JP2006521716A - センサー素子の配列 - Google Patents

Abstract

本発明はセンサー素子の配列に関する。ここで、センサー素子は、X線又は光のような電磁放射を検出し、その際に放射強度に対応する充電信号を発生するために用意される。更に、センサー素子は、入力する放射線量が決定されることを可能とする手段を有する。配列において、群の全てのセンサー素子の出力は結合されるので、複数のセンサー素子は群を形成する。これは一方では、これらの領域での線量の決定を可能にし、他方では、幾つかのセンサー素子からの出力信号を組み合わせることによって像が単純な方法において更に低い分解能で形成されることを可能にする。更には、一つの群のセンサー素子は望ましくは、それらが他の群のセンサー素子によって囲まれるような方法で、“孤立して”配置される。このような配列は、例えば、X線診断設備又は可視光記録システムにおいて使用され得る。

Description

本発明は、センサー素子の配列に関する。このセンサー素子の配列は、例えばX線像の形成におけるX線診断システムで用いられる。センサー素子は群を形成し、赤外線の線量の測定が可能となるように構築される。

センサー素子の配列は、例えば、未審査のドイツの出願EP1089555A1から知られる。複数のセンサー素子は列及び行で配置され、一つの領域の全てのセンサー素子の出力が一つのデータラインに接続されるように隣接したセンサー素子の領域に配置される。全ての領域は並列に読まれ、夫々の領域で夫々の素子は連続して、あるいはセンサー素子の小さな群は同時に作動し得る。

本発明の目的は、コンポーネント故障の場合に頑丈であり、望ましくは放射線量の単純な決定を可能とする、センサー素子の配列を設計することである。

前記目的は、請求項１記載の複数のセンサー素子の配列で達成される。その中で、少なくとも一つのセンサー素子は少なくとも一つのセンサー、少なくとも一つの出力、少なくとも一つの制御入力及び少なくとも一つのスイッチユニットを有する。その中で、センサー素子は、作動状態で前記センサーによって発生された信号が出力に存在するように作動可能である。その中で、スイッチユニットはセンサー、出力及び制御入力に結合され、制御入力にある信号パターンは少なくとも一つの作動パターンと、並びに、現在の信号パターンが、センサー素子が作動する作動パターンに一致しているかどうかと比較される。その中で、センサー素子は、センサー素子の非動作状態においてセンサーと出力との間の充電フローを可能とするために設けられる、少なくとも一つの手段を任意的に有する。その中で、前記配列は少なくとも一つの群のセンサー素子を有する。群は、それらのセンサー素子の夫々の少なくとも一つの出力が群出力に結合され、その中で少なくとも一つの群において三つのセンサー素子が幾何学的な面を形成するように構築される。更には、少なくとも一つの群において群の他の如何なるセンサー素子にも隣接しない少なくとも一つのセンサーが存在する。従って、このセンサー素子の全ての隣り合うものは群に属さないか、異なった群に属するかのどちらかである。望ましくは、二つのセンサー素子がお互いに隣接しないようなセンサー素子の群が存在する。

本発明による配列は、例えばセンサーを用いて光又はX線のような電磁放射を検出するために設けられるセンサー素子によって特徴付けられる。そのような放射がセンサー素子に衝突すると、放射強度に対応する充電信号はこのセンサー素子のセンサー内で発生し、センサー素子の少なくとも一つの出力から流れ出得る。センサー素子の出力は通常、信号処理用構成要素に結合され、ここでは詳細に説明しないが、その構成要素は更にセンサー素子の出力にある充電信号を処理する。センサー内で発生した前記充電信号は、選ばれた時に限って出力で有利に存在するべきである。この目的のために、センサー素子は、センサー、センサー素子の出力及び制御入力に結合されているスイッチユニットを有している。スイッチユニットは、特定の制御信号若しくは制御信号パターンが制御入力にある場合、センサー素子を作動させる役割を有する。

センサー素子は、更に望ましくは、センサーと出力の間、即ち作動状態で結合された要素間の充電フローを可能とする手段を有する。この充電フローはセンサー素子が作動していない時、即ちセンサーが出力に直接結合されておらず、充電信号が出力に存在しない時に可能であるべきである。このような充電フローは、例えば放射がセンサーに衝突し、充電信号がセンサー内で発生する時に起こり得る。即ち、前記手段はセンサーと出力の間の、充電信号の発生によって状態を整えられた充電フローを可能とするべきである。この充電フローがここでは詳細が述べられていない装置を用いて一定時間を越えて測定され、流れた充電がこの測定により決められると、センサー素子のセンサーに衝突する放射線の線量は、照射が起きている間ですら、非常に単純で効率的な方法で決定され得る。

更には、本発明による配列は少なくとも一つの群のセンサー素子を有する。このような群の第一の特徴は、群の少なくとも三つのセンサー素子が幾何学的な面を形成することである。このことは、群に属するセンサー素子は、前記配列で望まれるように多次元に配置され得ることを意味している。少なくとも一つの群の第二の特徴は、一つの群の夫々のセンサー素子の少なくとも一つの出力が一つの共通の群出力に結合されることである。その出力には、個々のセンサー素子の充電信号の更なる処理用の装置が通常結合される。配列の読み出し動作の間、一つの群のセンサー素子は引き続いて作動し、例えば、群のセンサー素子の充電信号はその結果、更なる処理のための群出力を引き続いて利用可能にする。このことは、それらが信号の更なる処理のために分かれたユニットを有する夫々のセンサー素子を結合する必要がないことを意味している。群の全てのセンサー素子のセンサーに衝突する放射線の線量が同時に測定可能であることが、上記の二つの群に関する特徴の組み合わせから得られる。このことは、以下の理由により有利である。なぜならば、配列に衝突する総線量を決定する精度にとって、夫々の個々のセンサー素子に衝突する線量の合計を使用して総線量を決定する代わりに、配列を領域に分け、個々の領域の線量の合計から総線量を決定することは十分であるからである。

少なくとも一つの群の第三の特徴は、他の群のセンサー素子の環境下におけるそのセンサー素子のうちの少なくとも一つの“孤立した”配置である。このような配置は、群の複数のセンサー素子を読む責任を負う要素で故障若しくは誤作動が発生した場合において、より頑丈であるという利点を有する。そのような不具合状態で、孤立したセンサー素子からの出力信号は、周囲のセンサー素子は不具合による影響を受ける同じ群に属さないので、周囲のセンサー素子の出力信号から高い精度で補間され得る。ローバスト性でのこの利得は、別のセンサー素子から孤立した配置を有する群のセンサー素子が多くなればなるほど、必然的に高くなっていく。

独立した発明性のある意義は、センサーと出力との間の充電フローを可能にするための上記に指定された任意の手段を含む配列に伴われることが指摘される。しかし、前に説明された、センサー素子の孤立した配置の第三の群の特徴を実行しない。

前記配列の好ましい展開によれば、そのセンサー素子は二次元行列の形に配置される。ここで、四つの異なる群のセンサー素子を有する、少なくとも一つの2×2ブロックがある。“群”（“スーパーピクセル（super-pixel）”とも呼ばれる）はここで、並びに後で、センサー素子の出力が共通の群出力に結合されるセンサー素子の群として常に理解されるべきである。2×2ブロックの四つのセンサー素子は、望ましくはそれらの制御入力で一つの共通の制御線、若しくは幾つかの共通の制御線に接続される。従って、四つの異なる群の四つのセンサーの配列は、前記配列の制御線の特に効率的な配線を実施するために有利に使用される。異なる群のセンサー素子に対応する大きな隔たりを超えて制御線を配線する代わりに、センサー素子が制御線によって一つの位置においてそこで接触させられ得るように、この配列では異なる群の対応するセンサー素子は2×2ブロックに統合される。この配線の利点は、センサー素子の配列全体が異なる群のセンサー素子を有するこのような2×2ブロックから成る場合に、必然的に特に重大である。

好ましい展開によれば、上記で説明された複数のセンサー素子の行列型配列は、少なくとも一つのブロック型（即ち、部分行列として形成されている）、所謂センサー素子の“メタ群”を有する。その中で、メタ群はその名の通りセンサー素子の四つの異なる群（四つの“スーパーピクセル（super-pixel）”）を有する。更には、メタ群はセンサー素子の相似な2×2ブロックから構成される。その中で、これらブロックの四つのセンサー素子夫々は四つの異なる群に属する。即ち、メタ群は、2×2混合ブロックが単独に形成されるように混ぜられた四つの異なる群から組み立てられる。従って、全体のメタ群では、二つのセンサー素子が同じ群に属し、もう一つと隣接することはない。

上述された種類のメタ群のセンサー素子へ制御線を通す好ましい方法は、メタ群において“行”制御線がセンサー素子の少なくとも夫々二行目を通り、“列”制御線が少なくとも夫々二列目を通ることを特徴とする。その中で、制御線の片側若しくは両側に位置づけられるセンサー素子は、行及び列制御線の夫々に接続される。ここで、メタ群の夫々のセンサー素子は対応する一つの行制御線に、且つ対応する列制御線に接続される。特定の展開において、行制御線若しくは列制御線は夫々、メタ群の夫々の行及び夫々の列を通る。

記述されている配列は、線及び行によってメタ群のセンサー素子のアドレス指定を可能にするという利点を有する。この状況において、センサー素子は、それらの行制御線及びそれらの列制御線が作動する時だけ作動するように配置される。このアドレス指定方法を用いて、k＋ｌ制御線はk・ｌ素子の行列領域がセルによってアドレス指定されることを許すのに十分である。ここで、“セル”は上記で説明された実施例中の一つ若しくはそれ以上のセンサー素子を有する。

前述された配列の好ましい実施例によれば、行制御線は全ての二行目にのみ配置され、列制御線は全ての二列目にのみ配置される。これらの制御線は、この場合、センサー素子の両側に接続されなければならならい。つまり、夫々の行制御線はセンサー素子の複行を作動させ、夫々の列制御線はセンサー素子の複列を作動させる。このことは、動作中の行制御線及び動作中の列制御線の共通部分において、四つの隣り合ったセンサー素子が同時に作動することを意味する。四つの動作したセンサー素子は2×2ブロックに、従ってあらゆる場合において四つの異なる群に属するので、このことは内在するメタ群において唯一性の如何なる不一致も引き起こさない。従って、センサー素子の出力は夫々の場合において異なる群出力に搬送される。

前記配列のもう一つの展開は、メタ群のセンサー素子の出力の配線に関する。これによれば、メタ群内でセンサー素子の出力は行若しくは列方向に延びる内部の群線に接続され、内部の群線自体は夫々四つの異なる外部の群線の一つに接続され、外部の群線は配列の全体に渡って行若しくは列方向にメタ群の外側に延びる。この手段は、メタ群内の内部線及び外部線で読み出し線の二段階層にて生じ、配列全体から対応する評価電子機器に群のセンサー素子の組み合わされた信号を伝送する。従って、この配線は、経路指定用センサー素子の行及び列での空き領域を最大限活用する。

配列全体の好ましい構造は相似な群のm個の列及びn個の行から成る。ここで、メタ群自体は2n個の列及び2m個の行のセンサー素子から成り、m及びnは自然数である。このような配列の配置は、前述された、内部及び外部の群線の形成において読み出し線の配線と併せて、経路指定を可能にする空間の有利な使用を導く。図の説明の実施例はこの状況の詳細について参照される。

本発明の更なる展開において、センサー素子の手段は存在する。この手段は、センサー素子の非動作状態においてセンサーと出力の間の充電フローを可能とし、一つ若しくはそれ以上の半導体スイッチの少なくとも一つの静電容量及び／又は寄生容量として形成される。本発明による配列が周知の技術で作られると、センサー素子のスイッチユニットを計画する際に、通常は極めて秩序を乱すように見える半導体スイッチの有効な寄生容量を選択的に大きさに従って並べることが、それらが十分な充電フローのために使われるような方法で特に利点となる。センサー素子が照射を受ける時に充電信号が発生すると、結果として生じる充電フローは変位電流としてみなされ得る。交互にあるいは同時に、付加的な静電容量が、例えばスイッチに並列に配置され得る。このような静電容量の使用は、実施例で更に詳細に説明されている。

本発明による前記配列において、配列に衝突する放射線量は、最初に個々の群の夫々の線量が確立され、総線量がそれら群線量の総和を使って計算されることで決定され得る。

それらの直接近似によって、少なくとも一つの群のセンサー素子が、この群のセンサー素子だけを有する近接した領域を幾何学的に形成すると、前記配列は壊れた領域の代わりに少なくとも部分的に近接した領域に分けられる。これは、近接した領域への割り付けで配列全体の線量の配置依存の単純な決定が可能になる範囲に対して有利である。更に全てのこのような群が同じ数のセンサー素子を有すると、配列はその結果（少なくとも部分的に）規則的な領域に分けられる。配列の均一な照射に伴って、全ての領域は夫々の場合において同じ線量で照射される。このような割り付けは、配列全体上の線量の、単純で、迅速で、且つ十分に正確な決定の基準を形成する。

類似した効果もまた、近接した領域の、即ち異なった群のセンサー素子からの信号を組み合わせることによって達成され得る。例えば、メタ群を形成する四つの群の信号は即座にメタ群の領域全体の線量を記録するために組み合わされ得る。

配列が幾つかの群を有し、夫々の群出力が離れた信号処理装置に結合されると、即ち、例えば一つのセンサー素子が全ての群で同時に作動すると、全ての群は並列に有利に読み出され得る。このことは、同時作動が可能であるべきセンサー素子が類似した作動パターンを有することにおいて単純な方法で達成され、これら各センサー素子の少なくとも一つの制御入力は例えば共通の制御線に結合される。制御線がこの作動パターンでパルス状である時、結合するセンサー素子は作動する。配列において、望ましくは、異なる群の幾つかのあるいは全てのセンサー素子の制御入力は結果として結合される。

配列の好ましい展開によれば、幾つかのあるいは全てのセンサー素子の制御入力は少なくとも一つの制御装置に結合される。制御装置は、配列上での読み出し動作中に、決して任意ではなく、群内の一つあるいは幾つかのセンサー素子が同時に作動するように、センサー素子を作動させるために用意される。このような制御装置の使用は、読み出し動作が本発明による前記配列に対して柔軟に編成されることを可能にする。配列が画像生成システムで使用されると、従来の読み出し動作は群内の全てのセンサー素子の一連の動作及び読み出しによって特徴づけられる。この中で、夫々の画素は一つのセンサー素子からの信号読み込みに対応する。出力画像が更に低い解像度を有すると、例えば、一つのセンサー素子に代わって、個々の作動したセンサー素子の出力に存在する信号から形成される結合信号は群出力に存在するように、群内の幾つかの隣接したセンサー素子は（存在すると）同時に作動し得る。この結合信号は、その場合、出力画像の画素に即座に割り当てられる。配列の各センサー素子を読み出し、次の接続されたデータ処理装置において、夫々のセンサー素子の個々の信号からの画素を決定することは必要とされない。結合信号は個々の信号を直接的に平均することによって形成されるので、更なる結果として得られる効果は、ノイズが一層少なくなることである。しかし、平均はセンサー素子が異なる群に属するところでの範囲を超えているべきである場合、2×2ビンニングは、これ用の起動線の制御を変える必要性なしで、メタ群内で実行され得る。例えば、このセンサー素子からの信号が出力画像の形成に必要とされないと、読み出し動作中に群センサー素子を全く作動させないことが更に可能となる。

読み出し増幅器は各群出力に望ましくは結合される。配列の読み出し作業中に、夫々の群出力にある信号を同時に増幅させ、更なる処理のためにそれらを下処理することが可能である。

読み出し増幅器が、センサー素子の非動作状態でのセンサーと出力の間の充電フローを可能とするセンサー素子の手段を用いて一定時間を越える充電フローを決定するために更なる関数において用意されると、読み出し増幅器は充電フローから夫々の群に衝突する放射線線量を決定するために用いられる。この方法において、線量は各群に対して同時に、且つ配列全体に対して決定され得る。この線量の決定は照射の間行われ得る。

配列は、照射の間に配列全体若しくは配列の各部に衝突する線量を決定し、一定の線量が到達すると警告信号を与えるために設けられた監視装置を望ましくは有する。供給される信号は、最大放射線量が到達した後に配列の照射を止めるために有利に用いられ得る。これは、放射源自体に影響を与えることによって、例えば、若しくは光の進路に組み入れられる手段によって成され得る。更には、照射の間に測定される線量はX線管の変数、例えば管の電流及び／又は電圧を制御するためにも用いられ得る。これは、実施例の記述においてより詳細に扱われる。

請求項９及び１０は、X線検査システム及び光画像記録システムについて夫々説明している。それらシステムの中に請求項１にあるような配列が含まれる。

本発明を図面中に示された実施例の例を参照して更に説明する。しかし、本発明はこれに限定されない。

図１は、センサー素子の配列の実施の詳細を示す。本発明はそれに基づかれている。センサー素子1は複数の行及び列の行列で配置されている。夫々のセンサー素子1は、センサー素子1がそれを通って作動可能となる制御入力6、並びに、作動状態でセンサー素子1内のセンサーで発生する充電信号が流れ出る出力3を有する。四つの行及び四つの列の部分行列で配置される各16個のセンサー素子は、群を形成し、そのうちの四つが図１中に示される。これら四つの群のうちの一つのセンサー素子1は、よりわかりやすくするために斜線で示される。群のセンサー素子1の出力3は、共通の群読み出し線71、72、73及び74に夫々結合され、夫々の群読み出し線71、72、73及び74は読み出し増幅器、例えば90に接続される。群のセンサー素子1の制御入力6は、共通の制御線21,22,23,24,31,32,…,53,54を介して他の群のセンサー素子1の夫々の制御入力6と接続され、各制御線21,22,23,24,31,32,…,53,54は制御ユニット99に接続される。

制御線が個々に連続して、例えば21,22,23,24,31,32,…,53,54の順に制御ユニット99によって作動信号でパルスにされると、群の全てのセンサー素子1は夫々のグループ読み出し線71、72、73及び74によって夫々の読み出し増幅器に連続して到達する。これは全ての群で同時に起こり、従って、複数の群は同時に読み出される。このことから形成される出力画像は最大可能解像度を有し得る。

画像生成システムにおいて、画像は多くの場合、複数のセンサー素子の配列によって供給され得る最大値よりも低い画素数を有することを必要とされる。即ち、それらの解像度は実現可能な最大値よりも低い。最大解像度で夫々の画素はセンサー素子の充電信号に対応し、解像度が減ると画素数はセンサー素子の数よりも低くなる。このように解像度が減ることは、一般的に配列の全てのセンサー素子を読み出すこと、並びに処理装置において、処理装置についてはここで詳細は示されていないが、幾つかのセンサー素子の個々の充電信号の組み合わせから画素を形成することによってもたらされる。この手法はビンニングと呼ばれる。例えば、配列は1000個の行及び1000個の列から成り、グループ分けされた画像は500個の行及び500個の列から成る場合、画素は、例えば四つの隣接した、即ち同じ行の夫々二つ及び同じ列の夫々二つのセンサー素子の充電信号から形成される。より低い解像度にも関わらず、配列から処理装置へ転送されるデータ量は画像の最大解像度と同等のままである。しかし、本発明による配列において、信号が読み出し増幅器に到達する前ですら、直接的なビンニングは可能である。従って、データ量が減らされると、同じデータフローの連続的な画像を用いて、より高い画像が可能となり、同時に結合信号のノイズは減る。

出力画像は、例えば配列は行及び列のセンサー素子を有するので、行及び列の多数の画素の半分を夫々有するべきである。図１中の共通の制御線21、22、31及び32が制御ユニット99によって作動信号で同時にパルスにされると、各群で四つの直接的に多次元に隣接したセンサー素子1は同時に作動し、これらの出力信号は夫々の群読み出し線71、72、73及び74にオーバーレイされる。従って、四つの出力信号から形成された結合信号は夫々の読み出し増幅器に存在する。その結合信号はグループ分けされた出力信号に相当し、出力画像の画素に直接割り当てられる。更には、複数の画素は、例えば、制御線
-23, 24, 33, 34
-41, 42, 51, 52
-43, 44, 53, 54
がパルスにされる時に作動するセンサー素子のグループ分けされた信号から発生する。画像の解像度がより一層減らされると、群の全ての16個のセンサー素子1は同時に作動可能である。図１による配列は、結果的に二段階ビンニングの実現性を提供する。16個以上のセンサー素子が例えば列及び行の夫々につき1024,128といった更に大きい配列で群を形成すると、例えば、一段目においては群毎の夫々4個のセンサー素子が同時に作動し、二段目においては群毎の16個のセンサー素子が、三段目においては64個が・・・以下同様、といった方法で他段階ビンニングが可能となる。

実際には、記述された種類の拡張された配列では、図１に示されているよりもはるかに多いセンサー素子が群を形成する。

更には、センサー素子のこのような配列は、入射線量が空間的に多次元の領域において測定されることを可能にする。図１によれば、領域は平面を形成するように、群のセンサー素子1によって形成される領域は二次元、且つ長方形である。照射の間、放射強度の特性を示す充電フローは夫々のセンサー素子1を介して流れ、群の全てのセンサー素子から累算されると、共通の群読み出し線71、72、73乃至74の夫々によって読み出し増幅器に到達する。読み出し増幅器は、読み出し信号の事実上の増幅器に対してと同様に、この充電フローを測定するために用意される。一定時間を越えて積算された充電フローを用いると、群の全てのセンサー素子の平面に衝突する放射線量が導き出され得る。

記述されている配列は、線量の測定に関して、群のセンサー素子によって形成される表面の規模及び形状を最適化する実現性を提供する。例えば中央領域から離れた配列の端を扱うために、幾つかの群、あるいは全ての群に対して夫々に表面の形状を編成することも可能である。人間の光センサーが配置されるような方法では、配列の端に位置する群の個々のセンサー素子の表面は配列の中央領域での群のセンサー素子よりも大きく作られることも実現可能である。

線量を決定する充電フローの必要不可欠な測定は、如何なるセンサー素子のスイッチユニットの特定の特徴によっても可能にされ得る。センサー素子1の一般的な実施例は図２に示される。センサー素子1はセンサー4を有する。センサー4は、例えば光又はX線のような電磁放射によって衝突されると、充電信号を発生する。更に、センサー素子1は出力3を有する。充電信号は更なる処理の為に出力3を介して流れ得る。制御可能である充電信号の流れを可能にするために、センサー素子1はスイッチユニット5を有する。スイッチユニット5は、作動信号が制御入力6にある時にセンサー素子１を作動させるために設けられる。作動したセンサー素子1は、センサー4が出力3に結合されることを特徴とする。

図３は、センサー素子1aの好ましい実施例を表す。センサー素子1aは線量の測定にも使用され得る。センサー4aはフォトダイオード4aを有する。フォトダイオード4aは供給入力7を介して動かされ、光によって衝突されると充電信号を発生する。充電信号はフォトダイオード4aの内部静電容量に蓄えられる。スイッチユニット5aは半導体スイッチ10で実行され、絶縁ギャップに並列な静電容量11を有する。供給入力7及び出力3は、ここでは示されていない、出力3に結合された読み出し増幅器を介して回路に接続される。センサー素子1aが作動してない間、半導体スイッチ10は開かれており、検出される放射、この場合光はフォトダイオード4aに衝突する。フォトダイオード4aの内部静電容量での充電信号の生成は充電フローを導く。充電フローはフォトダイオード4aから静電容量11を通って出力3、並びにここでは示されていない読み出し増幅器に流れ出る。流れる充電の量から、照射が起こっている間ですら、フォトダイオード4aに衝突する線量を検出することが可能である。実際の充電信号を測定するために、次の段階では、センサー素子1aは作動信号を有する制御入力6のパルシングによって作動し、半導体スイッチ10は閉じられ、その結果フォトダイオード4aは出力3に結合される。フォトダイオード4aにある充電信号はほぼ完全に読み出し増幅器に流れ込める。続いて半導体スイッチ10が開かれると、センサー素子1aは再び動作を停止し、センサー素子1aは更なる測定のために準備される。X線がこのようなセンサー素子1aで検出されると、所謂シンチレーターがフォトダイオード4aの前に配置される。シンチレーターはX線によって衝突されると光を放射するために設けられる。

図４は、センサー素子1bの別の好ましい実施例を示す。センサー素子1bは本発明による配列で用いられ得る。記述されている実施例の定数において、センサーは直接的に変換しており、二つの電極の間の層4bによって形成され、層の物質は電極にある電圧を充電することによって入射するX線に反応させるために設けられる。層の物質はアモルファスセレン、ヨウ化鉛、酸化鉛又はヨウ化水銀から構成され得る。電圧変位は静電容量11を通して充電フローを引き起こす。静電容量11は半導体スイッチ10に並列に入れられている。放射の線量並びにセンサー4bの充電信号は図３に関して上記で記述された方法および手段を用いて検出され、読まれ得る。通常配列の全てのセンサーの共通の電極として実行されるセンサー4bの第二の電極の接続は、ここでは示されない。

図５は、一つ以上の制御入力を有するセンサー素子の実施例の例を示す。センサー素子1cのスイッチユニット5bは、二つの直列に接続されたスイッチ10a及び10bを有する。ここで、スイッチ10a及び10bのスイッチ入力は、センサー素子1cの第一の制御入力6a及び第二の制御入力6bを形成する。スイッチ10a及び10bの夫々に静電容量、夫々11a及び11bが並列に入れられている。更なる任意の静電容量11cは、スイッチユニット5bの全ての絶縁ギャップに並列に入れられており、信号処理システムの最適な調整に対する様々な配置の可能性の例を示す。静電容量11a、11b及び11cによって、前述された線量の測定は同様の方法で実行できる。センサー素子毎の二つの制御入力6a及び6bの展開の結果として、作動パターンはセンサー素子が一つの制御入力のみで構築される場合よりも相当に複雑になり得る。結果として得られた利点は、群毎の制御線の数が検討される時に明らかになる。このことの例として、制御入力は二つの異なる信号、‘0’及び‘1’のパルスにされ得る、という仮定が作られる。センサー素子が一つの制御入力を有すると、信号‘1’がこの制御入力に存在する時にセンサー素子は作動し、センサー素子が二つの制御入力を有すると、信号‘1’が両方の制御入力に同時に存在する時にだけセンサー素子は作動すると仮定する。これらの状態下で、群のセンサー素子毎の夫々一つの制御入力を有する配列において、図１から明らかなように、これらのセンサー素子の夫々に制御線を夫々入力することが必要である。群のセンサー素子が結合される制御線の数は、そのセンサー素子の数と同じくらい大きい。しかし、センサー素子が二つの制御入力を有する場合、群に入力されなければならない制御線の総数を相当に減らすことは制御線への制御入力の巧妙な連結で可能である。群毎のセンサー素子の数はNであり、群に入力される制御線の数はLである、と仮定する。センサー毎の一つの制御入力で、L＝Nの制御線が群毎に必要とされ、一方では、センサー素子毎の二つの制御入力で、群毎の少なくとも以下の式

で表される数の制御線が必要である。ここで、Lは切り上げ四捨五入して整数にされなければならない。グループ毎のセンサー素子の数が大きくなればなるほど、この効果は明らかになる。

図２から５の例として示されるセンサー素子は、既知の技術、例えばアモルファスシリコンのトランジスタ、及び場合によってはフォトダイオードを含む薄膜の電子素子で作ることが可能である。本発明によって必要とされる更なる素子は、充電フローが記述された薄膜技術においても実行されることを可能にする。

図６は、センサー素子での充電信号及び充電フローの時間特性の例が表されているダイアグラムを示す。上のダイアグラムで垂直軸は充電信号Sの値を表し、下のダイアグラムで垂直軸は充電フローLの値を表し、夫々のダイアグラムで垂直軸は時間tを表す。時間t1まではセンサーに充電信号はなく、センサー素子は照射されない。連続的な曲線特性は最初に検討される。時間t1からセンサー素子は、時間に因らずほぼ一定の照射強度で照射され、充電信号をほぼ線形に増加させる。時間t4で充電信号は値S4に達し、照射は終了される。時間t5でセンサー素子は作動し、充電信号は更なる処理のためにセンサー素子から流れ出る。下のダイアグラムで示されるように、充電信号がt1とt4の間の期間で増加する間に、ほぼ一定の充電フローL1はスイッチユニットの対応する手段で有効にされる。

図１で示される配列において、その中で群のセンサー素子は近接するブロックを形成しており、このような群に割り当てられた読み出し線71、72、73乃至74、又は読み出し装置90の故障は、群の全領域に渡って拡大する不具合をもたらす可能性があり、従って訂正されない。更には、非常に多くの読み出し線が各領域で配線されなければならない。故に、線の配列は非常に複雑になる。

この問題を減らすために、図７で図解的に示されている変更された配列が本発明によって提案されている。図７はセンサー素子の全体の配列からブロック状の細部100を示しており、この細部はメタ群（又はメタピクセル）として後で参照される。メタ群100は四つの異なる群のセンサー素子101a、101b、101c、101dから成り、一つの群（所謂スーパーピクセル（super-pixel））に属するセンサー素子は夫々、群の文字であるA、B、C、乃至Dによるのと同じように類似した構成による図形で示される。 群の混ぜられた配列の結果として、メタ群100は（例えば16個の）2×2ブロックから作られ、これら2×2ブロックの夫々は夫々異なる群A、B、C、Dに属する四つのセンサー素子101aから101dを有する。この手段は、群A、B、C、Dの各センサー素子が他の群の八個のセンサー素子によって囲まれるような構造を作る。このようにして、群（例えばB）の読み出し電子機器で故障があると、画像で結果として失う画素は（群A、C、Dの）周囲の画素によって望ましい精度で補間され得る。従って、この種の配列は不具合に対して非常に頑丈である。

図１から６の文脈で説明されたように、記述された配列は、漏れ電流並びに読み出し薄膜トランジスタ（TFT）の寄生容量を利用する付加的な要素を用いないで（EP486102Bも見ると、列情報の限定のための深刻な不都合がないとしても）照射の間に線量を記録することをも可能とする。

センサー素子の2m個の行及び2n個の列を有するメタ群100の正方形の配置が以下の式

で表される条件に関して図７で示される一方で、以下の式

で表される条件で形成されたより一般的な長方形も可能である。

図７の配列でのセンサー素子の配線は、四つの異なる群の四つの近接するセンサー素子101aから101dの夫々に対応する一つの制御線を割り当てることによって、原則として図1のように成され得る。しかし、この種の配列は、制御線がそれらに接続されるセンサー素子に接触する事実によって、大きな領域に渡って分配されるのではなく、小型の2×2ブロックにおいて図７の配列で単純化される。

メタ群100のセンサー素子のアドレス指定は、望ましくは、行及び列による。第一の実施例は図８および図９の文脈中で示される。ここで、図８は制御線（及び作動線）の配線を示し、図９は読み出し線の配線を示す。図8によれば、行制御線X1、X2、X3及びX4はセンサー素子間の夫々二行目を通り、列制御線Y1、Y2、Y3及びY4はセンサー素子の間の夫々二列目を通る。全てのセンサー素子は、それに接続される各行制御線の上下にあり、全てのセンサー素子はこれに接続される各列制御線の左右にある。従って、制御線Xiの作動はセンサー素子の複行に作用し、列制御線Yiの作動はセンサー素子の複列に作用する。図５によればセンサー素子は行及び列制御線に論理積（AND）接続によって内部で接続されるので、センサー素子はその行制御線及び列制御線の両方が作動中である時に正確に作動する。即ち、これは、図８で示される配列において行制御線及び列制御線が作動中である時に、制御線の交点の周りの四つのセンサー素子が作動することを意味している。例えば、四つのセンサー素子101aから101dは、制御線X1及びY1が作動中である時に作動する。しかし、隣接するセンサー素子のこの作動は、如何なる不一致にも導かない。なぜならば、構造からこれらセンサー素子は異なる群に属し、従って異なる読み出し線で読まれるからである。

図９は、図８のメタ群100内の読み出し線の配線を示す。メタ群内で、内部の読み出し線102はメタ群100の列を通り、読み出し線103は行を通り、群A、B、C乃至Dの一つに夫々属するセンサー素子のみは、如何なる読み出し線にも接続されることがわかる。群の全ての読み出し線は、外部の読み出し線111（群A用）、112（群B用）、113（群C用）及び114（群D用）にメタ群100の端でここでは接続され、外部の読み出し線は全体の配列又はチップの端を通り、末端が対応する読み出し装置につながる。読み出し装置についてはここでは一応描かれていない。センサー領域以降のそれらの経路において、外部の読み出し線111から114は他のメタ群の行及び／又は列を必然的に横切る。これは、他のメタ群（図示せず）の外部の読み出し線120、130に関して図９からわかる。ちょうど夫々二番目の行及び列での内部の読み出し線102及び103の配線は、このような外部の読み出し線が通るための空間を残す。

要約すると、図８及び９で示される実施例は以下のトポロジーを有する。

作動線、これらはあらゆる二番目の行及び列にあり、以下から成る。

・メタ群の二つの行用の一つのX作動線。

・メタ群の二つの列用の一つのY作動線。

読み出し線、これらは行又は列によって交互にあり、以下から成る。

・隣接するセンサー素子間の二つの内部読み出し線。

・隣接するセンサー素子間の二つの外部読み出し線。

全体で、交互に三つの線（二つの読み出し線、更に一つの作動線）又は二つの線（二つの外部の読み出し線）は、常に夫々の方向（X及びY）で二つの隣接するセンサー素子の間を通る。

この実施の利点は、必要とされる線はより少なくて済み、このことが全体の配列の構造を単純化することである。

図１０および１１は、メタ群100の交互配線の実現性を示す。図１０は、センサー素子の上に、あるいは左に夫々接続される作動線X1からX8若しくはY1からY8を用いて、夫々のセンサー素子間のあらゆる行及びあらゆる列を通る作動線の配線を示す。制御線X1/X2,X3/X4,…Y7/Y8は夫々の場合で組み合わされ、即ち同じ信号でパルスにされる。

図１１は、読み出し線の対応する配線を示す。正確に一つの内部読み出し線102若しくは103、及び、一つの外部読み出し線（同じメタ群100の）111から114若しくは（他のメタ群の）120、130は各行及び各列を通る。

要約すると、図１０及び１１で示される実施例は以下のトポロジーを有する。

作動線は以下から成る。

・メタ群の一つの行用の一つのX作動線。

・メタ群の一つの列用の一つのY作動線。

読み出し線は以下から成る。

・隣接するセンサー素子間の一つの内部読み出し線。

・隣接するセンサー素子間の一つの外部読み出し線。

全体で、隣接するセンサー素子間の三つの線（一つの外部の、及び一つの内部の読み出し線、及び作動線）が各方向（X及びY）にある。

図１２は、16個のメタ群100の配列の実現可能な全体の配置を示す。図８から１１の配列に対応する配列は、メタ群100のn個の行がm列に配置される場合に用意され、夫々のメタ群は上記で説明されたような2m×2n個のセンサー素子を有する。このようなサイズ処理は、センサー素子間の行及び列で外部の線を通すための十分な空間があることを確実にする。

特別な場合ｍ＝nに関しては、このことは、全体の配列、メタ群100及び群の間に以下の割合を与える。

群毎にｎ×n個のセンサー素子。

メタ群毎に四つの群。

配列毎にn×n個のメタ群。

配列毎に4n⁴個のセンサー素子。

群毎に一つの読み出し経路。

配列毎に4n²個の読み出し経路。

読み出し経路毎にn²個の画素。

例えば、n=32では、配列毎に2k×2k個の画素及び読み出し経路毎に1k個の画素となる。

フラットダイナミックX線検出器（flat dynamic X-ray detectors；FDXD）を用いると、センサー素子の記述される配列は既に述べたように原則的に同じ技術で実行されることが可能である。唯一の本質的な違いは、作動線及び読み出し線の配列においてである。

本発明の利点は、画像が故障したセンサー素子群に対して補正され得るように、より高い故障許容範囲が動作中、並びに場合により検出器の製造においても達成されることでわかる。なぜならば、故障した各画素に対して八個の故障していない隣り合う素子が使用されるからである。更なる利点は以下の通りである。

・照射の間に線量を記録する操作は、付加的な内部及び外部の要素なしで可能である。

・読み出し時間の短縮による画像周波数の増大。即ち、読み出し増幅器の数は従来の配列と比較して増やされているので、データは複数の画素全体からより速やかに読み込まれ得る。

・ノイズの減少。即ち、同じ理由のため、（所謂、無相関の）ノイズは増幅器の更に小さな容量性の負荷によって減らされる。

・行相関ノイズの回避。即ち、以下の通りである。従来のFDXDにおいて、読み出し電子機器の効果は、明らかにその影響が明白である破壊的な効果を有する、所謂行相関ノイズを導く。“同相の画素”はもはや行に配置されないので、相対的に、提案する読み出しトポロジーの効果の見通しは大幅に抑えられる。

・特に素早いズームモードの実現。即ち、以下の通りである。画素集合の相応な配列によって、正確に検出器の所望のサブエリアが読み出され得る。しかし、全画面表示に切り替え後の画像アーティファクトは回避されるように、ズーム領域にない画素集合は基準としても制御される。

群における複数のセンサー素子の配列の例の詳細を示す図である。 一般的なセンサー素子を示す図である。 センサーとしてのフォトダイオードを有するセンサー素子を示す図である。 直接的に変換するセンサー素子を示す図である。 二つの制御入力を有するセンサー素子を示す図である。 充電信号の、並びに充電フローの時間特性の二つのダイアグラムを示す図である。 四つの混ぜられた群のセンサー素子のメタ群を示す図である。 図７のメタ群の第一の実行形式での複行及び複列を通る制御線の配線を示す図である。 図８に属する読み出し線の配線を示す図である。 図７のメタ群の第二の実行形式での各行及び各列を通る制御線の配線を示す図である。 図１０に属する読み出し線の配線を示す図である。 本発明によるメタ群の配列全体の構造を示す図である。

Claims (11)

1. 少なくとも一つのセンサー素子は、センサー、少なくとも一つの出力、少なくとも一つの制御入力及び少なくとも一つのスイッチユニットを有し、
   前記センサー素子は、作動状態で前記センサーによって発生された信号が前記出力に存在するように作動可能であり、
   前記スイッチユニットは前記センサーに結合され、前記出力、並びに前記制御入力、及び前記スイッチユニットは前記制御入力に存在する信号に従って前記センサー素子を作動させるよう設けられ、
   前記配列は、これらセンサー素子の夫々からの少なくとも一つの出力が群出力に結合されるように構築された少なくとも一つの群のセンサー素子を有し、
   少なくとも一つの群において、三つのセンサー素子は幾何学的な面を形成し、
   前記群の他の如何なる素子とも隣り合わない少なくとも一つのセンサー素子が少なくとも一つの群において存在し、
   各群の前記センサー素子のアドレス指定は、個々の間で、同時のアドレス指定を選択的に変更され得る、センサー素子の配列。
2. 前記センサー素子は二次元行列の形に配置され、その中で四つの異なる群からのセンサー素子の少なくとも一つの2×2ブロックがあることを特徴とする、請求項１記載の配列。
3. 前記2×2ブロックの四つのセンサー素子はそれらの制御入力を共通制御線に結合されていることを特徴とする、請求項２記載の配列。
4. 前記配列は複数のセンサー素子の少なくとも一つのブロック型のメタ群を有し、該メタ群はセンサー素子の四つの群から成り、四つの群の夫々からのセンサー素子の相似な2×2ブロックから構成されることを特徴とする、請求項２記載の配列。
5. 前記メタ群において行制御線は少なくともセンサー素子の夫々二行目を通り抜け、列制御線は少なくともセンサー素子の夫々二列目を通り抜け、その中で各制御線の片側若しくは両側に位置した前記センサー素子は制御線に結合され、前記メタ群の各センサー素子は対応する一つの行制御線に、且つ対応する一つの列制御線に結合されることを特徴とする、請求項４記載の配列。
6. 前記メタ群内のセンサー素子の出力は行若しくは列方向に延びる内部の群線に結合され、これら群線自体は行若しくは列方向にメタ群の外側の前記配列を通る四つの外部の群線に結合されることを特徴とする、請求項４記載の配列。
7. 前記配列は相似なメタ群のm個の列及びn個の線から成り、該メタ群自体は2n個の列及び2m個のセンサー素子の線から成ることを特徴とする、請求項４記載の配列。
8. 前記センサー素子の手段は一つ若しくはそれ以上の半導体スイッチの少なくとも一つの静電容量及び／又は寄生容量であることを特徴とする、請求項１記載の配列。
9. 請求項1の少なくとも一つの配列がX線検査システムに含まれることを特徴とする、X線検査システム。
10. 請求項１の少なくとも一つの配列が光画像記録システムに含まれることを特徴とする、光画像記録システム。
11. 前記センサー素子は、前記センサー素子の非動作状態においてセンサーと出力の間の充電フローを可能とするよう設けられている少なくとも一つの手段を有することを特徴とする、請求項１記載の配列。

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