JP2005526985A

JP2005526985A - 結像および照射量測定用のｘ線検出器配列

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Publication number: JP2005526985A
Application number: JP2004507864A
Authority: JP
Inventors: ナシェッティ，アウグスト; ジェイパウエル，マーティン; フランクリン，アンソニー　アール
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2005-09-08
Also published as: GB0212001D0; KR20050004179A; EP1527358A1; WO2003100459A1; AU2003228024A1; US20050285043A1

Abstract

X線検出装置は複数のサブアレー（40）に配置された画素配列を有する。各サブアレー（40）内の画素は共通の出力（42）を共有する。検出器は２つのモードで作動し、照射量検出モードでは切替装置（50）はオフにされ、電荷の流れは入射光に応じて、切替装置（50）のオフキャパシタンスを介して部分的に出力に結合され、読み出しモードでは切替装置はオンにされ、電荷は検出信号としての測定のため、電荷蓄積素子と出力（42）の間に流れる。切替装置（50）は第1および第2の制御信号によってオンにされ、サブアレー（40）内の単一画素を選択することが可能となる。従って通常の読み出しの分解能は画素当たりであるのに対して、照射量検出の分解能はサブアレー当たりとなる。

Description

本発明はX線検出器および検出器に用いられるX線検査装置に関する。特に検出器は、半導体のX線検出器回路で集積された照射測定回路を有し、照射制御信号の他、画像信号を提供する。これは画像取得処理中のX線照射のリアルタイム制御を可能とする。

患者へのX線照射は診査している組織の吸収率の関数として制御されることは良く知られている。例えば高輝度の露出過度の領域が、例えば患者のような診査対象物によって減衰されない（あるいはほとんど減衰されない）X線によって画像内に生じる場合がある。例えば肺組織のような低X線吸収率の組織ではあまり減衰されず、従って所与のコントラストの画像を得るために必要なX線照射量は少なくて済み、画像検出器が飽和することを防止できる。

従来のX線検査装置の構成は当業者には周知である。通常、装置は患者に照射するX線源を有し、患者はX線ビームによって放射線学的に診査される。患者へのX線吸収率の局部的差異によって、X線画像が形成される。X線検出器はX線画像から画像信号を得る。光学センサを用いた検出器においては、検出器は入射X線エネルギーを光信号に変換する変換層または表面を有する。従来、これらの光信号は画像強調器のピックアップチェーンによって顕著に検出され、このチェーンにはX線画像強調器およびテレビカメラが含まれている。

このタイプの従来のX線検査装置は米国特許第5461658号明細書に開示されている。この資料にはさらに照射制御システムが開示されており、このシステムにはX線源を調整するため、視像における局部的な輝度値を利用する予備光検出システムがある。この予備光検出システムは視像の輝度を局部的に測定するCCDセンサを有する。照射制御システムは測定された輝度値から制御信号を取得し、制御信号は高診断画質のX線画像が表示されるようにX線装置を調整するために用いられ、微小領域の細部がX線画像に含まれ、適切な状態で視覚的に再生される。制御信号はX線ビームの強度および／またはエネルギーを制御し、画像信号の増幅の制御に用いられる。いずれのステップも画像信号の信号レベルに直接的または間接的に影響を及ぼす。

最近になって、半導体X線検出器の使用が提案された。そのような装置には2つの基本構成態様がある。

いわゆる「間接」検出器配置においては、入射X線照射はまず光に変換される。提供される感光性セルの配列において、セルの各々は感光性素子（光ダイオード）および電荷蓄積装置（これは別の素子であっても、光ダイオードの自己キャパシタンスであっても良い）を有する。

いわゆる「直接」検出器配置においては、X線感応光導電体が用いられ、X線を直接電子に変換する。光導電体は自己キャパシタンスを持たないため、薄膜技術によって電荷蓄積装置として作用するキャパシタが設けられる。
米国特許第5461658号明細書国際公開第02／25314号パンフレット

X線照射の間、各セルの光入射は電荷蓄積装置上に電荷レベルとして保管され、照射期間の終了時に読み出される。蓄積された電荷の読み出しによって画像センサは有効にリセットされるため、この操作はX線照射期間の終了時にのみ行うことが可能である。従ってこのタイプの画像センサからの出力信号を用いてリアルタイムで照射期間を制御することは不可能である。なぜなら、そのような出力は照射の終了時においてのみ利用できるからである。半導体画像センサ装置の性質はさらに、備えられたCCDを用いた上述のフィードバック制御等を妨げる。

照射線量制御の1つの可能な方法は得られた画像を解析してから、異なる照射レベルで画像取得処理を繰り返すことである。当然この方法は潜在的に有害なX線被曝量にまで患者の全照射量を高める危険性があり、さらに急速に変化する画像に対して、あるいは急速な遷移のため異なる視点からの画像が必要な場合には適切ではない。

半導体の画像検出器と独立した外部照射量検出用配置が提案されている。しかしこれらは画質を劣化させる。従ってリアルタイムで線量制御することが可能で、半導体の画像センサを利用することが可能な照射量検出用配置に対するニーズがある。

さらに照射量検出素子を通常の画像センシング画素配置に結びつけることが提案されている。通常、照射量検出素子を集積させた画素設計には、照射量検出信号および画像読み出し信号に対する別個の読み出しラインと、２つのタイプの信号に対する別個の読み出し増幅器が必要である。通常各画素列は分配された読み出しラインと増幅器を有し、照射量検出機能のために追加の増幅器が提供される。

集積照射量検出の例は国際公開第02／25314A1号パンフレットに記載されている。

本発明においては、検出画素の配列を有するX線検出装置が提供され、当該装置において各画素は入射光を電荷の流れに変換する変換素子と、電荷蓄積素子と、蓄積された電荷を前記画素の出力に提供することの可能な切替装置とを有し、画素の前記配列は複数のサブアレーに配置され、各サブアレーは複数の画素を有し、各サブアレー内の前記画素は共通の出力を共有し、当該X線検出装置は２つのモードで作動することができ、第1のモードでは前記切替装置がオフにされて、入射光に応答した電荷の流れは、前記切替装置のオフキャパシタンスを介して照射量検出信号の測定用の前記出力に部分的に結合され、第2のモードでは前記切替装置はオンにされて、前記電荷蓄積素子と検出信号の測定用の前記出力との間に電荷が流れ、前記切替装置は第1および第2の制御信号によってオンにされ、前記サブアレー内の単一の画素を選択することが可能となる。

本配置においては、画素はサブアレーに分割され、共通の出力を共有する。この共通の出力は照射の間の照射量検出に用いられ、照射量検出はサブアレーのサイズと一致する分解能で行われる。読み出し増幅器の数は画素のサブアレー当たり1つに減少し、これは画素内の多重化によって実現される。特に各画素の切替装置は、2つの制御信号に対応しており、サブアレー内の単一画素を選択することが可能である。従って同じ共通の出力を個々の画素信号の測定に用いることができ、検出器の分解能は低下しない。切替装置は、同じ出力を照射量検出および従来の読み出しに利用することを可能にし、切替装置がオフのときには読み出しラインに容量性の結合を提供し、切替装置がオンのときには直接、導電性の結合を提供する。

この検出器は、検査対象物にX線エネルギーを曝露するX線源を有するX線検査装置に用いることが好ましい。検出器は検査対象物によって減衰されたX線画像を受ける。

装置はさらに、入射X線信号を光信号に変換する蛍光変換層を有しても良く、変換素子は光ダイオードのような光センサを有しても良い。電荷蓄積素子は光ダイオードと並列の別の素子としても良く、あるいは電荷蓄積素子は光ダイオードの自己キャパシタンスを有しても良い。

代わりに変換素子は光導電体およびキャパシタを有しても良く、これらはX線照射を直接電子の電荷の流れに変換する。

切替装置は、変換素子と出力の間に直列の第1および第2の薄膜トランジスタを有しても良く、トランジスタの一方は行選択制御信号によってゲート化され、トランジスタの他方は列選択制御信号によってゲート化される。このように、２つのトランジスタは「アンド」機能を提供し、2次元サブアレー内の個々の画素が選択される。これは出力に沿った電荷の流れによって個々の画素を再充電することを可能にする。

代わりに切替装置は、変換素子と出力の間に直列の第1の薄膜トランジスタと、第2の薄膜トランジスタを有し、第2の薄膜トランジスタは、第2の制御信号を前記第1のトランジスタの前記ゲートに切り替える第1の制御信号によってゲート化される。この配置においては第2のトランジスタは、ソース／ドレインの制御信号の一方、およびゲートでの他の信号で、「アンド」機能を提供する。第2のトランジスタがオフの時（X線照射の間）には第1のトランジスタのゲートは浮遊ノードを形成し、このノードは第1のトランジスタのソース−ドレインキャパシタンスを増大する。

各画素はさらに第1のトランジスタのゲートと変換素子の間に追加キャパシタを有する。この追加キャパシタは照射量検出信号を読み出し信号に整合させる。

画素は行と列に配列することが好ましく、各サブアレーは複数の行と列を有する。

第1の制御信号を搬送する複数の第1の制御ラインが提供され、第1の制御ラインの数は、各サブアレーの1行に提供される各第1の制御ラインを有する各サブアレーの行数に一致し、第2の制御信号を搬送する複数の第2の制御ラインが提供され、第2の制御ライン数は、各サブアレーの1列に提供される各第2の制御ラインを有する各サブアレーの列数に一致する。

このようにして画素の各サブアレーの制御信号は共有され、各画素のサブアレーは同時に読み出される。これは装置とのインターフェースに必要な制御ライン数を抑制する。読み出し増幅器は画素の各サブアレーにのみ提供され、画素配置内の多重化には、追加の多重化回路は必要ではなく、必要な増幅器数が抑制できる。

本発明の例は添付図面を参照して詳細に示される。

図1には従来のX線検査装置を示す。この装置はX線ビーム11で検査対象12、例えば放射線学的に検査される患者に照射するX線源10を有する。患者内のX線吸収の局部的差異により、X線画像がX線検出器14のX線感応表面13に形成される。

X線検出器14の従来の設計の1つは半導体光画像センサを用いることである。入射X線照射は蛍光シンチレータ13を用いて光に変換される。この光は半導体装置14によって検出することができる。代わりに、X線感応光導電体を用いてX線を直接電子に変換することができる。

図2Aには半導体光画像センサの1つの従来の設計例を示す。センサは行と列に配置された画素20の配列を有する。画素の行は行アドレスライン22を共有し、画素の列は読み出しライン24を共有する。各画素は電荷蓄積キャパシタ28と並列の光ダイオード26を有する。このキャパシタ28は別個の素子であっても良く、あるいは単に光ダイオード26の自己キャパシタンスを有しても良い。この並列結合は、共有電極30と特定の画素の列読み出しライン24の間にある薄膜トランジスタ29に直列に接続される。画素配列はガラス基板32に設けられる。行のドライバ回路34は行アドレスライン22に対し信号を提供し、列読み出しライン24は基板32からの出力を提供し、各列読み出しライン24は各電荷増幅器36につなげられる。

光ダイオードの機能は入射光を電荷の流れに変換することであって、電荷の流れはキャパシタに蓄積された電荷のレベルを変化させる。光導電体を用いる照射の直接変換の場合、キャパシタ28は別個の薄膜素子として設けられ、蓄積された電荷のレベルは光導電体からの電荷の流れの関数である。図2Bには半導体直接X線検出器の従来の設計例を示す。同じ構成物には図2Aと同じ参照符号が用いられている。光導電体260には適切な作動電圧がバイアスされている。光導電体およびキャパシタは図2Aの配置における蛍光体変換層および光ダイオードと置き換えられる。

画像センサ装置の作動においてはキャパシタ28は全て初期値に充電される。これは前の画像取得によって、あるいは全ての行導電体22に初期リセットパルスを印加することで行うことができる。電荷増幅器はリセットスイッチ38を用いてリセットされる。

X線照射の間、光ダイオード26の光入射は光ダイオードを介して逆バイアス方向に電荷の流れを生じさせる。この電流はキャパシタ28によってもたらされ、これらのキャパシタの電圧レベルを降下させる。別の方法では、光導電体260を通る電荷の流れはキャパシタ28からの電荷を消失させる。

X線照射完了時に、各行導電体22には行パルスが順に印加され、その行における画素のトランジスタ29はオンにされる。次にキャパシタ28は、トランジスタスイッチを介して共有電極30と列読み出しライン24の間に流れる電流によって初期電圧まで再充電される。示された例では、これらの電流は電荷増幅器36によってもたらされ、電荷増幅器36には流れない。キャパシタ28を元のレベルにまで再帯電させるのに必要な電荷量は蓄積キャパシタ28の放電量を表し、蓄積キャパシタの放電量は入射光による画素の照射を示す。この電荷の流れは電荷増幅器によって測定される。この手順は各行に対して繰り返され、完全な画像が回復する。

この種の半導体画像センサを用いる際の問題は、画素信号が照射完了後の読み出し段階中にのみ得られることである。上記の説明から明らかなように、いかなる読み出し信号も画素キャパシタ28を再充電させ、これらの画素は事実上リセットされる。従って画像取得処理の間はサンプルを得ることはできず、従って画像センサ設計はリアルタイムで照射を測定することができない。

本発明によると、画素は多重化機能を提供するとともに照射量検出機能が発揮できるように設計され、必要な読み出し増幅器の数が抑制される。

以下の説明においては、光検出器画素は本発明の照射量検出機能を提供するよう変更して示されている。しかしながら本発明は図2Bに示すように、直接検出の基本構想にも同様に応用できる。

図3には本発明の第1の画素を示す。図の全体において、同じ符号は同じ構成物に用いられ、それらの構成物の説明は繰り返さない。

図3において、検出器は検出画素の配列を有し、これは複数のサブアレー40に配置されている。各サブアレー40は行と列に配置された複数の画素を有する。各サブアレーの画素は共通の出力42を共有し、1つの読み出し増幅器36は各共通の出力につなげられている。装置の読み出しの間、各サブアレーからの1つの画素は同時に読み出される。各サブアレー40から個々の画素を選択するため、各画素は行の制御ライン44および列の制御ライン46につなげられている。行の制御ライン44は異なるサブアレー40の間で共有された1組の制御ラインを形成し、同時に列の制御ライン46は別のサブアレー40の間で共有された1組の制御ラインを形成する。制御ライン44の組の数は各サブアレーにおける行の数に一致し、制御ライン46の組の数は各サブアレーにおける列の数と一致する。

図3には拡大された形の1つの画素を示す。従来の画素配置の場合、各画素は入射光を電荷の流れに変換する変換素子26と、固有の自己キャパシタンスである電荷蓄積素子と、切替装置50とを有し、切替装置は蓄積された電荷を画素の出力42に提供する。変換素子は以下の図では光ダイオードとして示されるが、本発明は直接変換素子にも同様に適用できる。

本発明によると切替装置50は、２つの制御信号、すなわち行と列の制御ライン44,46の信号を用いてサブアレー40内の個々の画素を選択することができる。

図3の例においては、切替装置50は第1および第2の薄膜トランジスタ52、54を有し、これらは変換素子と出力42の間に直列に設けられる。第1のトランジスタ52は、列の制御信号46における列選択制御信号によってゲート化され、第2のトランジスタ54は、行の制御ライン44上の行選択制御信号によってゲート化される。このようにして２つのトランジスタ52、54は「アンド」機能を提供し、2次元サブアレー40の範囲内で個々の画素が選択される。読み出し中は、出力42と光ダイオード26の間の電荷の流れによって、個々の画素は再充電され、読み出しの分解能は画素単位となる。

本発明の画素配置はさらに照射の間に照射量検出出力を提供することを可能にする。従って、検出器は２つのモードで作動する。第1のモードは照射モードであって、切替装置50がオフにされ、入射光に応じた電荷の流れは、2つのトランジスタ52、54のソースドレインキャパシタンスを介して部分的に結合され、トランジスタの双方がオフにされる。次に、読み出し信号を壊さずに照射量検出信号を提供することの可能な容量性の結合方法について示す。

従来の方法においては、画素キャパシタ28の電圧は画像取得処理の前に既知のレベルにプリセットされる。X線照射の間、光ダイオード26は電荷の流れを提供するが、この流れは画素の線量入射に比例する。この電荷の一部は画素キャパシタに蓄積され、他の部分は切替装置50のオフキャパシタンスに流れる。これは読み出しライン42に沿って対応する電荷の流れを生じさせる。電荷増幅器36はこの電荷の流れを測定する。サブアレー40における全ての画素は信号読み出しライン42とつながれ、電荷の流れはサブアレーにおける全画素の合計となり、照射量検出信号は画素当たりではなくサブアレー当たりで抑制される。電荷増幅器46は入力での固定の電位を維持し、1画素セルから別のセルへの混線は生じない。

X線照射の完了時には、画素は切替素子の切り替えによる従来法で読み出され、読み出しライン42に沿って電荷が流れるようになり、読み出しライン42は画素のキャパシタ28を再充電する。これは第2の動作モードである。しかしながら電荷はさらに切替装置50のオフキャパシタンスにも流れるため、X線照射中にキャパシタンスに流れる電荷あるいはこのオフキャパシタンスからの電荷は消失されず、画像読み出し処理が行われた際に元に戻る。

オフキャパシタンスは画素キャパシタよりも十分に小さく、照射量検出信号（これはオフのトランジスタを超えて有効に放出された電荷である）は比較的小さい。トランジスタの設計はこのキャパシタンスに適切なレベルを提供するように選択される。画素群のこれらの信号の合算化は電荷の流れの測定に援用でき、画素読み出し中の切替ノイズをわずかしか増大させない。

本発明の画素配置は読み出し増幅器の数を画素のサブアレー当たり1つに抑制でき、これは画素の多重化によって可能となる。画素のサブアレーの照射量検出の場合のように個々の画素信号の読み出しに同じ共通の出力が用いられるため、検出器の分解能は低下しない。切替装置は、切替装置がオフにされた際には読み出しラインに容量性の結合を提供し、切替装置がオンにされた際には直接導電性の結合を提供することによって、照射量検出および従来の読み出しに対して、同じ出力を用いることを可能にする。

図4には別の画素配置を示す。動作は図3の例と同様であるが、切替装置50は異なる配置を有する。切替装置50は、光ダイオード26と出力の間に直列の第1の薄膜トランジスタ60と、第2の薄膜トランジスタ62を有する。第2の薄膜トランジスタ62は行制御信号ライン44からの行選択制御信号によってゲート化され、
列制御信号ライン46からの列選択制御信号を第1のトランジスタ60のゲートに切り替える。このようにして、第2のトランジスタ62は単独で「アンド」機能を提供する。第2のトランジスタ62がオフの際（第1のモードでのX線照射中）には、第1のトランジスタ60のゲートは浮遊ノードを形成する。これはトランジスタ52、54がアクティブにオフにされる図3の配置と比較して、第1のトランジスタ60のソースドレインキャパシタンスを増大させる。ソースドレインキャパシタンスのこの増大は照射量検出動作に対する画素の感度を改善する。

図5には図3および4の画素配列に対する読み出しシーケンスを示す。サブアレーの全ての画素を順番に読み出すため、画素の各サブアレーは従来の読み出しと同じ方法でアドレス化される。従って行アドレスパルスは各行44に順番に印加され、各行アドレスパルス70の期間内で、列アドレスパルス72が各列46に順番に印加される。図4の実施例の場合、第2のトランジスタ62のゲートはより長い行アドレス信号に接続され、第1のトランジスタ60のソースはより短い列アドレスパルスに接続される。これは第1のトランジスタ60が適切にオフにされることを可能にする。

本発明はいくつかの異なる技術において実現することが可能であり、この全ては医療用画像センサにおいて感心のあるものである。図6ないし9には医療用画像センサに関連する主な技術の断面図を示す。この断面図における特定の層については詳細に説明しないが、本発明の実施は当業者には容易に理解できるものである。特に本発明は、配置における変化のみを有し、各画素の構成物、特にTFTおよびこれらの変更物には、現存の処理技術のいかなる変更も要求されない。図6ないし9は単に本発明のいくつかの異なる実施例の可能性を図示するためにのみ用いられる。

図6には平面TFTダイオード配置を示す。TFT（図6においては80のみが示されている）は光ダイオード構造82に対して側面に配置されている。図6にはゲートライン84、読み出しライン86および共通電極88が示されている。

図7には多段「ダイオードオントップ」技術を示すが、この場合、光ダイオード構造82はTFT（図7においては80のみが示されている）の上に提供される。図7にはさらにゲートライン84、読み出しライン86および共通電極88を示す。

図8には直接変換X線検出器に適した「電極オントップ」技術を示す。直接変換素子にはキャパシタ90が必要であり、このキャパシタはTFT（図8においては80のみが示されている）の側面に沿って提供される。図8にはさらにゲートライン84、読み出しライン86および共通電極88を示す。

図9には直接変換検出器に適した多段「キャパシタオントップ」技術を示す。直接変換素子にはキャパシタ90が必要であり、このキャパシタはTFT（図9においては80のみが示されている）の側面に沿って提供される。図9にはさらにゲートライン84、読み出しライン86および共通電極88を示す。

図10ないし12には異なる技術を利用して実施される（例示目的の）図4の画素配置の詳細を示す。同じ参照符号はこれらの図において同じ構成物を示すのに用いられ、繰り返しの説明はしない。

図10には平面TFTダイオード技術の画素設計を示す。光ダイオードは画素電極100とその下にある共通電極102の間に設けられる。行制御ライン44、列制御ライン46および読み出しライン42が2つのTFT60、62と同様に示されている。内部サブアレーライン104はサブアレー内の各画素の行内の異なる画素間の読み出しライン42の接続を提供する。当然、2つのTFT60、62によって占められる空間は画素電極100（光ダイオード）の領域を低減する。

図11には電極オントップ技術の画素設計を示す。蓄積キャパシタ106は（下側の電極108を定める）ゲート金属層とTFT60、62のソース−ドレイン金属の間に形成される。列内の各画素は追加の列導電体102によって共通電極に接続され、列導電体自身は画素領域の外で互いに接続される。

図12には「オントップ」技術の画素設計、すなわち「ダイオードオントップ」技術および「電極オントップ」技術いずれにも適した設計を示す。この場合、画素電極はその上に接触領域110を有し、この接触領域は光ダイオードまたは直接変換装置によって定められる。

上述のように、本発明の装置はタッピングキャパシタンスとして、読み出し用TFTの固有TFTソース−ドレインキャパシタンスを用いることにより、集積された照射量検出を行うことができる。図4の画素配置を採用した場合、読み出し用TFTのソース−ドレインキャパシタンスは、ゲート電極が浮遊ノードのときは、固有ソース−ドレインキャパシタンスに比べて増大する。これは照射量検出信号が増大したことを意味する。

照射量検出信号を読み出し信号に正確に整合させるための追加の方法は、図4の回路の浮遊ゲートノード（トランジスタ60のゲート）に追加キャパシタンスを加えることである。これは制御用TFTの充電の必要性を過度に高めることなく、読み出し用TFTの固有ソース−ドレインキャパシタンスを低下させる。ノードキャパシタンスの理論値は精密なシミュレーションおよびモデリングによって定めることができる。

この追加キャパシタは照射量検出信号を読み出し信号に整合させる。理論設計においては、照射量検出信号を発生するために用いられる浮遊TFTキャパシタンスは、サブアレーにおける画素数によって分割された画素のキャパシタンスに等しい。これは電荷増幅器が照射量検出機能から画素の読み出し機能への遷移の範囲を変化させる必要がないことを意味する。

実際、浮遊キャパシタンスは最適値よりも大きい。画素キャパシタンスは約2pFであり、サブアレーには約1000の画素があるため、目標値は単位画素当たり2fFとする。

読み出し用TFT60（図4）がオフの状態にあるとき、そのTFTのゲートは浮遊しており、浮遊容量はソース-ゲート容量（25fF）およびゲート-ドレイン容量（25fF）と並列のソース−ドレイン容量（〜2fF）を構成する。ソース-ゲート容量およびゲート-ドレイン容量は直列であり、合計で約12fFとなる。

電荷を共有するための追加キャパシタは変換素子と共有電極の間（図13および14）、または変換素子と制御用TFT62（後の図15に示す）のゲート間に設けられる。

図13ないし15は図10ないし12に一致するが、各技術に対するこのノードキャパシタンスの位置が追加で示されている。

図13は図10と一致するが、第1のTFT60（読み出し用TFT）のゲートと共通ライン102の間に追加のノードキャパシタ110が示されている。図14は図11に一致するが、第1のTFT60（読み出し用TFT）のゲートと電極108の間に追加のノードキャパシタ110が示されている。

図15は図12に一致するが、第1のTFT60（読み出し用TFT）のゲートと第2のTFT62の間に追加のノードキャパシタが示されている。特にキャパシタ110は第1のTFT60のゲートと行の制御信号ライン44の間に定められる。制御ゲート信号の読み出しラインへのいくつかの結合は実行されるが、これは読み出しの動作に影響せず、読み出し増幅器は過負荷にはならない。

照射量検出動作の間、処理ユニットは各読み出し増幅器からの線量信号を収集する。処理ユニットを選択されたサブアレーの線量信号を合算するように配置し、これらを第1の線量の出力として提供しても良い。さらに線量速度信号は、選択された照射量検出サブアレーから出て、単位時間当たりの線量を表すようにしても良い。

上述のように、照射制御は特定の関心画像の領域に対して最適な画像コントラストが得られるように行われることが好ましい。従って処理ユニットは所定のサブアレーの特定パターンを解析し、特定のX線検査を行えるようにすることができる。

さらにある照射量検出画素サブアレーには異なる重み付け因子が割り当てられ、重み付けられた線量信号および線量速度信号が得られる。

照射量検出信号をアナログ領域において解析したり、あるいは照射量検出信号をサンプリング後に解析して照射情報を取得することができる。所与の状況に達したときに、サンプル化された出力の解析によってX線照射期間は終了し、読み出し段階に引き継がれる。X線照射はパルス化されても良く、その場合X線照射が中断されているとき、照射を制御するよう指示される。

上述の例では照射量検出画素は概略的に示され、各々の場合、4×4画素のブロックを形成している。当然これは必ずしも必要なものではなく、実際上は照射量検出画素はより大きな群で構成される場合が多い。当然のことながら配列は必ずしも同数の行と列を有する必要はなく、共通の照射量検出信号出力を共有する画素ブロックは必ずしも四角形である必要はない。

半導体装置を形成する際に必要となる製造プロセスは詳細に示されてはいない。本発明の画素配置は従来セルに提供される薄膜技術を利用して達成することができる。通常そのような装置は薄膜技術を利用して製造されるアモルファスまたは多結晶シリコン装置である。

多くの変更が可能であることは当業者には明らかである。

従来のX線検査装置の図である。図1の装置に使用される半導体画像センサの第1の従来の画素配置の図である。図1の装置に使用される半導体画像センサの第2の従来の画素配置の図である。本発明による第1の変更された画素配置の図である。本発明による第2の変更された画素配置の図である。図4の画素配置の動作を示すタイミング図である。本発明の画素配置に適用できる加工技術を示す図である。本発明の画素配置に適用できる加工技術を示す図である。本発明の画素配置に適用できる加工技術を示す図である。本発明の画素配置に適用できる加工技術を示す図である。ある技術を用いて設置された図4の画素配置の詳細を示す図である。別の技術を用いて設置された図4の画素配置の詳細を示す図である。さらに別の技術を用いて設置された図4の画素配置の詳細を示す図である。図10の設置の変更を示す図である。図11の設置の変更を示す図である。図12の設置の変更を示す図である。

Claims

検出画素の配列を有するX線検出装置であって、各画素は入射光を電荷の流れに変換する変換素子と、電荷蓄積素子と、蓄積された電荷を前記画素の出力に提供することの可能な切替装置とを有し、画素の前記配列は複数のサブアレーに配置され、各サブアレーは複数の画素を有し、各サブアレー内の前記画素は共通の出力を共有し、当該X線検出装置は２つのモードで作動することができ、第1のモードでは前記切替装置がオフにされて、入射光に応答した電荷の流れは、前記切替装置のオフキャパシタンスを介して照射量検出信号の測定用の前記出力に部分的に結合され、第2のモードでは前記切替装置はオンにされて、前記電荷蓄積素子と検出信号の測定用の前記出力との間に電荷が流れ、前記切替装置は第1および第2の制御信号によってオンにされ、前記サブアレー内の単一の画素を選択することが可能となるX線検出装置。
入射X線信号を光信号に変換する変換層をさらに有し、前記変換素子は光センサを有することを特徴とする請求項1に記載のX線検出装置。
光センサは光ダイオードを有することを特徴とする請求項2に記載のX線検出装置。
前記電荷蓄積素子は前記光ダイオードの自己キャパシタンスを有することを特徴とする請求項3に記載のX線検出装置。
前記変換素子は光導電体を有することを特徴とする請求項1に記載のX線検出装置。
前記切替装置は前記変換素子と前記出力との間に直列の第1および第2の薄膜トランジスタを有し、前記トランジスタの一方は行選択制御信号によってゲート化され、前記トランジスタの他方は列選択制御信号によってゲート化されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のX線検出装置。
前記切替装置は前記変換素子と前記出力との間に直列の第1の薄膜トランジスタと、第2の薄膜トランジスタとを有し、前記第2の薄膜トランジスタは、第2の制御信号を前記第1のトランジスタの前記ゲートに切り替える第1の制御信号によってゲート化されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のX線検出装置。
各画素はさらに前記第1のトランジスタの前記ゲートと前記変換素子との間に追加キャパシタを有することを特徴とする請求項7に記載のX線検出装置。
前記画素は行と列に配置され、各サブアレーは複数の行と列を有することを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載のX線検出装置。
前記第1の制御信号を搬送する複数の第1の制御ラインと、前記第2の制御信号を搬送する複数の第2の制御ラインとを有し、第1の制御ライン数は、各サブアレーの1行に提供される各第1の制御ラインを有する各サブアレーの行数に一致し、第2の制御ライン数は、各サブアレーの1列に提供される各第2の制御ラインを有する各サブアレーの列数に一致することを特徴とする請求項9に記載のX線検出装置。
読み出し増幅器は各画素のサブアレーに提供されることを特徴とする請求項9または10に記載のX線検出装置。
X線エネルギーを検査対象に照射するX線源と、検査対象によって減衰された後のX線画像を受信する前記請求項のいずれかに記載のX線検出装置とを有するX線検査装置。