CN110192123A - 能识别和管理电荷共享的x射线检测器 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种适于检测X射线的仪器。在一个示例中，所述仪器包括X射线吸收层(110)和控制器(310)。X射线吸收层(110)包括第一像素(210‑1)和第二像素(210‑2)。所述控制器(310)被配置成确定由第一X射线光子产生的载流子被第一像素(210‑1)和第二像素(210‑2)收集，并复位与所述第一像素(210‑1)和所述第二像素(210‑2)所收集的载流子相关联的信号。

Description

能识别和管理电荷共享的X射线检测器
【技术领域】
本发明涉及X射线检测器，尤其涉及能识别和管理电荷共享的X射线检测器。
【背景技术】
X射线检测器可以是用于测量X射线的通量、空间分布、光谱或其它特性的器件。
X射线检测器可用于许多应用。一种重要的应用是成像。X射线成像是一种射线照相技术，可用于揭示非均匀组成的以及不透明物体(例如人体)的内部结构。另外一个重要应用是元素分析。元素分析是对某些材料的样品分析其元素组成的过程。
早期X射线检测器包括摄影板和摄影胶片。摄影板可以是具有光敏乳剂涂层的玻璃板。
在20世纪80年代，出现了光激励萤光板(PSP板)。PSP板可包含在它的晶格中具有色心的萤光材料。在将PSP板暴露于X射线时，X射线激发的电子被困在色心中，直到它们受到在板表面上扫描的激光光束的激励。在激光扫描板时，捕获的激发电子发出光，其被光电倍增管收集。被收集的光转换成数字图像。
另一种X射线检测器是X射线图像增强器。X射线首先撞击输入荧光体(例如，碘化铯)，并被转换为可见光。然后，可见光撞击光电阴极(例如含有铯和锑化合物的薄金属层)，并引起电子发射。发射电子的数量与入射X射线的强度成比例。发射的电子通过电子光学被投射到输出荧光体上，并使所述输出荧光体产生可见光图像。
闪烁体的操作与X射线图像增强器有些类似之处在于闪烁体(例如，碘化钠)吸收X射线并且发射可见光，其然后能被对可见光合适的图像感测器检测。
半导体X射线检测器通过将X射线直接转换成电信号，因此比前面的X射线检测器提供更好的性能。半导体X射线检测器可包括半导体层，其在感兴趣波长吸收X射线。当在半导体层中吸收X射线光子时，产生多个载流子(例如，电子和空穴)。在本文中，术语“载荷子”、“电荷”和“载流子”可以互换使用。半导体X射线检测器可具有多个能独立确定本地的X射线强度和X射线光子能量的像素。由X射线光子产生的载流子可以在电场下被扫入像素中。如果由单个X射线光子产生的载流子被多于一个的像素收集(“电荷共享”)，辐射探测器的性能会受到负面影响。在光子能量被确定的应用中(例如元素分析)，电荷共享对精确的光子能量测量而言是尤其成问题的，因为X射线光子的能量根据其产生的载流子的总量来确定。
【发明内容】
本文公开的教导涉及用于X射线检测的方法、***和仪器。更特别地，本发明涉及用于具有电荷共享管理的X射线检测的方法、***和仪器。
在一个实例中公开了一种适于检测X射线的仪器。该仪器包括X射线吸收层和控制器。所述X射线吸收层包括第一像素和第二像素。所述控制器被配置成用以确定第一X射线光子所产生的载流子被第一像素和第二像素收集，并复位与所一像素和第二像素所收集的载流子相关联的信号。
根据实施例，复位信号包括将信号的每个值复位为零或删除信号。
根据实施例，与第一像素和第二像素所收集的载流子相关联的信号包括：由第一像素收集的第一载流子产生的第一电压，和由第二像素收集的第二载流子产生的第二电压。
根据实施例，第一像素与具有第一电压的第一电容器相关联，第二像素与具有第二电压的第二电容器相关联。
根据实施例，确定第一X射线光子所产生的载流子被第一像素和第二像素收集，这包括：确定与第一电压和第二电压相关联的特征，其中，所述特征是在阈值之内或大于阈值。
根据实施例，所述特征是，第一电压的上升沿或下降沿与第二电压的上升沿或下降沿之间的时间差，或者是其函数。
根据实施例，控制器还被配置成用以确定第二X射线光子所产生的所有载流子被第一像素或第二像素收集，并基于第二X射线光子所产生的所有载流子来确定第二X射线光子能量。
根据实施例，所述仪器还包括计数器，该计数器被配置成用以记录被X射线吸收层吸收的X射线光子数。控制器被配置成，如果第二X射线光子能量等于或超过预定能量阈值，则使由计数器记录的数字增加1。
根实施例，基于第二X射线光子产生的所有载流子而生成的电压来确定第二X射线光子的能量。
根据实施例，所述仪器包括像素阵列。
根据实施例，控制器包括第一D型触发器(DFF)以及第二DFF，并且其中，与第一像素相关联的第一电压波形被输入到所述第一DFF，而且与第二像素相关联的第二电压波形被输入到第二DFF。
根据实施例，控制器还被配置成：基于来自第一DFF的第一输出信号以及来自第二DFF的第二输出信号，产生第一信号，并且其中所述第一信号显示所述第一电压波形的上升沿或下降沿与所述第二电压波形的上升沿或下降沿的时间差。
根据实施例，基于第一输出信号和第二输出信号而产生的信号被回馈到第一DFF和第二DFF的输入中。
根据实施例，控制器还包括沟道场效应晶体管(N-FET)，P沟道场效应晶体管(P-FET)，以及电容器。
根据实施例，所述控制器还被配置成：基于第一信号生成第二信号，并且其中，所述第二信号的峰值与第一电压波形的上升沿或下降沿与第二电压波形的上升沿或下降沿的时间差成比例。
本文公开了一种包括上述仪器和X射线源的***。该***被配置成对人体胸部或腹部进行X射线照相。
本文公开了一种包括上述仪器以及X射线源的***。所述***被配置成对人的嘴部进行X射线照相。
本文公开了一种包括上述仪器以及X射线源的货物扫描或非侵入性检查(NII)***。所述货物扫描或非侵入性检查(NII)***被配置成使用背散射X射线形成图像。
本文公开了一种包括上述仪器以及X射线源的货物扫描或非侵入性检查(NII)***。所述货物扫描或非侵入性检查(NII)***被配置成使用穿过被检查物体的X射线形成图像。
本文公开了一种包括上述仪器以及X射线源的全身扫描***。
本文公开了一种包括上述仪器以及X射线源的计算机断层摄影(CT)***。
本文公开了一种电子显微镜，其包括上述仪器、电子源和电子光学***。
本文公开了一种包括上述仪器的***。该***被配置为测量X射线源的剂量。
本文公开了一种包括上述仪器的***。该***为X射线望远镜、或X射线显微镜，或者被配置成进行***摄影、工业缺陷检测、微成像、铸造检查、焊接检查、或数字减影血管摄影的***。
在另外的示例中公开了一种包括下述各项的方法：确定由第一X射线光子产生的载流子被第一像素和第二像素收集；以及复位与所述第一像素和所述第二像素所收集的载流子相关联的信号。
根据实施例，复位信号包括对信号的每个值复位为零或删除信号。
根据实施例，与第一像素和第二像素收集的载流子相关联的信号包括：第一像素收集的第一载流子产生的第一电压和第二像素收集的第二载流子产生的第二电压。
根据实施例，第一像素与具有第一电压的第一电容器相关联，第二像素与具有第二电压的第二电容器相关联。
根据实施例，确定第一X射线光子产生的载流子被第一像素和第二像素收集，这包括：确定与第一电压和第二电压相关联的特征，并且其中，所述特征是在阈值之内或大于阈值。
根据实施例，所述特征是第一电压的上升沿或下降沿与第二电压的上升沿或下降沿的时间差，或其函数。
根据实施例，所述方法还包括：确定第二X射线光子产生的所有载流子被第一像素或第二像素收集；基于第二X射线光子产生的所有载流子确定第二X射线光子能量。
根据实施例，所述方法还包括：记录被X射线吸收层吸收的X射线光子数；如果第二X射线光子能量等于或超过预定能量阈值，则使计数器记录的数字增加1。
根据实施例，基于第二X射线光子产生的所有载流子产生的电压确定第二X射线光子的能量。
本文公开了一种适用于相衬X射线成像(PCI)的***，所述***包括：上述仪器、第二X射线检测器、以及间隔件，所述仪器和所述第二X射线检测器由所述间隔件隔开。
根据实施例，所述仪器和所述第二X射线检测器被配置成同时各自拍摄物体的图像。
根据实施例，第二X射线检测器与所述仪器相同。
本文公开了一种适用于相衬X射线成像(PCI)的***，所述***包括上述仪器，所述仪器被配置成运动至暴露于X射线的物体的不同距离处并拍摄物体的图像。
【附图说明】
图1A示意性地示出了根据实施例的检测器的截面图；
图1B示意性地示出了根据实施例的检测器的详细横截面视图；
图1C示意性地示出了根据实施例的检测器的备选详细横截面视图；
图2A示出了根据实施例的半导体X射线检测器的一部分的示例性俯视图；
图2B示出了根据实施例的半导体X射线检测器中的像素的示例性阵列；
图3A和图3B各自示出了根据实施例的图1B的图1A中的电子***的部件图；
图4示意性地示出了一实施例，根据该实施例，流过暴露于X射线的X射线吸收层的二极管或电阻器的电触点的电流(电流由X射线吸收层上入射的X射线光子产生的载流子引起)的时间变化(上曲线)和对应的电极电压的时间变化(下曲线)。
图5示意性地示出了一实施例，根据该实施例，在采用图4所示方式操作的电子***中，噪音(例如，暗电流)引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和对应的电极电压的时间变化(下曲线)。
图6示出了根据实施例的适于基于诸如图3A和图3B中的电子***的***检测X射线的方法的流程图；
图7示出了根据实施例的适于基于诸如图3A和图3B中的电子***的***来确定在图6中步骤605是否发生电荷共享的方法的流程图；
图8A示出了能够实现图7的方法的电路的示例；
图8B-8C示意性地示出了关于图8A的各种波形的示例；
图9A示出了除了图8A中的电路之外，可以共同实现图7的方法的电路示例；
图9B-9C示意性地示出了关于图9A的各种波形的示例；
图10示意性地示出了根据实施例的适于相衬X射线成像(PCI)的***；
图11示意性地示出了根据实施例的适于相衬X射线成像(PCI)的***；
图12示意性地示出了根据实施例的包括本文所述的半导体X射线检测器的***，其适用于诸如胸部X射线照相术、腹部X射线照相术等的医学成像；
图13示意性地示出了根据实施例的包括本文所述的半导体X射线检测器的***，其适于牙科X射线照相术；
图14示意性地示出了根据实施例的包括本文所述的半导体X射线检测器的货物扫描或非侵入性检查(NII)***；
图15示意性地示出了根据实施例的包括本文所述的半导体X射线检测器的另一个货物扫描或非侵入性检查(NII)***；
图16示意性地示出了根据实施例的包括本文所述的半导体X射线检测器的全身扫描***；
图17示意性地示出了根据实施例的包括本文所述的半导体X射线检测器的X射线计算机断层摄影(X射线CT)***；
图18示意性地示出了根据实施例的包括本文所述的半导体X射线检测器的电子显微镜；以及
图19示意性地示出了根据实施例的辐射剂量仪。
图20示意性地示出了根据实施例的元素分析仪。
【具体实施方式】
在下面的详细描述中通过示例的方式阐述了多个具体的细节，以便提供对相关教导的全面理解。然而，本教导可在没有这些细节的情况下实践，这对于本领域内技术人员应是明显的。在其它示例中，对众所周知的方法、规程、部件和/或电路的描述相对而言更为高阶，且没有给出任何细节内容，以避免不必要地使本教导费解。
当X射线光子被具有像素阵列的X射线检测器的半导体层吸收时，多个载流子(例如电子和空穴)被产生，并可在电场下被扫向用于测量这些载流子的电路。载流子沿电场方向漂移，并在所有方向扩散。载流子轨道的包络可以大致为圆锥形。如果包络位于X射线检测器的两个或多个像素的边界上，电荷共享出现。(在本文中，“电荷共享”意味着由单个X射线光子产生的载荷子被两个或更多个像素收集)。电荷共享可引起对X射线光子能量的不准确测量，因为X射线光子能量由其产生的电荷的总量决定。
在本教导中，当确定相邻像素共享由单光子产生的电荷时，在所述像素处检测到的电压被重置，例如归零。这样做以致于单个X射线光子的能量不被确定。结果，仅当确定相邻像素不共享单光子产生的电荷时，即不发生电荷共享，确定单个X射线光子的能量。下面将很详细地描述可用于确定是否发生电荷共享的各种示例电路。
图1A示意性地示出了根据实施例的半导体X射线检测器100。半导体X射线检测器100可包括X射线吸收层110和电子层120(例如，ASIC)，用于处理和分析X射线在X射线吸收层110中产生的电信号。在实施例中，半导体X射线检测器100不包括闪烁体。X射线吸收层110可包括半导体材料，例如硅、锗、砷化镓、碲化镉、碲锌镉或其组合。半导体对于感兴趣的X射线能量可具有高的质量衰减系数。
如图1B中检测器100的详细横截面图所示，根据实施例的X射线吸收层110可包括由第一掺杂区111、第二掺杂区113的一个或多个离散区114形成的一个或多个二极管(例如，p-i-n或p-n)。第二掺杂区113可通过本征区112(可选)而与第一掺杂区111分离。离散区114通过第一掺杂区111或本征区112而彼此分离。第一掺杂区111和第二掺杂区113具有相反类型的掺杂(例如，区111是p型并且区113是n型，或者区111是n型并且区113是p型)。在图1B中的示例中，第二掺杂区113的离散区114中的每个离散区与第一掺杂区111和本征区112(可选)一起形成二极管。即，在图1B中的示例中，X射线吸收层110具有多个二极管，其具有第一掺杂区111作为共用电极。第一掺杂区111也可具有离散部分。
当X射线光子撞击包括二极管的X射线吸收层110时，X射线光子可被吸收，并通过多个机制产生一个或多个载流子。一个X射线光子可产生10至100000个载流子。载流子可在电场下向多个二极管其中之一的电极漂移。电场可以是外部电场。电触点119B可包括离散部分，其中每个离散部分与离散区114电接触。在实施例中，单个X射线光子产生的载流子能被两个不同的离散区114共享。
如在图1C中的检测器100的备选详细横截面图中示出地，根据实施例，X射线吸收层110可包括具有半导体材料(例如硅、锗、砷化镓、碲化镉、碲锌镉或其组合)的电阻器，但不包括二极管。半导体对于感兴趣的X射线能量可具有高的质量衰减系数。
在X射线光子撞击X射线吸收层110(其包括电阻器，但不包括二极管)时，它可被吸收并且通过多个机制产生一个或多个载流子。一个X射线光子可产生10至100000个载流子。载流子可在电场下向电触点119A和119B漂移。电场可以是外部电场。电触点119B包括离散部分。在实施例中，由单个X射线光子产生的载流子能被两个或更多的不同的电触点119B共享。
电子层120可包括电子***121，该电子***适合于处理或解释X射线吸收层110上入射的X射线光子产生的信号。电子***121可包括模拟电路，例如滤波网路、放大器、积分器和比较器，或者数位电路，例如微处理器和内存。电子***121可包括像素共用的部件或专用于单个像素的部件。例如，电子***121可包括专用于每个像素的放大器和在所有像素之间共用的微处理器。电子***121可通过通孔131电连接到像素。通孔之间的空间可用填充材料130填充，其可使电子层120到X射线吸收层110的连接的机械稳定性增加。在不使用通孔的情况下使电子***121连接到像素的其他接合技术是可能的。
图2A示出了具有4×4阵列的离散区114的仪器100的一部分的示例性俯视图，在这些离散区114中的一个离散区的足迹周围入射的X射线光子产生的载荷子基本上不被这些离散区114中的另一个离散区共享。在离散区114周围的区域210被称为与那个离散区114相关联的像素，其中入射其上的X射线光子产生的几乎所有(超过95％、超过98％或超过99％的的)载荷子流入该离散区114。即，当X射线光子撞入像素内时，这些载流子中不到5％、不到2％或不到1％流到所述像素外。像素可采用任何适合的阵列来组织，例如方形阵列、三角形阵列和蜂窝状阵列。像素可具有任何适合的形状，例如圆形、三角形、方形、矩形和六角形。像素可以是独立可定址的。
类似地，当图2A中的4×4阵列表示图1B中的电触点119B的离散部分的阵列时，在电触点119B的这些离散部分中的一个离散部分的足迹周围入射的X射线光子产生的载流子基本上不被电触点119B的这些离散部分中的另一个离散部分共享。在电触点119B离散部分周围的区域(其中大致所有(超过95％、超过98％或超过99％的)由X射线光子产生的载流子流向电触点119B的离散部分)被称作与电触点119B离散部分相关联的像素。即，当X射线光子撞入该像素内时，这些载流子中不到5％、不到2％或不到1％流到与电触点119B中的一个离散部分相关联的像素外。像素可采用任何适合的阵列来组织，例如方形阵列、三角形阵列和蜂窝状阵列。像素可具有任何适合的形状，例如圆形、三角形、方形、矩形和六角形。像素可以是独立定址的。
如图2A所示，与两个相邻的离散区114相关联的两个像素210(例如，210-1和210-2)可以被称为两个相邻像素(在本文中“相邻像素”意味着彼此靠近的像素，以至于由单个光子产生的载流子可被这些像素共享)。
图2B示出了根据实施例的半导体X射线检测器中的像素的示例性阵列。当X射线光子撞击阵列时，其可以被吸收并引起生成多个载流子。载流子可以在各种方向上传输，例如沿电场方向漂移并在所有方向上扩散。在图2B中，每个圆(例如220，230)表示由光子产生的载流子的传输区域的足迹(本文中，“传输区域”表示光子产生的载流子被传送进的空间)。
如图2B所示，传输区域位于像素内(例如，传输区域220)，或相邻像素的边界上(例如，传输区域230)。
如上文讨论地，当传输区域位于两个或更多个相邻像素的边界上时，发生电荷共享，这可引起能量测量的问题。电荷共享也可以导致对光子数量进行计数中的误差。
根据实施例，两个相邻的像素不必共享边界但可以彼此邻近，以致于由单光子产生的载流子会被两个像素共享。即，即使不存在相邻像素共享的边界，也可以在相邻像素上发生电荷共享。
基于制造过程，可以通过设计确定像素的尺寸。如图2B所示，每个像素的尺寸被设计成相同，并且当相应光子撞击像素中心附近时，像素尺寸大到足以覆盖传输区域。如果像素的尺寸太小，例如小于传输区域，则常会发生电荷共享。另一方面，如果像素的尺寸太大，很有可能多光子同时撞击该像素，这会给精确的X射线检测和图像生成带来困难。
图3A和图3B各自示出了根据实施例的电子***121的部件图。电子***121可包括第一电压比较器301、第二电压比较器302、计数器320、开关305、电压表306和控制器310。
第一电压比较器301被配置成将二极管300的电极电压与第一阈值相比较。二极管可以是由第一掺杂区111、第二掺杂区113的数个离散区114中的一个离散区和本征区112(可选)形成的二极管。备选地，第一电压比较器301被配置成将电触点(例如，电触点119B的离散部分)的电压与第一阈值相比较。第一电压比较器301可被配置成直接监测电压，或通过将一段时间内流过二极管或电触点的电流进行整合来计算电压。第一电压比较器301可由控制器310可控地启动或停用。第一电压比较器301可以是连续比较器。即，第一电压比较器301可被配置成连续地启动并连续地监测电压。被配置为连续比较器的第一电压比较器301使***121错过由入射X射线光子产生的信号的可能性降低。被配置为连续比较器的第一电压比较器301在入射X射线强度相对高时尤其适合。第一电压比较器301可以是钟控比较器，其具有较低耗的益处。被配置为钟控比较器的第一电压比较器301会使得***121错过由一些入射X射线光子产生的信号。在入射X射线强度低时，错过入射X射线光子的可能性因两个连续光子之间的间隔相对长而较低。因此，被配置为钟控比较器的第一电压比较器301在入射X射线强度相对低时尤其适合。第一阈值可以是一个入射X射线光子可在二极管或电阻器中产生的最大电压的5-10％、10％-20％、20-30％、30-40％或40-50％。最大电压可取决于入射X射线光子的能量(即，入射X射线的波长)中、X射线吸收层110的材料和其它因素。例如，第一阈值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二电压比较器302被配置成将电压与第二阈值比较。第二电压比较器302可被配置成直接监测电压，或通过将一段时间内流过二极管或电触点的电流进行整合来计算电压。第二电压比较器302可以是连续比较器。第二电压比较器302可由控制器310可控地启动或停用。在停用第二电压比较器302时，第二电压比较器302的功耗可以是启动第二电压比较器302时的功耗的不到1％、不到5％、不到10％或不到20％。第二阈值的绝对值大于第一阈值的绝对值。如本文使用地，术语实数x的“绝对值”或“模数”|x|是x的非负值而不考虑它的符号。即，第二阈值可以是第一阈值的200％-300％。第二阈值可以是一个入射X射线光子可在二极管或电阻器中产生的最大电压的至少50％。例如，第二阈值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二电压比较器302和第一电压比较器310可以是相同的部件。即，***121可具有一个电压比较器，其可以在不同的时间将电压与两个不同的阈值相比较。
第一电压比较器301或第二电压比较器302可包括一个或多个运算放大器或任何其他适合的电路。第一电压比较器301或第二电压比较器302可具有高的速度，以允许***121在高的入射X射线通量下操作。然而，具有高的速度通常以功耗为代价。
计数器320被配置成记录到达二极管或电阻器的X射线光子的数目。计数器320可以是软件部件(例如，电脑内存中存储的数目)或硬件部件(例如，4017IC和7490IC)。
控制器310可以是诸如微控制器和微处理器等硬件部件。控制器310被配置成从第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超出第一阈值的绝对值(例如，电压的绝对值从第一阈值的绝对阈值以下增加到等于或超过第一阈值的绝对值的值)的时刻启动时间延迟。在这里，因为电压可以是负的或正的，因而使用了绝对值，这取决于是使用二极管的阴极还是阳极的电压，或者是使用哪个电触点。控制器310可被配置成在第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超出第一阈值的绝对值的时间之前，保持停用第二电压比较器302、计数器320以及第一电压比较器301的操作不需要的任何其他电路。时间延迟可在电压变稳定(即，电压的变化率大致为零)之前或之后终止。术语“电压的变化率大致为零”意指电压的时间变化小于0.1％/纳秒。术语“电压的变化率大致为非零”意指电压的时间变化是至少0.1％/纳秒。
控制器310可被配置成在时间延迟期间(其包括开始和终止)启动第二电压比较器。在实施例中，控制器310被配置成在时间延迟开始时启动第二电压比较器。术语“启动”意指促使部件进入操作状态(例如，通过发送例如电压脉冲或逻辑电平等信号，通过提供电力等)。术语“停用”意指促使部件进入非操作状态(例如，通过发送例如电压脉冲或逻辑电平等信号，通过切断电力等)。操作状态可具有比非操作状态更高的功耗(例如，高10倍、高100倍、高1000倍)。控制器310本身可被停用，直到第一电压比较器301的输出在电压的绝对值等于或超出第一阈值的绝对值时启动控制器310。
如果在时间延迟期间，第二电压比较器302确定电压的绝对值等于或超出第二阈值的绝对值，那么控制器310可被配置成促使计数器320记录的数字增加一。
控制器310可被配置成促使电压表306在时间延迟终止时测量电压。控制器310可被配置成使电极连接到电接地，以便使得电压重置并使电极上累积的任何载流子放电。在实施例中，电极在时间延迟终止后连接到电接地。在实施例中，电极在有限复位时期连接到电接地。控制器310可通过控制开关305而使电极连接到电接地。开关可以是晶体管，例如场效应晶体管(FET)。
在实施例中，***121没有模拟滤波器网路(例如，RC网路)。在实施例中，***121没有模拟电路。
电压表306可将它测量的电压作为模拟或数字信号馈送给控制器310。
***121可包括电容器模组309，其电连接到二极管300的电极或电触点，其中电容器模组被配置成从电极收集载流子。电容器模组可以包括放大器的回馈路径中的电容器。如此配置的放大器叫作电容跨阻放大器(CTIA)。CTIA通过防止放大器饱和而具有高的动态范围，并且通过限制信号路径中的带宽来提高信噪比。来自电极的载流子在一段时间(“整合期”)(例如如在图4中示出地，在t0至t1或t1-t2之间)内在电容器上累积。在整合期终止后，对电容器电压采样，然后由重置开关将其重置。电容器模组可以包括直接连接到电极的电容器。
图4示意性地示出了由二极管或电阻器上入射的X射线光子产生的载流子引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和电极的电压的对应时间变化(下曲线)。电压可以是电流关于时间的整合。在时间t0时，X射线光子撞击二极管或电阻器，载流子开始在二极管或电阻器中产生，电流开始流过二极管的电极或电阻器，并且电极或电触点的电压的绝对值开始增加。在时间t1时，第一电压比较器301确定电压的绝对值等于或超出第一阈值V1的绝对值，控制器310启动时间延迟TD1，并且控制器310可在TD1开始时停用第一电压比较器301。如果控制器310在t1之前被停用，在t1启动控制器310。在TD1期间，控制器310启动第二电压比较器302。如本文使用地，术语——在时间延迟“期间”——意指开始和终止(即结束)及其之间的任何时间。例如，控制器310可在TD1终止时启动第二电压比较器302。如果在TD1期间，第二电压比较器302确定在时间t2的电压的绝对值等于或超出第二阈值的绝对值，控制器310促使计数器320记录的数目增加一。在时间te，X射线光子产生的所有载流子漂移出X射线吸收层110。在时间ts，时间延迟TD1终止。在图4的示例中，时间ts在时间te之后；即TD1在X射线光子产生的所有载流子漂移出X射线吸收层110之后终止。电压的变化率从而在ts大致为零。控制器310可被配置成在TD1终止时或在t2或中间的任何时间停用第二电压比较器302。
控制器310可被配置成促使电压表306在时间延迟TD1终止时测量电压。在实施例中，在电压的变化率在时间延迟TD1终止后大致变为零之后，控制器310促使电压表306测量电压。该时刻的电压与X射线光子产生的载流子的数量成比例，其与X射线光子的能量相关。控制器310可被配置成基于电压表306测量的电压确定X射线光子的能量。确定能量的一个方式是通过使电压装仓。计数器320对于每个仓可具有子计数器。在控制器310确定X射线光子的能量落在仓中时，控制器310可促使对于该仓的子计数器中记录的数目增加一。因此，***121可以能够检测X射线图像，并且可以能够分辨每个X射线光子的X射线光子能量。
在TD1终止后，控制器310在复位期RST使电极连接到电接地，以允许电极上累积的载流子流到地面，并使电压重置。在RST之后，***121准备检测另一个入射X射线光子。在图4的示例中***121能够应对的入射X射线光子的速率隐式地受限于1/(TD1+RST)。如果第一电压比较器301被停用，控制器310可以在RST终止之前的任何时间启动。第一电压比较器如果控制器310被停用，可在RST终止之前启动它。
图5示意性地示出了在采用图4所示方式操作的***121中噪音(例如，暗电流、背景辐射、散射X射线、萤光X射线、来自相邻像素的共用电荷)引起的流过电极的电流的时间变化(上曲线)和电极的电压的对应时间变化(下曲线)。在时间t0时，噪音开始。如果噪音未大到足以促使电压的绝对值超出V1的绝对值，控制器310未启动第二电压比较器302。如果在时间t1，噪音大到足以促使电压的绝对值超出由第一电压比较器301确定的V1的绝对值，控制器310启动时间延迟TD1并且控制器310可在TD1开始时停用第一电压比较器301。在TD1期间(例如，在TD1终止时)，控制器310启动第二电压比较器302在TD1期间，杂讯不太可能大到足以促使电压的绝对值超出V2的绝对值。因此，控制器310未促使计数器320记录的数字增加。在时间te，噪音结束。在时间ts，时间延迟TD1终止。控制器310可被配置成在TD1终止时停用第二电压比较器302。如果在TD1期间电压的绝对值未超出V2的绝对值，控制器310可被配置成未促使电压表306测量电压。在TD1终止后，控制器310在复位期RST使电极连接到电接地，以允许电极上由于噪音而累积的载流子流到地面，并使电压重置。因此，***121在噪音抑制方面可非常有效。
图6示出了根据实施例的适于检测X射线的方法(基于诸如图3A和图3B中的电子***的***)的流程图。在902，确定电极的电压。电极可以是暴露于X射线的像素中的二极管或电阻器的电触点。在605，确定相邻像素是否共享由单个X射线光子产生的电荷，即，是否发生电荷共享。如果是，则过程进行至604。否则，过程进行到步骤606将在图7中讨论关于605的更多细节。在604中，当电荷共享发生时，电压被复位。在实施例中，电压的值被复位为零，即，电压被复位到电接地，例如，通过将二极体或电阻器的电触点的电极连接到电接地。在实施例中，电压被删除。结果，单个X射线光子能量不被确定。然后，过程返回到602，检测另一X射线。
在606中，将暴露于X射线的二极管或电阻器的电触点电极的电压的绝对值与第一阈值V1进行比较(例如，通过第一电压比较器301)。在607中，如果电压的绝对值不等于或不超过第一阈值的绝对值，则返回步骤606。如果在607，电压的绝对值等于或超过第一阈值的绝对值，过程继续到608，例如在时间延迟之后或电压稳定之后。在608中，将电压的绝对值与第二阈值进行比较(例如，使用第二电压比较器302)。然后，过程移至615。
在615中，如果电压的绝对值不等于或不超过第二阈值的绝对值，则步骤进入620。如果电压的绝对值等于或超过第二阈值的绝对值，流程继续至步骤616。在616，(例如，控制器320)使得计数器320记录的数字增加一。在618，X射线光子能量被确定，例如，由控制器336基于电压来确定。在实施例中，可以存在用于每个能量仓的计数器。测量X射线光子能量后，所述光子能量所属的仓的计数器能被增加一。618之后步骤进入620。在620中，电压被复位到电接地，例如，通过将二极管或电阻器的电触点电极连接到电接地。620之后，步骤回到602。
图7示出了根据实施例的适于确定图6中步骤605是否发生电荷共享的方法的流程图(基于诸如图3A和图3B所示电子***的***)。如上文所述，602之后，该过程在步骤710开始。在710，获得第一电压波形。第一电压波形示出了在所述多个像素中的一个像素的二极管或电阻器的电触点的电压的时间轮廓。在720，找到所述一个像素的相邻像素。在730，获得在相邻像素处检测到的第二电压波形。第二电压波形示出了相邻像素处的二极管或电阻器的电触点电压的时间轮廓。在740，确定与第一电压波形和第二波形相关联的特征。在实施例中，与第一和第二电压波形相关联的特征是第一电压的上升沿或下降沿与第二电压的上升沿或下降沿之间的时间差。所述特征可以被直接确定为电路的输出。或者，所述特征可以被间接确定，例如，基于电路的两个或多个输出。例如，对应第一电压的上升或下降沿的第一时间以及对应于第二电压的上升或下降沿的第二时间，被分别确定。然后，可以通过比较第一时间和第二时间来确定所述特征(即，时间差)。在750中，如果所述特征在阈值内，则过程移到760，否则过程移至770。
在实施例中，在740，与第一电压波形和第二波形相关联的特征是第一电压的上升沿或下降沿与第二电压的上升沿或下降沿之间的时间差的函数。为了产生这样的特征，可以将上述时间差用作附加电路的输入。在750，如果所述特征大于阈值，则过程移至760。否则，过程移至770。
在760，确定发生电荷共享。然后，如上文所述，过程移至604。在770中，如果存在一个以上相邻像素，则过程移至720。否则，过程移至780。在780，确定不发生电荷共享。然后，如上文所述，过程进行到606。虽然图7中的流程图示出了相邻像素的电荷共享被串行地确定，但是相邻像素的电荷共享可以被并行地确定。
图8A示出了可实现图7方法的电路示例。所述电路输出信号t_charge，其表征第一电压波形的上升沿S1与第二电压波形的上升沿S2之间的时间差。在这个例子中，所述电路包括第一D型触发器(DFF)810、NAND门830、延迟元件820、第一非门812、第二非门814、第二DFF 815和异或(XOR)门840。
如图所示，第一DFF 810和第二DFF815均连接到电源VDD。第一电压波形S1(例如，在像素处被确定)被输入到第一DFF 810。第二电压波形S2(例如，在相邻像素处被确定)被输入到第二DFF 815。如图8A所示，第一DFF810和第二DFF815的输出分别被表示为“上”和“下”。
进一步，第一DFF810和第二DFF815的输出被输入到NAND门830。当第一DFF810和第二DFF 815均输出高电压，即“1”时，所述NAND门830被配置为输出低电压，即“0”。当第一DFF810或第二DFF 815输出低电压，即“0”时，所述NAND门830被进一步配置为输出高电压，即“1”。
延迟元件820在时间上延迟NAND门830的输出。延迟元件820的输出，通过第一非门812和第二非门814，被分别输入到第一DFF810和第二DFF815。第一非门812和第二非门814可被配置成反转延迟元件820的输出，分别地作为第一DFF810和第二DFF815的输入。例如，当延迟元件820的输出为低电压，即“0”时，在被第一非门812和/或第二非门814反转后，高电压(即“1”)被输入到第一DFF 810和/或第二DFF 815.或者，当延迟元件820的输出为高电压即“1”时，在被第一非门812和/或第二非门814反转后，低电压即“0”被输入到第一DFF810和/或第二DFF 815。
异或门840接收第一DFF810和第二DFF815的输出，即“上”和“下”(如图8A所示)作为输入，并最后输出信号t_charge。当第一DFF 810和第二DFF815中的一个输出低电压即“0”，并且另一个输出高电压即“1”时，异或门840被配置成输出高电压，即“1”。当第一DFF810和第二DFF815中均输出低电压即“0”，或高电压即“1”时，异或门840进一步被配置为输出低电压，即“0”。
图8B示意性地示出了相对于图8A中的各种电压波形的示例，例如“S1”、“S2”、“上”、“下”以及“t_charge”。在这个示例中，第一电压波形S1的上升沿850早于第二电压波形S2的上升沿860出现。如图8B的底部所示，电路的结果输出(即t_charge)包括方波波形，其宽度可表示为“Δt1”，其表示第一电压波形S1的上升沿850与第二电压波形S2的上升沿860之间的时间差。如上所述，时间差Δt1中可以进一步与阈值相比较，其可以是例如为10μs、1μs、100ns、10ns等。当时间差Δt1中在阈值内时，确定发生电荷共享。否则，确定不发生电荷共享。
图8C示意性地示出了相对于图8A中的各种电压波形的另一个示例，例如“S1”、“S2”、“上”、“下”以及“t_charge”。在这个示例中，第一电压波形S1的上升沿870比第二电压波形S2的上升沿880晚出现。如图8C的底部所示，电路的结果输出(即t_charge)包括方波波形，其宽度可表示为“Δt2”，其表示第一电压波形S1的上升沿870与第二电压波形S2的上升沿880之间的时间差。如上所述，时间差Δt2可以进一步与阈值相比较，其可以是例如为10μs、1μs、100ns、10ns等。当时间差Δt2在阈值内时，确定发生电荷共享。否则，确定不发生电荷共享。
图9A示出了除图8A中电路之外能够集体实施图7方法的电路示例。所述电路是输出信号v_charge，其是第一电压波形S1的上升沿与第二电压波形的上升沿之间的时间差的函数。所述电路进一步输出决定信号out，其表示是否发生电荷共享(基于对信号v_charge和预定参考电压v_ref的比较)。
在这个示例中，该电路包括逆变器910、电流源920、P沟道场效应晶体管(P-FET)930、N沟道场效应晶体管(N-FET)940、电容器950、以及比较器960。
逆变器910类似于图8A所示的第一非门812和第二非门814。逆变器910接收并反转信号t_charge。具体地，当所述信号t_charge为低电压即“0”时，逆变器910输出高电压，即“1”。或者，或此外，当信号t_charge为高电压即“1”时，逆变器910输出低电压，即“0”。
电流源920被连接到电源VDD，并提供恒定电流，例如由I代表。所述P-FET930具有三个端口，包括栅极(“G”)、源极(“S”)和漏极(“d”)。当所述P-FET 930的栅极与源极之间的电压，即VPGS小于阈值电压VPT，所述P-FET 930导通。因此，所述源极可被认为与所述漏极短接。否则，关闭P-FET 930。因此，可以认为所述源极与所述漏极断开。为简化起见，当P-FET 930的栅极具有低电压(“0”)时，可以认为P-FET 930导通，当P-FET 930的栅极具有高电压(“1”)时，P-FET 930可以被认为是断开。
N-FET 940具有三个端口，包括栅极(“G”)、源极(“S”)和漏极(“D”)。如所示，N-FET940的栅极连接到P-FET 930的栅极以及逆变器910的输出。P-FET 930的漏极连接到N-二FET 940的漏极，其相对于地面的电压表示为如图9A所示的v_charge。当的N-FET 940的栅极和源极之间的电压VNGS大于阈值电压VNT，N-FET 940导通。因此，源极可被认为与漏极短接。否则，断开N-二FET 940。因此，源极可被认为与漏极断开。如图9A所示，在本例中，N-FET940的源极接地。为简单起见，当N-二FET 940的栅极具有高电压(“1”)时，N-FET 940可被认为导通。当的N-FET 940的栅极具有低电压(“0”)时，N-FET 940可被认为断开。
当P-FET 930导通且N-二FET 940断开时，电容器950可充电以产生v_charge正电压。在这个示例中，电压v_charge的正的部分与时间成比例。v_charge的峰值与由t_charge表示的对应的方波宽度成比例，并可表示为：
其中v_charge_peak表示v_charge电压的峰值，I表示来自电流源的恒定电流，Δ表示方形波形t_charge的宽度，C表示电容器950的电容。
当断开P-FET 930并且导通N-FET 940时，电容器950可放电以导致v_charge的零电压。
比较器960比较v_charge和预定参考电压v_ref，并最后产生决定信号out，其可包括高电压(“1”)(当v_charge的对应部分大于预定参考电压v_ref时)，并且也可包括低电压(“0”)(当v_charge的对应部分小于预定参考电压时v_ref时)。在实施例中，预定参考电压可以是任何正电压。进一步，可以基于决定信号out确定是否发生电荷共享。当决定信号out在所有时刻具有低电压(“0”)，确定发生电荷共享。否则，确定不发生电荷共享。
在操作中，当t_charge具有低电压时(“0”)时，逆变器910的输出具有高电压(“1”)。于是P-FET 930断开，并且N-FET 940导通。结果，只要t_charge保持在低电压(“0”)，电容器950放电。由于电容器950接地，v_charge具有低电压(“0”)。因此，信号out具有低电压(“0”)。
或者，当t_charge具有高电压时(“1”)，逆变器910的输出具有低电压(“0”)。于是，P-FET930接通，N-FET940断开。结果，只要t_charge保持在高电压(“1”)，电容器950由电流源920充电。信号v_charge线性增加，直到t_charge从高电压(“1”)转变为低电压(“0”)。v_charge的峰值与方波波形的宽度(表示为t_charge)成比例。
在任一种情况下，将v_charge电压与预定阈值电压v_ref进行比较，于是输出决定信号out。当v_charge电压小于预定阈值电压v_ref时，决定信号out具有低电压(“0”)。当v_charge电压大于预定阈值电压v_ref时，决定信号out具有高电压(“1”)。进一步，基于决定信号out，可确定是否发生电荷共享。当决定信号out一直具有低电压(“0”)时，确定发生电荷共享。否则，确定不发生电荷共享。
图9B示意性地示出了图9A各种波形的示例。如所示，当t_charge从低电压(“0”)转换到高电压(“1”)时，v_charge信号随着时间线性增长。当t_charge从高电压(“1”)转换到低电压(“0”)时，v_charge返回到零。当v_charge大于预定参考电压v_ref时，对应的决定信号out具有高电压(“1”)。否则，其具有低电压(“0”)。如上文所述，可以确定在这种情况下不发生电荷共享。
图9C示意性地示出了图9A各种波形的另一个示例。不同于图9B，v_charge一直低于预定参考电压v_ref。结果，对应的决定信号out一直具有低电压(“0”)。如上所述，可以确定在这种情况下发生电荷共享。
半导体X射线检测器100可用于相衬X射线成像(PCI)(也称为相敏X射线成像)。PCI包括至少部分地使用由那个物体引起的X射线光束的相移(包括相移的空间分布)形成物体图像的技术。一个获得相移的方法是将相位变换为强度的变化。
PCI能与断层摄影技术相结合来获得物体折射率的实数部分的三维分布。PCI相比基于强度的传统X射线成像(例如，辐射照相术)而言，对物体中的强度分布更为敏感。PCI特别适用于软组织成像。
根据实施例，图10示意性地示出了适于PCI的***1900。***1900可包括至少两个X射线检测器1910和1920。这两个X射线检测器1910和1920二者或之一是本文所述的半导体X射线检测器100。X射线检测器1910和1920可以由间隔件1930隔开。间隔件1930可以极小量地吸收X射线。例如，间隔件1930可以具有非常小的质量衰减系数(例如，<10cm2g-1、<1cm2g-1、<0.1cm2g-1或<0.01cm2g-1)。间隔件1930的质量衰减系数可以是均匀的(例如，间隔件1930中每两个点之间)的变化小于5％、小于1％或小于0.1％)。间隔件1930可对穿过间隔件1930的X射线的相位产生相同总量的变化量。例如，间隔件1930可以是气体(例如，空气)、真空室，可以包括铝、铍、硅或其组合。
***1900可用于获得由被成像物体1960引起的入射X射线1950的相移。X射线检测器1910和1920可以同时捕获两幅图像(即，强度分布)。由于X射线检测器1910和1920由间隔件1930隔开，所述两幅图像与所述物体1960的距离不同。相位可以从所述两幅图像中确定，例如使用基于菲涅耳衍射积分的线性化的算法。
根据实施例，图11示意性地示出了适于PCI的***1800。***1800包括在此描述的半导体X射线检测器100。半导体X射线检测器100被配置成移动到距暴露于入射X射线1850的物体1860的不同距离处，并捕获其图像。图像可不必同时被捕获。该相位可以从图像确定，例如使用基于菲涅耳衍射积分的线性化的算法。
图12示意性地示出了包括本文所述的辐射检测器100的***。该***可用于医学成像，例如胸部X射线照相、腹部X射线照相等。***包括X射线源1201。从X射线源1201发射的X射线穿透物体1202(例如，人体部位如胸部、肢体、腹部)，被物体1202的内部结构(例如，骨骼、肌肉、脂肪、器官等)不同程度衰减，并且被投影到半导体X射线检测器100。半导体X射线检测器100通过检测X射线的强度分布而形成图像。
图13示意性地示出了包括本文所述的半导体X射线检测器100的***。该***可用于医疗成像，例如牙科X射线照相。该***包括X射线源1301。从X射线源1301发射的X射线穿透物体1302，其是哺乳动物(例如，人)的嘴巴的部分。物体1302可包括上颌骨、腭骨、牙齿、下颌或舌。X射线被物体1302的不同结构不同程度衰减，并被投射到X射线检测器100。半导体X射线检测器100通过检测X射线的强度分布形成图像。牙齿比龋牙、感染部位、牙周韧带更多地吸收X射线。牙科患者接收的X射线检测器的剂量典型地是小的(对全嘴系列约0.150mSv)。
图14示意性地示出了包括本文所述的半导体X射线检测器100的货物扫描或非侵入性检查(NII)***。该***可用于检查和识别例如集装箱、车辆、船舶、行李等运输***中的货物。该***包括X射线源1401。从X射线源1401发射的辐射可以从物体1402(例如，集装箱、车辆、船舶等)背散射，并被投影到半导体X射线检测器100。物体1402的不同内部结构可以对所述辐射进行不同地背散射。半导体X射线检测器100通过检测背散射X射线的强度分布和/或背散射X射线光子的能量来形成图像。
图15示意性地示出了包括本文所述的半导体X射线检测器100的另一货物扫描或非侵入性检查(NII)***。该***可用于公共运输站和机场的行李筛选。该***包括X射线源1501。从X射线源1501发射的X射线可穿透行李1502中，被行李的内容不同地衰减，并被投射到半导体X射线检测器100。所述半导体X射线检测器100通过检测透射X射线的强度分布而形成图像。该***可以揭示行李的内容，并识别在公共交通上的违禁品，例如***、毒品、锋利武器、易燃物。
图16示意性地示出了包括本文所述的半导体X射线检测器100的全身扫描***。为了安全筛选目的，全身扫描***可以检测人身上的物体，不需要物理地移去衣物或进行物理接触。全身扫描***能检测非金属物体。全身扫描***包括X射线源160。从X射线源1601发射的辐射可从被筛选的人1602和其身上的物体背散射，并被投射到辐射检测器100。所述物体和所述人体可以不同地背散射辐射。半导体X射线检测器100通过检测背散射X射线的强度分布来形成图像。辐射检测器100和X射线源1601可被配置成沿直线或旋转方向扫描人体。
图17示意性地示出了包括本文所述的半导体X射线检测器的X射线计算机断层摄影(X射线CT)***。X射线CT***使用计算机处理的X射线来产生被扫描对象的特定区域的断层图像(虚拟“切片”)。断层图像可用于各种医学学科中的诊断和治疗目的，或用于探伤、故障分析、计量、组装分析和反向工程。X射线CT***包括本文描述的半导体X射线检测器100和X射线源1701。辐射检测器100和X射线源1701可被配置成沿一个或多个圆形或螺旋路径同步旋转。
图18示意性地示出了包括本文描述的半导体X射线检测器100的电子显微镜。电子显微镜包括被配置成用以发射电子的电子源1801(也称为电子枪)。电子源1801可具有各种发射机制，例如热离子、光电阴极、冷发射或等离子体源。被发射的电子通过电子光学***1803，其可被配置为影响、加速或聚焦电子。然后电子到达样品1802，并且图像检测器可从那里形成图像。电子显微镜可以包括本文所述的辐射检测器100，用于进行能量色散X射线分光镜检查(EDS)。EDS是用于样品的元素分析或化学表征的分析技术。当电子入射到样品上时，可从样品发射特征X射线。入射电子可以激发样品中的原子的内壳中的电子，从所述壳中将其排出，同时在所述电子原先的位置形成电子空穴。来自外部的高能壳层的电子填充所述空穴，较高能量壳层与较低能量壳层之间的能量差可以按X射线的形式释放。通过半导体X射线检测器100可以测量从样品发射的X射线的数量和能量。
图19示意性地示出了包括本文所述的半导体X射线检测器100的辐射剂量仪。辐射剂量仪能够测量辐射的平均剂量率(例如，来自辐射源1901的X射线)。辐射源1901可包括火山1910或******。辐射剂量仪可包括室1902，其包括空气或其它气体。经过气体的X射线将使其电离，产生正离子和自由电子。入射光子将产生与其能量成比例的多个这样的离子对。与辐射剂量仪相关联的X射线检测器可以测量在气体容量上的平均剂量率或交互作用的光子数量。虽然在非图像应用中的X射线检测器通常是单个像素检测器，本文描述的具有多个像素、具有管理在相邻像素上可出现的电荷共享的能力的X射线检测器100也可以被使用。
图20示意性地示出了包括本文所述的半导体X射线检测器100的元素分析仪。元素分析仪能够检测在诸如玩具的物体上的一个或多个感兴趣的元件的存在。高能量的带电粒子束(诸如电子或质子、或X射线束)被引导到物体上。物体的原子被激发，并在特定波长处发射X射线(其是元素的特征)。X射线检测器100接收所述被发射的X射线，并基于所述被发射的X射线的能量确定所述元素的存在。例如，X射线检测器100可被配置成检测位于铅发射的波段的X射线。如果X射线检测器100从物体上确实接受到在这些波段的X射线，就能知道铅存在。本文描述的半导体X射线检测器100可具有其它应用，比如在X射线望远镜、X射线***摄影、工业X射线缺陷检测、X射线显微或微成像、X射线铸造检查、X射线无损检测、X射线焊接检查、X射线数字减影血管摄影等中。使用该半导体X射线检测器100适合于代替摄影板、摄影胶片、PSP板、X射线图像增强器、闪烁体或另一个半导体X射线检测器。
尽管本文公开了各种方面和实施例，其它方面和实施例对于本领域内技术人员将变得明显。本文公开的各种方面和实施例是为了说明目的而不意在为限制性的，其真正范围和精神由下列权利要求示明。

Claims (37)

1.一种用于X射线检测的仪器，包括：
X射线吸收层，该X射线吸收层包括第一像素和第二像素；以及
控制器，该控制器被配置成用以：
确定由第一X射线光子产生的载流子被所述第一像素和所述第二像素收集，并且
复位与由所述第一像素和所述第二像素收集的载流子相关联的信号。
2.根据权利要求1所述的仪器，其中，复位所述信号包括将所述信号的每一个值复位归零，或者删除所述信号。
3.根据权利要求1所述的仪器，其中，与所述第一像素和所述第二像素收集的载流子相关联的所述信号包括：由所述第一像素收集的第一载流子产生的第一电压，以及由所述第二像素收集的第二载流子产生的第二电压。
4.根据权利要求3所述的仪器，其中，所述第一像素与具有所述第一电压的第一电容器相关联，并且所述第二像素与具有所述第二电压的第二电容器相关联。
5.根据权利要求3所述的仪器，其中，确定由所述第一X射线光子产生的载流子被所述第一像素和所述第二像素收集包括：确定与所述第一电压和所述第二电压相关联的特征，并且其中，所述特征是在所述阈值内或大于所述阈值。
6.根据权利要求5所述的仪器，其中，所述特征是：所述第一电压的上升沿或下降沿与所述第二电压的上升沿或下降沿之间的时间差，或其函数。
7.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述控制器还被配置为：
确定由所述第二X射线光子产生的所有载流子均由所述第一像素或者所述第二像素收集，并且
基于由所述第二X射线光子产生的所有载流子确定所述第二X射线光子能量。
8.根据权利要求7所述的仪器，其中，还包括被配置成用以记录所述X射线吸收层吸收的X射线光子数的计数器，其中，所述控制器被配置成：如果所述第二X射线光子能量等于或超过预定能量阈值，使所述计数器记录的数字增加1。
9.根据权利要求7所述的仪器，其中，基于由所述第二X射线光子产生的所有载流子产生的电压来确定所述第二X射线光子的能量。
10.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述仪器包括像素阵列。
11.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述控制器包括第一D型触发器(DFF)以及第二D型触发器，其中，与所述第一像素相关联的第一电压波形被输入到所述第一D型触发器，并且与所述第二像素相关联的第二电压波形被输入到所述第二D型触发器。
12.根据权利要求11所述的仪器，其中，所述控制器还被配置成用以产生基于来自第一D型触发器的输出信号的第一信号以及来自所述第二D型触发器的第二输出信号，并且其中，所述第一信号表示所述第一波形的上升沿或下降沿与所述第二波形的上升沿或下降沿的时间差。
13.根据权利要求12所述的仪器，其中，基于所述第一输出信号和所述第二输出信号生成的信号被回馈为第一D型触发器和第二D型触发器的输入。
14.根据权利要求12所述的仪器，其中，所述控制器还包括N沟道场效应晶体管(N-FET)、P沟道场效应晶体管(P-FET)和电容器。
15.根据权利要求14所述的仪器，其中，所述控制器还被配置成基于所述第一信号生成第二信号，其中所述第二信号的峰值与所述第一波形的上升沿或下降沿与所述第二波形的上升沿或下降沿的时间差成比例。
16.一种包括根据权利要求1所述的仪器和X射线源的***，其中所述***被配置成对人体胸部或腹部进行X射线照相。
17.一种包括根据权利要求1所述的仪器和X射线源的***，其中所述***被配置成对人的嘴部进行X射线照相。
18.一种包括根据权利要求1所述的仪器和X射线源的货物扫描或非侵入性检查(NII)***，其中，所述货物扫描或非侵入性检查(NII)***被配置成基于背散射X射线形成图像。
19.一种包括根据权利要求1所述的仪器和X射线源的货物扫描或非侵入式检查(NII)***，其中，所述货物扫描或非侵入性检查(NII)***被配置成基于穿过被检查的物体的X射线形成图像。
20.一种包括根据权利要求1所述的仪器和X射线源的全身扫描***。
21.一种X射线计算机断层摄影***，该***包括根据权利要求1所述的仪器和X射线源。
22.一种电子显微镜，该电子显微镜包括根据权利要求1所述的仪器、电子源和电子光学***。
23.一种包括根据权利要求1所述的仪器的***，其中，所述***被配置为测量X射线源的剂量。
24.一种包括根据权利要求1所述的仪器的***，其中，所述***为X射线望远镜或X射线显微镜，或者其中，所述***被配置成进行***摄影、工业缺陷检测、微成像、铸造检查、焊接检查或数字减影血管摄影。
25.一种方法，包括：
确定由第一X射线光子产生的载流子被第一像素和第二像素收集；以及
复位与由所述第一像素和所述第二像素收集的载流子相关联的信号。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，复位所述信号包括将所述信号的每个值复位归零，或者删除所述信号。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，与由所述第一像素和所述第二像素收集的载流子相关联的所述信号包括：由所述第一像素收集的第一载流子产生的第一电压和由所述第二像素收集的第二载流子产生的第二电压。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述第一像素与具有所述第一电压的第一电容器相关联，所述第二像素与具有所述第二电压的第二电容器相关联。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，确定由所述第一X射线光子产生的载流子被所述第一像素和所述第二像素收集，这包括确定与所述第一电压和所述第二电压相关联的特征，其中，所述特征是在所述阈值内或大于所述阈值。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述特征是：所述第一电压的上升沿或下降沿与所述第二电压的上升沿或下降沿之间的时间差，或其函数。
31.根据权利要求25所述的方法，还包括：
确定由所述第二X射线光子产生的所有载流子被所述第一像素或所述第二像素收集；并且
基于由所述第二X射线光子生成的所有载流子确定所述第二X射线光子能量。
32.根据权利要求31所述的方法，还包括：
记录被所述X射线吸收层吸收的X射线光子数量；以及
如果所述第二X射线光子能量等于或超过预定的能量阈值，使计数器记录的数字增加1。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，基于由所述第二X射线光子产生的所有载流子产生的电压来确定所述第二X射线光子的能量。
34.一种适用于相衬X射线成像(PCI)的***，所述***包括：
根据权利要求1所述的仪器；
以及第二X射线检测器；以及
间隔件，
其中，所述仪器和所述第二X射线检测器被所述间隔件隔开。
35.根据权利要求34所述的***，其中，所述仪器和所述第二X射线检测器被配置成用以分别同时捕获物体的图像。
36.根据权利要求34所述的***，其中，所述第二X射线检测器与所述仪器相同。
37.一种适用于相衬X射线成像的***，所述***包括根据权利要求1所述的仪器，其中，所述仪器被配置成运动至距暴露于入射X射线的物体不同距离处并拍摄其图像。
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