NO320777B1

NO320777B1 - Billeddannende anordning og system, og anvendelse av disse

Info

Publication number: NO320777B1
Application number: NO19965104A
Authority: NO
Inventors: Risto Olavi Orava; Tom Gunnar Schulman; Miltiadis Evangelos Sarakinos; Konstantinos Evange Spartiotis; Jouni Ilari Pyyhtia
Original assignee: Goldpower Ltd
Priority date: 1994-06-01
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2006-01-30
Also published as: ES2123991T3; DK0763302T3; ATE288170T1; WO1995033332A2; ATE172343T1; GB9508294D0; JPH10505469A; HK1014819A1; GB2289983B; DE69505375D1; US20010001562A1; WO1995033332A3; IL113921A0; US5812191A; NO965104D0; CA2191100A1; DE69505375T2; FI964728A; US20010002844A1; US6856350B2

Description

Oppfinnelsen gjelder billeddannende anordninger og systemer, og anvendelse av disse, og særlig en billedelementdannende halvlederanordning beregnet på å brukes som en billedavføler, og et billeddannende system som utnytter den billedelementdannende halvlederanordning.

Fra tidligere kjent teknikk er det kjent to grunnleggende typer billedelementhalvlederanordninger: 1) ladningskoblede billedavfølere, også kjent som ladningskoblede anordninger (CCD - Charge Coupled Devices), og 2) pulstellende billedelementhalvlederanordninger.

I de siste 15 år eller så er CCD'er blitt benyttet som billedavfølere (se f.eks. S.M. Sze: "Physics of Semiconductor Devices", 2. utgave, 1981). Nær sagt alle tilgjengelige CCD'er er fremstilt ved utnyttelse av silisiumteknologi. Prinsippet for virkemåten av en CCD er basert på det forhold at når en passende spenning påføres via en elektrodeport, blir størstedelen av silisiumvolumet utarmet med hensyn til majoritetsbærere (f.eks. hull) og et område (utarmet område) skapes, hvor elektroner kan akkumuleres. Dette utarmede område er ensbetydende med en potensialbrønn med en dybde som er. proporsjonal med den påførte spenning. Den største ladning som så kan lagres i et CCD-billedelement avhenger av arealet under elektroden, den påførte spenning, mørke-eller lekkasjestrømmen som kommer fra størsteparten av silisiumet og som fortløpende fyller brønnen, og tykkelsen av oksydlaget mellom elektroden og silisiummassen. Disse faktorer bestemmer CCD'ens faktiske ladningslagringskapasitet.

Når elektroner akkumuleres i potensialbrønnen og behøver å bli lest ut, pulseres potensialet ved elektrodeportene og en elektronpakke lagret under en port begynner å bli klokkestyrt mot den neste port, osv. Elektronpakken forlater aldri Si-substratet og i den hensikt å avlese en lagret ladning ved en eller annen billedelementposisjon, må innholdet i alle øvrige billedelementer foran denne først leses ut på en sekvensiell måte. Mens denne prosess pågår, kan ingen ytterligere ladning akkumuleres ettersom det ville ødelegge informasjonen i ladningsinnholdet pr. billedelement og følgelig vil det ødelegge billedoppløsningen og kontrasten. Derfor er billedavføleren ikke aktiv mens utlesning pågår. Den ovenfor beskrevne prosess fordrer i det minste tre elektrodeporter pr. billedelement.

CCD'er kan brukes enten for påvisning, akkumulering og utlesning av ladning skapt fra lys og/eller stråling, eller de kan brukes bare som en utlesningsanordning for avlesning av ladningen skapt i annet påvisningsutstyr (f.eks. fotodioder). Når de brukes for påvisning av innfallende stråling såvel som for avlesning av signaler, har CCD'er en ytterligere begrensning på grunn av lav effektivitet.

Særlig ved høye energier (røntgenstråler over noen få KeV) utnyttes CCD'er sammen med lysomformende skjermer som omformer røntgenstråler til optisk lys som en CCD er mer følsom overfor. Lysspredning forverrer imidlertid oppløsningen og kontrasten.

Derfor arbeider en CCD på følgende måte:

1) Ladning akkumuleres innenfor et utarmet område skapt ved hjelp av en påført spenning. For hvert billedelement har det utarmede område en potensialbrønn-fasong og tvinger elektronene under elektrodeporten til å forbli inne i Si-masse-volumet. 2) Spenninger pulseres på elektrodeportene for å klokkestyre hver ladningspakke til volumet som tilsvarer det neste billedelement. Ladningspakken forblir hele tiden inne i Si-substratet og finner ved klokkestyring sin vei gjennom billedelement etter billedelement til en felles utgang. Mens denne prosess pågår kan ytterligere ladning ikke akkumuleres.

Som et resultat av dette er CCD'en en anordning med to vesentlige begrensninger:

1) Et dynamisk område avgjort ved kompromiss. En CCD kan typisk akkumulere 100.000 - 700.000 elektroner. Grunnen til dette begrensede dynamiske område er at potensialbrønnen fylles opp på grunn av mørkestrømmen inne i Si-volumet, idet elektrodeportoverflaten som ladningen akkumuleres under, helst er 1/3 av det samlede billedelementareal (slik at den totale ladningslagringskapasitet for billedelementet ikke utnyttes) og oksydlagtykkelsen som lagringskapasiteten også er avhengig av, må være tykk for å tåle de brå spenningspulser som behøves for utlesningen (legg merke til at jo tykkere oksydlaget er, desto mindre ladning kan

lagres i potensialbrønnen).

2) Lang uvirksom tid. Den uvirksomme tid som behøves for utlesningen er betraktelig. I mange tilfeller hindrer dette CCD'er fra å bli brukt for rask, dynamisk akkumulering av flerrammebilder.

To eksempler på systemer som utnytter CCD'er er beskrevet i patentsøknadene GB

2 249 430 og GB 2 262 383. Begge disse søknader angår måter å overvinne de indre CCD-begrensninger på.

BilledelementhaMederdetektorer omfatter et halvledersubstrat med elektroder som påfører en utarmingsspenning på hvert billedelement og bestemmer et ladningssamle-volum. Enkle bufferkretser leser ut de elektriske signaler når et foton fotoabsorberes eller når ioniserende stråling krysser den utarmede sone i halvledersubstratet. Buffer-kretsene kan enten foreligge på det samme substrat (se publikasjonen EP 0 287 197) som ladningssamlevolumene, eller på et separat substrat (se publikasjonen EP 0 571 135) som er mekanisk bundet til et substrat med lagringssamlevolumene i samsvar med f.eks. den velkjente "bump-bonding"-teknikk ("bump-bonding" er en teknikk som har vært kjent i et tiår eller mer). Sådanne billedelementdetektorer arbeider i en pulsmodus. En pulstellende modus eller ganske enkelt pulsbilleddannelse, kan realiseres ved enten å lese billedelementene fortløpende eller ved å lese billedelementene sekvensielt i høy nok takt.

I begge tilfeller er målet hver gang en ladning er tilstede som følge av en høyenergistråle eller lys, å lese den ut og behandle informasjonen. Billedelementdetektorene senker den utlesningshastighet som behøves fordi det foreligger en større segmentering og flere parallelle utlesningskanaler. De kan imidlertid ikke mestre anvendelser med høy intensitet fordi utlesningselektronikken vil strømme over eller telleevnen vil bli mettet, og derved ødelegge billedkontrasten. I noen av disse anordninger forårsaker samtidig innfallende stråler tvetydelige treff og "spøkelsestreff' som ikke kan oppløses og som forverrer oppløsningen. Selv om sådanne anordninger påviser den innfallende stråling direkte, har de begrensninger fordi virkemåten er basert på en eneste pulstellende modus og billeddannelsen er basert på telling av adskilte punkter.

På denne bakgrunn vil det forstås at alle anordninger som for tiden er tilgjengelige, har begrensninger som ikke kan løses. Særlig gjør CCD'er det mulig at ladning fra påfølg-ende treff blir akkumulert, men dette er mulig bare i en begrenset grad innenfor en potensialbrønn inne i Si-substratet, hvilket i vesentlig grad begrenser det dynamiske område. På grunn av ladningsakkumuleringsmetoden skjer dessuten ladningsutlesning-en i en tidssekvensmodus ved å klokkestyre billedelementladningsinnholdet til lagrings-enheten for nabobilledelementet (hvilket alltid er det samme Si-substrat). Inntil alle billedelementer er lest ut som en tidsrekkesekvens kan således en CCD ikke akkumulere en ny billedramme siden ytterligere innkommende stråling og/eller lys ikke vil bli registrert i et en-til-en-forhold som samsvarer med en billedelementposisjon under utlesnings-prosessen. Derfor er et begrenset dynamisk område og lange uvirksomme perioder mens billeddannelse pågår de to hovedbegrensninger ved CCD'er.

På den annen side er det blitt foreslått visse billedelementhalvlederanordninger som leser billedelementinnholdet direkte hver gang et treff påvises. Disse anordninger arbeider i enkeltpuls-tellemodus og lider av metningsproblemer ved høye telletakter. Sådanne konvensjonelle enkelttrefftellende anordninger har et meget lite dynamisk område.

Følgelig er det et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en billeddannende anordning basert på en forskjellig løsning som gjør det mulig å overvinne eller løse problemene ved tidligere kjent teknikk.

I henhold til oppfinnelsen er det således fremskaffet en billeddannende anordning for billeddannelse av høyenergistråling, som omfatter en rekke billedelementceller som har et halvledersubstrat med en rekke billedelementdetektorer som frembringer ladning som reaksjon på innfallende stråling og en tilsvarende rekke billedelementkretser som hver er tilordnet hver sin billedelementdetektor for å akkumulere ladning som stammer fra stråling som faller inn på nevnte billedelementdetektor og som er individuelt adresserbare og omfatter ladningsakkumuleringskretsløp for å akkumulere ladning fra stråling som faller inn på de respektive billedelementdetektorer, utlesningskretsløp for å lese ut akkumulert ladning fra nevnte ladningsakkumuleringskretsløp og tilbakestillingskretsløp for å tilbakestille nevnte ladningsakkumuleringskretsløp.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, slik som fra publikasjonene US 5 135

420, EP 0 300 365 og US 4 445 177, har da den billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at hver billedelementkrets som er dannet av nevnte ladningsakkumulerings-, utlesnings- og tilbakestillingskretsløp, er utformet for å utgjøre ladnings-akkumuleringskretsløp som har en kapasitans som utgjør hovedsakelig den samlede kapasitans for en sådan billedelementcelle, dannet av vedkommende billedelementdetektor og nevnte billedelementkrets, samt en kapasitansverdi og et dynamisk område som er tilstrekkelig til å lagre i det minste 1,8 millioner elektroner ved akkumulering av ladning fra flere påfølgende høyenergistrålingstreff på vedkommende billedelementdetektor, før utlesning eller tilbakestilling foretas.

Oppfinnelsen fremskaffer en billeddannende anordning som kan betegnes som en aktiv billedelementdannende halvlederanordning (ASID - Active-pixel Semiconductor Imaging Device). Utførelsesformer av en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen er særlig egnet for billeddannelse ved høyenergistråling, slik som med røntgenstråler, stråler og a-stråler ved sanntids billeddannelse. Oppfinnelsen er også anvendelig for billeddannelse ved andre typer stråling, innbefattet f.eks. lys.

En ASID er i stand til på aktiv måte å akkumulere ladning for individuelle billedelementer under bestråling. Den påviser direkte stråler som faller inn på en billedcelledetektor i halvledersubstratet og akkumulerer ladning (ved å akkumulere ladningen direkte som ladningsverdi eller ved å omforme den til en spenning eller strøm og akkumulere den resulterende spenning eller strøm) i en aktiv krets som tilsvarer billedelementcelle-detektoren. Ved å gjøre det mulig å adressere den aktive krets for hvert billedelement individuelt, dvs. uavhengig av alle øvrige billedelementkretser (f.eks. i tilfeldig eller sekvensiell rekkefølge), kan den lagrede ladning leses ut på et hvilket som helst tidspunkt under eller etter bestrålingen.

I en utførelsesform av oppfinnelsen akkumuleres derfor ladning i en ladningsakkumulerende krets (f.eks. porten for en integrert transistor eller en integrert kondensator). Det er hverken behov for eller bruk for det utarmede lag og potensialbrønnen slik som i tilfellet av en CCD. En ladningslagrende anordning, slik som porten for en FET eller en kondensator, kan optimaliseres for å dekke hovedsakelig hele billedelementkretsarealet med et oksydlag som har minimal tykkelse. Disse to faktorer gjør ladningslagrings-kapasiteten så stor som mulig, idet den f.eks. kan være to størrelsesordner større enn den for en CCD. Dessuten forstyrrer det enkelte billedelement ikke sine nabobilledelementer. Uavhengig tilgang til billedelementer gir rask, dynamisk akkumulering av billedrammer, noe som ikke er mulig med CCD'er.

En utførelsesform av oppfinnelsen kan også overvinne de tidligere begrensninger ved pulstellende billedelementanordninger ved høy telleltakt, ved at flere hundre eller tusen pulser kan akkumuleres før de leses ut. Antallet utlesningskanaler er derfor redusert uten å gjøre kompromisser med hensyn til anordningens ytelse.

Den aktive krets er fortrinnsvis plassert inntil billedelementdetektoren (enten i ett stykke med halvledersubstratet som omfatter billedelementcelledetektorene eller på et substrat bundet til dette), og har et tilstrekkelig dynamisk område til å akkumulere ladninger tilsvarende flere hundre eller tusen strålingstreff på den tilsvarende billedelementdetektor.

Utlesning fra de aktive billedelementkretser kan ordnes slik at den skjer meget raskt og uavhengig av alle øvrige billedelementkretser, og således praktisk talt uten dødtid, slik at den aktive krets og den tilhørende billedelementcelledetektor straks er klare til å fortsette akkumuleringen av strålingstreff.

Hvert påvisende element og den tilordnede aktive krets utgjør et dynamisk, aktivt billeddannende billedelement med tilfeldig tilgang og som er i stand til å akkumulere ladning (enten direkte som en ladning eller som en spennings- eller strømekvivalent) under strålingen og som er i stand til å bli avlest under eller etter bestrålingen. Innholdet i hvert billedelement overføres ikke sekvensielt til det nærliggende billedelement, men leses ut uavhengig av alle andre billedelementer. Utlesningshastigheten og graden av parallell eller sekvensiell billedbehandling for de utleste data kan optimaliseres for å passe til strålingsintensiteten og den tid som er tilgjengelig for å akkumulere en billedramme.

Følgelig kan en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen akkumulere ladning fra påfølgende strålinger eller lystreff ved å utnytte det store dynamiske område for en transistor og/eller en kondensator som er anordnet i et en-til-en-samsvar med en påvisende billedelementcelle. Mens CCD'er gjør bruk av et utarmet lag inne i et Si-substrat for å lagre ladning i en potensialbrønn, akkumulerer en ASID ladning på en port for en transistor og/eller en kondensator. En ASID vil følgelig ha et dynamisk område opptil to størrelsesordner større enn en CCD. De samme ladningsakkumulerende billedelement-kretskomponenter tillater også utlesning av hver akkumulerte ladningsverdi i et en-til-en-samsvar med det påvisende billedelement og med praktisk talt ingen dødtid under billed-rammeakkumuleringen. En ASID reduserer også begrensningene ved konvensjonelle billedelementhalvlederanordninger som arbeider i en pulstellemodus, ettersom billeddannelsen utføres direkte proporsjonalt med den samlede akkumulerte ladning og ikke med antallet strålingstreff. Mens konvensjonelle pulstellende billedelementanordninger lider av metning ved høye telletakter, kan en ASID akkumulere hundreder eller tusener av treff før den avleses. Lange ladningsakkumuleringstider (fra noen få mikrosekunder til omtrent ett sekund er mulig) minsker virkningen av tilbakestilling av billedelementkretsene. Den samlede uvirksomme tid for hver billedelementkrets utgjør således en meget liten andel av ladningsakkumuleringstiden (eller den aktive tid).

Oppfinnelsen er særlig anvendelig for anvendelser med høyintensitetsbilleddannelse. Problemene med urealistisk utlesningshastighet, tvetydige treff og "spøkelsestreff' forbundet med tidligere kjente billedelementdetektorer samt CCD-anordningers lave effektivitet, lille dynamiske område og lange uvirksomme perioder kan alle sammen overvinnes ved hjelp av utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse. Det vil imidlertid forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til anvendelser med høy energi og høy intensitet, og at utførelsesformer av oppfinnelsen også kan anvendes for anvendelser med lav energi (f.eks. ved ultrafiolette, optiske eller infrarøde bølgelengder) og anvendelser med lav intensitet (innen astronomi).

Fortrinnsvis omfatter hver billedelementkrets en ladningslagringsanordning for å akkumulere ladning, slik som en kondensator og/eller en transistor. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen akkumuleres ladning på porten for en FET, som fortrinnsvis utgjør den ene i et par FET'er koblet som et kaskadeforsterkningstrinn.

Fortrinnsvis omfatter hver billedelementkrets også kretsløp for valgbar tilbakestilling av anordningen for lagring av ladning, f.eks. etter utlesning av mulig lagret ladning. En foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter en første FET-svitsj som reagerer på et klarsignal med å koble ladningslagringsanordningen til en utgangslinje for å avgi akkumulert ladning og en andre FET-svitsj som reagerer på et tilbakestillingssignal med å jorde ladningslagringsanordningen og derved å tilbakestille ladningslagringsanordningen.

I noen anvendelser, slik som i gammakameraer og innen nukleær medisin, kan billed-elementstørrelsen være av en størrelsesorden mindre enn 1 mm i tverrmål, fortrinnsvis omtrent 350 um i tverrmål.

I andre anvendelser kan billedelementcellestørrelsen være omtrent 150 um i tverrmål, eller mindre, fortrinnsvis omtrent 50 um i tverrmål, eller mindre, og enda bedre omtrent 10 pm i tverrmål, med et substrat av en tykkelse på mellom 200 um og 3 mm.

Billedelementkretsene kan realiseres integrert med substratet og på linje med de tilhør-ende billedelementdetektorer. Alternativt kan billedelementkretsene dannes i et ytterligere substrat, idet dette ytterligere substrat innbefatter billedelementkretsene som kobles til substratet som inneholder billedelementdetektorene, idet hver billedelementkrets bringes på linje med og er koblet til den tilhørende billedelementdetektor.

I særlig foretrukne utførelser av oppfinnelsen omfatter rekken en enkelt rad billedelementdetektorer og tilhørende billedelementkretser som danner en spalteformet billeddannende anordning, eller flere rader av billedelementdetektorer og tilhørende billedelementkretser som danner en spalteformet billeddannende anordning. I en sådan utførelsesform kan billedelementkretsene for de respektive billedelementdetektorer også ordnes sideveis inntil de tilhørende billedelementdetektorer.

Et billeddannende system for den billeddannende anordning omfatter styreeleketronikk for den billeddannende anordning, som innbefatter adresselogikk for å adressere de enkelte billedelementkretser for lesing av akkumulert ladning fra billedelementkretsen og valgbart tilbakestille billedelementkretsen. Fortrinnsvis omfatter adresselogikken utstyr for å koble utgangslinjer fra billedelementkretsene til en utgang for den billeddannende anordning, utstyr for å tilføre klarsignalet for lesing, for å gjøre innganger til billedelementkretsene klar for lesing, og utstyr for å tilføre tilbakestillingssignaler, for å tilbakestille innganger til billedelementkretsene.

Utstyret for forbindelse med utgangslinjer kan omfatte et skiftregister eller en teller for sekvensielt å forbinde utgangslinjer fra billedelementkretser for de respektive kolonner av billedelementer til utgangen for den billeddannende anordning. Likeledes kan utstyret for å tilføre klarsignaler som åpner for lesning, omfatte et skiftregister eller en teller for sekvensielt å tilføre klar-for-lesning-signalet, for å åpne innganger for billedelementkretsene for lesning i de respektive rader av billedelementer, og/eller utstyret for å tilføre tilbakestillingssignalet kan omfatte et skiftregister eller en teller for sekvensielt å tilføre tilbakestillingssignalet, for derved å tilbakestille innganger for billedelementkretsene i vedkommende rader av billedelementer.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter således adresselogikken et første skiftregister for sekvensielt å forbinde utgangslinjer fra billedelementkretsene i de respektive kolonner av billedelementer til en utgang for den billeddannende anordning, et andre skiftregister for sekvensielt å tilføre klarsignaler for lesning for å åpne innganger for billedelementkretser i de respektive rader av billedelementer for lesning, samt et tredje skiftregister for sekvensielt å tilføre tilbakestillingssignaler, for å stille innganger for billedelementkretser i de respektive rader av billedelementer tilbake. I en annen foretrukket utførelse kan de samme styresignaler implementeres med en teller som frembringer rad- og kolonneadresser, som dekodes for å avgi valg-, tilbakestillings-, og klar-for-lesning-signaler. Styreelektronikken kan inneholde en analog-til-digitai omformer (ADC - Analogue to Digital Converter) for å omforme ladningen lest ut fra en billedelementkrets til en digital ladningsverdi.

I det minste en del av styreelektronikken kan være integrert på halvledersubstratet som billedelementkretsene er dannet på.

Fortrinnsvis omfatter det billeddannende system en billedbehandler forbundet med styreelektronikken for å behandle de digitale ladningsverdier fra de respektive billedelementkretser og danne et bilde for fremvisning på en fremviseranordning.

For å optimalisere fremvisningen av innfangede bilder bestemmer behandlingsenheten den største og minste ladningsverdi av billedelementene for fremviseren, tilordner de ytterste gråtone- eller fargeskalaverdier til den største og minste ladningsverdi og tildeler gråtone- eller fargeskalaverdier til det enkelte billedelement i samsvar med en glideskala mellom ytterverdiene avhengig av billedelementets ladningsverdi.

Gråtone- eller fargeverdiene tilordnes fortrinnsvis i samsvar med den etterfølgende formel:

Gråtoneverdi for billedelement i:

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er et billeddannende system som omfatter flere billeddannende anordninger som angitt ovenfor, lagt sammen som fliser for å danne en mosaikk. Dette gjør det mulig å konstruere en billeddannende anordning med stort areal uten de utbytteproblemer som vanligvis erfares med integrerte anordninger som har meget stort overflateareal. Mosaikken kan omfatte flere kolonner av flislagte, billeddannende anordninger, idet de billeddannende anordninger i nabokolonner er forskjøvet i kolonneretningen. Fortrinnsvis inneholder det billeddannende system utstyr for å trinnforflytte eller bevege den billeddannende anordning og/eller en gjenstand som det skal dannes bilde av, for å akkumulere et bilde over et komplett billedareal.

I en utførelse omfatter det billeddannende system to billeddannende overflater, som hver består av en mosaikk av billeddannende anordninger, idet de billeddannende overflater er ordnet hovedsakelig parallelt i forhold til hverandre og i avstand fra hverandre, mens en gjenstand som det skal dannes bilde av, befinner seg mellom nevnte overflater, og hvor mosaikkene er forskjøvet sideveis i forhold til hverandre for å gi en hovedsakelig komplett billeddannelse av vedkommende gjenstand. Dette tillater hovedsakelig komplett billeddannelse i visse anvendelser uten behov for translasjonsmekanismer for de billeddannende plan.

De respektive billedutganger for et flertall flislagte billeddannende anordninger er fortrinnsvis forbundet med en felles multiplekser, hvis utgang er forbundet med en felles analog til digital omformer. Alternativt kan et flertall av de flislagte billeddannende anordninger først være forbundet i en kjede ("daisy-chained") for så å omformes til en felles ADC. Dessuten kan de enkelte billedelementkretser adresseres for lesning av akkumulert ladning ved en takt som optimaliserer oppløsningen for en analog til digital omformer som omformer de analoge, akkumulerte ladningsverdier til digitale verdier. Disse tiltak gir fleksibilitet med hensyn til konstruksjon for å optimalisere mellom pris (mer multipleksing, mindre analog til digital omforming) og billedkontrast (mindre multipleksing, mer analog til digital omforming).

I et billeddannende system som omfatter en eller flere spalte- eller slisseformede billeddannende anordninger, slik som angitt ovenfor, kan det være anordnet utstyr for å bevege de spalte- eller slisseformede billeddannende anordninger i en retning på tvers av en lengdeakse for de billeddannende anordninger, i den hensikt å akkumulere et komplett bilde over et billeddannende område.

En utførelse av oppfinnelsen kan anvendes i en fremgangsmåte for å danne bilde av akkumulerte verdier som tilsvarer de respektive billedelementposisjoner innenfor en billedelementrekke, slik som f.eks. ladeverdien akkumulert for de respektive billedelementposisjoner i en billeddannende anordning, som angitt ovenfor, idet fremgangsmåten omfatter at: - den største og minste akkumulerte verdi for billedelementer bestemmes innenfor et område av billedelementrekken som det skal dannes bilde av, - gråtone- eller fargeverdier ved ytterpunktene av en gråtone- eller fargeskala som det skal dannes bilde av, tildeles den største og minste akkumulerte verdi, og - gråtone- eller fargeverdier tilordnes de akkumulerte verdier for de enkelte billedelementer skalert i samsvar med ytterpunktverdiene, - det dannes bilde av de anviste gråtone- eller fargeverdier ved de respektive billedelementposisjoner.

For hvert parti av et bilde innfanget ved hjelp av en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen, sammenlignes med andre ord ladningsdensiteten for alle billedelementer som skal vises frem, idet punktene med høyest og lavest ladningsdensitet tildeles farge-verdien ved de to ytterkanter av den gråtone- eller fargeskala som benyttes. De øvrige billedelementpunkter gis en verdi fra gråtone- eller fargeskalaen som samsvarer med den akkumulerte ladning i de respektive billedelementer.

En utførelse av oppfinnelsen kan også anvendes i en fremgangsmåte for å utføre billeddannelse i sann tid av et organisk eller uorganisk objekt, idet fremgangsmåten omfatter trinn hvor: - objektet bestråles ved utnyttelse av en strålekilde som frembringer røntgenstråler, y-stråler, (3-stråler eller a-stråler, - ved et eller flere billeddannende halvlederplan av en billeddannende anordning, slik som angitt ovenfor, påvises uabsorbert stråling eller stråling som er utsendt fra utvalgte partier av objektet, slik at ladning som stammer fra innfallende stråling på vedkommende billedelementceller i den billeddannende anordning, akkumuleres i

respektive aktive kretser av billedelementcellen,

- de aktive kretser i billedelementcellen adresseres individuelt for å lese ut den akkumulerte ladning,

- den utleste ladning behandles for å frembringe billedelementdata, og

- billedelementdataene vises frem.

I sammenheng med foreliggende oppfinnelse forutsees det diverse utforminger og drifts-modi av billeddannende anordninger og systemer. I en første foretrukket utforming er de billeddannende billedelementer ordnet i en M x N-matrise hvor M og N kan være flere tusen, for således å frembringe et billeddannende plan med fullt felt. I en annen foretrukket utforming er de billeddannende billedelementer ordnet i en spalte- eller slissefasong med flere tusen rekker og noen få kolonner pr. rekke. Spaltene eller slissene beveges ved konstant hastighet over en overflate som det skal dannes bilde av og spalterammen (eller slisserammen) leses ut raskt nok til at den avsøkte avstand mellom naborømmer er mindre enn halve billedelementstørrelsen langs bevegelsesretningen. Med denne utforming og arbeidsmodus er det mulig å oppnå en punktoppløsning langs bevegelsen som er lik billedelementstørrelsen i den samme retning. Det er således mulig å forbedre med en faktor på 2, den posisjonsoppløsning som oppnås med et billeddannende plan med helt felt eller en konvensjonell spalte eller sliss som ikke arbeider i den beskrevne modus. I et annet foretrukket arrangement er diverse av de ovenfor nevnte spalter (eller slisser) ordnet i det samme plan parallelt med hverandre og med konstant avstand mellom spaltenes eller slissenes lengdeakser. Dersom det foreligger n sådanne spalter (eller slisser) og den samlede distanse som skal avsøkes er X cm, behøver således hver spalte (eller sliss) bare avsøke X/n cm. Dette vil redusere behovet for høyhastighets avsøkningsmekanikk og det samme bilde kan dannes innen en tidsperiodeenhet, idet røntgenstrålekilden arbeider med en liten strøm (en strøm n ganger lavere enn med en eneste spalte/sliss).

En utførelse av oppfinnelsen kan også anvendes i en fremgangsmåte for å drive en billeddannende anordning eller et billeddannende system som angitt ovenfor, og som omfatter at den akkumulerte ladning leses ut fra individuelle billedelementkretser ved en rate eller takt som optimaliserer oppløsningen for en analog til digital omformer som omformer analoge, akkumulerte ladningsverdier til digitale verdier.

En utførelse av oppfinnelsen kan således sørge for aktiv, akkumulerende, analog billeddannelse av direkte påviste høyenergistråler, i motsetning til konvensjonelle digitale billeddanningsteknikker basert på telling av treff. I en utførelse av oppfinnelsen akkumuleres en ladningsverdi (eller tilsvarende strøm- eller spenningsverdi) heller enn et antall punkter, idet ladningsverdien er i direkte og lineært samsvar med den samlede energi i de innledningsvise stråler. CCD'er kan bare sørge for direkte billeddannelse ved meget lave energier (nær det optiske spektrum). For høyenergianvendelser (røntgen-stråler over 10 keV) arbeider CCD'er sammen med omformende skjermer som om-danner høyenergistråler til optiske bølgelengder, overfor hvilke CCD'er er mer følsomme. Under denne prosess forverrer lysgenereringen og diffusjonene i vesentlig grad bildets kontrast og oppløsning. For alle praktiske formål er dessuten CCD'er begrenset til å realiseres bare sammen med Si. Det er imidlertid kjent at Si er et material av forholdsvis lav densitet og med meget lav effektivitet med hensyn til påvisning av stråler med energi over noen få keV.

Under bruk av en utførelse av oppfinnelsen kan ladning omdannes til et bilde for å frembringe den høyest oppnåelige kontrast og oppløsning for en gitt del av bildet. For hvert parti av bildet kan dette gjøres ved å sammenligne ladningsdensiteten for alle billedelementer. Punktet med høyest og lavest ladningsdensitet kan tildeles en fargeverdi ved de to ytterkanter av gråtone- eller fargeskalaen som brukes. Resten av punktene gis en verdi fra gråtone- eller fargeskalaen som samsvarer med ladningen (eller strøm- eller spenningsekvivalenten) akkumulert for disse billedelementer.

En utførelse av oppfinnelsen kan også brukes for å utelukke fra påvisning sådan stråling som er blitt spredt før den kommer inn i den billeddannende anordning i anvendelser ved lav intensitet. Ved å utnytte en terskel for å eliminere påvist stråling med en energi lavere enn en forutbestemt verdi, kan energi som er blitt springende spredt bg har mistet noe av sin innledningsvise energi, elimineres fra påvisning.

En billeddannende anordning eller et billeddannende system som angitt ovenfor kan brukes for konvensjonelle røntgenbilder, for såkalte skjermbilder (røntgenbilde av lung-ene), for mammografi med røntgenstråler, for tomografi med røntgenstråler, for datamaskinstyrt tomografi, for ben-densiometri med røntgenstråler, for nukleær radiografi med y-stråler, for gammakameraer beregnet på "single photon emission computerised tomography" (SPECT), for "positron emission tomography" (PET), for dental billeddannelse med røntgenstråler, for dental rundskuebilleddannelse med røntgenstråler, for billeddannelse med p-stråler ved utnyttelse av isotoper for DNA-, RNA- og protein-sekvensiering, hybridisering in situ, hybridisering av DNA, RNA, proteinisolert eller -integrert, og generelt for billeddannelse med (3-stråler, og autoradiografi ved utnyttelse av kromatografi og polymerers kjedereaksjon, for billeddannelse med røntgenstråler og y-stråler ved produktkvalitetskontroll, for ikke-destruktiv prøvning og overvåkning ved direkte (online) anvendelser i sann tid, og for sikkerhetskontrollsystemer samt billeddannelse i sann tid ved utnyttelse av stråling, innbefattet lys.

Eksempler på utførelser av oppfinnelsen beskrives nedenfor utelukkende som eksempler med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 er et skjematisk blokkskjema av et billeddannende system som inneholder en

utførelse av en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 1A er en skjematisk skisse av en FET,

fig. 2 er et skjematisk kretsskjema for et eksempel på en billedelementkrets for en

billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 3 viser skjematisk en del av en billeddannende rekke med styreelektronikk for en

billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 4 er et skjematisk kretsskjema for en del av en billeddannende rekke samt styreelektronikken for en billeddannende anordning med blokker av billedelementceller for en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 5 viser skjematisk flere billeddannende anordninger som er flislagt for å danne en mosaikk av billeddannende anordninger i henhold til oppfinnelsen,

fig. 5A viser skjematisk en del av styreelektronikken for en utførelsesform av oppfinnelsen, som omfatter flere billeddannende anordninger flislagt for å danne en

mosaikk,

fig. 6A - 6C viser skjematisk en billeddannende anordning i form av en flis,

fig. 7A - 7D viser et eksempel hvor to billeddannende plan er plassert på motsatte sider av et objekt som det skal dannes bilde av, i henhold til en anvendelse av oppfinnelsen,

fig. 8 er et skjematisk kretsskjema for et annet eksempel på en billedelementkrets for

en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 9A og 9B er skjematiske blokkskjemaer av deler av henholdsvis en billeddannende

rekke og styreforbindelser for utførelsesformen vist i fig. 8,

fig. 10 viser en skisse av et snitt gjennom en del av et eksempel på en billeddannende

anordning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 11 er et skjematisk kretsskjema for et annet eksempel på en billedelementkrets for

en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen,

fig. 12 anskueliggjør en billeddannende teknikk i henhold til oppfinnelsen som utnytter

en billeddannende anordning med spalte- eller slissefasong,

fig. 13 anskueliggjør parameteroptimaliseringen for en billeddannende anordning med

spalte- eller slissefasong, for å redusere virkningene fra spredning, og

fig. 14 er en skjematisk illustrasjon av passasjen av (3-stråler gjennom silisium.

Fig. 1 viser skjematisk et eksempel på en anvendelse av et billeddannende system 10 som inneholder en utførelsesform av en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen.

Denne anvendelse gjelder strålebilleddannelse av en gjenstand 12 som utsettes for stråling 14. Strålingen kan f.eks. være røntgenstråling og gjenstanden 12 kan f.eks. være en del av en menneskekropp.

Den billeddannende anordning omfatter en halvlederanordning 16 med aktive, billeddannende billedelementer (ASID - Active-pixel Semiconductor Imaging Device) og som omfatter flere billedelementceller 18. Den billeddannende anordning påviser direkte innfallende stråling av høy energi, slik som røntgenstråler, y-stråler, (3-stråler eller a-stråler, og akkumulerer ved hjelp av en aktiv, dynamisk billedelementkrets med vilkårlig tilgang, som befinner seg på eller inntil en tilhørende billedelementcelledetektor, verdier ved hver billedelementcelle som representerer strålingen som faller inn på vedkommende billedelementcelle.

ASID'en kan utformes som et eneste halvledersubstrat (f.eks. silisium), idet hver billedelementcelle omfatter en billedelementdetektor 19 og en aktiv billedelementkrets 20. Alternativt kan ASID'en utformes på to substrater, dvs. et med en rekke billedelementdetektorer 19 og et annet med en rekke aktive billedelementkretser 20, idet substratene er mekanisk forbundet med hverandre f.eks. ved hjelp av konvensjonell "bump-bonding"-teknologi.

På substratet er hver billedelementcelle 18 i praksis avgrenset av elektroder (ikke vist) som tilfører en forspenning for å bestemme en påvisningssone (f.eks. billedelementdetektoren 19) for billedelementcellen 18. Aktive billedelementkretser 20 i form av elektroniske strukturer (f.eks. bestående av transistorer, kondensatorer, osv.) kan fastlegges på hver billedelementcelle 18 eller på et tilsvarende sted på det tilordnede andre substrat for å akkumulere ladning skapt i billedelementdetektoren når f.eks. et foton eller en ladet strålingspartikkel faller inn på den utarmede sone av billedelementcellen 18. En aktiv billedelementkrets 20 og billedelementdetektoren 19 kan ha en størrelse av i størrelsesorden noen få titalls mikrometer (f.eks. 10-50 pm). Eksempler på aktive billedelementkretser er beskrevet nedenfor med henvisning til fig. 2, 8 og 11.

Som nevnt ovenfor kan billedelementkretsene 20 være konstruert integrert med halvledersubstratet på billedelementcellene 18 som en del av halvlederbehandlingen. Spesielle behandlingsteknikker kan anvendes for å integrere billedelementkretsene på den samme tynne skive eller oblat sammen med de påvisende billedelementer. Alternativt kan de aktive billedelementkretser 20 konstrueres på en andre oblat og fordeles tilsvarende billedelementdetektorene 19 som er bestemt for de respektive billedelementceller 18 på en første oblat. De to komponenter kan så forbindes med hverandre på kjent måte ved f.eks. å bruke "bump-bonding", slik at den aktive billedelementkrets 20 for hver billedelementcelle 18 befinner seg inntil (bak) og ligger over den tilhørende billedelementdetektor 19 for vedkommende billedelementcelle 18.

Billedelementdetektorene 19 er dannet med en utarmet sone slik at når et foton fotoabsorberes i halvledersubstratet 16 ved en billedelementcelle 18 som skaper en elektrisk ladning eller når en ladet stråling ioniserer den utarmede sone i halvledersubstratet 16 ved en billedelementcelle 18, flyter en elektrisk puls fra halvledersubstratets utarmede sone til den aktive billedelementkrets 20 for vedkommende billedelementcelle 18. En verdi knyttet til den elektriske puls akkumuleres så i et aktivt kretselement, enten direkte som en ladningsverdi eller som en ekvivalent spennings- eller strøm verd i, slik at ny ladning skapt ut i fra påfølgende innkommende stråling, legges til kontinuerlig. Et eksempel på mulige akkumulerende anordninger er en integrert kondensator eller porten for en integrert transistor. Ladningsakkumuleringsprosessen i en aktiv billedelementkrets 20 fortsettes inntil styresignaler avgis fra styreelektronikken 24 for å starte en prosess hvor informasjon leses ut fra hver enkelt billedelementcelle ved i kraft av vilkårlig å adressere hver billedelementcelle. Under utlesningen av de akkumulerte ladningsverdier, fortsetter ladning å bli akkumulert fordi utlesningen alltid gjøres individuelt for de påvisende billedelementceller. Billedelementkretsene kan tilbakestilles selektivt etter utlesning for å lade ut de ladningsakkumulerende kretselementer, og bare da er billedelementer uvirksomme i en meget kort tidsperiode (praktisk talt ingen dødtid, slik det vil bli vist). Således er de enkelte billedelementer uvirksomme bare under tilbakestillingen.

Fig. 1A anskueliggjør ladningsakkumuleringsprinsippet for et eksempel på et ladningsakkumulerende element for en billedelementkrets. I dette eksempel dannes det en felteffekttransistor på et halvledersubstrat. Særlig dannes det n+-dopede områder 4 og 6 for henholdsvis source og drain, i et silisiumsubstrat 1 av P-type. Elektrodene for source 3 og drain 5 dannes i et oksydlag 2, mens styreelektroden 7 dannes over oksydlaget 2. Ladning akkumuleres på styreelektroden 7 for en felteffekttransistor (MOSFET) på grunn av kapasitansen ved felteffekttransistorens styreelelektrode. Ettersom ladning akkumuleres på transistorens port (styreelektrode) minsker den elektronkonsentrasjonen i transistorens inversjonssjikt 8 (dvs. laget som har minoritetselektronbærere som behøves for felteffekttransistorens virkemåte). Den største ladning som kan akkumuleres avhenger av den minste tillatte elektrontetthet i inversjonslaget. Akkumulering av ladning påvirkes derfor ikke av noen mørkestrøm som kommer fra silisiummassen, slik som i tilfellet av en CCD, fordi ladning ikke akkumuleres i noe utarmet område. Ladningsakkumuleringens kapasitet bestemmes bare av transistorens styreelektrodeareal (som i hovedsak kan være meget nær arealet av billedelementkretsen), oksydsjiktets tykkelse (som kan være så tynt som noen få nm eller et titalls nm) og felteffekttransistorens dynamiske område (som bestemmer den største portspenning). Det skal bemerkes at dette er bare et eksempel på et ladningsakkumulerende element for en billedelementkrets og i henhold til oppfinnelsen kan ladning akkumuleres i en hvilken som helst egnet ladningsakkumulerende anordning realisert i den tilsvarende billedelementkrets.

Billedelementinndelingen kan være så liten som 10 um, hvilket gir utmerket stillings-oppløsning og følgelig utmerket billedoppløsning.

Fig. 2 anskueliggjør et foretrukket eksempel på en aktiv billedelementkrets 20 for en billedelementcelle i et eksempel på en billeddannende anordning. Dette eksempel utnytter felteffekttransistorer ordnet som en kaskadekoblet forsterker. Henvisningstallet 40 angir en forspenning V0 som påføres over den utarmede sone som danner billedelementdetektoren 19 i billedelementcellen. Billedelementdetektoren 19 er representert ved diodesymbolet D11. I selve billedelementkretsen er SIG.UT 42 en analog signalutgang og VA 44 er en analog effektforsyningsinngang. TBK-R-1 er en tilbakestillingsinngang og ÅPN-R-1 er en åpningsinngang for billedelementkretsen. Ladning akkumuleres på porten eller styreelektroden for en transistor M11A 50 når både inngangen TBK-R-1 46 og ÅPN-R-1 48 er lave.

Portkapasitansen utgjør i hovedsak inngangsknutepunktkapasitansen (den totale kapasitans) og maksimerer således ladningslagringsevnen. Det er et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe størst mulig ladningsakkumuleringsevne ved å gjøre den parasittiske eller uønskede kapasitans så liten som mulig for alle andre kretskomponenter (og detektorkomponenter) og danne i hovedsak all inngangsknutepunktkapasitans ut i fra den ladningsakkumulerende transistor M11A 50. For en billedelementkrets på 35 * 35 pm kan kapasitansen for M11A 50 være 2pF, mens det dynamiske område for felteffekttransistorens port kan være minst 2 V. Dette svarer til omtrent 25.000.000 elektroner i lagringskapasitet, hvilket er 100 ganger kapasiteten av en CCD av samme billedelement-størrelse. Det skal bemerkes at felteffekttransistorens kapasitans på 2pF i eksempelet ovenfor, utgjør hele inngangsknutepunktkapasitansen for billedelementcellen. I det ovenfor nevnte eksempel hvor billedelementene er 35 * 35 pm, er den samlede parasittiske kapasitans for detektoren og de øvrige elementer i hver billedelementkrets og tilhørende billedelementdetektor i området av noen få fF eller titalls fF. Kapasitansen for ladningslagringsanordningen bør maksimeres og i ethvert tilfelle være vesentlig større enn den parasittiske kapasitans i hver billedelementcelle. I eksempelet ovenfor er kapasitansen i felteffekttransistoren som virker som ladningsakkumulerende anordning i billedelementkretsen, mer enn 90 % av den samlede kapasitans for billedelementcellen som omfatter en billedelementdetektor og den tilhørende billedelementkrets. Som en følge av dette vil i hovedsak all samlet ladning bli akkumulert i den ladningsakkumulerende FET i stedet for å bli delt blant detektorene og resten av elementene i billedelementkretsen.

Det vil forstås at utnyttelse av en FET utgjør bare et eksempel på en utførelse av oppfinnelsen, idet den ladningsakkumulerende kapasitans i dette eksempel er gjort så stor som mulig ved å bruke en ladningslagringsanordning (slik som en FET-port eller en kondensator) for billedelementet, som for hvert billedelement utgjør det meste av kapasitansen ved inngangsknutepunktet.

For å lese billedelementcellen bringes ÅPN-R-1 til høy tilstand, hvilket tillater strøm å flyte fra transistoren M11A 50 gjennom transistoren M11B 52 til SIG.UT 42. Billedelementkretsen tilbakestilles ved å bringe TBK-R-1 til høy tilstand slik at etter at TBK-R-1 har befunnet seg i høy tilstand i bare noen få mikrosekunder, vil enhver akkumulert ladning være fjernet fra styreleektroden for transistoren M11A 50. Umiddelbart etter at TBK-R-1 46 inntar lavt nivå kan ladning begynne å akkumulere på styreelektroden for transistoren M11A 50. Dersom ingen tilbakestillingspuls tilføres tilbakestillingsinngangen TBK-R-1 46, skal det legges merke til at en leseoperasjon når åpneinngangen ÅPN-R-1 inntar høy tilstand, ikke ødelegger ladningen, men i stedet bare bevirker at en strøm flyter direkte proporsjonalt med den akkumulerte ladning. Dette tillater flere utlesninger uten tilbakestilling.

Fig. 11 anskueliggjør et ytterligere eksempel på en aktiv billedelementkrets 320 for en billedelementcelle i et eksempel på en billeddannende anordning. Dette eksempel ligner eksempelet vist i fig. 2. Billedelementdetektoren er representert ved PD 319 i billedelementcellen. I selve billedelementkretsen er V0 140 en forspenning, UT 342 er en analog signalutgang, TILBAKESTILL 346 er en tilbakestillingsinngang koblet til en felteffekttransistor (FET) 347 for tilbakestilling, mens ÅPNE 348 er en åpningsinngang forbundet med en felteffekttransistor (FET) 352 for åpne billedelementkretsen. Ladningen (elektronene) akkumuleres i styreelektroden for en ladningslagrende FET 350, mens inngangen ÅPNE 348 er i lav tilstand og inngangen TILBAKESTILL 346 befinner se gi høy tilstand. For å lese billedelementcellen bringes ÅPNE 348 til høy tilstand, hvilket tillater strøm å flyte fra FET 350 gjennom FET 352 til UT 342. Billedelementkretsen tilbakestilles ved å bringe TILBAKESTILL til lav tilstand slik at etter at TILBAKESTILL 346 har befunnet seg i lav tilstand i bare noen få mikrosekunder, vil enhver akkumulert ladning være fjernet fra styreelektroden for FET 350. Straks etter at TILBAKESTILL 346 har inntatt høyt nivå, kan ladning begynne å akkumuleres ved styreelektroden ved FET 350. Hvis ingen tilbakestillingspuls tilføres tilbakestillingsinngangen 346 skal det legges merke til at en leseoperasjon når åpningsinngangen inntar høy tilstand, ikke ødelegger ladningen, men i stedet bare bevirker en strømflyt som er direkte proporsjonal med den akkumulerte ladning. Det vil derfor innses at arbeidsfunksjonen for kretsen vist i fig. 11 er lik den vist i fig. 2. I tillegg inneholder kretsen vist i fig. 11 dioder 354 og 356 som virker som en overbelastningskrets for billedelementkretsen. Diodene gir beskyttelse både mot statisk elektrisitet som kan skade felteffekttransistorene, og mot overbelastning av disse. Hvis styreelektroden for FET 350 akkumulerer mer enn en forutbestemt ladningsterskel (f.eks. tilsvarende 5 V, som er forspenningen), vil da strøm begynne å flyte gjennom dioden 356 mot jord og således beskytte FET 350. Dette vil beskytte billedelementceller som f.eks. mottar en full strålingsdose utenfor periferien av et objekt som det skal dannes bilde av. Fortrinnsvis er de to FET'er 350 og 352 anordnet som et kaskadeformet forsterkertrinn. I denne utforming gir de to FETer 350 og 352 en impedanseoppkonvertering uten at støyen øker tilsvarende. Følgelig er støynivået fra hver billedelementkrets som er beskrevet for foreliggende utførelsesform bare omtrent 500 e, mens billedelementkretsen beholder en meget liten størrelse (så liten som en billedelementstørrelse på 10-20 pm), et meget stort dynamisk område på omtrent 50.000.000 e og individuell adresserbarhet. Fig. 11 viser også en valgfri bipolar transistor 360 som kan utelates. Formålet for den bipolare transistor med dens forbindelse til en spenningskilde VB, vil bli beskrevet senere. Fig. 10 viser skjematisk en annen utførelsesform av en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen. Den billeddannende anordning vist i fig. 10 omfatter et billed-elementdetektorsubstrat 214, mens den aktive billedelementkrets er dannet på et andre substrat 212 som er forbundet med billedelementdetektoren 214 ved hjelp av mikrokuler 222. De aktive billedelementkretser 20 er skjematisk representert inne i substratet 212 ved hjelp av symbolet for felteffekttransistor.

Substratet 214 for billedelementdetektoren er forsynt med en sammenhengende elektrode 110 på det sted av substratet som utsettes for innfallende stråling. Med andre ord antas det i fig. 10 at den innfallende stråling ankommer i en retning oppover. Hoveddel-en av detektorsubstratet 112 ligger således bak den ubrutte elektrode 110. På den bakre overflate av laget 112 er det anordnet flere billedelementdetektorelektroder 114. Det er en rekke bestående av detektorelektroder 114 som faktisk avgrenser de enkelte billedelementdetektorceller 19 innenfor billedelementdetektorsubstratet 214. Hver av detektorelektrodene 114 er elektrisk og mekanisk koblet til hver sin billedelementkrets 20 ved hjelp av hver sin mikrokule 222. Det vil forstås at anskueliggjørelsen i fig. 10 er meget skjematisk og ikke tegnet i målestokk.

I tillegg til de trekk som allerede er beskrevet ovenfor viser fig. 10 også valgfrie trekk som kan brukes for å isolere de enkelte billedelementkretser på en måte som skal beskrives nedenfor.

For forskjellige billedelementdetektorceller kan de tilhørende ladningslagrende FET'er 350 akkumulere forskjellige mengder ladning som følge av at forskjellig bestråling eller lysintensitet faller inn på detektorbilledelementene. Følgelig skapes det en spenningsforskjell mellom nabobilledelementer. Dersom billedelementene ikke er elektkrisk adskilt, kan dette spenningsfall få signalladning til å lekke fra en billedelementkrets gjennom detektoren og inn i billedelementkretsen ved siden av. Jo lenger akkumuleringstiden er, desto mer alvorlig kan problemet bli. I henhold til et foretrukket aspekt av oppfinnelsen minskes eller elimineres denne virkning ved å anordne midler for elektrisk å adskille eller på likeverdig måte gjøre motstanden mellom nabobilledelementceller så stor som mulig. Følgelig påføres et passifiseringssjikt 116 i f.eks. polyamid, mellom billedelementdetek-torcellene (dvs. mellom elektrodene 114 som avgrenser billedelementcellen). Dette skiller inntiliiggende billedelementdetektorceller elektrisk siden en sådan passifisering er ikke-ledende. I tillegg kan elektroder påføres passifiseringslaget og en påført spenning V vil skape et barrierepotensial 118 som trenger gjennom flere mikrometer inn i detektor-volumet. Således vil ladning som forsøker å unnslippe fra den ladningsakkumulerende FET i en billedelementkrets 20 møte et barrierepotensial og ikke forsvinne inn i den nærliggende billedelementkrets sin FET.

Videre består en tredje mulighet i å anordne en npn-transistor (bipolar transistor) på inngangen til hver billedelementkrets. Dette er vist i fig. 11. Når den bipolare transistors basis innstilles til en passende spenning (omtrent 1 V) felles for alle bipolare transistorer i billedelementkretsen, vil den bipolare transistor virke som en diode som tillater ladning å flyte inn i styreelektroden for FET 350, og på samme tid hindre at noe unnslipper langs den motsatte bane. Mens det opprettholdes forskjellige potensialfall ved styreelektroden for den ladningsakkumulerende FET 350 (proporsjonal med de forskjellige signalladning-er som er blitt akkumulert) er potensialet ved inngangen til billedelementkretsene felles for alle billedelementkretser. I samsvar med dette aspekt av foreliggende oppfinnelse er det således anordnet utstyr for elektrisk å skille billedelementcellene i den billeddannende anordning for således å holde hele eller i det vesentlige hele den akkumulerte ladning på hver billedelementkrets. Dette foretrukne aspekt av oppfinnelsen er særlig nyttig når akkumuleringstidene er ganske lange, f.eks. i området av et titalls eller hundretalls mikrosekunder, og enda mer nyttig når akkumuleringstidene er i området av millisekunder eller titalls eller hundretalls mikrosekunder.

En billedelementkrets 20 kan akkumulere en elektrisk ladning som utgjøres av inntil 60.000.000 elektroner på hvert billedelement samtidig som det opprettholdes en billed-elementstørrelse som er mindre enn 50 * 50 pm. Billedelementtykkelsen eller det parti av billedelementdetektoren som er fullstendig utarmet, kan være inntil 3 mm, hvilket gjør disse detektorer meget følsomme overfor røntgenstråler med energinivå mindre enn 200 keV. For ladet stråling er følsomheten praktisk talt 100 %. Den minste billedelement-tykkelse kan være i størrelsesorden 200 pm, hvilket kan gi forbedret oppløsning når ladet stråling med lav energi skal påvises. Det døde lag i halvledersubstratet som er ufølsomt overfor stråling kan være så tynt som 50 nm, slik at et signal fra (3-stråling med energinivå mindre enn 30 keV, ikke tapes.

Fig. 3 er en skisse som representerer en mulig utforming av styrelektronikken 24 vist i fig. 1 og sammenhengen mellom styreelektronikken 24 og en m x n-matrise i de aktive kretser 20 for billedelementcellene 18. For å forenkle fremstillingen er en rekke av ni billedelementceller vist i fig. 3 og bare noen av de signallinjer som utgjør banen 22 i fig. 1 er vist. Det vil forstås at en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen normalt vil inneholde et betraktelig større antall billedelementceller enn det som er vist i fig. 3. Radvelgerlogikken 60 styrer radutlesningen (ÅPN 74) og radtilbakestillingen (TBK 76) mens kolonnelogikken 62 åpner (KOL-VALG) utlesning av akkumulerte ladningsverdier fra hver billedelementkrets 20 som reaksjon på et klokkesignal 79.

Styreelektronikken 24 inneholder radvelgerlogikkretser 60, kolonneadresselogikkretser 62, effektforsyningskretser 70, en analog til digital omformer (ADC) 56 og signalbehandlingskretser 58. Fortrinnsvis er noe, om ikke hele, styreelektronikken 24 realisert på substratet 16 ved omkretsen av billedrekken dannet av rekken av billedelementceller 18.

Effektforsyningskretsene 70 sørger for effekt til de enkelte aktive kretser 20 på billedelementcellene 18 via linjer 54 (vist skjematisk i fig. 3) og kan i tillegg være anordnet for å tilføre forspenningen via linjer (ikke vist) for elektrodene som avgrenser billedelementcellene.

Radvelgerlogikken 60 frembringer signaler via linjer 64 og 66 for henholdsvis radåpning og -tilbakestilling (også vist skjematisk i fig. 3), for å velge ut kolonner for avlesning og tilbakestilling med hensyn til hver av de enkelte aktive kretser 20 for billedelementcellene 18. Linjene for radvelging 64 og radtilbakestilling 66 er forbundet med åpningsinngangen ÅPN-R 48 og tilbakestillingsinngangen TBK-R-1 46 for hver av billedelementkretsene i vedkommende rad. I radvelgerlogikken 60 er det også vist signaler for radåpning 74 og radtilbakestilling 76 for å avsøke påfølgende rader. Det kan også sees at tilbakestillings-pulsen 76 følger etter radåpningspulsen 74 for å bevirke tilbakestilling av de aktive kretser etter lesning.

Kolonnevelgerlogikken 62 omfatter i realiteten en multiplekser for å velge signaler avgitt via kolonnelinjene 68 (også vist skjematisk i fig. 3), idet hver kolonnelinje er forbundet med utgangen SIG.UT 42 for hver billedelementkrets 20 i vedkommende kolonne. Signalet KOL-VALG 78 representert i kolonnevelgerlogikken 62 velger således kolonner for å lese de enkelte aktive kretser 20 for billedelementcellene 18 som løpende velges av radåpningspulsene 74. I den viste utførelsesform klokkestyres kolonnevelgerpulser for påfølgende kolonneposisjoner som reaksjon på klokkesignalet KLOKKE 79 i løpet av en radåpningsperiode, slik at den akkumulerte ladningsverdi i vedkommende aktive billedelementkrets på den rad som i øyeblikket er valgt, klokkestyres ut ved hver klokke-puls før radvelgerpulsen går videre til neste rad. Hver aktiv billedelementkrets i raden som nettopp er lest, tilbakestilles så samtidig med radtilbakestillingspulsen 76.

Forbindelsene vist i fig. 3 er lett realiserbare ved å utnytte konvensjonell dobbelmetallise-ringsteknologi. Selv om billedelementene, slik som beskrevet med henvisning til fig. 3, leses ut sekvensielt i en forutbestemt rekkefølge, vil det forstås at det faktisk gjøres tilgang til billedelementene på en vilkårlig måte ved hjelp av adskilte rad- og kolonneåpningssignaler. Det vil også forstås at avsøkningsretningen kan vendes om (slik at rader blir til kolonner) eller at det faktisk gjøres tilgang til individuelle billedelementer i en fullstendig tilfeldig rekkefølge ved hjelp av egnede rad- og kolonneåpningssignaler. Det vil også forstås at graden av sekvensiell eller parallell behandling lett kan modifiseres for å svare til behovene for den enkelte anvendelse. For eksempel kan alle rader innstilles samtidig til høy åpningstilstand slik at kolonnevelgerklokken vil avgi alle rader parallelt, for derved å øke utlesningsraten. Tilbakestillingen av rader behøver ikke svare til utlesningsraten. Etter flere utlesninger kan hver rad bli tilbakestilt til en lavere rate enn utlesningsraten. Det vil forstås at benevnelsen av rader og kolonner er vilkårlig og kan vendes om.

For å dekke en meget stor billeddannende overflate på en effektiv måte er billedelementcellene fortrinnsvis gruppert i blokker på m x n-billedelementer, idet billedelementene innenfor en blokk leses ut og tilbakestilles sekvensielt rådvis. Fig. 4 er et skjematisk skjema som viser en blokk av to rader og fire kolonner billedelementkretser 20. Billedelementkretsene akkumulerer ladning på portene for transistorene MijA, hvor i = 1, 2 og j = 1, 2, 3, 4. For å holde transistorene på et lavt potensial blir hver styreelektrode jordet etter utlesning. Utlesning innledes ved å påføre et klokkepulstog på inngangen KLOKKE 80 og et høyt nivå over en klokkeperiode (lesebit) på RB-IN inngangen 82.

I den første klokkeperiode åpner RB-IN 82-inngangen 82 svitsjen SW4, hvilket forbinder den analoge utgangslinje 68 for den fjerde kolonne med den analoge utgang R-UT 88. Når radåpningsinngangen ÅPN-R-1 for den første rad er på høyt nivå, hvilket åpner svitsjetransistorene M1<*>B 52 for den første rad i denne første klokkeperiode, flyter et signal som for tiden er representativt for mulig ladning lagret på en port for transistoren M14A 50 for billedelementkretsen 20 (1, 4), gjennom vedkommende transistor og via svitsjen SW4 til den analoge utgang R.UT 90.

Ved den neste klokkeperiode for klokken KLOKKE, må inngangen RB-IN være nede. Den høye tilstand som opprinnelig er på inngangen for en vippe U1 klokkestyres ved hjelp av pulstoget KLOKKE til inngangen for en vippe U2 og svitsjen SW3 forbinder da den analoge utgangslinje 68 for den tredje kolonne med den analoge utgang R.UT 88, slik at et signal som for tiden er representativt for mulig ladning lagret på porten for transistoren M13A 50 for billedelementkretsen 20 (1, 3) kan flyte gjennom vedkommende transistor og via svitsjen SW3 til den analoge utgang R.UT 90. Siden svitsjen SW4 nå er lav (nede), frakobles den analoge utgangslinje 68 for den fjerde kolonne. Lesebiten bølger seg således gjennom svitsjene SW4-SW1 og vippene U1-U4 for påfølgende klokkepulser i klokkesignalet KLOKKE. Kolonneåpningsvippene U1-U4 danner et første skiftregister.

Når lesebiten klokkestyres ut av vippen U4 klokkestyres den tilbake til vippen U1. Den klokkestyres også til klokkeinngangene for radåpningslogikken U5 - U7 og radtilbake-stillingslogikken U9 - U11. Hver gang disse mottar et klokkesignal innført fra utgangen for vippen U4, går de frem henholdsvis en lesebit og en tilbakestillingsbit, idet tilbakestillingsbiten beveger seg ett trinn bak lesebiten. Radåpningslogikkens vipper U5 - U7 danner et andre skiftregister, mens radtilbakestillingens vipper U9 - U11 danner et tredje skiftregister.

Hver gang en rad er utlest, beveges på denne måte lesebiten en rad opp. Likeledes beveges tilbakestillingsbiten en rad opp, men en rad bak lesebiten. Når lesebiten er lest ut av den siste vippe U11, tilføres den utgangen RBO 84 for lesebit ut, og en ny lese-syklus kan innledes. Tiden mellom påfølgende leseoperasjoner bør være tilstrekkelig kort til å holde portene for transistorene MijA med forholdsvis små potensialforskjeller, fortrinnsvis potensialforskjeller under 2 V fra tilbakestillingspotensialet (eller spenningen for null ladningsakkumulering).

I en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen kan de samme funksjoner som vist i fig. 4 implementeres ved hjelp av en teller som frembringer rad- og kolonneadresser som kan dekodes til de samme styresignaler som i fig. 3, dvs. KOL-VALG 78, TBK 76 og ÅPN 74.

Lagringskapasiteten hos transistorene MijA avhenger av kapasitansen og spenningen på styringselektroden for vedkommende transistor. Transistorene MijA kan tåle inntil 10 V, men det er ønskelig å holde portspenningen godt under dette, med inntil omtrent 2 V spenningsforskjell fra tilbakestillingsspenningen. Portkapasitansen kan være inntil omtrent 5pF for billedelementstørrelser mindre enn 50 x 50 pm. Dette betyr at 6 x 1 o7 elektroner kan lagres. Dette er omtrent 86 ganger kapasiteten for en CCD som lagrer ladning inne i lagringsbrønnen i substratet.

For å forstå fordelene som en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen gir, kan det betraktes en eneste billeddannende anordning som måler 2^2 cm. Dersom billedelementstørrelsen er 35 x 35 pm omfatter det billeddannende plan 571 rader x 571 kolonner billedelementer. Dersom den billeddannende anordning er en ASID kan følgelig en total på 326.041 billedelementer leses ut i løpet av 32 ms med en multipleks-erklokketakt på 10 MHz. I dette eksempel som bare har én utlesningskanal, vil således en ramme bli fremvist hvert 32. ms, hvilket gir sanntids billeddannelse. Siden billedelementkretsene har en ladningslagringskapasitet på titalls millioner elektroner, kan en ASID mestre anvendelser med den høyeste intensitet som kan forutses. Dette gjøres hverken på bekostning av billedoppløsning i rommet (billedelementstørrelsen er i dette eksempel 35 pm) eller dødtid og uvirksom billeddannende tid. Faktisk kan hver rad av billedelementer tilbakestilles øyeblikkelig etter utlesning så lenge utlesningen av den neste rad varer (utlesningssyklusen er forklart i et tidligere avsnitt). Denne radlesetid er 100 ns multiplisert med antallet billedelementer pr. rad, dvs. 57,1 ps. Over en billedramme-oppfangningstid på 32 ms utgjør da den uvirksomme tid bare 52 ps eller 0,17 %, hvilket er praktisk talt ingen dødtid. En ASID oppnår derfor høy oppløsning i rommet, sanntids billeddannelse med 32 ms oppdatering av billedrammer, meget stort dynamisk område, spesielt ingen dødtid, meget lav elektrisk støy og til tross for alt dette, fordrer den på en kostnadseffektiv måte bare én utlesningskanal i dette spesielle eksempel. Ved å adressere hver billedelementkrets direkte er det dessuten uvesentlig å lagre en kalibreringsbilledramme i en ASID sammen med individuelle, lagrede billedelementpillar-er subtrahert fra hver akkumulert billedramme. Dette kalibreringsforløp kan gjennom-føres ved billeddannende anvendelser i sann tid med noen få sekunders mellomrom eller sjeldnere, siden pillarene og det meget lave støynivå i en ASID forblir stabilt.

Fig. 8 er et kretsskjema for et ytterligere eksempel på en aktiv krets 20 for en billedelementcelle 18 i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen.

Billedelementdetektoren 19 er representert ved diodesymbolet 182 (detektoren kan alternativt virke som en motstand) forbundet med forspenningen V0 180, idet denne tilføres via den elektrode (ikke vist) som begrenser det utarmede volum eller billedelementdetektoren 19 for billedelementcellen 18.

Ladning som er skapt ved stråling som faller inn på det utarmede volum 19 i billedelementcellen 18 føres inn på basisen for en første inngangstransistor 184 (som her er en felteffekttransistor (FET) som har en transkonduktans på f.eks. 0,3 mS og en drain-source-strømverdi lDS på 100 pA og en kapasitans på 0,1 pF). Inngangstransistorens (FET) 184 source og drain er koblet inn mellom en første strømkilde 186 (her en passende utformet FET, selv om denne kan erstattes med en motstand) og jordlingslinjen

JORD 174. Strømkilden 186 er i sin tur forbundet med en positiv forsyningslinje V+ 172.

Overgangen mellom inngangs-FETen 184 og strømkilden 186 er koblet til en terminal for en andre transistor 188 som danner en bipolar forsterker med felles basis styrt ved hjelp av forspenningen påført sin basis. Basisen for den andre transistor 188 er koblet til forspenningslinjen VQ 178. Den andre transistors øvrige terminaler er via en tilbakekoblingskondensator Cf 190 (f.eks. med en kapasitans på 0,3 pF) koblet til basisen for inngangs-FET'en 184.

Overgangen mellom den andre transistor 188 og kondensatoren Cf 190 er også forbundet med en andre strømkilde (som her er en passende utformet FET, selv om denne kan erstattes med en motstand), dvs. til en negativ forsyningslinje V- 176. Ladning som stammer fra stråling som faller inn på det utarmede volum av billedelementcellen kan således akkumuleres i kondensatoren Cf 190.

Leselinjer X og Y, X)es 160 og Y|es 164, er forbundet med leselogikken 198 (som her er en FET med dobbelbasis) som i sin tur er koblet inn mellom den negative forsyningslinje V- 176 og en utgangssvitsj 196 (som her er en FET), slik at ladning innsamlet på kondensatoren Cf 190 kan avgis via en utgangslinje 156 når et signal tilføres samtidig på <X>)es- og Y|es-linjene 160 og 164. Tilbakestillingslinjer X og Y, XTBK<1>62 og YTBK<1>68 er forbundet med en utladningslogikk 100 (her en FEt med dobbelbasis) som i sin tur er koblet inn mellom den negative forsyningslinje V- 176 og en utladningssvitsj 192 (som her er en FET 192) for utladning og derved tilbakestilling av kondensatoren Cf 190 når et signal tilføres samtidig på X-TBK og YTBK-linjene 162 og 168.

Kretsen vist i fig. 8 danner en ladningsfølsom forsterker med ladningslagringskapasitet i en tilbakekoblingskondensator Cf 190 og med utgangs- og tilbakestillingskretsløp. Avhengig av fordringene til ladningslagringstid og strålingshårdhet kan FET'ene implementeres ved hjelp av en passende teknologi, slik som JFET eller MOSFET. Dersom kondensatoren Cf 190 har en kapasitans på 0,3 pF, svarer dette til en lagringskapasitet på omtrent 1,8 millioner elektroner. Dersom kondensatoren Cf 190 har en kapasitans på 1 pF, svarer dette til en lagringskapasitet på omtrent 6 millioner elektroner. Den største inngangsklokkefrekvens med en tilbakestillings-FET i utgangslinjen, er 5 - 10 MHz. Denne største utgangsfrekvens minsker til omtrent 200 kHz uten en tilbakestillings-FET i utgangslinjen.

Kretsen vist i fig. 8 kan f.eks. implementeres på en billedelementcelle som har en størr-else på omtrent 150 x 150 pm. I anvendelser slik som gammakameraer og angiografi behøver billedeleméntstørrelsen ikke være mindre enn omtrent 150 pm i tverrmål. I dette tilfelle muliggjør det ytterligere rom på billedelementkretsene andre operasjoner ved siden av lagringsakkumulering, utlesning og tilbakestilling. For eksempel forsterker anordningen vist i fig. 8 lagringsverdien som er blitt akkumulert. I tillegg kan anordningen i fig. 8 modifiseres for å frembringe ladningsdiskriminering av innkommende strålingstreff forut for akkumulering på billedelementkretsen. På denne måte kan innkommende stråling som tilsvarer lavere enn forventet energi, utelukkes før den blir akkumulert på billedelementkretsen. Omkring utsiden av det billeddannende område dannet av rekken av billeddannende celler kan hoe eller hele styreelektronikken 24 også implementeres som en integrert del av halvledersubstratskiven 16.

Fig. 9A viser skjematisk styreelektronikken 24 mer detaljert og sammenhengen mellom styreelektronikken 24 og de aktive billedelementkretser 20 av den type som er vist i fig.8, på substratet 16. For å forenkle fremstillingen er en rekke bestående av 16 billedelementceller vist i fig. 9A og bare noen av signallinjene som utgjør banen 22 i fig. 1, er vist. Det vil forstås at en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen normalt vil inneholde et betraktelig større antall billedelementceller 18 enn det som er vist i fig. 9A.

Styreelektronikken 24 har X-adresselogikkretser 144, Y-adresselogikkretser 146, effektforsyningskretser 150 og signalbehandlingskretser 148. Fortrinnsvis er noe av, om ikke hele, styreelektronikken 24 implementert på substratet på hvilket billedelementkretsene er implementert, ved omkretsen av rekken av billedelementkretser. Effektforsyningskretsene 150 tilfører effekt for de enkelte billedelementkretser 20 via linjer 170 (vist skjematisk i fig. 9A) og kan i tillegg være anordnet for å tilføre forspenningen via linjer (ikke vist) for elektrodene som avgrenser billedelementcelledetektorene. De X- og Y-adresserende logikker 144 og 146 avgir signaler via henholdsvis rad- og kolonnelinjer 152 og 154 (vist skjematisk i fig. 9) for å styre utlesningen og tilbakestillingen av de enkelte billedelementkretser 20. Signalbehandlingskretsløpet 148 er forbundet med utgangslinjer 156 vist skjematisk i fig. 9A, for de aktive kretser 20. I utførelsen vist i fig. 9A er det anordnet en utgangslinje for hver rad av billedelementkretser 20, som via en utgangsforsterker 158 er forbundet med signalbehandlingskretsløpet 148. Det vil imidlertid forstås at alternativt kan adskilte utgangslinjer anordnes for hver kolonne, eller for grupper av rader eller kolonner, eller for grupper av billedelementceller/kretser, etter ønske.

Fig. 9B viser mer detaljert signallinjene som er anordnet mellom styrekretsen 24 og en billedelementkrets 20 for en billedelementcelle 18 i samsvar med denne utførelse av oppfinnelsen. Effektforsyningslinjene 170 omfatter en positiv forsyningslinje V+ 72, en jordlingslinje JORD 174, en negativ forsyningslinje V- 176 og en forsterkereffektlinje Vq 178. Radlinjene 152 omfatter en X)es-linje 160 og en XTBK-linje 162, mens kolonnelinjene 154 omfatter en Y!es-linje 164 og en YTBK<->linje 168. En utgangslinje er anordnet for hver rad i denne utførelse, slik det allerede er blitt forklart.

Billedelementkretsen vist i fig. 2, 8 og 11 sammen med forbindelsene vist i fig. 3, 4, 9A og 9B kan implementeres integrert på et halvledersubstrat ved å utnytte konvensjonell produksjonsteknikk for integrerte kretser eller på to halvledersubstrater som er lagt oppå hverandre med en rekke billedelementdetektorer på det første substrat og en rekke billedelementkretser på det andre substrat mekanisk festet til det første, f.eks. ved hjelp av "kulebinding" (bump-bonding) i et en-til-en samsvar mellom billedelementdetektorer og deres tilhørende billedelementkretser.

I et eksempel på en utførelse av oppfinnelsen for bruk innen mammografi, inneholder hver blokk 80 x 240 billedelementer. Mammografi er kanskje en anvendelse av foreliggende billeddannende anordning som har noen av de mest strenge fordringer med hensyn til utlesningshastighet og lagringskapasitet. For å lykkes med mammografi bør det i løpet av ett sekund for hvert billedelement registreres 10<4> røntgenstråler ved 20 keV. Dersom hver billedelementkrets har en lagringskapasitet på 6 x 10<7> elektroner betyr dette at mer enn ti tusen (10<4>) røntgenstråler kan akkumuleres på et billedelement før innholdet i billedelementet behøver å bli lest ut. Det følger derfor at hvert billedelement f.eks. kan avleses i størrelsesorden ti ganger pr. sekund eller mindre, hvilket tilsvarer en billedelementutlesningsrate på 10 Hz. I en blokk med 80 rader av 240 billedelementer hver, bestemmes utlesningstiden for hele blokken av klokketakten dividert med 19200, som er det totale antall billedelementer i blokken. For en klokketakt på 10 MHz, som er en typisk klokketakt, kan hele blokken leses ved en rate på 520 Hz. Ettersom bare 10 Hz behøves for mammografi, kan det ses at foreliggende utførelse av oppfinnelsen er i stand til å håndtere intensiteter som er opptil femti ganger den som fordres for mammografi. Som det snart vil bli forklart, tilbyr denne overflod muligheten av å multiplekse sammen utgangssignalene for mange blokker (fliser) og minimalisere det samlede antall utlesningskanaler.

Et aspekt ved virkemåten for anordningen er dødtid, som kan defineres som den tid det tar å tilbakestille hver rad etter at den er blitt lest ut. En rad av billedelementer kan tilbakestilles i løpet av 10 ps, eller mindre. I dette tidsrom er billedelementene uvirksomme. Siden det i løpet av ett sekund (som er typisk for et mammogram) skal utføres ti eller færre utlesnings- og tilbakestillingsoperasjoner, betyr dette at den samlede dødtid er 0,0001 sek, eller 0,01 % dødtid, sammenlignet med den totale tid som den billeddannende anordning behøver å være aktiv. Med foreliggende utførelse av oppfinnelsen er derfor dødtiden uvesentlig, idet det så godt som ikke er noen dødtid. For å forstå hvor liten denne dødtid er, skal det bemerkes at antallet røntgenstråler som tapes i dette tidsrom (idet det antas at det foregligger 10<4> røntgenstråler pr. billedelement pr. sekund) er 10<4> x 0,0001 (dvs. omtrent en røntgenstråle pr. billedelement). Dette er mye mindre enn den kvantumsfluktuasjonsgrense (100) som er den statistiske feil for ti tusen røntgenstråler. Følgelig arbeider denne utførelse av oppfinnelsen med en ytelse som svarer til den størst mulige, statistisk oppnåelige ytelse.

Eksempelet på en billedelementkrets som er vist i fig. 2 eller fig. 11, kan implementeres med hoveddimensjoner mindre enn 35 pm, slik at billedelementcellene kan være 35 pm i kvadrat, eller mindre. Hver blokk har således en størrelse på 4 x 12 mm og en billeddannende overflate som har et areal på f.eks. 18 x 24 cm, kan dannes fra en mosaikk bestående av noen hundre fliser, idet hver flis tilsvarer en blokk på f.eks. 115 x 341 billedelementceller.

Å anvende en flisleggingsløsning for å frembringe store billeddannende overflater har fordelen av høy produksjonsmessig avkastning. Den gir også fordelen av modularitet slik at dersom en flis svikter, er det mulig å erstatte flisen uten å måtte bytte hele den billeddannende overflate. Dette gjør en stor billeddannende rekke økonomisk gjennom-førbar.

Overraskende er det fortsatt mulig å oppnå god billeddanningskvalitet ved å benytte en flisleggingsløsning, til tross for at flisene omfatter blokker påm x n billedelementceller og tilhørende kretser samt styreelektronikk. Hver flis vil behøve et minimum på fire, muligens fem til ti, ytre kontakter. Dessuten er det på hver flis ved kanten av det aktive billedareal som omfatter rekkene avmxn billedelementceller, noe uvirksomt rom hvor styre- og logikkretsene for flisen er plassert. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er derfor flisene plassert i en mosaikk, slik som illustrert i fig. 5.

For å brukes for mammografi bør et påvisende plan foreligge i en størrelsesorden av 30 x 30 cm. Intet dødrom tillates i påvisningsplanet. For å oppnå dette med anordningen vist i fig. 5 beveges mosaikken i to trinn slik at hele overflaten som det skal dannes bilde av, kan bli dekket fullstendig ved å akkumulere tre billedrammer. Flisfasongen kan i hovedsak være rektangulær. Den optimale lengde av det påvisende (eller aktive) areal av en flis er lik to ganger det samlede dødrom ved langsidene. Ettersom en estimert flisinnrettingsnøyaktighet på 50 - 100 pm fordrer en viss overlapping av flisenes aktive areal, kan flisstørrelsen ikke tilsvare de optimale dimensjoner. Et eksempel på en mulig mosaikk for en mammografianvendelse kan omfatte 621 fliser, idet hver flis har 41760 billedelementceller som hver er på 35 x 35 pm.

Bevegelsen av billedmosaikken kan oppnås ved å utnytte konvensjonelle mekaniske anordninger med tilstrekkelig nøyaktighet og hastighet. Fig. 5 viser at det er sørget for tilstrekkelig rom for elektronikken på hver flis. Arrangementet vist i fig. 5 er optimalisert for å tillate et helt overflatebilde å bli fremstilt, idet tre bilder samles inn, henholdsvis før, mellom og etter to trinn på 12 mm. Det vil imidlertid forstås at andre utførelsesformer kan anvende variasjoner av arrangementet vist i fig. 5 og at den teknikk som er beskrevet her, kan brukes for en hvilken som helst anvendelse for å akkumulere 100 % av et bilde.

Fig. 5A viser en del av styreelektronikken for en utførelse av oppfinnelsen som omfatter en mosaikk av fliser, f.eks. slik som den vist i fig. 5.

Den grunnleggende styreelektronikk for hver flis (f.eks. T2) tilsvarer i hovedsak den vist i fig. 3. Istedet for at en ADC 56 er anordnet for hver flis (slik som vist i fig. 3), er imidlertid utgangene fra flere fliser (f.eks. T1 - T10) via en hovedmultiplekser MM (som f.eks. arbeider ved en klokketakt på 10 - 100 MHz) forbundet med en felles ADC 561 og derfra med signalbehandlingslogikken, fremviseren osv. 58. Hovedmultiplekseren MM behøver ikke bli plassert på selve flisene, men den kan plasseres i nærheten av disse. ADCene 561 er dessuten ikke anordnet på flisene, men fortrinnsvis plassert i nærheten.

En fordel ved å bruke en hovedmultiplekser er at antallet ADCer som behøves kan reduseres, slik at den samlede pris på det billeddannende system reduseres. Som et alternativ til fig. 5A kan fliser ordnes i en kjedeform ("daisy-chained", dvs. at billedutgangen fra hver i mengden av de flislagte billeddannende anordninger er koblet til billedutgangen for en annen anordning i mengden, osv.) og leses ut ved å bruke en eneste felles ADC. ADCer med god oppløsning utgjør en dyr komponent i det samlede system, slik at det å redusere deres antall kan ha en vesentlig innvirkning på den samlede pris. I anvendelser slik som mammografi, konvensjonell røntgenundersøkelse, skjermbilder, osv., som kan innbefatte en mosaikk av flere hundre fliser, behøves et minimum av omtrent ni ADCer (dvs. bare ni utgangskanaler) i den hensikt å sørge for den ønskede utlesningsytelse, selv for høyintensitetsanvendelser. Kretsløpet i henhold til en utførelse av oppfinnelsen gjør det mulig å lese ut flisene på en styrt måte slik at et bilde kan akkumuleres ved å lese ut flisene flere ganger. Dette er noe som ikke kan gjøres med f.eks. en CCD-anordning. Flere utlesninger av flisene muliggjør en kontrast-forbedring på den følgende måte. Som et eksempel kan det betraktes at 5000 røntgen-stråler faller inn på et detektorbilledelement. Dersom billedelementets lagringskapasitet kan håndtere alle de 5000 røntgenstråler, kan det bestemmes at utlesningsraten innstilles til å tilsvare en tidsinnstilling for mottak av 5000 røntgenstråler, slik at de analoge ladningsverdier for alle 5000 røntgenstråler kan lagres i et billedelement, for deretter å lese ut den samlede, akkumulerte ladningsverdi. Dersom det brukes en 10-biters ADC

(dvs. 1024 gråtoner), vil så hver 4,88 røntgenstråle (dvs. 5000 røntgenstråler dividert på 1024) tilsvare en forskjellig gråtonekvantisering. Dersom imidlertid en raskere utles-ningstakt brukes, f.eks. ved en tidsstyring tilsvarende mottagelsen av 1000 røntgenstråler ved bruk av den samme ADC, da tilsvarer hver 1000 røntgenstråler dividert på 1024, dvs. 0,97 røntgenstråler, gråtonekvantiseringen. Ut fra dette skjematiske eksempel kan det ses at gråtoneoppløsningen kan økes ganske enkelt ved å lese ut ved en høyere hastighet.

De teknikker som er beskrevet straks ovenfor med henvisning til fig. 5A muliggjør en optimalisering mellom pris (mer multipleksing og færre ADCer) og billedkontrast (mindre multipleksing og flere ADCer). Fig. 6A - 6C viser mer detaljert konstruksjonen av et eksempel på en flis som har en lagdelt konstruksjon som inneholder en hybridunderstøttende skive 210, en silisiumbrikke 212 for utlesning montert på bæreskiven og et billedelementdetektorlag 214 fremstilt fra f.eks. CdZnTe, CdTe, Hgl2, GaAs, Ge, Si eller TIBr og som er kule- eller hump-forbundet med utlesningsbrikken. Fig. 6A er en planskisse av billedelementdetektorlaget 214 som i dette eksempel har et aktivt overflateareal 216 på 19,985 mm x 19,985 mm. Omkring det aktive overflateareal av billedelementdetektorlaget finnes det et uvirksomt område som omfatter en detektorbeskyttelsesring 218. Fig 6B er en planskisse av detektorlaget montert på utlesningsbrikken 212 og bæreskiven 210. Det vil forstås at såvel detektor-beskyttelsesringen 218 som det uvirksomme areal omkring det aktive detektorareal også innbefatter kantene av utlesningsbrikken 212 og hybridbærelaget 210 samt det rom som behøves mellom flisene. Trådbindingsputer 220 på det bærende lag eller skiven 210 tillater elektrisk forbindelse av utlesningsbrikken med kretsløp på skiven 210 og derfra via en hovedbakplate til billedbehandlingskretsløpet. Fig. 6C viser et snitt gjennom flisen og som anskueliggjør detektorlaget 214 som på de enkelte billedelementsteder er forbundet med utlesningsbrikken ved hjelp av kulebinding 222. Den understøttende skive er forsynt med en rekke pinner 224 for å posisjonsinnstille og forbinde flisen på en hovedbakplate. Fig. 7A - 7D viser et alternativ til forskyvning av et eneste påvisende plan beskrevet med henvisning til fig. 5, f.eks. for anvendelse innen autoradiografi, hvor overflaten som det skal dannes bilde av, avgir stråling i stedet for en ytre kilde. Det kan da betraktes et eksempel på autoradiografi hvor en stikkprøve merkes med isotoper (f.eks. C14, P32, P35, S32, 1125, H3 osv.) og plasseres så nær som mulig en billeddetektor (f.eks. et billeddannende plan, slik som vist i fig. 7A). Vanligvis hviler stikkprøven på et tynt mylarsjikt som er omtrent 1,5 pm tykt for å unngå forurensning. Dersom stikkprøven plasseres på det billeddannende plan, vil bevegelse av det billeddannende plan, slik som beskrevet med henvisning til fig. 5, ikke være mulig. Som følge av de uvirksomme områder omkring flisenes aktive områder vil imidlertid det aktive billeddannende areal for et eneste mosaikklag, slik som i fig. 7A, bare gi en dekning på omtrent 85 % av det totale areal. Fig. 7A angir noen dimensjoner for et eksempel på en flismosaikk.

En løsning på dette problem er, slik som skjematisk anskueliggjort i fig. 7B og 7C, å frembringe en "sandwich" av to billeddannende plan DP1 og DP2 henholdsvis over og under stikkprøven OS. Det andre billeddannende plan bringes så nær som mulig det første billeddannende plan med stikkprøven imellom, idet de billeddannende plan er innbyrdes parallelle og noe forskjøvet i forhold til hverandre. Posisjoneringsnøyaktighet-en kan være så god som 1 - 2 pm. Fig. 7D viser dødrommet eller det uvirksomme rom mellom de aktive billeddannende områder i anordningen vist i fig. 7B og 7C. De hvite punkter representerer uvirksomme områder mens de dobbeltskraverte områder viser hvor de aktive områder overlapper og de gjenværende skraverte områder viser hvor bare et aktivt område ligger over en del av stikkprøven. I det spesielle eksempel som er vist og som angitt i fig. 7D, er bare 1,2 % av det samlede areal uvirksomt, mens 68,9 % er billeddannende for begge billeddannende plan (hvilket således øker effektiviteten ettersom strålingen påvises på begge sider av stikkprøven) og 29,9 % er billeddannende bare på ett plan. Det uvirksomme areal på 1,2 % kan likevel dekkes ved anledningsvis å løfte det øvre plan og forskyve det noe f.eks. langs diagonalen.

Innen autoradiografi behøves det ideelt billedoverflater så store som 42 x 39 cm. Med en flisstørrelse som nevnt ovenfor og billedelementer på 35 x 35 pm, kan 98,8 % av det totale areal dekkes med 578 fliser. Bare 40 ADCer, eller mindre, ville være nødvendig dersom flisene multiplekses sammen, slik det her er beskrevet et annet sted. Ved å utnytte disse teknikker kan et nytt totalbilde genereres og vises frem hvert tredje sekund. Denne anvendelse av oppfinnelsen kan gi praktisk talt 4n dekning av en stikkprøve, hvilket øker den samlede effektivitet, sanntids billeddannelse, en oppløsning i rommet på 35 pm og et dynamisk område med en størrelsesorden av 6.

Således må denne alternative anordning som er egnet for å brukes i anvendelser hvor objektet som det skal dannes bilde av har en strålingskilde, frembringe et første og andre påvisende plan anordnet hovedsakelig innbyrdes parallelt og i avstand fra hverandre med en objektkilde som det skal dannes bilde av mellom de påvisende plan. Ved å ordne det slik at flisene i de respektive billeddannende plan forskyves sideveis i forhold til hverandre, er det mulig å oppnå en i hovedsak komplett billeddannelse av et objekt når strålingen fra objektet er hovedsakelig den samme mot begge plan.

Andre utforminger av billeddannende anordninger kan brukes for forskjellige anvendelser. For datamaskinstyrte tomografianvendelser er de billeddannende anordninger f.eks. anordnet hovedsakelig tangensialt omkring omkretsen av en ring eller delring for å omslutte eller delvis omslutte en skive av et objekt som det skal dannes bilde av. De billeddannende anordninger kan også anordnes hovedsakelig tangensialt omkring omkretsen av flere ringer eller delringet forskjøvet i forhold til hverandre i den retning som danner en felles akse for nevnte ringer eller delringer i den hensikt å danne bilde av flere skiver av objektet. I andre anvendelser, slik som ikke-destruktiv prøvning og sanntidsover-våkning kan de billeddannende anordninger flislegges sammen for å danne en mosaikk som svarer til arealet og fasongen av en gjenstand som skal dannes bilde av og/eller for å danne en mosaikk som omgir deler av eller hele gjenstanden som det skal dannes bilde av.

I stedet for å ordne billedelementceller i en i stor grad rektangulær rekke, kan de billeddannende anordninger i andre utførelsesformer av oppfinnelsen, konfigureres som en spalte med billedelementceller ordnet i en eneste kolonne eller en spalte med billedelementceller ordnet i et antall kolonner side ved side. En spalte eller sliss kan brukes i mange anvendelser, slik som ved radiografisk kroppsavsøkning, dental fullbreddebilled-dannelse, sikkerhetsavsøkning, osv. Bruken av en sliss kan også utnyttes som et alternativ til helfeltavsøkning, med fordelen av lavere pris pga. en mindre billeddannende overflate. I tilfellet av en spalte eller sliss som har en eller flere rader billedelementer kan billedelementkretsene plasseres til side for de tilhørende billedelementdetektorer på det samme halvledersubstrat i stedet for å befinne seg bak billedelementdetektorene på det samme eller et annet halvledersubstrat. En meget lang uavbrutt spalte (eller sliss) kan dannes ved å plassere et antall spaltefliser (eller slissfliser) ende mot ende. Flisene i inntilliggende kolonner kan forskyves i kolonneretningen slik at det under avsøkningen ikke vil foreligge noe uvirksomt areal tilsvarende det uvirksomme rom mellom fliser. Dette er vist i fig. 5. Ved å plassere styreelektronikken til side for billedelementcellene dannet av billedelementdetektorene og billedelementkretsene, kan billedelementcellene strekke seg i hovedsak helt til enden av den enkelte spalteflis (eller slissflis). Denne måte kan en meget lang uavbrutt spalte (eller sliss) produseres på en meget kostnadseffektiv måte.

Det vises igjen tii fig. 1 hvor styreelektronikken 24 inneholder behandlings- og styrekrets-er beskrevet med henvisning til fig. 3 og 4, som er forbundet med billedelementceller 18 på halvledersubstratet som skjematisk er vist med toveispilen 22. Styreelektronikken 24 åpner de aktive kretser 20 knyttet til de enkelte billedelementceller 18 som skal adresseres (f.eks. avsøkes) for å lese ut ladningen akkumulert i de aktive kretser 20 for de enkelte billedelementceller 18. Den utleste ladning tilføres analog til digital omformere (ADCer) for å digitaliseres samt datareduksjonsbehandlere (DRP'er, DRP - Data Reduction Processors) for behandling av det binære signal.

Den behandling som utføres av DRP'ene kan innebære å diskriminere signaler som ikke tilfredsstiller visse betingelser, slik som et minste energinivå. Dette er særlig nyttig når hvert utlest signal tilsvarer en eneste innfallende strålingshendelse. Dersom energien som tilsvarer det målte signal er mindre enn den som forventes av den stråling som brukes, kan det besluttes at den reduserte ladningsverdi som er lagret, stammer fra spredningsvirkninger. I et sådant tilfelle kan målingen forkastes med en derav følgende forbedring med hensyn til billedoppløsning. For billedelementer som er et større enn 100 pm i tverrmål, kan diskriminineringen alternativt utføres på hver billedelementkrets, slik som nevnt tidligere. I dette tilfellet utelukkes treff med lav energi, mens resten akkumuleres på billedelementkretsene.

Styreelektronikken 24 er videre knyttet til en billedprosessor 28 via en bane skjematisk representert ved pilen 26. Billedbehandleren 28 har et datalager hvor den lagrer de digitale verdier som representerer ladningen utlest fra hver billedelementcelle sammen med posisjonen for vedkommende billedelementcelle 18. For hver billedelementcelle 18 legges hver ladningsverdi som er lest ut fra billedelementcellen til ladningsverdien som allerede er lagret for vedkommende billedelementcelle, slik at ladningsverdien akkumuleres. Som en følge av dette kan hvert bilde lagres som en representasjon av en todimensjonal rekke billedelementverdier som f.eks. kan lagres i en database.

Billedbehandleren 28 kan gjøre tilgang til lagrede billeddata i databasen for å velge ut et gitt bilde (eller en rekke) eller en del av bildet (en delstikkprøve av billedrekken). Billedbehandleren 28 leser verdiene lagret for de utvalgte billedelementposisjoner og bevirker at en representasjon av dataene vises frem på en fremviser 32 via en bane som skjematisk er vist ved hjelp av pilen 30. Dataene kan selvsagt skrives ut i stedet for eller i tillegg til å bli vist frem og de kan underkastes ytterligere behandlingsoperasjoner. Bakgrunn og støy kan subtraheres som en konstant fra hver billedelementladningsverdi. Denne pilar- og/eller bakgrunnssubtraksjon er mulig dersom et "tomt bilde" innhentes før det egentlige bilde tas. For hvert billedelement kan det da utledes en bakgrunnsverdi som så kan trekkes fra.

Virkemåten for billedbehandleren 28 skal nå beskrives mer detaljert nedenfor.

Fig. 12 anskueliggjør en billeddannende teknikk i henhold en utførelse av oppfinnelsen, som utnytter en billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen med en spalte eller sliss for aktive, dynamiske billedelementceller med vilkårlig tilgang. I samsvar med denne teknikk beveges spalten eller slissen sideveis med konstant hastighet v og leses ut for hver t1 -10 tidsenheter.

I eksempelet vist i fig. 12 har en spalte 6 billedelementer, som hver har dimensjonene x og y. Den konstante bevegelse foregår i retning av dimensjonen x. Dersom utlesning skjer ved tidspunktet t0 bør da i henhold til dette aspekt av oppfinnelsen, spalten tillates å bevege seg inntil et tidspunkt t1 for så å bli lest ut påny. Distansen som tilbakelegges eller avsøkes i tidsperioden t1 -10 er dx og bør ikke være lengre enn halvparten av billedelementstørrelsen i bevegelsesretningen (dvs. dx < x/2). Denne teknikk forbedrer oppløsningen langs bevegelsesaksen med en faktor på 2 sammenlignet med billeddannelse med helt felt, eller konvensjonelle spalte/sliss-teknikker. Grunnen til denne forbedring ligger i den multiple stikkprøvemodus som brukes og i samsvar med hvilken, dersom spalterammen (slissrammen) akkumuleres i korte nok intervaller (dvs. at den avsøkte distanse må være kortere enn halve billedelementstørrelsen), "avføles" den underliggende struktur med en oppløsning som er lik billedelementstørrelsen i stedet for to ganger billedelementstørrelsen. To ganger billedelementstørrelsen er den effektive oppløsning for et billeddannende plan med helt felt eller en spalte (sliss) som ikke arbeider på en måte i samsvar med dette aspekt av oppfinnelsen. Den ovenfor beskrevne teknikk kan f.eks. brukes innen dental panoramabilleddannelse. Avsøkningshastig-heten er typisk 4 cm/s og spalten har en bredde på 4 mm samt en lengde på 8 cm. Dette betyr 80 * 1.600 billedelementer ved en kvadratisk billedelementstørrelse på 50 pm. Hele billedakkumuleringen bør vare omtrent 10 sekunder. I henhold til foreliggende utførelsesform av oppfinnelsen bør spalten leses ut i det minste hvert 25 ps, hvilket betyr en spalteavlesningsrate på 1,6 kHz. Dersom det benyttes billedelementblokker med 80 kolonner og 20 rader billedelementer samt en klokkefrekvens på 5 MHz, er blokkavles-ningshastigheten 5 x 10<6>/ (20 x 80) = 3,1 kHz, hvilket er mye mer enn 1 kHz, som behøves.

Når spalteteknikken brukes, bør røntgenkilden innstilles til en høyere driftsstrøm eller,

om mulig, bør røntgenstrålene fortettes fra et helfeltområde til dimensjonene av spalten (slissen). Dette behøves for å holde billedakkumuleringstiden konstant. I mange tilfeller kan dette være teknisk vanskelig og kostbart. Et alternativ til enkeltspalteteknikken er en flerspalteteknikk. I henhold til denne variant posisjonsinnstilles flere spalter (slisser) på plan som er innbyrdes parallelle og med en viss konstant avstand mellom spaltenes eller slissenes lengdeakser. Dersom det foreligger n spalter (slisser) og den samlede lengde som skal avsøkes er X cm, behøver på denne måte hver spalte (sliss) å avsøke bare X/n cm. Dette stiller lavere krav til mekanikken, men viktigere er det at røntgenkildens intensitet behøver å bli øket med bare X/(n x spaltebredden).

Forskjellige fremgangsmåter for å drive de billeddannende anordninger og systemer i henhold til oppfinnelsen, vil nå bli beskrevet. Som nevnt ovenfor sikter anordningene og systemene i henhold til oppfinnelsen til å gi en billeddannelse ved stråling med høy intensitet, som er tenkt å falle direkte inn på de billeddannende anordninger. I utfør-elsesformer av oppfinnelsen akkumuleres ladning (ved å lagre ladningsverdier direkte eller spennings- eller strømekvivalenter) som reaksjon på strålingstreff, idet ladningsverdien er direkte og lineært knyttet til den totale energi av den innfallende stråling, i stedet for å telle antallet punkter eller hendelser eller pulser. En ASID akkumulerer således ladningen på portene for transistorer og/eller kondensatorer (eller andre ladningsakkumulerende anordninger implementert på billedelementkretsen) som står for det meste av inngangsknutepunktkapasitansen for hver billedelementkrets og hver billedelementdetektor, og en ASID har en direkte en-til-en-adgang til alle billedelementceller. Disse to hovedtrekk har dramatisk betydning for ytelsen. En ASID kan akkumulere omtrent to størrelsesordener mer ladning enn en CCD. En ASID gir også utvetydig billeddannelse med mindre enn en brøkdel av en prosent uvirksom tid. Det elektroniske støynivå er bare omtrent noen få hundre elektroner.

Sammenlignet med konvensjonelle pulstellende billedelementdetektorer i halvledermaterial har en ASID ingen begrensning med hensyn til strålingens (og/eller lysets) intensitet. Lange billedrammeakkumuleringstider (inntil 1 sekund, om nødvendig) og meget stort dynamisk område tillater sanntidsbilleddannelse med høy densitet uten metning.

Som nevnt ovenfor med henvisning til fig. 1, er det etter ADCene en billedbehandler 28 som lagrer den digitale verdi som representerer ladningen utlest fra hver billedelementcelle sammen med posisjonen for vedkommende billedelementcelle 18. For hver billedelementcelle 18 adderes hver ladningsverdi lest ut fra billedelementcellen til ladningsverdien som allerede er lagret for vedkommende billedelementcelle, slik at det akkumuleres en ladningsverdi. Som en følge av dette kan hvert bilde lagres som en representasjon i form av en todimensjonal rekke av billedelementverdier.

Billeddataene kan f.eks. lagres i en database som en todimensjonal rekke for bildet:

Bilde (1:Nbi|ledelement, 1:3),

hvor den første indeks innbefatter <N>bMlede|ementer opplysninger som representerer et billedelementnummer på det billeddannende plan, som løper lineært fra 1 til det største billedelementnummer Nbj||ede|ementer, mens den andre indeks innbefatter tre verdier for henholdsvis x- og y-koordinatene samt lagringsverdien akkumulert for hvert billedelement. For hvert bilde kan det subtraheres en bakgrunns/pilar-rekke. Bakgrunns/pilar-billedelementverdier kan akkumuleres f.eks. like før selve billedakkumuleringen, som et kalibreringsbilde. På denne måte sørges det for kalibrering av hvert billedelement hver for seg og ikke som en global konstant for alle billedelementer.

Billedbehandleren 28 gjør tilgang til de lagrede billeddata i databasen for å velge ut et gitt bilde (hele rekken) eller en del av bildet (en delstikkprøve på billedrekken) og sørger for at en representasjon av dataene vises frem, skrives ut eller behandles videre.

Før fremvisning, utskrift eller videre behandling av billeddatene finner billedbehandleren 28 fortrinnsvis de to ekstreme billedelementladningsverdier som er lagret for de utvalgte billedelementer og tilordner for disse verdier, de to ytterpunkter av gråtone- eller fargeskalaen som kan brukes for å vise frem, skrive ut eller viderebehandle bildet, ettersom det passer. De øvrige ladningsverdier for billedelementposisjonene kan så tildeles en mellomliggende gråtone- eller fargeverdi mellom disse ytterpunktverdier i samsvar med ladningen avsatt på billedelementet. For eksempel kan en gråtoneverdi tildelse ladningsverdier for individuelle billedelementer i samsvar med den etterfølgende ligning:

Gråtoneverdi for billedelement i:

Valget av det parti av bildet som skal zoomes kan oppnås ved hjelp av konvensjonelle brukerinngangsinnretninger 36 via en databane som er vist skjematisk med pilen 34, og eventuelt ved å samvirke med fremviseren 32 som er vist skjematisk med dobbeltpilen 38. En brukerinngangsinnretning 36 kan f.eks. være et tastatur, en datamus, o.l.

Som følge av at ladning akkumuleres i en aktiv krets for hver billedelementcelle, gir oppfinnelsen en rekke fordeler.

Muligheten for å akkumulere ladningen i de aktive kretser på billedelementcellene og så selektivt lese ut den lagrede ladning fra individuelt adresserbare aktive kretser i et en-til-en-samsvar med billedelementcellene, løser fullt ut enhver tvetydighet med hensyn til innfallingspunktet for den løpende innfallende stråling.

Ettersom ladningen kan bygge seg opp over en periode på individuelle aktive kretser, behøver utlesningshastigheten ikke være overskytende høy, med den følge at f.eks. programvarebasert generering og behandling av bildet i sann tid blir mulig og virkelig kan realiseres rimelig på lett tilgjengelig datamaskinvare.

For hvert parti av det innfangede bilde kan kontrast og oppløsning reguleres automatisk og vises frem på en hel skjerm. Om det skulle foreligge en variasjon i ladningstetthet mellom billedelementcellene i et område av bildet innfanget ved hjelp av den billeddannende anordning, kan trekk ved bildet oppløses når vedkommende del av det innfangede bilde vises frem.

Det dynamiske område er i praksis ubegrenset, idet det antas at ladningen fra den ladningslagrende anordning i billedelementcellenes aktive kretser avleses og den ladningslagrende anordning tilbakestilles på gjentatt måte før lagringskapasiteten for den ladningslagrende anordning er uttømt. Det er bare nødvendig å velge en "oppfrisknings-rate" for de aktive kretser, som er hyppigheten av utlesning og tilbakestilling av disse kretser, som passer lagringskapasiteten for de ladningslagrende anordninger og den antatt største strålingstetthet. Ettersom mer stråling skaper mer ladning, lagres således denne i de aktive kretser for hver billedelementcelle, og leses så ut ved passende mellomrom for å digitaliseres ved hjelp av styreelektronikken. Etter digitalisering har ladningen en kjent verdi som kan akkumuleres sammen med foreliggende digitaliserte ladningsverdier for det samme billedelement. Den eneste praktiske begrensning er den maksimale digitale verdi som kan lagres ved hjelp av behandlingskretsløpet. Selv da kan imidlertid behandlingsutstyret innrettes på å påvise en verdi som nærmer seg den maksimalt mulige verdi som kan lagres, for så å anvende en skaleringsfaktor på de lagrede verdier for alle billedelementcellene.

Oppfinnelsen muliggjør billeddannelse i sann tid. Så snart en billedrekke er blitt skapt og selv før bestrålingen begynner, kan billedrekken oppdateres kontinuerlig med nye digitaliserte ladningsverdier fra den billeddannende anordning, idet ladningsverdiene da legges til de eksisterende ladningsverdier for vedkommende billedelement i rekken og de akkumulerte ladningsverdier vises frem i sann tid.

Når en fortløpende oppdatert billedrekke anvendes gir dette en effektiv utnyttelse av datamaskinlageret ettersom påvist stråling ikke vil gi flere billedpunkter enn det som er tilfellet med visse tidligere kjente teknikker, men i stedet gi høyere ladningsverdier for vedkommende billedelementcelleposisjoner. Med andre ord gjør foreliggende oppfinnelse det mulig å akkumulere strålingstellinger i stedet for så å generere et stadig økende antall strålingstreffpunkter. En ASID kan også brukes for å frembringe billeddannelse i sann tid hvor en ny billedramme vises frem for hvert forutbestemt tidsintervall. Den uvirksomme tid mellom billedrammen er praktisk talt lik 0, slik at sanntidsbilleddannelse frembringes med den største effektivitet og ikke på bekostning av ytterligere kompleksitet, hverken med hensyn til antallet utlesningskanaler eller billedelementkretser.

Foreliggende oppfinnelse gir en måte som virkningen av stråling som er spredt før den kommer inn i den billeddannende anordning, kan gjøres så liten som mulig på. Når en billeddannende anordning brukes på den måte som er beskrevet ovenfor, vil spredte stråler føre til at en lavere ladningsverdi blir akkumulert enn det som ville vært tilfellet dersom strålingen var direkte innfallende. Dette kommer av at de spredte stråler vil avsette mindre energi i billedelementdetektorens utarmede sone. Når den akkumulerte ladning så behandles, vil spredt stråling ha mye mindre virkning på den samlede akkumulerte ladning enn direkte stråling. Ved å tildele en passende gråtone- eller fargeverdi til de lavere verdier når et akkumulert bilde vises frem, er det mulig å minimalisere virkningen av spredt stråling.

For anvendelser med strålingsintensiteter som fordrer mindre enn den største oppnåelige utlesningshastighet pr. billedelement (kHz-område), gir foreliggende oppfinnelse en måte på hvilken virkningen fra stråling spredt før den kommer inn i den billeddannende anordning, som dersom den ikke utelukkes, vil forringe billedoppløsningen. Den måte som dette kan gjøres på vil nå bli forklart. Ladninger skapt ut fra hvert eneste foton eller hver ladet strålingspartikkel lagres først i de aktive kretser for billedelementcellene og leses så ut. Styringselektronikken digitaliserer ladningen og DRP'en kan sammenligne den digitaliserte verdi med en referanseterskelverdi. Referanseverdien tilsvarer den ladning som kan forventes fra innfallende stråling av den aktuelle type, dvs. f.eks. en røntgen-stråle av en gitt bølgelengde eller fra en ladet stråling med gitt energi. Den digitaliserte ladningsverdi utelukkes så fra videre betraktninger dersom den er mindre enn referanseverdien. Denne diskrimineringsoperasjon gjør det mulig å eliminere spredte stråler fra vurderingen. Når uelastiske spredevirkninger opptrer før det billeddannende plan samtidig som f.eks. strålingen går igjennom et objekt som iakttas, taper den spredte stråling noe av sin energi før det billeddannende plan, slik at mindre ladning skapés i en billedelementcelles utarmede område. Sådanne virkninger er Compton scattering av fotoner og ioniseringsspredning med hensyn til ladede partikler.

På den annen side kan spredte stråler utelukkes ved en hvilken som helst innkommende intensitet, dersom dette gjøres på billedelementkretsene forut for ladningsakkumulering-en. Anvendelser slik som med gammakameraer og angiografi-billeddannelse i sann tid behøver billedelementer med et tverrmål på 100 pm eller mer, og det foreligger tilstrekkelig rom på billedelementkretsen for å realisere terskelavskjæringen.

Et eksempel på en fremgangsmåte som muliggjør en måte hvor virkningen fra stråling som er blitt koherent eller inkoherent spredt før den kommer inn i den billeddannende anordning, utnytter en spalteteknikk og en kollimert strålekilde slik at den reguleres til å avgi stråler som er rettet mot den billeddannende spalte. Avstanden mellom strålekilden og gjenstanden som iakttas samt avstanden mellom gjenstanden og den billeddannende spalte samt bredden av spalten, optimaliseres. Disse parametre kan brukes for å bestemme den geometri som gjør påvisning av spredte stråler så liten som mulig. Dette kommer av at de spredte stråler "ser" et lite faserom og har ingen grunn til å komme inn i den smale billeddannende spalte. Denne fremgangsmåten er særlig virkningsfull fordi den er basert på geometri og fordi det ikke fordres kjennskap tii energien i strålene. Dersom strålene er blitt spredt, vil de mest sannsynlig unngå påvisning enten de er blitt spredt inkoherent og har mistet noe av sin energi (Compton scattering) eller koherent og har beholdt all sin energi (Rayleigh scattering).

Som et eksempel viser fig. 13 forholdet mellom ikke-spredt stråling som når spalten (slissen) som en funksjon av spaltebredden for fire forskjellige fotonenergier og fire forskjellige avstander mellom spalten (slissen) og gjenstanden som iakttas. For dette eksempel antas vann å være objektet som forårsaker spredning over en tykkelse på 10 cm. Halvlederen antas å være av silisium. Det sees fra de fire kurver at særlig all spredning utelukkes (100 % vertikalakse) ved spaltebredder mellom 1 mm og 4 mm. Dette resultat er nesten irrelevant med hensyn til avstanden mellom spalten og gjenstanden (P i figuren). Dersom spaltebredden begynner å bli større enn 1 - 4 mm, begynner resultatene også å avhenge av (3. For en gitt energi og gjenstand som betraktes, bestemmes således den optimale spaltebredde og avstanden (3 mellom spalten og objektet slik at de spredte stråler nesten fullstendig vil bli ekskludert, hvilket dramatisk forbedrer billedoppløsningen og -kontrasten. Fremgangsmåten gjør det mulig å utelukke koherent spredte stråler som ellers ikke kunne bli utelukket ettersom de har samme energi som ikke-spredte stråler.

Optimalisering av konstruksjonen av de billeddannende anordningen i henhold til oppfinnelsen kan utføres på en forutbestemt automatisert måte. Hvert material eller hver forbindelse som velges for halvledersubstratet har forskjellig reaksjon på innfallende stråling, som avhenger av materialets eller forbindelsens fysiske egenskaper, strålings-typen og strålingsenergien. En metode for gravitasjonsmidtpunkt utføres på det avsatte elektriske signal i hvert trinn ettersom innfallende stråling går igjennom halvledersubstratet. Dette muliggjør at den best oppnåelige løsning bestemmes som funksjon av de ovenfor nevnte parametre. På denne måte bestemmes billedelementstørrelsen. Ved på riktig måte å velge billedelementstørrelsen kan signal/støy-forholdet maksimeres (fordi det meste av signalet inneholdes i et billedelement), mens prisen og anordningens kompleksitet minimaliseres. Disse resultater sammen med forventet følsomhet kan lagres i en database og kan brukes for å bestemme konstruksjonsparametrene for det billeddannende plan for den billeddannende anordning, dvs. billedelementstørrelsen og substrattykkelsen. Alternativt kan det anordnes en rekke billeddannende plan som er kompatible med et felles sett styreelektronikk og en billedbehandler. En sluttbruker kan da, før billeddannelse utføres, legge inn en ønsket følsomhet for billedbehandleren for å få denne til automatisk å velge et billeddannende plan med riktige spesifikasjoner.

Et eksempel kan betraktes, hvor silisium brukes som halvledersubstratmaterial. I biotekniske anvendelser benyttes isotoper, slik som 3H, 35S, 32P, 33P, 14C og 1251. Disse isotoper avgir (3-stråling. For eksempel sender isotopen 35S ut ladet stråling med 170 keV. Fig. 14 viser passasjen av mange sådanne p-stråler gjennom silisium. Dersom gravitasjonsmidtpunktsmetoden anvendes, finnes det at oppløsningen ikke kan bli bedre enn 32 pm. Billedelementstørrelsen kan da velges til å være større enn 32 pm i den hensikt å romme det meste av det elektriske signal. De p-strålende isotoper som er nevnt ovenfor brukes i de fleste biotekniske anvendelser. Innen mammografi, tomografi, nukleær medisin, dental billeddannelse, sikkerhetssystemer og produktkvalitetskontroll brukes røntgen med energinivå mellom 10 og 180 keV, mens CdZnTe, CdTe og Hgl2 er egnede valg av halvledere.

Det foreligger mange biologianvendelser som utfører billeddannelse med p-stråling. For det meste benyttes de etterfølgende isotoper: 3H (18 keV), 14C (155 keV), 35S (170 keV), 33P (250 keV), 32P (1700 keV).

Fordringene til presisjon ved disse anvendelser kan oppsummeres som følger:

- hybridisering in situ fordrer ideelt 10 pm,

- hybridisering på DNA, RNA og protein isolert eller integrert, fordrer ideelt bedre enn 300 pm,

- sekvenser av DNA fordrer ideelt 100 pm.

En billeddannende anordning i henhold til oppfinnelsen kan tilfredsstille fordringene ovenfor. I tillegg kan den utmerkede effektivitet (praktisk talt 100 %) for de billeddannende anordninger i henhold til oppfinnelsen redusere tiden det tar for å oppnå resultater, fra dager eller måneder til timer. Siden billeddannelsen gjøres i sann tid, kan en biolog se resultatene mens de er i ferd med å bli akkumulert. Programvare og statistiske analysemetoder kan brukes for å tolke disse resultater.

Innen mammografi brukes røntgen som typisk har energi på fra 10 til 30 keV. Røntgen-kilden plasseres bak gjenstanden som betraktes og som absorberer deler av røntgen-strålene og lar resten passere igjennom. Røntgenstrålene som ankommer det billeddannende plan blir følgelig fotoabsorbert og skaper et elektrisk signal ut fra hvilket innfallspunktet bestemmes. Ladningstetthetens fordeling bestemmer effektivt bildet som med konvensjonell on//ne-behandling kan fargelegges, zoomes og analyseres med maksimal billedkontrast og oppløsning. Med 0,5 - 1 mm tykke, aktive CdZnTe-, CdTe-eller Hgl2-billedelementer er effektiviteten nesten 100 % og den dose som behøves kan reduseres drastisk. Oppløsningen for mammografi kan være bedre enn 30 pm og organiske strukturer av denne størrelse oppdages.

Innen nukleær medisinsk diagnostikk innsprøytes en isotop som sender ut røntgenstråler i området av 150 keV (slik som for eksempel Tc" med seks timers halveringsliv) inn i menneskekroppen og samles i visse områder som det dannes bilde av. Strålingen sendes ut isotropisk og omkring menneskekroppen filtrerer kollimatorer bort uønskede retninger som således gjør projeksjoner av et punkt på forskjellige plan. I henhold til et eksempel på foreliggende oppfinnelse kan ASID'en f.eks. fremstilt i CdZnTe, CdTe, Hgl2, InSb, Ge, Ga As eller Si, plasseres foran og omkring menneskehjernen for å erstatte eksisterende billeddannende plan.

Innen tannbehandling utføres billeddannelse med røntgenstråler med et energinivå på 40 - 100 keV og billeddannende arealer på omtrent 15-25 cm<2> behøves. Dental panoramabilleddannelse som utnytter spalte/sliss-teknikken beskrevet ovenfor utgjør således en foretrukket anvendelse av oppfinnelsen. Egnede halvledere er de samme som dem angitt ovenfor.

Nok en annen mulig anvendelse av oppfinnelsen er ikke-destruktiv, industriell evaluering og produktkvalitetskontroll. Avhengig av det uorganiske objekt som skal iakttas, velges forskjellig røntgenenergi for å optimalisere oppløsningen sammen med høy kontrast og effektivitet. Røntgenenerginivåer i området 20 - 180 keV kan benyttes. Bildet av et produkt eller en struktur sammenlignes automatisk med et ideelt bilde av det samme produkt eller den samme struktur og forskjellige nivåer av hård behandling kan utløse forskjellige tiltak som gir tilbakemelding til produksjonslinjen.

En ASID og fremgangsmåtene beskrevet ovenfor kan finne anvendelse i mange slags sammenhenger, innbefattet vanlige røntgenundersøkelser, skjermbilder, røntgenmammo-grafi, røntgentomografi, datamaskinstyrt tomografi, datamaskinstyrt spiraltomografi, røntgen-ben-densiometri, nukleær radiografi med y-stråler, gammakameraer for datamaskinstyrt tomografi med enkel fotonutsendelse (SPECT), positronsemisjonstomografi (PET), dental billeddannelse med røntgen, panoramisk dental billeddannelse med rønt-gen, p-strålebasert billeddannelse ved bruk av isotoper for DNA-, RNA- og protein-sekvensiering, hybridisering in situ, hybridisering av DNA, RNA og protein, isolert eller integrert, samt generelt for p-stråle-billeddannelse og autoradiografi ved utnyttelse av kromatografi og polymerers kjedereaksjon, for billeddannelse ved produktkvalitetskontroll med røntgen eller y-stråler, for ikke-destruktiv prøvning og overvåkning i sann tid og direkte ( online) for sikkerhetskontrollsystemer og for (bevegelse-) billeddannelse i sann tid som utnytter stråling.

Det vil forstås at størrelsen av billedelementcellene og antallet billedelementceller som kan implementeres på en eneste halvlederdetektor vil avhenge av den spesielle halv-lederintegreringsteknikk som brukes. Selv om spesielle eksempler på størrelser og komponenter er blitt gitt i beskrivelsen ovenfor, er således oppfinnelsen ikke begrenset til disse, men ment å omfatte ladninger av slike størrelser og verdier som er mulig med dagens teknikker og som vil bli mulig med fremtidig teknologi. Det skal også forstås at de kretser som er vist, slik som billedelementkretsen 20 i fig. 2, 8 og 11, og forbind-elseslinjene og styrekretsløpet i fig. 3, 4 og 9, kun er eksempler på mulige kretser og at mange modifikasjoner og tillegg er mulig innenfor omfanget av oppfinnelsen slik den er angitt i de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Billeddannende anordning for billeddannelse av høyenergistråling, som omfatter en rekke billedelementceller som har et halvledersubstrat med en rekke billedelementdetektorer som frembringer ladning som reaksjon på innfallende stråling og en tilsvarende rekke billedelementkretser som hver er tilordnet hver sin billedelementdetektor for å akkumulere ladning som stammer fra stråling som faller inn på nevnte billedelementdetektor og som er individuelt adresserbare og omfatter ladningsakkumuleringskretsløp for å akkumulere ladning fra stråling som faller inn på de respektive billedelementdetektorer, utlesningskretsløp for å lese ut akkumulert ladning fra nevnte ladningsakkumuler-ingskretsløp og tilbakestillingskretsløp for å tilbakestille nevnte ladningsakkumulerings-kretsløp, karakterisert ved at hver billedelementkrets som er dannet av nevnte ladningsakkumulerings-, utlesnings- og tilbakestillingskretsløp, er utformet for å utgjøre ladningsakkumuleringskretsløp som har en kapasitans som utgjør hovedsakelig den samlede kapasitans for en sådan billedelementcelle, dannet av vedkommende billedelementdetektor og nevnte billedelementkrets, samt en kapasitansverdi og et dynamisk område som er tilstrekkelig til å lagre i det minste 1,8 millioner elektroner ved akkumulering av ladning fra flere påfølgende høyenergistrålingstreff på vedkommende billedelementdetektor, før utlesning eller tilbakestilling foretas.

2. Billeddannende anordning som angitt i krav 1, og hvor et ladningsakkumulerende kretsløps kapasitans for hver billedelementkrets er større enn 0,1 pF, fortrinnsvis større enn 0,3 pF.

3. Billeddannende anordning som angitt i krav 2, og hvor hver billedelementkrets omfatter en ladningslagringsanordning for å akkumulere ladning, idet nevnte ladnings-lagringsanordnings kapasitans utgjør hovedsakelig inngangsknutepunktkapasitansen for nevnte billedelementkrets og nevnte billedelementcelle.

4. Billeddannende anordning som angitt i krav 2 eller 3, og hvor hver billedelementkrets omfatter i det minste to transistorer, hvorav en første transistor som virker som nevnte ladningslagringsanordning og en andre transistor som virker som en utlesnings-svitsj som reagerer på et klarsignal med å forbinde nevnte første transistor til en utgangslinje for å avgi enhver akkumulert ladning.

5. Billeddannende anordning som angitt i et av kravene 2 - 4, og hvor hver billedelementkrets omfatter i det minste to transistorer koblet i et kaskadeforsterkertrinn.

6. Billeddannende anordning som angitt i krav 4 eller 5, og hvor nevnte transistorer er felteffekttransistorer (FET).

7. Billeddannende anordning som angitt i krav 6, og hvor FET-kapasitansen for den første transistor i hovedsak utgjør nevnte inngangsknutepunktkapasitans for billedelementkretsen og nevnte billedelementcelle.

8. Billeddannende anordning som angitt i et av kravene 4 - 8, og hvor nevnte billedelementkrets omfatter en ytterligere felteffekttransistor som reagerer på et tilbakestillingssignal med å tilbakestille nevnte ladningslagringsanordning.

9. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor nevnte billedelementkrets omfatter kretsløp som beskytter mot overbelastning, fortrinnsvis dioder, og innrettet for over- og underspenningsbeskyttelse.

10. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og som omfatter elektrisk motstandsutstyr for elektrisk å skille billedelementceller.

11. Billeddannende anordning som angitt i krav 10, og hvor nevnte elektriske motstandsutstyr omfatter et ikke-ledende passiviseringssjikt mellom inntilliggende billedelementdetektorer.

12. Billeddannende anordning som angitt i krav 11, og hvor en spenning påføres nevnte passiviseringssjikt for å skape en potensialbarriære inne i nevnte halvledersubstrat under nevnte passiviseringssjikt for ytterligere å elektrisk skille billedelementcellene.

13. Billeddannende anordning som angitt i et av kravene 10 - 12, og hvor nevnte elektriske motstandsutstyr omfatter en diode dannet som en del av nevnte billedelementkrets.

14. Billeddannende anordning som angitt i et av kravene 10 - 12, og hvor nevnte elektriske motstandsutstyr omfatter en bipolar transistor dannet som en del av nevnte billedelementkrets.

15. Billeddannende anordning som angitt i krav 14, og hvor en basis for nevnte bipolare transistor for hver billedelementkrets er innstilt til et felles potensial.

16. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor den akkumulerte ladningsverdi i hver billedelementkrets avgis fra en billedelementkrets som en strømverdi, idet nevnte billedelementkrets fortrinnsvis blir svitsjet/multiplekset ved en takt av i størrelsesorden hundreder av kHz, eller mer.

17. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor nevnte billedelementcelles størrelse er av en størrelsesorden lik eller mindre enn 1 mm i tverrmål, fortrinnsvis omtrent 350 pm i tverrmål.

18. Billeddannende anordning som angitt i et av kravene 1 - 17, og hvor nevnte billed-elementcellestørrelse er omtrent 150 pm i tverrmål, eller mindre, fortrinnsvis omtrent 50 pm i tverrmål, eller mindre, og enda bedre omtrent 10 pm i tverrmål.

19. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor nevnte substrat er mellom 200 pm og 3 mm tykt.

20. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor nevnte billedelementkretser er integrert med nevnte substrat på linje med tilsvarende billedelementdetektorer.

21. Billeddannende anordning som angitt i et av kravene 1 - 19, og hvor nevnte billedelementkretser er dannet i et ytterligere substrat som inneholder nevnte billedelementkretser som er koblet til nevnte substrat som inneholder nevnte billedelementdetektorer, idet hver billedelementkrets er på linje med og koblet til den tilhørende billedelementdetektor.

22. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor nevnte rekke omfatter en enkelt rad av billedelementdetektorer og tilordnede billedelementkretser som danner en spalteformet billeddannende anordning eller av flere rader av billedelementdetektorer og tilordnede billedelementkretser som danner en slissformet billeddannende anordning.

23. Billeddannende anordning som angitt i krav 22, og hvor nevnte billedelementkretser for de respektive billedelementdetektorer befinner seg sideveis inntil de tilhørende billedelementdetektorer.

24. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor ladning kan akkumuleres på hver billedelementkrets i et tidsrom på inntil i størrelsesorden et millisekund eller titalls eller hundretalls millisekunder, eller mer, før utlesning.

25. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og som er kombi-nert med styreelektronikk som inneholder adresseringslogikk for å adressere billedelementkretsene enkeltvis i den hensikt å lese ut akkumulerte ladningsverdier fra nevnte billedelementkretser og selektivt tilbakestille nevnte billedelementkretser.

26. Billeddannende anordning som angitt i krav 25, og hvor nevnte adresseringslogikk omfatter utstyr for å forbinde utgangslinjer fra nevnte billedelementkretser til en utgang for den billeddannende anordning, utstyr for å tilføre leseåpningssignaler til leseåpnings-innganger for nevnte billedelementkretser og utstyr for å tilføre tilbakestillingssignaler til tilbakestillingsinnganger for nevnte billedelementkretser.

27. Billeddannende anordning som angitt i krav 26, og hvor nevnte utstyr for å forbinde utgangslinjene omfatter et skiftregister eller en teller for i rekkefølge å forbinde utgangslinjene for nevnte billedelementkretser for de respektive kolonner av billedelementer, til nevnte utgang for den billeddannende anordning.

28. Billeddannende anordning som angitt i krav 26 eller 27, og hvor nevnte utstyr for å tilføre leseåpningssignaler omfatter et skiftregister eller en teller for i rekkefølge å tilføre leseåpningssignaler til leseåpningsinngangene for nevnte billedelementkretser for vedkommende rader av billedelementer.

29. Billeddannende anordning som angitt i et av kravene 25 - 28, og hvor nevnte utstyr for å tilføre tilbakestillingssignaler omfatter et skiftregister eller teller for i rekkefølge å tilføre tilbakestillingssignaler til tilbakestillingsinngangene for nevnte billedelementkretser for respektive rader av billedelementer.

30. Billeddannende anordning som angitt i et av kravene 25 - 29, og hvor nevnte styreelektronikk inneholder en analog-til-digital-omformer for å omforme en analog ladningsverdi fra en billedelementkrets til en digital ladningsverdi.

31. Billeddannende anordning som angitt i et av kravene 25 - 30, og hvor i det minste en del av styreelektronikken er integrert i et halvledersubstrat, på hvilket nevnte billedelementkretser er integrert.

32. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor nevnte billedelementkrets er utformet for å frembringe ladningslagringsutstyr som har en kapasitans og dynamisk område som er tilstrekkelig til å lagre 6 millioner elektroner, fortrinnsvis 25 millioner, enda bedre 50 millioner og aller helst 60 millioner elektroner, før utlesning eller tilbakestilling foretas.

33. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor hver billedelementkrets omfatter utstyr for å forkaste ladning fra et innkommende strålingstreff som tilsvarer en energi mindre enn en forutbestemt verdi, forut for akkumulering i nevnte billedelementkrets.

34. Billeddannende anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor halvledersubstratet er fremstilt i et material valgt fra gruppen: CdZnTe, CdTe, Hgl2, InSb, GaAs, Ge, TIBr og Si.

35. Billeddannende system som omfatter en billeddannende anordning som angitt i et av kravene 25 - 34, karakterisert ved at nevnte billeddannende system omfatter en billedbehandler forbundet med nevnte styreelektronikk for å behandle nevnte digitale ladningsverdier fra de respektive billedelementkretser for å danne et bilde for fremvisning på en fremviseranordning.

36. Billeddannende system som angitt i krav 35, og hvor nevnte behandler bestemmer største og minste ladningsverdier for billedelementer som skal vises frem, tilordner ekstreme gråtone- eller fargeverdier til nevnte største og minste ladningsverdier og tildeler gråtone- eller fargeverdier til de enkelte billedelementer i samsvar med en glideskala mellom nevnte ytterkantverdier avhengig av vedkommende billedelements ladningsverdi.

37. Billeddannende system som angitt i krav 36, og hvor nevnte gråtone- eller fargeverdier tilordnes i samsvar med den etterfølgende formel: Gråtoneverdi for billedelement i:

38. Billeddannende system som omfatter flere billeddannende anordninger som angitt i et av kravene 1 - 34, og hvor nevnte billeddannende anordninger er flislagt sammen for å danne en mosaikk.

39. Billeddannende system som angitt i krav 38, og hvor nevnte mosaikk omfatter flere kolonner flislagte billeddannende anordninger, idet nevnte billeddannende anordninger i nabokolonner er forskjøvet i kolonneretningen.

40. Billeddannende system som angitt i krav 38 eller 39, og som omfatter utstyr for å trinnstyre eller bevege nevnte billeddannende anordning og/eller et objekt som. det skal dannes bilde av, for å akkumulere et bilde over et komplett billedareal.

41. Billeddannende system som angitt i krav 38 eller 39, og som omfatter to billeddannende overflater som hver omfatter en mosaikk av billeddannende anordninger, idet nevnte billeddannende overflater er ordnet hovedsakelig parallelt med hverandre og i avstand fra hverandre med et objekt som det skal dannes bilde av mellom nevnte overflater, idet mosaikkene er forskjøvet sideveis i forhold til hverandre for å frembringe en i hovedsak komplett billeddannelse av nevnte objekt.

42. Billeddannende system som omfatter flere billeddannende anordninger som angitt i et av kravene 1 - 34, og hvor nevnte billeddannende anordninger er ordnet hovedsakelig tangentialt omkring omkretsen av en ring eller delring som omslutter eller delvis omslutter en skive av et objekt som det skal dannes bilde av, for eksempel ved hjelp av en datamaskinstyrt tomografiteknikk.

43. Billeddannende system som angitt i krav 42, og hvor nevnte billeddannende anordninger er anordnet hovedsakelig tangentialt omkring omkretsen av flere ringer eller delringer forskjøvet i forhold til hverandre i retningen som danner en felles akse for nevnte ringer eller delringer.

44. Billeddannende system som omfatter flere billeddannende anordninger som angitt i et av kravene 1 - 34, og hvor nevnte billeddannende anordninger er flislagt sammen for å danne en mosaikk som svarer til arealet og fasongen av et objekt som det skal dannes bilde av.

45. Billeddannende system som omfatter flere billeddannende anordninger som angitt i et av kravene 1 - 34, og hvor nevnte billeddannende anordninger er flislagt sammen for å danne en mosaikk som omgir en del av, eller hele, det objekt som det skal dannes bilde av.

46. Billeddannende system som angitt i et av kravene 38 - 45, og hvor de respektive billedutganger for flere flislagte billeddannende anordninger er forbundet med en felles multiplekser, idet multiplekserens utgang er forbundet med en felles analog til digital omformer.

47. Billeddannende system som angitt i et av kravene 38 - 45, og hvor den respektive billedutgang for hver i mengden av flislagte billeddannende anordninger er koblet ("daisy-chained") til billedutgangen for en annen anordning i mengden, idet billedutgangen for den enkelte flislagte billeddannende anordning er forbundet med en felles analog til digital omformer.

48. Billeddannende system som angitt i krav 46, og hvor utgangen fra nevnte multiplekser omfatter strømverdier som representerer akkumulert ladning fra nevnte billedelementkretser.

49. Billeddannende system som angitt i et av kravene 35 - 48, og hvor de enkelte billedelementkretser adresseres for å lese akkumulert ladning ved en takt som optimaliserer oppløsningen for en analog til digital omformer, for å omforme analoge akkumulerte ladningsverdier til digitale verdier.

50. Billeddannende system som angitt i et av kravene 35 - 49, og hvor flere billedrammer akkumuleres enten ved et analog til digitalomformertrinn eller påfølgende ved et billedbehandlingstrinn.

51. Billeddannende system som angitt i et av kravene 35 - 50, og som er anordnet for å akkumulere billedrammer ved nevnte billedelementceller, for gjentatt å lese ut et forny-et bilde for fremvisning samt å tilbakestille nevnte billedelementkretser ved en takt som er tilstrekkelig til å unngå metning av en ladningslagringsanordning for nevnte billedelementkretser.

52. Billeddannende system som omfatter en eller flere spalte- eller slissformede billed-danningsanordninger som angitt i krav 22 eller 23, og som videre omfatter utstyr for relativ bevegelse mellom nevnte spalte- eller slissformede billeddannende anordning og en gjenstand som det skal dannes bilde av, i en retning på tvers av en lengdeakse for nevne billeddannende anordninger, for å akkumulere et komplett bilde over et billeddannende areal.

53. Anvendelse av en billeddannende anordning som angitt i et av kravene 1-32 for en fremgangsmåte for å danne bilde av akkumulerte verdier tilsvarende de respektive billedelementposisjoner innenfor en billedelementrekke slik som ladningsverdier akkumulert for de respektive billedelementposisjoner i nevnte billeddannende anordning, idet fremgangsmåten omfatter: - den største og minste akkumulerte verdi bestemmes for billedelementer innenfor et område av nevnte billedelementrekke som det skal dannes bilde av, - gråtone- eller fargeverdier tilordnes ved ytterkantene av en gråtone- eller fargeskala som det skal dannes bilde av, til nevnte største og minste akkumulerte verdier, og - gråtone- eller fargeverdier tildeles for nevnte akkumulerte verdier for de enkelte billedelementer skalert i samsvar med nevnte ytterpunktverdier, og - nevnte anviste gråtone- eller fargeverdier billeddannes ved de respektive billedelementposisjoner.

54. Anvendelse av en billeddannende anordning som angitt i et av kravene 1-32 for en fremgangsmåte for å utføre sann tids billeddannelse av et organisk eller uorganisk objekt, idet fremgangsmåten omfatter: - nevnte objekt bestråles ved utnyttelse av en strålekilde som frembringer røntgenstrål-er, y-stråler, p-stråler eller a-stråler, - ved et eller flere billeddannende plan i halvledermaterial på nevnte billeddannende anordning påvises uabsorbert stråling eller stråling som er sendt ut fra utvalgte områder av nevnte objekt, slik at den ladningsmengde som stammer fra stråling som suksessivt faller inn på de respektive billedelementdetektorer for nevnte billeddannende anordning akkumuleres i de respektive billedelementkretser, - nevnte billedelementkretser adresseres hver for seg for å lese ut akkumulert ladning, - nevnte utteste ladning behandles for å frembringe billedelementdata, og - nevnte billedelementdata vises frem.

55. Anvendelse av en billeddannende anordning som angitt i et av kravene 1 - 34 eller et billeddannende system som angitt i et av kravene 35 - 52, og som innebærer at den akkumulerte ladning leses ut fra hver enkelt billedelementkrets ved en takt som optimaliserer oppløsningen for en analog til digital omformer som omformer analoge akkumulerte ladningsverdier til digitale verdier.

56. Anvendelse av en billeddannende anordning som angitt i et av kravene 1 - 34, eller et billeddannende system som angitt i et av kravene 35 - 52 for konvensjonelle røntgen-bilder, for skjermbilder, for røntgenmammografi, for røntgentomografi, for datamaskinstyrt tomografi, for datamaskinstyrt spiraltomografi, for røntgen-ben-densiometri, for dental røntgenbilleddannelse, for dental panorama-billeddannelse med røntgenstråler, for billeddannelse med (3-stråler ved utnyttelse av isotoper for DNA-, RNA- og protein-sekvens-iering, hybridisering in situ, hybridisering av DNA, RNA og protein, isolert eller integrert, samt generelt for billeddannelse med [3-stråler og autoradiografi ved utnyttelse av kromatografi og polymerers kjedereaksjon, for billeddannelse med røntgenstråler og y-stråler innen produktkvalitetskontroll, for ikke-destruktiv prøvning og overvåkning i sann tid og online, for sikkerhetskontrollsystemer, og for billeddannelse av bevegelse.

57. Anvendelse av en billeddannende anordning som angitt i et av kravene 1-32 eller et billeddannende system som angitt i et av kravene 33 - 50 for infrarød billeddannelse, billeddannelse ved optisk lys eller billeddannelse ved ultrafiolett lys.