JP7122152B2

JP7122152B2 - 光検出装置およびその操作方法

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Publication number: JP7122152B2
Application number: JP2018086146A
Authority: JP
Inventors: 宇▲はん▼ 陳
Original assignee: Innocare Optoelectronics Corp
Current assignee: Innocare Optoelectronics Corp
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2038-04-27
Also published as: JP2018205305A; CN108982552A; US10672828B2; EP3410159A2; US20180350868A1; EP3410159B1; EP3410159A3

Description

本発明は、光検出装置およびその操作方法に関し、特に光源モジュールを含む光検出装置と、この光源モジュールを用いた自己検出を含む光検出装置の操作方法に関するものである。

光感知技術は、関連する開発を伴いつつ、多くの電子製品や検出装置に適用されてきており、Ｘ線を検出可能にする光感知技術は、相当な注目を受ける応用分野の一つとされる。Ｘ線を検出するのにフィルムを使用する伝統的なアプローチは、照射線量が低く、電子撮像が高速であるという諸特性と、電子画像の表示、コピー、補足、転写、分析の便利さを理由として、徐々にディジタル検出装置に置き換えられており、ディジタル検出装置は、ディジタル医療画像の開発における近年のトレンドとなっている。

米国特許第７７７７１６７号明細書米国特許第７９８９７７２号明細書

フォトダイオードは一般に、Ｘ線エネルギーを検出するために、ディジタル光検出装置の光感知ユニットとして使用される。しかし、人間にＸ線を１回照射した後に、光検出装置が異常であると判明した場合には、Ｘ線が人間に対してある程度の害を有し、そして累積的な効果を有することから、今回のＸ線の照射と次回のＸ線の照射との間に、一定の時間を設けなければならない。これは被験者にとって不便であり、それに応じて医学的な論争が発生する可能性がある。

本開示の目的の一つは、光検出装置およびその操作方法を提供することにある。光源モジュールは光検出装置に配置され、光源モジュールは光検出装置が正常であるか否かを判定する自己検出を行なうために使用される。その結果、異常な光検出装置によって発生する検出エラーや、それに関連する諸問題を回避できる。

本開示の実施形態では、光検出装置が提供される。光検出装置は、筐体と、感知基板と、シンチレータ層と、光源モジュールとを含む。感知基板は、筐体の内部に配置される。シンチレータ層は筐体の内部に配置され、感知基板の上方に配置される。光源モジュールは、筐体の内部に少なくとも部分的に配置される。

本開示の別の実施形態では、光検出装置の操作方法が提供される。光検出装置の操作方法は、次のステップを含む。光検出装置が提供される。光検出装置は、筐体と、感知基板と、シンチレータ層と、光源モジュールとを含む。感知基板は、筐体の内部に配置される。シンチレータ層は筐体の内部に配置され、感知基板の上方に配置される。光源モジュールは、筐体の内部に少なくとも部分的に配置される。光検出装置がオンにされ、第１画像データが捕捉される。その後、光源モジュールがオンにされ、第２画像データが捕捉される。第１画像データが第２画像データと比較され、光検出装置の状態を判定する。

本開示のこれらおよび他の目的は、様々な図および図面に示されている実施形態の以下の詳細な説明を読めば、当業者において確実に明らかになるであろう。

本開示の第１実施形態に応じた光検出装置を示す断面概略図である。本開示の第１実施形態に応じた感知基板の一部を示す概略回路図である。本開示の第１実施形態に応じた光検出装置の操作方法を示すフローチャートである。本開示の一実施形態に応じた第１画像データを示す概略図である。本開示の一実施形態に応じた第２画像データを示す概略図である。本開示の第２実施形態に応じた光検出装置の操作方法を示すフローチャートである。本開示の第２実施形態における光検出装置の操作方法に従い、光源モジュールから放射される異なる強度の光の下でそれぞれ捕捉された第３画像データ間の比較を示す概略図である。本開示の第３実施形態に応じた光検出装置の操作方法を示すフローチャートである。本開示の第４実施形態に応じた光検出装置を示す断面概略図である。本開示の第５実施形態に応じた光検出装置を示す断面概略図である。

本開示の技術分野における当業者に対して、本開示のより良い理解を提供するために、例示的な実施形態を以下に詳述する。本開示の例示的な各実施形態は、達成されるべき内容および効果を詳述するために、番号の付いた要素と共に添付の図面に示されている。各実施形態は例示的なものに過ぎず、本開示の範囲を意図的に限定するものではない。さらに、本開示で使用される用語「含む（include）」、「備える、からなる（comprise）」、および/または「有する（have）」は、特徴、領域、ステップ、動作、および/またはユニットの存在を指摘するのに使用され得るが、一乃至複数の別な特徴、領域、ステップ、動作、ユニット、および/またはそれらの組み合わせの存在を排除しないことを理解されたい。層または領域のような要素が、別な要素（またはその変形）の「上（on）」にあるか、または別な要素に「及ぶ（extend to）」と言及されている場合、それは別な要素の直接上にあるか、別な要素に直接及ぶとすることができ、介在する要素が存在してもよいことを理解すべきである。対照的に、ある要素が別な要素（またはその変形）の「直接上（directly on）」にあるか、または別な要素に「直接及ぶ（directly extend to）」と言及される場合、介在する要素は存在しない。ある要素が別な要素（またはその変形）と「連結（coupled with）」されると言及されている場合、それは別な要素と直接連結され得る、若しくは一乃至複数の介在する要素を通して、別な要素と（電気的に連結されるように）間接的に連結され得ることを理解すべきである。

図１および図２を参照する。図１は、本開示の第１実施形態に応じた光検出装置を示す断面概略図であり、図２は、本実施形態における感知基板の一部の概略回路図である。図１に示すように、本実施形態では、光検出装置１０１が設けられている。光検出装置１０１は、筐体１０と、感知基板３０と、シンチレータ層４０と、光源モジュール５０とを備える。感知基板３０とシンチレータ層４０は、筐体１０の内部に配置される。シンチレータ層４０は感知基板３０の上方に配置され、光源モジュール５０は筐体１０の内部に少なくとも部分的に配置される。筐体の内部に配置される光源モジュール５０の部分は、光を放出することができなければならない。光検出装置１０１は、検出光９０を感知して、対応する画像データを生成するのに使用されてもよく、検出光９０はＸ線、或いはガンマ線（γ線）などの他の適切な波長範囲内の光を含んでもよい。光源モジュール５０は、自己検出の間に感知基板３０に光を提供するために使用される。したがって、いくつかの実施形態において、光源モジュール５０は筐体１０の内部に完全に配置されてもよいし、光源モジュール５０は筐体１０の内部に部分的に配置されてもよく、自己検出に必要な光を提供する。いくつかの実施形態において、筐体１０は、筐体１０に入る可視光または他の波長範囲内の光を遮断するための不透明材料からなるが、これに限定されない。また、シンチレータ層４０は、特定の波長領域（例えば、Ｘ線）内の光を可視光に変換するために用いられ、シンチレータ層４０の材料は、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を含むことができるが、これに限定されない。

図１および図２に示すように、いくつかの実施形態において、感知基板３０は、複数のスイッチングユニットＴおよび複数の光感知ユニットＰＤを含むことができ、各々の光感知ユニットＰＤは、スイッチングユニットＴのうちの少なくとも一つと電気的に接続される。例えば感知基板３０は、アレイを形成するために、互いに交錯させた複数のデータラインＤＬと複数のゲートラインＧＬを含むことができる。各スイッチングユニットＴは、対応するデータ線ＤＬ及び対応するゲート線ＧＬと電気的に接続されたトランジスタを含み、光感知ユニットＰＤは、対応するスイッチングユニットＴと連結されたフォトダイオードを含むことができる。スイッチングユニットＴのトランジスタにおける半導体材料は、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、またはアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）であってもよいが、これに限定されるものではない。スイッチングユニットＴのスイッチング状態は、ゲート線ＧＬを経由して制御されることができ、スイッチングユニットＴがターンオンされると、対応する光感知ユニットＰＤから生成される信号がデータ線ＤＬを経由して受信され、各々の光感知ユニットＰＤとそれに対応するスイッチングユニットＴは、１つのピクセルと見なすことができるが、これに限定されない。本開示の光検出装置における感知基板３０は、上述のスイッチング状態に限定されず、本開示において他の適切な種類の感知基板が適用されてもよいことに注目すべきである。

図１に示すように、光検出装置１０１は、筐体１０の内部に配置された支持基板２０をさらに含み、感知基板３０、シンチレータ層４０、および光源モジュール５０を、支持基板２０の上に配置することができるが、これに限定されない。また、いくつかの実施形態では、感知基板３０に対して垂直な平面視（投影）方向Ｚにおいて、光源モジュール５０を感知基板３０の下側に配置することができ、感知基板３０をシンチレータ層４０と光源モジュール５０との間に配置することができるが、これに限定されない。すなわち、平面視方向Ｚにおいて、光源モジュール５０を支持基板２０と感知基板３０との間に配置することができ、シンチレータ層４０と光源モジュール５０を、感知基板３０の上側と下側にそれぞれ配置することができる。従って、光源モジュール５０は、感知基板３０の下側から感知基板３０に光を提供して自己検出を行なうことができる。さらに、いくつかの実施形態において、光源モジュール５０は、側光式光源モジュールまたは直下式光源モジュールを含むことができる。例えば、光源モジュール５０が側光式光源モジュールである場合に、その光源モジュール５０は、互いに近接して配置される光源５１（発光ダイオード、ＬＥＤ、ＯＬＥＤなど）と導光板５２とを含むことができる。光源５１で発生された光は、導光板５２の光入射面から導光板５２に入射され、感知基板３０に対向する光源面から均一に出射される。入射面の法線方向は、平面視方向Ｚに対して直角に交わり、光源面の法線方向は、平面視方向Ｚと平行である。また、光源モジュール５０を、支持基板２０の背面に配置された回路基板６０に電気的に接続することができ、回路基板６０を、光源モジュール５０のスイッチング状態と光強度を制御するのに使用することができるが、これに限定されない。いくつかの実施形態において、光源モジュール５０は、感知基板３０に照射する可視光を提供するように構成された可視光源モジュールを含むことができるが、これに限定されない。いくつかの実施形態において、光源モジュール５０から放射される光の波長範囲は、感知基板３０が検査できる光の波長範囲に対応するように変更されてもよい。例えば、光源モジュール５０は、赤外線光源モジュールまたは他の適切な波長範囲内の光源モジュールであってもよい。さらに、いくつかの実施形態において、光検出装置１０１は、シンチレータ層４０の上方に配置された光フィルタ層７０をさらに含むことができる。光検出装置１０１がＸ線を検査するのに使用される場合、可視光は光フィルタ層７０で遮られ、Ｘ線（すなわち検出光９０）は光フィルタ層７０を通過することができ、光フィルタ層７０の材料は炭素繊維を含むことができるが、これに限定されない。いくつかの実施形態において、筐体１０の材料は、可視光を遮断し、Ｘ線を通過可能にする炭素繊維とすることができるが、本開示はこれに限定されず、他の適切な材料を用いて、筐体１０および／または光フィルタ層７０を形成してもよい。

図３～図５および図１を参照する。図３は、本実施形態における光検出装置１０１の操作方法を示すフローチャートであり、図４は、本開示の一実施形態に応じた第１画像データを示す概略図であり、図５は、本開示の一実施形態に応じた第２画像データを示す概略図である。図３～５および図１に示すように、本実施形態では光検出装置１０１の操作方法が提供され、その操作方法は以下のステップを含む。まずステップＳ１１において、光検出装置１０１が提供され、光検出装置１０１がターンオンされる。ステップＳ１２では、第１画像データＭ１が捕捉される。続いて、ステップＳ１３において、光源モジュール５０がターンオンされ、第２画像データＭ２が捕捉される。ステップＳ１４では、第１画像データＭ１が第２画像データＭ２と比較され、光検出装置１０１の状態を判定し、光検出装置１０１の状態が正常または異常であるかを判定する。具体的には、ステップＳ１１およびステップＳ１２において、感知基板３０がターンオンされ、光源モジュール５０がターンオフされる。つまり、光源モジュール５０がオフにされた状態の下で第１画像データＭ１が取り込まれ、第１画像データＭ１は黒画面画像と見なすことができる。これに対して、ステップＳ１３では、光源モジュール５０がオンにされた状態の下で第２画像データＭ２が取り込まれ、第２画像データＭ２は光源モジュール５０から放射された光を感知基板３０で受けた後に得られた画像データとなる。

上述のステップＳ１１～Ｓ１４は、光検出装置１０１によって標準の検出を行なうステップの前に、光検出装置１０１が正常かどうかを確認するのに、光検出装置１０１で行われる自己検出フローとして見なせることに注目すべきである。それにより、光検出装置が異常である場合に、標準の検出で光検出装置１０１により生成された検出エラーや、他の関連する問題を回避できる。従って、上述のステップＳ１１～Ｓ１４において、光検出装置１０１には検出光９０が照射されず、上記の異常である状態は、感知基板３０の回路および／または画素（例えば、破損した導電線や欠陥ピクセル）、に関連した異常状態、筐体１０に入り込む異物、および他の可能性のある異常状態を含むことができる。例えば、図４に示す第１画像データＭ１を、図５に示す第２画像データＭ２と比較すると、第２画像データＭ２に異常領域Ｆが観察され、感知基板３０の回路および／または画素に関する異常状態により、異常領域Ｆが発生することがある。従って、その第２画像データＭ２の状態によって、光検出装置１０１が異常であると判定されてもよい。しかし、第１画像データＭ１と第２画像データＭ２を比較した後に、第２画像データＭ２の光強度が均一であり、第２画像データＭ２に異常領域が何等存在しなければ、光検出装置１０１が正常であると判定して、Ｘ線の検出を行なうのに利用できるようにし、さもなければ光検出装置１０１が正常であると判定して、その検出を終了すべきである。

以下の説明は、本開示の様々な実施形態を詳述するものである。説明を簡単にするために、以下の各実施形態の同一の構成要素には同一の符号を付している。各実施形態の間で違いを容易に理解できるように、以下の説明では、異なる実施形態間の相違点を詳細に説明し、同一の特徴部については重複して説明しない。

図６および図１を参照する。図６は、本開示の第２実施形態に応じた光検出装置の操作方法を示すフローチャートである。図６および図１に示すように、本実施形態における操作方法と上記の第１実施形態における操作方法との違いは、本実施形態における光検出装置の操作方法は、ステップＳ１２の後であってステップＳ１３の前に行われるステップＳ２１をさらに含むことができる、ということである。ステップＳ２１では、第１画像データの状態のみを用いて、光検出装置１０１の状態が正常か異常かを判定できる。理想的には、光検出装置に検出光９０が照射されず、光源モジュール５０がターンオフの状態の下で、第１画像データが取り込まれるため、第１画像データの強度は均一となると考えられる。しかし、第１画像データ上にドット状の異常領域、線状の異常領域、或いは塊状の異常領域があるなどして、第１画像データが異常であると判定された場合には、光検出装置１０１は異常であると判定し、ステップＳ９１を実行して、光検出装置１０１からの異常メッセージを送出することができる。異常メッセージは、異常情報を通知するために、音、表示ランプ、或いは表示パネル上のテキストを含むことができるが、これに限定されない。ステップＳ２１において、光検出装置１０１の状態が正常であると判定された場合には、ステップＳ１３を実行して光源モジュール５０をオンにし、第２画像データを取り込むことができる。続いてステップＳ２２を実行し、第１画像データを第２画像データと比較して、ドット状の異常領域、線状の異常領域、或いは塊状の異常領域があるかどうかを判断し、異常メッセージを送出するために、ステップＳ９２を実行する必要があるかどうかを判断する。また、ステップＳ２２において、光検出装置１０１が正常であると判定された場合には、ステップＳ２３を実行して、第２画像データが均一であるか否かを判定し、異常メッセージを送出するために、ステップＳ９３を実行する必要があるかどうかを確認することができる。

図６、図７および図１を参照すると、図７は、本実施形態に応じた光検出装置の操作方法において、光源モジュール５０から放射される異なる強度の光の下でそれぞれ捕捉された第３画像データの比較を示す概略図である。図６、図７および図１に示すように、ステップＳ２３において、第２画像データが均一であると判定された場合には、ステップＳ２４を実行して、光源モジュール５０から各々異なる強度（または、輝度と見なしてもよい）で光を放射し、ステップＳ２５で光検出装置１０１の状態が正常か異常かを判定するために、異なる強度の光に対応した複数の第３画像データを取り込む。例えば光源モジュール５０が、第１強度の光Ｐ１、第２強度の光Ｐ２、第３強度の光Ｐ３、及び第４強度の光Ｐ４をそれぞれ放射すると、異なる強度の光に対応して複数の第３画像データを捕捉できる。第３画像データは、異なる強度の光の下での画像データの分布を構築するのに使用されてもよい。図７に示す第１関係線Ｌ１および第２関係線Ｌ２は、感知基板３０内の各画素が正常な性能であると見なすことができ、光の強度が上限よりも高い場合、対応する画像データが飽和することがある。図７に示す画像データの強度は、上述した第３画像データと第１画像データとの差であり、感知基板３０の光感知ユニット（フォトダイオードなど）から取得した電圧信号または電流信号を変換して、対応する画像データを生成してもよいことに注目すべきである。また、光感知ユニット（フォトダイオードなど）から取得した電圧信号または電流信号を、さらなる処理のために増幅器で増幅してもよいが、これに限定されない。図７に示す第３関係線Ｌ３および第４関係線Ｌ４は、第１強度の光Ｐ１、第２強度の光Ｐ２、第３強度の光Ｐ３、および第４強度の光Ｐ４の照射を受けて、感知基板３０の異なる画素で捕捉された第３画像データから生成された関係線とすることができる。正常な状態の下での第１関係線Ｌ１および第２関係線Ｌ２と比較すると、第３関係線Ｌ３の傾きは、第１関係線Ｌ１の傾きや第２関係線Ｌ２の傾きよりも明らかに小さく、感知基板３０の第３関係線Ｌ３に対応する画素が異常であると判定できる。また、正常な状態の下での第１関係線Ｌ１および第２関係線Ｌ２と比較すると、第４関係線Ｌ４は早期に飽和しており、それを利用して感知基板３０の第４関係線Ｌ４に対応する画素が異常であると判定できる。ステップＳ２５において、第３画像データを算出することで生成された関係線が異常であると判定された場合には、ステップＳ９４を実行して、異常メッセージを送出できる。それと比較して、ステップＳ２５において、第３画像データを算出することで生成された関係線が正常であると判定された場合には、ステップＳ２６を実行して、光検出装置１０１の使用に備えることができる。言い換えれば、光検出装置１０１の状態が上述した自己検出の各ステップによって正常であると判定された場合には、光検出装置１０１を用いて標準の検出（例えば、Ｘ線検出）を行なうことができる。

図８および図１を参照する。図８は、本発明の第３実施形態に応じた光検出装置の操作方法を示すフローチャートである。図８および図１に示すように、本実施形態における操作方法と上記の第２実施形態における操作方法との違いは、本実施形態の光検出装置の操作方法は、検出光９０で光検出装置１０１を照射して、第４画像データを取り込むために、ステップＳ２３の後に行われるステップＳ３１をさらに含むことができる、ということである。次のステップＳ３２において、第４画像データは第２画像データと比較され、ステップＳ３３において、光検出装置１０１の表面に異物があるかどうか、および／または光検出装置１０１の中に異物があるかどうかを判定する。ステップＳ３３で異物が判別された場合には、ステップＳ９５を実行して異常メッセージを送出することができる。また、第４画像データと第２画像データとの間の比較結果を用いて、シンチレータ層４０の材料が劣化しているか否かを判定し、シンチレータ層４０の材料劣化が検出結果に及ぼす影響を避けるようにしてもよい。

図９は、本開示の第４実施形態に応じた光検出装置１０２を例示する断面概略図である。図９に示すように、ここでの光検出装置１０２と上記の第１実施形態における光検出装置との違いは、光検出装置１０２において、光源モジュール５０をシンチレータ層４０の上方に配置でき、シンチレータ層４０を光源モジュール５０と感知基板３０との間に配置できる、ということである。言い換えれば、平面視方向Ｚにおいて、光源モジュール５０をシンチレータ層４０と光フィルタ層７０との間に配置でき、このときの光源モジュール５０は、標準の光検出とその検出結果の影響を回避するために、側光式光源モジュールとすることができる。

図１０を参照する。図１０は、本開示の第５実施形態に応じた光検出装置１０３を例示する断面概略図である。

図１０に示すように、ここでの光検出装置１０３と上記の第１実施形態における光検出装置との違いは、光検出装置１０３において、シンチレータ層４０と感知基板３０との間に光源モジュール５０を配置でき、このときの光源モジュール５０は、標準の光検出とその検出結果の影響を回避するために、側光式光源モジュールとすることができる、ということである。

本開示の光検出装置における光源モジュールの配置は、上述した各実施形態の状態に限定されないことに注目すべきである。光源モジュール５０によって提供される光が感知基板３０を照射できれば、光源モジュール５０は、光検出装置の別な位置として、例えば筐体の角部や、側面部や、底部などに配置されてもよいし、光源モジュール５０の一部が筐体の外部に配置されてもよい。

以上の記述をまとめると、本開示に応じた光検出装置及びその操作方法では、光検出装置による標準の検出を行なう前に、光検出装置の状態が正常か異常かを判定する自己診断を行なうのに、筐体の内部に少なくとも一部が配置された光源モジュールを利用できる。それにより、標準の検出で異常な光検出装置により生成された検出エラーや、それに関連する問題を回避できる。

当業者であれば、本開示の教示を保持しながら、装置および方法の幾つかの改変や変更を行なえることは、容易に理解するであろう。したがって、上述の開示は、添付の請求項の境界および範囲によってのみ限定されると解釈すべきである。

１０筐体
３０感知基板
４０シンチレータ層
５０光源モジュール
Ｔスイッチングユニット
ＰＤ光感知ユニット
１０１、１０２、１０３光検出装置

Claims

筐体と、
前記筐体の内部に配置される感知基板と、
前記筐体の内部に配置され、前記感知基板の上方に配置されるシンチレータ層と、
前記筐体の内部に少なくとも部分的に配置される光源モジュールと、を備える光検出装置であって、
第１画像データを捕捉し、
前記光源モジュールをオンにして第２画像データを捕捉し、
前記第１画像データを前記第２画像データと比較して、前記光検出装置の状態を判定し、
前記光検出装置を検出光で照射して第４画像データを捕捉し、
前記第４画像データを前記第２画像データと比較し、その表面に異物があるかどうか、またはその中に異物があるかどうかを判定する光検出装置。
前記光源モジュールは、前記感知基板の下方に配置され、
前記感知基板は、前記シンチレータ層と前記光源モジュールとの間に配置される請求項１記載の光検出装置。
前記光源モジュールは、前記シンチレータ層の上方に配置され、
前記シンチレータ層は、前記光源モジュールと前記感知基板との間に配置される請求項１記載の光検出装置。
前記光源モジュールは、前記シンチレータ層と前記感知基板との間に配置される請求項１記載の光検出装置。
前記感知基板は、複数のスイッチングユニットと複数の光感知ユニットとを備え、
前記光感知ユニットのそれぞれは、前記スイッチングユニットの少なくとも一つと電気的に接続される請求項１記載の光検出装置。
筐体と、
前記筐体の内部に配置される感知基板と、
前記筐体の内部に配置され、前記感知基板の上方に配置されるシンチレータ層と、
前記筐体の内部に少なくとも部分的に配置される光源モジュールと、を備える光検出装置を提供し、
前記光検出装置をオンにして第１画像データを捕捉し、
前記光源モジュールをオンにして第２画像データを捕捉し、
前記第１画像データを前記第２画像データと比較して、前記光検出装置の状態を判定し、
前記光検出装置を検出光で照射して第４画像データを捕捉し、
前記第４画像データを前記第２画像データと比較し、
前記光検出装置の表面に異物があるかどうか、または前記光検出装置の中に異物があるかどうかを判定する光検出装置の操作方法。
前記第１画像データを捕捉するステップで、前記光源モジュールはオフにされる請求項６記載の光検出装置の操作方法。
前記光源モジュールから各々異なる強さで光を放射し、異なる強さの前記光に対応した複数の第３画像データを捕捉して、前記光検出装置の状態を判定することをさらに含む請求項６記載の光検出装置の操作方法。
前記検出光はＸ線からなる請求項６記載の光検出装置の操作方法。