TWI819177B - 具有不同方向輻射檢測器的成像系統及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種系統，其包括：輻射源；影像感測器；其中所述影像感測器包括第一輻射檢測器和第二輻射檢測器，其分別包括一個平面表面，所述平面表面被配置為接收來自輻射源的輻射；其中所述第一輻射檢測器的所述平面表面與所述第二輻射檢測器的所述平面表面不平行；其中所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為相對於所述輻射源移動到多個位置；其中所述影像感測器被配置為，通過使用所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器並與所述輻射一起，分別在所述位置捕獲場景的部分的影像，並被配置為通過拼接所述各部分的影像而形成所述場景的影像；其中所述系統被配置為相對於所述場景圍繞第三軸線旋轉。

Description

具有不同方向輻射檢測器的成像系統及其使用方法
本發明是有關於一種系統和方法，且特別是有關於一種具有不同方向輻射檢測器的成像系統及其使用方法。
輻射檢測器是可用於測量輻射的通量、空間分佈、光譜或其他特性的裝置。
輻射檢測器可用於許多應用，其中一個重要的應用是成像。輻射成像是一種射線照相技術，其可用於揭示非均勻組成和不透明物體的內部結構，比如人體。
早期用於成像的輻射檢測器包括攝影板和攝影膠片。攝影板可以是具有光敏乳劑塗層的玻璃板。儘管攝影板後來被攝影膠片取代，但由於它們提供的優良品質和極端穩定性，使得它們仍可用於特殊情況。攝影膠片可以是具有光敏乳劑塗層的塑料薄膜（比如，條狀或片狀）。
在1980年代，可光激發的磷光板（PSP板）開始可用。PSP板可在其晶格中包含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捕獲在色心中，直到它們被在PSP板表面上掃描的激光束刺激。當激光掃描所述PSP板時，被捕獲的激發電子發出光，這些光被光電倍增管收集，收集的光被轉換成數位影像。與攝影板和攝影膠片相比，PSP版可重複使用。
另一種輻射檢測器是輻射影像增強器。輻射影像增強器的組件通常在真空中密封。與攝影板、攝影膠片以及PSP板相比，輻射影像增強器可產生實時影像，即，不需要曝光後處理來產生影像。輻射首先撞擊輸入磷光體（例如，碘化銫）並被轉換成可見光。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。發射的電子數目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影像。
閃爍體在某種程度上與輻射影像增強器的操作類似，因為閃爍體（例如，碘化鈉）吸收輻射並發射可見光，然後可通過合適的影像感測器檢測到可見光。在閃爍體中，可見光在所有方向上擴散和散射，從而降低空間分辨率。減小閃爍體厚度有助於改善空間分辨率，但也減少了輻射的吸收。因此，閃爍體必須在吸收效率和分辨率之間達成折衷。
半導體輻射檢測器通過將輻射直接轉換成電信號很大程度上克服了如上所述問題。半導體輻射檢測器可包括吸收感興趣波長輻射的半導體層。當在半導體層中吸收輻射粒子時，產生多個載流子（例如，電子和空穴）並在電場下朝向半導體層上的電觸點掃過。當前可用的半導體輻射檢測器（例如，Medipix）中所需的繁瑣的熱管理可使得具有較大面積和大量像素的半導體輻射檢測器難以生產或不可能生產。
本發明公開一種成像系統，其包括：輻射源；影像感測器；其中所述影像感測器包括第一輻射檢測器和第二輻射檢測器，其分別包括一個平面表面，所述平面表面被配置為接收來自輻射源的輻射；其中所述第一輻射檢測器的所述平面表面與所述第二輻射檢測器的所述平面表面不平行；其中所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為相對於所述輻射源移動到多個位置；其中所述影像感測器被配置為，通過使用所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器並與所述輻射一起，分別在所述位置捕獲場景的部分的影像，並被配置為通過拼接所述各部分的影像而形成所述場景的影像；其中所述系統被配置為相對於所述場景圍繞第三軸線旋轉。
根據實施例，所述第一輻射檢測器相對於所述第二輻射檢測器的相對位置保持相同。
根據實施例，所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為通過相對於所述輻射源圍繞第一軸線旋轉從而相對於所述輻射源移動。
根據實施例，所述第一軸線平行於所述第一輻射檢測器的平面表面和所述第二輻射檢測器的平面表面。
根據實施例，所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為通過相對於所述輻射源圍繞第二軸線旋轉從而相對於所述輻射源移動；其中所述第二軸線不同於所述第一軸線。
根據實施例，所述輻射源在所述第一軸線上。
根據實施例，所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為通過沿著相對於所述輻射源的第一方向平移從而相對於所述輻射源移動。
根據實施例，所述第一方向平行於所述第一輻射檢測器的所述平面表面和所述第二輻射檢測器的所述平面表面。
根據實施例，所述第一方向平行於所述第一輻射檢測器的所述平面表面，但不平行於所述第二輻射檢測器的所述平面表面。
根據實施例，所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為通過沿著相對於所述輻射源的第二方向平移從而相對於所述輻射源移動；其中所述第二方向不同於所述第一方向。
根據實施例，所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器各自包括一個像素陣列。
根據實施例，所述第一輻射檢測器的形狀是矩形。
根據實施例，所述第一輻射檢測器的形狀是六邊形。
根據實施例，所述輻射源在所述第三軸線上。
根據實施例，所述影像感測器在所述第三軸線上。
根據實施例，所述系統被配置為相對於所述場景圍繞不同於所述第三軸線的第四軸線旋轉。
根據實施例，所述輻射源在所述第四軸線上。
根據實施例，所述影像感測器在所述第四軸線上。
根據實施例，所述影像感測器被配置為當所述系統分別處於相對於所述場景的多個旋轉位置時形成所述場景的影像。
本發明公開一種使用如上所述的成像系統的方法，其中所述方法包括：當所述系統位於相對於所述場景的第一旋轉位置時，利用所述影像感測器形成所述場景的第一個影像；將所述系統相對於所述場景圍繞所述第三軸線旋轉到相對於所述場景的第二旋轉位置；當所述系統位於相對於所述場景的第二旋轉位置時，利用所述影像感測器形成所述場景的第二個影像。
根據實施例，所述輻射源在所述第三軸線上。
根據實施例，所述影像感測器在所述第三軸線上。
根據實施例，所述方法更包括將所述系統相對於所述場景圍繞所述第四軸線旋轉至相對於所述場景的第三旋轉位置；並且當所述系統處於相對於所述場景的所述第三旋轉位置時，利用所述影像感測器形成場景的第三影像。其中所述第四軸線不同於所述第三軸線。
根據實施例，所述輻射源在所述第四軸線上。
根據實施例，所述影像感測器在所述第四軸線上。
圖1示意示出根據實施例的一種成像系統1000的橫截面圖，其包括輻射源109和影像感測器9000。所述影像感測器9000可以有多個輻射檢測器100（例如，第一輻射檢測器100A、第二輻射檢測器100B）。所述影像感測器9000可以有帶曲面102的支架107。如圖1的示例所示，所述多個輻射檢測器100可被排列在所述支架107的所述曲面102上。所述第一輻射檢測器100A可以有一個被配置為從所述輻射源109接收輻射的第一平面表面103A。第二輻射檢測器100B可以有一個被配置為從所述輻射源109接收輻射的第二平面表面103B。所述第一平面表面103A與所述第二平面表面103B可以不平行。來自所述輻射源109的所述輻射可在抵達所述第一輻射檢測器100A或所述第二輻射檢測器100B之前已經穿過場景50（例如，人體的一部分）。第一輻射檢測器100A和第二輻射檢測器100B可被配置為相對於所述輻射源109移動到多個位置。所述成像系統1000，包括所述輻射源109和所述輻射檢測器100（例如，100A和100B）一起，可被配置為相對於所述場景50旋轉。所述輻射源109可以是X射線源或伽馬射線源。
圖2A示意示出根據實施例的輻射檢測器100的橫截面圖。所述輻射檢測器100可被用於所述影像感測器9000中。所述輻射檢測器100可包括輻射吸收層110和電子層120（例如，ASIC），其用於處理或分析在所述輻射吸收層110中產生的入射輻射的電信號。在實施例中，所述輻射檢測器100不包括閃爍體。所述輻射吸收層110可包括半導體材料，比如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合。所述半導體對於感興趣的輻射能量可具有高的質量衰減係數。在所述電子層120遠端的所述輻射吸收層110的平面表面103被配置為接收輻射。
如圖2B中輻射檢測器100的詳細橫截面圖所示，根據實施例的所述輻射吸收層110可包括由第一摻雜區111、第二摻雜區113的一個或多個離散區114組成的一個或多個二極體（例如，p-i-n或p-n）。所述第二摻雜區113可通過可選的本徵區112而與所述第一摻雜區111分離。所述離散區114通過所述第一摻雜區111或所述本徵區112而彼此分離。所述第一摻雜區111和所述第二摻雜區113具有相反類型的摻雜（例如，第一摻雜區111是p型並且第二摻雜區113是n型，或者第一摻雜區111是n型並且第二摻雜區113是p型）。在圖2B中的示例中，所述第二摻雜區113的每個離散區114與所述第一摻雜區111和所述可選的本徵區112一起組成一個二極體。即，在圖2B的示例中，所述輻射吸收層110包括多個二極體，這些二極體具有所述第一摻雜區111作為共用電極。所述第一摻雜區111還可具有離散部分。
在輻射粒子撞擊包括二極體的所述輻射吸收層110時，所述輻射粒子可被吸收並通過若干機制產生一個或多個載流子。一個輻射粒子可產生10到100000個載流子。所述載流子可在電場下向其中一個二極體的電極漂移。所述電場可以是外部電場。所述電觸點119B可包括離散部分，其中的每個離散部分與所述離散區114電接觸。在實施例中，所述載流子可向不同方向漂移，使得由單個輻射粒子產生的所述載流子大致未被兩個不同的離散區114共用（“大致未被共用”在這裡意指這些載流子中的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或不到0.01%流向與餘下載流子不同的一個所述離散區114）。入射在所述離散區114之一的足跡周圍的輻射粒子所產生的載流子大致未被另一所述離散區114共用。與一個離散區114相關聯的一個像素150可以是所述離散區114的周圍區，由以0°入射角入射在其中的輻射粒子所產生的載流子大致全部（超過98％、超過99.5％、超過99.9％或超過99.99％）流向所述離散區114。即，所述載流子中的不到2％、不到1％、不到0.1％或不到0.01％流到所述像素之外。
如圖2C中的輻射檢測器100的詳細橫截面替代圖所示，根據實施例的所述輻射吸收層110可包括具有半導體材料比如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或其組合的電阻器，但不包括二極體。所述半導體對於感興趣的輻射能量可具有高的質量衰減係數。
當一個輻射粒子撞擊包括電阻器但不包括二極體的所述輻射吸收層110時，所述輻射粒子可被吸收並通過若干機制產生一個或多個載流子。一個輻射粒子可產生10到100000個載流子。所述載流子可在電場下向電觸點119A和電觸點119B漂移。所述電場可以是外部電場。所述電觸點119B包括離散部分。在實施例中，所述載流子可向不同方向漂移，使得由單個輻射粒子產生的所述載流子大致未被所述電觸點119B兩個不同的離散部分共用（“大致未被共用”在這裡意指這些載流子中不到2%、不到0.5%、不到0.1%或不到0.01%流向與餘下載流子不同組的離散部分）。入射在所述電觸點119B離散部分之一的足跡周圍的輻射粒子所產生的載流子大致未被另一所述電觸點119B離散部分共用。與所述電觸點119B離散部分之一相關聯的一個像素150可以是所述離散部分的周圍區，由以0°入射角入射在其中的輻射粒子所產生的載流子大致全部（超過98％、超過99.5％、超過99.9％或超過99.99％）流向所述電觸點119B的所述離散部分。即，所述載流子中的不到2％、不到0.5％、不到0.1％或不到0.01％流到所述像素150之外。
所述電子層120可包括電子系統121，所述電子系統121適合於處理或解釋由入射在輻射吸收層110上的輻射粒子所產生的信號。所述電子系統121可包括類比電路比如濾波器網絡、放大器、積分器、比較器，或數位電路比如微處理器和內存。所述電子系統121可包括由所述像素共用的組件或專用於單個像素的組件。例如，電子系統121可包括專用於每個所述像素的放大器和在所有像素間共用的微處理器。所述電子系統121可通過通孔131電連接到所述像素。所述通孔之間的空間可用填充材料130填充，其可增加所述電子層120到所述輻射吸收層110連接的機械穩定性。其他鍵合技術有可能在不使用通孔的情況下將所述電子系統121連接到所述像素150。
圖3示意示出所述輻射檢測器100可具有所述像素150的陣列。所述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。每個所述像素150可被配置為檢測入射在其上的輻射粒子，測量所述輻射粒子的能量，或兩者兼顧。例如，每個像素150可被配置為對一段時間內入射其上，能量落在多個倉中的輻射粒子的數目進行計數。所有像素150可被配置為對相同的時間段內入射其上的，在多個能量倉中的輻射粒子的數目進行計數。每個像素150可具有其自己的類比數位轉換器（ADC），所述ADC被配置為將表示入射輻射粒子能量的類比信號數位化為數位信號。所述ADC可具有10位或更高的分辨率。每個所述像素150可被配置為測量其暗電流，例如，在每個輻射粒子入射到其上之前或同時。每個所述像素150可被配置為從入射在其上的輻射粒子的能量中減去所述暗電流的貢獻值。所述像素150可被配置為並行操作。例如，當一個像素150測量一個入射的輻射粒子時，另一個像素150可能正在等待一個輻射粒子到達。所述像素150可以但不必是可單獨尋址的。
所述影像感測器9000的空間分辨率可取決於所述輻射入射到所述影像感測器9000上的入射角。當入射角為傾斜（例如，>45°）時的所述空間分辨率可低於當入射角為0°時的所述空間分辨率。例如，當中心處的入射角為0°並且邊緣處的入射角為傾斜時，所述影像感測器9000的邊緣處的所述空間分辨率可低於所述影像感測器9000的中心處的所述空間分辨率。如果所述影像感測器9000的視場大（例如，0.5π或更大）或者所述影像感測器9000的輻射檢測器100中的輻射吸收層110的厚度與像素150的大小相當或更大，所述空間分辨率從中心到邊緣的降低可以是顯著的。所述影像感測器9000的視場是立體角，通過所述立體角所述影像感測器9000對輻射敏感。圖4A示意示出當輻射粒子以傾斜入射角穿過所述輻射吸收層110時，可在與所述電觸點119B的多個離散部分相關聯的像素中產生載流子。圖4B示意示出當輻射粒子以0°入射角穿過所述輻射吸收層110時，可在與所述電觸點119B的單個離散部分相關聯的像素中產生載流子。
在實施例中，所述影像感測器9000的所述輻射檢測器100（例如，100A和100B）可相對於輻射源109移動到多個位置。所述影像感測器9000可使用所述輻射檢測器100並與輻射一起，分別在所述多個位置從所述輻射源109捕獲場景50的多個部分的影像。所述影像感測器9000可拼接這些影像以形成整個所述場景50的影像。如圖5所示根據實施例的所述影像感測器9000可包括致動器500，所述致動器500被配置為將所述輻射檢測器100移動到多個位置。所述致動器500可包括控制器600。所述影像感測器可包括准直器200，所述准直器200僅允許輻射到達所述輻射檢測器100的有效區。所述輻射檢測器100的有效區是所述輻射檢測器100對輻射敏感的區。所述致動器500可將所述准直器200與所述輻射檢測器100一起移動。位置可由所述控制器600確定。
圖6A和圖6B各自示意示出根據實施例的所述輻射檢測器100（例如，100A和100B）相對於所述輻射源109的運動。在圖6A和圖6B的示例中，僅示出了具有第一輻射檢測器100A和第二輻射檢測器100B的影像感測器9000的一部分。所述第一輻射檢測器100A和所述第二輻射檢測器100B可排列在所述支架107上。所述第一輻射檢測器100A相對於所述第二輻射檢測器100B的相對位置在多個位置處保持相同。當所述第一輻射檢測器100A和所述第二輻射檢測器100B從所述多個位置中的一個位置移動到另一個位置時，所述第一輻射檢測器100A相對於所述第二輻射檢測器100B的相對位置可以但不一定保持相同。所述第一輻射檢測器100A和所述第二輻射檢測器100B可相對於所述輻射源109圍繞第一軸線501旋轉。如圖6A的示例所示，所述第一輻射檢測器100A和所述第二輻射檢測器100B，相對於所述輻射源109圍繞所述第一軸線501從位置503A旋轉到位置503B。所述第一軸線501可平行於所述第一輻射檢測器100A的第一平面表面103A以及所述第二輻射檢測器100B的第二平面表面103B。所述輻射源可在所述第一軸線501上。所述第一輻射檢測器100A和所述第二輻射檢測器100B可相對於所述輻射源109圍繞第二軸線502旋轉。所述第二軸線502與所述第一軸線501不同。例如，所述第二軸線502可垂直於所述第一軸線501。如圖6A的示例所示，所述第一輻射檢測器100A和所述第二輻射檢測器100B可圍繞所述第二軸線502從位置503A旋轉到位置503C。所述輻射源109可在所述第二軸線502上。
如圖6B的示例所示，所述第一輻射檢測器100A和所述第二輻射檢測器100B，相對於所述輻射源109沿第一方向504從位置506A平移到位置506B。所述第一輻射檢測器100A和所述第二輻射檢測器100B可沿第二方向505平移。所述第二方向505不同於所述第一方向504。例如，所述第二方向505可垂直於所述第一方向504。如圖6B的示例所示，所述第一輻射檢測器100A和所述第二輻射檢測器100B可沿第二方向505從位置506A平移到位置506C。所述第一方向504或所述第二方向505可平行於第一平面表面103A和第二平面表面103B的任一者，或平行於兩者，或與兩者中的任何一個都不平行。例如，所述第一方向504可平行於所述第一平面表面103A，但不平行於所述第二平面表面103B。
在圖6A和圖6B的示例中，所述輻射源109的位置和方向在旋轉或平移期間保持不變。
包括在所述成像系統1000中的輻射源109和影像感測器9000可被配置為相對於所述場景50一起旋轉。根據圖7A和圖7B中所示的實施例，所述輻射源109位於第三軸線507上，所述第三軸線507垂直於圖7A和圖7B的頁面。圖7A示意示出所述輻射源109和所述影像感測器9000在圍繞第三軸線507旋轉之前的初始位置。圖7B示意示出所述輻射源109和所述影像感測器9000在旋轉之後的位置。在所述旋轉期間，所述輻射源109相對於所述影像感測器9000的相對位置保持不變，所述場景50的位置和方向保持不變。在旋轉之後，所述輻射可沿著不同的方向穿過所述場景50，並可被所述影像感測器9000以不同的入射角檢測到。
根據實施例，如圖7A所示，所述成像系統1000中包括的所述輻射源109和所述影像感測器9000被配置為圍繞不同於所述第三軸線507的第四軸線508旋轉。所述第四軸線508可垂直於所述第三軸線507，或者可遵循其他方向。所述輻射源109可在第四軸線508上。
根據圖8A和圖8B所示的實施例，所述影像感測器9000在所述第三軸線509上，並且所述第三軸線509垂直於圖8A和圖8B的頁面。圖8A示意示出所述輻射源109和所述影像感測器9000在圍繞第三軸線509旋轉之前的初始位置。圖8B示意示出所述輻射源109和所述影像感測器9000在旋轉之後的位置。在所述旋轉期間，所述輻射源109相對於所述影像感測器9000的相對位置保持不變，所述場景50的位置和方向保持不變。在旋轉之後，所述輻射可沿著不同的方向穿過所述場景50，並可被所述影像感測器9000以不同的入射角檢測到。
根據實施例，如圖8A所示，所述成像系統1000被配置為圍繞不同於所述第三軸線509的第四軸線510旋轉。所述第四軸線510可垂直於所述第三軸線509，或者可遵循其他方向。所述輻射源109可在第四軸線510上。
圖9示意示出所述影像感測器9000可捕獲所述場景50的部分的影像。在圖9所示的示例中，所述輻射檢測器100移動到三個位置A、B和C，例如，通過使用致動器500。所述影像感測器9000分別在所述位置A、B和C處捕獲所述場景50的部分的影像51A、51B和51C。所述影像感測器9000可將所述部分的影像51A、51B和51C拼接成所述場景50的影像。這些所述部分的影像51A、51B和51C可彼此重疊以便於拼接。所述場景50的每個部分至少出現在當所述輻射檢測器處於多個位置時所捕獲影像的其中一個影像當中。即，當拼接在一起時，所述部分的影像可覆蓋整個所述場景50。
所述輻射檢測器100可以以各種方式排列在所述影像感測器9000中。圖10A示意示出根據實施例的一種排列，其中所述輻射檢測器100以交錯行排列。例如，輻射檢測器100A和輻射檢測器100B在同一行中，在Y方向上對齊，並且尺寸一致；輻射檢測器100C和輻射檢測器100D在同一行中，在Y方向上對齊，並且尺寸一致。輻射檢測器100A和輻射檢測器100B相對於輻射檢測器100C和輻射檢測器100D在X方向上交錯。根據實施例，同一行中兩個相鄰的輻射檢測器100A和輻射檢測器100B之間的距離X2大於同一行中的一個輻射檢測器的寬度X1（即，X方向維度，即所述行的延伸方向）並且小於所述寬度X1的兩倍。輻射檢測器100A和輻射檢測器100E在同一列中，在X方向上對齊，並且尺寸一致；同一列中的兩個相鄰的輻射檢測器100A和輻射檢測器100E之間的距離Y2小於同一列中一個輻射檢測器的寬度Y1（即，Y方向維度）。這種排列允許如圖9所示對場景成像，並且可通過拼接在X方向上間隔開的三個位置處捕獲的場景的三個部分的影像來獲得所述場景的影像。
圖10B示意示出根據實施例的另一種排列，其中所述輻射檢測器100排列在矩形網格中。例如，所述輻射檢測器100可包括如圖10A中精確排列的輻射檢測器100A、100B、100E和100F，而沒有圖10A中的輻射檢測器100C、100D、100G或100H。這種排列允許通過在六個位置拍攝場景的部分的影像對場景成像。例如，在X方向上間隔開的三個位置，和在X方向上間隔開並在Y方向上與前三個位置間隔開的另三個位置。
其他排列也是可能的。例如，在圖10C中，所述輻射檢測器100可在X方向上跨越所述影像感測器9000的整個寬度，兩個相鄰輻射檢測器100之間的距離Y2小於一個輻射檢測器100的寬度Y1。假設所述輻射檢測器在X方向上的寬度大於所述場景在X方向上的寬度，則所述場景的影像可通過將在Y方向上間隔開的兩個位置處捕獲的場景的兩個部分的影像拼接而得。
如上所述的輻射檢測器100具有任何合適的尺寸和形狀。根據實施例（例如，在圖9中），至少有一些所述輻射檢測器100的形狀為矩形。根據實施例，如圖11所示，至少有一些所述輻射檢測器的形狀為六邊形。
圖12示意示出根據實施例的方法的流程圖。在步驟151中，當所述成像系統1000位於相對於所述場景50的第一旋轉位置時，通過利用所述影像感測器9000形成所述場景50第一部分的第一影像。在步驟152中，所述成像系統1000相對於所述場景50圍繞第三軸線（例如，507或509）旋轉到相對於所述場景50的第二旋轉位置。所述成像系統1000可圍繞穿過所述輻射源109的所述第三軸線507旋轉，或者，所述成像系統1000可圍繞穿過所述影像感測器9000的所述第三軸線509旋轉。在步驟153中，當所述成像系統1000位於相對於所述場景50的第二旋轉位置時，通過利用所述影像感測器9000形成所述場景50第二部分的第二影像。根據實施例，所述方法可包括使所述成像系統1000相對於所述場景50圍繞第四軸線（例如，508或510）（不同於所述第三軸線（例如，507或509））旋轉到相對於所述場景50的第三旋轉位置並在當所述成像系統1000相對於所述場景50位於所述第三旋轉位置時通過利用所述影像感測器9000形成所述場景50的第三影像。所述輻射源109或所述影像感測器9000可以在所述第四軸線上。
如上所述的成像系統1000可用於如以下所提供的各種系統之中。
圖13示意示出一種系統，所述系統包括如圖1至圖11中所述的成像系統1000。所述系統可用於醫學成像，比如胸部輻射射線照相術、腹部輻射射線照相術等。從所述輻射源109發射的輻射穿透物體1202（例如，人體部分比如胸部、肢體、腹部），被所述物體1202的內部結構（例如，骨骼、肌肉、脂肪和器官等）不同程度地衰減，並被投射到所述影像感測器9000。所述影像感測器9000通過檢測輻射的強度分佈形成影像。
圖14示意示出一種系統，所述系統包括如圖1至圖11中所述的成像系統1000。所述系統可用於醫學成像比如牙科輻射射線照相術。從所述輻射源109發射的輻射穿透作為哺乳動物（例如，人）口腔的一部分的物體1302。所述物體1302可包括上頜骨、上顎骨、牙齒、下頜骨或舌頭。所述輻射被所述物體1302的不同結構不同程度地衰減並被投射到所述影像感測器9000。所述影像感測器9000通過檢測輻射的強度分佈來形成影像。牙齒比齲齒、感染、牙周韌帶吸收更多的輻射。牙科患者接受的輻射劑量通常很小（對於全口系列大約為0.150mSv）。
圖15示意示出一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統，所述系統包括如圖1至圖11中所述的成像系統1000。所述系統可用於檢查和識別運輸系統中的貨物，比如集裝箱、車輛、船舶、行李等。從所述輻射源109發射的輻射可從物體1402（例如，運輸集裝箱、車輛、船舶等）反向散射並被投射到所述影像感測器9000。所述物體1402的不同內部結構可不同地反向散射輻射。所述影像感測器9000通過檢測所述反向散射的輻射的強度分佈和/或所述反向散射的輻射粒子的能量來形成影像。
圖16示意示出另一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統，所述系統包括如圖1至圖11中所述的成像系統1000。所述系統可用於公共交通站和機場的行李檢查。從所述輻射源109發射的輻射可穿透一件行李1502，被行李的內容物不同程度地衰減，並被投射到所述影像感測器9000。所述影像感測器9000通過檢測透射的輻射的強度分佈來形成影像。所述系統可揭示行李的內容並識別公共交通上禁止的物品，例如槍支、麻醉品、利器、易燃物品。
圖17示意示出一種全身掃描儀系統，所述系統包括如圖1至圖11中所述的成像系統1000。所述全身掃描儀系統可檢測人體上的物體以進行安全檢查，而無需物理地移除衣物或進行身體接觸。所述全身掃描儀系統能夠檢測非金屬物體。從所述輻射源109發射的輻射可從被檢查的人1602及其上的物體反向散射，並被投射到所述影像感測器9000。所述物體和所述人體可不同地反向散射輻射。所述影像感測器9000通過檢測反向散射的輻射的強度分佈來形成影像。所述影像感測器9000和所述輻射源109可被配置為沿線性或旋轉方向掃描人。
圖18示意示出輻射電腦斷層掃描（輻射CT）系統。所述輻射CT系統使用電腦處理的輻射來產生被掃描物體的特定區域的斷層影像（虛擬“切片”）。所述斷層影像可用於各種醫學學科中的診斷和治療目的，或用於探傷檢測、失效分析、計量學、裝配分析和逆向工程。所述輻射CT系統包括如圖1至圖11中所述影像感測器9000。所述影像感測器9000和輻射源109可被配置為沿著一個或多個圓形或螺旋形路徑同步旋轉。
圖19示意示出一種電子顯微鏡。所述電子顯微鏡包括電子源1801（也稱為電子槍），其被配置為發射電子。所述電子源1801可具有各種發射機制，比如熱離子、光電陰極、冷發射或等離子體源。發射的所述電子穿過電子光學系統1803，所述電子光學系統1803可被配置為塑形、加速或聚焦所述電子。然後所述電子到達樣品1802，並且影像感測器可由此形成影像。所述電子顯微鏡可包括如圖1至圖11中所述影像感測器9000，其用於執行能量色散輻射光譜（EDS）。EDS是一種用於樣品的元素分析或化學表徵的分析技術。在所述電子入射到樣品上時，它們導致所述樣品發出特徵輻射。即，在該示例中，樣品作為輻射源109。所述入射電子可激發所述樣品中原子內殼層的電子，將其從所述殼體中拋出，同時產生所述電子之前所在的電子空穴。然後來自外層、更高能量殼的電子填充所述空穴，並且較高能量殼和較低能量殼之間的能量差可以以輻射的形式釋放。從所述樣品發射的輻射的數目和能量可由所述影像感測器9000測得。
這裡所述的成像系統1000還可具有其他應用，比如輻射望遠鏡、乳腺輻射照相、工業輻射缺陷檢測、輻射顯微鏡或輻射顯微照相、輻射鑄件檢驗、輻射無損檢測、輻射焊縫檢驗、輻射數位減影血管造影等。它可適合於使用所述成像系統1000代替照相底片、攝影膠片、PSP膠片、輻射影像增強器、閃爍體或另一種半導體輻射檢測器。
圖20A和圖20B各自示出根據實施例的電子系統121的組件圖。所述電子系統121可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。
所述第一電壓比較器301被配置為將至少一個所述電觸點119B的電壓與第一閾值進行比較。所述第一電壓比較器301可被配置為直接監測電壓，或者通過對在一段時間內流過所述電觸點119B的電流進行積分來計算電壓。所述第一電壓比較器301可由所述控制器310可控地啟動或停用。所述第一電壓比較器301可以是連續比較器。即，所述第一電壓比較器301可被配置為被連續啟動，並連續地監測電壓。所述第一電壓比較器301可以是鐘控比較器。所述第一閾值可以是一個入射輻射粒子能夠在所述電觸點119B上產生的的最大電壓的5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。所述最大電壓可取決於入射輻射粒子的能量、所述輻射吸收層110的材料和其他因素。例如，所述第一閾值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
所述第二電壓比較器302被配置為將所述電壓與第二閾值進行比較。所述第二電壓比較器302可被配置為直接監測所述電壓，或通過對一段時間內流過所述二極體或電觸點的電流進行積分來計算電壓。所述第二電壓比較器302可以是連續比較器。所述第二電壓比較器302可由所述控制器310可控地啟動或停用。在所述第二電壓比較器302被停用時，所述第二電壓比較器302的功耗可以是啟動所述第二電壓比較器302時的功耗的不到1％、不到5％、不到10％或不到20%。所述第二閾值的絕對值大於所述第一閾值的絕對值。如本發明所使用的，術語實數x 的“絕對值”或“模數”|x|是x的非負值而不考慮它的符號。即，。所述第二閾值可以是所述第一閾值的200％-300％。所述第二閾值可以是輻射的一個入射粒子可以在電觸點119B上產生的最大電壓的至少50％。例如，所述第二閾值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。所述第二電壓比較器302和所述第一電壓比較器301可以是相同組件。即，所述電子系統121可以具有一個電壓比較器，其可在不同時間將電壓與兩個不同的閾值進行比較。
所述第一電壓比較器301或所述第二電壓比較器302可包括一個或多個運算放大器或任何其他適合的電路。所述第一電壓比較器301或所述第二電壓比較器302可具有高速度以允許所述電子系統121在高通量的入射輻射粒子下操作。然而，具有高速度通常以功耗為代價。
所述計數器320被配置為記錄入射在包括所述電觸點119B的像素150上的至少若干個輻射粒子。所述計數器320可以是軟體組件（例如，電腦內存中存儲的數字）或硬體組件（例如，4017IC和7490IC）。
所述控制器310可以是諸如微控制器和微處理器等的硬體組件。所述控制器310被配置為從所述第一電壓比較器301確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值（例如，所述電壓的絕對值從低於所述第一閾值的絕對值增加到等於或超過所述第一閾值的絕對值的值）時啟動時間延遲。在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電壓還是陽極電壓或使用哪個電觸點。所述控制器310可被配置為在所述第一電壓比較器301確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值之前，保持停用所述第二電壓比較器302、所述計數器320、以及所述第一電壓比較器301的操作中不需要的任何其他電路。在所述電壓變得穩定（即，所述電壓的變化率大致為零）之前或之後，所述時間延遲可期滿。短語“變化率大致為零”意指時間變化小於0.1％/ns。短語“變化率大致為非零”意指所述電壓的時間變化至少為0.1％/ns。
所述控制310可被配置為在所述時間延遲期間（其包括開始和期滿）啟動所述第二電壓比較器。在實施例中，所述控制器310被配置為在所述時間延遲開始時啟動所述第二電壓比較器。術語“啟動”意指使組件進入操作狀態（例如，通過發送諸如電壓脈衝或邏輯電平等信號，通過提供電力等）。術語“停用”意指使組件進入非操作狀態（例如，通過發送諸如電壓脈衝或邏輯電平等信號，通過切斷電力等）。操作狀態可具有比非操作狀態更高的功耗（例如，高10倍、高100倍、高1000倍）。所述控制器310本身可被停用，直到所述第一電壓比較器301的輸出電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值時才啟動所述控制器310。
如果在所述時間延遲期間，所述第二電壓比較器302確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第二閾值的絕對值，則所述控制器310可被配置為使所述計數器320記錄的數目中至少有一個數目增加一。
所述控制器310可被配置為使所述可選的電壓表306在所述時間延遲期滿時測量所述電壓。所述控制器310可被配置為使所述電觸點119B連接到電接地，以使電壓複位並且使所述電觸點119B上累積的任何載流子放電。在實施例中，所述電觸點119B在所述時間延遲期滿後連接到電接地。在實施例中，所述電觸點119B連接到電接地並持續有限的複位時段。所述控制器310可通過控制所述開關305而使所述電觸點119B連接到電接地。所述開關可以是電晶體，比如場效應電晶體（FET）。
在實施例中，所述電子系統121沒有類比濾波器網絡（例如，RC網絡）。在實施例中，所述電子系統121沒有類比電路。
所述電壓表306可將其測量的電壓作為類比或數位信號饋送給所述控制器310。
所述電子系統121可包括電連接到所述電觸點119B的積分器309，其中所述積分器309被配置為收集來自所述電觸點119B的電流子。所述積分器309可在運算放大器的反饋路徑中包括電容器。如此配置的所述運算放大器稱為電容跨阻放大器（CTIA）。CTIA通過防止所述運算放大器飽和而具有高的動態範圍，並且通過限制信號路徑中的帶寬來提高信噪比。來自所述電觸點119B的載流子在一段時間（“積分期”）內累積在電容器上。在所述積分期期滿後，由所述ADC 306對電容器電壓進行採樣，然後通過複位開關進行複位。所述積分器309可包括直接連接到所述電觸點119B的電容器。
圖21示意示出流過所述電觸點119B的，由入射在包括所述電觸點119B的像素150上的輻射粒子產生的載流子所引起的電流的時間變化（上曲線）和所述電觸點119B電壓的對應時間變化（下曲線）。所述電壓可以是電流相對於時間的積分。在時間t0 ，所述輻射粒子撞擊所述像素150，載流子開始在所述像素150中產生，電流開始流過所述電觸點119B，並且所述電觸點119B的電壓的絕對值開始增加。在時間t1 ，所述第一電壓比較器301確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值V1的絕對值，所述控制器310啟動時間延遲TD1並且所述控制器310可在所述TD1開始時停用所述第一電壓比較器301。如果所述控制器310在時間t1 之前被停用，在時間t1啟動所述控制器310。在所述TD1期間，所述控制器310啟動所述第二電壓比較器302。如這裡使用的術語在時間延遲“期間”意指開始和期滿（即，結束）以及中間的任何時間。例如，所述控制器310可在所述TD1期滿時啟動所述第二電壓比較器302。如果在所述TD1期間，所述第二電壓比較器302確定在時間t2 電壓的絕對值等於或超過所述第二閾值V2的絕對值，則所述控制器310等待電壓穩定。所述電壓在時間te 穩定，這時輻射粒子產生的所有載流子漂移出所述輻射吸收層110。在時間ts ，所述時間延遲TD1期滿。在時間te 之時或之後，所述控制器310使所述電壓表306數位化所述電壓並且確定輻射粒子的能量落在哪個倉中。然後所述控制器310使對應於所述倉的所述計數器320記錄的數目增加一。在圖21的示例中，所述時間ts 在所述時間te 之後；即TD1在輻射粒子產生的所有載流子漂移出輻射吸收層110之後期滿。如果無法輕易測得時間te ，TD1可根據經驗選擇以允許有足夠的時間來收集由輻射粒子產生的大致上全部的載流子，但TD1不能太長，否則會有另一個入射輻射粒子產生的載流子被收集的風險。即，TD1可根據經驗選擇使得時間ts 在時間te 之後。時間ts 不一定在時間te 之後，因為一旦達到V2，控制器310可忽視TD1並等待時間te 。因此，電壓和暗電流對電壓的貢獻值之間的差異的變化率在時間te 大致為零。所述控制器310可被配置為在TD1期滿時或在時間t2 或中間的任何時間停用第二電壓比較器302。
在時間te 的電壓與由輻射粒子產生的載流子的數目成比例，所述數目與輻射粒子的能量有關。所述控制器310可被配置為使用所述電壓表306來確定輻射粒子的能量。
在TD1期滿或被所述電壓表 306數位化後（以較遲者為准），所述控制器310使所述電觸點119B連接到電接地310並持續一個複位時段RST，以允許所述電觸點119B上累積的載流子流到地面並複位電壓。在RST之後，所述電子系統121已準備好檢測另一個入射輻射粒子。如果所述第一電壓比較器301被停用，所述控制器310可在RST期滿之前的任何時間啟動它。如果所述控制器310被停用，則可在RST期滿之前啟動它。
儘管本發明已經公開了各個方面和實施例，但是其他方面和實施例對於本領域技術人員而言將是顯而易見的。本發明公開的各個方面和實施例是為了說明的目的而不是限制性的，其真正的範圍和精神應該以本發明中的申請專利範圍為准。
50:場景 51A、51B、51C:影像 100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H:輻射檢測器 102:曲面 103、103A、103B:平面表面 107:支架 109:輻射源 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:電子層 121:電子系統 150:像素 151、152、153:步驟 200:准直器 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、600:控制器 320:計數器 500:致動器 501:第一軸線 502:第二軸線 503A、503B、503C、506A、506B、506C、A、B、C:位置 504:第一方向 505:第二方向 507、509:第三軸線 508、510:第四軸線 1000:成像系統 1202、1302、1402:物體 1502:行李 1602:人 1803:電子光學系統 9000:影像感測器 RST:複位時段 t1、te、ts、t2:時間 TD1:時間延遲 V1:第一閾值 V2:第二閾值 X、Y:方向 X1、Y1:寬度 X2、Y2:距離
圖1示意示出根據實施例的一種成像系統的一部分的橫截面圖。 圖2A示意示出根據實施例的輻射檢測器的橫截面圖。 圖2B示意示出根據實施例的所述輻射檢測器的詳細橫截面圖。 圖2C示意示出根據實施例的所述輻射檢測器的詳細橫截面替代圖。 圖3示意示出根據實施例的所述裝置可具有像素陣列。 圖4A示意示出，當一個輻射粒子以斜入射角穿過所述輻射吸收層時，在多個像素中產生的載流子。 圖4B示意示出，當一個輻射粒子以0°入射角穿過所述輻射吸收層時，在單個像素中產生的載流子。 圖5示意示出根據實施例的所述影像感測器的功能框圖。 圖6A和圖6B分別示意示出根據實施例的所述影像感測器的輻射檢測器相對於輻射源的移動。 圖7A和圖7B分別示意示出根據實施例的所述成像系統相對於場景圍繞穿過所述輻射源的第三軸的旋轉。 圖8A和圖8B分別示意示出根據實施例的所述成像系統相對於場景圍繞穿過所述影像感測器的第三軸的旋轉。 圖9示意示出根據實施例的所述影像感測器捕獲場景的部分的影像。 圖10A-圖10C示意示出根據一些實施例的所述輻射檢測器在所述影像感測器中的排列。 圖11示意示出根據實施例的具有多個六邊形輻射檢測器的影像感測器。 圖12示意示出根據實施例的一種形成場景影像的方法的流程圖，所述方法通過拼接在多個位置捕獲的所述場景的多個部分的影像來形成所述場景的影像。 圖13示意示出根據實施例的包括本發明所述影像感測器的一種系統，所述系統適用於醫學成像，例如胸部輻射射線照相術、腹部輻射射線照相術等。 圖14示意示出根據實施例的包括本發明所述影像感測器的一種系統，所述系統適用於牙科輻射射線照相術。 圖15示意示出根據實施例的包括本發明所述影像感測器的一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統。 圖16示意示出根據實施例的包括本發明所述影像感測器的另一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統。 圖17示意示出根據實施例的包括本發明所述影像感測器的一種全身掃描系統。 圖18示意示出根據實施例的包括本發明所述影像感測器的一種輻射電腦斷層成像（輻射CT）系統。 圖19示意示出根據實施例的包括本發明所述影像感測器的一種電子顯微鏡。 圖20A和圖20B分別示意示出根據實施例的如圖2A、圖2B和圖2C中所示的所述輻射檢測器的電子系統組件圖。 圖21示意示出根據實施例的流過二極體的電極或流過暴露於輻射的輻射吸收層的電阻器的電觸點的電流的時間變化（上曲線），所述電流由入射在所述輻射吸收層上的輻射粒子產生的載流子引起，以及所述電極電壓的相應時間變化（下曲線）。
50:場景
109:輻射源
507:第三軸線
9000:影像感測器

Claims (22)

  1. 一種成像系統，其包括：輻射源；影像感測器；其中所述影像感測器包括第一輻射檢測器和第二輻射檢測器，其分別包括一個平面表面，所述平面表面被配置為接收來自輻射源的輻射；其中所述第一輻射檢測器的所述平面表面與所述第二輻射檢測器的所述平面表面不平行；其中所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為相對於所述輻射源移動到多個位置；其中所述影像感測器被配置為，通過使用所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器並與所述輻射一起，分別在所述位置捕獲場景的部分的影像，並被配置為通過拼接所述各部分的影像而形成所述場景的影像；其中所述成像系統被配置為相對於所述場景圍繞第三軸線旋轉；其中所述輻射源或所述影像感測器在所述第三軸線上；其中所述第一輻射檢測器相對於所述第二輻射檢測器的相對位置保持相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為通過相對於所述輻射源圍繞第一軸線旋轉從而相對於所述輻射源移動。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的成像系統，其中所述第一軸線平行於所述第一輻射檢測器的所述平面表面和所述第二輻射檢測器的所述平面表面。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的成像系統，其中所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為通過相對於所述輻射源圍繞第二軸線旋轉從而相對於所述輻射源移動；其中所述第二軸線不同於所述第一軸線。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的成像系統，其中所述輻射源在所述第一軸線上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為通過沿著相對於所述輻射源的第一方向平移從而相對於所述輻射源移動。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的成像系統，其中所述第一方向平行於所述第一輻射檢測器的所述平面表面和所述第二輻射檢測器的所述平面表面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的成像系統，其中所述第一方向平行於所述第一輻射檢測器的所述平面表面，但不平行於所述第二輻射檢測器的所述平面表面。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的成像系統，其中所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器被配置為通過沿著相對於所述輻射源的第二方向平移從而相對於所述輻射源移動；其中所述第二方向不同於所述第一方向。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器各自包括一個像素陣列。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中所述第一輻射檢測器的形狀是矩形。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中所述第一輻射檢測器的形狀是六邊形。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中所述系統被配置為相對於所述場景圍繞不同於所述第三軸線的第四軸線旋轉。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的成像系統，其中所述輻射源在所述第四軸線上。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的成像系統，其中所述影像感測器在所述第四軸線上。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的成像系統，其中所述影像感測器被配置為當所述系統分別處於相對於所述場景的多個旋轉位置時形成所述場景的影像。
  17. 一種使用如申請專利範圍第1項所述成像系統的方法，所述方法包括： 當所述成像系統位於相對於所述場景的第一旋轉位置時，利用所述影像感測器形成所述場景的第一個影像；將所述成像系統相對於所述場景圍繞所述第三軸線旋轉到相對於所述場景的第二旋轉位置；當所述成像系統位於相對於所述場景的第二旋轉位置時，利用所述影像感測器形成所述場景的第二個影像。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中所述輻射源在所述第三軸線上。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中所述影像感測器在所述第三軸線上。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的方法，更包括將所述成像系統相對於所述場景圍繞第四軸線旋轉至相對於所述場景的第三旋轉位置；並且當所述成像系統處於相對於所述場景的所述第三旋轉位置時，利用所述影像感測器形成場景的第三影像。其中所述第四軸線不同於所述第三軸線。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中所述輻射源在所述第四軸線上。
  22. 如申請專利範圍第20項所述的方法，其中所述影像感測器在所述第四軸線上。
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