对阵列的一个读出操作中，则可以同时放大各个组输出端上的信号，并且将它们准备好用于进一步处理。

如果读出放大器提供了更进一步的功能，该功能能够在传感元件未激活状态下，使用能够在形成传感器和输出端之间形成一个电流的传感元件的装置，确定在一段特定时间内的电流，则使用读出放大器可以从电流中确定击中各个组的射线剂量。采用该方法，可以同时确认用于每一个组的剂量，从而确认用于整个阵列的剂量。这种剂量的确认可以在照射中进行。

阵列最好包括一个监控单元，该单元用于确定在照射中击中整个阵列或者部分阵列的剂量，并且在达到特定剂量时提供一个警告信号。具有优势的是，在达到最大放射剂量后，能够使用所提供的信号停止对阵列的照射。例如，可以通过影响照射源本身实现该目的，或者通过附加在射线路径上的装置来实现。此外，在照射过程中所测量的剂量也可以用于控制X射线管的参数，例如，射线管电流和/或者电压。在实施例的描述中会详细地涉及该内容。

权利要求9和10分别描述了一种X射线检测系统和一种光学图像记录系统，在这两个系统中包括了权利要求1中的阵列。

附图说明

参考附图中的所示的实施例进一步描述了本发明，然而，本发明并不局限于这些实施例。

图1示出了在组中一个传感元件阵列的一个例子的细节。

图2示出了一个常规传感元件。

图3示出了一个传感元件，其带有一个作为传感器的光电二极管。

图4示出了一个直接转换的传感元件。

图5示出了一个带有两个控制输入端的传感元件。

图6示出了电荷信号和电流的时间特性的两个图表。

图7示出了由四个混合的传感元件组所组成的一个元组。

图8示出了图7中元组的第一种实现形式中，通过每两行和每两列的控制线的布线。

图9示出了图8中的读出线的布线。

图10示出了图7中元组的第二种实现形式中，通过每个行和每个列的控制线的布线。

图11示出了图10中的读出线的布线。

图12示出了根据本发明的元组的整个阵列的结构。

具体实施方式

图1示出了基于本发明的，传感元件阵列的一个具体实现的细节。传感元件1按照行和列的矩阵排列。每个传感元件1都包括一个控制输入端6，通过该输入端激活传感元件1，和一个输出端3，通过该输出端在传感元件的传感器中生成的电荷信号能够在激活状态下流动。每16个按照四行和四列的一个子矩阵排列的传感元件1形成一个组，图1中示出了四个这样的组。为了更加清晰，用阴影示出这四个组中的一个组的传感元件1。一个组中传感元件1的输出端3分别连接到公共的组读出线71、72、73、74，每个组读出线71、72、73、74都连接一个读出放大器，例如放大器90。一个组中传感元件1的控制输入端6分别通过一个公共控制线21、22、23、24、31、32、...、53、54与另外一个组中的一个传感元件1的控制输入端6相连接，并且每个公共控制线21、22、23、24、31、32、...、53、54都连在一个控制单元99上。

如果由控制单元99使用一个激活信号依次为每个控制线提供脉冲，例如按照21、22、23、24、31、32、...、53、54的顺序，则一个组中的所有的传感元件1被相继被激活，并且一个组中的所有的传感元件1的电荷信号通过各个组读出线71、72、73和74相继到达各个读出放大器。该动作在所有组中同时发生，因此各个组是并行读出的。采用该方法得到的输出图像能够拥有最大可能的分辨率。

在一个图像生成系统中，经常需要像素数比传感元件阵列所能提供的最大像素数量少的图像，即该图像的分辨率低于可能达到的最大分辨率。在最大分辨率下，每个像素对应一个传感元件的电荷信号，在降低的分辨率下，像素数量小于传感元件的数量。这种降低的分辨率的通常实现方法是，读出阵列中所有的传感元件，并且在一个处理单元(未示出)中将几个传感元件各自的电荷信号合并，形成一个像素。上述的方法叫做组合(binning)。例如，如果一个阵列包括1000行和1000列，一经组合的图像包括500行和500列，则例如从四个相邻的传感元件的电荷信号中生成一个像素，这四个传感元件分别为两个组成一行，两个组成一列。除了图像分辨率较低的情况之外，从阵列传输到处理单元的数据列保持与最大分辨率的情况下相同。然而，在根据本发明的阵列中，可能进行一次直接组合，甚至在信号到达放大器之前。因此而减少的数据量允许在相同的数据流中有由连续图像组成的较高的图像序列，同时降低了在组合信号中的噪声。

例如，输出图像的行和列中的像素数量分别是在阵列的行和列中包含的传感元件数量的一半。如果现在图1中控制单元99采用一个激活信号同时对公共控制线21、22、31和32发脉冲，则在每个组中四个直接多维相邻的传感元件1被同时激活，它们的输出信号加到各个的组读出线71、72、73和74上。因此，在各个读出放大器中产生一个由四个输出信号形成的合并信号；它表示一个合并的输出信号并且能够直接赋值给输出图像中的一个像素。例如在对控制线

-23，24，33，34

-41，42，51，52

-43，44，53，54发脉冲时，从被激活的传感元件的组合信号中生成更多的像素。如果图像的分辨度更进一步减少，可以同时激活一个组中全部的十六个传感元件1。因此根据图1的阵列提供了两级组合的可能性。如果在一个较大的阵列中由多于十六个的传感元件构成一个组，例如，每一行和每一列分别为1024、128，则可以实现多级组合，例如，其实现方式为：分别地同时激活在第一级中每个组的四个传感元件、在第二级中每组的16个传感元件、在第三级中每组的64个传感元件，依次类推。

在实际中，上述的扩展类型阵列中，由比图1所示更多的传感元件构成一个组。

此外，这样一个传感元件阵列可以在空间多维领域测量进入的照射剂量。根据图1，由一组传感元件1构成的区域是一个二维的矩形区域，因此该区域构成一个平面。在照射过程中，一个代表照射强度的电流流经每个传感元件1，并且在一个组内所有的传感元件1中进行累积，然后分别经过公共组读出线71、72、73或74到达读出放大器。读出放大器的作用是，除了用于对读出信号进行实际放大外，还对该电流进行测量。在一个特定时间段内，采用集合电流能够得到击中一个组中所有传感元件的平面的射线剂量。

上述阵列为优化由一组传感元件所构成的、和剂量测量相关的表面的大小和形状提供了可能性。还可以例如为了区别对待一个阵列的边缘和中心区域，为一些组或者每个组构成形状不同的表面。还可以按照人眼中光传感器的排列方式，使位于阵列边缘的组中的单个传感元件的表面大于位于阵列的中心区域的一个组的传感元件。

通过任意传感元件的开关单元的特定特性，可以进行用于确定剂量的必要的电流测量。图2首先示出了一个传感元件1的普通实施例。传感元件1包括一个传感器4，它被电磁射线，例如光或者X射线击中时产生一个电荷信号。传感元件1还包括一个输出端3，电荷信号能够留过该输出端用于进一步处理。为了使电荷信号是可控的，传感元件1有一个开关单元5，它用于在一个激活信号出现在控制输入端6时，激活传感元件1。一个激活的传感元件1的特征是传感元件4与输出端3相连接。

图3描述了一个传感元件1a的一个优选实施例，该元件还可以用于剂量测量。传感元件4包括一个光电二极管4a，该光电二极管通过一个供电输入7供电，在被光击中时，产生一个电荷信号，该信号存储在光电二极管4a的内部电容中。开关单元5a的功能通过一个半导体开关10实现，其有一个电容11并行地连接在断路器间隙上。供电输入7和输出端3通过一个读出放大器(未在图中示出)接入一个电路，该读出放大器与输出端3相连接。在传感元件1a被激活时，打开半导体开关10，并测量射线，在这种情况下射线为光，光击中光电二极管4a。在光电二极管4a的内部电容中生成电荷信号，形成一个电流，该电流从光电二极管4a流出，经过电容11到输出端3，然后进入读出放大器，这里未示出该读出放大器。根据流过的电荷量，可以确定击中光电二极管4a的剂量，即使是在照射正在进行时也可以确定。为了测量实际电荷信号，在下一个步骤中，通过用激活信号对控制输入端6发脉冲来激活传感元件1a，然后关闭半导体开关10，从而使光电二极管4a与输出端3相连接。光电二极管4a中的电荷信号能够几乎完全流到读出放大器中。当半导体开关10随后打开时，传感元件1a再次去激活，传感元件1a准备好进行下一次测量。如果应该用这样一个传感元件1a检测X射线，则一个称为闪烁器的元件应该放置在光电二极管4a之前。在被X射线击中时，该闪烁器发出光。

图4示出了了一个传感元件1b的另一个优选实施例，它能够用于根据本发明的阵列中。与上述的实施例相比，传感器直接进行变换，并由在两个电极之间的一个层4b构成，层的材料用于通过改变电极上的当前电压而对进入的X射线做出反应。层的材料可以包括无定形硒、碘化铅、氧化铅或者碘化汞。电压的改变形成一个电流经过电容11，该电容11与半导体开关10并联。采用图3所示的方法和装置可以确定并读出照射的剂量和传感器4b的电荷信号。这里没有示出传感器4b的第二电极的连接，该第二电极通常作为在阵列中所有的传感器的一个公共电极。

图5示出了包含多于一个的控制输入端的一个传感元件的实施例。一个传感元件1c的开关单元5b包括两个串联的开关10a和10b，这里开关10a和10b的开关输入构成传感元件1c的第一个控制输入端6a和第二个控制输入端6b。电容11a和11b分别与开关10a和10b并联。另外一个可选的电容11c，其并联在开关单元5b的整个断路器间隙，该电容示出了对于一个信号处理系统进行最佳调节的各种设计可能性的一个例子。通过电容11a、11b和11c，可以采用类似的方法实现前述的剂量测量。每个传感元件有两个控制输入端6a和6b的结果是，与只有一个控制输入端的传感元件相比，激活方式变得相当复杂。当考虑到每个组中控制线的数量时，其最终的优势也就清楚了。例如，假设一个控制输入端可以用两个不同的信号‘0’和‘1’来发脉冲。如果一个传感元件有一个控制输入端，假设它在控制输入端上出现信号‘1’时被激活，如果一个传感元件有两个控制输入端，假设它在两个控制输入端上同时出现信号‘1’时才被激活。在这些条件下，如图1所示，在一组传感元件中每一个都带有一个控制输入端的一个阵列中，必须将一个控制线分别提供给这些传感元件中的每一个。与一组传感元件相连的控制线的数量和其传感元件的数量相同。然而，如果传感元件有两个控制输入端，就可以采用灵巧的连接方式将控制输入端与控制线相连接，从而很大程度上降低了必须接入一个组的控制线的总数。假设每个组的传感元件数量为N，接入该组的控制线的数量为L。每个传感元件有一个控制输入端时，每个组需要L＝N个控制线，而每个传感元件有两个控制输入端时，每个组至少需要 $L=2\·\sqrt{N}$ 个控制线，其中L必须四舍五入到下一个整数。每个组的传感元件数量越大，这种效果越明显。

图2到5所示的传感元件可以通过已知技术制造，例如，在带有晶体管或者可能的非晶硅的光电二极管的薄膜电子装置中。根据本发明所需要的用于产生电流的其它元件也同样可以采用上述薄膜技术实现。

图6示出了一个图，在该图中示出了在一个传感元件中电荷信号的时间特征和电流的时间特征的一个例子。在上面的图中纵轴表示电荷信号S的值，在下面的图中，纵轴表示电流L的值，每个图的横轴都代表时间t。到时间t1，在传感器中没有电荷信号存在，传感元件没有被照射。首先考虑为连续的曲线特征。从时间t1开始，传感元件被一个发射源照射，该发射源的强度在时间上大致恒定，从而使电荷信号大致呈线性增加。在时间t4，电荷信号到达值S4，照射结束。在时间t5，传感元件被激活，电荷信号能够流出传感元件以进行进一步处理。当电荷信号在t1和t4的时间段内增加时，有一个大致恒定的电流L1流经开关单元的对应装置，如下面的图所示。

可以从流过的电荷量中确定剂量。如果确定了在其它时间t2和t3的照射中已经流过的电荷量，则即使是在照射过程中，也能够确定已经击中传感元件的剂量。如果必须保证不能超过一个特定的剂量，并且如果已经在时刻t3达到了该最大允许剂量，则能够利用该信息，采用一个指示达到该限制剂量的警告信号，将该信号输入到例如一个X射线源，从而停止进一步照射。因此在上面的图和下面的图中都有分段曲线的特性。另外一种在照射期间计算剂量的方法包括，确定在规则间隔中的电流，并且采用适当的算法预测达到最大允许剂量的时间。照射会在该时间停止。

在图1所示的阵列中，一个组的传感元件形成一个连续的块，一个读出线71、72、73或74的故障或者读出装置90的故障分配到上述组，会导致蔓延到该组的整个区域的错误，因不能被纠正。此外，必须在每个区域布置非常多的读出线，从而使布线变得非常复杂。

为了减少该间题，建议一个根据本发明在图7中示意性地示出的改进阵列。图7示出了来自整个传感元件阵列的一个块状详图100，该详图随后被称为一个元组(或者元像素)。元组100包括来自四个不同组的传感元件101a、101b、101c、101d，在图中用相同的纹理和一组字母A、B、C或D标示属于一个组(称为超像素)的传感元件。组的混合阵列的结果是，元组100由(例如十六个)2×2块组成，这些2×2块中的每一个包括四个传感元件101a-101d，它们分别属于不同的组A、B、C、D。这种方法产生了一种结构，在该结构中一个组A、B、C或D中的每个传感元件被来自其他组的八个传感元件所围绕。因此，如果在一个组(例如B)的读出电子装置中有一个失败，则在图像中由此的丢失像素被以良好的准确性内插周围像素(来自组A、C、D)。因此，这样一种阵列对于抗缺陷有非常好的稳健性。

如同图1到6的上下文所解释的，上述阵列还可以使用漏电流和读出TFT的寄生电容(在EP 486 102 B1中也可以看到类似内容，尽管由于对列信息的严格限制，而没有严重的不利性)，在曝光过程中进行剂量记录，并且不需要附加的元件。

图7示出元组100的一个二次设计，带有2m行和2n列，其中m＝n∈N，在更普通的设计中，也可能为m≠n。

理论上，在图7的阵列中传感元件的布线可以比照图1，其布线方式为有恰好一个控制线连接到四个不同组的四个对应传感元件101a-101d中的每一个上。但是，在图7的阵列中，由于控制线所连接的传感元件不是分布在一个很大的区域而是在一个紧凑的2×2块中，因此使这种布线变得简单。

在元组100中的传感元件的寻址最好是根据行和列，从而可以进一步简化布线。在图8和9中示出了第一实施例，这里图8示出了控制线(或者激活线)的走线，图9示出了读出线的走线。根据图8，行控制线X1、X2、X3和X4穿过传感元件之间的每个第二行，列控制线Y1、Y2、Y3和Y4穿过传感元件之间的每个第二列，在每个行控制线的下方和上方的所有传感元件都与该行控制线相连，在每个列控制线的左侧和右侧的所有传感元件都与该列控制线相连。因此，一个控制线Xi的激活影响两行传感元件，一个控制线Yj的激活影响两列传感元件。由于根据图5的传感元件从内部通过一个AND逻辑连接在行和列控制线上，因此在一个传感元件的行控制线和列控制线都被激活时，该传感元件才被激活。由此就意味着，在图8所示的阵列中，当一个行控制线和一个列控制线处于激活状态时，围绕两个控制线交叉点的四个传感元件被激活。例如，当控制线X1和Y1处于激活状态时，四个传感元件101a-101d被激活。然而，由于这些传感元件属于不同的组，从而在不同的读出线上被读出，因此这种相邻传感元件的激活方式并不产生任何冲突。

图9示出了图8元组100的读出线的走线方式。可以看到，在元组中，内部读出线102经过元组100的列，内部读出线103经过元组100的行，仅仅分别属于A、B、C或D组中的一个组的传感元件连接在任意一个读出线上。这里，在元组100的边缘，一个组的所有读出线连接在外部读出线111(用于组A)、112(用于组B)、113(用于组C)和114(用于组D)，外部读出线分布在整个阵列或者芯片的边缘以及结束于对应的读出装置，这里没有进一步示出其布线模式。在它们在传感器区域的走线路径中，外部读出线111-114必须穿过其他元组的行和/或列。从图9中可以看到，其他元组(未示出)的外部读出线120、130就是这样布线的。还可以看到，内部读出线102和103的布线恰好在每个第二行或者第二列中，为这样的外部读出线的布线留出空间。

简而言之，图8和图9所示的实施例有以下拓扑结构：

激活线：在每个第二行或第二列

-一个X激活线用于一个元组中的两行；

-一个Y激活线用于一个元组中的两列；

读出线：隔行或隔列

-两个在相邻传感元件之间的内部读出线；

-两个在相邻传感元件之间的外部读出线。

总之，交替的三个线(两个内部读出线加一个激活线)或者两个线(两个外部读出线)始终在每个方向(X和Y)上的两个相邻传感元件之间。

该实现方案的优点是，需要数量较少的线，从而可以简化整个阵列的结构。

图10和图11示出了用于元组的另外一种可能的布线方式。图10示出了激活线的走线，激活线X1-X8或者Y1-Y8分别穿过传感元件之间的每一行和每一列，在它们上方或者左侧的传感元件与之相连。控制线X1/X2、X3/X4、....X7/X8在每一种情况下合并，即由相同的信号发脉冲。

图11示出了读出线的辅助布线。恰好一个内部读出线102或者103和一个外部读出线111-114(来自相同的元组)或读出线120、130(来自其他元组)经过每行和每列。

简而言之，图10和图11所示的实施例有以下拓扑结构：

激活线：

一个X激活线，用于元组的一行；

一个Y激活线，用于元组的一列；

读出线：

-一个在相邻传感元件之间的内部读出线

-一个在相邻传感元件之间的外部读出线

总之，在每个方向(X和Y)上，相邻传感元件之间有三个线(一个外部读出线和一个内部读出线，和一个激活线)。

图12示出了一个有十六个元组100的阵列的一个可能的整体设计。在该设计中，符合图8到11走线方式的一个阵列采用了n行和m列的元组100，每个元组包括2m×2n个传感元件，如上所述。这样的尺寸设置确保有足够的空间用于在传感元件之间的行和列中走外部线。

对于一种特殊的情况m＝n，该情况在整个阵列，一个元组100和一个组之间提供了以下的比率：

每个组有n×n个传感元件；

每个元组有四个组；

每个阵列有n×n个元组；

每个阵列有4n²个传感元件；

每个组有一个读出通道；

每个阵列有4n²个读出通道

每个读出通道有n²个像素；

例如，n＝32得到：每个阵列有2k×2k个像素，每个读出通道有1k个像素。

从理论上讲，对于扁平动态X射线探测器(FDXD)，可以采用和以前相同的技术实现上述传感元件阵列。唯一关键的不同点是激活线和读出线的布线。

可以看到，本发明的优点在于，可以在运作中，也可以探测器的生产中实现较高的故障容忍度，这是因为，由于可以使用与缺陷像素相邻的八个非故障像素，从而可以为一个故障的传感元件组纠正图像。更多的优点为：

-不需要增加辅助内部或者外部元件就可以在曝光过程中进行剂量记录。

-通过缩短读出时间增加了图像的频率：由于相对于传统阵列，读出放大器的数量增加了，数据能够更快地从像素中读出。

-噪声降低：由于相同的原因，该放大器的更小电容性负载还减少了(所谓的无关联)噪声。

-避免了行相关的噪声：在传统的FDXD中，读出电子装置的影响会造成所谓行相关噪声的噪声，由于该噪声清晰可见，因此它的影响是破坏性的。经过对比，由于在行中不再有“相同相位的像素”，因此所建议的读出拓扑结构使这种影响的明显性得到很好的抑制。

-特殊的快速缩放模式的实现：通过合适的像素束阵列，可以精确地读出一个探测器的所需要的子区域。但是也可以像正常情况一样，控制不在缩放区域中的像素束，从而可以避免在切换到全屏后出现图像假象。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1、一种带有传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)的阵列，

其中，至少一个传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)包含一个传感器(4，4a，4b)、至少一个输出端(3)、至少一个控制输入端(6，6a，6b)和至少一个控制单元(5，5a，5b)，

其中，传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)能够被激活，从而在激活状态，在输出端(3)上存在由传感器(4，4a，4b)生成的一个信号，

其中，开关单元(5，5a，5b)与传感器(4，4a，4b)、输出端(3)和控制输入端(6，6a，6b)相连，提供开关单元(5，5a，5b)以根据控制输入端(6，6a，6b)上的信号，激活传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)，

其中，该阵列包括至少一组传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)，该组传感元件被设计成：每一个传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)的至少一个输出端(3)连接在一个组的输出端，

其中，在至少一个组中，三个传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)形成一个几何平面，

其中，在至少一个组中至少有一个传感元件(101a-101d)不和该组中其他任何传感元件相邻，和

其中，对每个组中的传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)的寻址可以在单独寻址和同时寻址之间进行选择性的改变。

2、根据权利要求1的阵列，其特征在于，传感元件以一个二维矩阵的形式排列，其中至少一个2×2块具有来自四个不同组的传感元件(101a-101d)。

3、根据权利要求2的阵列，其特征在于，2×2块的四个传感元件(101a-101d)将它们的控制输入端连接在公共控制线(Xi，Yj)上。

4、根据权利要求2的阵列，其特征在于，阵列包括至少一个由传感元件(101a-101d)组成的块状的元组(100)，其中元组包括四个传感元件组(A，B，C，D)，并且由来自四个组中的每个组的传感元件(101a-101d)组成的相同的2×2块所构成。

5、根据权利要求4的阵列，其特征在于，在元组(100)中，行控制线(X1-X8)经过传感元件(101a-101d)的至少每一第二行，列控制线(Y1-Y8)经过传感元件(101a-101d)的至少每一第二列，其中位于每个控制线的一侧或者两侧的传感元件与之相连，并且其中元组(100)的每个传感元件都连接在恰好一个行控制线和恰好一个列控制线上。

6、根据权利要求4的阵列，其特征在于，在元组(100)中的传感元件(101a-101d)的输出端连接在按行或列的方向走线的内部组线(102，103)上，这些组线自身连接在按行或列的方向穿过元组(100)外部的矩阵的四个外部组线(111，112，113，114)上。

7、根据权利要求4的阵列，其特征在于，阵列包括m列和n行的相同的元组(100)，这些元组(100)自身包括2n列和2m行的传感元件(101a-101d)。

8、根据权利要求1的阵列，其特征在于，传感元件的一个装置是一个或多个半导体开关(10，10a，10b)的至少一个电容(11，11a，11b)和/或寄生电容。

9、一种X射线检测系统，其特征在于，该X射线检测系统包含至少一个根据权利要求1的阵列。

10、一种光学图像记录系统，其特征在于，该光学图像记录系统包含至少一个根据权利要求1的阵列。

11、根据权利要求1的阵列，其特征在于，传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)包括至少一个装置(11，11a，11b)，该装置用于在传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)处于非激活状态时，形成在传感器(4，4a，4b)和输出端(3)之间的一个电流。

Claims (10)

1、一种带有传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)的阵列，

其中，至少一个传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)有至少一个传感器(4，4a，4b)、至少一个输出端(3)、至少一个控制输入端(6，6a，6b)和至少一个控制单元(5，5a，5b)，

其中，传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)能够被激活，从而在激活状态，在输出端(3)上存在由传感器(4，4a，4b)生成的一个信号，

其中，开关单元(5，5a，5b)与传感器(4，4a，4b)、输出端(3)和控制输入端(6，6a，6b)相连，提供开关单元(5，5a，5b)以将控制输入端(6，6a，6b)上的信号模式与至少一个激活模式进行比较，如果该当前信号模式与激活模式匹配，则激活传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)，

其中，传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)优选包括至少一个装置(11，11a，11b)，该装置能够在传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)处于非激活状态时，形成在传感器(4，4a，4b)和输出端(3)之间的一个电流，

其中，该阵列包括至少一组传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)，该组传感元件被设计成：每一个传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)的至少一个输出端(3)连接在一个组的输出端，

其中，在至少一个组中，三个传感元件(1，1a，1b，1c，101a-101d)形成一个几何平面，并且

其中，在至少一个组中至少有一个传感元件(101a-101d)不和该组中其他任何传感元件相邻。

2、根据权利要求1的阵列，其特征在于，传感元件以一个二维矩阵的形式排列，其中至少一个2×2块具有来自四个不同组的传感元件(101a-101d)。

3、根据权利要求2的阵列，其特征在于，2×2块的四个传感元件(101a-101d)将它们的控制输入端连接在公共控制线(Xi，Yj)上。

4、根据权利要求2的阵列，其特征在于，阵列包括至少一个由传感元件(101a-101d)组成的块状元组(100)，其中元组包括四个传感元件组(A，B，C，D)，并且由来自四个组中的每个组的传感元件(101a-101d)组成的相同的2×2块所构成。

5、根据权利要求4的阵列，其特征在于，在元组(100)中，行控制线(X1-X8)经过传感元件(101a-101d)的至少每一第二行，列控制线(Y1-Y8)经过传感元件(101a-101d)的至少每一第二列，其中位于每个控制线的一侧或者两侧的传感元件与之相连，并且其中元组(100)的每个传感元件都连接在恰好一个行控制线和恰好一个列控制线上。

6、根据权利要求4的阵列，其特征在于，在元组(100)中的传感元件(101a-101d)的输出端连接在按行或列的方向走线的内部组线(102，103)上，这些组线自身连接在按行或列的方向穿过元组(100)外部的矩阵的四个外部组线(111，112，113，114)上。

7、根据权利要求4的阵列，其特征在于，阵列包括m列和n行的相同的元组(100)，这些元组(100)自身包括2n列和2m行的传感元件(101a-101d)。

8、根据权利要求1的阵列，其特征在于，传感元件的一个装置是一个或多个半导体开关(10，10a，10b)的至少一个电容(11，11a，11b)和/或寄生电容。

9、一种X射线检测系统，其特征在于，该X射线检测系统包含至少一个根据权利要求1的阵列。

10、一种光学图像记录系统，其特征在于，该光学图像记录系统包含至少一个根据权利要求1的阵列。

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