JPH1090422A

JPH1090422A - 電磁気検出器をモザイク状に配列した読み出しデバイス及び該デバイスを備えた検出システム

Info

Publication number: JPH1090422A
Application number: JP9199174A
Authority: JP
Inventors: Jacques Cluzel; クリュゼルジャック; Pierre Nicolas; ニコラピエール
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1998-04-10
Also published as: EP0818921B1; DE69739099D1; FR2751155A1; EP0818921A1; US5929433A; FR2751155B1

Abstract

(57)【要約】【課題】どのような電磁放射検出器のタイプにも用い
ることができる、検出器をモザイク状に配列した読み出
しデバイス及びその検出システムを提供する。【解決手段】各々が読み出し回路（２２４、２２５）
に接続されている、複数のキャパシタ（２２２）を有し
ており、検出器のモザイク（３００）として配列された
放射線検出器アレイ用の読み出しデバイスにおいて、各
積分キャパシタは検出器サブアレイ（３２０）にそれぞ
れ係合しており、前記読み出しデバイスは、前記検出器
サブアレイに係合する前記キャパシタに接続するための
複数の制御可能スイッチ（２３１、２３２、２３３、２
３４）と、前記検出器のモザイクの最も近く隣合う検出
器の検出信号の同時積分及び同時読み出しを除くシーケ
ンスオーダに従ってスイッチの開閉を制御するための手
段（２２６）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検出器をモザイク
状に配列した読み出しデバイス、及びこのようなデバイ
スを備えた検出システムに関する。

【０００２】本発明は、特に、マトリックス形態の行及
び列のように、より簡単には一次元検出器アレイのよう
に配置された複数の検出器を備えた検出システムに適用
する。

【０００３】本発明によるデバイスは、可視光線検出器
用だけではなく、Ｘ線及び赤外線の放射線に感応するも
のを含む、どのような電磁放射検出器のタイプにも用い
られ得る。

【０００４】最後に、本発明によるデバイスは、量子及
び放射の両方の検出器に適している。

【０００５】

【従来の技術】電磁放射線検出器は、それが受け取る放
射線を表している、電圧又は電流の形の信号を供給す
る。該検出器によって供給された信号を条件付けるため
に、通常、メモリセルを有する読み出し回路が各検出器
に係合される。このメモリセルは、一方で中間情報を確
立し、他方でそれらの現実の読み出しまで該情報を記憶
するために用いられる。

【０００６】中間又は平均情報は、積分キャパシタと称
される、検出器の電流又は検出器によって供給される信
号を表す電流のどちらか一方の積分によって通常得られ
る。

【０００７】読み出し回路はまた、各メモリセルから、
ビデオ信号を供給する１つ以上の出力段への情報の多重
化を保証する。該ビデオ信号は、イメージを形成し又は
検出器によって供給された情報の空時間処理を行うため
に変換できる。

【０００８】リニア素子、即ち検出器が単一方向の規則
的な空間でその中に挿入される素子に対して、イメージ
が素子又は監視状況の走査によって得られる。検出器を
モザイク状に配列した素子に対して、マトリックスパタ
ーンに従って通常挿入される。検出器の走査はオプショ
ンである。この走査は、時間遅延積分（ＴＤＩ）及び信
号対ノイズ比を増加するためのイメージの形式を増加す
るために用いられ得る。

【０００９】検出素子の重要な品質要素は、通常、積分
時間と称される個々の検出器によって供給された信号の
中間情報を確立するために取られた時間と、通常、読み
出し時間と称される全ての検出器からの情報を出力する
ための時間との比である。比は、素子の電位情報がその
最大で用いられることを意味する１に近くなる。

【００１０】通常の点において、検出器配列に係合する
読み出しデバイスは、複数のメモリ、即ち複数の積分キ
ャパシティからなる。従って、かなり多数の検出器は、
より難しくは、１に近くずく積分時間と読み出し時間と
の比を得るためにある。素子（検出システム）のサイズ
の増大は、通常、同様（要素パターンの寸法）に形成す
る検出器の空間の削減につながり、それゆえ積分キャパ
シタの削減につながる。これは、積分時間に関する限定
と、時間比を読み出すための積分時間の削減とをもたら
す。かなりの数の検出器が存在する際に、情報読み出し
時間は、この時間中に各検出器によって供給された電荷
が、各検出器に係合する要素メモリ内に記憶されるには
非常に大きすぎる。

【００１１】図１は、複数のメモリを有する従来の読み
出しデバイスを概略的に説明しており、メモリを形成す
る積分キャパシティがその中で各検出器に係合してい
る。このような読み出しデバイスは、特に、個々をモザ
イク状に配列することによって形成され、検出器を並列
にした検出器に適する。

【００１２】図１において、部分的に表された読み出し
デバイスは、概略図の参照番号１によって示されてい
る。それは、複数の読み出し回路のセル１０、２０、３
０及び４０を有しており、その各々がスイッチ１２、２
２、３２及び４２の手段によって接続要素１３、２３、
３３及び４３に接続された読み出し回路からなる。

【００１３】接続要素１３、２３、３３及び４３は、読
み出しデバイスに係合する、図示されていない検出器回
路の検出器にそれぞれ電気的に接続される。

【００１４】各読み出し回路は、１４、２４、３４及び
４４のそれぞれの積分キャパシタと、１５、２５、３５
及び４５のそれぞれの前段増幅器とを有する。各読み出
し回路の前段増幅器は、図示されていない出力回路に接
続されている。

【００１５】図１の読み出し回路の配線図は、複数の他
の可能性の間の特別の場合だけを構成する。図２から図
６までは、読み出し回路用の他の公知の可能性の例とな
る方法を提供する。それらの記載を簡単にするために、
異なる図面の同一又は類似の要素は、同一の参照番号で
示される。

【００１６】図２から図６までにおいて、光導電体及び
光起電力の検出器は、ｐ−ｎ型である。それらは、検出
ダイオードによって記号的に表され、参照番号１１０に
よって示されている。検出ダイオード１１０のアノード
は固定された電圧源Ｖ_det に接続されており、そのカソ
ードは読み出し回路に接続されている。

【００１７】図２において、検出ダイオード１１０は、
スイッチとして切換条件の下で用いられるＭＯＳトラン
ジスタ１１４によってメモリを形成する積分キャパシタ
に接続されている。トランジスタ１１４はまた、検出ダ
イオード１１０をバイアスし、且つ検出器及び読み出し
回路の間のインピーダンスを整合する。バイアス電圧Ｖ
_pol は、トランジスタ１１４のゲートに印加される。

【００１８】その作用は受信された信号の中間値を形成
するためであり、且つ該信号に関する情報を記憶するた
めのものである積分キャパシタ１１２は、参照番号１１
６によって概略的に表されたマルチプレクサ又は増幅器
にそれ自身接続されている。

【００１９】スイッチ１１８は、再充電電位Ｖ_rechに積
分キャパシタ１１２の接続を可能にし、各読み出しに続
いてキャパシタの充電の初期化を可能にする。これは、
キャパシタ１１２によって構成されたメモリの消去に対
応する。

【００２０】図２の回路を、検出ダイオード１１０のカ
ソードをトランジスタ１１４のゲートに接続するフィー
ドバック増幅器１２０を加えることによって改善でき
る。この他の形態は、図３に説明されている。フィード
バック増幅器１２０は、良いインピーダンス整合及び良
い注入率、即ち（ダイオード１１０がその検出電流の増
加に耐える際に）ダイオード１１０の検出された電流変
化と比較して高い積分電流を保証する。

【００２１】図４は、検出器がそれ自身のキャパシタ１
１１と共に備えられるということで、図２及び図３と本
質的に異なる。検出ダイオード１１０は、それ自身のキ
ャパシタに積分され、信号は電圧フォローデバイスによ
って読み出される。このデバイスは、トランジスタ１２
２の周りに構成され、そのソースは固定された電圧Ｖ_dd
に接続され、そのドレインはマルチプレクサ１１６に接
続され、そのゲートは検出ダイオード１１０のカソード
に接続される。ゲートキャパシタ１２４は、キャパシタ
１１１と並列に接続される。再充電スイッチ１１８は、
積分の零点規正を可能とする。

【００２２】図５の読み出し回路は、ゲート変調読み出
し回路である。図４の読み出し回路と比較した改善点を
表している。

【００２３】検出ダイオード１１０のカソードは、負荷
抵抗１２６の手段によってアースに接続され、且つトラ
ンジスタ１２２のゲートに接続されている。従って、検
出器の端子における電圧は、積分キャパシタ１１２を充
電するためのトランジスタ１２２によって供給される電
流を制御する。初期化スイッチ１１８及びマルチプレク
サは、図２及び図３と同様に積分キャパシタ１１２に接
続されている。

【００２４】検出回路を実現するための他の可能性が図
６に表されている。図６によれば、検出ダイオード１１
０は、演算増幅器１２８を用いてマルチプレクサ１１６
に接続されている。

【００２５】検出ダイオードのカソードは増幅器の反転
入力に接続されており、バイアス電圧Ｖ_pol が非反転入
力に印加されている。積分キャパシタ１１２は、反転入
力と演算増幅器の出力との間に接続されている。スイッ
チを形成するトランジスタは、キャパシタ１１２の端子
に接続する。

【００２６】図２から図６までに従って用いられるどの
読み出し回路構造でも、図１に説明された読み出しデバ
イスは、各検出器に係合するキャパシタを有する。この
ような読み出しデバイスにおいて、積分化はスナップシ
ョットタイプである。読み出しデバイスの全てのスイッ
チ１２、２２、３２及び４２は、同時に閉じられ、各検
出器によって供給された情報信号は、キャパシタ１４、
２４、３４及び４４の各々にそれぞれ同時に集められ
る。積分時間と称されるように電荷が蓄積され、それに
よりスイッチが開かれる。各キャパシタ内で蓄積された
電荷は、対応する検出器の中間信号を表しており、それ
により、読み出し時間中に読み出され得る。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】このような読み出しデ
バイスにおいて、１に近づく積分時間と読み出し時間と
の比を得ることが可能となる。しかし、図１の素子は、
読み出しデバイスの実現と、情報がその中で処理される
方法とにつながる、ある数の不都合を有している。

【００２８】マトリックス図に従って配列されたかなり
多数の検出器を有してモザイク状の配列を備えた素子に
対して、個々の検出器間の空間が小さいことが必要とな
る。該空間は、２つの連続する検出器の中心で分離する
間隔を意味することが理解される。

【００２９】しかし、各検出器が読み出し回路１０、２
０、３０及び４０のセルに個々に係合するように、セル
の空間が検出器の空間と実質的に同じでなければならな
い。

【００３０】前述のタイプのかなり多数の検出器を有す
る素子に対して、空間の削減はまた、積分キャパシタに
利用できる表面の削減をもたらす。従って、電荷の蓄積
キャパシティと長時間の平均された情報を有する可能性
とが削減される。この限定は、素子の感度の減少をもた
らし、それらの重要な特徴の１つとなる。

【００３１】検出器がマトリックス平面内に配置される
素子に対して、この問題に対する部分的な解決は、記憶
キャパシタを検出回路の行又は列の端に置き換えること
からなる。

【００３２】これにより、検出器空間の抑制は単一方向
に限定される。しかし、このような配列において、各積
分キャパシタは、異なる時間に行又は列の全ての検出器
の情報を記憶する。

【００３３】これは、各イメージに対して積分された電
荷を増加することを可能にする積分化の電子走査に対応
するが、それにより情報の時間干渉性は失われる。マト
リックス素子に対する行又は列の端への記憶位置の置き
換えは、積分時間がいずれの記憶位置の置き換え又は埋
め合わせなしに行又は列の２、３の読み出し時間である
際にのみ関係する。可能なこの記憶位置の置き換えは、
検出器が短い積分時間を有する特別の用途に限定され
る。これは、例えば、検出器がそれらに係合した記憶キ
ャパシティと比較して比較的高い電流を供給する場合で
ある。

【００３４】読み出しデバイスによって生じた第２の問
題は、「diaphoty」現象と称されるものに関する。

【００３５】「diaphoty」は、漏話と比較できる光現象
である。この現象は、最も近く隣合う検出器間の情報の
混合によって特に明らかにされる。言い換えれば、個々
の検出器の周囲に近い感応領域に達する光子によって作
られた信号は、最も近い検出器によって測定できる。

【００３６】この現象を避けるために、検出器の物理的
な空間を必要とし、従って、検出器をモザイク状に配列
する充填レベルを削減する。これは、非感応表面と比較
して感応表面の割合を削減することになる。

【００３７】しかし、より小さい充填レベルは、放射線
を検出する確率の縮小をもたらし、空間アンダーサンプ
リング問題を生じる。空間アンダーサンプリングは、ナ
イキスト条件の非関係を意味することが理解されてい
る。即ち、検出器の空間よりも高い周波数で変調される
空間的な信号は偽信号とされ、従って、低周波数で観測
される。実際にアンダーサンプリングは偽信号の検出ス
ペクトラムをもたらし、イメージの高い空間周波数の詳
細な視覚的説明は間違いとなる。

【００３８】これらの問題は、文献（１）D.J.Bradley
らによる「Sampling effects in CdHgTe focal plane a
rrays 」、SPIE、第５９０巻、Infrared Technology an
d Applications(1985)、第５３頁〜第６０頁と、文献
（２）R.J.Dam らによる「Sampling effects in CdHgTe
focal plane arrays practical results 」、SPIE、第
６８５巻、Infrared Technology 、XII(1986) 、第１２
３頁〜第１２８頁とにかなり詳細に記載されている。

【００３９】アンダーサンプリングのための限定を補償
するために、検出器のモザイク上に形成されたイメージ
のマイクロスキャンを行うことが可能となる。この解決
は、文献（２）によって提案されている。しかし、マイ
クロスキャンの実際の性能は、複雑で且つ高価となる。

【００４０】最後に、かなり多数の検出器を有する多く
の公知の検出素子において、検出器のモザイクの充填レ
ベルにつながる制約と、diaphoty現象につながる制約と
の間の受け取り可能な中間物を見つけ出すことが必要と
なる。

【００４１】これらの困難性及び限定を除くために、本
発明の目的は、検出器のモザイクの最大充填レベルを可
能にする読み出しデバイス、即ち、実際に空間の全表面
又はその空間よりも大きい１つの表面が感応表面となる
検出素子と互換性可能な読み出しデバイスを提案するこ
とにある。

【００４２】本発明の他の目的は、アンダーサンプリン
グ問題の回避を可能とするだけでなく、オーバサンプリ
ングも可能とする読み出しデバイスを提案することにあ
る。

【００４３】更に、本発明の他の目的は、diaphoty現象
を回避する読み出しデバイスを提案することにある。

【００４４】本発明は、検出器の信号の積分時間と読み
出し時間との比が、従来技術のデバイスと比較して改善
されている読み出しデバイスを提案することも目的とす
る。

【００４５】他の目的は、長時間に関係する中間情報を
得ることを可能にする、即ち良い信号記憶の可能な形態
を有するデバイスを提案することにある。

【００４６】最後に、本発明の他の目的は、提案された
読み出しデバイスを備えた検出システムを提供すること
にある。

【００４７】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、より詳細には、各々が読み出し回路に
接続されている、積分キャパシタと称される複数のキャ
パシタを有しており、検出器をモザイク状に配列した放
射線検出器のアレイ用の読み出しデバイスに関する。本
発明によれば、各積分キャパシタは、モザイクのいくつ
かの検出器のサブアレイにそれぞれ係合しており、読み
出しデバイスは、前記検出器の検出信号を集めるために
前記検出器サブアレイに係合する積分キャパシタにそれ
ぞれ各検出器アレイの各検出器を連続的に接続するため
の複数の制御可能スイッチを更に備えており、読み出し
デバイスは、前記検出器アレイの最も近く隣合う検出器
の検出信号の同時積分及び同時読み出しを除くシーケン
スオーダに従って各検出器サブアレイに係合するスイッ
チの開閉を制御するための手段を有している。

【００４８】本発明の技術思想において、それらがそれ
ぞれ共有の縁、近く隣合う縁又は共有角度の頂点をそれ
ぞれ有する際に、２つの検出器が最も近く隣合う検出器
となることが考慮される。

【００４９】スイッチの連続的な閉路が積分を除き、隣
合う検出器の検出信号を同時に読み出すために提供され
て、diaphoty問題は回避される。従って、検出器が読み
出し回路と、それらに係合する積分キャパシタとに接続
される際に、検出された信号に対応する検出領域は、完
全に規定される。例えば、検出器がダイオードである際
に、前記領域は、今問題となっている検出器の空間充電
領域及び拡散領域に対応する。検出器がダイオードであ
る場合に、拡散領域は検出器内に形成されるｐ−ｎ接合
の周囲領域として規定され、入射する放射線の検出の可
能性は、ｌ／ｅ（≒０．３７）で通常固定された所定値
を越える。隣合う検出器が接続されず、連続的にバイア
スされないように、それらは検出領域と重ならない。

【００５０】検出器のモザイクの隣合う検出器間の物理
的な空間を提供することは無意味である。隣合う検出器
間の物理的な空間は、検出器間で保証すべき電気的絶縁
によってのみ限定される。

【００５１】以下に表されるように、拡散領域の表面と
連続する検出表面とがモザイク上の検出器の空間よりも
大きくなる検出器を実現することによってオーバサンプ
リングを実行することが可能となる。オーバサンプリン
グは、少なくとも部分的に隣合う検出器で読み出される
所与の検出器における情報読み出しを意味すると理解さ
れる。

【００５２】いくつかの検出器に共有の積分キャパシタ
は、積分関数に、即ち積分キャパシタに対してより大き
い回路表面を提供にすることを可能にする。共有積分キ
ャパシタのキャパシタンスは、各検出器に個々に係合す
るキャパシタを有するよりも連続的に大きくなる。検出
素子の感度は、積分時間及び連続的な記憶可能充電量に
直接つながる。従って、本発明によるデバイスは、素子
の主な性能特性に著しい増加をもたらす。

【００５３】読み出し回路に関して、積分位置の共通の
この表現(rendering) は、利用可能な表面の提供部分に
対して、従来技術では可能ではなかった処理機能の挿入
に用いられる。これは、すくい(skimming)、抗コーディ
ング(antiblooming)又はインピーダンス整合関数のよう
に機能する。

【００５４】本発明の特別の様相によれば、読み出し回
路は、読み出し時間と称される間に回路を読み出し、ス
イッチは積分時間と称される間に検出信号を集めるため
に閉じられる。従って、各検出器サブアレイの検出器の
数は、各サブアレイの検出器の読み出し時間の総和が増
加される（例えば、積分時間の大きさによって）よう
に、選択されるのが好ましい。

【００５５】この場合、信号対ノイズ比も増加される。
この比は、各サブアレイの検出器の数の平方根のように
実質的に増加する。

【００５６】積分時間対イメージ時間の比を改善するよ
うに、できるだけイメージ時間に閉じるようにすること
が積分時間のために好ましい。イメージ時間は、読み出
し及び積分によって取られる全体時間に対応する。これ
ら２つの動作が、時間的に連続である際に、イメージ時
間は読み出し時間と積分時間との総和となる。

【００５７】読み出し回路の特別の実施形態において、
読み出し及び積分動作を分離するために、且つこれらの
動作の同時実行を可能にするように、フレーム又はスピ
ーチメモリと称されるそれらを追加することを可能にす
る。この場合において、各積分キャパシタに読み出し用
の他のキャパシタを係合させる。従って、積分時間とし
ての大きさの同じオーダの読み出し時間を得ることが可
能になる。

【００５８】効果的には、各検出器サブアレイの検出器
の数、即ち同じ積分キャパシタに係合する検出器の数
は、全ての検出器サブアレイを同じにできる。この検出
器の数は、例えば３個から９個までであり、好ましくは
４個である。イメージ時間、積分時間及び設計規則の機
能として選択される。

【００５９】本発明の他の様相によれば、各検出器サブ
アレイの検出器を、検出器のモザイク上でグループ化で
きる。それらの感応表面の並列がコンパクトな表面を形
成する際に、検出器がグループ化され、その寸法が最大
に削減されることが考慮される。このような表面は、例
えば三角形、正方形又は六角形である。

【００６０】この特徴は、欠くことのできないものでは
ないが、検出器サブアレイの検出器が、検出器のモザイ
ク上で分離され且つ分散される配置と比較して、読み出
し回路の接続又は制御を容易にする。

【００６１】本発明によるデバイスの特別の実施形態に
よれば、各検出器サブアレイは、４つの検出器を有して
おり、スイッチを制御するための手段は、偶数順のスイ
ッチ及び奇数順のスイッチの閉路を交互に同じ順序で、
各検出器サブアレイのスイッチを制御することができ、
それぞれが奇数順の偶数のスイッチに接続される検出器
のモザイクの各検出器は、それぞれが偶数順の奇数のス
イッチに接続される最も近く隣合う検出器によって囲ま
れている。

【００６２】本発明の他の様相によれば、積分キャパシ
タにそれぞれ接続された読み出しデバイスの読み出し回
路は、対応する制御可能なスイッチを閉じることによっ
て積分キャパシタに接続される検出器サブアレイの各検
出器を連続的にバイアスするためのバイアス手段を有す
ることができる。

【００６３】この特徴は、非常に効果的である。最も近
く隣合う検出器の検出信号の同時の収集を回避するだけ
でなく、最も近く隣合う検出器の同時のバイアシングも
除く。この測定は、前述したdiaphoty現象の除去に寄与
する。積分キャパシタに接続された検出器の感応表面の
サイズの増加を容易にする。

【００６４】このように、本発明の他の様相によれば、
検出器が量子検出器である際に、偏向手段は、検出領域
のサイズ及び表面を変更するために調整可能なバイアス
電圧を検出器に印加できる。量子検出器は、例えばダイ
オード又は光導電体のような検出器であり、電子は各検
出された光子に係合する。

【００６５】例えば、ｐ−ｎ検出器の場合、より大きい
リバースバイアシングは、ｐ−ｎ接合で空間電荷領域の
増加に導き、検出器の検出表面を増加する。

【００６６】本発明は、以下に記載されるように、検出
器のモザイク及び読み出しデバイスを備えている検出シ
ステムに関する。

【００６７】検出器のモザイク及び読み出しデバイス
は、モノリシックアレイのように設計できる。しかし、
他の形態によれば、分離支持体を、検出器及び読み出し
デバイス用に提供できる。これらの支持体は、検出シス
テムを形成するために、例えば溶融ビーズによってハイ
ブリッド化される。

【００６８】

【発明の実施の形態】本発明の他の特徴及び効果が、添
付された図を参照して好ましい実施形態を以下の限定し
ない説明から推測できる。

【００６９】かなり概略的で且つ部分的な図７は、領域
２０１、２０２、２０３及び２０４のグループが、検出
器のモザイクの検出器に対応する空間に配列されている
読み出しデバイスの基板２００を表している。該空間
は、ある領域の中心を最も近く隣合う領域の中心から所
与の方向に分離する間隔となるように考慮されている。
各領域は、検出器のモザイクの個々の検出器にそれぞれ
係合する。各領域の読み出し回路の部分は、接続要素を
用いて、対応する検出器にそれぞれ接続されている。参
照番号２１１、２１２、２１３及び２１４のそれぞれ
は、領域２０１、２０２、２０３及び２０４の接続要素
を示している。

【００７０】図７の例において、領域２０１、２０２、
２０３及び２０４は、並列で且つ正方形状である。それ
らは、同じように配列される正方形状検出器に係合す
る。領域２０１、２０２、２０３及び２０４は、同一特
性の領域のサブグループ内でそれぞれグループ化されて
いる。参照番号２２０は、基板の領域の１つのサブグル
ープを示している。

【００７１】領域の各サブグループは、積分キャパシタ
２２２を有する。該キャパシタ２２２の第１の端子は、
アースに接続されている。該キャパシタの第２の端子
は、一方が、制御可能スイッチ２３１、２３２、２３３
及び２３４によってそれぞれ、接続素子２１１、２１
２、２１３及び２１４の各々に接続されており、他方
が、増幅器２２４、又は増幅器が補われるスイッチを用
いて、図示されていないがマルチプレクサ回路に接続さ
れている。該スイッチは、例えばスイッチング状態の下
で動作する電界効果トランジスタである。その結果、積
分キャパシタ２２２は、検出器のモザイクの４つの検出
器に共有となる。

【００７２】制御手段２２６は、所与の瞬間に領域のサ
ブグループの多くとも１つのスイッチしか閉路とならな
いように、スイッチ２３１、２３２、２３３及び２３４
をシーケンスオーダで連続的な閉路のための提供され
る。制御手段２２６は、プログラムされた演算ユニット
を備えるか又はシフトレジスタ型回路を有することがで
きる。手段２２６を、読み出し回路を有する基板の領域
内に集積でき又は補うことができる。従って、素子２１
１、２１２、２１３及び２１４並びに対応する検出器
は、積分キャパシタに連続的に接続される。

【００７３】領域２２０のサブグループの読み出し回路
はまた、対応するスイッチが閉じられた際、回路に接続
された検出器をそれぞれバイアスするために、バイアス
手段２２９を有する。調整可能なバイアス電圧Ｖ_pol を
印加することができるバイアス手段は、参照番号２２９
によって示されている。制御手段２２６と同様に、バイ
アス手段２２９を、読み出し回路の位置に集積でき又は
補うことができる。

【００７４】図７に表されているように、検出器は読み
出し回路に永久に接続されないけれども、スイッチ２３
１、２３２、２３３及び２３４によって連続的に接続さ
れることを除いて、領域のサブグループの読み出し回路
を、図２から図５までの１つの読み出し回路の原則に従
って動作する回路によって置き換えられることができ
る。

【００７５】基板は、サブグループ２２０に類似の共有
の読み出し回路を有する領域の複数のサブグループを有
する。

【００７６】図７の例において、領域の各サブグループ
は、４つの領域２０１、２０２、２０３及び２０４を有
する。領域の各サブグループは、積分キャパシタと、制
御手段２２６に接続された制御可能スイッチとを有して
おり、読み出しデバイスの全てのスイッチに共有となり
得る。

【００７７】図７の読み出しデバイスの動作は、図８を
参照することによってより明らかになり、読み出しデバ
イスに係合する検出器のモザイクの検出表面を概略的で
且つ部分的に表している。

【００７８】検出器のモザイク３００は、例えば、並列
の検出器を形成する半導体ウェーハであり、その理論上
の物理的な限定は、正方形３０１、３０２、３０３及び
３０４によって描き表されている。文書の残りの至る所
において、これらの参照番号もまた、対応する検出器を
示している。

【００７９】例えば、半導体ウェーハはｎ型であり、領
域３１０はｐ型である。その限定は、検出器を形成する
接合を作るために基板内につけられた破線で表されてい
る。

【００８０】モザイク３００上は、同一検出器の複数の
サブアレイが規定されており、参照番号３２０によって
示され且つ連続線で表されるこれらの単一線のみが完全
に明らかにしている。

【００８１】検出器のサブアレイ３２０は正方形状であ
り、実質的な正方形状表面を有する４つの並列検出器を
備えている。検出器３０１、３０２、３０３及び３０４
の各々は、接続素子３１１、３１２、３１３及び３１４
を有しており、検出器のｐ領域に個々に接続されてい
る。１つの接触は、全ての検出器に共有で、図示されて
いないが、ｎ型基板上に形成されている。簡単にするた
めに、検出器サブアレイ３２０の接続要素以外に検出器
の接続要素が描き表されていない。

【００８２】検出器３０１、３０２、３０３及び３０４
の接続要素３１１、３１２、３１３及び３１４は、図７
の読み出しデバイスの接続要素２１１、２１２、２１３
及び２１４にそれぞれ接続されている。

【００８３】図７のスイッチ２３１が閉じられ、スイッ
チ２３２、２３３及び２３４が開かれているように、検
出器サブアレイ３２０の検出器３０１だけがバイアスさ
れ、検出器サブアレイに係合した積分キャパシタ２２２
に接続される。

【００８４】従って、図８に表されているように、検出
器がダイオードである際に、検出器サブアレイ３２０の
検出器３０１だけが活性検出表面を有する。この活性表
面３５０は、検出ダイオードの空間電荷領域に対応して
おり、検出器と拡散長ｌｄによって規定された領域とに
印加されたバイアス電圧に本質的に依存し、ダイオード
を形成する半導体のドーピングに本質的に依存する。

【００８５】検出器が、該検出器に印加されたバイアス
電圧を調節することによる、即ちバイアス手段２２５の
バイアス電圧Ｖ_pol を修正することによる、ダイオード
又は光導電体である場合に、検出器の活性表面を増加又
は減少することを可能にし、即ち、検出領域の拡張を変
更する。しかし、前記表面のサイズは、インプラントさ
れたｐ領域３１０のサイズに本質的に依存する。

【００８６】図８に表されているように、活性表面は、
検出器及び「overhangs 」の隣合う検出器の寸法よりも
大きい寸法を有する。

【００８７】しかし、検出器３０１に最も近く隣合う検
出器として、即ち検出器３０２及び３０４が、バイアス
され又は読み出し回路に接続されることもなく、diapho
ty現象は回避される。

【００８８】特に、様々なモザイク及び読み出しデバイ
スにおいて、積分及び読み出しは、表１によって表され
るシーケンスに従って生じる。

【００８９】表１シーケンス動作検出器スイッチオーダ２３１２３２２３３２３４１積分検出器３０１ＦＯＯＯ読み出し検出器３０１ＯＯＯＯ２積分検出器３０２ＯＦＯＯ読み出し検出器３０２ＯＯＯＯ３積分検出器３０３ＯＯＦＯ読み出し検出器３０４ＯＯＯＯ４積分検出器３０４ＯＯＯＦ読み出し検出器３０４ＯＯＯＯ

【００９０】表１において、アルファベットＯ及びＦは
それぞれ閉スイッチ及び開スイッチを示している。

【００９１】この特別の実施形態において、検出器サブ
アレイの検出器は、検出器サブアレイに係合する読み出
しデバイスの領域のサブグループの積分キャパシタに同
じシーケンスに従って接続される。

【００９２】従って、モザイク３００において、異なる
検出器サブアレイの部分を全て形成する特定数の検出器
は、シーケンスオーダ１、他のオーダ２等を活性する。

【００９３】図８において、例えば、全ての検出器３０
２は、同時に活性され、全ての検出器３０３は、順番に
検出器３０１及び３０４を同時に活性される。

【００９４】シーケンスオーダがこのように確立された
際に、所与の検出器サブアレイの所与の検出器は、同一
検出器サブアレイ又は他の検出器サブアレイの最も近く
隣合う検出器によって囲まれているが、連続的に異なる
活性順序を有する。

【００９５】例えば、シーケンスのオーダ１（奇数）で
活性された検出器３０１は、２つの検出器３０４及び２
つの検出器３０２によって囲まれており、表１のシーケ
ンスのオーダ２（偶数）及び４でそれぞれ活性化される
最も近く隣り合う検出器を形成する。

【００９６】図９は、ハイブリッド構造の放射線検出器
システムをかなり概略的に表わしている。図７又は図８
の要素と同一又は類似の図９の要素は、参照番号が前述
で説明されているものと、同一の参照番号を付けてい
る。

【００９７】図９のシステムは、第１の導電型、例えば
ｎ型の半導体材料である第１の基板３００ａを備えてお
り、第２の導電型、例えばｐ型の領域３１０のインプラ
ンテーションによって複数の検出器３０１及び３０２が
形成される。

【００９８】第２の基板２００は、図７による読み出し
デバイスを有する。簡単にするために、接続要素２１
１、２１２、２１３及び２１４に接続された単一読み出
し回路が表されている。この読み出し回路は、図に明ら
かにされている検出器３０１及び３０２の部分を形成す
る検出器サブアレイに対応する。

【００９９】第１の基板３００ａの検出器３０１及び３
０２の接続要素３１１及び３１２は、可融性材料のビー
ズ４００によって第２の基板の接続要素２１１及び２１
２に接続される。

【０１００】図に表されていないが、他方で、基板３０
０ａの各検出器を、その部分を形成する検出器サブアレ
イに係合する読み出し回路のそれぞれに接続するように
可融性材料のビーズである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の読み出しデバイスの部分的な概略図であ
る。

【図２】図１のデバイス用の直接注入する従来の読み出
し回路を実現するための配線図である。

【図３】図１のデバイス用の直接注入する従来の読み出
し回路を実現するための配線図である。

【図４】図１のデバイス用の従来の電圧フォロー読み出
し回路を実現するための配線図である。

【図５】図１のデバイス用の従来の電圧フォロー読み出
し回路を実現するための配線図である。

【図６】図１のデバイス用の従来の演算増幅器読み出し
回路を実現するための配線図である。

【図７】本発明による読み出しデバイスの部分的で概略
的な平面図である。

【図８】図７の読み出しデバイスに係合する検出器のモ
ザイクの検出表面の部分的で概略的な平面図である。

【図９】本発明による検出システムを説明する簡単で概
略的な斜視図である。

【符号の説明】

１読み出しデバイス１０、２０、３０、４０読み出し回路のセル１２、２２、３２、４２、２３１、２３２スイッチ１３、２３、３３、４３、２１１、２１２、２１３、２
１４、３１１、３１２、３１３、３１４接続要素１４、２４、３４、４４積分キャパシタ１５、２５、３５、４５増幅器１１０検出ダイオード１１１キャパシタ１１２積分キャパシタ１１４ＭＯＳトランジスタ１１６マルチプレクサ又は増幅器１１８スイッチ１２０フィードバック増幅器１２２トランジスタ１２４ゲートキャパシタ１２６負荷抵抗１２８演算増幅器２００、３００検出器のモザイク２０１、２０２、２０３、２０４、３０１、３０２、３
０３、３０４放射線検出器２２０、３２０検出器サブアレイ２２２キャパシタ２２４、２２５読み出し回路２２９バイアス手段２３１、２３２、２３３、２３４制御可能スイッチ３００検出器のモザイク３００ａ基板３１０領域３５０活性表面４００可融性ビーズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各々が読み出し回路（２２４、２２５）
に接続されている、積分キャパシタとして公知の複数の
キャパシタ（２２２）を有しており、検出器のモザイク
（３００）として配列された放射線検出器アレイ（３０
１、３０２、３０３、３０４）用の読み出しデバイスに
おいて、各積分キャパシタ（２２２）は、前記モザイクのいくつ
かの検出器のサブアレイ（３２０）にそれぞれ係合して
おり、前記読み出しデバイスは、前記検出器の検出信号
を集めるために前記検出器サブアレイに係合する前記積
分キャパシタ（２２２）にそれぞれ各検出器アレイ（３
２０）の各検出器（３０１、３０２、３０３、３０４）
を連続的に接続するための複数の制御可能スイッチ（２
３１、２３２、２３３、２３４）を更に備えており、前
記読み出しデバイスは、前記検出器のモザイクの最も近
く隣合う検出器の検出信号の同時積分及び同時読み出し
を除くシーケンスオーダに従って各検出器サブアレイに
係合するスイッチの開閉を制御するための手段（２２
６）を備えていることを特徴とする読み出しデバイス。
【請求項２】各検出器サブアレイ（３２０）は、同数
の検出器を有することを特徴とする請求項１に記載のデ
バイス。
【請求項３】各検出器サブアレイ（３２０）は、３個
から９個の間の数の検出器を有することを特徴とする請
求項２に記載のデバイス。
【請求項４】各検出器サブアレイ（３２０）の前記検
出器（３０１、３０２、３０３、３０４）は、前記検出
器のモザイクにおいてグループ化されていることを特徴
とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】各検出器サブアレイ（３２０）は、正方
形の検出器を形成するために隣り合って配置された正方
形状活性表面を有する４つの検出器を有することを特徴
とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】各読み出し回路は、対応する制御可能ス
イッチを閉じることによって前記積分キャパシタに接続
される検出器サブアレイの各検出器を連続的にバイアス
するためのバイアス手段（２２５）を有することを特徴
とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】前記検出器（３０１、３０２、３０３、
３０４）は量子検出器であり、バイアス手段（２２５）
は、各検出器の検出領域の拡張を変更するために調節可
能なバイアス電圧を検出器（３０１、３０２、３０３、
３０４）に印加することができることを特徴とする請求
項１に記載のデバイス。
【請求項８】請求項１に記載の前記読み出しデバイス
に、検出器アレイ及び読み出しデバイスを備えているこ
とを特徴とする請求項１に記載の放射線検出システム。
【請求項９】前記検出器アレイの前記検出器をその上
に配置した第１の基板（３００ａ）と、前記読み出しデ
バイスを有する第２の基板（２００）とを備えており、
該第１及び第２の基板は、可融性材料のビーズ（４０
０）によってハイブリッドシステムを形成するように接
続されていることを特徴とする請求項８に記載の検出シ
ステム。
【請求項１０】前記読み出しデバイス及び前記検出器
のモザイク（３００）は、モノリシックなアセンブリを
形成することを特徴とする請求項８に記載の検出システ
ム。