CN88100848A

CN88100848A - 具有由阵列射线传感器构成的图象接收平面的低噪声射线图象探测系统

Info

Publication number: CN88100848A
Application number: CN88100848.6A
Authority: CN
Inventors: 亀川正之; 足立晋
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1987-02-16
Filing date: 1988-02-15
Publication date: 1988-09-21
Anticipated expiration: 2003-02-15
Also published as: EP0287197B1; KR880010336A; US4804854A; KR920001114B1; CN1023836C; DE3862603D1; EP0287197A1

Abstract

用于医学诊断和科学测定的半导体射线探测系统，其中设置了与各象素对应的阵列式多个信号输出电极的二维射线传感器矩阵，信号输出电极的各行和各列上配有一个放大器，对应各信号输出电极至少设一个电流电压变换电路，各信号输出电极连接到该电流电压变换电路的输入端，而该电路的输出端连接到相应的行边和列边放大器的输入端，由该行边和列边放大器的输出中可得到射线二维输入位置的信息。

Description

本发明涉及一个射线图象探测系统，该系统具有由两维阵列式射线传感器作为象素构成的一射线图象接收平面。更具体地说本发明涉及一个系统，其中的信噪比得到改善。

一个陈阵传感器型射线图象探测系统的典型的例子（如图4所示）具有由多个高灵敏的射线传感器Dij（i＝1，2，…，m;j＝1，2，…n）构成的图象接收平面;每个传感器的射线接收面积小于一平方毫米。很多这样的小传感器被密集地排列在一起，从而构成具有所需总面积的（例如大约30cm²）一个（m，n）传感器矩阵。每个传感器由一个扁平的半导体片制成。其两个表面均镀上金属膜作为电极。该半导体片是CdTe，HgI₂这类的化合物半导体。在半导体片与两个当中任何一个电极的接触面上形成了一个响应于射线的二极管层。根据图4，（m，n）传感器矩阵m行中的每一行均对齐的n个射线传感器的上侧电极都连接在一起，并引到m个行边放大器Ai中对应的一个放大器上;同时，（m，n）传感器矩阵的n列中每列对齐的m个射线传感器的下侧电极都连接在一起并通过耦合电容Cj引到n个列边放大器Bj中对应的一个放大器上。电容Cj用来隔离从下侧电极提供给射线传感器的偏置电压Vb对放大器Bj的影响。利用所提供放大器，当（一个）辐射光子入射到某个特定的射线传感器Dij上时，可以使行边放大器Ai和列边放大器Bj输出其相应的脉冲信号。换言之，从两个确定的放大器Ai和Bj的输出信号组合可以确定哪个射线传感器被一个射线光子辐照。然而，当两个或更多的光子同时辐照一个传感器或不同的传感器Dij，Dij′，Dij″，……（或Dij，Di′j，Di″j……）且这些传感器的输出被送入同一个行边放大器Ai（或列边放大器Bj）时，即，当放大器Ai和Bj都（或其任意一个）输出大于一个光子对应的信号时，被同时辐照的不同传感器不能被彼此区分开来。因此，在这种情况下，从放大器Ai和Bj输出的信号被忽略掉，不被用作象素信号。

在上述射线图象接收系统中，每个放大器均有其输入级，该输入级由一个场效应晶体管构成的充电放大型前置放大器组成。我们知道，充电放大型放大器的输出噪声功率与该放大器的输入端电容C的平方值C²成正比，通常C≥10PF时，噪声在输出信号中占主要成份。由于对放大器而言，电容C也可以认为是等于信号源的输出电容，而且在这种情况下，每个放大器Ai、Bj的输入均与n或m个射线传感器并连相接，则Ai和Bj的输入端电容分别为nCd和mCd，其中Cd是与一个射线传感器Dij相关的电容（包括其引线电容）。由此，输入到行边放大器和列边放大器Ai和Bj的噪声功率分别为（nCd）²和（mCd）²。这意味着，系统噪声随构成象素的射线传感器数目的平方成正比而增加。另外，从传感器到高输入阻抗放大器的长引线也会使放大器易于拾取外部噪声。

本发明是为了消除传统的阵列传感器型射线图象探测系统所具有的缺点。其目的是提供一种新型的、改进了的阵列传感器型射线图象探测系统;从而抑制信噪比变差。使其噪声正比于构成射线图象接收面的射线传感器的数目，而不是正比于该数目的平方。

本发明的另一个目的是使这样一个改进了的射线图象探测系统避免为了改善信噪比而降低灵敏度。

为了达到上述目的，根据本发明，射线传感器分别带有其各自的输出缓冲电路，通过该缓冲电路，来自传感器的输出信号被输入到相应的行边和列边放大器。每个缓冲电路最好由金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）构成，其栅极与漏极分别接到射线传感器的输出端和对应的放大器的输入端。所有的射线传感器都配有这种缓冲电路，它具有将射线传感器的输出端电容与放大器的输入级隔离开的作用，这就使放大器的输入端并联电容不受射线传感器输出端电容的影响。因此，每个放大器输出级的噪声功率随单个传感器的输出电容^Cd的平方（Cd²）与输出信号联接到该放大器的传感器数目的乘积是线性增加关系。上述传感器的数目，对m个行边放大器中任何一个而言，均为n;对n个列边放大器中任一个，均为m，其条件是射线传感器构成一个（m，n）的传感器矩阵。然而，如果每个射线传感器仅由半导体基片与基片的某一面（如，上表面）上镀的金属电极之间形成的单个二极管产生效应（而不是如图4所示，由半导体基片与其上、下两面镀的两个金属电极之间形成两个二极管起作用），则传感器的输出信号必须同时输给一个行边放大器和一个列边放大器。其结果是使缓冲电路的输出下降为 1/2 。根据本发明，可以克服这种灵敏度下降。通过在缓冲电路中加一个有两个输出端的电流镜象电路：一个输出端输给行边放大器，另一个输给列边放大器。

总之，本发明改善了行边放大器和列边放大器伴生的噪声功率;将图4所示的传统系统所预期的噪声功率（nCd）²和（mCd）²下降了1/n和1/m，分别为nCd²和mCd²

下面，给合附图，对本发明进行更详细的说明。其中：

图1（a）示出构成本发明一个实施例的整个电路的简化框图;

图1（b）是图1（a）的局部细节，示出上述实施例中每一射线传感器所附带的缓冲电路以及与行边和列边放大器的连接关系;

图2显示了上述实施例的拆开透视图;

图3（a）示出本发明的另一个实施例的整个电路结构的简化框图;

图3（b）是在图3（a）所示实施例中采用的缓冲电路;

图4显示了一个传统的阵列传感器型射线图象探测系统的透视图。

参见图2，该图示意性地示出本发明一个实施例的分解透视图，多个尺寸小于1mm²的小金属电极Eij（i＝1，2，…m;j＝1，2，…n）被密集地镀在大约1000cm²的同一块半导体基片1上，从而构成一个（m，n）的电极矩阵。通过将电极镀在半导体基片上，在电极Eij与半导体基片1之间的接触面上形成了起射线传感器Dij作用的电子二极管层。由这样形成的二极管构成的射线传感器Dij无法实际地在图2中画出，而是在图1（a）和图1（b）中用常用的二极管符号表示出来。在半导体基片1的下表面再镀上一个公共电极2。这样，电极Eij、半导体基片1和公共电极2构成了射线传感器Dij的一个（m，n）矩阵。这个传感器矩阵配有带m×n个缓冲电路Cij的一个电路板7（在图2中未显示，以下结合图1（a）和图1（b）给予描述），每个缓冲电路布置在（电极Eij下面的）每个射线传感器Dij与各个（m个）行边放大器Ai及各个（n个）列边放大器Bj之间。

按上述表面结构，本实施例具有上述缓冲电路Cij、和放大器Ai、Bj构成的电子线路。如图1（a）中所示的本实施例的整个电路结构，缓冲电路Cij与用二极管符号表示的射线传感器Dij是一对应配置的，其输出对应于传感器矩阵的行和列分组并输入到各自对应的行边放大器Ai和列边放大器Bj。缓冲电路的细节在图1（b）中以一个代表性的电路Cij为例显示出来。在图1（a）和图1（b）中，通过一个电阻4、两个分流电阻5和6、以及对应于行边放大器和列边放大器Ai和Bj的负载电阻7和8，给每一个二极管Dij（代表射线传感器）提供反向偏压，这样，在二极管Dij阴极上的电位近似地保持为零伏。在二极管这样偏压的情况下，当射线辐照时，在二极管Dij中的反向电流流过上述电阻5和6（反馈电阻）并使得放大器Ai和Bj输出与来自二极管Dij的象素信号相对应的脉冲信号。

在上述辐射信号探测过程中，所有的行边放大器Ai和列边放大器Bj均由各自的缓冲电路Cij将其与二极管Dij隔离。因此，每个行边和列边放大器Ai和Bj的噪声功率取决于Cd²与m或n的乘积（Cd：一个二极管的容抗），而不是取决于（mCd）²或（nCd）²。这样，通过本发明可以很大地提高射线图象探测系统的信噪比。

然而在上述实施例中，由于通过二极管Dij的信号电流被分流在两个电阻5和6上，行边放大器Ai和列边放大器Bj的输出信号会减小一半。为避免由此造成的灵敏度下降，本发明可以通过将上述缓冲电路Cij变型为如图3（a）所示的电路Lij来实现。该缓冲电路包括一个有两个输出端的电流镜象电路9，这两个输出端分别接到行边放大器Ai和列边放大器Bj上。事实上，这个电流镜象电路是一个为避免由于向两个行边和列边放大器Ai，Bj分流而造成的传感器输出下降1/2的电流放大器。这样一个具有电流镜象电路的缓冲电路可以进一步改进成图3（b）所示的形式。图中改进了的缓冲电路和其中电流镜象电路分别标注为Mij和9a。

Claims

1、一个射线图象探测系统，其射线图象接收平面由多个排成阵列的射线传感器构成，以此形成一个两维的(m，n)传感器矩阵，该射线图象探测系统包括：

缓冲电路，由上述射线传感器探测到的辐射信号通过该缓冲电路输出，上述缓冲电路与上述射线传感器一一对应地配置；

m个行边放大器，其中每个放大器均放大属于上述(m，n)传感器矩阵的m行中每一行的射线传感器所探测到的辐射信号；和

n个列边放大器，其中每个放大器均放大属于上述(m，n)传感器矩阵的n列中每一列的射线传感器探测到的辐射信号。

2、一个权利要求1定义的射线图象探测系统，其中每个上述的缓冲电路均由两个场效应晶体管构成，这两个场效应晶体管的栅极连在一起以接收某一上述射线传感器探测到的辐射信号，它们的漏极分别输入到上述某一行边放大器和上述某一列边放大器。

3、一个权利要求1定义的射线图象探测系统，其中上述每个缓冲电路由一个场效应晶体管组成，该场效应晶体管的栅极连接到上述某一射线探测器以接收由该探测器探测到的辐射信号，其通道电路配有一个电流镜象电路，该镜象电路有两个输出端用以将上述辐照信号同时传送到上述某一行边放大器和上述某一列边放大器。