TW201515204A - 影像捕獲器件，輻射偵測裝置，以及用於影像捕獲器件之控制方法 - Google Patents

影像捕獲器件，輻射偵測裝置，以及用於影像捕獲器件之控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種光電轉換元件，其將光轉換為電荷並累積該電荷。一浮動擴散區域根據轉移自該光電轉換元件之一電荷量產生一電壓。一浮動擴散區域重設電晶體初始化該所產生的電壓。一轉換單元執行轉換處理以將該電壓轉換為一數位信號。該光電轉換元件重設電晶體在初始化該電壓之後之一預定時間點初始化累積在該光電轉換元件中之該電荷量。當自該預定時間點已經過短於該轉換處理所需的時間之一曝光時間時，該轉移電晶體執行自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移。

Description

影像捕獲器件，輻射偵測裝置，以及用於影像捕獲器件之控制方法 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2013年10月10日申請之日本優先權專利申請案JP 2013-212612號之權利，該案之全部內容以引用之方式併入本文。
本技術係關於一種影像捕獲器件、一種輻射偵測裝置及一種用於影像捕獲器件之控制方法。更特定言之，本技術係關於一種經組態以偵測弱光之影像捕獲器件、輻射偵測裝置及用於影像捕獲器件之控制方法。
近年來，已廣泛引入使用單光子發射電腦斷層掃描儀(SPECT，即伽馬攝影機)及正子發射斷層掃描儀(PET)之醫療診斷器件。在基於SPECT及PET對輻射進行此光子計數時，要求一偵測裝置具有一較高時間解析度，且同時要求偵測裝置偵測各輻射光子之能量強度，且根據能量強度實行計數過濾。
例如，諸如鍀之微量的伽馬射線源被引入至身體中，且自經輻射伽馬射線之位置資訊導出伽馬射線源之體內分佈，使得身體中之血 液流動狀態及諸如缺血症狀之相關疾病得以診斷。在此偵測中，提出使用一SPECT(伽馬攝影機)器件且使用SPECT器件中之一閃爍器及一光電倍增管之一組態(例如，參見PTL 1)。提出不僅偵測伽馬射線之入射位置而且偵測伽馬射線之能量強度之一SPECT器件(例如，參見PTL 2)。
將解釋SPECT器件中之伽馬射線偵測之概述。此SPECT器件包含一準直器、一閃爍器、一光電倍增管、一轉換器件及一計算器件。當產生自身體中之伽馬射線源之伽馬射線行進穿過準直器且進入閃爍器時，閃爍器發射螢光，且配置成陣列形式之光電倍增管偵測其光。光電倍增管放大光並發射電流脈衝，且此等電流脈衝行進穿過包含一電壓轉換器件、一放大器及一AD轉換器之一轉換器件，且輸出至一計算器件作為各光學偵測元件之入射光量值。
另一方面，由身體中之康普頓散射(Compton scattering)衰減之伽馬射線可行進穿過準直器且可被偵測。此信號係已丟失其原始位置資訊之雜訊。亦可存在歸因於宇宙輻射而發射為一極高信號之一雜訊。SPECT器件使用能量鑑別自不受散射影響之主伽馬射線過濾此等雜訊。計算器件鑑別各伽馬射線之雜訊且基於由連接至各光電倍增管之轉換器件給定之輸出判定位置。當閃爍器係由一單板製成時，一次由多個光電倍增管偵測閃爍器之光發射。例如，計算器件自輸出總和識別伽馬射線之能量且自輸出質心識別伽馬射線之入射位置。為判定各伽馬射線入射為一獨立事件，需要以一極高速度進行此等工作。計數如上所述被判定為主伽馬射線(即，並非雜訊)之伽馬射線之事件次數，且識別伽馬射線源之體內分佈。
基於上文解釋之能量鑑別之輻射光子計數能夠過濾已丟失位置資訊而成為雜訊之散射輻射，且可提供一高的影像捕獲對比度，且因此基於能量鑑別之輻射光子計數亦在近年來用於X射線之透射影像捕 獲，且已經認知其效果。提出使用光子計數用於捕獲X射線之一透射影像之一裝置(例如，參見PTL 3及PTL 4)，且預期其等被應用於乳房掃描儀及X射線CT(電腦斷層掃描儀)。
另一方面，本申請案之發明者已提出一種基於光子計數之新的影像捕獲器件，其藉由使用基於多個像素之分時及分區增加動態範圍(例如，參見PTL 5)。此影像捕獲器件係建立在互補金屬氧化物半導體(CMOS)成像器之電路組態上。此器件亦可用作一光子計數器件，其中晶片中之整個像素陣列被採用為一單個光接收表面。
[引用清單] [專利文獻] [PTL 1]
JP 2006-242958 A
[PTL 2]
JP 2006-508344 W
[PTL 3]
JP 2011-24773 A
[PTL 4]
JP 2004-77132 A
[PTL 5]
JP 2011-97581 A
然而，上述器件難以準確地偵測光子數目。首先，如PTL 1至PTL 5中所述，假定使用一閃爍器與一半導體光子計數器之一組合來計數輻射，該半導體光子計數器使用一半導體CMOS成像器或類似於該成像器之一結構。當使用此結構偵測光時，由一訊框速率判定光偵 測之時間解析度。此訊框速率係由讀取並輸出全部有效像素所需之電路效能判定，且訊框速率通常具有幾毫秒至幾十毫秒之量級。
例如，在伽馬攝影機中，光接收單元每一平方毫米之輻射進入次數係每秒鐘100次或更少。但是在乳房掃描中，輻射進入次數係每秒鐘幾萬次至幾百萬次。在CT影像捕獲中，輻射進入次數要高出一數量級。為計數其等全部，必須完成幾毫秒或奈秒之量級之偵測及判定之循環。因此，當輻射光子計數應用於乳房掃描及CT影像捕獲時，存在的問題係時間解析度可能不足。
在此情況下，考慮具有呈64列乘以64行之一陣列之像素之一COMOS成像器。此CMOS成像器進一步包含一偵測判定電路、一暫存器及一輸出電路。在CMOS成像器中，由各像素偵測之入射光作為經光電轉換之電荷累積在一像素中。對各列提供偵測判定電路。例如，各偵測判定電路具有一類比轉數位(AD)轉換器件，且各AD轉換器件連接至一列中之64個像素。當由一偵測電路讀取一像素輸出時，選擇任何給定列，且由64個偵測電路並行讀取來自64個像素之輸出並將該等輸出自類比轉換至數位，且就數位而言判定光子之存在/缺少。經偵測及判定之各像素之輸出結果暫時保存在一暫存器中且在一讀取週期中轉移至一輸出電路用於一後續列並輸出作為數位資料。
按順序且以一循環方式讀取各列，且當完成64次讀取時，完成該系列讀取。當轉移經累積電荷用於讀取時，重設光二極體，且因此自讀取某一訊框時至讀取一後續訊框時提供用於光電轉換電荷之一曝光時間及一累積週期。
假設上文解釋之CMOS成像器用作具有一單個光接收表面之一光接收器件來代替上文解釋之光電倍增管。例如，假設在各成像器之正面上提供光擴散構件，使得來自閃爍器之螢光以一實質上均勻方式進入成像器。
當X射線在任何給定訊框之第x列中之曝光時間內之一時間T2_1進入閃爍器時，由全部像素一次接收該時刻發射之螢光，且根據各列之讀取按順序輸出螢光。接著，在已讀取全部有效列之前的週期中，連續輸出一有效輸出D2_1。進一步言之，當後續X射線在後續訊框之第Y列中之曝光時間內之一時間T2_2進入閃爍器時，以一類似方式產生一輸出D2_2。
例如，假設讀取CMOS成像器之各列花費5微秒，則讀取全部64列花費320微秒，在該週期期間連續產生輸出D2_1及D2_2。在此情況下，若X射線以短於320微秒之一時間間隔進入閃爍器，則混合D2_1及D2_2之輸出，且此使得不可能判定X射線之能量亦不可能計數光子。更具體言之，由所謂的訊框速率判定成像器之時間解析度。在該訊框速率下，當如上文解釋般計數光子時，時間解析度不足，且此使得難以改良光子計數之精確度。
本技術係鑑於此等境況而進行，且本技術之一目的係提供一種用於容許一影像捕獲器件在一極短的時間週期中達成曝光之技術。
根據本技術之一實施例，提供一種影像捕獲器件及其控制方法，該影像捕獲器件包含：一光電轉換元件，其經組態以將光轉換為電荷並累積該電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據轉移自該光電轉換元件之一電荷量產生一電壓；一浮動擴散區域重設電晶體，其經組態以初始化該所產生的電壓；一轉換單元，其經組態以執行轉換處理以將該電壓轉換為一數位信號；一光電轉換元件重設電晶體，其經組態以在初始化該電壓之後之一預定時間點初始化累積在該光電轉換元件中之電荷量；及一轉移電晶體，其經組態以在自該預定時間點已經過短於用於該轉換處理所需之時間之一曝光時間時執行自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移。因此，此產生以下效果：當自該 預定時間點已經過短於用於該轉換處理所需之時間之曝光時間時執行自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移。
根據第一實施例，該影像捕獲器件可包含一像素陣列單元，該像素陣列單元包含複數個像素，各像素具有該光電轉換元件、該浮動擴散區域、該浮動擴散區域重設電晶體、該光電轉換元件電晶體及該轉移電晶體，其中該像素陣列單元可被劃分成複數個區域，且該轉換單元可經組態以針對該等區域之各者輸出該經轉換數位信號。因此，此產生以下效果：針對各區域輸出該等數位信號。
根據第一實施例，該影像捕獲器件可進一步包含：一保持單元，其經組態以針對該等區域之各者提供一雜訊分量保持單元，該雜訊分量保持單元經組態以保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為一雜訊分量；及一雜訊消除單元，其經組態以在執行該轉移時執行雜訊消除處理以消除來自轉換自該電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量，其中該光電轉換元件重設電晶體可在該預定時間點初始化全部該等區域中之電荷量，該轉移電晶體可在自該預定時間點已經過該曝光時間時執行全部該等區域中之該轉移，且當執行該轉移時，該轉換單元可對該經初始化電壓及該電壓之各者執行轉換處理，因此在執行該轉移時將該經初始化電壓及該電壓之各者轉換為該數位信號。因此，此產生以下效果：當自該預定時間點已經過該曝光時間時在全部該等區域中執行該轉移。
根據第一實施例，該影像捕獲器件可進一步包含：一雜訊分量保持單元，其經組態以保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為該等區域之任一者之一雜訊分量；及一雜訊消除單元，其經組態以在執行該轉移時執行雜訊消除處理以消除來自轉換自該電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量，其中該光電轉換元件重設電晶體可初始化該等區域之任一者中之該電荷量，且該轉移電晶體可執行該等區域之任 一者中之該轉移。因此，此產生以下效果：初始化該等區域之任一者中之該電荷量且執行該轉移。
根據第一實施例，該影像捕獲器件可包含：一轉換單元配置基板，其具有配置於其上之該轉換單元；及一像素配置基板，其具有配置於其上之該光電轉換元件、該浮動擴散區域重設電晶體、該光電轉換元件電晶體及該轉移電晶體，其中該像素配置基板可堆疊在該轉換單元配置基板上。因此，此產生以下效果：該等像素配置在堆疊於該轉換單元配置基板上之該像素配置基板上，該轉換單元配置基板具有配置於其上之該轉換單元。
根據本技術之一第二實施例，一輻射偵測裝置包含：一閃爍器，其經組態以在輻射進入時產生光；一光電轉換元件，其經組態以將光轉換為電荷並累積該電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據轉移自該光電轉換元件之一電荷量產生一電壓；一浮動擴散區域重設電晶體，其經組態以初始化該所產生的電壓；一轉換單元，其經組態以執行轉換處理以將該電壓轉換為一數位信號；一光電轉換元件重設電晶體，其經組態以在初始化該電壓之後之一預定時間點初始化累積在該光電轉換元件中之電荷量；一轉移電晶體，其經組態以在自該預定時間點已經過短於該轉換處理所需之時間之一曝光時間時執行自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移；及一輻射偵測單元，其經組態以基於消除雜訊之一數位信號偵測在一曝光時間內輻射是否已進入。因此，此產生以下效果：當自該預定時間點已經過短於該轉換處理所需之時間之一曝光時間時執行自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移。
根據第二實施例，該輻射偵測裝置可包含配置有複數個像素之複數個影像捕獲器件，各像素具有該光電轉換元件、該浮動擴散區域、該浮動擴散區域重設電晶體、該轉換單元、該光電轉換元件電晶 體及該轉移電晶體，且該偵測單元可經組態以針對該等影像捕獲器件之各者偵測輻射是否已進入。因此，此產生以下效果：針對各影像捕獲器件偵測輻射是否已進入。
根據第二實施例，該輻射偵測單元可自某個時間週期內之輻射偵測次數導出輻射偵測之一頻率，且當該輻射偵測之該頻率大於一預定頻率時，該光電轉換元件電晶體可在初始化該電壓之後之該預定時間點初始化該電荷量，且當該預定頻率大於該偵測頻率時，該光電轉換元件電晶體可在初始化該電壓之前初始化該電荷量。因此，此產生以下效果：當該輻射偵測之該頻率大於該預定頻率時，在初始化該電壓之後之該預定時間點初始化該電荷量，且當該預定頻率大於該偵測頻率時，在初始化該電壓之前初始化該電荷量。
根據第二實施例，當該輻射偵測之頻率大於該預定頻率時，該轉移電晶體可在自該預定時間點已經過短於該轉換處理所需之時間之一曝光時間時執行該轉移，且當該預定頻率大於該偵測頻率時，該轉移電晶體可在自該預定時間點已至少經過該轉換處理所需之時間時執行該轉移。因此，此產生以下效果：當該輻射偵測之頻率大於該預定頻率時，在自該預定時間點已經過短於該轉換處理所需之時間之該曝光時間時執行該轉移，且當該預定頻率大於該偵測頻率時，在自該預定時間點已至少經過該轉換處理所需之時間時執行該轉移。
根據本技術之一實施例，提供一種影像捕獲器件，其包含：一光電轉換元件，其經組態以將光轉換為電荷並累積該電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據轉移自該光電轉換元件之一電荷量產生一電壓；一光電轉換元件重設電晶體，其經組態以初始化累積在該光電轉換元件中之電荷量；及一轉移電晶體，其經組態以在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一 第二狀態之一轉變。
根據本技術之另一實施例，提供一種輻射偵測裝置，其包含：一閃爍器，其經組態以在輻射進入該閃爍器時產生光；一光電轉換元件，其經組態以將光轉換為電荷並累積該電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據轉移自該光電轉換元件之電荷量產生一電壓；一光電轉換元件重設電晶體，其經組態以初始化累積在該光電轉換元件中之一電荷量；一轉移電晶體，其經組態以在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變；及一輻射偵測單元，其經組態以基於已消除雜訊之一數位信號偵測在一曝光時間內輻射是否已進入。
根據本技術之另一實施例，提供一種用於一影像捕獲器件之控制方法，其包含：初始化由一浮動擴散區域產生之一電壓，其中該浮動擴散區域經組態以根據轉移自一光電轉換元件之一電荷量產生該電壓，該光電轉換元件經組態以將光轉換為該電荷並累積該電荷；將該電壓轉換為一數位信號；導致一光電轉換元件重設電晶體初始化累積在該光電轉換元件中之該電荷量；及在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變。
根據本技術之另一實施例，提供一種用於一輻射偵測裝置之控制方法，其包含：初始化由一浮動擴散區域產生之一電壓，其中該浮動擴散區域經組態以根據轉移自一光電轉換元件之一電荷量產生一電壓，該光電轉換元件經組態以將光轉換為該電荷並累積該電荷；將該電壓轉換為一數位信號；導致一光電轉換元件重設電晶體初始化累積在該光電轉換元件中之該電荷量；在一曝光時間期間將該經累積電荷 自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變；及基於已消除雜訊之一數位信號偵測在該曝光時間內輻射是否已進入。
根據本技術，可達成減小影像捕獲器件之曝光時間之一有利效果。應注意，此處描述之效果不一定有所限制，且僅可提供本發明中描述之任一效果。
100‧‧‧輻射偵測裝置
110‧‧‧準直器
120‧‧‧閃爍器
121‧‧‧閃爍器器件
130‧‧‧光導
140‧‧‧資料處理單元
149‧‧‧信號線
200‧‧‧影像捕獲器件
201‧‧‧影像捕獲器件
210‧‧‧驅動電路
217‧‧‧信號線
218‧‧‧信號線
219‧‧‧信號線
220‧‧‧像素陣列單元
230‧‧‧像素
231‧‧‧PD重設電晶體
232‧‧‧節點
233‧‧‧光二極體
234‧‧‧轉移電晶體
235‧‧‧節點
236‧‧‧FD重設電晶體
237‧‧‧放大器電晶體
238‧‧‧垂直信號線
239‧‧‧垂直信號線
240‧‧‧偵測電路
260‧‧‧偵測電路
261‧‧‧類比相關雙重取樣(CDS)電路
262‧‧‧開關
263‧‧‧電容器
264‧‧‧比較器
265‧‧‧數位相關雙重取樣(CDS)電路
266‧‧‧類比轉數位(AD)轉換單元
267‧‧‧開關
268‧‧‧暫存器
269‧‧‧減法器件
270‧‧‧二進位判定單元
271‧‧‧開關
272‧‧‧開關
273‧‧‧開關
274‧‧‧開關
275‧‧‧開關
276‧‧‧暫存器
277‧‧‧暫存器
278‧‧‧暫存器
279‧‧‧暫存器
280‧‧‧開關
281‧‧‧開關
282‧‧‧開關
283‧‧‧開關
285‧‧‧暫存器
286‧‧‧暫存器
287‧‧‧輸出電路
310‧‧‧像素區塊
311‧‧‧像素
312‧‧‧選擇電晶體
313‧‧‧節點
320‧‧‧偵測區塊
321‧‧‧類比相關雙重取樣(CDS)電路
322‧‧‧電極襯墊/節點
323‧‧‧恆定電流電路
324‧‧‧記憶體
325‧‧‧二進位判定單元
326‧‧‧數位相關雙重取樣(CDS)電路
S901‧‧‧步驟
S902‧‧‧步驟
S903‧‧‧步驟
S904‧‧‧步驟
S905‧‧‧步驟
S906‧‧‧步驟
S907‧‧‧步驟
S908‧‧‧步驟
S910‧‧‧步驟
S911‧‧‧步驟
S912‧‧‧步驟
S913‧‧‧步驟
S914‧‧‧步驟
S915‧‧‧步驟
S916‧‧‧步驟
S917‧‧‧步驟
S918‧‧‧步驟
圖1係繪示根據一第一實施例之一輻射偵測裝置之一組態之一實例之一方塊圖。
圖2係繪示根據第一實施例之一影像捕獲器件之一組態之一實例之一方塊圖。
圖3係繪示根據第一實施例之一像素之一組態之一實例之一電路圖。
圖4係繪示根據第一實施例之像素之控制之一實例之一時序圖。
圖5係繪示根據第一實施例之一像素陣列單元及一偵測電路之一組態之一實例之一圖。
圖6係繪示根據第一實施例之一偵測電路之操作之一實例之一流程圖。
圖7係繪示根據第一實施例之當獲得一二維影像時之曝光控制之一實例之一圖。
圖8係繪示當執行根據第一實施例之光偵測時之曝光控制之一實例之一圖。
圖9係繪示根據第一實施例之一第一修改之像素之控制之一實例之一時序圖。
圖10係繪示根據第一實施例之第一修改之當執行長曝光時之曝光控制之一實例之一圖。
圖11係繪示根據第一實施例之第一修改之用於按順序選擇各區段之曝光控制之一實例之一圖。
圖12係繪示根據第一實施例之一第二修改之一輻射偵測裝置之一組態之一實例之一方塊圖。
圖13係繪示根據一第二實施例之一偵測電路之一組態之一實例之一圖。
圖14係繪示根據第二實施例之像素之控制之一實例之一時序圖。
圖15係繪示根據第二實施例之影像捕獲器件之操作之一實例之一流程圖。
圖16係繪示根據第二實施例之一修改之像素之控制之一實例之一時序圖。
圖17係繪示根據第三實施例之一輻射偵測裝置之一組態之一實例之一透視圖。
圖18係繪示根據第三實施例之一像素區塊之一組態之一實例之一圖。
圖19係繪示根據第三實施例之一偵測區塊之一組態之一實例之一圖。
下文將解釋用於實行本技術(下文稱作實施例)之模式。將按以下順序給定解釋。
1.第一實施例(曝光時間短於取樣週期之曝光之實例)
2.第二實施例(全部區段中曝光時間總是短於取樣週期之曝光之實例)
3.第三實施例(就堆疊基板而言，曝光時間短於取樣週期之曝光之實例)
<1.第一實施例> [半導體光偵測裝置之組態之實例]
圖1係繪示根據第一實施例之一輻射偵測裝置100之一組態之一實例之一方塊圖。此輻射偵測裝置100包含一準直器110、一閃爍器120、一光導130、一影像捕獲器件200及一資料處理單元140。
準直器110經組態以僅使沿垂直於影像捕獲器件200之一方向入射在影像捕獲器件200上之輻射通過。此準直器110係由(例如)鉛製成。已行進穿過準直器110之輻射進入閃爍器120。
閃爍器120接收已行進穿過準直器110之輻射且發射閃爍光。光導130聚集閃爍光且將閃爍光導引至影像捕獲器件200。此光導130亦具有一光均勻化功能，且經均勻化之閃爍光發射在影像捕獲器件200之光接收表面上。
影像捕獲器件200經組態以偵測弱的閃爍光。此影像捕獲器件200包含多個像素，且針對各像素量測閃爍光之光強。影像捕獲器件200經由一信號線149將光強之量測結果作為數位資料提供給資料處理單元140。
資料處理單元140基於各光強結果判定輻射能量，且量測產生有效資料之次數，因此計數輻射光子。應注意，資料處理單元140係申請專利範圍中描述之一輻射偵測單元之一實例。
[影像捕獲器件之組態之實例]
圖2係繪示根據第一實施例之影像捕獲器件200之一組態之一實例之一方塊圖。此影像捕獲器件200包含一驅動電路210、一像素陣列單元220、偵測電路240及260、暫存器285及286以及一輸出電路287。
像素陣列單元220包含以一二維格子方式配置之多個像素230。 在像素陣列單元220中，例如，像素230配置成8列乘以32行。在此情況下，列意謂像素陣列單元220中配置在任何給定方向上之多個像素230之一配置，且行意謂像素陣列單元220中配置在垂直於列之一方向上之多個像素230之一配置。像素230之形狀係矩形形狀，且其列方向上之大小與其行方向上之大小之間的比率係約1：4。因此，具有配置成8列乘以32行之此等矩形像素230之像素陣列單元220之形狀實質上係一正方形形狀。
像素陣列單元220被劃分成四個區段。第一區段係包含係第一列及第五列之兩列之一區段。第二區段係包含係第二列及第六列之兩列之一區段。第三區段係包含係第三列及第七列之兩列之一區段。第四區段係包含係第四列及第八列之兩列之一區段。在各區段之兩列中，同時由驅動電路210控制曝光時間，且同時由偵測電路240及260讀取數位資料。更具體言之，各區段用作曝光控制及讀取程序之單元。
在此情況下，「曝光」並不意謂藉由機械地敞開及閉合一快門將光導引至影像捕獲器件200。「曝光」意謂藉由導致驅動電路210以電子式控制像素230累積轉換自光之電荷。此曝光稱作使用一電子快門之曝光。在使用電子快門控制曝光時，藉由初始化累積在一光電轉換器件中之電荷量開始曝光，且當將電荷自光電轉換器件轉移至浮動擴散層時完成曝光。
像素陣列單元220被劃分成以兩列為單位之四個區段，但是用於劃分像素陣列單元220之方式並不限於此。例如，除兩列以外之多列可被採用作為其中劃分像素陣列單元220之一區段，或預定數目之列可被採用作為其中劃分像素陣列單元220之一區段。
像素230經組態以將光轉換為電荷，且根據其電荷量產生一電壓。閃爍光進入像素230作為垂直於列方向及行方向之一方向上之入射光。像素230將入射光轉換為電荷(光電轉換)且根據電荷量產生一 電壓。
像素230之各者經由信號線217、218及219連接至驅動電路210。在此情況下，對各行提供偵測電路240及260。在第一列至第四列中，各行中之像素230經由一垂直信號線238連接至對應於該行之偵測電路240。另一方面，在第五列至第八列中，各行中之像素230經由一垂直信號線239連接至對應於該行之偵測電路260。
驅動電路210按順序選擇像素陣列單元220中之四個區段。此驅動電路210接收自影像捕獲器件200外部給定之一控制信號。此控制信號係回應於使用者的操作產生之一信號。控制信號包含(例如)用於設定一曝光時間之一設定信號及用於命令開始及停止光子計數之一命令信號。當命令開始光子計數時，驅動電路210按順序選擇四個區段，且導致同時曝光一選定區段中之像素230，且導致像素230根據曝光量輸出電壓。
偵測電路240經組態以偵測根據累積在像素230中之電荷量之電壓。此偵測電路240使用一數位相關雙重取樣(CDS)電路以將根據曝光量之電壓轉換為一數位信號(即，取樣)。接著，偵測電路240基於經取樣電壓判定入射至像素230上之一光子之存在/缺少。偵測電路240導致判定結果保持在一暫存器285中。
暫存器285及286保持關於光子入射至像素230上之判定結果。對各偵測電路240提供暫存器285且暫存器285保持其偵測結果。對各偵測電路260提供暫存器286且暫存器286保持其偵測結果。
輸出電路287經組態以按順序輸出保持在暫存器285及286中之判定結果作為數位資料。
[像素之組態之實例]
圖3係繪示根據第一實施例之像素230之一組態之一實例之一電路圖。此像素230包含一PD重設電晶體231、節點232及235、一光二 極體233、一轉移電晶體234、一FD重設電晶體236及一放大器電晶體237。轉移電晶體234、FD重設電晶體236及放大器電晶體237係(例如)金屬氧化物半導體(MOS)電晶體。
PD重設電晶體231係用於重設光二極體233之一切換器件。「重設」光二極體233意謂由光二極體233累積在節點232中之電荷量改變回至初始值。PD重設電晶體之閘極連接至信號線219，且PD重設電晶體之汲極連接至節點232。PD重設電晶體231係申請專利範圍中描述之光電轉換器件重設電晶體之一實例。
節點232經組態以累積經光電轉換之電荷。光二極體233經組態以將閃爍光轉換為電荷且將電荷累積在節點232中。一釘紮光二極體(其係一所謂的電洞累積二極體(HAD))較佳地用作一光二極體233。節點232及光二極體233係申請專利範圍中描述之光電轉換器件之實例。
轉移電晶體234經組態以將經光電轉換之電荷自節點232轉移至節點235。轉移電晶體234之閘極連接至信號線218，且轉移電晶體234之源極連接至節點232，且轉移電晶體234之汲極連接至節點235。
節點235根據藉由累積已轉移之電荷而累積之電荷量產生一電壓。此節點235係由一浮動擴散層等等形成。
FD重設電晶體236經組態以重設浮動擴散層。在此情況下，「重設」浮動擴散層意謂藉由將節點235處之電荷量改變回至初始值而將根據電荷量之電壓改變回至初始值。FD重設電晶體236之閘極連接至信號線217，且FD重設電晶體236之源極連接至電源供應器VDD，且FD重設電晶體236之汲極連接至節點235。應注意，FD重設電晶體236係申請專利範圍中描述之一浮動擴散層重設電晶體之一實例。
放大器電晶體237經組態以放大浮動擴散層(節點235)處之電壓，且將根據放大電位之一信號輸出至垂直信號線239。放大器電晶體237之閘極連接至節點235，且放大器電晶體237之源極連接至電源供應器 VDD，且放大器電晶體237之汲極連接至垂直信號線239。在此組態中，當浮動擴散層之電壓被重設為初始值時，放大器電晶體237將根據初始值(下文稱作「重設位準」)之一電壓輸出至垂直信號線239。當由光二極體233累積之電荷轉移至節點235時，放大器電晶體237將根據電荷量之一電壓之一累積信號(下文稱作「信號位準」)輸出至垂直信號線239。
在此情況下，當驅動電路210使轉移電晶體234保持在斷開狀態時，驅動電路210控制PD重設電晶體231為接通狀態，使得開始重設光二極體233。因此，由電源供應器VDD汲取累積在節點232處之全部電荷。接著，驅動電路210控制PD重設電晶體231為斷開狀態，使得完成重設光二極體233。光二極體233歸因於重設而完全空乏，且在完成重設操作之後，即刻開始新的電荷累積。
更具體言之，驅動電路210將PD重設電晶體231自接通狀態改變為斷開狀態，且此導致光二極體233開始曝光累積。接著，驅動電路210控制轉移電晶體234為接通狀態，且隨後控制轉移電晶體234為斷開狀態，使得終止曝光累積。
當驅動電路210使轉移電晶體234保持在斷開狀態時，驅動電路210控制FD重設電晶體236為接通狀態，使得開始重設浮動擴散層。接著，驅動電路210控制FD重設電晶體236為斷開狀態，使得終止重設浮動擴散層。此處應注意，處於重設完成狀態之浮動擴散層之電位並非精確地係電源供應器電壓，且處於重設完成狀態之浮動擴散層之電位包含kTC雜訊及處於斷開狀態之饋通。進一步言之，出現在垂直信號線239中之輸出信號包含放大器電晶體237之偏移。此輸出信號(重設信號及累積信號)針對每個像素230改變，且每當重設浮動擴散層且因此在各像素之每次曝光操作時，偵測電路260必須取樣並保持輸出信號。減小kTC雜訊等等之累積信號係自此重設信號與累積信號 之間之一差而導出。用於如上所述般藉由偵測重設信號與累積信號之間之差減小kTC雜訊等等之方法稱作相關雙重取樣(CDS)。
順便提及，除像素230以外之一些像素經組態以接通FD重設電晶體及轉移電晶體兩者以汲取累積在光二極體中之電荷。但是在此組態中，當在汲取電荷之後斷開轉移電晶體時，完成重設光二極體，且自該時刻起開始曝光。另一方面，此後必須實行浮動擴散層之重設及電壓之偵測。因此，曝光在重設信號之取樣週期期間繼續進行，且出於此原因，此後至少進行累積信號之轉移及偵測。因此，在用於藉由接通FD電晶體及轉移電晶體兩者開始電荷量的初始化之組態中，難以極大地減小曝光時間。
[像素之控制之實例]
圖4係繪示根據第一實施例之像素230之控制之一實例之一時序圖。在其中未選擇像素之初始狀態中，FD重設電晶體236及PD重設電晶體231被視為處於接通狀態，且轉移電晶體234被視為處於斷開狀態。在初始狀態中，PD重設電晶體231處於接通狀態，且因此光二極體233中之電荷全部被放電。另一方面，FD重設電晶體236處於接通狀態，且因此浮動擴散層之電位被初始化為實質上電源供應器電壓(例如，3V)。
假設驅動電路210在一時間T1選擇一像素。首先，驅動電路210控制FD重設電晶體236為斷開狀態。因此，浮動擴散層之電位達到浮動狀態，且自垂直信號線239輸出反映浮動擴散層之電位的電位。
在當已經過時間T1之後的某個時間週期時之一時間T2，當該時刻之電位被採用作為重設位準時，偵測電路260開始取樣電位。在此情況下，使浮動擴散層之電位穩定於浮動狀態花費某個時間週期(例如，100奈秒)，且在經過該時間週期之後，被視為開始取樣。取樣重設位準所需的取樣週期係(例如)1微秒(μs)。應注意，用於取樣信號 位準之取樣週期亦被視為係1微秒(μs)。
接著，在重設位準之取樣週期內之一時間T3，驅動電路210控制PD重設電晶體231為斷開狀態。因此，重設光二極體233，且開始信號電荷之曝光累積，此意謂開始曝光。
在自時間T3經過已事先設定之曝光時間之一時間T4之前不久，驅動電路210控制轉移電晶體234為接通狀態，且將信號電荷轉移至浮動擴散層。接著，在已經過曝光時間之一時間T4，驅動電路210控制轉移電晶體234為斷開狀態。因此，完成曝光。此外，在此時間T4，完成重設位準之取樣。
在此情況下，曝光時間被視為設定為短於重設位準及信號位準之取樣週期之一時間。當取樣週期係1微秒(μs)時，曝光時間被設定為(例如)100奈秒(ns)。
應注意，驅動電路210經組態以在重設位準之取樣週期期間開始曝光，但是組態不限於此。驅動電路210可在經過重設位準之取樣週期之同時或在經過取樣週期之後開始曝光。
在此組態中，一完成曝光，便完成取樣。但是組態不限於此。驅動電路210可在完成曝光之前完成取樣時之時間點開始曝光。
在自時間T4經過某個時間週期且當穩定浮動擴散層之電位時之一時間T5，偵測電路260取樣根據累積在浮動擴散層中之信號電荷量之電壓作為信號位準。接著，偵測電路260導出已保存之重設位準與信號位準之間之差，且輸出該差之電壓之信號作為具有減小雜訊之一累積信號。
在完成信號位準之取樣之一時間T6，驅動電路210控制PD重設電晶體231為接通狀態，使得光二極體233中之全部電荷被放電。應注意，驅動電路210可在完成信號位準之取樣之後控制PD重設電晶體231為接通狀態。
在上述控制中，在曝光開始之前重設浮動擴散層，且開始重設位準之取樣。在曝光時間中，未執行重設位準之取樣，且因此曝光時間無需長於取樣重設位準所需之取樣週期。此曝光時間係由PD重設電晶體231及轉移電晶體234之控制時序及將電荷自光二極體233轉移至浮動擴散層花費的時間來判定。出於此原因，根據上文解釋之控制，曝光時間可減小至幾十奈秒(ns)或更小。
為導致偵測電路260執行CDS而不產生問題，在自重設位準之取樣至信號位準之取樣之週期中，產生於浮動擴散層中之一暗電流需要足夠小。一般而言，浮動擴散層之暗電流比光二極體233之暗電流大一數量級，且因此此CDS程序係一短曝光中之一極有效方法。
[偵測電路之組態之實例]
圖5係繪示根據第一實施例之像素陣列單元220及偵測電路260之一組態之一實例之一圖。在圖式中描述之像素陣列單元220中，僅展示連接至一單個偵測電路260之四個像素230，且未展示其他像素230。此偵測電路260包含一類比CDS電路261、一數位CDS電路265及一二進位判定單元270。
此類比CDS電路261經組態以使用一類比CDS執行偏移消除，且包含一開關262、一電容器263及一比較器264。
開關262經組態以切換垂直信號線239之連接目標。此開關262包含一單個輸入端子及兩個輸出端子。輸入端子連接至垂直信號線239。該兩個輸出端子之一者係用於輸出參考電壓之一端子，且連接至電容器263及比較器264之輸入端子之一者。該兩個輸出端子之另一者係用於輸出與參考電壓比較之一目標之一信號之一端子，且連接至比較器264之輸入端子之另一者。
當儲存像素230之重設信號時，開關262將垂直信號線239連接至用於輸出參考電壓之端子(連接電容器263之端子)。當由比較器264輸 出類比CDS之結果時，開關262將垂直信號線239連接至用於輸出比較目標之信號之端子(未連接電容器263之端子)。
電容器263係用於保持像素311之重設信號之一保持電容器。電容器263連接至開關262及比較器264之輸出端子之一者。
比較器264經組態以輸出保持在電容器263中之信號與比較目標之信號之間之差。更具體言之，比較器264輸出經儲存重設信號與提供自垂直信號線239之信號(累積信號或重設信號)之間之差。更具體言之，比較器264輸出消除由像素230產生之雜訊(諸如kTC雜訊)之信號。例如，使用增益係「1」之一運算放大器達成比較器264。比較器264提供該差信號至數位CDS電路265。在此情況下，重設信號與重設信號之間之差信號將稱作無信號，且重設信號與累積信號之間之差信號將稱作實際累積信號。
數位CDS電路265經組態以使用一數位CDS執行雜訊消除，且包含一AD轉換單元266、一開關267、一暫存器268及一減法器件269。
AD轉換單元266經組態以將提供自比較器264之信號自類比轉換成數位。應注意，AD轉換單元266係申請專利範圍中描述之一轉換單元之一實例。
開關267經組態以切換由AD轉換單元266產生之AD轉換信號之供應目標。此開關267包含一單個輸入端子及兩個輸出端子。輸入端子連接至比較器264。該兩個輸出端子之一者連接至減法器件269，且該兩個輸出端子之另一者連接至暫存器268。
當AD轉換單元266輸出指示無信號(無數位信號)之一AD轉換結果時，開關267將此信號提供至暫存器268且使該信號由暫存器268鎖存(保持)。因此，比較器264及AD轉換單元266之偏移值保持在暫存器268中作為重設位準。當AD轉換單元266輸出實際累積信號(實際累積數位信號)之AD轉換結果時，開關267將此信號提供至減法器件269。
暫存器268保持包含雜訊分量之無信號之AD轉換結果。暫存器268將保持在其中之無信號(無數位信號)之AD轉換結果提供至減法器 件269。應注意，暫存器268係申請專利範圍中描述之一雜訊分量保持 單元之一實例。
減法器件269經組態以自實際累積數位信號之值減去無數位信號之值。減法器件269將減法結果(實際數位值)提供至二進位判定單元270。應注意，減法器件269係申請專利範圍中描述之一雜訊分量消除單元之一實例。
二進位判定單元270經組態以執行二進位判定(數位判定)。此二進位判定單元270比較減法器件269之輸出(實際數位值)與參考信號(REF)且對入射至像素230上之一光子之存在/缺少作出二進位判定，且將判定結果輸出至暫存器268。在圖5中，「BINOUT」指示此判定結果。
[偵測電路之操作之實例]
圖6係繪示根據第一實施例之偵測電路260之操作之一實例之一流程圖。圖式中展示之流程圖中之各程序之一方框指示用於執行該程序之一組態。更具體言之，由一雙方框指示之一程序意謂用於像素230之一程序。由一長虛線方框指示之一程序意謂類比CDS電路261之一程序。由一短虛線方框指示之一程序意謂數位CDS電路265之一程序。由一粗實線方框指示之一程序意謂二進位判定單元270之一程序。為便於解釋，圖式中未展示由類比CDS電路261進行之類比CDS處理。當數位CDS電路265執行AD轉換時，關於該程序之解釋中將解釋類比CDS處理。
首先，選定列中之一像素230根據驅動電路210之控制重設浮動擴散層(節點235)處之電位，且將重設信號輸出至垂直信號線239(步驟S901)。
隨後，由類比CDS電路261之電容器263保持輸出自像素230之重設信號(步驟S902)。此後，由數位CDS電路265之AD轉換單元266對經儲存重設信號與輸出自像素230之重設信號(無信號)之間之差信號進行AD轉換(步驟S903)。應注意，經AD轉換之無信號包含由比較器264及AD轉換單元266產生之雜訊，且係藉由數位偵測用於消除(偏移)雜訊之值而得到。接著，將無信號之AD轉換結果保持在暫存器268中作為偏移值。另一方面，像素230開始曝光，且在經過已事先設定之曝光時間之後終止曝光(步驟S904)。在此情況下，將曝光時間設定為短於取樣週期之一時間。
隨後，將由光二極體233累積在像素230中之電子轉移至浮動擴散層(節點235)，像素230輸出累積信號(步驟S905)。此後，由數位CDS電路265之AD轉換單元266對經取樣及保持重設信號與輸出自像素230之累積信號(實際累積信號)之間之差信號進行AD轉換(步驟S906)。應注意，此AD轉換結果包含由比較器264及AD轉換單元266產生之雜訊。
接著，數位CDS電路265中之減法器件269輸出藉由自實際累積信號之AD轉換結果(第二次)之值減去保持在暫存器268中之無信號之AD轉換結果(第一次)之值獲得之一值(步驟S907)。因此，消除由比較器264及AD轉換單元266導致之雜訊(偏移分量)，且僅輸出由像素230輸出之累積信號之數位值(實際數位值)。
此後，由二進位判定單元270比較輸出自減法器件269之實際數位值與參考信號(REF)。參考信號(REF)被設定為接近當不存在任何光子入射時由像素230輸出之信號之數位值(例如，「0」)與當存在光子入射時由像素230輸出之信號之數位值(例如，「100」)之間之一中間值(例如，「50」)之一值。在步驟S908之後，偵測電路260完成一操作設定。
在其中由減法器件269輸出之數位值(僅由像素230輸出之累積信號之數位值)之值大於參考信號(REF)之值之一情況下，二進位判定單元270輸出指示「存在光子入射」之值「1」(BINOUT)之一信號。另一方面，在其中由減法器件269輸出之數位值之值不大於參考信號(REF)之值之一情況下，二進位判定單元270輸出指示「缺少光子入射」之值「0」(BINOUT)之一信號。更具體言之，影像捕獲器件200輸出指示是否存在及缺少光子入射之二進位判定結果之數位值(0或1)(步驟S908)。在步驟S908之後，影像捕獲器件200在選定區段中完成數位值之輸出操作。
在圖5及圖6之解釋中，考慮進行用於判定「存在光子入射」及「缺少光子入射」之二值判定(二進位判定)。替代地，可藉由準備多個參考信號(REF)判定兩個或更多個值。例如，準備兩個參考信號(REF)。參考信號(REF)之一者組態為其中光子數目係「0」之數位值與其中光子數目係「1」之數位值之間之一中間值。參考信號(REF)之另一者組態為其中光子數目係「1」之數位值與其中光子數目係「2」之數位值之間之一中間值。因此，光子數目可被判定為三個位準「0」、「1」、「2」，且此改良影像捕獲程序之動態範圍。此種類的多值判定極大地受轉換效率之變動及各像素之類影響，且因此必須以一較高的精確度產生二值判定。然而，就將由一像素產生之一信號視為一數位輸出而言，此對於用於自由一像素產生之一信號判定僅存在/缺少光子輸入(是否為0或1)之二進位判定而言亦係相同的。運用數位CDS，完全消除傳輸時與類比輸出相關聯之雜訊。
在其中照度相對較高之環境下(例如各像素中平均進入若干或更多光子)進行的光偵測中，可省略步驟S908中之二進位判定之步驟，且可採用步驟S908之前之步驟S907之數位值作為各像素之接收光量值。
數位CDS電路265不僅消除偵測器件處之偏移，而且消除出現在垂直信號線239中之像素信號之隨機雜訊之低頻分量，但是此外，數位CDS電路265亦可消除高頻分量。例如，可藉由(例如)將一適當頻寬截止電容連接至垂直信號線239來截止高頻分量。如上所述，對於像素230，像素信號之隨機雜訊可順著低頻側及高頻側兩者變狹窄，且以一高精確度按一次一單個光子之順序進行偵測。
圖7係繪示根據第一實施例之當獲得一二維影像時之曝光控制之一實例之一圖。驅動電路210藉由按順序逐個選擇該四個區段來執行曝光控制。
例如，首先，驅動電路210在一時間T21選擇包含第一列及第五列之區段，驅動電路210斷開FD重設電晶體236以開始取樣重設位準。接著，驅動電路210在取樣週期內開始曝光累積。當經過取樣週期時，驅動電路開始取樣信號位準。
在一嚴格意義上，取樣並非在驅動電路210在時間T21控制FD重設電晶體236為斷開狀態時即開始。而是，當如上所述自該時間點經過某個時間週期時，開始取樣。然而，此週期極短，且因此為便於解釋，圖7指示取樣開始於時間T21。此亦可適用於第二後續區段。
當在一時間T22完成第一區段之取樣時，偵測電路260輸出獲自重設位準及信號位準之一累積信號。驅動電路210在選擇包含第二列及第六列之第二區段時執行相同曝光控制。
如上所述，以一循環方式進行包含重設信號之取樣、曝光累積及信號位準之取樣及輸出之該系列曝光處理。輸出作為結果之差信號保持在暫存器286中一次且晶片中之差信號之轉移及輸出經由暫存器286執行為一管線。
當在時間T23完成第二區段之取樣時，驅動電路210選擇第三區段並執行相同曝光控制。當在時間T24完成第三區段之取樣時，驅動 電路210選擇最後一個區段並執行相同曝光控制。
如上所述般按順序選擇多個區段時之曝光控制將稱作一滾動快門方法。例如，當在曝光時間(一極短的時間週期)內在一極亮位置中捕獲一二維影像時執行(例如)如圖7中所示之控制。
另一方面，當上文解釋之影像捕獲器件200用作一單個光偵測器件且偵測到由於閃爍而存在之光發射脈衝等等時，各脈衝中曝光至多僅一單個區段。因此，驅動電路210可僅選擇該四個區段之一單個區段，且可重複地在該區段中執行曝光控制。
圖8係繪示當執行根據第一實施例之光偵測時之曝光控制之一實例之一圖。例如，驅動電路210僅選擇第一區段(第一列及第五列)。接著，驅動電路210對正討論之該區段重複地執行包含重設信號之取樣、曝光累積、信號位準之取樣及輸出之該系列曝光控制。輸出作為結果之差信號保持在暫存器286中一次且晶片中之差信號之轉移及輸出經由暫存器286執行為一管線。必要時在晶片或輸出電路287外部執行二進位判定。
一般而言，用於導致一次操作影像捕獲器件中之全部像素且導致同時曝光全部像素之控制稱作一全域快門方法。在圖8中，並未在影像捕獲器件之全部像素中而是僅在單個區段中執行與全域快門方法相同之曝光控制。運用此曝光控制，僅偵測到在曝光時間內已進入影像捕獲器件200之光脈衝。應注意，即使在其中影像捕獲器件200用於掃描儀之一線感測器器件之一情況下亦執行相同驅動。
即使存取一單個區段總共花費5微秒(μs)，如圖8中所示之曝光控制亦可將曝光時間減小至(例如)50奈秒(ns)。因此，在5微秒(μs)之循環中接收單個區段之曝光時，曝光時間係該循環之1/100，即，僅50奈秒，且未偵測到並忽視由輻射發射之在除曝光時間以外的時間進入之光脈衝。因此，資料處理單元140根據自開始取樣重設位準至結束 取樣信號位準之量測週期與曝光時間之間的比率校正光脈衝數目。例如，當曝光時間係量測週期的1/100時，資料處理單元140使在曝光時間中偵測之光脈衝數目乘以約100，因此估計入射在閃爍器上之輻射次數。如上所述，輻射偵測裝置100可量測極為頻繁的輻射入射次數。
如上所述，根據本技術之第一實施例，當已經過短於取樣週期之曝光時間時，影像捕獲器件200將電荷自光電轉換器件轉移至浮動擴散層，且因此曝光時間可短於取樣週期。因此，可改良光子計數之精確度。
對於一大體上可用CMOS成像器，此極短時間週期的曝光對於一高照明環境中之影像捕獲等等有用，但是如下文解釋，可顯著改良輻射光子計數之時間解析度。
進一步言之，使用本技術之影像捕獲器件200亦可用作用於光學通信之一低成本簡易接收器。
當此影像捕獲器件200用於偵測輻射之閃爍光時，輻射偵測裝置100可在輻射計數時顯著改良偵測之動態範圍。因此，可不僅將輻射計數(光子計數)引入至伽馬攝影機，而且引入至CT裝置、乳房掃描儀等等，且此容許基於輻射之能量及能量分析鑑別散射輻射。
當此輻射偵測裝置100用於一劑量計時，可同時進行輻射之能量偵測及光子計數，且因此例如可量測根據輻射能量之計數速率。更具體言之，可量測輻射之能量頻譜。因此，例如可適當地實行根據例如JP 2004-108796 A中描述之G功能方法及鑑別偏壓調變(DBM)之劑量校正。此外，輻射偵測裝置100之輸出已變為數位輸出，且因此，無需提供一多通道分析儀，且可使用一低成本單晶片微電腦進行包含校正之全部後處理。因此，可達成一重量輕、精確度高且成本又低的劑量計。
[第一修改]
在上文解釋之第一實施例中，影像捕獲器件200藉由組態曝光時間小於取樣週期實行曝光，但是在此情況下，在量測週期中，存在未用於光偵測之一停止週期(此係除曝光時間以外的量測週期之一週期)。然而，對於低頻輻射入射，較佳地不存在此停止週期以容許計數極少次數的入射且無遺漏。因此，當曝光時間經組態以更接近根據基於一常見CMOS成像器之操作控制之量測週期時，可計數閃爍光之脈衝且無遺漏。更具體言之，較佳地根據輻射之偵測頻率改變曝光週期。根據第一實施例之第一修改之一影像捕獲器件200與第一實施例的不同之處在於：曝光時間係根據輻射之偵測頻率而改變。
更具體言之，每當經過某個時間週期時，根據第一修改之影像捕獲器件200之一資料處理單元140由在該某個時間週期內偵測之輻射次數量測輻射之偵測頻率。接著，資料處理單元140對影像捕獲器件200提供指示偵測頻率是否高於一預定頻率之一控制信號。
即使在斷開FD重設電晶體236時之時間點之前，根據第一修改之影像捕獲器件200可控制PD重設電晶體231為斷開狀態。藉由在斷開FD重設電晶體236時之時間點之前控制PD重設電晶體231為斷開狀態，影像捕獲器件200可將曝光時間設定為等於或大於取樣週期之一時間。
當輻射之偵測頻率大於一預定頻率時，影像捕獲器件200將曝光時間設定為小於取樣週期之一時間。若情況並非如此，則影像捕獲器件200將曝光時間設定為等於或大於取樣週期之一時間。
圖9係繪示根據第一實施例之第一修改之像素230之控制之一實例之一時序圖。例如，驅動電路210以預定時序及預定時間間隔實行重設位準及信號位準之取樣，且僅改變開始曝光之時序，因此改變曝光時間。
當輻射之偵測頻率等於或小於預定頻率時，驅動電路210斷開PD重設電晶體231以在一時間T11開始曝光，且此後在時間T11之後之一時間T12斷開FD重設電晶體236。在時間T12之後之一時間T13，偵測電路260開始取樣重設位準。接著，在一時間T14，驅動電路210控制轉移電晶體234以終止曝光。在一時間T14，完成重設位準之取樣。在完成曝光時之一時間T15，偵測電路260開始取樣信號位準，且在一時間T16完成信號位準之取樣。
另一方面，例如，如圖4中所示，當輻射之偵測頻率大於預定頻率時，驅動電路210藉由將曝光時間設定為小於取樣週期之一時間來執行曝光。
例如，如圖4及圖9中所示，根據第一修改之驅動電路210可以如下方式改變斷開PD重設電晶體231之時間點：斷開PD重設電晶體231之時間點係在斷開FD重設電晶體236之時間之前、之時或之後。當取樣信號位準花費3微秒(μs)且當量測週期係20微秒(μs)時，曝光時間可進行達至多約16微秒(μs)至17微秒(μs)。另一方面，在最短的情況下，曝光可進行幾十奈秒(ns)之量級，例如50奈秒。在其中輻射之偵測頻率大於預定頻率之情況下之曝光時間及在其中輻射之偵測頻率不大於預定頻率之情況下之曝光時間之各者基於50奈秒至16微秒之一範圍內之量測條件而設定為任何給定值。
例如，考慮其中輻射偵測裝置100每秒鐘接收光脈衝約一百萬次之一情況。在此情況下，平均而言，脈衝每微秒(μs)入射一次。在此條件下，輻射偵測裝置100判定輻射之偵測頻率大於預定頻率，且將曝光時間設定為0.1微秒(100奈秒)。因此，平均而言，脈衝在曝光時間內進入0.1次。因此，輻射偵測裝置100可實質上精確地鑑別多個不同脈衝。
當輻射偵測裝置100以20微秒(μs)之一循環重複曝光時，每秒鐘 可獲得5萬次資料，且因此可計數約5000個脈衝。輻射偵測裝置100使此經計數的數目乘以量測週期(20微秒)與曝光時間(0.1微秒)之間之一比率「200」，接著可導出每單位時間之入射脈衝數目。
另一方面，當每秒鐘僅接收到100個脈衝時，輻射偵測裝置100判定偵測頻率等於或小於預定頻率，曝光時間被設定為16微秒(其係最大值)。因此，每秒鐘偵測到約80個脈衝，且因此輻射偵測裝置100可藉由使脈衝數目乘以循環時間與曝光時間之比率(20/16=1.25)導出入射脈衝數目。
圖10係繪示根據第一實施例之第一修改之當執行長曝光時之曝光控制之一實例之一圖。在該圖式中，輻射之偵測頻率被視為等於或小於預定頻率，且曝光被視為在一長的時間週期內執行。在此情況下，例如，驅動電路210替代地選擇第一區段(第一列及第五列)及第二區段(第二列及第六列)，且在選定區段中執行曝光累積及取樣。當取樣重設位準及信號位準花費約5微秒(μs)時，以約5微秒(μs)之一時間間隔選擇此等區段。應注意，其等之各者之曝光週期亦被設定為5微秒。如上所述，曝光週期經設定使得總是曝光區段之任一者，且整個影像捕獲器件200中消除停止週期。光脈衝偵測之時間解析度係5微秒(μs)。
圖11係繪示根據第一實施例之第一修改之用於按順序選擇區段之曝光控制之一實例之一圖。在該圖式中，輻射之偵測頻率被視為等於或小於預定頻率。
驅動電路210以約5微秒(μs)之一時間間隔按順序選擇四個區段，且將曝光時間設定為15微秒(μs)。在此設定中，總是曝光三個區段。如與如圖10中所示之控制相比，例如時間解析度降低至15微秒，但是所曝光之像素數目係三倍，且因此改良光脈衝之偵測靈敏度。更具體言之，在如圖11中所示之曝光控制中，例如改良脈衝強度之量測精確 度。因此，當脈衝強度之量測精確度被賦予高於時間解析度之改良之優先權時，例如如圖11中所示般執行用於按順序選擇全部區段之曝光控制。
如上所述，根據第一修改，基於輻射之偵測頻率改變曝光時間，且因此可以適當曝光時間進行曝光。
[第二修改]
在上文解釋之第一實施例之第一修改中，提供單個光導130及單個影像捕獲器件200。然而，可提供多個光導130及多個影像捕獲器件200。根據第一實施例之第二修改之輻射偵測裝置100與第一修改的不同之處在於：根據第一實施例之第二修改之輻射偵測裝置100具備多個光導130及多個影像捕獲器件200。
圖12係繪示根據第一實施例之第二修改之輻射偵測裝置100之一組態之一實例之一方塊圖。例如，根據第二修改之輻射偵測裝置100具有用於一單個閃爍器120之三個光導130。對於各光導130，提供一單個影像捕獲器件200。更具體言之，三個光導130及三個影像捕獲器件200共用一單個閃爍器120。根據第二修改之輻射偵測裝置100可經組態使得可為一單個閃爍器120提供三個以下或三個以上影像捕獲器件200。
如同第一實施例，各影像捕獲器件200被劃分成多個區段，但是例如針對輻射偵測偵測此等區段之一者。
資料處理單元140自影像捕獲器件200之各者接收輸入，且鑑別雜訊並判定關於各輻射(例如，伽馬射線)之位置。當閃爍器120係由一單板構成時，同時由多個影像捕獲器件200偵測閃爍器120之光發射。資料處理單元140自(例如)同時發生之事件之輸出之總和導出伽馬射線之能量，且自輸出之質心識別伽馬射線之入射位置。因此，計數被判定為主射線(並非雜訊)之伽馬射線之事件次數，且識別伽馬射 線源之體內分佈。
用於自多個影像捕獲器件200之輸出判定輻射能量及入射位置之資料處理單元140可以各種方式根據已經可用的伽馬攝影機之數位處理而改變。如與一光電倍增管相比，影像捕獲器件200較小、重量輕且成本低，且因此可以一較高密度實施許多影像捕獲器件200，且因此相應地改良輻射之入射位置之偵測精確度。替代地，若即使在其中多個伽馬射線實質上同時於不同位置進入之一情況下亦以一較高密度實施影像捕獲器件200，則入射出現在輸出之強度分佈中，且因此輸出可藉由憑藉使用型樣匹配等等判定入射來偵測。
在使用多個影像捕獲器件200之影像捕獲時，例如，針對影像捕獲器件之各者執行如圖7中所示之曝光控制，使得可獲得最好的影像。
對於各影像捕獲器件200，可根據輻射之偵測頻率控制曝光時間。例如，資料處理單元140量測各影像捕獲器件200之輻射之偵測頻率，且降低輻射之偵測頻率高於一預定頻率之一影像捕獲器件200之曝光時間，並增加輻射之偵測頻率等於或小於預定頻率之一影像捕獲器件200之曝光時間。
如上所述，根據第二修改，多個影像捕獲器件200偵測光，且因此可改良光子計數之精確度。
<2.第二實施例>
在上文解釋之第一實施例中，影像捕獲器件200按順序逐個曝光多個區段，且在該情況下，一次曝光之像素數目係兩列中之64個像素，且未偵測到入射在其他像素上之光。或當對單次曝光之64個像素之各者之偵測結果進行二進位判定時，64係26，且因此能量偵測中僅獲得6位元階度。更具體言之，在用於按順序曝光各區段之組態中，能量偵測之動態範圍較弱，且動態範圍受限於一次曝光之像素數目。
因此，需要用於一次在多個區段中在一極短的時間週期中執行曝光之一機制。此對應於一CMOS影像感測器中之一所謂的全域快門操作。藉由一次曝光多個區段，許多像素可用於光偵測且不增加影像捕獲器件200之電路規模，且可改良能量偵測之動態範圍。根據此第二實施例之影像捕獲器件200與第一實施例的不同之處在於：一次曝光多個區段。
根據第二實施例之影像捕獲器件200進一步包含像素陣列單元220中之各像素之一選擇電晶體(未展示)。接著，根據第二實施例之驅動電路210控制一選擇電晶體以按順序選擇各區段，且將選定區段中之像素之輸出信號提供至偵測電路260。
[偵測電路之組態之實例]
圖13係繪示根據第二實施例之偵測電路260之一組態之一實例之一圖式。根據第二實施例之偵測電路260係使得數位CDS電路265與第一實施例的不同之處在於：提供多個開關及暫存器。
根據第二實施例之類比CDS電路261與第一實施例相同。然而，類比CDS電路261將第一列中之重設位準之信號保持為參考信號，且將第一列中之重設信號提供至數位CDS電路265。類比CDS電路261將第二列及後續列之重設期間參考信號與輸出信號之間之差提供至數位CDS電路265作為第二列及後續列之重設信號。
數位CDS電路265包含的暫存器與連接至數位CDS電路265之列數一樣多。當連接四列時，數位CDS電路265包含開關271、272、273、274及275；暫存器276、277、278及279以及開關280、281、282及283。
開關271經組態以斷開/閉合AD轉換單元266與減法器件269之間之路徑。開關271之一端連接至AD轉換單元266，且其另一端連接至減法器件269。開關271在信號位準之取樣週期中處於閉合狀態，且在 其他週期中處於斷開狀態。
開關272至275經組態以斷開/閉合AD轉換單元266與對應暫存器之間之路徑。開關272之一端連接至AD轉換單元266，且其另一端連接至暫存器276。開關273之一端連接至AD轉換單元266，且其另一端連接至暫存器277。開關274之一端連接至AD轉換單元266，且其另一端連接至暫存器278。開關275之一端連接至AD轉換單元266，且其另一端連接至暫存器279。
此等開關272至275在對應列之重設位準之取樣週期中處於閉合狀態，且在其他週期中處於斷開狀態。更具體言之，開關272在第一列之重設位準之取樣週期中處於閉合狀態，且開關273在第二列之重設位準之取樣週期中處於閉合狀態。開關274在第三列之重設位準之取樣週期中處於閉合狀態，且開關275在第四列之重設位準之取樣週期中處於閉合狀態。
暫存器276至279保持對應列之重設位準。暫存器276保持第一列之重設位準。暫存器277保持第二列之重設位準。暫存器278保持第三列之重設位準。暫存器279保持第四列之重設位準。
開關280至283經組態以斷開/閉合減法器件269與對應暫存器之間之路徑。開關280之一端連接至暫存器276，且其另一端連接至減法器件269。開關281之一端連接至暫存器277，且其另一端連接至減法器件269。開關282之一端連接至暫存器278，且其另一端連接至減法器件269。開關283之一端連接至暫存器279，且其另一端連接至減法器件269。
此等開關280至283在對應列之信號位準之取樣週期中處於閉合狀態，且在其他週期中處於斷開狀態。更具體言之，開關280在第一列之信號位準之取樣週期中處於閉合狀態。開關281在第二列之信號位準之取樣週期中處於閉合狀態。開關282在第三列之信號位準之取 樣週期中處於閉合狀態。開關283在第四列之信號位準之取樣週期中處於閉合狀態。
[影像捕獲器件之操作之實例]
圖14係繪示根據第二實施例之像素之控制之一實例之一時序圖。在此初始狀態中，假設FD重設電晶體236及PD重設電晶體231處於接通狀態，且轉移電晶體234處於斷開狀態。
驅動電路210在時間T1控制全部列之FD重設電晶體236為斷開狀態。因此，浮動擴散層之電位達到浮動狀態，且自垂直信號線239輸出反映浮動擴散層之電位之電位。驅動電路210控制選擇電晶體以按順序將四列之重設位準之信號提供至偵測電路260。
雖然驅動電路210控制四列之FD重設電晶體236同時為斷開狀態，但是驅動電路210亦可按順序控制FD重設電晶體236為斷開狀態。
在係時間T1之後之某個時間週期之一時間T2，偵測電路260開始取樣第一列之重設位準且保持第一列之重設位準。接著，偵測電路260按順序取樣並保持第二列至第四列之重設位準。
接著，在重設位準之取樣週期內之一時間T3，驅動電路210控制全部列之PD重設電晶體231為斷開狀態。因此，重設光二極體233，且開始進行信號電荷之曝光累積，此意謂開始曝光。在此情況下，曝光時間被視為設定為短於各列之重設位準之取樣週期之時間。
在自時間T3經過已事先設定之曝光時間之一時間T4之前不久，驅動電路210控制全部列之轉移電晶體234為接通狀態，且將信號電荷轉移至浮動擴散層。接著，在經過曝光時間之一時間T4，驅動電路210控制全部列之轉移電晶體234為斷開狀態。因此，完成曝光。此外，在此時間T4，完成第四列之重設位準之取樣。
驅動電路210控制選擇電晶體以按順序將四列之累積信號提供至 偵測電路260。
在自時間T4已經過某個時間週期時之一時間T5，偵測電路260取樣第一列之信號位準。隨後，偵測電路260按順序取樣第二列至第四列之信號位準。
在完成第四列之信號位準之取樣之一時間T6，驅動電路210控制全部列之PD重設電晶體231為接通狀態，因此使光二極體233之全部電荷放電。
在上文解釋之控制中，當在T4完成曝光之後按順序取樣各列之信號位準時(例如，取樣第一列至第三列)，第四列之信號電荷維持在浮動擴散層中。例如，當取樣各列花費2微秒(μs)時，該時間期間的保持週期係約6微秒(μs)。然而，在其中各列共用偵測電路260之第二實施例中，信號電荷保持在最後一列之浮動擴散層處之時間與一次曝光之像素數目的增加成比例增加，且此可開始導致浮動擴散層之暗電流。因此，一次曝光之像素數目之上限較佳地等於或小於16。
圖15係繪示根據第二實施例之影像捕獲器件200之操作之一實例之一流程圖。
首先，全部像素230根據驅動電路210之控制重設浮動擴散層(節點235)之電位(步驟S910)。驅動電路210選擇區段之任一者，且選定區段中之像素輸出重設信號(步驟S911)。
驅動電路210判定選定區段是否係第一區段(步驟S912)。當驅動電路210判定選定區段係第一區段時(步驟S912：是)，類比CDS電路261(ACDS)偵測重設信號，且保持重設信號作為參考信號(步驟S902)。當選擇第二或後續區段時，ACDS將參考信號與來自像素230之輸出信號之間之差提供至數位CDS電路265(DCDS)作為重設信號。
在第二或後續區段之情況下(步驟S912：否)或在步驟S902之後，DCDS將來自ACDS之重設信號自類比轉換至數位(步驟S903)。
接著，驅動電路210判定選定區段是否係最後一個區段(步驟S913)。當驅動電路210判定選定區段並非最後一個區段時(步驟S913：否)，驅動電路210選擇後續區段(步驟S914)。在步驟S914之後，再次執行步驟S911。
在最後一個區段之情況下(步驟S913：是)，全部像素230開始曝光，且在經過已事先設定之曝光時間之後，完成曝光(步驟S915)。在此情況下，曝光時間被設定為短於取樣週期之一時間。
當完成曝光時，驅動電路210選擇一區段，且選定區段中之像素230輸出累積信號(步驟S916)。此後，由DCDS將經取樣且保持之重設信號與輸出自像素230之累積信號(實際累積信號)之間之差信號自數位轉換成類比(步驟S906)。
接著，DCDS輸出藉由自實際累積信號之AD轉換結果(第二次)減去選定區段之暫存器268中之AD轉換結果(第一次)之值獲得之一值(步驟S907)。
此後，由二進位判定單元270比較輸出自減法器件269之實際數位值與參考信號(REF)，且將光子入射之存在/缺少輸出為二進位判定結果之數位值(步驟S908)。
接著，驅動電路210判定選定區段是否係最後一個區段(步驟S917)。當驅動電路210判定選定區段並非最後一個區段時(步驟S917：否)，驅動電路210選擇一後續區段(步驟S918)。在步驟S918之後，再次執行步驟S916。在最後一個區段之情況下(步驟S917：是)，影像捕獲器件200終止全部區段之曝光控制。
如上所述，根據第二實施例，全部區段之像素230初始化累積在光二極體233中之電荷量(開始曝光)，且全部區段之像素230轉移電荷(終止曝光)，且因此許多像素可用於光偵測。因此，可改良輻射能量之偵測之動態範圍。
[修改]
在上文解釋之第二實施例中，影像捕獲器件200藉由將曝光時間設定為短於取樣週期而執行曝光，但是曝光週期可基於輻射之偵測頻率而等於或大於取樣週期。根據第二實施例之修改之影像捕獲器件200與第二實施例的不同之處在於：當基於輻射之偵測頻率切換曝光時間時執行曝光。
更具體言之，每當經過某個時間週期時，根據一修改之一影像捕獲器件200之一資料處理單元140由在該某個時間週期內偵測之輻射次數量測輻射之偵測頻率。接著，資料處理單元140對影像捕獲器件200提供指示偵測頻率是否大於一預定頻率之一控制信號。
當輻射之偵測頻率大於預定頻率時，影像捕獲器件200將曝光時間設定為小於取樣週期之一時間。若情況並非如此，則影像捕獲器件200將曝光時間設定為等於或大於取樣週期之一時間。接著，執行曝光。
圖16係繪示根據第二實施例之修改之一像素之控制之一實例之一時序圖。
當輻射之偵測頻率等於或小於預定頻率時，驅動電路210斷開PD重設電晶體231且在一時間T11開始曝光，且此後在一時間T12斷開FD重設電晶體236。在時間T12之後之一時間T13，偵測電路260開始取樣全部列之重設位準。在一時間T14，驅動電路210控制轉移電晶體234以終止曝光。在一時間T14，完成全部列之重設位準之取樣。在一時間T15，偵測電路260開始取樣全部列之信號位準，且接著在一時間T16完成全部列之信號位準之取樣。
如上所述，根據第二實施例之修改，基於輻射之偵測頻率改變曝光時間，且因此可以一適當曝光時間執行曝光。
<3.第三實施例>
在上文解釋之第二實施例中，像素230及偵測電路260提供在相同基板上。替代地，像素可提供在由三維矽堆疊技術堆疊之兩個基板之一者上，且偵測電路可提供在該兩個基板之另一者上。根據第三實施例之輻射偵測裝置100與第一實施例的不同之處在於：像素提供在兩個堆疊基板之一者上，且偵測電路提供在該兩個基板之另一者上。
圖17係繪示根據第三實施例之一輻射偵測裝置100之一組態之一實例之一透視圖。根據第三實施例之輻射偵測裝置100與第一實施例的不同之處在於：提供多個閃爍器器件121及一影像捕獲器件201來代替閃爍器120、光導130及影像捕獲器件200。在圖式中，未展示一準直器110及一資料處理單元140。
影像捕獲器件201包含一驅動電路210(未展示)及兩個堆疊基板。像素區塊310提供在該兩個基板中連接至閃爍器器件121之一者上，且偵測區塊320提供在該兩個基板中未連接至閃爍器器件121之另一者上。
在像素區塊310之各者中，以2乘以2配置提供四個像素。配置在像素區塊310中之一像素係(例如)其中光發射至其中配置有光二極體之背側上之一背側照明像素。
偵測區塊320偵測根據累積在像素區塊310中之一像素中之電荷量之一電壓。偵測區塊320經配置以與像素區塊310相關聯使得偵測區塊320以一對一方式與像素區塊310相關聯。
例如，一像素區塊310以晶圓級黏貼至一對應偵測區塊320使得一單個偵測單元係由像素區塊310及偵測區塊320構成。上文解釋之某個數目的偵測單元係以一二維格子方式(例如，20乘以20)配置在一平方毫米之一矽晶片上。應注意，偵測單元之配置可根據用途而靈活組態，例如透射型X射線影像捕獲、CT影像捕獲中之脈衝計數等等。
如上所述，輻射偵測裝置100以例如100微秒(μs)之一循環實行輻 射偵測，且可在小於10奈秒(ns)內執行一極短時間週期的曝光。在此情況下，各單元可鑑別並偵測以一時間間隔平均為100奈秒之輻射入射，且因此每秒鐘可計數1E7次輻射。在輻射偵測裝置100中，總共可並行操作400個單元，且各者可獨立偵測輻射。因此，一平方毫米中之模組(影像捕獲器件200及閃爍器器件121)每秒鐘可計數之輻射次數係4E9。更具體言之，量測4G/(s．mm^2)次輻射。
可獨立控制偵測單元之各者之曝光週期，且因此最佳曝光設定可由用於計數之製備量測得到。即使每秒鐘進入若干次輻射，具幾乎不具有任何停止週期之一延長曝光週期之一單元亦可實質上精確地作出量測。
在CT影像捕獲中，例如，一平方毫米中之模組被採用作為一單元偵測器件，且執行輻射計數。可由一模組單元一次執行曝光控制。
在X射線影像捕獲中，進一步佈置模組，或佈置有許多偵測單元之模組用來執行輻射計數。在此情況下，一單個像素配置在50平方微米之各偵測單元中，且較佳地對各偵測單元實行曝光控制。如上所述般所達成之輻射偵測裝置可以一極明顯的對比表達甚至一極低輻射，且對於低輻射可以一高的靈敏度執行輻射影像捕獲。
閃爍器器件121係形成為一柱形之一閃爍器器件。各閃爍器器件121由一反射材料或一低折射率材料(未展示)劃分，閃爍光密封在由反射材料等等形成之柱的內部。例如，對各像素區塊310提供閃爍器器件121。
圖18係繪示根據第三實施例之一像素區塊310之一組態之一實例之一圖。像素區塊310包含配置成兩列乘以兩行之四個像素311、四個選擇電晶體312及一電極襯墊313。選擇電晶體312可為(例如)一MOS電晶體。像素311之組態與根據第一實施例之像素230相同。
選擇電晶體312係用於選擇像素230之任一者且提供偵測區塊320 之一電晶體。對各像素311提供選擇電晶體312。
選擇電晶體312之閘極連接至驅動電路210，且選擇電晶體312之源極連接至像素311，且選擇電晶體312之汲極經由電極襯墊313連接至偵測區塊320。
驅動電路210控制選擇電晶體312以按順序將四個像素311之輸出信號提供至偵測區塊320。驅動電路210一次開始像素區塊310中之四個像素311之曝光且一次完成該曝光。如上所述，對於各像素區塊310，驅動電路210可獨立設定曝光時間。
圖19係繪示根據第三實施例之一偵測區塊320之一組態之一實例之一方塊圖。此偵測區塊320包含一類比CDS電路321、一電極襯墊322、一恆定電流電路323、一記憶體324、一二進位判定單元325及一數位CDS電路326。
例如，類比CDS電路321、數位CDS電路326及二進位判定單元325之組態與根據如圖14中所示之第二實施例之類比CDS電路261、數位CDS電路265及二進位判定單元270相同。
二進位判定單元325導致記憶體324保持所產生的數位值。此類比CDS電路321經由電極襯墊322自像素區塊310接收輸出信號。保持在記憶體324中之數位值係由資料處理單元140以適當時序讀取。
恆定電流電路323經組態以提供一恆定電流。一源極隨耦器電路係由此恆定電流電路323及像素311中之放大器電晶體構成。
如上所述，根據第三實施例，像素提供在該兩個堆疊基板之一者上，且偵測電路提供在該兩個堆疊基板之另一者上，且因此如與用於在相同基板上配置偵測電路之組態相比，可增加光接收之面積大小。
應注意，上文解釋之實施例展示用於具體實施本技術之實例，且實施例中之事物與申請專利範圍中之標的有關。同樣地，申請專利 範圍中之標的與本技術之實施例中用與申請專利範圍中之標的相同之名稱標示之事物有關。然而，本技術不限於該等實施例，且可在不違背本技術之主旨之情況下藉由將各種修改應用於實施例而具體實施。
上文解釋之實施例中解釋之處理程序可被理解為具有該系列程序之一方法，或可被理解為用於導致一電腦執行該系列程序之一程式及用於儲存該程式之一記錄媒體。記錄媒體之實例包含一光碟(CD)、迷你光碟(MD)、一數位多功能光碟(DVD)、一記憶體卡、藍光光碟(藍光(註冊商標)光碟)等等。
此處描述之效果並無特定限制，且可為本發明中描述之效果之任一者。
熟習此項技術者應瞭解，可取決於設計需求及其他因素發生各種修改、組合、子組合及變更，只要該等修改、組合、子組合及變更處於隨附申請專利範圍或其等效物之範疇內。
應注意，本技術亦可經組態如下。
(1)一種影像捕獲器件，其包含：一光電轉換元件，其經組態以將光轉換為電荷並累積該電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據轉移自該光電轉換元件之一電荷量產生一電壓；一浮動擴散區域重設電晶體，其經組態以初始化該所產生的電壓；一轉換單元，其經組態以執行轉換處理以將該電壓轉換為一數位信號；一光電轉換元件重設電晶體，其經組態以在初始化該電壓之後之一預定時間點初始化累積在該光電轉換元件中之電荷量；及一轉移電晶體，其經組態以在當自該預定時間點已經過短於用於該轉換處理所需之時間之一曝光時間時執行自該光電轉換元件轉移 至該浮動擴散區域之該轉移。
(2)根據上文(1)之影像捕獲器件，其包含一像素陣列單元，該像素陣列單元包含複數個像素，各像素具有該光電轉換元件、該浮動擴散區域、該浮動擴散區域重設電晶體、該光電轉換元件電晶體及該轉移電晶體，其中該像素陣列單元被劃分成複數個區域，且該轉換單元經組態以針對該等區域之各者輸出該經轉換數位信號。
(3)根據上文(2)之影像捕獲器件，其進一步包含：一保持單元，其經組態以針對該等區域之各者提供一雜訊分量保持單元，該雜訊分量保持單元經組態以保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為一雜訊分量；及一雜訊消除單元，其經組態以在執行該轉移時執行雜訊消除處理以消除來自轉換自該電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量，其中該光電轉換元件重設電晶體在該預定時間點初始化全部該等區域中之該電荷量，該轉移電晶體在當自該預定時間點已經過該曝光時間時執行全部該等區域中之該轉移，及當執行該轉移時，該轉換單元對該經初始化電壓及該電壓之各者執行轉換處理，因此當執行該轉移時將該經初始化電壓及該電壓之各者轉換為該數位信號。
(4)根據上文(2)或(3)之影像捕獲器件，其進一步包含：一雜訊分量保持單元，其經組態以保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為該等區域之任一者之一雜訊分量；及一雜訊消除單元，其經組態以在執行該轉移時執行雜訊消除處理以消除來自轉換自該電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量， 其中該光電轉換元件重設電晶體初始化該等區域之任一者中之該電荷量，及該轉移電晶體執行該等區域之任一者中之該轉移。
(5)根據上文(1)之影像捕獲器件，其包含：一轉換單元配置基板，其上配置有該轉換單元；及一像素配置基板，其具有配置於其上之該光電轉換元件、該浮動擴散區域重設電晶體、該光電轉換元件電晶體及該轉移電晶體，其中該像素配置基板堆疊在該轉換單元配置基板上。
(6)一種輻射偵測裝置，其包含：一閃爍器，其經組態以在輻射已進入時產生光；一光電轉換元件，其經組態以將光轉換為電荷並累積該電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據轉移自該光電轉換元件之電荷量產生一電壓；一浮動擴散區域重設電晶體，其經組態以初始化該所產生的電壓；一轉換單元，其經組態以執行轉換處理以將該電壓轉換為一數位信號；一光電轉換元件重設電晶體，其經組態以在初始化該電壓之後之一預定時間點初始化累積在該光電轉換元件中之電荷量；一轉移電晶體，其經組態以在自該預定時間點已經過短於該轉換處理所需之時間之一曝光時間時執行自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移；及一輻射偵測單元，其經組態以基於消除雜訊之一數位信號偵測在一曝光時間內輻射是否已進入。
(7)根據上文(6)之輻射偵測裝置，其包含配置有複數個像素之複數個影像捕獲器件，各像素具有該光電轉換元件、該浮動擴散區域、 該浮動擴散區域重設電晶體、該轉換單元、該光電轉換元件電晶體及該轉移電晶體，及該偵測單元經組態以針對該等影像捕獲器件之各者偵測輻射是否已進入。
(8)根據上文(6)或(7)之輻射偵測裝置，其中該輻射偵測單元自某個時間週期內之輻射偵測次數導出輻射偵測之一頻率，及當該輻射偵測之該頻率大於一預定頻率時，該光電轉換元件電晶體在初始化該電壓之後之該預定時間點初始化該電荷量，及當該預定頻率大於該偵測頻率時，該光電轉換元件電晶體在初始化該電壓之前初始化該電荷量。
(9)根據上文(8)之輻射偵測裝置，其中當該輻射偵測之頻率大於該預定頻率時，該轉移電晶體在自該預定時間點已經過短於該轉換處理所需之時間之一曝光時間時執行該轉移，及當該預定頻率大於該偵測頻率時，該轉移電晶體在自該預定時間點已至少經過該轉換處理所需之時間時執行該轉移。
(10)一種用於一影像捕獲器件之控制方法，其包含：一浮動擴散區域重設程序，其用於導致一浮動擴散區域重設電晶體初始化由一浮動擴散區域產生之一電壓，該浮動擴散區域經組態以根據轉移自一光電轉換元件之電荷量產生該電壓，該光電轉換元件經組態以將光轉換為該電荷並累積該電荷；一轉換程序，其用於導致一轉換單元執行轉換處理以將該電壓轉換為一數位信號；一光電轉換元件重設程序，其用於導致該光電轉換元件重設電晶體在初始化該電壓之後之一預定時間點初始化累積在該光電轉換元件中之該電荷量；及一轉移電晶體，其經組態以在自該預定時間點已經過短於該轉 換處理所需時間之一曝光時間時執行自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移。
(11)一種影像捕獲器件，其包括：一光電轉換元件，該光電轉換元件經組態以將光轉換為電荷並累積該電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據轉移自該光電轉換元件之電荷量產生一電壓；一光電轉換元件重設電晶體，其經組態以初始化累積在該光電轉換元件中之一電荷量；及一轉移電晶體，其經組態以在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變。
(12)根據上文(11)之影像捕獲器件，其進一步包括：包含複數個像素之一像素陣列單元，該複數個像素之各像素包含該光電轉換元件、該浮動擴散區域、一浮動擴散區域重設電晶體、該光電轉換元件重設電晶體、一轉換單元及該轉移電晶體，其中該像素陣列單元被劃分成複數個區域，該浮動擴散區域重設電晶體經組態以初始化該所產生的電壓，且該轉換單元經組態以將該所產生的電壓轉換為一數位信號並針對該複數個區域之各區域輸出該經轉換數位信號。
(13)根據上文(12)之影像捕獲器件，其進一步包括：一保持單元，其經組態以針對該複數個區域之各區域提供一雜訊分量保持單元，其中該雜訊分量保持單元經組態以保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為一經保持雜訊分量；及一雜訊消除單元，其經組態以執行雜訊消除處理以消除來自轉換自該所產生的電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量，其中該光電轉換元件重設電晶體初始化該複數個區域之至少一區域中之該電荷量，該轉移電晶體針對該複數個區域之至少一區域將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，且當執行該經累積電荷自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該 轉移時，該轉換單元轉換該經初始化電壓及該所產生的電壓之各者。
(14)根據上文(12)或(13)之影像捕獲器件，其進一步包括：一雜訊分量保持單元，其經組態以保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為一經保持雜訊分量用於該等區域之一或多者；及一雜訊消除單元，其經組態以在執行該經累積電荷自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移時消除來自轉換自該所產生的電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量，其中該光電轉換元件重設電晶體針對該等區域之一或多者初始化該電荷量，且該轉移電晶體針對該等區域之一或多者執行該經累積電荷量自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移。
(15)根據上文(11)之影像捕獲器件，其進一步包括：一轉換單元配置基板，其包含配置於其上之該轉換單元；及一像素配置基板，其包含配置於其上之該光電轉換元件、該浮動擴散區域重設電晶體、該光電轉換元件重設電晶體及該轉移電晶體，其中該像素配置基板堆疊在該轉換單元配置基板上。
(16)一種輻射偵測裝置，其包括：一閃爍器，其經組態以在輻射進入該閃爍器時產生光；一光電轉換元件，其經組態以將光轉換為電荷並累積該電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據轉移自該光電轉換元件之電荷量產生一電壓；一光電轉換元件重設電晶體，其經組態以初始化累積在該光電轉換元件中之一電荷量；一轉移電晶體，其經組態以在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變；及一輻射偵測單元，其經組態以基於已消除雜訊之一數位信號偵測在一曝光時間內輻射是否已進入。
(17)根據上文(17)之輻射偵測裝置，其進一步包括包含複數個像素之複數個影像捕獲器件，該複數個像素之各像素包含該光電轉換元 件、該浮動擴散區域、一浮動擴散區域重設電晶體、一轉換單元、該光電轉換元件重設電晶體及該轉移電晶體，其中該像素陣列單元被劃分成複數個區域，該浮動擴散區域重設電晶體經組態以初始化該所產生的電壓，且該轉換單元經組態以將該所產生的電壓轉換為一數位信號並針對該複數個區域之各區域輸出該經轉換數位信號，且該輻射偵測單元經組態以針對該等影像捕獲器件之各者偵測該輻射是否已進入該閃爍器中。
(18)根據上文(16)或(17)之輻射偵測裝置，其中該輻射偵測單元基於某個時間週期內之輻射偵測次數導出該經偵測輻射之一頻率，且當該經偵測輻射之該頻率大於一預定頻率時，該光電轉換元件重設電晶體在初始化該所產生的電壓之後初始化該電荷量，且當該預定頻率大於該經偵測輻射之該頻率時，該光電轉換元件重設電晶體在初始化該所產生的電壓之前初始化該電荷量。
(19)根據上文(18)之輻射偵測裝置，其中當該經偵測輻射之該頻率大於該預定頻率時，該轉移電晶體在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間短於將該電壓轉換為一數位信號所需之一時間，且當該預定頻率大於該經偵測輻射之該頻率時，該轉移電晶體在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間長於將該電壓轉換為一數位信號所需之一時間。
(20)一種用於一影像捕獲器件之控制方法，其包括：初始化由一浮動擴散區域產生之一電壓，其中該浮動擴散區域經組態以根據轉移自一光電轉換元件之一電荷量產生該電壓，該光電轉換元件經組態以將光轉換為該電荷並累積該電荷；將該電壓轉換為一數位信號；導致一光電轉換元件重設電晶體初始化累積在該光電轉換元件中之該電荷量；及在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該 浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變。
(21)根據上文(20)之控制方法，其進一步包含一像素陣列單元，該像素陣列單元包含劃分成複數個區域之複數個像素，該方法進一步包括：初始化該所產生的電壓，將該所產生的電壓轉換為一數位信號，及針對該複數個區域之各區域輸出該經轉換數位信號。
(22)根據上文(21)之控制方法，其進一步包括：保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為一經保持雜訊分量；消除來自轉換自該所產生的電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量；初始化該複數個區域之至少一區域中之該電荷量；轉移該複數個區域之至少一區域中之該經初始化電荷量；及當執行該經累積電荷量自該光電轉換元件至該浮動擴散區之該轉移時，轉換該經初始化電壓及該所產生的電壓之各者。
(23)根據上文(21)或(22)之控制方法，其進一步包括：針對該等區域之一或多者保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為一經保持雜訊分量；及當執行該經累積電荷量自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移時消除來自轉換自該所產生的電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量，其中該光電轉換元件重設電晶體針對該等區域之一或多者初始化該電荷量，且該轉移電晶體針對該等區域之一或多者執行該經累積電荷自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移。
(24)根據上文(20)之控制方法，其進一步包括：在一轉換單元配置基板上堆疊一像素配置基板，其中該像素配置基板包含該光電轉換元件、該浮動擴散區域重設電晶體、該光電轉換元件重設電晶體及該轉移電晶體，且該轉換單元配置基板包含該轉換單元。
(25)一種用於一輻射偵測裝置之控制方法，其包括：初始化由一 浮動擴散區域產生之一電壓，其中該浮動擴散區域經組態以根據轉移自一光電轉換元件之一電荷量產生一電壓，該光電轉換元件經組態以將光轉換為該電荷並累積該電荷；將該電壓轉換為一數位信號；導致一光電轉換元件重設電晶體初始化累積在該光電轉換元件中之該電荷量；在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變；及基於已消除雜訊之一數位信號偵測在該曝光時間內輻射是否已進入。
(26)根據上文(25)之控制方法，其進一步包含一像素陣列單元，該像素陣列單元包含劃分成複數個區域之複數個像素，該方法進一步包括：初始化該所產生的電壓，將該所產生的電壓轉換為一數位信號，及針對該複數個區域之各區域輸出該經轉換數位信號。
(27)根據上文(25)或(26)之控制方法，其進一步包括：基於某個時間週期內之輻射偵測次數導出該經偵測輻射之一頻率，且當該經偵測輻射之該頻率大於一預定頻率時，在初始化該所產生的電壓之後初始化該電荷量，且當該預定頻率大於該經偵測輻射之該頻率時，在初始化該所產生的電壓之前初始化該電荷量。
(28)根據上文(27)之控制方法，其進一步包括：當該經偵測輻射之該頻率大於該預定頻率時，在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間短於將該電壓轉換為一數位信號所需之一時間，且當該預定頻率大於該經偵測輻射之該頻率時，在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間長於將該電壓轉換為一數位信號所需之一時間。
231‧‧‧PD重設電晶體
234‧‧‧轉移電晶體
236‧‧‧FD重設電晶體
260‧‧‧偵測電路

Claims (18)

  1. 一種影像捕獲器件，其包括：一光電轉換元件，其經組態以將光轉換為電荷並累積該電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據轉移自該光電轉換元件之一電荷量產生一電壓；一光電轉換元件重設電晶體，其經組態以初始化累積在該光電轉換元件中之一電荷量；及一轉移電晶體，其經組態以在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變。
  2. 如請求項1之影像捕獲器件，其進一步包括：包含複數個像素之一像素陣列單元，該複數個像素之各像素包含該光電轉換元件、該浮動擴散區域、一浮動擴散區域重設電晶體、該光電轉換元件重設電晶體、一轉換單元及該轉移電晶體，其中，該像素陣列單元被劃分成複數個區域，該浮動擴散區域重設電晶體經組態以初始化該所產生的電壓，及該轉換單元經組態以將該所產生的電壓轉換為一數位信號並針對該複數個區域之各區域輸出該經轉換數位信號。
  3. 如請求項2之影像捕獲器件，其進一步包括：一保持單元，其經組態以針對該複數個區域之各區域提供一 雜訊分量保持單元，其中該雜訊分量保持單元經組態以保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為一經保持雜訊分量；及一雜訊消除單元，其經組態以執行雜訊消除處理以消除來自轉換自該所產生的電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量，其中該光電轉換元件重設電晶體初始化該複數個區域之至少一區域中之該電荷量，該轉移電晶體針對該複數個區域之至少一區域將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，及當執行該經累積電荷量自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移時，該轉換單元轉換該經初始化電壓及該所產生的電壓之各者。
  4. 如請求項2之影像捕獲器件，其進一步包括：一雜訊分量保持單元，其經組態以針對該等區域之一或多者保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為一經保持雜訊分量；及一雜訊消除單元，其經組態以在執行該經累積電荷量自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移時消除來自轉換自該所產生的電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量，其中該光電轉換元件重設電晶體針對該等區域之一或多者初始化該電荷量，及該轉移電晶體針對該等區域之一或多者執行該經累積電荷量自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移。
  5. 如請求項1之影像捕獲器件，其進一步包括：一轉換單元配置基板，其包含配置於其上之該轉換單元；及一像素配置基板，其包含配置於其上之該光電轉換元件、該浮動擴散區域重設電晶體、該光電轉換元件重設電晶體及該轉 移電晶體，其中該像素配置基板堆疊在該轉換單元配置基板上。
  6. 一種輻射偵測裝置，其包括：一閃爍器，其經組態以在輻射進入該閃爍器時產生光；一光電轉換元件，其經組態以將光轉換為電荷並累積該電荷；一浮動擴散區域，其經組態以根據轉移自該光電轉換元件之一電荷量產生一電壓；一光電轉換元件重設電晶體，其經組態以初始化累積在該光電轉換元件中之一電荷量；一轉移電晶體，其經組態以在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變；及一輻射偵測單元，其經組態以基於已消除雜訊之一數位信號偵測在一曝光時間內輻射是否已進入。
  7. 如請求項6之輻射偵測裝置，其進一步包括包含複數個像素之複數個影像捕獲器件，該複數個像素之各像素包含該光電轉換元件、該浮動擴散區域、一浮動擴散區域重設電晶體、一轉換單元、該光電轉換元件重設電晶體及該轉移電晶體，其中，該像素陣列單元被劃分成複數個區域，該浮動擴散區域重設電晶體經組態以初始化該所產生的電壓，及該轉換單元經組態以將該所產生的電壓轉換為一數位信號並針對該複數個區域之各區域輸出該經轉換數位信號，及 該輻射偵測單元經組態以針對該等影像捕獲器件之各者偵測該輻射是否已進入該閃爍器中。
  8. 如請求項6之輻射偵測裝置，其中該輻射偵測單元基於某個時間週期內之輻射偵測次數導出該經偵測輻射之一頻率，及當該經偵測輻射之該頻率大於一預定頻率時，該光電轉換元件重設電晶體在初始化該所產生的電壓之後初始化該電荷量，及當該預定頻率大於該經偵測輻射之該頻率時，該光電轉換元件重設電晶體在初始化該所產生的電壓之前初始化該電荷量。
  9. 如請求項8之輻射偵測裝置，其中當該經偵測輻射之該頻率大於該預定頻率時，該轉移電晶體在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間短於將該電壓轉換為一數位信號所需之一時間，及當該預定頻率大於該經偵測輻射之該頻率時，該轉移電晶體在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間長於將該電壓轉換為一數位信號所需之一時間。
  10. 一種用於一影像捕獲器件之控制方法，其包括：初始化由一浮動擴散區域產生之一電壓，其中該浮動擴散區域經組態以根據轉移自一光電轉換元件之一電荷量產生該電壓，該光電轉換元件經組態以將光轉換為該電荷並累積該電荷；將該電壓轉換為一數位信號；導致一光電轉換元件重設電晶體初始化累積在該光電轉換元件中之該電荷量；及在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至 該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變。
  11. 如請求項10之控制方法，其進一步包含一像素陣列單元，該像素陣列單元包含劃分成複數個區域之複數個像素，該方法進一步包括：初始化該所產生的電壓，將該所產生的電壓轉換為一數位信號，及針對該複數個區域之各區域輸出該經轉換數位信號。
  12. 如請求項11之控制方法，其進一步包括：保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為一經保持雜訊分量；消除來自轉換自該所產生的電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量；初始化該複數個區域之至少一區域中之該電荷量；轉移該複數個區域之至少一區域中之該經初始化電荷量；及當執行該經累積電荷量自該光電轉換元件至該浮動擴散區域之該轉移時，轉換該經初始化電壓及該所產生的電壓之各者。
  13. 如請求項11之控制方法，其進一步包括：針對該等區域之一或多者保持轉換自該經初始化電壓之一數位信號作為一經保持雜訊分量；及當執行該經累積電荷量自該光電轉換元件至該浮動擴散區之該轉移時消除來自轉換自該所產生的電壓之該數位信號之該經保持雜訊分量，其中該光電轉換元件重設電晶體針對該等區域之一或多者初始化該電荷量，及該轉移電晶體針對該等區域之一或多者執行該經累積電荷量 自該光電轉換元件至該浮動擴散區之該轉移。
  14. 如請求項10之控制方法，其進一步包括：在一轉換單元配置基板上堆疊一像素配置基板，其中該像素配置基板包含該光電轉換元件、該浮動擴散區域重設電晶體、該光電轉換元件重設電晶體及該轉移電晶體，且該轉換單元配置基板包含該轉換單元。
  15. 一種用於一輻射偵測裝置之控制方法，其包括：初始化由一浮動擴散區域產生之一電壓，其中該浮動擴散區域經組態以根據轉移自一光電轉換元件之一電荷量產生一電壓，該光電轉換元件經組態以將光轉換為該電荷並累積該電荷；將該電壓轉換為一數位信號；導致一光電轉換元件重設電晶體初始化累積在該光電轉換元件中之該電荷量；在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間之一開始對應於該光電轉換元件重設電晶體自一第一狀態至一第二狀態之一轉變；及基於已消除雜訊之一數位信號偵測在該曝光時間內輻射是否已進入。
  16. 如請求項15之控制方法，其進一步包含一像素陣列單元，該像素陣列單元包含劃分成複數個區域之複數個像素，該方法進一步包括：初始化該所產生的電壓；將該所產生的電壓轉換為一數位信號；及針對該複數個區域之各區域輸出該經轉換數位信號。
  17. 如請求項15之控制方法，其進一步包括： 基於某個時間週期內之輻射偵測次數導出該經偵測輻射之一頻率，及當該經偵測輻射之該頻率大於一預定頻率時，在初始化該所產生的電壓之後初始化該電荷量，及當該預定頻率大於該經偵測輻射之該頻率時，在初始化該所產生的電壓之前初始化該電荷量。
  18. 如請求項17之控制方法，其進一步包括：當該經偵測輻射之該頻率大於該預定頻率時，在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間短於將該電壓轉換為一數位信號所需之一時間，及當該預定頻率大於該經偵測輻射之該頻率時，在一曝光時間期間將該經累積電荷自該光電轉換元件轉移至該浮動擴散區域，其中該曝光時間長於將該電壓轉換為一數位信號所需之一時間。
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