JPH07509350A - 最適化された電極配列を有して処理を行なうイメージングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 最適化された電極配列を有して処理を行なうイメージングシステム技術分野 本発明はイメージを生じさせるシステムに関し、特に、放射線を吸収する光導電 部材を用いて潜在的なイメージすなわち潜像を形成し、続いて光導電部材内の潜 像を選択的に検出するシステムに関する。

背景技術 イメージングシステムの中には、対象のイメージを表す入射放射線を吸収する光 導電部材を用いるものがある。適切な光導電部材は、この放射線を吸収して、電 子−正孔対（電荷キャリヤ）を生じさせるであろう。電子−正孔対は、光導電体 を横断して印加される電界によって互いに分離されて、光導電体の面（一般には 、薄い平面層である）に潜像を形成するであろう。走査放射線の細いビームは、 第２組の電荷キャリヤの移動を生じさせることによって、光導電体の放電を実質 的に達成する。光導電体の面内におけるこのような第２の電荷キャリヤの配分は 、ａ初の電荷キャリヤの配分、すなわち潜像により、影響を受ける。第２の電荷 キャリヤの移動が検出されて適切な回路でデジタル化され、このように潜像はデ ジタル形式で捕らえられる。

１つの特定の実施例において、光導電体は、間に光導電層と絶縁層とがある２つ の電極を備えつ多層構造の一部分である。高電圧電源は、入射放射線および走査 放射線での露光中に、その構造内において電界を維持する（もっとも、各露光中 に、必ずしも、同じ電界強度が存在するとは限らない）。このタイプのシステム の一例は、米国特許第４．１７６．２７５号明細書（コーン氏はか）に教示され ている。光導電層を横断する電界の印加は、米国特許第４，５３９．５９１号明 細書（ツエメノ氏はか）に教示されたように、絶縁層を横断する前の（反対の） 電界を確立することによって助けられることが可能である。

第２の密接に関連するアプローチは、エアギャップ光誘導放電（ＰＩＤ）法とし て知られているが、絶縁層として空気を用いるものであり、一般に高精度の機械 式または圧電デバイスによって、２つの電極間において、均等な分離が維持され る必要がある。放射線を露光するより前に、コロナが光導電体の面を充電し、部 材内に電界を形成する。したがって、入射放射線は、その面を部分的に放電して 、潜像を生じさせ、読み出し信号は、走査放射線に反応して残りの電界の影響を 受ける電荷移動によって誘導される。このようなシステムは、ローランド氏ほか による、Ｍｅｄ、　Ｐｈｙｓ、第１８巻第３号、１９９１年５月／り月第４１２ 〜４３１頁に、開示されている。

潜像を走査する方法は、種々存在する。たとえば、米国特許第４，９６１．２０ ９号明細書（ローランド氏はか）は、光導電層の上に位置決めされた透明センサ 電極と、この透明センサ電極を通って光導電層を走査するレーザパルスとを用い る。

光導電層と透明電極とを互いに相対移動して相対移動の方向がレーザが走査する 方向を横断するようにすることによって、電荷キャリヤのビクセルごとの放電が 引き起される。

このようなシステムの実際の適用は、い（つかの問題に直面した。

第１に、イメージングスタック（すなわち、電極、絶縁物、導電部材など）の製 作は、一般に２つのサブスタックを構成し、次にそれらを互いに付着することに よって、互いに部材層を付着することが必要がある。このような手順は、イメー ジングスタックの厚さを不均一にする可能性がある。

第２に、入射放射線の反射および散乱が層間の界面において生じる可能性があり 、イメージ品質を低下させる。この問題、およびこの問題に対する試みられた解 決法は、厚さの不均一によって、さらにひどくされる。

第３に、絶縁部材の放電絶縁破壊が、特にエアギャップＰＩＤ法において、起こ る可能性があり、システムにアバランン電流を引き起こす。

第４に、胸部Ｘ線のような実際の適用の必要を考えると、イメージングスタック の面積寸法が大きくなるにつれ、電極プレートによって形成される静電容量が増 大し、システムの効率を低下させる。この最後の問題に対する１つのアプローチ は、米国特許第４，８５７．７２３号明細書（モデセッテ氏）のアプローチであ る。

このアプローチは、互いにグループにまとめられた多数の小さい検出器を用いる ことによって、この静電容量の問題を、解決するというよりも、むしろ回避して いる。

本発明は、イメージングデバイスに入射する放射線によって形成されたイメージ を生じさせるシステムである。イメージングデバイスは、第１導電層と、絶縁部 材と、光導電絶縁層と、電気的ブロッキング層と、第２導電層（導電電極の分割 された配列を含む）とを、この順に備える。システムは、さらに、上記第１およ び第２導電層間に電界を形成する電界形成手段であって、電子−正孔対が入射放 射線の吸収によって形成され、そして、分離されて電流を形成し、その結果、上 記絶縁部材と上記光導電絶縁層との界面に静電気による潜像を形成するようにす る電界形成手段を備える。本発明は、スキャナを備える。スキャナは、第１時間 順序パターンで、上記イメージングデバイスの単一スポットを一回活性化し、各 スポットは、上記イメージングデバイス内において、移動可能な電荷キャリヤを 含む第２電流を生じさせる。最後に、システムは、導電電極に接続されかつ上記 電荷キャリヤの運動に対して感度がある検出電子回路をさらに備え、電子回路の 感度は、第２時間順序パターンで上記配列の上記部材に対して一致される。本発 明を完成するためには、電極の配列は複数の細長い細片であり、各細片は第１方 向に位置し、上記スキャナは、上記第１方向と実質的に異なる第２方向に、１度 に１メンバーを、上記配列を走査し、上記電子回路は、上記イメージの１ビクセ ルとして、上記第１および第２パターンの一致を分析する。したがって、イメー ジのビクセル表現が生成される。本システムは、改良された出力信号強度と、公 知のシステムより高い解像度とを有する。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の一実施例の略図である。

図２は、本発明の他の実施例の略図である。

図３は、本発明で用いるための好ましい増幅器の電気回路略図である。

図４は、図２の実施例の一部分の断面図である。

図５は、本発明による増幅器回路についての電子信号のトレースである。

図６は、本発明の実施例の特性のグラフである。

図７は、本発明による電極細片の略図である。

図８および９は、本発明による検出器についてのビクセル数の関数として信号強 度を示すグラフである。

図１０は、本発明による検出器についての電極細片幅の関数として信号強度を示 すグラフで図である。

発明の詳細な説明 本発明の基本構成は、図１に図示されている。イメージングデバイス１０は一つ の積層されたスタック（積み重ね）を備える。すなわち、第１導電絶縁層１２と 、絶縁材１４と、光導電絶縁層１６と、電気的ブロッキング層１８と、第２導電 層２０とを、（図示されたように上から下へ）この順で備える。第２導電層２０ は、導電電極の分割された配列を、図示された１６チヤンネルの実施例において ２０ａ〜２０ｐを、備える（Ｉｌｉ！のチャンネル数も可能である）。

分かり易くするために図示されていないが、実際の構成において、積層されたス タック用の支持物が、たとえば透明支持基板および／またはあるタイプのメカニ カルフレームが、一般に用いられるであろう。積層されたスタックは、個々の構 成要素から基板上に組み立てられて、次にフレームに配置されてもよい。しかし 、材料の適切な選択によって、積層されたスタックは基板またはメカニカルフレ ームを必要としなくてもよ（、したがって、本発明は、基板やメカニカルフレー ムの使用を必要とするものに限定されない。

後述する電気的特性および透明性を考慮することを条件として、多（の材料が、 スタックの各層に適している。一般に、基板が用いられるならば、基板は、機械 的支持と寸法安定性と低導電率とを備える任意の材料としてよい。たとえば、約 ２から４Ｌｌｌｌ１１の厚さのガラスは、適切な基板であり、その上に平らな導 電膜を付着して次に不要材料をエツチング除去することによって、第２導電層の 分割された配列が形成されてよい。

光導電絶縁層用の好ましい材料は、アモルファスセレンであり、従来の方法で積 層されたスタック内に含まれてよい。池の材料の中で、鉛酸化物、カドミウム硫 化物、および第一水銀ヨウ化物は、有機光導電体であるので、適している。一般 に、光導電絶縁層は、放射線がなければ、たとえば約１０９オーム−〇ＩＩ＋又 はそれより大きい値のように、導電率が低く、電界は十分な期間において光導電 層を横断して維持されるであろう。

光導電絶縁層の厚さは、入射放射線束の約５０％又はそれ以上を吸収できるよう に十分であるべきである（後述する）。たとえば、アモルファスセレンおよび診 察Ｘ線放射線について、この厚さは、約２５０〜５５０マイクロメートルである 。

絶縁材は、システムの運転温度において流体材料（空気のような気体材料を含む ）であっても、または、システムの運転温度において非流体材料の層であっても よい。

絶縁層は、一般に、１００から３００ミクロンの厚さである。絶縁層は、たとえ ばポリ−ｐ−キシレンすなわちユニオンカーバイドの“パリレン−Ｃ″などの蒸 着高分子材料の使用により形成されてよい。この材料は均一厚さの層を形成でき る能力のため好ましい。もっとも、材料が点源から付着されたと、この能力は幾 分悪影響を受ける。あるいは、たとえば高分子フィルム上に蒸着された金層と光 接着（ｏｐｔｉｃａｌ　ａｄｈｅｓｓｉｖｅ）の使用によってスタックに加えら れたそのプロダクトのように、第１導電層は、柔軟な絶縁材上に、分離して付着 されてよい。

電圧源２２は、第１および第２導電層１２および２０の間に電界を形成し、光導 電層において形成された電子−正孔対（以下参照）は、第１入射放射線３０によ ってイメージングデバイス１０内において分離されるようになる。５〜２０ｖ／ ミクロンの電界が一般的である。この範囲のより高い端における電界強度は、シ ステムのキャリヤ分離効率を向上する。一般に、しかし必ずしもそうではないが 、アモルファスセレンが用いられるとき、電気的ブロッキング層は、絶縁層に最 も近い電極に正の極があるように、選択される。そして、同じ相対径がシステム の全運転段階において用いられる。しかし、適切に調整されれば、これも必要で はない。たとえば、光導電絶縁層が均一放射線にさらされるとき、第１電極は、 第２電極に関して、負にバイアスされてよく、それによって、光導電層と絶縁層 との界面において均一の電荷密度を形成する。したがって、絶縁物を横断する電 界は、光導電層を横切るよりずっと高い。入射放射線の露光中に、電圧源が調整 され、たとえば、０という電圧源値を使用することによって、絶縁層を横切る電 圧は、光導電体と共有される。

入射放射線は、光導電絶縁層１６内に電荷キャリヤを形成することによって、イ メージングスタック内に潜像を残す。電荷キャリヤは、電圧源２２により形成さ れる電界の影響を受けて、分離する。これは、イメージングデバイス１０内に第 １電流を形成し、イメージ的パターンで電界を誘導し、その結果、絶縁材１４と 光導電絶縁層１６との間の界面２４において静電気による潜像を形成する。この 潜像が分散させないために、約１〜５Ｖ／ミクロンの電界は、電圧源２２を切り かつ電界を維持するために光導電層の相対的に遅い暗減衰（ｄａｒｋ　ｄｅｃａ ｙ）速度にたよることによって、または、その電界強度で他の電圧源（図示され ず）を用いてそれを一定に保つことによって、構造を横断して残されてもよい。

関心のあるイメージは、どちらが一方の面からイメージングスタックに入射する 入射放射線３０のパターンの形である。図１において、入射放射線３ｏは、電極 配列の方向から入射しているが、これは単なる実例である。この実施例において 、電極の配列と電気的ブロッキング層１８とは、入射放射線３ｏの波長において 、半透明でなければならない。本発明の好ましい実施例では、Ｘ線（１０−’か ら１０”ｃ＋＊の波長）の形の入射放射線とともに用いるように設計されている 。このＸ線に対して、薄い金属層（たとえばアルミニウム）は十分に半透明であ る。

操作の読み出し段階において、積層されたスタックを横断して、一般に１〜５■ ／ミクロンの第３電界強度が維持され、最も好ましくは、イメージの露光中に使 用されたのとは反対の極性である。スキャナ２６は、第１時間順序（ｆｉｒｓｔ ｔｉｍｅ−ｏｒｄｅｒｅｄ）パターンで、走査放射線２８を利用してイメージン グデバイス１０を活性化し、イメージングデバイス１０内で、移動電荷キャリア を含む第２電流を生じさせる。

走査放射線２８は、入射放射線の波長と実質的に同じ波長であっても、また、実 質的に異なる波長であってもよい。走査放射線２８は紫外線、可視光線、又は赤 外線としてよい。

一般に、第１時間順序パターンは、潜像をとどめている積層されたスタックの面 全体が走査されることを確実にするであろう。すなわち、好ましいパターンは、 積層されたスタックの面全体を走査する。なぜなら、走査が完了するまで、面上 のイメージの位置が分からないからである。最も高解像度で最も能率的に操作す るためには、面上の任意の点は１度だけ走査され、かつ走査されない点はない。

好ましいパターンは、一連の平行ラインであり、各ラインにおいて同じ方向に走 査が進行し、スキャナがライン間においてスタックの他方に戻る時間を許容する 。

このようなパターンは、電極の方向に対して４５度までの角度で配置されること が可能であるが、好ましくは電極の向きに対して直角に配置される。

走査放射線２８は、光導電絶縁層１６に吸収される。一般に、スキャナは連続的 なレーザであり、走査放射線は、可視波長範囲内である。波長は、光導電層内に おいて電荷キャリヤを励起するために必要とされるエネルギによって決定される 。アモルファスセレンの光導電絶縁層に対しては、青−緑レーザが適している。

レーザは、その焦点合わせと強度特性とについては好ましいが、そのコヒーレン ス（干渉性）については好ましくない。厚さがゼロでない絶縁層についてのコヒ ーレンス光源の使用は、干渉効果を生じさせる。この効果は、絶縁層の面から走 査放射線の反射を減少することによって、たとえばその層の片面または両面に反 射防止コーティングを使用することによって、できるだで小さくしてよい。これ を達成する方法は、米国特許第４，７１１．８３８号明細書（グレコビック氏ほ か）を含む多くの出典に、教示されてきた。

図１に示された実施例において、走査放射線２８は、吸収より前に第１導電層１ ２および絶縁層１４を通過することによってイメージングスタック１ｏを活性化 する。これは、実例にすぎない。なぜなら、図２に示されたように、吸収より前 に第２導電層２０と電気的ブロッキング層１８とを通過することによっても、走 査放射線２８はイメージングスタック１ｏを活性化できるからである。どちらの 場合においても、走査放射線が通過する導電層は、走査放射線の波長において（ たとえば、可視レーザで特有な数百ナノメートルのオーダーの波長において）半 透明でなければならない。一般に、どちらの導電層も、厚さが薄いメタリック（ ｍｅｔａｌＨｃ）構造（たとえば、金）又は厚さの比較的大きいノン−メタリッ ク（ｎｏｎ−ｏｅｔａｌｌｉｃ）構造（たとえば、０．１から０．５ミクロン厚 のインジウムスズ酸化物）であるため、半透明であろう。電気的ブロッキング層 １８も半透明でなければならず、一般に０．０１から０．１　ミクロンの厚さで ある。絶縁層１４は、高分子構造（たとえば、ポリエステル）であるため、透明 であろう。また、基板があってかつ放射線が基板中を通過するならば、基板は、 含まれている波長において透明でなければならない。

図２に示されたように、電極２０の配列は複数の細長い平行細片である。Ｘ線放 射線の適用において、１０〜２００ミクロンの細片幅が好ましい。配列が、単一 の連続する導電プレートのように作用するとき、個々の細片は、任意の都合のよ い方法で互いに接続されているだけである（図２において図示されていない）。

電極２０の方向は、スキャナ２６によって実行される走査の方向とは、実質的に 異ならなければならない。すなわち、スキャナ２６は、矢印３２で示された“垂 直”方向に配列を走査し、電極は、矢印３４で示された“水平”方向に位置して いる。このように、図示されたように、方向３２及び３４は互いに直角である。

しかし、検出電子回路４０に対する適切な変形例に関しては、他の実質的に異な る方向が可能である。

潜像は、導電電極２０に取り付けられた検出電子回路４０によって捕らえられ、 走査放射線２８によって運動するようにされる電荷キャリヤの運動に影響されや すい。各電極について、誘導された電荷の変化が検出されて増幅され、潜像のそ の部分の捕捉を表す信号を生じさせる。

検出電極４０の感度は、第２時間順序パターンにおいて、配列２０の個数に合わ せられる。単一の電極は、隣接する電極より感度を高くされる。これは、隣接す る電極を、その間の単一の電極に対して“有効”すなわち“垂直“グランドレベ ル（必ずしも、絶対グランドレベルではない）に保持して、この単一の電極に電 荷を集めることを開始するために積分回路をトリガ（始動）することによって、 行なわれる。たとえば、上述された第１時間順序パターンの平行ラインが与えら れると、第２時間順序パターンは、感度の“方向”に続くであろう。すなわち、 時間の関数としての最も感度の高い電極の位置は、走査放射線の通過の度に、積 層されたスタックを同じ方向に繰り返して横切って移動するように見えるであろ う。この見かけの運動は、スキャナが次のラインに移動できるための各スタック 端におけるポーズ（一時的な中断）を含む走査パターンに同期されるであろう。

このように、第１および第２時間順序パターンの適切な調整によって、検出電子 回路４０は、入射放射線３０によって生成されるイメージのビクセルとして、第 １および第２パターンの一致を分析する。これは、米国特許第４，１７６．２７ ５号明細書（コーン氏はか）に教示されているように、単一のライン形状パター ンを有するこのタイプのシステムにおいて一つの細長い電極を走査し、電子回路 を調整してかつすべての電極を平行方式で同時に読み取る公知の慣例に反する。

図２は、どのようにして、細長い電極の配列が検出電子回路４０に取り付けられ ることが可能であるかの実施例を示す。もっとも、他の技術も可能である。図示 の都合から、図２には９個の電極だけが示されている。すなわち、包含的な１番 目から・１番目までの電極と、Ｎ番目の電極と、包含的なＮ＋１番目からＮ＋４ 番目までの電極とが、示されている。１番目の電極から開始して、Ｎ番目毎の電 極細片は、互いに電気的に接続されている。すなわち、１番目とＮ＋１番目との 電極が接続され、同様に、２番目とＮ＋２番目との電極、３番目とＮ＋３番との 電極のように接続される。このように、Ｎチャンネルは、Ｍ個の電極から形成さ れてよい。ここで、ＭはＮより大きいときいが、Ｎ個の回路だけ必要である。も つとも、当然、Ｍ個までの回路を使用可能である。

分かり易くするために図２には示されていないが、電極の配列は、好ましくは、 配列の両端において走査開始および走査終了の電極を含み、各電極は、必要とさ れれば、専用回路を有してよい。これによって、電子回路は、走査放射線が配列 のこのような位置のどちらにあるかをはっきりと識別でき、したがって、各走査 されたラインに対して検出回路を同期させることができる。

図３は、Ｎチャンネルの各チャンネル用の好ましい回路５０の電気回路図を示し ている。回路５０は、回路要素の３つの組み合わせ５１．５３、及び５５を備え る。第１の組み合わせ５１は、オペアンプ５２と、補償コンデンサ５６とともに 並列接続された帰還抵抗５４とを含む。オペアンプ５２は、バールブラウン○Ｐ Ａ６３７とすることができる。帰還抵抗５４は、１ｘ１０７オームとすることが できる。補償コンデンサ５６は、７０フエムトフアラツドとすることができる。

回路要素のこの組合わせは、電荷パスルを対応する電圧パスルに変換することに なるトランスインピーダンス増幅器とて働く。

回路要素の第２の組み合わせ５３は、ローパスフィルタとして働き、抵抗６４と コンデンサ６６とを含む。このローパスフィルタは、所望の周波数で応答がロー ルオフするように設計されるべきである。要素のこの組合わせは、回路５０に含 まれる必要はない。

回路要素の第３の組合わせ５５は、バールブラウン０ＰＡ６２７のようなオペア ンプ７２と、領ＯＯ１マイクロファラッドのようなコンデンサ７６と、０〜２０ キロオームの抵抗を有する可変人力抵抗７４と、シリコエックスＶＮＯ３００Ｍ Ｎ−チャンネルエンハンスメントＦＥＴのような遠隔制御スイッチ７８とを含む 。回路要素のこの組合わせは、外部信号によって制御される切り換え積分器とし て機能する。抵抗７４は、クーロン当たりの電圧で所望の積分応答を与えるよう に調整される。積分器の電圧出力は、外部信号によって制御されるアナログマル チプレクサによって抽出されることが可能である。

そして、従来のタイミング回路は、Ｎチャンネル入力信号をＭラインの垂直解像 に処理するために検出電子回路４０（図２に示されている）によって用いられて よい。水平方向において、スキャナ２６によって容易に制御される走査放射線２ ８の経路の変位によって、分解能は決定される。好ましい実施例において、Ｎ＝ ３２かつ電極中心線間の間隔は１７０ミクロンである（ミリメートルあたり約５ ゜９個の電極）。そして、走査放射線の横変位は、イメージの平方ミリメートル あたり約３４．６個の好ましい正方形ピクセルを生成するために、約５．９ライ ン／關であるべきである。

好ましくは、各電極は、電極中心線間の間隔の１０〜９０％に等しい幅を有し、 より好ましくは、５０〜８０％の幅を有する。この範囲を越える値は、電極間の キャパシタンスを増加させることとなる。また、この範囲より小さい範囲では、 電極抵抗を増加させるとともに、製造を困難にする傾向がある。

意外にも、たとえ、積層されたスタックの面領域全体を電極が覆わなくても、各 電極によって集められる利用可能な電荷の本質的な損失はない。これは、印加さ れた電界の影響を受けて、電極間の領域内で形成された電荷キャリヤの横移動に よって、分割された電極の使用にもかかわらず、イメージ全体を復元できるから である。

図４は、図１に示されたシステムの一部分の断面を示す。電極２０ｑおよび２０ ｒは、第２導電層２０を形成する電極配列の部材を示す。電極２０ｑおよび２０ ｒの間にはギャップがあり、したがって、イメージ３０の一部分はシステムによ って捕らえらないように見える。しかし、点２１として示された電極２０ｑのエ ツジで集められた電荷キャリヤは、点２５の周辺で生じると、界面２４から経路 ２３に沿って移動したかもしれない。同様に、点２７として示された電極２０ｒ のエツジで集められた電荷キャリヤは、点２５の周辺から経路２９にそって移動 したかもしれない。このように、電荷キャリヤは界面２４の全体範囲から集めら れ、界面２４で形成されたすべての電荷キャリヤは、電極２０ｑおよび２０ｒに よって集められる。同様の結果が配列におけるすべての電極対について起こる。

もちろん、印加される電界強度と、光導電絶縁層の厚さと、電極間の間隔とは、 すべての電荷キャリヤの軌跡および速度（第１導電層にむけて、およびその方向 を横断して）が、界面における電荷キャリヤの完全な復元回収のために最適化さ れる。

好ましくはないが、単一の電極が多数の解像ラインをサポートすることも可能で あり、したがって、垂直方向における静電イメージの１ビクセルより多（が、配 列の単一の細片によって生成されるであろう。これは、細片の幅より小さい寸法 を有する輝度変調レーザスポットの多数の走査を用い、かつ好ましい実施例より 高速で走査することによって、達成されることが可能である。各走査は、細片の 異なるサブ部分上のより小さいスポットの輝度の変調を含むであろう。

また、第１および第２の時間順序手順は、各走査されたラインの間に、周期的に 再度同期されてもよい（たとえば、走査毎に少なくとも１回）。

走査されたイメージは、多くの方法で処理されてよい。一般に、走査の後、電子 回路は、アナログ／デジタル回路を介してイメージ信号を処理する。イメージの 各ピクセルは、イメージの輝度を表す数（好ましくは、少なくとも１２ビツト） として表される。イメージの単一のラインは、データの単一のブロックとして取 り扱われてよい。既にそうにされていなければ、ゼロでない厚さの絶縁層とコヒ ーレント光源とのための干渉効果は、好ましくはデジタルイメージ強調技術によ って、イメージから除去されるべきである。好ましくは、“ウィントーイング（ 璽ｉｎｄ１ｇ）”技術は、１２ビツト値から８ビツトを処理して、モニタやハー ドコピーデバイスに表示するより前に、イメージのコントラストを高める。

ひとつの走査されるポイントビーム光の使用と、光導電絶縁層に隣接して配置さ れた分割された幅の狭い電極を用いる誘導された電流の収集とは、公知のシステ ムを上回るいくつかの独立した利点をもたらす。

第１に、信号が絶縁層に隣接して配置されたひとつの電極で集められる場合に比 べ、本発明は非常に向上された解像度を与える。この利点は、分割それ自体では なく、分割された電極の配置からの結果である。たとえば、３５０ミクロン厚の セレン層と、１７５ミクロン厚のポリカーボネート絶縁材層と、中心間が１００ ミクロンの用いている細片電極とについて、細片が光導電体に隣接するとき、５ ０％のコントラストで５サイクル／關の潜像パターンを解像できる。もし細片が 絶縁材に隣接していると、細片は、１サイクル／ｒａｒｅより小さいパターンに ついてのみ５０％コントラストを示すことができる。

第２に、電極の分割は、複数の増幅器の使用によりイメージングスタックの異な る部分からイメージ部分を検出できるようにし、交替でイメージ全体がより少な い時間で形成されるようになる。複式増幅器を用いると、単一の増幅器は、走査 放射線がイメージの他の領域について続けている間、対応する電極に表れるすべ ての電荷が単一の電極に達するのを待つことができる。コーン氏ほかは増加され たイメージ収集速度を教示するが、彼らは（点状でな（）線状放射線源を用い、 分割された配列の各細片が専用回路を有するとともにそのようなすべての増幅器 が同時に作動することが必要である。点状走査放射線源の使用は、いくつかの細 片が単一の増幅器に互いに接続されることを許容し、すべての増幅器が全く同時 に動作することは必要でない。

第３に、より幅の広い電極上に配置されたあるピクセルから得られる信号と比べ ると、幅の狭い細片電極は、計測された信号の大きさにおいて１０％から８０％ までの増加を与える。これは、イメージ収集速度が速いほど、ある程度の信号検 出効率の損失があるとの従来技術の考えとは、全く対照的である。

第４に、各増幅器は、イメージングスタック全体のキャパシタンスでなく、Ｍ２ Ｓ個の細片だけのキャパシタンスによって、負荷される。増幅ノイズは、入力キ ャパシタンスのサイズとともに増加するので、電極の分割は各増幅器に対応する 電子ノイズの大きさを減少する。

独立しているこのような各利点は、本発明から生じるであろう。しかし、これら のすべてが互いに組み合されたものは、従来技術を上回る本発明の重要な利点検 出器は、上述しおよび図示したように、構成された。第１電極は、ガラス基板上 に１７０ミクロンの中心線間距離で、多数のグループの接続されていない平行細 片を蒸着することによって作られた。細片端付近の付加的蒸着は、３２番目ごと の細片を、コネクタパッド端で終了するひとつのバス電極に接続した。これによ って、各細片は、１組の３２個の増幅回路のうちの一つに、接続できた。走査開 始（スタート・オブ・スキャン、５Ｏ３）および走査終了（エンド・オブ・スキ ャン、ＥＯ３）細片が付加されてパッドに接続された。そして、約４００ミクロ ンの厚さのアモルファスセレン層が続き、この細片の上に酸化物プロ・ソキング 層が形成された。そして、１７５ミクロンの厚さのポリカーボネートである１層 の絶縁材が、光接着を用いてセレン層に付着された。絶縁層は、ポリカーボネー トの外表面に、透明導電材料膜を有し、第２電極を提供する。この検出器は、ホ ルダ内に取り付けらえる。ホルダは、電極を保護するために電気的接続と光制御 とを与える。

電子回路は、サンプルホルダに接続されて、制御された３０００Ｖの高電圧を第 ２電極に与え、また、それぞれが電流−電圧ゲインステージとゲート積分ステー ジとを備える３２個の増幅回路に接続された。デジタル制御回路は、積分ステー ジをゲートし、アナログ−デジタル変換回路に各積分器を次から次へと接続する 時機信号（１ｉｚ６ｄ　ｓｉｇｎａｌｓ）を提供した。付加的回路は、ＳＯＳお よびＥＯ８信号とタイミング信号とを与え、レーザスポットが細片に直角な方向 に検出器を横切って走査するように、積分器ゲーティング手順を、レーザスポッ トの位置に同期する。

走査スポットは、ゲートされた４４２ナノメートルのヘリウム−カドミウムレー ザ源から、１００ミクロン幅の本質的ガウスの４０マイクロワット輝度プロフィ ールに、光学系によって形成され、検出器プレーンにおいて２９メ一トル／秒の 速度で回転するホロゴン要素（ｈｏｌｏｇｎ　ｅｌｅｍｅｎｔ）を用いて走査さ れる。検出器は、連続走査が１７０ミクロンの間隔を設けらるような速度で移動 するモータ駆動ステージによって、走査方向に直角に移動される。

制御回路は、第２電極への読み出し電圧の印加と、ステージ運動と、走査ローテ ーションとを、データ収集信号に同期させ、増幅積分器ゲートを作動させてアナ ログ−デジタル変換器からデジタルピクセル値を集めた。

８番目の増幅回路の電流−電圧ステージから得られた信号の軌跡が、図５のグラ フ８０に示されている。グラフ８０は、細片１１．４３．７５．１０７等を横切 るときに、レーザ光によって解放される電荷からの電流パルスを示している。

パルスは、走査速度によって決定される１９０マイクロ秒により分離され、セレ ンを通るキャリヤの移動時間を反映してそれぞれ６０マイクロ秒の幅である。こ れらのパルスは積分されてピクセル信号配列を形成する。１２番目の増幅回路か らの信号軌跡は、１組片を移動する光走査のために必要とされる６マイクロ秒の 遅延によってシフトされたこと以外は、本質的に同様の形状を示した。

そして、上述のように構成された７９Ｊとして示されたプレートは、Ｘ線イメ− ジを捕らえるために用いられた。プレートは、Ｘ線源の下ホルダ内の挿入され、 作像されるための対象が差し込まれた。６ｋＶの電圧が、細片に関して第２電極 に印加され、Ｘ線源がトリガされた。そして、電圧は１ｋＶまで下げられ、プレ ートは読み取り装置内に挿入された。読み取り装置において、細片はそれに対応 する増幅回路に接続された。３ｋｖの読み出し電圧が、第２電極に印加され、プ レートが走査された。各ビクセルに対応するデジタル信号が集められて、ディス プレイモニタに表れるのに適した配列に変換された。対象のイメージは、明確に 見ることができた。

７９０で示された同様の構成の他のプレートは、Ｘ線イメージを捕らえるために 用いられた。−４キロボルトの反転電圧が第２電極に印加される一方、プレート は均一室内照明にさらされた。そして、電圧が切断されて、照明が除去された。

暗いなかでの数秒の後に、第１および第２電極が接続され、光導電層を横断して 約２キロボルトが印加され、プレートはＸ線パターンに露光された。

ゼロボルトの読み出し電圧は、第２電極と、６マイクロ秒で１ビクセル細片を横 切って移動する１０ミクロワツト出力のレーザスポットによって走査された電極 とに、接続された。形状および大きさが図５における形状および大きさと非常に 類似している電流パルスが観測され、イメージは、はっきりと見ることができた 。

実施例２ 検出器は他の構成に関して比較データを提供するために構成されている。ガラス プレート基板は、クロムの薄い接合層で予め被覆され、次に、約０．６ミクロン の厚さまでアルミニウム層を用いて真空被覆された。細片状電極のパターンは、 従来のフォトレジストおよびエツチング技術を用いて形成された。このパターン は、異なる幅と間隔の数組の細片を備え、各電極は、基板の周囲から本質的にア クセス可能である。アルミニウム酸化物の薄膜がアルミニウム電極上に形成され 、１層のアモルファスセレンが３００ミクロンの厚さまで蒸着された。

別個に、１７５ミクロン厚のポリエステルのシートが、３０オーム／平方の抵抗 を有する面上のインジウムチタン酸化物（ＴＴＯ）の透明導電電極とともに準備 された。そして、ポリエステルの未処理面は、光接着によりエツチングされた基 板に付着された。そして、サンプルは電極接続と照明制御とを与えるホルダに取 り付けられた。

細片は増幅器に接続された。各増幅器は、第１ステージ用の電流−電圧トランス インピーダンス増幅器と、第２ステージ用の電圧ゲインおよび出力ドライバと、 付加的な第３ステージ用のゲート積分器とを有する多段オペアンプ回路である。

この例においては、積分器は用いられず、電流信号はマルチトレースオシロスコ ープに表示された。

電圧源は、１１０層とグランド基準との間に接続され、したがって、細片と１１ ０層とを、電圧源を通じて接続した。タイミング回路は、サンプルのＩＴＯ層面 を越えて、約４８８ナノメートルの波長のアルゴン−イオンレーザからのスポッ トの輝度と位置とを制御した。レーザ光スポットは、大略ガウス形状（Ｇ３ｕｓ ｓｓｉａｓｈａｐｅ）で約９５ミクロンの寸法に焦点が合わせられ、ガルバノメ ータおよびミラーとともに位置決めされ、穴およびアコースティック−オプティ ック要素（ａｃｏｕｓｔｉｃ−ｏｐｔｉｃ　ｅｌｅｍｅｎｔ）によって取り付け られた。レーザスポットは、０〜１００ｍ／Ｓの速度で細片電極に対して本質的 に直角方向に走査させられ、２マイクロ秒の短いインターバルで、全出力の１パ ーセントより小さいレンジから１００パーセント（２２マイクロワツト）までの 輝度に変調された。レーザ光位置および輝度信号も、オシロスコープに表示され た。

それぞれ８０ミクロンの幅であり、中心線間が１００ミクロンの間隔が設けられ ている２つの隣接する細片の増幅器が、選択された。残りの細片は接地されてい る。電圧がＩＴＯ電極に印加され、サンプルを横切る１、３〜７．０ボルト／ミ クロンの電界を形成した。光スポットは、毎秒５〜５０メートルの速度で細片を 横断して、走査した。

２つの細片からの電流信号は、互いに満足できる時間オフセットを示した。信号 の持続時間は、キャリヤ移動時間計算によって確認すると、セレン層を横断する 電界とともに満足できる程度に変動した。このことから、各細片からの信号は、 光スポツト幅と細片間隔とによって形成された領域において取り付けられた絶縁 層に隣接するセレン層内に放出されたキャリヤに対応することが分かった。

毎秒２８メートルのスポット速度とセレン層内の１．５ポルト／ミクロンの電界 とを用いての１走査からの信号のある例が、図６のグラフ９０に示されている。

線９２および９４は、２０ミクロンのギャップによって分離された２つの隣接す る８０ミクロン幅細片について、マイクロアンペア対マイクロ秒で時間の関数と して電流を表している。線９８は、３．６マイクロ秒の細片横断時間で直径９５ ミクロンのスポットから第２細片に照射している光強度の計算値を表している。

点線９６は、ガウスの走査された光スポットおよび１６マイクロ秒の初期（電界 依存）キャリヤ移動時間とによって放射されたキャリヤに対する静電気モデルに よって予想された電流を表している。

たとえ、スポットが、各細片上のキャリヤ移動中において、いくつかの細片上を 横切ったとしても、データは各細片からの良く形成された電流信号を示している 。電界は、小さい横速度で光導電絶縁層を通してキャリヤを導き、キャリヤ移動 として細片上に誘導された電荷の結果としての変化が、計測された電流を形成す る。また、意外なことに、隣接する細片内における電流の相互作用は、より適切 な電気力学的計算ではな（、静電気誘導電荷計算に基づく計算と一致した。

実施例３ 検出器は、これらの技術に従って構成されたが、図７に示されたように電気的グ ランドに取り付けられた幅の広い電極によってそれぞれ囲まれた４つの相互接続 された電極細片だけで構成された。検出器１００は、３８０ミクロン幅の作動電 極細片１０２と、７８０ミクロン幅の作動電極細片１０６と、８０ミクロン幅の 作動電極細片１０８とを、図７に示されたように備える。各作動電極細片１０２ ．１０６、および１０８は、２０ミクロンのギャップによって隣接するグランド パッドから分離された。検出器１００は、第４の作動電極細片１０４を備える。

この細片１０４は、それぞれ２０ミクロンのギャップによって隣と分離された８ つの相互接続された８０ミクロンの細片を備え、それによって、この実施例の目 的のために、隣接するグランドパッドから両側を２０ミクロン離された幅の広い 別の単一の７８０ミクロン幅の電極を形成する。このパターンはガラス基板上の 薄い（６００ナノメートルの）アルミニウム中に形成された。そして、約３００ ミクロン厚の１層のアモルファスセレンが続き、ブロッキング層が細片の上に形 成された。そして、１７５ミクロン厚のポリエステル絶縁層が、光接着によって アモルファスセレンに付着され、そして、この層は、半透明のインジウム−チタ ン−酸化物層で被覆された。そして、検出器構造物は、電気接続と光制御とを与 えるホルダに取り付けられる。

正の高電圧がインジウム−チタン−酸化物電極に印加されて、セレン層を横断す る約１０ボルト／ミクロンの初期電界を形成し、検出器は７０ｋＶピークの加速 電圧でタングステンアノードから約８ミリレントゲンのＸ線放射束に露光された 。

検出器の半分は、Ｘ線露光中、重い鉛シールによって保護された。

読み出しのために、電子回路はサンプルホルダに接続され、セレン中に約５ボル ト／ミクロンの電界を生じさせるのに十分な制御された高電圧を第２（半透明） 電極面に与え、電流−電圧ステージとゲート積分ステージとを備える増幅回路に 相互接続された電極の取り付けを提供した。デジタル制御回路は、積分ステージ をゲートし、積分器をアナログ−デジタル変換回路に接続し、レーザスポットが 細片に直角な方向に検出器を横切って走査するように、積分器ゲーティング手順 をレーザスポットの位置に同期するための時機信号を与えた。

走査スポットは、光学系によって、４８８ナノメートルの波長のアルゴンイオン レーザビームから８５ミクロン幅の本質的がウス輝度プロフィールに焦点が合わ せられ、ガルバノミラ−による屈折により約１メ一トル／秒の速度で細片を通っ て移動され、穴とアコースティック−オプティック要素によって変調された。検 出器は、８５ミクロンの分離で連続走査に間隔を設ける速度で移動するモータ駆 動ステージによって走査方向に対して直角に移動された。制御回路は、ステージ 移動と、レーザゲート開操作と、第２電極に対する読み出し電圧の印加とを、増 幅積分ゲートを作動させてアナログ−デジタル変換器からデジタルピクセル値を 収集するために使用されたデータ収集信号に、同期した。

図８および９は、細片に対して直角である位置の関数として結果としての信号を 示す。同様の曲線は、異なる幅の細片を形成するために隣接細片に相互接続する ことによって生成された。図８のグラフ１１０は、Ｘ線束に露光されたプレート の領域に対する信号強度を示している。電極細片１１２．１１４．１１６、およ び１１８についての信号は、それぞれ、ビーク１１２．１１４．１１６、および １１８によって表されている。グラフ１１０は、レーザが細片のエツジ上を通過 するときに信号は高揚を示している。ビーク１１６の形状（電極細片１０６に対 応する）は、細片の中央領域にレーザが入るときに信号強度が小さくなることを 示している。

ビーク１１４の形状は、分割されたが相互接続された電極細片１０４は、同じ波 長を有する中実の電極、たとえば、電極細片１０６と同じような挙動を示すこと を明らかにしている。したがって、幅の狭い細片だけでは、信号の高揚は生じな い。むしろ、必要なことは、幅の狭い細片が、電極細片１０８のように、固定さ れたポテンシャルに保たれる隣接電極と比較して読み出されることである。

図９のグラフ１２０は、Ｘ線束に露光されなかったプレートの領域について細片 に直角な位置の関数として信号強度を示している。電極細片１０２．１０４．１ ０６、および１０８に対する信号は、ピーク１２２．１２４．１２６、および１ ２８によって、それぞれ表される。図９のグラフ１２０の４つのピークと図８の グラフ１１０の４つのピークとの比較すると、図９のピークの方が高いことが分 かる。これは、Ｘ線束の露光が信号強度を小さくすることを示している。

各細片からの信号は、その細片上のレーザスポットによつて形成された１または それ以上の８５ミクロンのピクセルからの情報をもたらす。したがって、相互比 較のためには、図８に示されたような信号を積分する必要があり、そして、８５ ／Ｗを積分された信号強度に掛けることによって、この積分された信号を、８５ ミクロンのピクセル幅に標準化する必要がある。ここで、Ｗは、ミクロン単位で の細片幅である。この分析結果は、図１０のグラフ１３０に示されている。図１ ０において、（標準化された）信号強度は細片幅と比較してプロットされている 。

作動電極細片に対する信号強度は、丸印によって表されている。

グラフ１３０は、電極細片の幅が１５８０から８０ミクロンに減少するにつれて 、信号強度は、はぼ２のファクターによって増加することを示している。この実 験のデータ精度内で、高揚は、これらの寸法を有する検出器についての我々の計 算（図１０において線１３２として示されている）と一致する。

６　２ＱＯ４ｔ）ｔ）　１，６（３１３Ｑｏ　１００１：）時間（マイクロ秒） ダ乙　４４．乙　β０　／ρＯ ２１）０　．２５６　ｊＯＯ３５乙 ２１）ｌ）　２５０　３Ｄｔ）　３５ｔＪ位置（任意単位） 乙　ｊＯＯ々にい　ｋ定め　２６６ｔ）細片幅（ミクロン） フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、　ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ ）、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＮ３．　ＧＡ、　ＧＮ、〜ｆＬ、 　ＭＲ，ＮＥ、　ＳＮ。

ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ。

ＣＨ，ＣＺ、　ＤＥ、　ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、 ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ｂｌＮ、ＭＷ、ＮＬ、ＮＯ，ＮＺ、ＰＬ、　ＰＴ、　 ＲＯ，ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ。

ＳＫ、　ＵＡ。

（７２）発明者　ボッツ、ジョン・イーアメリカ合衆国５５１３３−３４２７ミ ネソタ州セント・ポール、ポスト・オフィス・ボックス３３４２７　（番地の表 示なし） （７２）発明者　ホレック、ヘンリー・ヴイーアメリカ合衆国５５１３３−３４ ２７ミネソタ州セント・ポール、ポスト・オフィス・ボックス３３４２７　（番 地の表示なし）

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．イメージングデバイスに入射する放射線によって形成されたイメージを生じ させるシステムであって （ａ）第１導電層と、絶縁材と、光導電絶縁層と、電気的ブロッキング層と、第 ２導電層とを備え、該第２導電層は第１方向に位置する少なくとも１グループの 細長い細片状導電電極のひとつの分割された配列から本質的に構成される、イメ ージングデバイスと、 （ｂ）上記第１および第２導電層間に電界を形成する電界形成手段であって、第 １入射放射線によって第１電荷キャリヤが上記イメージングデバイス内に形成さ れ、その後に該第１電荷キャリヤは分離されて第１電流を形成し、その結果、上 記絶縁材と上記光導電絶縁層との界面付近に静電気による潜像を形成するように する、電界形成手段と、 （ｃ）上記イメージングデバイス内において、第２電荷キャリヤを含む第２電流 を起こすために、第１時間順序パターンで第２入射放射線を利用するスキャナと 、 （ｄ）各電極に接続されかつ該各電極内の上記第２電荷キャリヤの運動に対して 感度がある検出電子回路とを、備え、（ｅ）上記スキャナは、上記第１方向と実 質的に異なる第２方向に上記配列を走査し、 （ｆ）各導電電極は第２時間順序パターンでアドレスされ、１回に１グループの なかの１つの電極だけが上記電荷キャリヤの運動についてモニタされる一方、そ のグループ内の隣接する電極はモニタされた電極と比較して計測されたままで垂 直グランドを表す電圧レベルに保たれ、上記電子回路は、上記放射線によって形 成された上記イメージの１ピクセルとして上記第１および第２パターンの一致を 分析し、該ピクセルは上記潜像の対応部分を表す、システム。
2. ２．上記第１および第２方向は、実質的に互いに直角である、請求項１記載のシ ステム。
3. ３．上記絶縁材は、上記システムの運転温度において流体である、請求項１記載 のシステム。
4. ４．上記流体絶縁材は気体である、請求項３記載のシステム。
5. ５．上記気体絶縁材は空気である、請求項４記載のシステム。
6. ６．上記絶縁材は、上記システムの上記運転温度において、非一流体である材料 の１層である、請求項１記載のシステム。
7. ７．上記第１導電層と上記絶縁材とはそれぞれ半透明であり、上記第２放射線は 、上記絶縁材に入射するより前に第１導電層に入射し、該絶縁材は、上記光導電 層に入射する前に静止している、請求項１記載のシステム。
8. ８．上記第２導電層の電極は半透明であり、上記第２放射線は、上記光導電絶縁 層中に吸収されるより前に、導電電極の上記配列を通って上記イメージングデバ イスを活性化する、請求項１記載のシステム。
9. ９．上記静電気による潜像の１より多いピクセルは、輝度変調レーザにより、上 記第２方向に計測されるときに、上記配列の単一の細片内で作られる、請求項１ 記載のシステム。
10. １０．上記第２放射線は、連続的なレーザである、請求項１記載のシステム。
11. １１．上記第１および第２放射線は、実質的に異なる波長を有する、請求項１記 載のシステム。
12. １２．上記第１および第２放射線は、実質的に同じ波長を有する、請求項１記載 のシステム。
13. １３．上記第１放射線はＸ線放射線であり、各電極は、略１０から２００ミクロ ンの幅を有する、請求項１記載のシステム。
14. １４．上記第２放射線は、紫外線、可視光線、又は赤外線である、請求項１記載 のシステム。
15. １５．各電極の幅は、上記光導電層の厚さより実質的に小さい幅を有する、請求 項１記載のシステム。
16. １６．上記電極の幅は、１ピクセルの対応する寸法より小さい、請求項１記載の システム。
17. １７．すべての電極は、上記電極の出力を電極グループ数と同じ数のチャンネル を有する一つの信号に切り換えることを許容するパターンで相互接続される、請 求項１記載のシステム。
18. １８．上記第１および第２パターンは、上記分割された配列の一つの電極によっ て検出されるときの電荷キャリヤ運動による電子信号から確立される、請求項１ 記載のシステム。