KR20160010552A - 이미징 검출기 - Google Patents

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KR20160010552A
KR20160010552A KR1020157035556A KR20157035556A KR20160010552A KR 20160010552 A KR20160010552 A KR 20160010552A KR 1020157035556 A KR1020157035556 A KR 1020157035556A KR 20157035556 A KR20157035556 A KR 20157035556A KR 20160010552 A KR20160010552 A KR 20160010552A
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마크 앤토니 챠포
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

실리콘 이미징 검출기 타일(216)은 각각 광-트랜지스터(406)를 갖는 복수의 검출기 픽셀들(304)을 포함하는 실리콘 광-센서 층(302)과, 상기 복수의 광-트랜지스터의 각각에 대해 전류-대-주파수 변환기 및 바이어스 제어 소자(404)를 포함하는, 상기 실리콘 광-센서 층에 연결된, 실리콘 전자장치 층(314)을 포함한다. 방법은 이미징 검출기의 실리콘 광-센서 층의 검출기 픽셀의 광-트랜지스터로 암 전류를 감지하고, 바이어스 제어 소자로, 상기 실리콘 광-센서 층에 결합된 실리콘 전자장치 층의 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양을 조정하고, 상기 전류-대-주파수 변환기로 상기 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양을 변환하는 것을 포함한다.

Description

이미징 검출기{IMAGING DETECTOR}
본 발명은 일반적으로 이미징 검출기에 관한 것이며, 특히 광-트랜지스터 기반의 검출기 픽셀 및 전류-대-주파수 변환기에 대한 바이어스로서 광-트랜지스터 암 전류를 활용하는 전자 장치를 포함하는 실리콘 검출기 타일을 갖는 이미징 검출기에 관한 것이다. 상기 광-트랜지스터에 의해 발생된 신호들은 컴퓨터 단층촬영(CT: computed tomography)과 관련하여 기술되는 검출기 내의 디지털 신호들로 변환된다.
CT 스캐너는 광-다이오드 기반의 검출기 픽셀들의 어레이 및 아날로그-대-디지털(A/D) 변환을 갖는 각각의 검출기 픽셀에 대한 프로세싱 전자장치를 갖는 검출 시스템을 포함한다. A/D 변환기는 검출기 픽셀 상에 입사되는 포톤들의 입력을 나타내는 펄스 주파수를 갖는 일련의 펄스들 발생하는 전류-대-주파수(I/F) 변환기로서 사용된다. 그러한 변환기의 예들은 브레토 등에 의해 2001년 11월 7일 출원되고, 발명의 명칭이 "컴퓨터 단층촬영을 위한 데이터 습득"인 미국 특허 6,671,345 B2과, 메디컬 이미징 2006: 메디컬 이미징의 물리학 Vol.6142, PP.275-286(2006)에서 루타 등에 의한 "멀티슬라이스 CT를 위한 새로운 2D-타일링된 검출기에 기재된다.
도 1은 프로세싱 전자장치(102)가 I/F 컨버터로서 사용된 A/D 컨버터(104)를 포함하는 예를 도시한다. A/D 컨버터(104)는 적분기(106)(본 예에 있어서는, 증폭기(108) 및 적분 커패시터(110)) 및 비교기(112)를 포함한다. 적분기(106)는, 각각의 적분 주기에서, 광-다이오드 기반 검출기 픽셀(116)의 신틸레이터에 영향을 주는 방사선(118)에 응답하여 광-다이오드 기반 검출기 픽셀(116)에 의해 생성된 전류 "I"(114)을 적분한다. 비교기(112)는 상기 적분기(106)의 출력을 사전 설정 임계치(TH)(120)와 비교하여, 상기 출력이 상기 임계치(120)를 충족할 때에만 펄스를 생성한다. 리셋 스위치(122)는 펄스 생성에 응답하여 상기 적분기(106)를 리셋한다.
도 1에서, 디지털 로직(124)이 상기 리셋 스위치(122)를 제어하여, 상기 적분기(106)를 리셋하도록 상기 리셋 스위치(122)를 폐쇄하고 상기 리셋 스위치(122)를 개방한다. 상기 디지털 로직(124)은 또한 상기 비교기(112)의 출력을 처리한다. 한 예로서, 이러한 것은 상기 비교기(112)에 의해 출력된 펄스들의 수를 카운팅하고, 적분 주기의 첫 번째 펄스로부터 상기 적분 주기의 마지막 펄스까지의 시간을 결정하는 것을 포함한다. 이러한 데이터로부터, 디지털 로직 유닛(124)은 펄스의 주파수를 나타내는 출력 신호를 발생할 수 있으며(예컨대, 적분 주기에서의 펄스들의 수 / 상기 적분 주기에서의 첫 번째 및 마지막 펄스들 사이의 시간), 이는 검출된 방사선의 시간 단위 당 전류 또는 전하를 나타낸다.
상기 적분기(106)는 또한, 각각의 적분 주기에서, 바이어스 전류 소스(126)에 의해 입력된 상기 적분기(106)로 공급되는 바이어스 전류를 적분한다. 상기 바이어스 전류는, 적어도 하나의 펄스가 각각의 적분 주기에서 발생하는 것(즉, 어떠한 검출된 포톤들이 없는 상태에서, 검출기 픽셀로부터의 신호)을 보장하는데 요구되며, 따라서 주파수는 A/D 변환기(104)에 의해 결정될 수 있게 된다. 하지만, 전류 소스(120)는 상기 A/D 변환기(104)의 입력에 전자 노이즈를 도입하여, 상기 전류 소스(120)가 없는 구성에 비해 노이즈 플로어(noise floor)를 증가시킬 수 있으며, 그에 따라, 낮은 도즈 스캐닝 어플리케이션들에 대한 도즈 레벨들의 하한(lower level of dose levels)을 상기 노이즈 플로어 이상의 신호들이 되는 도즈 레벨들로 상승시키게 된다.
CT 검출기들의 종래 기술의 현재 상태에서는, 광-트랜지스터들은, 온도와 누적된 방사선 도즈로 전자장치 노이즈 및 변화의 암 전류 제한으로 인해 사용되지 않는다.
본 명세서에 기술된 양태들은 상기 참조된 문제들 및/또는 다른 문제들을 다룬다.
다음은 광-트랜지스터 기반의 검출기 픽셀들 및 광-트랜지스터들에 의해 생성된 전류 신호들을 디지털 신호들로 변환하는 전류-대-주파수(I/F) 변환기들을 바이어스하도록, 엑스레이 방사선이 없을 때, 상기 광-트랜지스터들에 의해 생성된 암 전류(dark (electrical) current)를 활용하는 바이어스 제어 소자를 포함하는 이미징 검출기를 기술한다. 광-트랜지스터의 내재하는 이득은 신호 대 잡음비(SNR)를 개선하며, 한편 암 전류를 I/F 컨버터 바이어스 전류로서 활용하는 것은 상기 바이어스 전류를 생성하기 위해 전류 소스(current source)를 사용하는 것과 동일하게 상기 전자 노이즈 레벨을 유지한다. 그러한 이미징 검출기는 적어도 광-트랜지스터의 내재하는 이득에 기인하여 낮은 도즈 이미징 어플리케이션들에 아주 적합하다. 추가적으로, 상기 광-트랜지스터는, 상기 검출기의 전자장치 부분에 포함된 적절한 회로와 인터페이스될 때, 포톤 카운팅 검출을 가능하게 한다.
한 양태에 있어서, 이미징 검출기는 각각 광-트랜지스터를 갖는 복수의 검출기 픽셀들을 포함하는 실리콘 광-센서 층과 상기 복수의 광-트랜지스터의 각각에 대해 전류-대-주파수 변환기 및 바이어스 제어 소자를 포함하는, 실리콘 광-센서 층에 결합된, 실리콘 전자장치 층을 포함한다.
다른 양태에서, 방법은 엑스레이 방사선이 없을 때 이미징 검출기의 실리콘 광-센서 층의 검출기 픽셀의 광-트랜지스터로 암 전류를 감지하고, 바이어스 제어로, 상기 실리콘 광-센서 층에 연결된 실리콘 전자장치 층의 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양을 조정하고, 상기 전류-대-주파수 변환기로 상기 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양을 변환한다.
또 다른 양태에서, 이미징 시스템은, 방사선을 방출하는 방사선 소스, 상기 방사선을 검출하고 디지털 신호를 발생하는 검출기 어레이, 및 상기 디지털 신호를 재구성하고 볼륨 이미지 데이터(volumetric image data)를 발생하는 재구성기를 포함한다. 상기 검출기 어레이는 복수의 검출기 타일들을 포함하고, 각각의 검출기 타일은 복수의 검출기 픽셀들을 갖는 실리콘 광-센서 층을 포함하고, 각각의 검출기 타일은 광-트랜지스터와, 상기 실리콘 광-센서 층에 연결되어 상기 복수의 광-트랜지스터의 각각에 대해 전류-대-주파수 변환기 및 바이어스 제어 소자를 포함하는 실리콘 전자장치 층을 포함한다. 상기 전류-대-주파수 변환기는 상기 광-트랜지스터로부터의 신호를 디지털 신호로 변환한다.
본 발명은 다양한 구성요소들 및 구성요소들의 배열과, 다양한 단계들 및 단계들의 배열들을 형성할 수 있다. 첨부된 도면은 적절한 실시예들을 설명할 목적을 위한 것이며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 1은 광-다이오드 기반의 검출기 픽셀, I/F 컨버터를 갖는 프로세싱 일렉트로닉스, 및 상기 I/F 컨버터에 대한 바이어스 전류를 발생하는 전류 소스를 포함하는 종래 기술의 이미징 검출기를 구성적으로 도시하는 도면.
도 2는 광-트랜지스터 기반의 검출기 픽셀들 및 프로세싱 전자장치의 대응하는 I/F 컨버터들을 바이어스하도록 광-트랜지스터들의 암 전류를 활용하는 프로세싱 전자장치를 갖는 광-트랜지스터 어레이들을 포함하는 검출기를 갖는 예시적인 이미징 시스템을 구성적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2의 검출기 타일의 예를 구성적으로 도시한 도면.
도 4는 실리콘 프로세싱 전자장치 층 내에 바이어스 제어 로직을 갖는 도 3의 검출기 타일의 단일 검출기 픽셀/프로세싱 전자장치 쌍을 구성적으로 도시한 도면.
도 5는 도 4의 검출기 타일의 광-트랜지스터를 나타내는 예시적인 전자 회로 구성을 구성적으로 도시한 도면.
도 6은 트레이스들을 통해 전기적으로 접속된, 도 5의 광-트랜지스터를 나타내는, 예시적인 반도체들을 구성적으로 도시한 도면.
도 7은 결합되거나 함께 형성된, 도 5의 광-트랜지스터를 나타내는, 예시적인 반도체들을 구성적으로 도시한 도면.
도 8은 도 5의 광-트랜지스터가 단일 반도체 소자인 예시적인 반도체들을 구성적으로 도시한 도면.
도 9는 실리콘 광-센서 층 내에 열 센서를 포함하는, 도 3의 검출기 타일의 단일 검출기 픽셀/프로세싱 전자장치 쌍의 변형을 구성적으로 도시한 도면.
도 10은 실리콘 광-센서 층 내에 방사선 도즈 센서를 포함하는, 도 3의 검출기 타일의 단일 검출기 픽셀/프로세싱 전자장치 쌍의 변형을 구성적으로 도시한 도면.
도 11은 바이어스 제어 로직이 광-트랜지스터의 베이스 전류를 제어하는, 도 3의 검출기 타일의 단일 검출기 픽셀/프로세싱 전자장치 쌍의 변형을 구성적으로 도시한 도면.
도 12는 실리콘 광-센서 내에 광-다이오드와 광-트랜지스터 모두를 갖는, 도 3의 검출기 타일의 단일 검출기 픽셀/프로세싱 전자장치 쌍의 변형을 구성적으로 도시한 도면.
도 13은 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 예시적인 방법을 도시하는 도면.
도 2는 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캐너와 같은 이미징 시스템(200)을 도시한다. 상기 이미징 시스템(200)은 일반적인 고정 갠트리(generally stationary gantry)(202) 및 회전 갠트리(204)를 포함한다. 상기 회전 갠트리(204)는 상기 고정 갠트리(202)에 의해 회전 가능하게 지지되며, 길이 방향 또는 z-축에 대해 검사 영역(206) 둘레를 회전한다. 엑스레이 튜브와 같은 방사선 소스(208)가 상기 회전 갠트리(204)에 의해 지지되고, 상기 검사 영역(206)을 가로지르는 방사선을 방출한다.
방사선 감지 검출기 어레이(210)는 상기 검사 영역(206)을 가로지르는 상기 방사선 소스(208)에 대향하는 각 아크(angular arc)에 대한다(subtend). 도시된 실시예에서, 상기 방사선 감지 검출기 어레이(210)는 상기 z-축을 가로지르는 방향을 따라 서로에 대해 배열된 복수의 검출기 모듈들(214)을 포함한다. 검출기 모듈(214)은 z-축을 따라 서로에 대해 배열된 복수의 실리콘 검출기 타일들(216)을 포함한다. 각각의 실리콘 검출기 타일(216)은 상기 검사 영역(206)을 가로지르는 방사선을 검출하며, 이를 나타내는 전기 신호들을 발생한다.
하기에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 각각의 타일은, 각 타일에 대해 광-트랜지스터 어레이(PTA)를 형성하는 복수의 광-트랜지스터 기반의 검출기 픽셀들과 전류-대-주파수(I/F) 변환기(도 1과 관련하여 기술된 I/F 변환기와 유사)를 갖는 프로세싱 전자장치와 각 광-트랜지스터에 대한 바이어스 제어 소자를 포함하며, 상기 바이어스 제어 소자는 상기 I/F 변환기에 의해 주파수가 결정될 수 있도록 하기 위해 적어도 하나의 펄스가 각각의 적분 주기 내에서 발생하게 상기 I/F 변환기를 바이어스하도록 엑스레이 방사선의 부재시 상기 광-트랜지스터에 의해 생성된 암 전류(dark (electrical) current)를 활용한다.
재구성기(228)가 상기 실리콘 검출기 타일(216)로부터의 신호들을 재구성하며, 이를 나타내는 볼륨 이미지 데이터를 발생한다. 이미지 프로세서 등이 상기 이미지 데이터에 기초하여 하나 이상의 이미지들을 발생할 수 있다. 컴퓨팅 시스템 또는 다른 컴퓨터가 오퍼레이터 콘솔(230)의 역할을 담당한다. 상기 콘솔(230)에 있는 소프트웨어는 오퍼레이터가 상기 시스템(200)의 동작을 제어할 수 있게 한다. 침상과 같은 환자 지지대(232)가 검사 영역(206)에 있는 환자와 같은 대상이나 피험자를 지지한다.
이후, 실리콘 검출기 타일(216)의 비-제한적 예를 기술한다.
일례로서, 상기 검출기 타일(216)은 챕포(Shappo) 등에 의해 2001년 7월 28일 제출된 제목이 "고체 X-방사선 검출기 모듈들과 그 모자이크 및 이미징 방법과 이를 활용하는 장치"인 미국 특허 6,510,195 B1에 기술된 검출기 타일과 실질적으로 유사 및/또는 이에 기초하며, 이는 그 전체로서 참고로 본 명세서에 포함되어 있다. 상기한 것에 기초한 및/또는 그와의 조합을 포함하는 다른 검출기 어레이 장치도 역시 본 명세서에서 고려된다. 도 3은 상기 실리콘 검출기 타일(216)의 예를 도시한다.
도 3에서, 실리콘 검출기 타일(216)은 실리콘 광-센서 층(302)을 포함하고, 상기 실리콘 광-센서 층(302)은 실리콘 광-센서 층(302)의 제 1 측(308) 상에 복수의 감광성 영역들(304)을 포함한다. 도시된 실리콘 광-센서 층(302)은 감광성 영역들(304)을 상기 광-센서(302)의 제 2 반대 측(310) 상에 위치된 본딩 패드 등(도시되지 않음)에 상호 접속하는 전극들(도시되지 않음)을 갖는 후면 조사식 광-센서(back-illuminating photosensor)가 된다. 변형으로서, 상기 광-센서(302)는 상기 제 1 측(308)으로부터의 신호들을 상기 반대 측(310) 상의 패드들로 루팅하는 바이어스(vias)를 갖는 전면 조사식 광-센서가 될 수 있다.
상기 실리콘 검출기 타일(216)은 또한 신틸레이터 층(scintillator layer)(312)을 포함한다. 상기 신틸레이터 층(312)은 단일 층이 되거나 또는 복수의 신틸레이터 픽셀들(픽셀로 나누어짐)을 포함할 수 있다. 후자의 예에서, 상기 신틸레이터 층(312)은 신틸레이터 픽셀과 감광성 영역(304) 사이에 일 대 일 관계로 복수의 감광성 영역들에 대응하는 복수의 신틸레이터 픽셀들을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 상이한 신틸레이터 픽셀들이 상기 감광성 영역들(304)의 상이한 서브-그룹들에 대응할 수 있다. 상기 신틸레이터 층(312)은 상기 실리콘 광-센서(218)에 광학적으로 연결될 수 있다.
상기 실리콘 검출기 타일(216)은 또한 전자장치 영역들(316)을 갖는 실리콘 전자장치 층 또는 기판(314)을 포함할 수 있다. 상기 전자장치 영역들(316)은 상기 감광성 영역들(304)의 본딩 패드들에 전기적으로 연결된다. 도 4는 감광성 영역(304)/전자장치 영역(316) 쌍을 도시한다. 상기 전자장치 영역(316)은 프로세싱 전자장치(402) 및 바이어스 제어 소자(404)를 포함한다. 본 명세서에서 기술되는 바와 같이, 상기 프로세싱 전자장치(402)는 도 1과 관련하여 기술된 것과 실질적으로 유사한 및/또는 그렇지 않을 수 있는 I/F 컨버터로서 사용되는 A/D 컨버터를 포함할 수 있다.
도시된 감광성 영역들(304)은 도 4에 도시된 광-트랜지스터(406)를 포함한다. 집합적으로, 각각의 타일(216)의 광-트랜지스터들(406)은 본 명세서에서 광-트랜지스터 어레이(PTA)로서 참조된다. 상기 광-트랜지스터(406)는 컬렉터(408), 베이스(410), 및 상기 프로세싱 전자장치(402)의 입력 단자와 전기적으로 통신하는 이미터(412)를 포함한다. 엑스레이 방사선이 상기 신틸레이터(312)(도 3)에 입사될 때, 그에 응답하여 상기 신틸레이터(312)에 의해 생성되고 상기 방사선의 에너지를 나타내는 광(light)이 상기 베이스(410)를 구동하고, 상기 이미터 전류는 증폭된 베이스 전류이다.
일반적으로, 각각의 광-트랜지스터(406)는, 동일한 광의 양 및 적용된 바이어스 전압이 보다 큰 양의 출력 전류를 생성한다는 점에서 내장된 전류 증폭기를 갖는 광-다이오드로서 생각될 수 있다. 엑스레이 방사선이 없는 경우, 누설 전류가 베이스(410)를 구동하고, 이미터 전류가 암 전류(dark (electrical) current)로 될 수 있다. 바이어스 제어 소자(404)는 프로세싱 전자장치(402)로 전송된 또는 공급된 암 전류의 양을 조정한다. 한 예에서, 이러한 것은, I/F 변환기에 의해 주파수가 결정되도록 위해 적어도 하나의 펄스가 각각의 적분 주기 내에서 발생하도록, 충분한 암 전류를 허용하는 것을 포함한다.
상기 I/F 변환기 바이어스 전류로서 상기 프로세싱 전자장치(402)에 어느 정도의 암 전류가 공급되는지를 제어하는 다양한 접근법들이 활용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 비-제한적인 예에 있어서, 바이어스 제어 소자(404)는 어느 정도의 암 전류가 상기 프로세싱 전자장치(402)에 공급되는지를 제어하기 위해 가변적인 전류 싱크(sink)를 활용할 수 있다. 예시적인 실례에서, 프로그램가능한 레지스터(414)가 상기 프로세싱 전자장치(402)에 대해 원하는 바이어스 전류를 나타내도록 설정될 수 있는 비트들을 포함하며, 상기 바이어스 제어 소자(404)는 상기 레지스터를 활용하여 암 전류를 조정한다.
그와 같이 암 전류를 활용함으로써, I/F 변환기에 대해 바이어스 전류를 생성하는데 사용된 도 1의 전류 소스(126)가 생략될 수 있다. 그와 같이, 전류 소스(126)가 존재하였다면 존재하였을 상기 전류 소스(126)에 의해 생성된 전자 노이즈가 PTA 암 전류와 연관된 노이즈로 교환되며, 그에 따라 상기 PTA가 어떠한 전자 노이즈의 증가없이도 상기 광-다이오드 검출기를 대체할 수 있도록 한다.
도 5 내지 도 8은 광-트랜지스터가 트랜지스터 이득을 갖는 광-다이오드를 포함하는 방법의 진행을 보여준다. 도 5는 도 4의 광-트랜지스터(406)의 전기 구성적 표현을 도시하며, 도 6, 7 및 8은 도 4의 광-트랜지스터(406)의 반도체 재료에 기초한 표현들을 도시한다.
도 5에서, 상기 광-트랜지스터(406)는 트랜지스터(502)(컬렉터(504), 베이스(506) 및 이미터(508)를 포함) 및 광-다이오드(510)(캐소드(512) 및 애노드(514)를 포함)를 포함한다. 상기 광-다이오드(510)의 캐소드(512)는 상기 트랜지스터(502)의 컬렉터(504)에 전기적으로 접속되고, 상기 광-다이오드(510)의 애노드(514)는 상기 트랜지스터(502)의 이미터(508)에 전기적으로 접속된다. (입사되는 엑스레이 방사선에 응답하여 신틸레이터(312)에 의해 생성된 및/또는 주변 광인) 광(516)은 광-다이오드(510)를 구동하여, 상기 베이스(506)를 구동하고, 그에 따라 상기 트랜지스터(502)를 구동한다. 상기 트랜지스터 (즉, 이미터) 전류(IT)는 βID이며, 여기서 ID는 광-다이오드 전류이고, β는 트랜지스터의 공통-이미터 이득이다.
도 6에서, 상기 광-트랜지스터(502)는 제 1 반도체(602)를 통해 표현되고, 상기 제 1 반도체는 제 1 N-형 반도체 재료(604)(컬렉터를 나타냄), P-형 반도체 재료(606)(베이스를 나타냄), 및 제 2 N-형 반도체 재료(608)(이미터를 나타냄)를 포함한다. 상기 광-다이오드(510)는 제 2 반도체(610)를 통해 표현되고, 상기 제 2 반도체는 N-형 반도체 재료(612)(캐소드를 나타냄) 및 P-형 반도체 재료(614)(애노드를 나타냄)를 포함한다. 상기 캐소드(612)는 상기 실리콘에서 제 1 전기적 트레이스(616)를 통해 상기 컬렉터(604)에 전기적으로 접속되고, 상기 애노드(614)는 상기 실리콘에서 제 2 전기적 트레이스(618)를 통해 상기 베이스(606)에 전기적으로 접속된다.
도 7은 도 6의 변형을 도시하며, 여기에서, 도 6의 제 1 반도체(602) 및 제 2 반도체(610)는 단일 반도체(702)로 합쳐져, 본딩되고 및/또는 결합된다.
도 8은 도 6 및 도 7의 대체 표현이며, 여기에서, 단일 반도체(800)는 제 1 N-형 반도체 재료(802)(컬렉터(604) 및 캐소드(612)의 양쪽 모두를 나타냄), P-형 반도체 재료(804)(베이스(606) 및 애노드(614)의 양쪽 모두를 나타냄), 및 제 2 N-형 반도체 재료(608)(이미터(608)를 나타냄)를 포함한다. 이러한 구성에서, 컬렉터-베이스 접합은 광-다이오드와 같이 동작하고, 검출되는 광의 양을 증가시키는 기하학 구조로 구성될 수 있다. 상기 광은 상기 접합 양단에 증가된 역 누설 전류를 일으키며, 이러한 역 누설 전류는 상기 베이스에 공급되는 전류와 동일한 효과를 갖는다.
다음에는 변형들이 기술된다.
상기 광-트랜지스터(406)에 의해 생성된 암 전류는 실리콘 검출기 타일(126)의 적어도 온도의 함수가 된다. 도 9에 도시된 변형에 있어서, 광-센서 영역(304)은 또한 적어도 하나의 온도 센서(902)를 포함한다. 한 예에서, 적어도 하나의 온도 센서(902)는 광-센서 층(302)의 실리콘에 내장되거나 및/또는 그 일부가 된다. 실리콘 검출기 타일(126)은 (도시된 바와 같이) 광-센서 영역(304) 내에, 상기 광-센서 층(302)의 비-감광성 영역에, 적어도 두 개의 광-센서 영역들(304) 사이에 및/또는 이에 겹쳐지게 하나 이상의 상기 온도 센서들(902)을 포함할 수 있다.
이러한 것은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들면, 하나의 비-제한적인 예로서, 적어도 하나의 온도 센서(902)가 루타(Luhta) 등에 의해 2010년 8월 10일자로 출원된, 제목이 "이미징 검출기 온도 제어"인 미국 출원 일련 번호 12/853,349에 기술된 바와 같이 실행되며, 그 전체가 본 명세서에 포함되어 있다. 상기 적어도 하나의 온도 센서(902)는 감지된 온도를 상기 바이어스 제어 소자(404)에 전달하며, 현재 암 전류의 양을 추정하고 그에 기초하여 상기 I/F 변환기에 공급된 암 전류의 양을 제어하도록 온도와 암 전류 사이에 미리 결정된 맵핑을 활용한다. 이 또한 상기 전자장치(316)에 내장될 수 있다.
상기 광-트랜지스터(406)에 의해 생성된 암 전류는 또한 상기 실리콘 검출기 타일(216)에 디파짓된(deposited) 누적된 방사선 도즈에 따라 변화할 수 있다. 도 10에 도시된 변형에 있어서, 상기 광-센서 영역(304)은 또한 적어도 하나의 방사선 도즈 센서(1002)를 포함한다. 한 예에서, 상기 적어도 하나의 방사선 도즈 센서(1002)는 상기 광-센서(302)의 실리콘에 내장되거나 및/또는 그 일부가 된다. 그 또한 상기 전자장치(316)에 내장될 수도 있다. 실리콘 검출기 타일(216)은 (도시된 바와 같이) 광-센서 영역(304) 내에, 광-센서 층(302)의 비-감광성 영역에, 적어도 두 개의 광-센서 영역들(304) 사이에 및/또는 이에 중첩하게, 하나 이상의 상기 방사선 도즈 센서들(1002)을 포함할 수 있다.
이러한 것은 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들면, 하나의 비-제한적인 예로서, 적어도 하나의 도즈 센서(1002)가 챠포(Chappo) 등에 의해 2010년 11월 18일자로 출원된, 제목이 "방사선 도즈에 기초한 이미징 타일 파라미터 보상"인 미국 출원 일련 번호 13/510,168에 기술된 바와 같이 실행되며, 그 전체가 본 명세서에 포함되어 있다. 상기 적어도 하나의 도즈 센서(1002)는 감지된 도즈를 상기 바이어스 제어 로직(314)으로 전달하며, 현재 암 전류의 양을 추정하고 그에 기초하여 상기 I/F 변환기에 공급된 암 전류의 양을 제어하도록 도즈와 암 전류 사이의 미리 결정된 맵핑을 활용한다.
다른 변형에 있어서, 상기 실리콘 검출기 타일(216)은 상기 적어도 하나의 온도 센서(902) 및 상기 적어도 하나의 도즈 센서(1002)를 포함한다.
도 11은, 상기 바이어스 제어 로직(404)이 또한 상기 광-트랜지스터(406)의 바이어스 전류를 제어하는 변형을 도시한다. 이러한 예에서, 상기 바이어스 제어 로직(404)은, 상기 바이어스 전류가 방사선 도즈 및 온도에 대한 수정들을 포함하여 상기 I/F 변환기를 바이어스하기에 충분한 암 전류를 발생시키는 레벨에 있는 것을 보장한다.
도 12는 상기 광-센서(302)가 상기 광-트랜지스터(406) 및 광-다이오드(1202) 양쪽 모두를 포함하는 변형을 도시한다. 이 예에서, 상기 광-트랜지스터(406)의 이미터(412) 및 상기 광-다이오드(1204)의 애노드(1204)는 바이어스 제어 소자(404)와 전기적으로 통신되며, 상기 바이어스 제어 소자(404)는 스위치(1206)를 포함하고, 상기 스위치(1206)는 상기 이미터(412)와 상기 애노드(1204) 중 어느 것이 프로세싱 전자장치(402)와 전기적으로 통신하는지를 결정한다. 상기 바이어스 제어 소자(404)에 대한 입력은 상기 타일(216)이 어떤 모드에 있는지(광-다이오드 또는 광-트랜지스터)를 나타낸다. 광-다이오드(1202) 모드에 있을 때, 상기 바이어스 제어 소자(404)는 상기 프로세싱 전자장치(402)의 I/F 변환기를 바이어스하도록 전류 소스(예를 들면, 도 1의 전류 소스(126)) 등을 활용한다.
도 13은 본 명세서에서 기술된 실시예들에 따른 방법을 도시한다.
단계 1302에서, 이미징의 검출기 픽셀의 광-트랜지스터에 의해 출력된 전류를 디지털 신호로 변환하는 I/F 변환기에 대한 해당하는 미리 규정된 바이어스 전류 레벨이 얻어진다.
단계 1304에서, 상기 광-트랜지스터의 암 전류가 감지된다.
단계 1306에서, 상기 I/F 변환기로 전송된 암 전류의 양이 적어도 상기 미리 규정된 바이어스 전류 레벨에 기초하여 조정된다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 상기 I/F 변환기로 전송된 암 전류의 양은 상기 실리콘 검출기 타일(216)에 디파짓된 온도 및/또는 방사선 도즈에 기초하여 조정될 수도 있다.
단계 1308에서, 상기 I/F 변환기는 상기 광-트랜지스터의 출력을 디지털 신호로 변환하는데 사용된다.
단계 1310에서, 상기 디지털 신호는 볼륨 이미지 데이터를 발생하도록 재구성된다.
여기에서 기술된 상기 방법에서의 실행의 순서는 제한되지 않는다. 그래서, 다른 순서들이 여기서 고려될 수 있다. 추가로, 하나 이상의 실행들이 생략될 수도 있으며 및/또는 하나 이상의 추가의 실행들이 포함될 수도 있다.
본 발명은 적절한 실시예들을 참조하여 기술되었다. 앞선 상세한 설명을 읽고 이해한다면 당업자에게 수정들과 변경들의 생각이 떠오를 수도 있다. 본 발명은 그러한 모든 수정들과 변경들이 첨부된 청구범위 또는 그 등가물들의 범위 내에 있는 한 그 수정들과 변경들을 포함하도록 의도되었다.

Claims (23)

  1. 실리콘 이미징 검출기 타일(216)에 있어서:
    각각 광-트랜지스터(406)를 갖는 복수의 검출기 픽셀들(304)을 포함하는 실리콘 광-센서 층(302); 및
    상기 실리콘 광-센서 층에 결합된 실리콘 전자장치 층(314)으로서, 상기 복수의 광-트랜지스터의 각각에 대해 전류-대-주파수 변환기 및 바이어스 제어 소자(404)를 포함하는, 상기 실리콘 전자장치 층(314)을 구비하는, 실리콘 이미징 검출기 타일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광-트랜지스터의 각각은 암 전류(dark current)를 생성하고, 대응하는 바이어스 제어 소자는 대응하는 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양을 조정하는, 실리콘 이미징 검출기 타일.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 대응하는 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양은 상기 전류-대-주파수 변환기로 하여금 각각의 적분 주기 내에서 적어도 하나의 펄스를 생성하게 하여, 상기 전류-대-주파수 변환기에 의해 주파수가 결정될 수 있게 하는, 실리콘 이미징 검출기 타일.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 전류-대-주파수 변환기로 하여금 각각의 적분 주기 내에서 적어도 하나의 펄스를 생성하게 하는데 요구되는 전류 레벨의 값을 저장하는 레지스터(414)를 더 구비하며,
    상기 바이어스 제어 소자는 상기 암 전류를 조정하는 값을 사용하는, 실리콘 이미징 검출기 타일.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타일의 온도를 감지하는 실리콘 광-센서 층 내의 온도 센서(902)를 더 구비하며,
    상기 바이어스 제어 소자는 감지된 온도에 기초하여 상기 대응하는 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양을 조정하는, 실리콘 이미징 검출기 타일.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타일에 디파짓된(deposited) 방사선을 감지하는 상기 실리콘 광-센서 층 내의 방사선 센서(1002)를 더 구비하며,
    상기 바이어스 제어 소자는 감지된 온도에 기초하여 상기 대응하는 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양을 조정하는, 실리콘 이미징 검출기 타일.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이어스 제어 소자는 상기 광-트랜지스터의 베이스 전류를 제어하는, 실리콘 이미징 검출기 타일.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀들 중 적어도 하나는 광-다이오드(1204)를 더 포함하고, 상기 바이어스 제어 소자는 상기 광-다이오드 또는 상기 광-트랜지스터를 상기 전류-대-주파수 변환기에 교대로 전기적으로 접속하는, 실리콘 이미징 검출기 타일.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광-트랜지스터는 함께 접속된 적어도 두 개의 반도체들 또는 단일 반도체를 구비하는, 실리콘 이미징 검출기 타일.
  10. 엑스레이 방사선이 없을 때 이미징 검출기의 실리콘 광-센서 층의 검출기 픽셀의 광-트랜지스터로 감지하여, 암 전류를 생성하는 단계;
    바이어스 제어로, 상기 실리콘 광-센서 층에 연결된 실리콘 전자장치 층의 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양을 조정하는 단계; 및
    상기 전류-대-주파수 변환기로, 상기 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양을 변환하는 단계를 구비하는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    대응하는 전류-대-주파수 변환기에 전송된 암 전류의 양은 상기 전류-대-주파수 변환기로 하여금 각각의 적분 주기 내에서 적어도 하나의 펄스를 생성하게 하여, 상기 전류-대-주파수 변환기에 의해 주파수가 결정될 수 있게 하는, 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전류-대-주파수 변환기로 하여금 각각의 적분 주기 내에서 적어도 하나의 펄스를 생성하게 하는데 요구되는 전류 레벨을 저장하는 레지스터의 레지스터 값을 판독하는 단계; 및
    상기 레지스터 값에 기초하여 상기 암 전류를 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 검출기 타일의 온도를 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 온도에 기초하여 상기 암 전류를 더 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실리콘 검출기 타일에 디파짓된 방사선을 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 방사선에 기초하여 상기 암 전류를 더 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전류-대-주파수 변환기로 전송된 암 전류의 양을 조정하도록 상기 광-트랜지스터의 베이스 전류를 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀은 광-다이오드를 더 포함하고,
    상기 광-다이오드 또는 상기 광-트랜지스터 중 하나를 상기 전류-대-주파수 변환기에 선택적으로 접속하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 이미징 시스템(200)에 있어서:
    방사선을 방출하는 방사선 소스(208);
    복수의 검출기 타일들(216)을 포함하고 상기 방사선을 검출하는 검출기 어레이(210)로서, 각각의 검출기 타일이 광-트랜지스터(406)를 각각 포함하는 복수의 검출기 픽셀들(304)을 갖는 실리콘 광-센서 층(302)과 상기 실리콘 광-센서 층에 연결되어 상기 복수의 광-트랜지스터의 각각에 대해 전류-대-주파수 변환기 및 바이어스 제어 소자(404)를 포함하는 실리콘 전자장치 층(314)을 포함하고, 상기 전류-대-주파수 변환기는 상기 광-트랜지스터로부터의 신호를 디지털 신호로 변환하는, 상기 검출기 어레이(210); 및
    상기 디지털 신호를 재구성하여 볼륨 이미지 데이터(volumetric image data)를 발생하는 재구성기(228)를 구비하는, 이미징 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    검출기 픽셀의 광-트랜지스터가 암 전류를 생성하고, 대응하는 바이어스 제어 소자가 대응하는 전류-대-주파수 변환기로 전송된 암 전류의 양을 조정하며, 상기 대응하는 전류-대-주파수 변환기로 전송된 암 전류의 양은 상기 전류-대-주파수 변환기로 하여금 각각의 적분 주기 내에서 적어도 하나의 펄스를 생성하게 하여 상기 전류-대-주파수 변환기에 의해 주파수가 결정될 수 있게 하는, 이미징 시스템.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 타일의 온도를 감지하는 상기 실리콘 광-센서 층 내의 적어도 하나의 온도 센서(902)를 더 구비하고,
    상기 바이어스 제어 소자는 감지된 온도에 기초하여 상기 대응하는 전류-대-주파수 변환기로 전송된 암 전류의 양을 조정하는, 이미징 시스템.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타일에 디파짓된 방사선을 감지하는 상기 실리콘 광-센서 층 내의 적어도 하나의 방사선 센서(1002)를 더 구비하고,
    상기 바이어스 제어 소자는 감지된 방사선에 기초하여 상기 대응하는 전류-대-주파수 변환기로 전송된 암 전류의 양을 조정하는, 이미징 시스템.
  21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광-트랜지스터에 대한 바이어스 제어 소자는 상기 광-트랜지스터의 베이스 전류를 제어하는, 이미징 시스템.
  22. 제 17 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀들 중 적어도 하나는 또한 광-다이오드(1204)를 포함하고, 상기 바이어스 제어 소자는 상기 광-다이오드 또는 상기 광-트랜지스터를 상기 전류-대-주파수 변환기에 전기적으로 접속하고, 상기 바이어스 제어 소자는 상기 프로세싱 전자장치의 I/F 변환기를 바이어스하도록 전류 소스를 사용하는, 이미징 시스템.
  23. 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기 픽셀들은 포톤 카운팅 검출기 픽셀들인, 이미징 시스템.



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