JP2010504518A - 直接型ｘ線変換に基づく積分検出器に関する漏れ電流及び残留信号の補償 - Google Patents

Abstract

本出願は、ＣＭＯＳピクセル回路に結合される直接Ｘ線変換（ＤｉＣｏ）を用いる、Ｘ線検出器を記載する。ＤｉＣｏ物質は、高いフィールド強度を実現するために、高電圧で用いられなければならない。このことは、センサに漏れ電流の傾向を持たせることになる。漏れ電流は、測定された電荷結果を乱す。更に、大部分の直接変換物質は、Ｘ線画像シーケンスにおいて、時間アーチファクト（ゴースト画像）をもたらす大きい残留信号に苦しむ。そこである回路が記載される。この回路は、センサがＸ線を（再び）浴びる前に、以前の照射からの残留信号を含むセンサの暗電流を検出して、照射の間もなお、暗電流（漏れ電流及び残留信号）が放電させられることが可能である態様で、感知フェーズの終わりに関連する回路パラメタを凍結させる。従って、Ｘ線照射によりセンサにおいて生成される電荷パルスは、漏れ電流又は残留信号により搬送される電荷なしで積分が実行されることができる。こうして、堆積するＸ線エネルギーのより正確な推定が得られる。

Description

本発明は、暗電流を除去することを可能にする方法及び回路を含むデバイスに関し、特に、積分回路内で積分されないよう、センサ物質の暗電流（即ち以前の照射の漏れ電流及び残留信号）を除去する方法及び回路を含むデバイスに関する。

市場における現在ほとんどの半導体デジタルＸ線検出器は、上部にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜電子機器及びＸ線変換層を備えるフラットなガラス板から造られる。それらは、フォトダイオードアレイの上部にシンチレータを備える間接変換タイプ、又は、電極アレイの上部にフォトコンダクタを使用する直接変換タイプのいずれかである。衝突するＸ線は、変換層において吸収されて、アレイの各画素において生成された電荷を介して、Ｘ線吸収のデジタル画像を作成する。

ガラス上の薄膜電子機器に代わるのは、ピクセル電子機器に対して単結晶シリコンウェハを使用することである。上記のように、フォトダイオード有り又は無しのピクセルが、間接か直接かいずれかのＸ線変換のために造られることが可能である。単結晶シリコンにおける標準的なＣＭＯＳ加工の使用は、ａ−Ｓｉピクセル回路と比較して、一般により少ないノイズ及びより多くの機能を備える電子回路をもたらす。間接変換検出器の場合、シンチレータは、Ｓｉウェハ上で接着されることができるか、又は直接成長させられることが可能であるかのいずれかである。直接型Ｘ線変換物質に対しては、２つの可能性が存在する。分離して作られた層を例えばｂｕｍｂボールを用いて接続するか、又はシリコンへの直接的な沈着かのいずれかである。間接的な変換タイプのＣＭＯＳ検出器の例は、H. Mori, R. Kyuushima, K. Fujita, M. Hondaによる「High Resolution and High Sensitivity CMOS PANEL SENSORS for X-ray」、IEEE 2001 Nuclear Science Symposium Conference Record,、Vol. 1、 pp. 29 - 33 (2001)において、見つけることができる。

今日、フラットなＸ線検出器におけるピクセルピッチは、１００μｍ未満のピクセルサイズが通常であるマンモグラフィ及び歯のイメージングを除けば、１５０〜２００μｍに届く。Ｘ線撮像においては、心臓学、神経学及び脈管用途のための空間分解能が増加されることになるという一般的な傾向が観察されることができる。単結晶のＳｉ検出器のピクセルサイズは、その小さなサイズゆえ、１００μｍをかなり下回る値に容易に減らされることができる。これは、トランジスタ及び他の電子要素に対してこの技術を用いれば可能である。

しかしながら、間接変換検出器の場合、シンチレータにおける光拡散により空間分解能が制限されることになる。一般に、その厚みは減らされることができない。なぜなら、さもなければ、高いＸ線吸収収率を維持することが不可能だからである。小さいピクセルを備える検出器の高い空間分解能を完全に利用するためには、直接型Ｘ線変換が、より適している。セレン、沃化水銀、酸化鉛又はＣｄＴｅのような直接変換物質は、医学イメージングに関する典型的なビーム品質を備えるＸ線の８０％以上を吸収するのに十分厚くされることが容易にできる。生成された電荷担体（電子及びホール）が印加バイアス場のフィールド線をたどるので、非常に高い空間分解能が通常実現される。これは、ピクセル電極及び通常構造化されていない上部電極の表面と直角をなすようになる。直接変換タイプＣＭＯＳ検出器の１つの例は、M.P. Andre らによる SPIE Medical Imaging、第3336巻、pp．204 (1998)に見られる。

空間分解能の他に、直接変換ＣＭＯＳ検出器の別の利点は、小さいピクセルにおけるフォトダイオードの限られた充てん率を克服する可能性があることである。直接変換検出器において、ほとんど全部のピクセル領域をカバーする金属層が、ピクセル電極として機能することができる。直接変換検出器の場合に充てん率を決定するのはこの画素電極のサイズである。

通常広いバンドギャップ半導体物質であるＸ線変換層にわたり、電荷担体の効率的な移送を確実にするために高電圧が印加される。これは、任意の金属−半導体界面の物質固有抵抗及び障壁の高さに基づき、Ｘ線励起がなくてもその層を流れる有限電流をもたらす。この漏れ電流は、ノイズをもたらし、検出器のダイナミックレンジを低下させる。

ほとんどすべての直接変換物質の共通的特性は、遅い時間的行動である、例えばW. Zhao, G. DeCrescenzo, J. A. Rowlandsによる「Investigation of lag and ghosting in amorphous selenium flat-panel x-ray detectors」、SPIE Mediacal Imaging、第4682巻、pp．9〜20、2002を参照されたい。Ｘ線生成された電荷担体のトラッピング及び脱トラッピングは、次のフレームにおいて以前の照射からの残留信号が残るという課題又は不利な点をもたらす。しばしば遅延と呼ばれる、これらの残留信号の強さは、使用された直接変換物質に依存し、通常、１秒後の照射信号レベルの約数パーセントである。これは、結果として動的な用途に対する直接変換ｘ線検出器の使用を制限する視覚的時間アーチファクト（「ゴースト画像」）を生じさせる。パルス化された照射モードにおいて検出器が用いられる場合、後続のＸ線ウインドウの間、残留信号が増加された暗電流として自ら姿を表す。以下、「暗電流」という用語は、以前の照射時間からの定常状態漏れ電流及び動的な残留信号の合計を記載するために用いられる。

米国特許出願公開第2003/0146389 A1号は、それぞれが放射線を感知する変換要素を含む複数のセンサ要素と、各センサ要素における電気信号を増幅する手段と、上記電気信号を読み出すための読出し線に接続される各センサ要素における読出しスイッチ要素とを含むセンサ、及びこのセンサを動作させる方法を記載する。増幅手段は、ゲートが変換要素に接続される個別のソースフォロア・トランジスタを含み、そのソースは、片側で能動負荷に対して接続され、もう片側でサンプリング・コンデンサの一方の側に接続される。サンプリング・コンデンサの他方の側は、読み出しスイッチ要素を介して読み出し線に接続される。個別のリセット要素が、変換要素に接続される。

米国特許出願公開第2005/0231656 A1号は、受信画像に応じて光電流を生成するために光ＴＦＴを持つ画像センサを含む画像センサ・アレイを記載する。各々が個別のゲート電極及びソース電極を持つ光ＴＦＴが、暗電流の効果を減らすため独立してバイアスをかけられる。蓄積コンデンサが、各光ＴＦＴに結合され、光電流の生成の際放電される。各蓄積コンデンサは、蓄積コンデンサからデータ線まで電流を通す読出しＴＦＴに結合される。

国際公開第2004/110056号は、照射間隔の間のＸ線により検出器において生成される電流であって、蓄積容量に集積され、後続の読出しフェーズにおいて読出される電流の流れの生成を含む、連続的なＸ線画像の生成に関する検出器及び方法を記載する。ゆっくり減少する(decaying)残留電流の影響を最小化するために、電流は、照射間隔の間だけ集積される。

センサの改良された暗電流補償を可能にする方法及びデバイスを提供することが望ましい。

本発明は、検査照射デバイスにおけるセンサ暗電流の除去方法、暗電流補償デバイス、対応する照射デバイス及び検査装置、コンピュータ可読媒体、プログラム並びに上記方法を実行するコンピュータチップに関する。

以下に記載されている本発明の例示的実施形態は、方法、暗電流補償デバイス、対応する照射デバイス及び検査装置、コンピュータ可読媒体、プログラム並びにコンピュータチップにも適用できる点に留意されたい。

本発明の例示的な実施形態によれば、検査照射デバイスにおけるセンサの暗電流を除去する方法が、第１のフェーズにおいて、所定の電圧をセンサに印加するステップと、暗電流補償デバイスに入力される暗電流を感知するステップと、第２のフェーズにおいて、上記センサで所定の電圧を印加しつつ上記第１のフェーズにおいて上記暗電流を放電させるとき暗電流補償デバイスが持っていた暗電流補償デバイス内の状態を凍結させるステップとを含む。この暗電流は、以前の照射からのセンサの定常状態漏れ電流及び／又は動的な残留信号から生じる。

従って、以前の照射からのセンサの定常状態漏れ電流及び動的な残留信号から生じる暗電流の量はそれぞれ、前もって決定されることができ、その結果、一度決定されると、この量は暗電流を放電させることにより補償されることができる。検査照射の間、補償デバイスにおける暗電流を放電させることは、暗電流が例えば積分器といった検出デバイスにおいて、サンプリングされ、検出されることを回避する。

従って、センサピクセルのＸ線照射の間も、暗電流はまだ放電させられる。その結果、それは、検出に、特に積分にもはや利用可能ではなくなり、検出結果を偽造することはない。

結果として、センサ物質内でＸ線光子により生成される電荷のより良好な評価が得られる。暗電流補償は、より高い変換効率をもたらす層にわたり、より高いバイアス電圧の使用も可能にする。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、Ｘ線照射に対してセンサを実質的に自由にしつつ第１のフェーズのステップが適用されることができる。

Ｘ線照射の影響が検査のために使われることができ、暗電流はセンサの状態及び履歴により生成される。即ち、一種のメモリ効果による以前の照射の影響を受ける。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、第１のフェーズのステップは、検査照射の行われていない(examination-exposure-free)中間暗フレーム内で、又は、リセット・フェーズ内で適用される。リセット・フェーズの間に、所定の電圧が、センサで維持されることができる。

従って、検査が行われないとき、暗電流の決定が行われることができる。例えば、検査照射の行われていない中間暗フレームにおける２つの照射の間に行われることができる。検査の間、暗電流は補償される。その結果、その影響が回避されることができる。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、第１のフェーズは、容量に荷電するステップを含む。その電圧は、同様に暗電流を放電させるＦＥＴのゲートソース電圧を決定する。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、第２のフェーズのステップは、ＦＥＴのゲートソース電圧をあるレベルに保ったままにするステップを含む。そのレベルは、第１のフェーズにおいて、ＦＥＴが暗電流を放電させるときＦＥＴが持っていたレベルである。

本発明の更なる例示的な実施形態に基づき、第２のフェーズのステップは、ＦＥＴのゲートソース電圧をあるレベルに保ったままにするため容量にわたり電圧を凍結させるステップを含む。そのレベルは、ＦＥＴが第１のフェーズの間、暗電流を放電させるとき、持っていたレベルである。

特にＦＥＴの高い抵抗入力に対して定常電圧状態を保つために低い寄生抵抗を持つとき、容量、例えばコンデンサの容量は単純かつ効率的なデバイスである。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、この方法は、積分容量を第２の電圧で充電するステップを更に有し、そこでは、積分容量の１つの端子が、暗電流補償回路の入力とアンプの入力とに接続され、他の端子は、接地に接続される。増幅器は、電圧フォロワ又はソースフォロワでもよい。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、この方法は、積分器を用いてセンサの暗電流補償された出力信号を測定するステップを更に有する。

従って、積分器の形式での測定デバイスが、測定手順のために準備される。

本発明の例示的な実施形態によれば、暗電流補償デバイスはセンサの定常状態漏れ電流及び／又は動的な残留信号から生じる暗電流を補償するものとして機能する。このデバイスは第１のＦＥＴを含む。そのドレインはこのデバイスの入力に接続され、第１の電流源を介して接地に接続される。そのゲートは第１のスイッチを介してこのデバイスの入力に接続され、第２の電流源を介して電圧供給端子に接続される。そのソースは、第２の電流源を介して電圧供給端子に接続される。このデバイスは第２のＦＥＴも含み、そのドレインは接地に接続され、そのゲートは基準電圧に接続可能であり、そのソースは第１のＦＥＴのソースに接続される。このデバイスは容量も含み、その１つの端子は、第１のＦＥＴのゲートに接続され、他の端子は電圧供給端子に接続される。

斯かるデバイスを用いて、センサの定常状態漏れ電流及び／又は動的な残留信号それぞれから現れる暗電流を事前に検出すること、及びその回路の状態を凍結することにより暗電流を補償することが可能である。この状態の凍結は、センサにより検査照射がまったく検出されないとき、以前持っていたレベルで容量の電圧を維持することにより行われる。

従って、また、センサピクセルでのＸ線照射の間、これ以上積分に利用できないよう、暗電流はＦＥＴデバイスを介して放電され続ける。

結果的に、センサ物質の中でＸ線光子により生成される電荷のより良好な推定が得られる。暗電流補償は、より高い変換効率をもたらす層における更に高いバイアス電圧の使用も可能にする。

例示的な実施形態によれば、ＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴである。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、第１の電流源が第２の電流源の電流の半分を提供する。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、第１及び第２のＦＥＴは、実質的に同じ容量である。

第１及び第２のＦＥＴが同じ容量であるとき、各ＦＥＴの分岐における電流は同じである。従って、ＦＥＴと電圧源との間の電流源の電流は、ＦＥＴの分岐の各々の電流の２倍である。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、例えば医学Ｘ線イメージングシステムといった検査装置において使用される、ｘ線検出器といった照射デバイスが提供される。その照射デバイスは、電圧源、上記実施形態の任意の一つにおける暗電流補償デバイス、センサデバイスであって、その１つの端子が電圧源の出力に接続され、その更なる端子は暗電流補償デバイスの入力に接続されるセンサデバイス、及び積分デバイスであって、その入力が第３のスイッチを介して暗電流補償デバイスの入力に接続される積分デバイスとを含む。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、センサデバイスが、所定の電圧を印加する金属電極を一面に持ち、ピクセル化された電極を他面に持つ直接変換物質層を有する。特にセンサデバイスの各ピクセルに対して、積分デバイス及び暗電流補償デバイスが与えられる。積分デバイス及び暗電流補償デバイスは、各ピクセルに対して与えられるピクセル電子機器を形成する。ピクセル電子機器を含む複数のピクセルは、互いに接続されることができる。言い換えると、複数のピクセルは、ビン化されることができる。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、センサデバイスは、電磁放射線、特にＸ線放射線を検出できる。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、電圧源は所定の電圧の電圧源を含む。この電圧源の１つの端子は接地に接続され、他の端子は抵抗器を介して電圧源の出力に接続される。この電圧源は、容量も含み、この容量の１つの端子は接地に接続され、他の端子は電圧源の出力に接続される。

抵抗及び容量は、電圧源におけるリプル(ripple)を回避し、センサに供給される電流をセットするものとして機能する。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、積分デバイスは、増幅器であって、その入力が積分デバイスの入力に接続され、その出力はサンプル及びホールド段に接続可能な増幅器と、積分容量であって、その１つの端子は増幅器の入力に接続され、他の端子は接地に接続される積分容量と、第２の電圧源であって、１つの端子は接地に接続され、他の端子が第３のスイッチを介して積分デバイスの入力に接続される第２の電圧源とを含む。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、検査装置が、上記実施形態の任意の一つにおける照射デバイスを有する。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、コンピュータ可読媒体にコンピュータプログラムが格納される。プロセッサにより実行されるとき、このプログラムは、上記実施形態のいずれかの方法のステップを実行するよう適合される。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラムが与えられ、プロセッサにより実行されるとき、このプログラムは、上記実施形態のいずれかの方法のステップを実行するよう適合される。

本発明の更なる例示的な実施形態によれば、コンピュータチップは、上記実施形態のいずれかの方法のステップを実行するよう適合される。

本発明の要点は、回路の第１の状態及び方法の第１のフェーズそれぞれにおいて暗電流を決定し、その回路がその決定された状態を維持するよう設定することであることがわかる。その結果、以前に決定された暗電流は除去されることになり、従って、検査照射の信号を測定するとき、積分に影響を与えない。

本発明の例示的な実施形態の方法のステップを図示するフローチャート図を示す図である。 暗電流を決定するための、本発明の例示的な実施形態の回路の感知フェーズを示す図である。 本発明の例示的な実施形態の回路のサンプリング後のリセットを示す図である。 照射の準備ができている本発明の例示的な実施形態の回路を示す図である。 本発明の例示的な実施形態に基づき、暗電流補償に関する２つの異なるアプリケーション・シナリオを示す図である。

本発明のこれら及び他の側面が、本書に述べられる実施形態から明らかとなり、及び実施形態を参照して説明されることになる。

本発明の例示的な実施形態が、以下の図面を参照して以下に説明されることになる。

図１は、本発明の方法のステップを図示するフローチャートを示す。図示されるすべてのステップが、本発明にとって必須であるわけではない点に留意されたい。

検査照射デバイスにおけるセンサの暗電流を除去する方法は、所定の電圧ＨＶをセンサに適用して、第１のフェーズにおける暗電流補償デバイスに入力される暗電流Ｉ_Ｌを感知するステップＳＴ１を含む。上記暗電流は、以前の照射からのセンサの定常状態漏れ電流及び／又は動的な残留信号から生じている。ステップＳＴ１は、暗電流の放電を制御する容量Ｃ_Ａに充電するステップＳＴ１ａを含むことができる。この容量の電圧がＦＥＴのゲートソース電圧を決定する。更なるステップＳＴ２では、第２のフェーズとして、暗電流を放電させるとき持っていた暗電流補償デバイス内の状態が凍結される。ステップＳＴ２は、ＦＥＴのゲートソース電圧を、ＦＥＴが暗電流を放電させるとき、第１のフェーズで持っていたレベルに保ったままにするステップＳＴ２ａを含むことができる。ステップＳＴ２では、所定の電圧ＨＶが、センサで維持されることができる。更なるステップＳＴ３では、積分容量Ｃ_ｉｎｔが第２の電圧Ｖ２で充電される。積分容量の１つの端子は、暗電流補償回路の入力及び増幅器「＝１」の入力に接続される。他の端子は接地に接続される。更なるステップＳＴ４は、増幅器を用いてセンサの暗電流補償出力信号を測定するステップを含む。また、所定の電圧ＨＶは、上記ステップの全ての間、センサで維持されることができる。

方法及び対応する回路の詳細な機能及び動作が、図２〜４を参照して説明されることになる。

図２は、暗電流を決定するための、本発明の例示的な実施形態の回路の感知フェーズを示す。

図２において、センサが非接続状態にされる場合、Ｓ１は閉じられ、Ｓ２及びＳ３が開かれ、電流源「Ｉ_１」が、ｐＭＯＳＦＥＴ Ｐ１がＩ_１を正確に放電させることをもたらす。ｐＭＯＳＦＥＴ Ｐ２も「Ｉ_１」を放電させる。なぜなら、それはＰ２と（正確に）同じ容量で製造されるからである。言い換えると、電流源「２Ｉ_１」の電流は、Ｐ１及びＰ２に等しく分散される。Ｐ２ゲート電圧がＶ_Ｒｅｆにプリセットされるので、この平衡状態において、Ｐ１は、同じゲート電圧を持たなければならない。即ちＶ_Ｂ＝Ｖ_Ｒｅｆが成立する。Ｐ１とＰ２との間で幾何学的不整合がある場合には、Ｐ１及びＰ２は通常同じ電流（Ｉ_１）を放電させないだろう。しかしなお、これらの電流は合計２Ｉ_１になる。

第１段階である感知フェーズにおいて、センサは回路に接続され、暗電流が感知される。その結果、暗電流補償回路は、センサ暗電流を放電させるように構成される。

図２において、センサはノードＢに接続される。このとき、スイッチＳ１がまだ閉じられたままである一方で、スイッチＳ２及びＳ３は開いている。任意の（一定の）暗電流は、「Ｉ_Ｌ」により示されるようにだけ流れることができる。ここで、Ｉ_Ｌは両方の極性が可能である。なぜなら、Ｐ１のゲート及びＣ_Ａは定電流に対する無限抵抗を表すからである。センサを接続した直後に、暗電流により提供される電荷が、容量Ｃ_Ａの下部プレートを充電する。ｐＭＯＳＦＥＴ Ｐ１のドレイン電流及びＩ_Ｌの合計が電流源「Ｉ_１」により課される電流Ｉ_１に等しい場合、平衡状態に達する。Ｉ_Ｌ＞０の場合には、これは、Ｉ_１−Ｉ_ＬであるＰ１のドレイン電流を必要とする。一方Ｐ２はＩ_１＋Ｉ_Ｌを放電させる。Ｉ_Ｌ＜０の場合には、Ｐ１はＩ_１＋Ｉ_Ｌを放電させなければならない。すると、Ｐ２はＩ_１−Ｉ_Ｌを放電させる。こうして、いずれの場合でも、回路が暗電流Ｉ_Ｌを補償することが可能であるよう、Ｉ_１は必然的にＩ_Ｌを上回らなければならない。

この平衡状態における、ポイントＡの電位Ｖ_Ａは、Ｐ２のゲートソース電圧Ｖ_{ＧＳ、Ｐ２}＝Ｖ_Ｒｅｆ−Ｖ_Ａが、Ｐ２ドレイン電流の値に適合するような値を仮定する。同様に、（Ｖ_０−Ｖ_Ｂに等しい）Ｃ_Ａにおける電圧が、Ｐ１のゲートソース電圧がＰ１を通る必要なドレイン電流に対応し、Ｖ_{ＧＳ，Ｐ１}＝Ｖ_Ｂ−Ｖ_Ａが成立するような値を仮定する。電流源「２Ｉ_１」が飽和領域を上回る態様でＶ_Ａが増加しないことは、重要である。Ｉ_Ｌ＞０に対して、Ｖ_ＢはＶ_Ｒｅｆより大きくならなければならない。なぜなら、Ｐ１はＩ_１−Ｉ_Ｌを放電させるだけであり、これは（暗電流が投入されることなしに）Ｖ_Ｂ＝Ｖ_Ｒｅｆが成立するような平衡状態において、Ｐ１のより小さいゲートソース電圧を必要とするからである。同様に、Ｉ_Ｌ＜０に対して、Ｖ_ＢはＶ_Ｒｅｆより小さくならなければならない。なぜなら、Ｐ１はＩ_１＋Ｉ_Ｌを放電させるからである。

この後、Ｓ１が再び開かれる場合、ＦＥＴペア（Ｐ１、Ｐ２）の左枝において、Ｉ_Ｌが放電させられ続けることができるよう、Ｃ_Ａは、Ｐ１の「状態」を凍結させる。

電圧源ＨＶは高電圧を表す。これはＤｉＣｏセンサ物質を逆バイアスに保つために必要である。従来技術から知られるように、Ｒ_ＴＰ及びＣ_ＴＰにより確立されるＲＣ段は、高電圧上のリプルをフィルタ除去するために用いられる。

第２段階において、暗電流補償回路に接続される積分容量Ｃ_ｉｎｔが用いられる。

積分容量を電圧Ｖ２へと充電するためにスイッチＳ２が閉じられる（Ｓ１、Ｓ３は開いている）（図３参照）。その大きさは、電位により決定される。Ｃ_ｉｎｔが電流源「Ｉ_１」と並列に接続されるようスイッチＳ３が閉じられるとき（ステップ３参照）、ノードＢが想定されることができる。スイッチＳ３が閉じられるときのＶ_Ｂに関する制限条件は以下の通りである。

a)電流源「Ｉ_１」がもはや飽和状態でなくなってしまうほど、Ｖ_Ｂが小さくなりすぎてはならない。

b)Ｐ１のドレインソース電圧がそのゲートソース電圧より小さくなってしまうほど、Ｖ_Ｂが大きくなりすぎてはならない。この電圧は、Ｉ_１−Ｉ_Ｌ（Ｉ_Ｌ＞０の場合）又はＩ_１＋｜Ｉ_Ｌ｜（Ｉ_Ｌ＜０の場合）を放電させるためにＰ１が負う(take on)。さもなければ、Ｐ１は飽和領域を上回り、Ｖ_Ａも変化する場合がある。その結果、Ｐ１及びＰ２が意図されるように機能することができない。

c)ホール（これは、適切なドーピング及び適切な電極物質を備えるいくつかのＳｅ検出器の場合に適用されることになる）に基づかれるセンサ電流に対して、ｂ）に違反しないよう、Ｖ_Ｂは、ＤｉＣｏ物質を備えるＸ線交互作用により生成される陽電荷によって充電されるＣ_ｉｎｔのための十分な上昇余地を残さなければならない。

Ｖ_２に関する良好な選択は、（ＰｂＯ、ＨｇＩ_２において）Ｉ_Ｌ＜０に対してＶ_Ｒｅｆ−Ｖ_{ＧＳ，Ｐ１}（Ｉ_Ｄ，Ｐ１＝Ｉ_１＋｜Ｉ_Ｌ｜）である。なぜならＶ_ＤはＶ_Ｒｅｆより小さいからである。Ｖ_Ｄ＝Ｖ_Ａ−｜Ｖ_{ＧＳ，Ｐ１}（Ｉ_Ｄ，Ｐ１＝Ｉ_１＋｜Ｉ_Ｌ｜）｜、Ｖ_Ａ＝Ｖ_Ｒｅｆ＋｜Ｖ_{ＧＳ，Ｐ２}（Ｉ_Ｄ，Ｐ２＝Ｉ_１−｜Ｉ_Ｌ｜）｜である。ここで、Ｖ_{ＧＳ，Ｐ１}（Ｉ_Ｄ，Ｐ１＝Ｉ_１＋｜Ｉ_Ｌ｜）は、Ｐ１が実際にＩ_１＋｜Ｉ_Ｌ｜を放電させることを確実にするために必要とされるＰ１のゲートソース電圧を表す。Ｃ_ｉｎｔが統合信号電流に基づき放出されるよう、こうして、照射の間Ｃ_ｉｎｔにおける電圧Ｖ_２が増加しないよう、ＤｉＣｏ物質を備えるＸ線交互作用により生成される信号電流も負である。暗電流補償回路の動作を損なわずにリセットなしの単一照射の間集積されることができる最大電荷は、Ｑ_ｍａｘ＝Ｃ_ｉｎｔ（Ｖ_２−Ｖ_{Ｂ,ｍｉｎ}）である。ここで、Ｖ_{Ｂ,ｍｉｎ}は、電流源「Ｉ_１」がまだ飽和モードである状態での、ノードＢの最小電圧である。

（ある種のＳｅ検出器において）Ｉ_Ｌ＞０に対して、Ｖ_２はＶ_Ａ−Ｖ_{ＧＳ、Ｐ１}（Ｉ_Ｄ、Ｐ１＝Ｉ_１−Ｉ_Ｌ）−Ｑ_ｍａｘ／Ｃ_ｉｎｔより大きいように選択されてはならず、かつＶ_２はＶ_{Ｂ、ｍｉｎ}より下に落ちてはならない。ここで、Ｑ_ｍａｘは、照射の間Ｃ_ｉｎｔに集積される最大電荷である。

Ｉ_Ｌ＞０に対して、Ｖ_ＤはＶ_Ｒｅｆよりすでに大きい点に留意されたい。なぜなら、Ｐ２はＩ_１＋Ｉ_Ｌを放電させるので、Ｖ_Ａは平衡状態と比較して増加しなければならないし、Ｐ１はＩ_１−Ｉ_Ｌのみを放電させるので、Ｖ_{ＧＳ，Ｐ１}は平衡状態において、より小さくなるためである。Ｖ_Ｄ＝Ｖ_Ａ−｜Ｖ_{ＧＳ，Ｐ１}（Ｉ_Ｄ，Ｐ１＝Ｉ_１−｜Ｉ_Ｌ｜）｜、Ｖ_Ａ＝Ｖ_Ｒｅｆ＋｜Ｖ_{ＧＳ，Ｐ２}（Ｉ_Ｄ，Ｐ２＝Ｉ_１−｜Ｉ_Ｌ｜）｜である。

Ｐ１とＰ２との間に不整合、例えば幾何学不整合がある場合、上記の条件は変わる場合がある。

第３段階において、接続されるセンサで動作が起こる。スイッチＳ２が開かれ、Ｓ３は閉じられる（図４参照）。すると、積分容量は、センサピクセルに接続される。Ｃ_ｉｎｔがａ）、ｂ）（及びＩ_Ｌ＞０に対してはｃ））を満たす電圧にセットされるので、暗電流の放電が以前通り続く。

ここでＸ線照射が原因で、センサピクセルが電荷を生成する場合、電荷は積分容量Ｃ_ｉｎｔ上に流れ、容量に蓄積される。電荷によって、Ｃ_ｉｎｔにおける電圧が変化する。電流源「Ｉ_１」又はＰ１が飽和領域を上回らないように、電圧変化は十分に小さくあるべきである。

「増幅器（＝１）」（例えばソースフォロワ）を介して、積分容量の電圧がサンプル及びホールド（Ｓ＆Ｈ）段に「非破壊に」コピーされることができる。サンプル及びホールド段から、この電圧は読み出されることができる。リセットにより実現される電圧と比較した電圧変化ΔＵは、直接変換（ＤｉＣｏ）センサピクセルにより提供される電荷Ｑ＝Ｃ_ｉｎｔΔＵに関する尺度である。

後の照射に対して、再度センサの暗電流を検出するため、Ｃ_ｉｎｔは、追加的なフェーズ無しにＳ２を閉じることによりＶ２にリセットされることができる。斯かるリセットに対して、スイッチＳ３は閉じたままに保たれることができる。なぜなら、Ｖ_Ｂは、飽和状態において、「Ｉ_１」を保つ許容ドレインソース電圧に沿って「動く」だけだからである。

Ｃ_ｉｎｔの容量は検出回路の最も感度の良い動作モードを決定する。なぜなら、ＤｉＣｏ物質から生じる（検出可能な最小の）電荷パルスΔＱによるＣ_ｉｎｔにおける電圧変化はΔＵ＝ΔＱ／Ｃ_ｉｎｔの電圧変化をもたらすからである。この電圧変化は、Ｖ_２に関連付けられ、入力電圧における最小差に関連付けられなければならない。この電圧変化を、Ｓ＆Ｈ段の後のＡＤＣは区別できる。Ｃ_ｉｎｔと並列に更なる増加容量を接続することにより、感度は減らされることができる。なぜなら、ΔＱが、Ｃ_ｉｎｔ＋Ｃ_ｇａｉｎにおけるより小さな電圧変化をもたらすからである。即ち、ΔＵ'＝ΔＱ／（Ｃ_ｉｎｔ＋Ｃ_ｇａｉｎ）となる。

ｐＭＯＳＦＥＴではなくｎＭＯＳＦＥＴのみに基づかれる、類似の回路が規定されることができる。すると、しかしながら、Ｃ_ｉｎｔの１つの端子は接地ＧｎｄでなくＶ_０に接続される。これは、Ｓ＆Ｈ段のデザインに関して不都合となる場合がある。

図５は、２つの例示的な補償モードを示し、１つは、単一の感知フェーズに関するもの、２つ目は、複数の感知フェーズに関するものである。

上述の通り、暗電流補償は、Ｘ線照射のない感知フェーズ及びＸ線動作フェーズという２つの主ステップから成る。図５に示すように、異なる適用シナリオが可能である。定常状態漏れ電流の補償に対して、Ｘ線照射が始まる前に、単一の感知フェーズだけが必要である。すべての後続の照射フレームは、同じ暗電流に対して補償される。

残留信号も捕捉する「動的な」暗電流補償に対して、感知フェーズは、Ｘ線ウインドウでインタリーブされなければならない。各感知フェーズの終わりに、その時点で含まれる暗電流残留信号が凍結され、後続の照射ウインドウにおいて、暗電流を補償するのに用いられる。残留信号が時間と共に減少するので、この手法は後続のＸ線ウインドウの間、暗電流を過大評価し、わずかな過剰補償をもたらす場合がある。しかしながら、画質は、残留信号補正なしの標準ケースと比較して大幅に改善されると予想される。漏れ電流だけの補償とは対照的に、電荷脱トラッピングによる暗電流は、感知フェーズの間一定でない。従って、感知フェーズの間にわずかな遅延を伴い減少する残留信号にノードＡの電位が適合できるよう、回路、すなわち主にコンデンサＣ_Ａは設計されなければならない。

本発明は、ＣＭＯＳ技術を用いるあらゆる種類のピクセル電子機器及び直接型Ｘ線変換を用いるあらゆる種類のＸ線検出器に適用されることができる。暗電流補償（すなわち以前の照射の漏れ電流及び残留信号）は、より広範な適切な物質を用いてより効果的な検出器動作を可能にする。

本発明の用途は、例えば心臓血管のＸ線、一般のＸ線、神経学、整形外科、マンモグラフィ及び歯のイメージング等とすることができる。また、本発明は、物質科学、非破壊検査及び他の関連用途の分野において適用されることができる。

「comprising」という単語は、他の要素又はステップを除外するものではない点、及び「a」又は「an」は、複数性を排除するものではない点に留意されたい。また、異なる実施形態に関連して記載される要素が結合されることができる。

また、請求項における参照符号は、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきでない点に留意されたい。本発明は、物質科学、非破壊検査及び他の関連用途の分野において、適用されることもできる。

Claims (12)

1. 検査照射デバイスにおけるセンサの暗電流を除去する方法において、前記暗電流が、以前の照射からの前記センサでの定常状態漏れ電流及び／又は動的な残留信号から生じており、
   第１のフェーズにおいて、所定の電圧を前記センサに印加して、暗電流補償デバイスに入力される前記暗電流を検出するステップと、
   第２のフェーズにおいて、前記所定の電圧を前記センサで維持すると共に、前記暗電流を放電させるとき前記暗電流補償デバイスが前記第１のフェーズにおいて持っていた状態を前記暗電流補償デバイス内で凍結させるステップとを含む、方法。
2. Ｘ線照射が実質的にない状態に前記センサを保つと共に、前記第１のフェーズのステップが適用される、請求項１に記載の方法。
3. 検査照射のない中間暗フレーム内、又はリセット・フェーズ内で、前記第１のフェーズのステップが適用される、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１のフェーズが、容量を充電するステップを含み、前記容量の電圧は、前記暗電流を放電させるＦＥＴのゲートソース電圧を決定する、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２のフェーズのステップが、ＦＥＴが前記第１のフェーズにおいて前記暗電流を放電させるとき持っていたレベルに前記ＦＥＴのゲートソース電圧を保つステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記第２のフェーズのステップが、ＦＥＴが前記第１のフェーズの間、前記暗電流を放電させるとき持っていたレベルに前記ＦＥＴのゲートソース電圧を保つべく容量における前記電圧を凍結させるステップを含む、請求項５に記載の方法。
7. 積分容量を第２の電圧で充電するステップを更に有し、前記積分容量の１つの端子が、前記暗電流補償回路の入力及び増幅器の入力に接続され、前記積分容量の他の端子は、接地に接続される、請求項１に記載の方法。
8. センサの定常状態漏れ電流及び／又は動的な残留信号から生じる暗電流を補償する暗電流補償デバイスであって、
   第１のＦＥＴであって、ドレインが、前記デバイスの入力に接続され、かつ第１の電流源を介して接地に接続され、ゲートは、第１のスイッチを介して前記デバイスの入力に接続され、及びソースが、第２の電流源を介して電圧源に接続可能である端子に接続される、第１のＦＥＴと、
   第２のＦＥＴであって、ドレインが、接地に接続され、ゲートは、基準電圧に接続可能であり、及びソースが前記第１のＦＥＴのソースに接続される、第２のＦＥＴと、
   容量であって、１つの端子が前記第１のＦＥＴのゲートに接続され、及び他の端子は前記電圧源に接続可能である端子に接続される、容量とを有する、暗電流補償デバイス。
9. 検査装置において使用される照射デバイスであって、
   電圧源と、
   請求項８に記載の暗電流補償デバイスと、
   センサデバイスであって、１つの端子が、前記電圧源の出力に接続され、及び更なる端子は、前記暗電流補償デバイスの入力に接続される、センサデバイスと、
   積分デバイスであって、入力が第３のスイッチを介して前記暗電流補償デバイスの入力に接続される、積分デバイスとを有する、照射デバイス。
10. 前記センサデバイスが、直接変換物質層を有し、
    個別の積分デバイス及び暗電流補償デバイスは、それぞれのピクセルに対して設けられ、
    片側に所定の電圧を印加する金属電極が設けられ、
    他の側に前記センサデバイスのピクセルを形成する複数の電極を持つ金属電極が設けられ、前記複数の電極の少なくとも１つが、個別のピクセルのピクセル電子機器に接続可能であり、前記ピクセル電子機器はそれぞれ、個別の積分デバイス及び個別の暗電流補償デバイスを有する、請求項９に記載の照射デバイス。
11. 前記センサデバイスがＸ線放射線を感知することができ、
    前記電圧源が、
    所定の電圧の電圧源であって、１つの端子は接地に接続され、他の端子が抵抗器を介して前記電圧源の出力に接続される、電圧源と、
    容量であって、１つの端子が接地に接続され、他の端子は前記電圧源の出力に接続される、容量とを含み、
    前記積分デバイスが、
    増幅器であって、入力は前記積分デバイスの入力に接続され、出力がサンプル及びホールド段に接続可能である、増幅器と、
    積分容量であって、１つの端子は前記増幅器の入力に接続され、他の端子が接地に接続される、積分容量と、
    第２の電圧源であって、１つの端子は接地に接続され、他の端子が第３のスイッチを介して前記積分デバイスの入力に接続される、第２の電圧源とを含む、請求項９又は１０に記載の照射デバイス。
12. プロセッサにより実行されるとき、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法のステップを実行するよう適合されるプログラム。

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