TWI812022B - 圖像感測器及成像系統 - Google Patents

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TWI812022B
TWI812022B TW111106217A TW111106217A TWI812022B TW I812022 B TWI812022 B TW I812022B TW 111106217 A TW111106217 A TW 111106217A TW 111106217 A TW111106217 A TW 111106217A TW I812022 B TWI812022 B TW I812022B
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曹培炎
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Abstract

本文公開了一種圖     像感測器，所述圖像感測器包括：多個X射線檢測器；致動器，被配置為將所述多個X射線檢測器沿一方向移動到多個位置，其中，所述圖像感測器被配置為通過使用所述檢測器分別捕獲在所述位置處的場景的部分的圖像；其中，所述部分的每個圖像具有與所述方向成角度的至少一個邊緣；並且其中，所述圖像感測器被配置為通過拼接所述部分的圖像來形成所述場景的圖像。

Description

圖像感測器及成像系統
本發明是有關於一種圖像感測器及成像系統。
X射線檢測器可以是用於測量輻射的通量、空間分佈、光譜或其他性質的裝置。
X射線檢測器可用於許多應用。一個重要的應用是成像。輻射成像是一種射線照相技術，並可用於揭示非均勻組成的不透明的對象(如人體)的內部結構。
用於成像的早期X射線檢測器包括照相底板和照相膠片。照相底板可以是具有光敏乳劑塗層的玻璃板。雖然照相底板被照相膠片取代了，但由於它們提供的優質品質及其極端穩定性，它們仍可用於特殊情況。照相膠片可以是具有光敏乳劑塗層的塑膠膜(例如，條或片)。
在20世紀80年代，可光激勵的磷光體板(PSP板)變得可用。PSP板可以包含在其晶格中具有色心的磷光體材料。當PSP板暴露於輻射時，由輻射激發的電子被俘獲在色心中，直到它們被在板表面上掃描的雷射光束激勵。當該板被雷射掃描時， 被俘獲的激發電子發出光，該光被光電倍增管收集。收集的光被轉換成數位圖像。與照相底板和照相膠片相比，PSP板可以被重複使用。
另一種X射線檢測器是輻射圖像增強器。輻射圖像增強器的元件通常在真空中密封。與照相底板、照相膠片和PSP板相比，輻射圖像增強器可以產生即時圖像，即，不需要曝光後處理來產生圖像。輻射首先撞擊輸入磷光體(例如，碘化銫)並轉換成可見光。然後可見光撞擊光電陰極(例如，含有銫和銻化合物的薄金屬層)並引起電子發射。發射的電子數量與入射輻射的強度成比例。發射的電子通過電子光學器件投射到輸出磷光體上並使輸出磷光體產生可見光圖像。
閃爍體在某種程度上與輻射圖像增強器類似地操作，因為閃爍體(例如，碘化鈉)吸收輻射並發射可見光，然後，該可見光可以通過適合於可見光的圖像感測器來檢測。在閃爍體中，可見光在所有方向上擴散和散射，從而降低空間解析度。減小閃爍體厚度有助於改善空間解析度，但也減少了輻射的吸收。因此，閃爍體必須在吸收效率和解析度之間達成折衷。
半導體X射線檢測器通過將輻射直接轉換成電信號很大程度上克服了這個問題。半導體X射線檢測器可以包括吸收關注波長的輻射的半導體層。當X射線光子在半導體層中被吸收時，產生多個電荷載流子(例如，電子和電洞)並在電場下朝向半導體層上的電觸點掃射。當前可用的半導體X射線檢測器(例如， Medipix)中所需的繁瑣的熱管理會使得具有大面積和大量圖元的檢測器難以生產或不可能生產。
本文公開了一種圖像感測器，所述圖像感測器包括：多個X射線檢測器；致動器，被配置為將所述多個X射線檢測器沿一方向移動到多個位置，其中，所述圖像感測器被配置為通過使用所述檢測器分別捕獲在所述位置處的場景的部分的圖像；其中，所述部分的每個圖像具有與所述方向成角度的至少一個邊緣；並且其中，所述圖像感測器被配置為通過拼接所述部分的圖像來形成所述場景的圖像。
根據實施例，所述多個X射線檢測器間隔設置。
根據實施例，所述圖像感測器還包括具有多個X射線透射區的掩模。
根據實施例，所述X射線透射區被配置為在所述圖像感測器上形成空間上不連續的曝光區域；其中，所述曝光區域外的X射線強度基本上為零。
根據實施例，所述圖像感測器的有效區域在所述曝光區域內。
根據實施例，穿過所述曝光區域周邊的X射線強度的變化是平滑的。
根據實施例，所述致動器被配置為移動所述掩模，從而 使得在所述位置處保持所述X射線檢測器與所述曝光區域的對準。
根據實施例，所述多個X射線檢測器中的至少一些按交錯的列佈置。
根據實施例，同一列中的X射線檢測器的尺寸一致；其中，同一列中的兩個相鄰X射線檢測器之間的距離大於同一列中的一個X射線檢測器在該列的延伸方向上的寬度，並且小於該寬度的兩倍。
根據實施例，所述致動器包括機械臂。
根據實施例，所述多個X射線檢測器中的至少一些包括多層檢測器。
根據實施例，所述多個X射線檢測器中的至少一些是矩形形狀。
根據實施例，所述多個X射線檢測器中的至少一些是六邊形形狀。
根據實施例，所述多個X射線檢測器中的至少一些是直角梯形形狀。
根據實施例，所述致動器包括被配置為確定位置的控制單元。
本文公開了一種包括任意一種上述圖像感測器和X射線源的系統。
50:場景
51A、51B、51C、52:圖像
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H:X射線檢測器
103:表面
107:支撐件
109:X射線源
110:輻射吸收層
111:第一摻雜區
112:本徵區
113:第二摻雜區
114:離散區
119A、119B:電觸點
120:電子器件層
121:電子系統
130:填充材料
131:通孔
150:圖元
301:第一電壓比較器
302:第二電壓比較器
305:開關
306:電壓表
309:積分器
310:控制器
320:計數器
500:致動器
600:掩模
601:X射線透射區
910、920、A、B、C:位置
951:方向
953:角度
1010:第一局部圖像
1011、1021:邊緣
1020:第二局部圖像
9000:圖像感測器
9002:有效區域
9004:死區
9005:周邊區
RST:復位期
t0、t1、t2、te、ts:時間
TD1:時間延遲
V1:第一閾值
V2:第二閾值
X1、Y1:寬度
X2、Y2:距離
圖1A示意性地示出了根據實施例的圖像感測器。
圖1B示意性地示出了根據一個實施例的圖像感測器的剖視圖。
圖2示意性地示出了根據實施例的圖像感測器捕獲場景的部分的多個圖像。
圖3A至圖3C示意性地示出了根據一些實施例的圖像感測器中的X射線檢測器的佈置。
圖4示意性地示出了根據實施例的具有多個六邊形或直角梯形形狀的X射線檢測器的圖像感測器。
圖5示意性地示出了根據實施例的X射線檢測器具有圖元陣列。
圖6A示意性地示出了根據實施例的X射線檢測器的剖視圖。
圖6B示意性地示出了根據實施例的X射線檢測器的詳細剖視圖。
圖6C示意性地示出了根據實施例的X射線檢測器的可替換的詳細剖視圖。
圖7A和圖7B各自示出了根據實施例的圖6A、圖6B和圖6C中的X射線檢測器的電子系統的元件圖。
圖8示意性地示出了根據實施例的流過暴露於輻射的輻射吸收層的二極體的電極或電阻器的電觸點的電流的時間變化(上部 曲線)，以及該電極的電壓的相應時間變化(下部曲線)，該電流是由通過入射在輻射吸收層上的X射線光子產生的電荷載流子引起的。
圖1A示意性地示出了根據實施例的圖像感測器9000。圖像感測器9000可以沿著方向951分別在多個位置(例如，圖1A中的位置910和920)處捕獲場景50的部分的圖像。圖像感測器9000可以包括多個X射線檢測器(例如，圖1A中的第一X射線檢測器100A、第二X射線檢測器100B)、掩模600和致動器(圖1B中)。圖像感測器9000可以包括支撐件107，該支撐件107可以是系統印刷電路板(PCB)。多個X射線檢測器100(例如，100A和100B)可以佈置在支撐件107的平坦表面上。多個X射線檢測器(例如，100A和100B)可以被配置為接收來自X射線源109並穿過場景50的一部分入射到其上的X射線。掩模600可以包括多個X射線透射區601。
在圖1所示的示例中，圖像感測器9000可以由致動器500沿著第一方向951從第一位置910移動到第二位置920。根據一個實施例，在相對於場景50的第一位置910處，圖像感測器9000使用已經穿過場景50的來自源109的X射線來捕獲場景50的部分的第一局部圖像1010；並且，在相對於場景50的第二位置920處，圖像感測器9000使用已經穿過場景50的來自源109的X射 線來捕獲場景50部分的第二局部圖像1020。場景50部分的圖像(例如，1010和1020)可以由穿過掩模600的X射線透射區601並由X射線檢測器100檢測到的X射線形成。由X射線檢測器捕獲的部分的每個圖像可以具有與方向951成角度953的至少一個邊緣(例如，圖1A中的邊緣1011或邊緣1021)。如本文所使用的，與方向成角度的邊緣意指該邊緣與該方向既不平行也不垂直。根據實施例，在圖1A所示的示例中，邊緣1011和1021與方向951成角度。例如，邊緣1011或邊緣1021與方向951之間的角度953可以大於10度、30度或45度，如圖1A所示。
圖1B示意性地示出了根據一個實施例的圖像感測器9000的剖視圖。在圖1B所示的示例中，掩模600包括多個X射線透射區601。掩模600的X射線透射區601可以允許入射在其上的X射線的至少一部分穿過，並且其餘的X射線可以被掩模600阻擋。掩模600的一個示例可以是帶孔的具有足以阻擋X射線的厚度的金屬片。這些孔可以是輻射透射區601。根據實施例，如圖1A和1B所示，X射線透射區601被配置為在圖像感測器9000上形成空間上不連續的曝光區域。如圖1B所示，由X射線透射區601形成的曝光區域可以與圖像感測器9000上的X射線檢測器100對準，其中X射線檢測器100的有效區域9002可以在曝光區域內。根據實施例，掩模600阻擋來自源109的X射線，否則其將到達圖像感測器9000上的曝光區域之外的死區9004，因此曝光區域之外的入射X射線的強度基本為零，即，在曝光區域之外的 X射線強度不足強到被X射線檢測器100檢測到。在圖1B的示例中，X射線檢測器100均可以具有有效區域9002和靠近其檢測器100的邊緣的周邊區9005。有效區域9002可以對入射在其上的X射線敏感，周邊區9005可以對入射的X射線不敏感，並且檢測器100可以不檢測入射在其上的X射線。根據實施例，穿過曝光區域周邊的X射線強度的變化是平滑的。
根據實施例，如圖1B所示的致動器500被配置為將圖像感測器9000和掩模600一起移動到多個位置。致動器500可以具有各種設計(例如，包括機械臂)。致動器500還可以包括被配置為確定到多個位置的移動的控制器。根據實施例，當致動器500將圖像感測器9000和掩模600移動到多個位置時，在捕獲場景50的部分的圖像的每個位置處，保持X射線檢測器100與圖像感測器9000上的曝光區域的對準。即，當檢測器100在第一位置910處時，由圖像感測器9000通過使用檢測器100來捕獲場景50的第一部分的圖像，並且當檢測器100在第二位置920處時，由圖像感測器9000捕獲場景50的第二部分的圖像。然後可以拼接這些部分(例如，1010、1020)的圖像以形成場景50的圖像。這些部分的圖像彼此之間可以重疊以便於拼接。
圖2示意性地示出了根據實施例的捕獲場景50的部分的多個圖像的圖像感測器9000。在圖2所示的示例中，圖像感測器9000和掩模600可以通過使用致動器500一起移動到三個位置A、B和C。圖像感測器9000可以分別在位置A、B和C處捕獲 場景50的部分的圖像51A、51B和51C。根據一個實施例，圖像感測器9000可以拼接這些部分的圖像51A、51B和51C以形成場景50的圖像52。這些部分的圖像51A、51B和51C彼此之間可以重疊以便於拼接。場景50的每個部分可以在檢測器處於多個位置處時捕獲的圖像中的至少一個中。即，當拼接在一起時這些部分的圖像可以覆蓋整個場景50。
X射線檢測器100可以以多種方式佈置在圖像感測器9000中。圖3A示意性地示出了根據實施例的一種佈置，其中檢測器100按交錯的列佈置。例如，檢測器100A和100B在同一列中，在Y方向上對準，並且尺寸一致；檢測器100C和100D在同一列中，在Y方向上對準，並且尺寸一致。X射線檢測器100A和100B相對於檢測器100C和100D在X方向上交錯，這意指X射線檢測器100A和100B與檢測器100C和100D在X方向上不對準。根據實施例，同一列中的兩個相鄰檢測器100A和100B之間的距離X2大於同一列中的一個檢測器的寬度X1(即，X方向上的尺寸，X方向即為該列的延伸方向)，並且小於寬度X1的兩倍。X射線檢測器100A和100E在同一行中，在X方向上對準，並且尺寸一致；同一行中的兩個相鄰檢測器100A和100E之間的距離Y2小於同一行中的一個X射線檢測器的寬度Y1(即，Y方向上的尺寸)。這種佈置允許如圖2所示的場景的成像，並且可以通過拼接在X方向上間隔設置的三個位置處捕獲的場景的部分的三個圖像來獲得場景的圖像。
圖3B示意性地示出了根據實施例的另一種佈置，其中X射線檢測器100按矩形網格佈置。例如，X射線檢測器100可以包括如圖3A中精確佈置的檢測器100A、100B、100E和100F，而沒有圖3A中的檢測器100C、100D、100G或100H。這種佈置允許通過在六個位置處拍攝場景部分的圖像來對場景進行成像。例如，在X方向上間隔設置的三個位置和在X方向上間隔設置且在Y方向上與前三個位置間隔設置的另外三個位置。
其他佈置也是可能的。例如，在圖3C中，X射線檢測器100可以在X方向上跨越圖像感測器9000的整個寬度，其中兩個相鄰X射線檢測器100之間的距離Y2小於一個X射線檢測器的寬度Y1。假設檢測器在X方向上的寬度大於場景在X方向上的寬度，場景的圖像可以由在Y方向上間隔設置的兩個位置處捕獲的場景部分的兩個圖像拼接成。
圖像感測器9000中的X射線檢測器100可以設置有任何合適的尺寸和形狀。根據實施例(例如，在圖2和圖3中)，至少一些X射線檢測器是矩形形狀。根據實施例，如圖4所示，至少一些X射線檢測器是六邊形或直角梯形形狀。
圖5示意性地示出了根據實施例的X射線檢測器100可以具有圖元150陣列。該陣列可以是矩形陣列、蜂窩陣列、六邊形陣列或任何其他合適的陣列。每個圖元150可以被配置為檢測入射在其上的X射線光子，測量該X射線光子的能量，或者執行上述兩種操作。例如，每個圖元150可以被配置為在一段時間內 對入射在其上的能量落在多個區間中的輻射粒子的數量進行計數。所有圖元150可以被配置為在同一段時間內對多個能量區間內的入射在其上的輻射粒子的數量進行計數。每個圖元150可以具有其自己的類比數位轉換器(ADC)，其被配置為將表示入射輻射粒子的能量的類比信號數位化為數位信號。ADC可具有10位或更高的解析度。每個圖元150可以被配置為測量其暗電流，例如在每個X射線光子入射到其上之前或同時測量其暗電流。每個圖元150可以被配置為從入射在其上的X射線光子的能量中減去暗電流的貢獻。圖元150可以被配置為平行作業。例如，當一個圖元150測量入射的X射線光子時，另一個圖元150可能正在等待另一個X射線光子到達。圖元150可以是但不必是可單獨定址的。輻射粒子可以是X射線光子。
圖6A示意性地示出了根據實施例的X射線檢測器100的其中之一的剖視圖。X射線檢測器100可以包括輻射吸收層110以及用於處理或分析入射的輻射在輻射吸收層110中產生的電信號的電子器件層120(例如ASIC)。在一個實施例中，圖像感測器9000的X射線檢測器100不包括閃爍體。輻射吸收層110可以包括半導體材料，諸如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或單晶矽。該半導體可以對於關注的輻射能量具有高質量衰減係數。輻射吸收層110的遠離電子器件層120的表面103被配置為接收輻射。
如圖6B中的X射線檢測器100的詳細剖視圖所示，根據實施例，輻射吸收層110可以包括由第一摻雜區111、第二摻雜區 113的一個或多個離散區114形成的一個或多個二極體(例如，p-i-n或p-n)。第二摻雜區113可以通過可選的本徵區112與第一摻雜區111分離。離散區114通過第一摻雜區111或本徵區112彼此分離。第一摻雜區111和第二摻雜區113具有相反類型的摻雜(例如，區域111是p型，區域113是n型，或者，區域111是n型，區域113是p型)。第二摻雜區113的每個離散區114與第一摻雜區111和可選的本徵區112形成二極體。即，在圖6B中的示例中，輻射線吸收層110具有多個二極體，所述多個二極體具有作為共用電觸點的第一摻雜區111。第一摻雜區111還可以具有離散部分。
當X射線光子撞擊包括二極體的輻射吸收層110時，X射線光子可以通過多種機制被吸收並產生一個或多個電荷載流子。X射線光子可以產生10到100000個電荷載流子。電荷載流子可以在電場下漂移到二極體之一的電觸點。該場可以是外部電場。電觸點119B可以包括離散部分，每個離散部分與離散區114電接觸。在實施例中，電荷載流子可以在各方向上漂移，使得由單個X射線光子產生的電荷載流子基本上不被兩個不同的離散區114共用(這裡“基本上不……共用”意指相比於其餘的電荷載流子，這些電荷載流子中的小於2%，小於0.5%，小於0.1%或小於0.01%的電荷載流子流向一個不同的離散區114)。由入射在這些離散區114之一的覆蓋區周圍的X射線光子產生的電荷載流子基本上不與這些離散區114中的另一個共用。與離散區114相關聯的圖元150可以是離散區114周圍的區域，其中由以0°入射角入 射到其中的X射線光子產生的基本上全部(大於98%，大於99.5%，大於99.9%，或大於99.99%)的電荷載流子流向離散區114。即，這些電荷載流子中的小於2%、小於1%、小於0.1%或小於0.01%的電荷載流子流過該圖元。
如圖6C中的X射線檢測器100的可替換的詳細剖視圖所示，根據實施例，輻射吸收層110可以包括諸如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合之類的半導體材料的電阻器，但不包括二極體。該半導體可以對於關注的輻射能量具有高質量衰減係數。
當X射線光子撞擊包括電阻器但不包括二極體的輻射吸收層110時，它可以通過多種機制被吸收並產生一個或多個電荷載流子。X射線光子可以產生10到100000個電荷載流子。電荷載流子可以在電場下漂移到電觸點119A和119B。該場可以是外部電場。電觸點119B包括離散部分。在實施例中，電荷載流子可以在各方向上漂移，使得由單個X射線光子產生的電荷載流子基本上不被電觸點119B的兩個不同的離散部分共用(這裡“基本上不……共用”意指相比於其餘的電荷載流子，這些電荷載流子中小於2%，小於0.5%，小於0.1%或小於0.01%的電荷載流子流向一個不同的離散部分)。由入射在電觸點119B的這些離散部分之一的覆蓋區周圍的X射線光子產生的電荷載流子基本上不與電觸點119B的這些離散部分中的另一個共用。與電觸點119B的離散部分相關聯的圖元150可以是離散部分周圍的區域，其中由以0°的入射角入射到其中的X射線光子產生的基本上全部(大於98 %，大於99.5%，大於99.9%，或大於99.99%)的電荷載流子流向電觸點119B的離散部分。即，這些電荷載流子中的小於2%、小於0.5%、小於0.1%或小於0.01%的電荷載流子流過與電觸點119B的一個離散部分相關聯的圖元。
電子器件層120可以包括適合於處理或解釋由入射在輻射吸收層110上的輻射的粒子產生的信號的電子系統121。電子系統121可以包括諸如濾波器網路、放大器、積分器和比較器之類的類比電路或者諸如微處理器和記憶體之類的數位電路。電子系統121可以包括由各圖元共用的元件或專用於單個圖元的元件。例如，電子系統121可以包括專用於每個圖元的放大器和在所有圖元之間共用的微處理器。電子系統121可以通過通孔131電連接到圖元。通孔之間的空間可以使用填充材料130填充，這可以增加電子器件層120與輻射吸收層110的連接的機械穩定性。其它接合技術可以在不使用通孔的情況下將電子系統121連接到圖元150。
圖7A和圖7B均示出了根據實施例的電子系統121的元件圖。電子系統121可以包括第一電壓比較器301、第二電壓比較器302、計數器320、開關305、可選的電壓表306和控制器310。
第一電壓比較器301被配置為將至少一個電觸點119B的電壓與第一閾值進行比較。第一電壓比較器301可以被配置為直接監視電壓，或者通過在一段時間內對流過電觸點119B的電流進行積分來計算電壓。第一電壓比較器301可以由控制器310可控 地啟動或去啟動。第一電壓比較器301可以是連續比較器。即，第一電壓比較器301可以被配置為連續啟動並連續監視電壓。第一電壓比較器301可以是時鐘控制比較器。第一閾值可以是一個入射X射線光子可以在電觸點119B上產生的最大電壓的5-10%、10%-20%、20-30%、30-40%或40-50%。最大電壓可取決於入射X射線光子的能量、輻射吸收層110的材料和其他因素。例如，第一閾值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二電壓比較器302被配置為將電壓與第二閾值進行比較。第二電壓比較器302可以被配置為直接監視電壓或者通過在一時間段內對流過二極體或電觸點的電流進行積分來計算電壓。第二電壓比較器302可以是連續比較器。第二電壓比較器302可以由控制器310可控地啟動或去啟動。當第二電壓比較器302被去啟動時，第二電壓比較器302的功耗可以小於在第二電壓比較器302被啟動時的功耗的1%、5%、10%或者20%。第二閾值的絕對值大於第一閾值的絕對值。如本文所使用的，實數x的術語“絕對值”或“模數”｜x｜是不考慮其符號的x的非負值。即，
Figure 111106217-A0305-02-0017-1
。第二閾值可以是第一閾值的200%-300%。第二閾值可以是一個入射X射線光子可以在電觸點119B上產生的最大電壓的至少50%。例如，第二閾值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二電壓比較器302和第一電壓比較器301可以是同一元件。即，系統121可以具有一個電壓比較器，其可以在不同時間將電壓與兩個不同的閾值進行比較。
第一電壓比較器301或第二電壓比較器302可以包括一個或多個運算放大器或任何其他合適的電路。第一電壓比較器301或第二電壓比較器302可以具有高速以允許電子系統121在高通量的入射輻射粒子下操作。然而，具有高速通常以功耗為代價。
計數器320被配置為記錄入射在包括圖元150的輻射吸收層上的輻射粒子的數量。計數器320可以是軟體元件(例如，存儲在電腦記憶體中的數量)或硬體元件(例如，4017IC和7490IC)。
控制器310可以是硬體元件，例如微控制器和微處理器。控制器310被配置為從第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值(例如，電壓的絕對值從低於第一閾值的絕對值增加為等於或高於第一閾值的絕對值的值)的時間開始時間延遲。這裡使用絕對值是因為電壓可以是負的或正的，這取決於是使用二極體的陰極還是陽極的電壓或使用哪個電觸點。控制器310可以被配置為在第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值的時間之前，將第二電壓比較器302、計數器320和第一電壓比較器301的操作不需要的任何其他電路保持為去啟動。時間延遲可以在電壓變得穩定即電壓的變化率基本上為零之前或之後期滿。“電壓的變化率基本上為零”的短語意指電壓的時間變化小於0.1%/ns。“電壓的變化率基本上不為零”的短語意指電壓的時間變化至少為0.1%/ns。
控制器310可以被配置為在時間延遲期間(包括開始和 期滿)啟動第二電壓比較器。在一個實施例中，控制器310被配置為在時間延遲開始或期滿時啟動第二電壓比較器。術語“啟動”意指使元件進入操作狀態(例如，通過發送諸如電壓脈衝或邏輯位準之類的信號，通過提供電力等)。術語“去啟動”意指使元件進入非操作狀態(例如，通過發送諸如電壓脈衝或邏輯位準之類的信號，通過切斷電力等)。操作狀態可以具有比非操作狀態更高的功耗(例如，為非操作狀態的10倍，100倍，1000倍)。控制器310本身可以被去啟動，直到當電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值時第一電壓比較器301的輸出啟動控制器310為止。
控制器310可以被配置為如果在時間延遲期間，第二電壓比較器302確定電壓的絕對值等於或超過第二閾值的絕對值，則使得由計數器320記錄的數量中的至少一個增加1。
控制器310可以被配置為使可選的電壓表306在時間延遲期滿時測量電壓。控制器310可以被配置為將電觸點119B連接到電接地，以便使電壓重定並對在電觸點119B上累積的任何電荷載流子進行放電。在一個實施例中，電觸點119B在時間延遲期滿之後連接到電接地。在實施例中，電觸點119B在有限的復位時間段內連接到電接地。控制器310可以通過控制開關305將電觸點119B連接到電接地。開關可以是諸如場效應電晶體(FET)之類的電晶體。
在一個實施例中，系統121不具有類比濾波器網路(例 如，RC網路)。在實施例中，系統121沒有類比電路。
電壓表306可以將其測量的電壓作為類比或數位信號饋送到控制器310。
電子系統121可以包括電連接到電觸點119B的積分器309，其中積分器被配置為從電觸點119B收集電荷載流子。積分器309可以在放大器的回饋路徑中包括電容器。這樣配置的放大器稱為電容跨阻抗放大器(CTIA)。CTIA通過阻止放大器飽和而具有高動態範圍，並通過限制信號路徑中的頻寬來提高信噪比。在一時間段(“積分期”)內來自電觸點119B的電荷載流子累積在電容器上。積分期期滿後，對電容器電壓進行採樣，然後通過重定開關使電容器電壓重定。積分器309可包括直接連接到電觸點119B的電容器。
圖8示意性地示出了由入射在包圍電觸點119B的圖元150上的X射線光子產生的電荷載流子所引起的流過電觸點119B的電流的時間變化(上部曲線)，以及電觸點119B的電壓的相應時間變化(下部曲線)。電壓可以是電流相對於時間的積分。在時間t0，X射線光子撞擊圖元150，電荷載流子開始在圖元150中產生，電流開始流過電觸點119B，並且電觸點119B的電壓的絕對值開始增加。在時間t1，第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值V1的絕對值，控制器310開始時間延遲TD1，並且控制器310可以在TD1開始時去啟動第一電壓比較器301。如果控制器310在t1之前被去啟動，則控制器310在t1被啟 動。在TD1期間，控制器310啟動第二電壓比較器302。如這裡使用的術語“在……期間”意指開始和期滿(即結束)以及它們之間的任何時間。例如，控制器310可以在TD1期滿時啟動第二電壓比較器302。如果在TD1期間，第二電壓比較器302在時間t2確定電壓的絕對值等於或超過第二閾值V2的絕對值，則控制器310等待電壓穩定而穩定。當由X射線光子產生的所有電荷載流子漂移到輻射吸收層110之外時，電壓在時間te穩定。在時間ts，時間延遲TD1期滿。在時間te或之後，控制器310使電壓表306數位化電壓並確定X射線光子的能量落入哪個區間中。然後，控制器310使計數器320對應於該區間記錄的數量加1。在圖8的示例中，時間ts在時間te之後；即，在由X射線光子產生的所有電荷載流子漂移到輻射吸收層110之外後，TD1期滿。如果時間te不能被輕易地測量，則可以根據經驗選擇TD1，以允許有足夠的時間來收集由X射線光子產生的基本上所有的電荷載流子，但不要太長，以便有另一個X射線光子的風險。即，可以憑經驗選擇TD1，從而使得憑經驗確定時間ts在時間te之後。時間ts不必一定在時間te之後，因為控制器310可以在一旦達到V2時就忽視TD1並且等待時間te。因此，電壓與暗電流對電壓的貢獻之間的差異的變化率在te處基本上為零。控制器310可以被配置為在TD1期滿時或在t2或在其間的任何時間去啟動第二電壓比較器302。
在時間te的電壓與由X射線光子產生的電荷載流子的量成比例，該電荷載流子的量與X射線光子的能量相關。控制器310 可以被配置為使用電壓表306確定X射線光子的能量。
在TD1期滿或電壓表306數位化(以較晚為准)之後，控制器310在復位期RST內將電觸點119B連接到電接地，以允許累積在電觸點119B上的電荷載流子流到地並使電壓重定。在RST之後，電子系統121準備好檢測另一個入射X射線光子。如果第一電壓比較器301已經被去啟動，則控制器310可以在RST期滿之前的任何時間啟動它。如果控制器310已經被去啟動，則可以在RST期滿之前啟動它。
雖然本文中公開了各個方面和實施例，但是其它的方面和實施例對於本領域的技術人員而言將是顯而易見的。本文中公開的各個方面和實施例是出於說明性的目的而不意圖是限制性的，真正的範圍和精神由所附申請專利範圍指示。
50:場景
100A、100B:X射線檢測器
107:支撐件
109:X射線源
600:掩模
601:X射線透射區
910、920:位置
951:方向
953:角度
1010:第一局部圖像
1011、1021:邊緣
1020:第二局部圖像
9000:圖像感測器

Claims (13)

  1. 一種圖像感測器，包括：多個X射線檢測器；致動器，被配置為將所述多個X射線檢測器沿一方向移動到多個位置，其中，所述圖像感測器被配置為通過使用所述多個X射線檢測器分別捕獲在所述多個位置處的場景的部分的圖像；其中，所述部分的每個圖像具有與所述方向成角度的至少一個邊緣；並且其中，所述圖像感測器被配置為通過拼接所述部分的圖像來形成所述場景的圖像；以及具有多個X射線透射區的掩模；其中，所述多個X射線透射區被配置為在所述圖像感測器上形成空間上不連續的曝光區域；其中，所述曝光區域外的X射線強度基本上為零；其中，所述圖像感測器的有效區域在所述曝光區域內。
  2. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，所述多個X射線檢測器間隔設置。
  3. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，穿過所述曝光區域周邊的X射線強度的變化是平滑的。
  4. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，所述致動器被配置為移動所述掩模，從而使得在所述多個位置處保持所述多個X射線檢測器與所述曝光區域的對準。
  5. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，所述多個X射線檢測器中的至少一些按交錯的列佈置。
  6. 如請求項5所述的圖像感測器，其中，同一列中的X射線檢測器的尺寸一致；其中，同一列中的兩個相鄰X射線檢測器之間的距離大於該同一列中的一個X射線檢測器在該同一列的延伸方向上的寬度，並且小於該寬度的兩倍。
  7. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，所述致動器包括機械臂。
  8. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，所述多個X射線檢測器中的至少一些包括多層檢測器。
  9. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，所述多個X射線檢測器中的至少一些是矩形形狀。
  10. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，所述多個X射線檢測器中的至少一些是六邊形形狀。
  11. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，所述多個X射線檢測器中的至少一些是直角梯形形狀。
  12. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，所述致動器包括被配置為確定所述多個位置的控制單元。
  13. 一種成像系統，包括如請求項1所述的圖像感測器和X射線源。
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