JP2986922B2 - 放射線の入射頻度を検出するための放射線センサ手段 - Google Patents

放射線の入射頻度を検出するための放射線センサ手段

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    • H01L27/146—Imager structures
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射線センサ手段（radiation sensor mea
ns）に関し、特に放射線（radiation）の入射頻度を検
出するための放射線センサ手段に関する。
従来技術では既に、例えば量子放射（quantum radiat
ion）を検出するために用いられる放射線センサ手段が
開示されている。このようなセンサの欠点は、比較的稀
でかつ点状の放射（punctiform radiation）しか起こら
ないような放射線の検出に関連して特殊な問題が発生す
るということである。低い発生確立によって、その放射
線入射を検出することができるように広いセンサ面が必
要となる。一方、点状の放射線入射は広い面積によって
平均化され、センサは感度を損ない、信号／ノイズ比も
劣化する。
この問題は、マトリックス状に配列された複数の個別
のエレメントを用いることによって解決することができ
る。
しかしながら、このようなマトリックス状に配列され
た個別のエレメントを配置したタイプでは、必然的な問
題を伴う。これら問題は、小さな確率で発生する点状の
放射線を検出するマトリックス状エレメントが読み取ら
れた時に発生する。所謂、系統的なアドレスによって、
個々の全てのケースにおいて全体のマトリックスにおけ
る完全なアドレスサイクルが必要となる。その結果、ア
ドレスやアクティブなマトリックス状エレメントの数値
（value）が得られる。これは、通常はピクセルと呼ば
れている。
放射線入射だけが検出される場合、つまりセンサ上で
の放射線の入射頻度だけを検出する場合において使用す
るときに、特別の欠点が発生する。この場合には、この
種のアドレスによって供給された情報のうち非常に高い
割合が利用できないということである。
このような使用形態と関連して起こる更なる問題は、
個々のセンサエレメントの反応速度が全体のセンサエレ
メントのマトリックスのためのシステムクロックより遙
に速くなる可能性があるということである。この場合の
反応速度は、入射した放射線によって生成される電荷キ
ャリヤが放射線センサエレメントの中で分解されるよう
な速度を意味している。この分解は、通常、再結合と呼
ばれている。前回の放射線の入射の後、反応速度によっ
て決定されるセンサの反応時間が未だ経過していないな
らば、システムクロックの新たな通過によって、問題が
発生する。この場合には、このセンサが出力する信号
が、センサ上に入射する新たな放射線によって引き起こ
されたのか、あるいは未だ十分に再結合されていない電
荷キャリアによって発生させられたのかが分からない。
ドイツ特許4224358C1では、量子放射を検出するため
に用いられる、高い感度と高いダイナミックレンジとを
備えた放射線センサ手段が開示されている。このよな公
知の放射線センサ手段が、センサ上の放射線入射頻度を
検出するために用いられる時、反応速度とシステムクロ
ックに関する上述の問題点は、上記放射線センサ手段か
ら情報が読み込まれた時に発生する。
ドイツ特許公開4118154A1では、センサマトリックス
とリセット装置とを備えたアレーが開示されている。こ
の公知のアレーはそれぞれマトリックス状に配列され、
かつ光とＸ線に対する強い感度をもつ複数のセンサを備
えており、これらセンサは放射線の入射量に応じて電荷
を発生させる。各センサは電気的スイッチを備えてい
る。この装置にはセンサの各ラインのための切り換えラ
インが設けられており、この切り換えラインは個々のス
イッチを作動させるために用いられ、発生した電荷が関
係する読み出しライン（read−out lines）を通って流
れ出るようになっている。読み出し動作の後に残った電
荷を除去するため、上記アレーは読み出し動作の後でセ
ンサをその読み出しラインを介して作動させるリセット
装置を備えており、これによって、上記センサの電気的
スイッチは導通させられ、前回の読み出し動作の後にセ
ンサ内に蓄えられた残留電荷は、関係する読み出しライ
ンを通って流れ去る。リセットクロックの予め決められ
た数のクロックの後、それぞれの読み出しラインは再び
非作動化（deactivated）される。
この従来技術を基にして、本発明の目的は、放射線セ
ンサ手段がより優れた反応速度を有するように、放射線
センサ手段をさらに発展させることである。
この目的は、請求項１における放射線センサ手段によ
って達成される。
本発明は、放射線の入射頻度を検出するための放射線
センサ手段を提供するものであり、このセンサ手段は、
入射された放射電力（radiation power）によって生成
される電流を出力する少なくとも１個の放射線センサエ
レメントと、放射線センサエレメントによって発生させ
られた電流を検出する検出回路と、上記放射線センサエ
レメントに対して接続されたリセット回路とを備え、上
記リセット回路がリセット信号によって駆動された時、
入射された放射電力によって生成された電荷キャリヤが
リセット信号がない時の速度に比べて早い速度で再結合
するように構成され、上記リセット信号は、検出回路に
よってリセット回路に対して適用されるよう構成される
ものである。
本発明の望ましいさらなる発展によれば、個々のマト
リックスエレメントは読み出し結果とアドレス指定（ad
dressed）されたマトリックスエレメントの数とに基づ
いてリセットされる。これは、検出回路が次のような特
徴を有するセンサ手段の場合に達成される。すなわち、
放射線センサエレメントの出力とアースとの間に接続さ
れたコンデンサ（capacitor）と、閉位置においてコン
デンサをブリッジするスイッチと、入力が放射線センサ
エレメントの出力と接続されたバッファと、入力がバッ
ファの出力と接続されたA/D変換器と、入力と３個の出
力とを備えた論理回路であって、その入力がA/D変換器
の出力と接続され、入力に適用される信号に応じて第１
と第２の出力でリセット信号を発生させ、かつ第３の出
力で出力信号を発生させ、第１の出力はリセット回路に
接続され、第２の出力は上記スイチに接続された論理回
路と、論理回路の第３の出力と接続され、上記論理回路
の出力信号に基づき、かつ出力信号の前の値と今回適用
された出力信号との比較に基づいてフラグ（flag）の状
態を設定し、かつこのフラグの状態を記憶するフラグ記
憶手段と、を備えたものである。
さらに望ましい実施例によれば、本発明は、検出回路
が次のような特徴を備えた場合において、放射線センサ
手段によって達成されるインテリジェントアドレス指定
（intelligent addressing）を提供する。すなわち、放
射線センサエレメントの出力とアースとの間に接続さ
れ、放射線センサエレメントによって供給された第１信
号をアースに接続し、第１のレベルを有する第１の手段
であって、放射線センサエレメントによって供給された
第２信号をブロックし、かつ第１のレベルより高い第２
のレベルを有する第１の手段と、放射線センサエレメン
トの出力と接続された第２の手段であって、第１信号を
ブロックし、第２信号を通過させる第２の手段と、上記
第２の手段の出力に接続され、その出力が検出回路の出
力と接続されたバッファとを備えている。
本発明のさらに望ましい実施例は、従属請求項の中で
定義される。
以下に、本発明の望ましい実施例を添付した図面を参
照しながら詳細に説明する。
図１は本発明にかかる放射線センサ手段の第１実施例
を示し、 図２は本発明にかかる放射線センサ手段の第２実施例
を示し、 図３は本発明にかかる放射線センサ手段の第３実施例
を示し、 図４は本発明にかかる放射線センサ手段の第４実施例
を示し、 図５と図5bは本発明にかかる放射線センサ手段の第５
および第６実施例を示す。
以下に、図１に基づいて本発明の第１実施例を詳しく
説明する。
図１に示されるセンサ手段は、参照符号100によって
示される放射線センサエレメントを備えている。図１に
おける実施例では、この放射線センサエレメント100
は、例えばいわゆるフローティングウエル（floating w
ell）を有するMOSトランジスタである。
本発明はこのタイプの放射線センサエレメントに限ら
ず、例えばＪ−FETやSOIトランジスタのように多数の放
射線センサエレメントを用いることができることは明ら
かである。
トランジスタ100のドレイン−ソース間電流は、入射
する放射電力に実質的に比例している。トランジスタ10
0のソース端子102には供給電位VDDが与えられ、一方ト
ランジスタの動作点は動作点調整電圧（operating−poi
nt adjustment voltage）VBによって調整することがで
きる。トランジスタ100によって発生する信号はトラン
ジスタ100のドレイン端子104から取り出される。
ドレイン端子104から出力された出力信号は、放射線
センサエレメントによって発生した電流を検出しかつさ
らに処理するための検出回路（図１には図示せず）に供
給される。
図１に示された放射線センサ手段は、トランジスタ10
0のほかにリセット回路を備えており、このリセット回
路は図１に示された実施例ではFET（電解効果トランジ
スタ）スイッチで構成されている。
FETスイッチはゲート端子106、ソース端子108、ドレ
イン端子110、およびドレイン端子110と接続された基板
端子112を備えている。
ソース端子108には供給電位VDDが与えられる。
ゲート端子106には検出回路（図示せず）によって発
生するリセット信号Ｒが与えられる。
リセット信号がFETスイッチのゲートに供給される
と、このFETスイッチは、入射された放射電力によって
放射線センサエレメント内で生成された電荷キャリヤが
如何なるリセット信号を持たない場合の速度より早い速
度で再結合されるように、導通せしめられる。
上記放射線センサエレメント内での再結合速度の上昇
によって、放射線センサエレメントの反応速度はその反
応時間が減少するように改善される。
もし、上記放射線センサエレメント100がフローティ
ングウエルを有するMOSトランジスタである場合には、
リセット回路を上記ウエル内に配置することが可能であ
り、それによってリセット回路は放射線センサ手段の活
動領域（active area）の一部を構成しないで済むとい
う利点がある。
本発明はFETスイッチに限定されるものではなく、リ
セット信号を適用しない場合における再結合速度に比べ
てリセット信号を適用することによって再結合速度が上
昇するものであれば、いかなるタイプのリセット回路を
用いることも可能である。
図１では１個のリセット回路を持つ単一の放射線セン
サエレメントを示したが、本発明はこのような単一のエ
レメントに限らず、リセット回路を含む複数の放射線セ
ンサエレメントをマトリックス状に相互接続したもので
もよいことは明らかである。
図２では、本発明のさらなる実施例を示し、図１に既
に示した構成要素には同一の参照番号を用いる。これら
構成要素の重複説明は行なわない。
リセット回路を含み、かつ図１に基づいて既に説明し
た放射線センサエレメント100に加えて、図２では全体
を参照番号200で示される検出回路の実施例を示してい
る。
この検出回路200は放射線センサエレメント100の出力
104とアースとの間に接続されたコンデンサＣを備えて
いる。スイッチＳはコンデンサＣと並列に接続されてお
り、閉位置において上記コンデンサＣをブリッジしてい
る。図２に示される実施例では、上記スイッチＳはそれ
自体公知のFETスイッチである。このFETスイッチは一例
として示したものであり、FETスイッチに代えて他のス
イッチ手段を用いることは容易に可能である。
放射線センサエレメント100の出力104はバッファ202
の入力に接続されており、バッファ202の出力はA/D変換
器204の入力に接続されている。論理回路206はA/D変換
器204の出力に接続された入力208と、３個の出力210,21
2,214を備えている。上記入力208に適用される信号に応
じて、論理回路206は第１出力210と第２出力212とにお
いてリセット信号Ｒを発生させる。論理回路206の出力2
10はリセット回路のゲート端子106に接続されており、
論理回路206の出力212はスイッチＳのゲート端子に接続
されている。論理回路206はその第３出力214において、
フラグ記憶部216に入力される出力信号を発生する。ラ
イン214に適用される論理回路206の出力信号、および出
力信号の前の値と今回適用された出力信号との比較に応
じて、フラグ記憶部216におけるフラグの状態が設定さ
れ、記憶される。出力信号の前の値との比較は、フラグ
記憶部の出力と論理回路206のさらなる入力とを接続す
るライン218を介して実行される。
上記論理回路206は、結果が有効（valid）であるか、
または前回のサイクルにおけるピクセルがリセットされ
ていなかった場合にのみ、マトリックスエレメント（ピ
クセル）がリセットされるようにするのが効果的であ
る。以下に示す表は、用いられるアルゴリズムを説明し
たものである。
このアルゴリズムによって、事象の発生とは独立し
て、つまりセンサエレメントへの放射線入射とは独立し
て、少なくとも１回のシステム期間が経過することが達
成される。したがって、結果の中に誤りが混入する恐れ
がない。
図３に基づいて、本発明の第３実施例を以下に説明す
る。図３に基づいて既に説明したエレメントは、同一参
照番号を付してここで再度示されているが、これらエレ
メントの重複説明は行わない。
図３は、チップ表面のアドレス指定を保管することが
できる、いわゆるインテリジェント・アドレス指定を示
す。センサ表面の上に残るのが本質的に活動領域（acti
ve area）のみであるという点に利点がある。図３で
は、検出回路の一部が示されている。
図３にはそれぞれ検出回路を備えた２つの放射線セン
サエレメントが示されているが、これら検出回路は互い
に同一であるから、その内の１個についてのみ説明す
る。
図３の検出回路は、放射線センサエレメントの出力10
4とアースとの間に接続された第１のトランジスタ300
と、放射線センサエレメントの出力104に接続された第
２のトランジスタ302とを備えている。
トランジスタ300,302は、リセット位相（reset phas
e）の間、放射線センサエレメント100の出力104におけ
る信号をアースに接続する。
測定位相（measurement phase）の間、最高レベルを
持つ信号が正確に出力304に現れるであろう。
図３に示された実施例は、それぞれの出力304がバッ
ファ306の入力に接続された複数の検出回路を備えてお
り、バッファ306の出力は、図示しないが、検出回路の
さらなる部分に接続されている。
図示しないが、この検出回路を介して、リセット信号
を第１のトランジスタに与えることができる。
このインテリジェント・アドレス指定を用いることに
よって、信号が与えられたピクセルは常に出力信号を決
定することが可能となる。数値が読み出されると直ぐ、
あるいは予め決められた時間が経過すると直ぐに、リセ
ット信号が出力される。
図３に示された実施例では、各ピクセルに個々にアド
レス指定することは、もはや必要ではない。
第１のトランジスタ300は、そのソースが放射線セン
サエレメント100の出力104に接続され、そのドレインが
アースに接続され、かつそのゲートがリセット信号が与
えられるようにしたNMOSトランジスタとして構成されて
いる。第２のトランジスタ302は、いわゆるダイオード
接続で接続されたNMOSトランジスタである。
上述のようなNMOSトランジスタの他に、その他の回路
エレメントもまた、第１トランジスタ300と第２トラン
ジスタ302を実現するために用いることができることは
明らかである。
図４に基づいて、本発明の第４実施例を以下に説明す
る。この第４実施例においては、図１を参照して既に説
明したエレメントは、同一参照番号を付してここで再度
示されているが、これらエレメントの重複説明は行わな
い。
図４における実施例の検出回路400は、第１端子402が
放射線センサエレメント100の出力104に接続され、第２
端子404が電源VSSに接続された第１蓄電コンデンサ（fi
rst storage capacitor）C1を備えている。
第１リセットスイッチR1は上記第１蓄電コンデンサと
並列に接続されている。
上記検出回路400は、さらに、第１端子406が検出回路
400の出力408に接続され、第２端子410が電源VSSに接続
された第２蓄電コンデンサC2を備えている。
第２リセットスイッチR2は上記第２蓄電コンデンサと
並列に接続されている。
上記リセットスイッチR1,R2はこの実施例ではFETスイ
ッチである。
コンパレータＫの負入力（inverting input）は第１
蓄電コンデンサC1の第１端子402に接続され、コンパレ
ータＫの正入力（non−inverting input）は第２蓄電コ
ンデンサC2の第１端子406に接続されている。
スイッチS1は放射線センサエレメント100の出力104と
検出回路400の出力408との間に接続されている。このス
イッチは、コンパレータＫの出力における信号によって
制御され、その閉位置において出力104と出力408とを接
続する。
コンパレータの出力は、レジスタREGの入力412に接続
されている。レジスタREGの出力414は検出回路400の読
み出し端子416に接続されている。レジスタREGのリセッ
ト入力418はリセット入力R3と接続されている。
以下に示すように、検出回路400の動作モードを詳細
に説明する。
時刻t0において、放射線センサエレメント100の出力
信号は蓄電コンデンサC2に蓄えられる。その後、放射線
センサエレメント100はリセットされる。
測定期間中において、放射線センサエレメント100の
出力信号は蓄電コンデンサC1に蓄えられる。
測定期間が終了した時、蓄電コンデンサC1は第１リセ
ットスイッチR1によって放電される。
コンパレータによって、蓄電コンデンサC1,C2の電圧
が比較される。蓄電コンデンサC1の電圧が蓄電コンデン
サC2の電圧より高い場合には、コンパレータの出力にお
いて信号が生成される。
この信号は、測定期間の開始時に開いているスイッチ
S1を、閉じさせるという効果を有する。同時に、読み出
しビットがレジスタREGに書き込まれる。
もし、蓄電コンデンサC1の電圧が蓄電コンデンサC2の
電圧より低い場合には、コンパレータの出力には信号が
生成されず、スイッチS1は開放状態を保持し、レジスタ
REGにはいかなる読み出しビットも書き込まれない。
検出回路400からの読み出しは、読み出しビットがセ
ットされた場合のみ実行される。この読み出しが終了し
た時、読み出しビットはリセット端子R3に供給されるリ
セット信号によってリセットされる。この読み出し動作
は、検出回路400の出力408に設けられる処理回路（図示
せず）によって制御される。
測定期間が終了した時、両方の蓄電コンデンサは、新
たな測定が実行される前にリセットスイッチR1,R2によ
ってリセットされる。
図5a,図5bに基づいて、本発明の第５および第６実施
例を以下に説明する。図１に基づいて既に説明したエレ
メントは、同一参照番号を付してここで再度示されてい
るが、これらエレメントの重複説明は行わない。
第５および第６実施例では、放射線センサエレメント
100の自己容量Cnは、図5a,図5bに示されるように、上記
放射線センサエレメント100に入射する放射線を蓄える
ために用いられる。
図5a,図5bの実施例では、この自己容量CnはＰ−MOSフ
ォトトランジスタのＮ−ウエル（Ｎ−well）容量であ
る。放射線によって生み出され、Ｎ−ウエル内に集めら
れた電荷は、比例したドレイン−ソース間電流（電荷−
電流変換）を生み出す。
図5aに示された実施例の検出回路500は、第１端子502
が放射線センサエレメントの出力104に接続され、第２
端子504が電源VSSに接続された抵抗R1を備えている。
抵抗R1は第１コンパレータK1の負端子（inverting te
rminal）に接続され、かつ第２コンパレータK2の正端子
（non−inverting terminal）に接続された第１端子502
を有している。抵抗R1の第１端子502は蓄電コンデンサC
2の第１端子506に第１スイッチS1を介して接続されてい
る。
上記蓄電コンデンサC2には電源VSSに接続された第２
端子508が設けられている。
上記蓄電コンデンサC2は、コンパレータK1の正端子と
コンパレータK2の負端子に接続された第１端子506を有
している。
蓄電コンデンサC2の第１端子506は、また、検出回路5
00の出力510と第２スイッチS2を介して接続されてい
る。
コンパレータK1,K2の出力は、２個のダイオードD1,D2
を介して相互接続されている。上記ダイオードD1,D2の
間からコンパレータK1,K2の出力信号が取り出される。
この出力信号によって、第１スイッチS1は制御される。
遅延回路512と論理回路514とを介して、コンパレータ
K1,K2の出力信号は、第２スイッチS2に対してこのスイ
ッチを制御するために供給される。論理回路514には、
端子516を介して外部制御信号が供給される。
上記検出回路の出力はA/D変換器518を介してデータバ
ス（図示せず）と接続されている。
以下に、図5aに示された実施例の動作モードの簡単な
説明を行う。
放射線センサエレメント100によって作られた電流
は、抵抗R1において電圧降下として示される。２つのコ
ンパレータK1,K2は抵抗R1における電圧と蓄電コンデン
サC2における電圧とを比較する。この２つの電圧が等し
い場合には、第１スイッチS1は閉じられず、かつ第２ス
イッチS2にはパルス振幅処理のためのいかなる出力信号
も供給されない。
もし、上記電圧がコンパレータの差設定値より高くま
たは低い場合には、第１スイッチS1は閉じられ、蓄電コ
ンデンサC2は抵抗R1を介して所定の電位まで充電され
る。短い時間の遅れをもって、充電プロセスが終了する
まで、出力信号は第２スイッチS2を介してA/D変換器518
とデータバスとに供給される。
A/D変換が終了した時、第２スイッチS2と第１スイッ
チS1とが開かれ、蓄電コンデンサC2は電荷を蓄える。
それで、放射線センサエレメント100とその自己容量C
nとはリセットされる。
このプロセスは予め決められたクロックサイクルの間
に起こる。
図5bに示された第６実施例は、本質的に図5aに示され
た実施例に対応している。
この実施例では、抵抗R1に代えて、第１蓄電コンデン
サC1が検出回路500′の中で使用され、リセット信号Rrs
が適用されるべく使用されるリセットスイッチRSが第１
蓄電コンデンサC1と並列に接続される。
これに加えて、１のゲインを有するバッファＰがコン
パレータK2の正入力と第１スイッチS1との間に設けられ
る。
予め決められたクロックサイクルの間、第１蓄電コン
デンサC1は入射された放射線に結果として得られる電流
の流れによって充電される。所定の時間間隔をおいて、
第１蓄電コンデンサC1の電荷と記憶コンデンサC2の電荷
とが比較される。
もし二つの電荷が等しければ、出力510には出力信号
が供給されない。もし検出回路500′の背後にある処理
ユニット回路によって出力信号が要求される場合には、
論理回路514を適切に駆動することによって出力信号が
出力510に供給され、その後、論理回路514は第２スイッ
チS2を閉じることになる。
もし二つの電荷が等しくなければ、スイッチS1が閉じ
られ、電荷は第１蓄電コンデンサC1から蓄電コンデンサ
C2へバッファＰおよびその低抵抗の出力を介して再充電
される。
蓄電コンデンサC2は検出回路500′の出力と、再充電
プロセスの終了の後、所定時間の遅れをもって第２スイ
ッチS2によって接続されている。上記時間遅れは遅延回
路512によって引き起こされる。
クロックサイクルが終了した時、放射線センサエレメ
ント100の自己容量Cnと第１蓄電コンデンサC1がリセッ
ト信号R,Rrsによってリセットされる。
第5,第６実施例によれば、全体の検出回路500,500′
は放射線センサ手段のセル、つまりピクセル内に設けら
れる。セル、つまりピクセルはさらなる処理のために変
動的な放射線センサ信号を出力し、このようにして劇的
なデータ削減をもたらす。
クロック制御と例えば光子流（光）の場合のような情
報のチョップ伝送（chopped transmission）とによっ
て、非常に広いダイナミックレンジを実現することが可
能である。入射した光子流は単位時間当たりの光子の数
に対応している。
公知のシステムでは1msより長いインテグレーション
時間（integration time）を持つのに対し、μｓ領域ま
での時間分解能を許容する第５および第６実施例の装置
では、個々のパルスからなるパルス振幅情報（pulse am
plitude information）の伝送とその後の処理システム
におけるパルス振幅情報のインテグレーション（integr
ation）とを許容している。このことは、高いダイナミ
ックレンジを達成できるという効果を持つ。24ビットに
まで達する処理幅は処理ユニットの中で実現され得る
し、これらの処理幅は光の全可視スペクトルに対応して
いる。
いかなる種類のダイナミクス（dynamics）が得られる
かは、実行される処理によって決定される。すなわち、
量子化されたピクセル信号（quantized pixel signal）
が処理ユニットの中で１つのデータ値に合成されるサイ
クルの回数により決定される。この方法によって、A/D
変換は非常に簡素となり、同時にデータの削減が達成さ
れる。
このようにして、上記ピクセルマトリックスと処理装
置との間のインターフェースシステムは、データストリ
ームに関し、規模において幾つかの次数分だけ軽減する
ことができる。
このようにして、極めて速い事象（events）や処理制
御のためのビデオ周波数を持つ新たなビデオシステムが
実現可能となる。同時に、ダイナミックレンジが十分に
高いので、ダイヤフラムシステム（diaphragm system
s）を省略することが可能となる。
フロントページの続き (72)発明者 クリンケ ローラント ドイツ連邦共和国，44225 ドルトムン ト，ルイーゼンシャッハトストラーセ ７番 (56)参考文献 特開 昭63−9288（ＪＰ，Ａ) 独国特許4224358（ＤＥ，Ｃ１) ＩＥＥＥ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡ Ｌ ＳＯＬＩＤ ＳＴＡＴＥ ＣＩＲＣ ＵＩＴＳ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ ＤＩ ＧＥＳＴ ＯＦ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＰＡＰＥＲＳ Ｐ．168〜169，Ｐ．275 （ＦＥＢ．1992) ＫＡＺＵＯ ＭＩＷＡＤＡ ｅｔ ａ ｌ ”Ａ 100ＭＨｚ Ｄａｔａ−Ｒａ ｔｅ，5000−Ｅｌｅｍｅｎｔ ＣＣＤ Ｌｉｎｅａｒ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏ ｒ Ｗｉｔｈ Ｒｅｓｅｔ Ｐｕｌｓｅ Ｌｅｖｅｌ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ" (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04N 5/30 - 5/335

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入射する放射線を検出するための放射線セ
    ンサ手段であって、 入射する放射電力によって生成される電流を出力する少
    なくとも１個の放射線センサエレメント（100）と、 上記放射線センサエレメント（100）によって生成され
    る電流を検出する検出回路とを備えた放射線センサ手段
    において、 上記放射線センサエレメント（100）はゲートとソース
    とドレインと基板端子とを有するトランジスタであり、 上記放射線センサ手段はリセット回路（106,108,110,11
    2）を備え、上記リセット回路にリセット信号（Ｒ）が
    印加された時、上記トランジスタの基板端子とソース端
    子との間の接続を達成し、その結果、入射する放射電力
    によって生成された電荷キャリヤがリセット信号（Ｒ）
    がない時の速度に比べて早い速度で再結合するように、
    上記リセット信号（Ｒ）は上記検出回路によって上記リ
    セット回路に印加されることを特徴とする放射線センサ
    手段。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の放射線センサ手段におい
    て、 上記放射線センサエレメント（100）はフローティング
    ウェルを有するMOSトランジスタであることを特徴とす
    る放射線センサ手段。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の放射線センサ手段におい
    て、 上記放射線センサエレメント（100）はＪ−FETであるこ
    とを特徴とする放射線センサ手段。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の放射線センサ手段におい
    て、 上記放射線センサエレメント（100）はSOIトランジスタ
    であることを特徴とする放射線センサ手段。
  5. 【請求項５】請求項２に記載の放射線センサ手段におい
    て、 上記リセット回路は上記ウエル内に配置されていること
    を特徴とする放射線センサ手段。
  6. 【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の放射
    線センサ手段において、 上記リセット回路はFETスイッチを備えることを特徴と
    する放射線センサ手段。
  7. 【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載の放射
    線センサ手段において、 上記放射線センサエレメント（100）の自己容量（Cn）
    は入射する放射線によって生成される電荷を蓄えること
    を特徴とする放射線センサ手段。
  8. 【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載の放射
    線センサ手段において、 上記検出回路（200）は、 放射線センサエレメント（100）の出力端（104）とアー
    スとの間に接続されたコンデンサ（Ｃ）と、 閉位置においてコンデンサ（Ｃ）をブリッジするスイッ
    チ（Ｓ）と、 入力端が放射線センサエレメント（100）の出力端（10
    4）と接続されたバッファ（202）と、 入力端がバッファ（202）の出力端と接続されたA/D変換
    器（204）と、 入力端（208）と３個の出力端（210,212,214）とを備
    え、その入力端（208）がA/D変換器（204）の出力端と
    接続され、第１の出力端（210）は上記リセット回路に
    接続され、第２の出力端（212）は上記スイッチ（Ｓ）
    に接続され、入力端（208）に印加される信号に応じ
    て、第１と第２の出力端（210,212）からリセット信号
    （Ｒ）を発生させるとともに第３の出力端（214）から
    出力信号を発生させる論理回路（206）と、 上記論理回路（206）の第３の出力端（214）と接続さ
    れ、上記論理回路（206）の出力信号に基づき、かつそ
    の出力信号の前の値と今回印加された出力信号との比較
    に基づいてフラグの状態を設定し、かつこのフラグの状
    態を記憶するフラグ記憶手段（216）と、を備えたこと
    を特徴とする放射線センサ手段。
  9. 【請求項９】請求項８に記載の放射線センサ手段におい
    て、 上記スイッチ（Ｓ）はFETスイッチであることを特徴と
    する放射線センサ手段。
  10. 【請求項１０】請求項１ないし７のいずれかに記載の放
    射線センサ手段において、 上記検出回路は、 放射線センサエレメント（100）の出力端（104）とアー
    スとの間に接続された第１トランジスタ（300）と、 放射線センサエレメント（100）の出力端（104）と接続
    された第２トランジスタ（302）と、を備え、 上記第1,第２トランジスタ（300,302）は、リセット位
    相の間、放射線センサエレメント（100）によって出力
    された信号がアースに接続され、かつ測定位相の間、最
    高レベルの信号が出力端（304）に印加されるように相
    互接続されており、 さらに、第２トランジスタ（302）の出力端（304）に接
    続され、出力端が検出回路の出力端と接続されたバッフ
    ァ（306）と、を備えたことを特徴とする放射線センサ
    手段。
  11. 【請求項１１】請求項10に記載の放射線センサ手段にお
    いて、 第１トランジスタ（300）は、そのソースが放射線セン
    サエレメント（100）の出力端（104）と接続され、その
    ドレインがアースに接続され、かつそのゲートにリセッ
    ト信号（Ｒ）が印加されるように用いられるNMOSトラン
    ジスタを備え、 第２トランジスタ（302）はダイオード接続されたNMOS
    トランジスタであることを特徴とする放射線センサ手
    段。
  12. 【請求項１２】請求項１ないし７のいずれかに記載の放
    射線センサ手段において、 上記検出回路は、 第１端子（402）が放射線センサエレメント（100）の出
    力端（104）と接続され、第２端子（404）が電源
    （VSS）と接続された第１蓄電コンデンサ（C1）と、 第１蓄電コンデンサ（C1）と並列に接続された第１リセ
    ットスイッチ（R1）と、 第１端子（406）が検出回路（400）の出力端（408）と
    接続され、第２端子（410）が電源（VSS）と接続された
    第２蓄電コンデンサ（C2）と、 第２蓄電コンデンサ（C2）と並列に接続された第２リセ
    ットスイッチ（R2）と、 出力端と、第１蓄電コンデンサ（C1）の第１端子（40
    2）と接続された負入力端と、第２蓄電コンデンサ
    （C2）の第１端子（406）と接続された正入力端とを有
    するコンパレータ（Ｋ）と、 コンパレータ（Ｋ）の出力端から信号が出力された時、
    放射線センサエレメント（100）の出力端（104）を検出
    回路（400）の出力端（408）に接続する第１の位置と、
    コンパレータ（Ｋ）の出力端から信号が出力されない
    時、出力端（104）を出力端（408）から切り離す第２の
    位置とを有するスイッチ（S1）と、 コンパレター（Ｋ）の出力端と接続された入力端（41
    2）と、検出回路（400）の読み出し端子（416）に接続
    された出力端（414）と、検出回路（400）のリセット端
    子（R3）と接続されたリセット入力端（418）とを有
    し、コンパレータ（Ｋ）の出力端から信号が出力された
    時に読み出しビットを記憶し、リセット入力端（418）
    にリセット信号が印加された時に読み出しビットをリセ
    ットするレジスタ（REG）と、を備えたことを特徴とす
    る放射線センサ手段。
  13. 【請求項１３】請求項12に記載の放射線センサ手段にお
    いて、 上記リセットスイッチ（R1,R2）はFETスイッチであるこ
    とを特徴とする放射線センサ手段。
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ＫＡＺＵＯ ＭＩＷＡＤＡ ｅｔ ａｌ "Ａ １００ＭＨｚ Ｄａｔａ−Ｒａｔｅ，５０００−Ｅｌｅｍｅｎｔ ＣＣＤ Ｌｉｎｅａｒ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ｗｉｔｈ Ｒｅｓｅｔ Ｐｕｌｓｅ Ｌｅｖｅｌ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ"

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