JP5284279B2 - 像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像形成装置に係り、より詳細には、Ｘ線イメージャーをトリガーするための手段に係る。

歯科及び他の医療用のＣＣＤ又はＣＭＯＳデバイスを使用するソリッドステートＸ線イメージャーが良く知られている。典型的に、口内歯科センサのようなＸ線センサは、Ｘ線源からのＸ線光子を、センサにより結像される光へと変換するためのシンチレータを備えている。

通常、Ｘ線源と、このＸ線源から像形成されるべき物体を貫通し又は通り越したＸ線が照射されてＸ線露出の始めに像形成を開始できる像形成装置との間には、直接的な接続が存在しない。それ故、映像の捕獲とＸ線放出との同期は、センサ内のトリガーメカニズムによって行われる。

このようなトリガーを行う多数の方法が良く知られている。その第１は、センサの幾つかの又は全部の像形成ピクセルの暗電流を連続的に監視し、その電流を、周囲条件及びマップされたセンサ不完全性例えば明ピクセルに対して調整されたスレッシュホールド値と比較し、そして測定値がその調整されたスレッシュホールドを越えたときにトリガーすることを含む。従って、ＧＢ２３０４０１７号は、露出の開始及び終了を識別するため信号をスレッシュホールドと比較する比較回路を伴うセンサを開示している。暗電流の作用を繰り返し除去するようにしてセンサが連続的に監視される同様の技術がＷＯ２００１／０５８１４８号に開示されている。この解決策に伴う問題は、像形成ピクセルが素早いトリガーに対して最適なものでなく且つ漂遊光を感知してしまうことである。

米国特許第５，８８７，０４９号に開示された別のトリガーメカニズムは、像形成セルのアレイとは個別の事象検出セルを設けることであり、これらは、例えば、ＣＭＯＳセルであって、例えば、センサアレイの周囲に配置される。これら事象検出セルは、像形成セルへも光を与えるシンチレータからの光でトリガーされ、それ故、素早いＸ線トリガーに対して最適なものでなく且つ漂遊光を感知してしまう。像形成される物体によって全ての検出器が同時に塞がれるのを回避するために、離間された４つの検出器が使用される。

最適なトリガーセルが、像形成アレイをカバーするシンチレータの下で、像形成アレイの対向縁において周囲行に配置され、そして交互にアドレスされるような更に別のトリガーメカニズムが、ＥＰ０６２５３８３１．９号に開示されている。

像形成アレイは、光の波長を感知するので、センサパッケージを光密にする必要があるが、快適さのため、及び線源を向いたパッケージの面をＸ線が透過するようにするため、パッケージをできるだけ薄くし、又、好ましくはポリマー材料から形成することが望まれる。美的な理由で、ユーザは、最良の光除外を与える黒よりも、ポリマー着色光、青、灰及び白を使用することを好む。それ故、パッケージを完全に光密にすることは困難であり、偽のトリガーが生じることがある。

１０ｍｓ程度に短いＸ線露出に適合するため、トリガーメカニズムがＸ線フラックスを感知して像形成装置を積分モードに入れるには、１ｍｓ程度の高速の応答時間が要求される。ＣＭＯＳ検出装置を使用すると、ＣＣＤ装置のように電荷ビンがなく、従って、１ｍｓのＸ線から生じる信号レベルは比較的低い。原理的には、各ピクセルにまたがる電圧を平均化することはできるが、トリガーメカニズムをセンサ装置に一体化することが要望され、又、平均化機能は、非常に多くのロジックが容易に一体化されることを要求する。

本発明の目的は、従来技術の上述した欠点を少なくとも改善することである。

本発明によれば、シンチレータ手段を備え、このシンチレータ手段は、基板上の像形成ピクセルのアレイと、この基板上の像形成ピクセルのアレイの外部周辺にある少なくとも１つのトリガーピクセルとの上に横たわり、そのトリガーピクセルが入射Ｘ線放射から実質的にシンチレータ手段による影に入らないようにされ、そして更に、実質的に光を通さないがＸ線に対して透明である層を備え、トリガーピクセルが、光には応答しないが、入射Ｘ線光子からの直接ヒットによってトリガーされるようにした、Ｘ線用の像形成装置が提供される。

便利なことに、像形成装置は、更に、シンチレータ手段の下に横たわる光ファイバプレート手段を備え、トリガーピクセルが入射Ｘ線放射から実質的にその光ファイバプレート手段による影に入らないようにする。

好ましくは、トリガーピクセルは、単位Ｘ線ドーズ当たりの信号電圧が像形成ピクセルのアレイのいずれの１つより実質的に高く、トリガーピクセルに入射する単一のＸ線光子がピクセル読み取りノイズより実質的に高い信号を与えると共に、比較的少数の入射Ｘ線光子でトリガーピクセルが飽和し、１ｍｓのサンプル時間でノイズから信号の弁別が充分となり且つトリガーの信頼性が高くなるようにする。

便利なことに、トリガーピクセルは、電気的キャパシタンスが像形成ピクセルのアレイのいずれの１つより低い。

好都合なことに、トリガーピクセルは、入射Ｘ線光子により発生される電荷が、多数の隣接ピクセルにわたって分散されるのではなく、おそらく単一のピクセルに収容されるように、充分大きなものである。

便利なことに、トリガーピクセルは、約２０μｍ平方である。

好ましくは、トリガーピクセルのホトダイオードは、そのホトダイオード拡散面積が各像形成ピクセルのホトダイオード拡散面積より実質的に小さい。好ましくは、トリガーピクセルのホトダイオードは、ニアミス光子から及びホトダイオード内に到着する各光子に対して電荷を収集する。

好都合なことに、周辺トリガーピクセルに対する読み取り回路は、像形成ピクセルに対する読み取り回路より複雑さが低く且つ速度が高く、暗電流による小さな電荷とＸ線光子の入射による大きさ電荷との間を区別するのに充分であるに過ぎない。

好ましくは、良好な周辺トリガーピクセルと欠陥のあるＸ線周辺トリガーピクセルとの比は、典型的なサンプル時間内に、永久的にヒット又は否ヒット状態を与える欠陥ピクセルが偽トリガー又はミストリガーを与えないように充分に大きなものである。

好都合なことに、像形成装置は、所定のスレッシュホールド信号より上の信号を有する周辺トリガーピクセルの数をカウントして、カウントスレッシュホールドと比較し、Ｘ線放出の開始又は終了を信号するためのスレッシュホールド比較器手段を更に備えている。

便利なことに、トリガーピクセルのアレイを分割することができ、そして各部分アレイは、基板の縁付近に配置されたコンタクトパッド手段間に配置することができる。

好都合なことに、光を実質的に通さない層は、アルミニウム層である。

好ましくは、像形成装置は、使用中に、複数のトリガーピクセルの全部が、Ｘ線に対して実質的に不透明である１つ以上の歯充填材又は歯冠による影に同時に入らないように、充分に離間された複数のトリガーピクセルを備えている。

便利なことに、像形成装置は、像形成ピクセルのアレイ内にシンチレータ手段でカバーされたアレイトリガーピクセルを更に備えている。

好ましくは、アレイトリガーピクセルは、単位Ｘ線ドーズ当たりの信号電圧が像形成ピクセルよりも実質的に高い。

好都合にも、アレイトリガーピクセルは、電気的キャパシタンスが、像形成ピクセルのアレイのいずれの１つよりも低い。

好都合なことに、アレイトリガーピクセルは、像形成アレイの対向する縁においてアレイトリガーピクセルの２つの行の一方に配置される。

便利なことに、アレイトリガーピクセルは、像形成アレイの対向する縁の長さの少なくとも半分を占有する。

便利なことに、周辺トリガーピクセル及びアレイトリガーピクセルからのトリガーは、映像の積分が開始される前に要求される。

好都合にも、像形成装置は、映像捕獲を各々開始及び停止するためにアレイトリガーピクセル回路及び周辺トリガー回路のいずれの１つを使用すべきか又はその両方を使用すべきか指定するためのトリガーコンフィギュレーションレジスタを更に備えている。

以下、添付図面を参照して、本発明を一例として詳細に説明する。

本発明による映像センサ基板の概略図である。 既知の像形成ピクセルの概略図である。 本発明に使用するのに適したトリガーピクセルの概略図である。 本発明に使用するのに適した既知の像形成ピクセルの概略縦断面図である。 本発明による周辺トリガーピクセルの概略縦断面図である。 本発明に使用するのに適したＤＣ付勢のＸ線源からのＸ線放出を示すグラフである。 本発明に使用するのに適したＡＣ付勢のＸ線源からのＸ線放出を示すグラフである。

添付図面を通して、同じ部分が同じ参照番号で示されている。

図１及び４を参照すれば、本発明によるＸ線センサは、基板３０の上に像形成ピクセル１０のアレイ１００を備え、シンチレータ４１がその上に横たわり、そして任意であるが、光ファイバプレート４２があり、基板３０は、その第１端に実質的に４５度に面取りされた角３１と、その第２端に、第１の面取りされた角３１より小さい、実質的に４５度に面取りされた角３２とを有し、純粋な長方形よりも患者の口においてより快適な形状にしている。基板の第２端には、電気的接続パッド３３が設けられる。接続パッド３３間には４つの離間された周辺トリガーピクセルアレイ２０が散在される。それ故、図５に最も良く見られるように、周辺トリガーピクセルアレイ２０は、シンチレータ４１によってカバーされず、むしろ、可視光線は通さないがＸ線に対して実質的に透明な層５１、例えば、約１ミクロン厚みの薄いアルミニウム層によってカバーされる。アルミニウムは、便利な光不透過層をなす。というのは、アルミニウム層は、センサの製造に使用され、それ故、製造中に敷設できるからである。しかしながら、Ｘ線に対して実質的に透明な他の金属性又は非金属性の光不透過層を使用することもできる。例えば、軟Ｘ線を吸収する銅の膜を使用できるが、アルミニウムより高価である。原理的には、黒のペイントも使用できる。光不透過層５１は、上部層金属でも、下部層でも、又は金属層の組み合わせでもよい。

周辺トリガーピクセル２０は、シンチレータ４１、及びもし存在すれば、光ファイバプレート４２から充分に分離して、Ｘ線の意図された入射角度において直接的なＸ線からそのシンチレータ又は光ファイバプレートによる影に入らないようにする必要があることを理解されたい。

シンチレータ４１及び任意の光ファイバプレート４２が像形成ピクセル１０の上に横たわるが、周辺トリガーピクセルの上には横たわらず、光波長から保護されるような周辺トリガーピクセル２０のこの構成は、Ｘ線の直接的なヒットが像形成ピクセルには望ましくないがＸ線トリガーピクセルには要求されるという矛盾を克服する。それ故、周辺トリガーピクセルは、光ファイバプレート又はシンチレータによってカバーされず、むしろ、シンチレータ又は光ファイバプレートによりカバーもされず、又、その影にも入らないようにシンチレータの縁から充分に離れて接合パッド３３とで散在するようにされる。

周辺トリガーピクセルは、像形成ピクセルと同様のサイズであるのが好ましい。口内用としては２０μ平方が適当である。周辺トリガーピクセルの読み取り回路は、像形成ピクセルのものとは異なる。というのは、暗電流による小さな電荷と、Ｘ線の入射による大きな電荷との間を区別するだけでよいからである。

それ故、スレッシュホールド比較器を使用して、どのピクセルがＸ線の入射による大きな電荷を有するか決定することができる。次いで、それらの出力をカウントして、大きな信号を有するピクセルの数を決定し、次いで、その数を第２のスレッシュホールドと比較することができる。第２のスレッシュホールド比較器は、例えば、２から１００の値を越えたときにＸ線の入射を指示することができる。

シンチレータ４１でカバーされず、光に対して不透明な被覆でカバーされる周辺トリガーピクセルは、アクティブ深さが約１μｍである。

これは、歯科用線源から放出されるＸ線エネルギーの範囲において検出量子効率（ＤＱＥ）が比較的低く、例えば、０．２％から２％である。例えば、アクティブ深さが５００μｍで、優れたＤＱＥを与える深検出器を使用することが知られているが、このような検出器は、室温における暗電流が高く且つバイアス電圧が高く、従って、歯科用Ｘ線像形成には容易に適合できない。

１ｍｓのトリガー積分周期では、Ｘ線光子がまばらに検出されるだけである。１ｍｓごとに、例えば、ピクセル当たり１０個のＸ線光子という入射フラックスでは、約５０のうち１ピクセル未満がＸ線信号をもつだけであり、残りは、暗ノイズしかもたないが、例えば、２０μｍピクセルが２０００では、数十のピクセルが信号を有する。光子カウントモードでは、信号を示すトリガーピクセルの数、例えば、２０００のうちの５０、から信号レベルが得られる。

トリガーピクセルの応答性を最適化するためには、厚いアクティブ深さを与えてエネルギーの高いＸ線を検出するのは実際的でないから、低い電荷に対して大きな電圧を発生し、それ故、装置のキャパシタンスを最小にして、トリガーピクセルのキャパシタンスが像形成ピクセルのキャパシタンスより実質的に低くするのが望ましい。更に、トリガーピクセルを充分に大きくし、例えば、２０μｍにして、入射Ｘ線によって発生される電荷が、多数の隣接する小さなピクセルにわたって分散されるのではなく、単一ピクセルにおいて発生されるようにするのが望ましい。

Ｘ線が直接ヒットするピクセルは、比較的大きな誘起信号を有する。４０μｍの方形ピクセルは、全ウェル容量（ＦＷＣ）が１．６Ｍｅである。例えば、２０μｍサイズの低キャパシタンス周辺トリガーピクセルは、全ウェル容量が５０ｋｅ−しかない。このホトダイオード内に到着する３２ｋｅＶエネルギーの単一Ｘ線光子は、ほぼ８．９ｋｅ−の信号を発生し、即ち１８％のＦＷＣである。

簡単な３トランジスタのホトダイオードの場合、ピクセルエリア、自己キャパシタンス及び電荷−電圧応答性が全てリンクされ、大きなピクセルでは、発生される信号電圧が小さい。Ｘ線感知の周辺トリガーピクセルは、単一Ｘ線直接ヒットからの典型的な信号を、スレッシュホールドより上で確実に検出できるように、充分に小さなキャパシタンスをもつよう設計される。５０ｋｅ−ＦＷＣ周辺トリガーピクセルに対するホトサイトキャパシタンスは、４ｆＦである。予想されるｋＴＣノイズは、８ｅ−である。この場合に、このような周辺ピクセルに対するトリガースレッシュホールドは、１０ｘ ノイズ＝８０ｅ−相当にセットされるのが便利である。

トリガースレッシュホールドより上のトリガーピクセルの数に対するスレッシュホールドは、白スポット欠陥の数、及び偽のトリガーを引き起こす宇宙線事象を考慮したものである。即ち、２段階カスケードスレッシュホールドが設けられる。トリガーピクセルは、トリガーとしてカウントされるべきノイズフロアより上の信号を発生しなければならず、そしてトリガーの数は、トリガー事象としてみなすためには１ミリ秒以内にスレッシュホールド数、例えば、２０００個のトリガーピクセルのうちの５０、を越えねばならない。これは、宇宙線又は明るいピクセルからの１ミリ秒あたり２０００個のトリガーピクセルのうちの例えば１個のトリガーという予想されるバックグランドに匹敵する。

トリガー動作は、次いで、１ｍｓごとにトリガーピクセルのアレイを読み出し、そして第１スレッシュホールドより上の例えば５個のピクセル以上の増加を検出することを要求する。

シンチレータからのＸ線刺激光を検出するため、シンチレータの下の像形成アレイに、光不透過層でカバーされない付加的な同様のトリガーピクセルを含ませることができる。これは、好都合なことに、同じセンサ装置に対して２つのトリガー技術、即ちシンチレータリンクの検出器及び直接Ｘ線ベースの光子周辺検出器を与える。

図２を参照すれば、Ｘ線センサの既知の映像捕獲ピクセル１０は、電圧Ｖ_DDにおける複数の金属層の電力フィード１１によって取り巻かれる。図示されたように、このピクセルは、ピクセルの上縁付近をリセットコネクタライン１２が水平に横断し且つその下縁付近を行選択コネクタライン１３が水平に横断する。又、このピクセルは、図１に見られるように、その左縁付近をＶ_SSコネクタライン１４及び出力コネクタライン１５が垂直に横断する。像形成ホトダイオードは、実質的にピクセルの中心に配置される。或いは又、４つの小さなホトダイオード１６ａのアレイが、破線で示すように設けられてもよい。

図３を参照すれば、図１の像形成ピクセルと実質的に同じサイズであるアレイトリガーピクセルも、電圧Ｖ_DDにおける金属電力フィード２１によって取り巻かれる。このピクセルは、ピクセルの上縁付近をリセットコネクタライン２２が水平に横断しそしてその下縁付近を行選択コネクタライン２３が水平に横断する。又、このピクセルは、図２に見られるように、その左縁付近をＶ_SSコネクタライン２４及び出力コネクタライン２５が垂直に横断する。像形成ピクセルの像形成ホトダイオード１６より実質的に小さいトリガーホトダイオード２６は、実質的にトリガーピクセルの中心に配置される。読み取り及びリセットトランジスタ２７は、Ｖ_SSコネクタライン２４及び出力コネクタライン２５の下に配置される。アレイトリガーピクセルは、アレイ像形成ピクセルより敏感であるのが好ましく、且つキャパシタンスが低いのが好ましい。

大人の歯の金属充填材は、単一の非常に小さいトリガーエリアを不明瞭にさせることがある。全てのトリガーピクセルがこのような充填材により不明瞭にされないよう確保するには、アレイの巾の少なくとも半分のストリップ形態の２つのトリガーエリアがアレイの頂部及びアレイの底部にあれば通常は充分である。それ故、例えば、２０ｍｍ巾及び４０μ高さの実質的なトリガーピクセルエリアを与えることが要求される。

歯科用Ｘ線のための典型的なＸ線源は、最大Ｘ線エネルギーが６０ｋｅＶであり、且つ典型的なＸ線エネルギーが３２ｋｅＶである。放出される最低Ｘ線エネルギーは、１０ｋｅＶである。というのは、１０ｋｅＶより低いエネルギーのＸ線は、線源のアルミニウム窓によって吸収されるからである。全ての電荷が１つのピクセルに収集されるとすれば、この最悪のケースのエネルギーにおける単一光子は、シリコンにおける２７７７ｅの信号、即ち通常は、像形成装置のノイズフロアより充分上の信号を生じさせる。周辺トリガー回路は、１０ｍｓ程度に短いＸ線露出に適合するように１ｍｓから２ｍｓで応答する必要がある。

従って、一実施形態では、周辺トリガーピクセルに加えて、主アレイの上縁及び下縁の各々に１つづつ、２行の特殊なアレイトリガーピクセル（例えば、６００ｋｅ−の像形成ピクセルに比して、例えば、約１００ｋｅの減少された全ダイオード電荷を伴う）があって、シンチレータでカバーされている。これらは、リセット、プリセット時間に対する積分、読み出し、ＡＤＣによる量子化、スレッシュホールドとの比較、著しく照射されたピクセルのカウント、及びそのカウントとトリガー事象スレッシュホールドとの比較（充填材による影を許すために行の５から１０％の範囲）のシーケンスを通して駆動される。著しく照射されたピクセルの数がトリガー事象スレッシュホールドより上である場合には、主アレイがリセットから取り出されて、映像を積分することが許され、さもなければ、シーケンスが繰り返される。主像形成アレイが、例えば、２００ｍｓのＸ線期間に飽和するとすれば、アレイトリガーピクセルは、１ｍｓの積分時間の後に最大信号が飽和の３％だけであり、そして通常は、頬、歯肉及び骨による減衰のために非常に僅かである。アレイトリガー積分時間は、トリガーをノイズより上で確実に検出できるまでに１ｍｓより長くする必要がある。

従って、トリガーピクセルは、像形成エリア内及び像形成エリアの外部周辺に配置することができる。周辺トリガーピクセルは、Ｘ線のみに敏感であり、即ちトリガーピクセルは、シリコンのみのもので、シンチレータは伴わず、アルミニウムでカバーされる。というのは、これらは、パッケージの光漏れを拒絶するからである。

像形成エリア内に使用されるトリガーピクセルは、そのトリガーピクセルが像形成ピクセル及びコネクタラインと整列されるように、像形成ピクセルと同じサイズであるのが好ましい。

要約すれば、本質的に、周辺トリガーピクセルは、幾つかがシリコン中の深部で生じるＸ線相互作用事象から発生される電荷の最大量を収集し且つその電荷の（隣接ピクセル間の）分散を最小にするように設計されねばならない。周辺トリガーピクセルは、Ｘ線から生じる深部に発生される電荷をガードし、ダンプし又は再結合するメカニズムを除いたものであるのが好ましい。周辺トリガーピクセルは、アレイ像形成ピクセルより敏感であるのが好ましく、又、キャパシタンスが低いのが好ましい。Ｘ線を照射したときに典型的なアクティブ深さが１μの領域であるこの性質のピクセルアレイは、信号を伴うピクセルが比較的少数であり、そしてそれらは、比較的明るいものである。

アレイトリガーピクセルは、直接的Ｘ線事象及びシンチレータ光放出の両方から電荷を収集するように設計されるのが好ましい。又、アレイトリガーピクセルは、Ｘ線から生じる深部に発生される電荷をガードし、ダンプし又は再結合するメカニズムを除いたものであるのが好ましい。更に、アレイトリガーピクセルは、アレイ像形成ピクセルより敏感であるのが好ましく、又、キャパシタンスが低いのが好ましい。

像形成ピクセルは、典型的なシンチレータの波長範囲の光を像形成するときに、周辺トリガーピクセル又はアレイトリガーピクセルのいずれよりも高いＭＴＦに対して設計されるのが好ましい。映像ピクセルは、Ｘ線から生じる深部に発生される電荷をガードし、ダンプし又は再結合するメカニズムを含む。

ここに述べるトリガーシステムは、ＤＣ付勢及びＡＣ付勢の両Ｘ線源に対して適したものである。図４に示すように、ＤＣ付勢のＸ線発生器は、滑らかな上昇部６１と、フラットな主パルス６２と、滑らかな下降部６３とをしばしば有する。しかしながら、ＡＣ付勢のＸ線発生器の場合には、放出の開始は、図５に示すように、単調ではなく、弱いパルス７１を与え、その後、主露出が始まると、パルス間に短いギャップ７２をもつ変調パルスとなる。ＡＣ発生器の使用は、バースト中に著しい振幅変化をもつことによりＸ線検出の終了の区別がつかないが、実際の終了後に後続する弱いパルスを無視することができる。このシステムは、この場合も、任意に配置された歯科用の金属充填材並びに欠陥の明るいピクセル及び欠陥の暗いピクセルの存在中で、ほぼ１ミリ秒以内にＸ線のバーストの終了を検出する。

映像ロスがほとんどない状態で１０ｍｓの典型的な短いドーズを捕獲できるようにするために、Ｘ線放出の開始を検出するように１ｍｓのターゲットが与えられる。一部分は、映像のダウンロードをできるだけ早く開始し、ひいては、必要以上に大きな暗電流ノイズの付加を回避するが、露出時間を測定できるようにするために、Ｘ線放出の終了の検出についても、同じターゲットがセットされる。しかしながら、１ミリ秒ターゲットをほぼ１０ミリ秒に増加することは、増加された応答時間が検出をより確実なものにする場合にはおそらく問題にならない。低いフラックス及び長い露出では、長いトリガー遅延を許す可能性が大きい。非常に低いフラックスのＸ線を使用するための別の動作モードは、トリガーに対する各サーチ中に像形成アレイを積分モードに入れ、次いで、トリガーが見つかった場合には映像を保持し、或いはトリガーがない場合にはアレイをリセットすることである。

信号「トリガー」は、ここでは、Ｘ線ドーズの開始の検出を指すのに使用され、そして信号「非トリガー」は、ドーズの終了の検出を指示する。

ＡＣ付勢のＸ線発生器が使用されるときには、主パルス中にフラックスがないか又はフラックスが非常に減少された短い周期７２が早目の非トリガーを与えることができる。しかしながら、これを克服するために、Ｘ線ドーズが明確に完了するまで非トリガーの作用を遅延するように「非トリガー遅延時間」レジスタに遅延をプログラムすることができる。

上述したように、２つのオンチップトリガー回路を設けることができる。第１のトリガー回路は、金属によりシールドされ、ひいては、Ｘ線のみに敏感な小さなピクセルの専用アレイを使用する周辺トリガーである。第２のトリガー回路は、シンチレータからの光の光子に敏感な主ピクセルアレイ内の変更ピクセルの２つの行（トリガー行）を使用するアレイトリガーを含む。イメージャーは、トリガーコンフィギュレーションレジスタを使用して、映像捕獲を開始及び停止するためにトリガー回路のどの一方を又は両方を使用すべきか決定することができる。一実施形態では、主制御ロジックは、「トリガー行」トリガーを駆動し及び感知し、一方、周辺トリガーは、それ自身の制御ロジックと共に自蔵される。

各映像に対してどちらのトリガー回路が使用されても、トリガーから非トリガーまでの時間は、クロックパルスをカウントすることで測定される。次いで、同じ時間巾を使用して、映像がダウンロードされた後の暗フレームを捕獲し、打ち消しのための最適な精度を与えることができる。

主アレイが積分している間に、トリガー行は、リセット、積分、読み出し、量子化、スレッシュホールド検出、著しく照射されたピクセルのカウント、及びそのカウントと非トリガー事象スレッシュホールドとの比較、のサイクルを継続する。数値が非トリガー事象スレッシュホールドより下がる場合に、主映像アレイダウンロードが開始される。

「映像最大積分時間」レジスタによりセットされるタイマーは、非トリガーが生じなかった場合でも、又は「非トリガー遅延時間」がまだカウントされている場合でも、映像ダウンロードが開始される時間をセットする。

固定の積分時間が必要とされる場合には、非トリガーが生じるのを防止し、ひいては、厳密に「映像最大積分時間」レジスタによりセットされた時間に対して積分するために、「アレイ非トリガー事象スレッシュホールド」をゼロにプログラムすることができる。

別のトリガープランは、非常に低いフラックスのＸ線に使用するためのオプションである。これは、信号対雑音比を改善するためにトリガー回路（アレイ及び周辺）に対する長い積分時間（例えば、１０又は２０ｍｓ）を、おそらく、Ｘ線パルスの時間巾と同程度に長い時間にセットする。このモードは、主アレイのリセットタイミングを変化させ、従って、主アレイは、トリガーシステムの各判断ポイントでのみリセットでき、又、アレイは、トリガー回路がＸ線検出を積分する間に映像を積分するように試みる。Ｘ線なしのトリガー判断は、通常のトリガーリセットとの主アレイ同期に対してリセットを与えるが、Ｘ線検出のトリガー判断は、主アレイへのリセットを阻止し、映像積分を継続させることができる。この映像積分は、トリガーシステムが１つ以上のトリガーサイクル後に非トリガーを検出するまで続く。非トリガーが検出されるか又は「映像最大積分時間」に到達して時間切れとなると、映像ダウンロードプロセスが開始される。

プログラム可能なピクセル電圧スレッシュホールドと、著しい露出でのピクセルのカウントとを組み合わせて使用することにより、若干の欠陥ピクセル（明又は暗）の作用が、カウントスレッシュホールドにより除去される。暗電流の一般的レベルの変化の作用は、プログラムされた積分時間中の最大予想暗電流より充分上であるが中間露出映像ピクセルに対して予想されるレベルよりは低い露出に対応するレベルにピクセル電圧スレッシュホールドをセットすることにより、除去される。トリガーピクセルは、像形成ピクセルより少なくとも６倍も敏感であり、従って、それらが短い時間中（１０ないし２５０ｍｓにおいて１ｍｓ）積分されても、回路が充分に露出されたピクセルの数を検出するだけでよいことで、暗電流より上の良好な余裕が与えられる。適当なスレッシュホールドを選択できない場合には、暗フレームを打ち消しても、優れた質の映像を得ることができない。最終的に、ピクセルの１つの完全な行を使用して、そのうちの少なくとも幾つかが充填物からの影を越えるようにし、これも、１つの行内のピクセルの数の小部分にカウントスレッシュホールドをセットしなければならないことを意味する。多数のスレッシュホールドは、全て、制御バスにわたってプログラム可能である。最も信頼性のあるトリガー及び非トリガー検出に対して最適な設定を見出すために特徴付け及び試行を行うことができる。

この像形成装置、インターフェイスモジュール及びＰＣを使用する制御ループは、動作条件の変化を追跡し、そしてトリガー設定を自動的に調整するように構成することができる。

周辺トリガーの動作は、上述したアレイトリガーの動作にかなり類似しているが、周辺トリガー構造は、Ｘ線トリガー検出に最適なものとされる。周辺トリガーは、単に２つのトリガー行ではなく、ピクセルの専用アレイ全体を使用し、この周辺トリガーアレイは、充填物の影を回避するために３つ又は４つの物理的に離間されたアレイに分割され、制御信号は、単一の大きなアレイの作用を与えるように配線される。周辺トリガーピクセルの上にシンチレータはないが、漂遊光がトリガーを与えるのを回避するために周辺トリガーピクセルの上には金属がある。各直接的なＸ線光子に対して最大電圧出力を与えるためにピクセルキャパシタンスは非常に小さくされ、読み取り動作が簡単化される。例えば、電荷容量が約５０ｋｅの状態では、単一のＸ線光子（−１０ｋｅ）からの電荷は、どれほど多くのピクセルがＸ線光子を共有するかに基づいて全放電の２０％までを与える（ピクセルマトリクスのどこでＸ線光子が検出されるかに基づいて、おそらく、１、２又は４）。読み取りの簡単化は、低い精度及び限定範囲のＤＡＣを使用して、（制御バスにわたってセットされる）固定の比較電圧を列比較器に与え、ピクセルにヒットする１つ以上のＸ線光子が個別の出力を与える一方、暗電流が良好なピクセルにおいてそのレベルに到達しないようにすることで、ＡＤＣを除去する。

全アレイが読み取られ、全ヒットがカウントされ、次いで、「周辺トリガー事象スレッシュホールド」の数値と比較される。典型的なＸ線フラックスは、２０００ピクセルのアレイで１ミリ秒の積分時間内に約５０のヒットピクセルを与えることが予想される。〜５０のこのカウントは、偽トリガー又はミストリガーを与えることなく若干の欠陥ピクセルがヒット又は否ヒット状態を永久的に与えるのを許すに充分なほど大きなものである。アレイトリガー回路の場合と同様に、低いカウントでトリガーアレイをリセットして新たな積分サイクルを開始すると共に、高いカウントで映像の捕獲を開始するトリガー出力を与える。

主アレイが積分を行っている間に、周辺トリガーは、リセット、積分、スレッシュホールド検出での読み出し、ヒットのカウント、及びそのカウントと「周辺非トリガー事象スレッシュホールド」との比較、のサイクルを継続する。その数値がこの非トリガー事象スレッシュホールドより下がった場合には、主映像アレイダウンロードが開始される。

アレイトリガーの場合と同様に、「映像最大積分時間」レジスタによってセットされた時間切れがあり、これを使用して、「周辺非トリガー事象スレッシュホールド」レジスタに全てゼロをロードすることにより、固定積分時間をセットすることができる。

前記アレイトリガーの説明で述べたように、トリガーコンフィギュレーションレジスタによりどのトリガーブロックが選択されるかに基づいて、低フラックスの別のトリガーを周辺トリガーと共に使用することもできる。

アレイトリガーと同様に、この像形成装置、インターフェイスモジュール及びＰＣを使用する制御ループは、動作条件の変化を追跡し、そして「周辺トリガー事象スレッシュホールド」及び「周辺非トリガー事象スレッシュホールド」設定を自動的に調整するように構成することができる。

「トリガー制御レジスタ」は、オン又はオフのトリガー事象を検出するのに、２つのトリガー事象のどちらを使用するか又は両方の組み合わせを使用するか決定する。

上述したアレイトリガーピクセルのような、シンチレータの下のトリガーセルは、可視光線に敏感であり、そして例えば、検査スポットライトからセンサのパッケージを通る光線漏れの影響を受け易く、患者の口に配置される前に装備されるセンサに偽のトリガーを生じさせる。センサの黒いカーボンファイバパッケージは、実質的に光を通さないが、美的な理由で好ましいライトグレー、ライトブルー及び白いパッケージは、特に、パッケージ層間のクラックを通してある程度の漏れを許すことが分かった。

シンチレータを伴わず、不透明層でカバーされたトリガーセル、例えば、上述した周辺トリガーピクセルは、光線漏れの影響はないが、依然としてＸ線に素早く且つ確実に応答する。

又、本発明のトリガーピクセルは、Ｘ線源からのＸ線放出の終了を検出するのに使用でき、ひいては、例えば、患者による露出をロギングするために、Ｘ線露出の時間巾を記録するのにも使用できる。

従って、歯科用Ｘ線センサチップに含ませて、Ｘ線ドーズの開始及び終了を検出し、任意に配置される歯科用金属充填材の存在中で、偽トリガーを生じることなく、約１ミリ秒以内に未知のフラックスのＸ線バーストの開始を検出するトリガーシステムが説明された。Ｘ線フラックスは、要求される映像の形式（即ち、歯又は歯肉）に適したビーム電流及び範囲、並びに意図された露出時間（１０ないし２５０ｍｓ）によってセットされる。

１０：像形成ピクセル
１１：電力フィード
１３：行選択コネクタライン
１４：Ｖ_SSコネクタライン
１５：出力コネクタライン
２０：周辺トリガーピクセルアレイ
２１：金属電力フィード
２２：リセットコネクタライン
２３：行選択コネクタライン
２４：Ｖ_SSコネクタライン
２５：出力コネクタライン
２６：トリガーホトダイオード
２７：読み取り及びリセットトランジスタ
３０：基板
３１、３２：面取りされた角
３３：接続パッド
４１：シンチレータ
４２：光ファイバプレート
５１：光不透過層
１００：アレイ

Claims (21)

1. 基板上の像形成ピクセルのアレイの上に横たわるシンチレータ手段と、前記基板上の像形成ピクセルのアレイの外部周辺にある周辺トリガーピクセルとを備え、この周辺トリガーピクセルは、入射Ｘ線放射からシンチレータ手段による影に入らないようにされ、そして更に、実質的に光を通さないがＸ線に対して透明である層を備え、それにより、前記周辺トリガーピクセルが、光には応答しないが、入射Ｘ線光子からの直接ヒットによってトリガーされるようにしており、更に、所定のスレッシュホールド信号より上の信号を有する周辺トリガーピクセルの数をカウントして、カウントスレッシュホールドと比較し、Ｘ線放出の開始又は終了を信号するためのスレッシュホールド比較器手段を備えた、Ｘ線用の像形成装置。
2. 前記シンチレータ手段の下に横たわる光ファイバプレート手段を更に備え、前記周辺トリガーピクセルが入射Ｘ線放射からその光ファイバプレート手段による影に入らないようにする、請求項１に記載の像形成装置。
3. 前記周辺トリガーピクセルは、単位Ｘ線ドーズ当たりの信号電圧が像形成ピクセルのアレイのいずれの１つより実質的に高く、前記周辺トリガーピクセルに入射する単一のＸ線光子がピクセル読み取りノイズより実質的に高い信号を与えると共に、比較的少数の入射Ｘ線光子で前記周辺トリガーピクセルが飽和し、１ｍｓのサンプル時間でノイズから信号の弁別が充分で且つトリガーの信頼性が高くなるようにする、請求項１又は２に記載の像形成装置。
4. 前記周辺トリガーピクセルは、電気的キャパシタンスが像形成ピクセルのアレイのいずれの１つより低い、請求項３に記載の像形成装置。
5. 入射Ｘ線光子により発生される電荷が、単一の周辺トリガーピクセルに収容され、多数の隣接トリガーピクセルにわたって分散されない、請求項１から４のいずれかに記載の像形成装置。
6. 前記周辺トリガーピクセルは実質的に２０μｍ平方である、請求項５に記載の像形成装置。
7. 前記周辺トリガーピクセルの光感知部分は、各像形成ピクセルの光感知部分の面積より実質的に小さい面積を有する、請求項１から６のいずれかに記載の像形成装置。
8. 前記周辺トリガーピクセルのための読み取り回路は、暗電流による小さな電荷とＸ線光子の入射による大きさ電荷との間を区別する、請求項１から７のいずれかに記載の像形成装置。
9. 良好な周辺トリガーピクセルと欠陥のあるＸ線周辺トリガーピクセルとの比は、典型的なサンプル時間内に、永久的にヒット又は否ヒット状態を与える欠陥ピクセルが偽トリガー又はミストリガーを与えないように充分に大きなものである、請求項１から８のいずれかに記載の像形成装置。
10. 前記周辺トリガーピクセルは、基板の縁付近に配置されたコンタクトパッド手段間に配置される、請求項１から９のいずれかに記載の像形成装置。
11. 光を実質的に通さない前記層は、アルミニウム層である、請求項１から１０のいずれかに記載の像形成装置。
12. 使用中に、複数のトリガーピクセルの全部が、Ｘ線に対して実質的に不透明である１つ以上の歯充填材又は歯冠による影に同時に入らないように、充分に離間された複数のトリガーピクセルを備えた、請求項１から１１のいずれかに記載の像形成装置。
13. 前記像形成ピクセルのアレイ内に前記シンチレータ手段でカバーされたアレイトリガーピクセルを更に備えた、請求項１から１２のいずれかに記載の像形成装置。
14. 前記アレイトリガーピクセルは、単位Ｘ線ドーズ当たりの信号電圧が像形成ピクセルよりも実質的に高い、請求項１３に記載の像形成装置。
15. 前記アレイトリガーピクセルは、電気的キャパシタンスが、像形成ピクセルのアレイのいずれの１つよりも低い、請求項１４に記載の像形成装置。
16. 前記アレイトリガーピクセルは、像形成アレイの対向する縁において前記アレイトリガーピクセルの２つの行の一方に配置される、請求項１３から１５のいずれかに記載の像形成装置。
17. 前記アレイトリガーピクセルは、像形成アレイの対向する縁の長さの少なくとも半分を占有する、請求項１６に記載の像形成装置。
18. 前記周辺トリガーピクセル及び前記アレイトリガーピクセルからのトリガーは、映像の積分が開始される前に要求される、請求項１３から１７のいずれかに記載の像形成装置。
19. 遅延中に更なるＸ線が検出されないよう確保するためにＸ線露出の終了を指示する信号を遅延すべきところの遅延時間を記憶するための非トリガー遅延時間レジスタを更に備えた、請求項１から１８のいずれかに記載の像形成装置。
20. 映像捕獲を各々開始及び停止するためにアレイトリガーピクセル回路及び周辺トリガー回路のいずれの１つを使用すべきか又はその両方を使用すべきか指定するためのトリガーコンフィギュレーションレジスタを更に備えた、請求項１３から１９のいずれかに記載の像形成装置。
21. 前記トリガーピクセルを含むトリガーシステムを備え、前記像形成アレイ及びトリガーピクセルは、前記周辺トリガーピクセル又はアレイトリガーピクセルがＸ線の直接ヒットを積分する間に前記像形成アレイが映像を積分するように構成され、前記トリガーシステムがＸ線を検出しないと、前記像形成アレイがリセットされ、前記トリガーシステムがＸ線を検出すると、前記リセットが阻止されて映像の積分が継続される、請求項１から２０のいずれかに記載の像形成装置。

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