TWI834847B - 圖像感測器、其使用方法及輻射電腦斷層掃描系統 - Google Patents

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Abstract

本文公開一種方法，其包括：通過以下方式將準直器與圖像感測器的多個輻射檢測器對準：沿第一方向移動所述輻射檢測器；沿垂直於所述第一方向的第二方向移動所述準直器；圍繞垂直於所述第一方向和所述第二方向的軸線旋轉所述準直器；其中，所述多個輻射檢測器被配置為分別在不同的圖像捕獲位置處捕獲場景的部分的圖像，並且通過拼接所述部分的所述圖像來形成所述場景的圖像。

Description

圖像感測器、其使用方法及輻射電腦斷層掃描系統
本發明是有關於一種感測器、其使用方法及掃描系統，且特別是有關於一種圖像感測器、其使用方法及輻射電腦斷層掃描系統。
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。輻射成像是一種放射線照相技術，可用於揭示非均勻組成且不透明物體（比如人體）的內部結構。
用於成像的早期輻射檢測器包括照相底片和照相膠片。照相底片可以是具有光敏乳劑塗層的玻璃板。雖然照相底片被照相膠片取代，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。照相膠片可以是具有光敏乳劑塗層的塑膠薄膜比如條或片。
在20世紀80年代，可光激發的磷光板（PSP板）開始可用。PSP板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板表面上掃描的雷射光束刺激。當雷射掃描所述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圖像。與照相底片和照相膠片相比，PSP版可重複使用。
另一種輻射檢測器是輻射圖像增強器。輻射圖像增強器的組件通常在真空中密封。與照相底片、照相膠片以及PSP板相比，輻射圖像增強器可產生即時圖像，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正比。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，然後可通過合適的圖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。當一個輻射粒子被吸收到半導體層中時，會產生多個載流子（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圖元的半導體輻射檢測器難以生產或不可能生產。
本文公開一種方法，其包括：通過以下方式將準直器和圖像感測器的多個輻射檢測器對準：沿第一方向移動所述輻射檢測器；沿垂直於所述第一方向的第二方向移動所述準直器；圍繞垂直於所述第一方向和所述第二方向的軸線旋轉所述準直器；其中，所述多個輻射檢測器被配置為分別在不同的多個圖像捕獲位置處捕獲場景的部分的圖像，並且通過拼接所述部分的所述圖像來形成所述場景的圖像。
根據實施例，所述多個圖像捕獲位置沿所述第一方向彼此位移。
根據實施例，所述準直器包括多個輻射透射區和一個輻射阻擋區，並且其中，當所述準直器與所述輻射檢測器對準時，所述輻射阻擋區實質上阻擋了如果不被阻擋就會入射到所述圖像感測器的盲區上的輻射，並且所述輻射透射區允許至少一部分將要入射在所述圖像感測器的有效區的所述輻射的透射。
根據實施例，所述方法進一步包括在所述多個圖像捕獲位置之間移動所述多個輻射檢測器。
根據實施例，所述多個輻射檢測器中的至少一些以交錯列排列。
根據實施例，所述多個輻射檢測器的有效區在所述多個圖像捕獲位置上細分所述場景。
根據實施例，在不同所述多個圖像捕獲位置處的所述場景的部分的所述圖像具有空間重疊。
根據實施例，所述多個輻射檢測器包括第一輻射檢測器和第二輻射檢測器，所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器分別包括被配置為接收來自輻射源的輻射的平面，並且所述第一輻射檢測器的所述平面和所述第二輻射檢測器的所述平面不平行。
本文公佈一種圖像感測器，其包括：多個輻射檢測器；準直器；和致動器，其配置為：沿第一方向移動所述輻射檢測器；沿垂直於所述第一方向的第二方向移動所述準直器；圍繞垂直於所述第一方向和所述第二方向的軸線旋轉所述準直器；其中所述多個輻射檢測器被配置為分別在不同的多個圖像捕獲位置處捕獲場景的部分的圖像，並且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，所述多個圖像捕獲位置沿所述第一方向彼此位移。
根據實施例，所述準直器包括多個輻射透射區和一個輻射阻擋區，並且其中，當所述準直器與所述輻射檢測器對準時，所述輻射阻擋區實質上阻擋了如果不被阻擋就會入射到所述圖像感測器的盲區上的輻射，並且所述輻射透射區允許至少一部分將要入射在所述圖像感測器的有效區的所述輻射的透射。
根據實施例，所述多個輻射檢測器中的至少一些以交錯列排列。
根據實施例，所述多個輻射檢測器的有效區在所述多個圖像捕獲位置上細分所述場景。
根據實施例，在不同所述多個圖像捕獲位置處的所述場景的部分的所述圖像具有空間重疊。
根據實施例，所述多個輻射檢測器包括第一輻射檢測器和第二輻射檢測器，所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器分別包括被配置為接收來自輻射源的輻射的平面，並且所述第一輻射檢測器的所述平面和所述第二輻射檢測器的所述平面不平行。
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。
本文還公開一種輻射電腦斷層掃描系統，其包括：所述圖像感測器以及輻射源。
圖1示意示出根據實施例的圖像感測器9000的一部分的橫截面圖。所述圖像感測器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）。所述輻射檢測器100可以在所述圖像感測器9000中被彼此間隔開。所述圖像感測器9000可有一個支撐件107。所述支撐件107可以帶有曲面102。所述多個輻射檢測器100可被排列在所述支撐件107上，例如，如圖1中的示例所示，在所述曲面102上。所述第一輻射檢測器100A可以有一個被配置為從輻射源109接收輻射的第一平面表面103A。所述第二輻射檢測器100B可以有一個被配置為從所述輻射源109接收所述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）。
圖2A示意示出根據實施例的所述圖像感測器9000的一個輻射檢測器100的橫截面圖。所述輻射檢測器100可包括輻射吸收層110和電子器件層120（例如，ASIC），其用於處理或分析入射輻射在所述輻射吸收層110中所產生的電信號。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。所述半導體對於由所述輻射源109所產生的輻射可具有高的質量衰減係數。
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。
當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相關聯的一個圖元150可以是所述離散區114的周圍區，由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%流到所述圖元之外。
如圖2C中的輻射檢測器100的替代詳細橫截面圖所示，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。所述半導體對於由所述輻射源109所產生的輻射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所述電觸點119A和所述電觸點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圖元150可以是所述離散部分的周圍區，由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%流到所述圖元之外。
所述電子器件層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路、放大器、積分器、比較器，或數位電路比如微處理器和記憶體。所述電子系統121可包括由所述圖元共用的組件或專用於單個圖元的組件。例如，電子系統121可包括專用於每個所述圖元的放大器和在所有圖元間共用的微處理器。所述電子系統121可通過通孔131電連接到所述圖元。所述通孔之間的空間可用填充材料130填充，其可增加所述電子器件層120到所述輻射吸收層110的連接的機械穩定性。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連接到所述圖元。
圖3示意示出所述輻射檢測器100可具有所述圖元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。每個所述圖元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，每個圖元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。所有圖元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。每個圖元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位或更高的解析度。每個所述圖元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。每個所述圖元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。所述圖元150可被配置為平行作業。例如，當一個圖元150測量一個入射的輻射粒子時，另一個圖元150可能正在等待一個輻射粒子到達。所述圖元150可以但不必是可單獨定址的。
圖4A示意示出一個或多個輻射檢測器100可以安裝在印刷電路板（PCB）400上。本文所使用的術語「PCB」不限於特定的材料。例如，PCB可包括半導體。為了清楚起見，未示出所述輻射檢測器100與所述PCB 400之間的連線。所述PCB 400和安裝在其上的所述輻射檢測器100可以稱為一個封裝200。所述PCB 400可以具有未被所述輻射檢測器100覆蓋的區（例如，用於容納焊接線410的區）。每個所述輻射檢測器100可以具有有效區190，該有效區是所述圖元150所在的位置。每個所述輻射檢測器100可以在邊緣附近具有周邊區195。所述周邊區195沒有圖元，並且未檢測到入射在所述周邊區195上的輻射粒子。
圖4B示意示出所述圖像感測器9000可具有系統PCB 450，其上安裝有多個封裝200。所述圖像感測器9000可包括一個或多個這樣的系統PCB 450。在所述封裝200中的PCB 400和系統PCB 450之間的電連接可通過焊接線410來實現。為了容納所述PCB 400上的所述焊接線410，所述PCB 400具有未被所述輻射檢測器100覆蓋的區405。為了容納所述系統PCB 450上的所述焊接線410，在所述封裝200之間具有間隙。所述圖像感測器9000中所述輻射檢測器100的有效區190統稱為所述圖像感測器9000的有效區。所述圖像感測器9000的其他區，入射到其中的輻射不能被圖像感測器9000檢測到，例如周邊區195、區405或封裝200之間的間隙，這些區統稱為所述圖像感測器9000的盲區。如圖1所示的所述輻射檢測器100A和所述輻射檢測器100B可以是所述輻射檢測器100的實施例並以如圖4A中所示的類似的方式安裝在相應的PCB 400上，並且所述支撐件107在一個實施例中可以是所述PCB 400的一部分，而在另一個實施例中則可以是所述系統PCB 450的一部分。
圖5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5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的圖像感測器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可排列在所述支撐件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。
如圖5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5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。
圖6示意示出所述圖像感測器9000可包括準直器2000。根據實施例，所述準直器2000包括多個輻射透射區2002和一個輻射阻擋區2004。所述輻射阻擋區2004實質上阻擋了如果不被阻擋就會入射在所述圖像感測器9000的所述盲區9004上的輻射，並且所述輻射透射區2002允許入射在所述圖像感測器9000的有效區9002上的輻射的至少一部分通過。所述輻射透射區2002可以是穿過所述準直器2000的孔，並且所述準直器2000的其餘部分可以用作所述輻射阻擋區2004。所述準直器2000可以被排列為靠近所述輻射檢測器100或遠離所述輻射檢測器100。例如，所述場景50可以在所述準直器2000和所述輻射檢測器100之間。所述輻射透射區2002可以具有與所述有效區9002不同的尺寸或位置。
所述準直器2000和所述輻射檢測器100的相對位置可以不固定。例如，如果來自所述輻射源109的所述輻射不是平行射線，則當所述圖像感測器9000位於相對於所述輻射源109的不同位置時，可能需要所述準直器2000和所述輻射檢測器100具有不同的相對位置，以使所述輻射透射區2002與所述有效區9002對準。
在實施例中，所述圖像感測器9000的所述輻射檢測器100能夠相對於輻射源109移動到多個位置（「圖像捕獲位置」）。所述圖像感測器9000可使用所述輻射檢測器100並與所述輻射一起，分別在所述多個位置從所述輻射源109捕獲所述場景50的多個部分的圖像。所述圖像感測器9000可拼接這些圖像以形成整個所述場景50的圖像。如圖7所示根據實施例的所述圖像感測器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。所述致動器500可以移動所述輻射檢測器100以改變其相對於所述準直器2000的位置，並且可以移動所述準直器2000以改變其相對於所述輻射檢測器100的位置和方向。所述位置和方向可以由所述控制器600確定。在所述輻射檢測器100移動到所述圖像捕獲位置之一之後，所述準直器2000和所述輻射檢測器100可以對準。例如，如圖6所示，可以通過沿著第一方向799X移動所述輻射檢測器100，沿著垂直於所述第一方向799X的第二方向799Y移動所述準直器2000，使所述準直器2000和所述輻射檢測器100對準。使所述準直器2000繞垂直於所述第一方向799X和所述第二方向799Y的軸線799Z旋轉。所述圖像捕獲位置可以沿著所述第一方向799X彼此位移。在實施例中，在捕獲場景圖像的操作期間，可以選擇所述位置，使得所述圖像感測器9000的有效區在多個位置處共同地細分整個所述場景。
圖8示意示出所述圖像感測器9000能夠捕獲所述場景50的部分的圖像。在圖8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。所述圖像感測器9000分別在所述圖像捕獲位置A、B和C處捕獲所述場景50的部分的圖像51A、51B和51C。所述圖像感測器9000可將所述部分的圖像51A、51B和51C拼接成所述場景50的圖像。這些所述部分的圖像51A、51B和51C可彼此有重疊以便於拼接。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圖像的其中一個圖像當中。即，當拼接在一起時，所述部分的圖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圖像感測器9000中。圖9A示意示出根據實施例的一種排列，其中所述輻射檢測器100以交錯列（rows）排列。例如，輻射檢測器100J和輻射檢測器100K在同一列中，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在同一列中，在Y方向上對齊，並且尺寸一致。輻射檢測器100J和輻射檢測器100K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，同一列中兩個相鄰的輻射檢測器100J和輻射檢測器100K之間的距離X2大於同一列中的一個輻射檢測器的寬度X1（即，X方向維度，即所述列的延伸方向）並且小於所述寬度X1的兩倍。輻射檢測器100J和輻射檢測器100E在同一行（columns）中，在X方向上對齊，並且尺寸一致；同一行中的兩個相鄰的輻射檢測器100J和輻射檢測器100E之間的距離Y2小於同一行中一個輻射檢測器的寬度Y1（即，Y方向維度）。
圖9B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9A中精確排列的輻射檢測器100J、100K、100E和100F，而沒有圖9A中的輻射檢測器100C、100D、100G或100H。
其他排列方式也是可能的。例如，在圖9C中，所述輻射檢測器100可在X方向上跨越所述圖像感測器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，則所述場景的圖像可通過將在Y方向上間隔開的兩個位置處捕獲的場景的兩個部分的圖像拼接而得。
根據實施例，所述輻射源109和所述圖像感測器9000可以圍繞多個軸線共同圍繞所述物體旋轉。
所述圖像感測器9000中的所述輻射檢測器100具有任何合適的尺寸和形狀。根據實施例（例如，在圖9A-圖9C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9D所示，至少有一些所述輻射檢測器的形狀為六邊形。在這樣的輻射檢測器中，所述輻射檢測器和與其對準的相應的所述準直器可以具有相同的形狀。
圖10示意示出根據實施例的用於將所述準直器2000和所述輻射檢測器100對準的方法的流程圖。在步驟1102中，所述輻射檢測器100沿著第一方向（例如，圖6中的所述方向799X）移動。所述第一方向可以在其中排列有所述輻射檢測器100的平面之中。在步驟1104中，所述準直器2000沿著垂直於所述第一方向的第二方向（例如，圖6中的所述方向799Y）移動。所述第二方向可以在其中排列有所述輻射檢測器100的平面之中。在步驟1106中，所述準直器2000繞垂直於第一方向和第二方向的軸線（例如，圖6中的所述軸線799Z）旋轉。在可選的步驟1108中，所述輻射檢測器100相對於所述輻射源109移動，例如，移動到所述圖像捕獲位置之一。
圖11A和圖11B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、電壓表306和控制器310。
所述第一電壓比較器301被配置為將二極體300電極的電壓與第一閾值進行比較。所述二極體可以是由第一摻雜區111、第二摻雜區113的離散區114之一和可選的本徵區112形成的一個二極體。或者，所述第一電壓比較器301被配置為將電觸點的電壓（例如，電觸點119B的離散部分）與第一閾值進行比較。所述第一電壓比較器301可被配置為直接監控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所述電壓。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可被配置為連續地被啟動並監控所述電壓。被配置為連續比較器的所述第一電壓比較器301降低了所述系統121錯過由入射輻射粒子產生的信號的機會。被配置為連續比較器的所述第一電壓比較器301在入射輻射強度相對較高時尤其合適。所述第一電壓比較器301可以是鐘控比較器，其好處是具有較低功耗。被配置為鐘控比較器的所述第一電壓比較器301可使所述系統121錯過由一些入射輻射粒子產生的信號。當入射輻射強度低時，錯過入射輻射粒子的機會低，因為兩個連續輻射粒子之間的時間間隔相對較長。因此，當入射輻射強度相對較低時，配置為鐘控比較器的所述第一電壓比較器301尤其合適。所述第一閾值可以是在所述二極體或所述電阻器中產生的一個入射輻射粒子的最大電壓的5-10%、10-20%、20-30%、30-40%或40-50%。所述最大電壓可取決於所述入射輻射粒子的能量（即，所述入射輻射的波長）、所述輻射吸收層110的材料及其他因素。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所述電觸點的電流進行積分來計算所述電壓。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。當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。如本文所使用的，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%。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的圖元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，電腦記憶體中存儲的數位）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、以及在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準位等信號，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準位等信號，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記錄的數目增加一。
所述控制器310可被配置為使所述電壓表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極連接到電接地，以重定所述電壓並使所述電極上累積的任何載流子放電。在實施例中，所述電極在所述時間延遲期滿後連接到電接地。在實施例中，所述電極連接到電接地並持續有限的復位時段。所述控制器310可通過控制所述開關305而使所述電極連接到所述電接地。所述開關可以是諸如場效應電晶體（FET）的電晶體。
在實施例中，所述系統121沒有類比濾波器網路（例如，RC網路）。在實施例中，所述系統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。
所述系統121可包括電連接到所述二極體300的所述電極或電觸點的積分器309，其中所述積分器被配置為從所述電極收集載流子。所述積分器可在放大器的回饋路徑中包括電容器。如此配置的放大器稱為電容跨阻放大器（CTIA）。CTIA通過防止所述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頻寬來提高信噪比。來自所述電極的載流子在一段時間（「積分期」）（例如，如圖12所示，在時間t0 和時間t1 之間，或在時間t1 和時間t2 之間）內累積在所述電容器上。在所述積分期期滿後，所述電容器電壓被採樣，然後通過重定開關進行重定。所述積分器可包括直接連接到所述電極的電容器。
圖12示意示出流過所述電極的，由入射在所述二極體或所述電阻器上的，輻射粒子產生的載流子所引起的所述電流的時間變化（上曲線）和所述電極的電壓的相應時間變化（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二極體或所述電阻器，載流子開始在所述二極體或所述電阻器中產生，電流開始流過所述所述二極體或所述電阻器的電極，並且所述電極或電觸點的電壓絕對值開始增加。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，則在時間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）和中間的任何時間。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 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使所述計數器320記錄的數目增加一。在時間te ，所述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。在圖12的示例中，時間ts 在時間te 之後；即TD1在所述輻射粒子產生的所有載流子漂移出所述輻射吸收層110之後期滿。在時間ts 電壓的變化率因此大致為零。所述控制器310可被配置為在TD1期滿時或在時間t2 ，或二者中間的任何時間停用所述第二電壓比較器302。
所述控制器310可被配置為使所述電壓表306在所述時間延遲TD1期滿時測量所述電壓。在實施例中，所述控制器310使所述電壓表306在時間延遲TD1期滿而所述電壓的變化率變為大致為零後測量所述電壓。此時的所述電壓與由輻射粒子產生的載流子數量成正比，所述載流子數量與所述輻射粒子的能量有關。所述控制器310可被配置為基於所述電壓表306測量的電壓來確定所述輻射粒子的所述能量。確定所述能量的一種方法是通過將電壓裝倉。所述計數器320可具有用於每個倉的子計數器。當所述控制器310確定所述輻射粒子的能量落入一個倉中時，所述控制器310可使該倉的子計數器中記錄的數目增加一。因此，所述系統121能夠檢測輻射圖像並能夠解析出每個輻射粒子的輻射能量。
在TD1期滿後，所述控制器使所述電極連接到電接地並持續一個復位時段RST，以允許所述電極上累積的載流子流到地面並重定所述電壓。在RST之後，所述系統121已準備好檢測另一個入射輻射粒子。隱含地，在圖12的示例中，所述系統121可處理的入射輻射粒子的速率受限於1/（TD1 + RST）。如果所述第一電壓比較器301已被停用，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已被停用，則它可在RST期滿之前被啟動。
如上所述的圖像感測器9000可用於不同的檢測系統，比如但不限於，醫學成像比如牙科放射線照相；一種貨物掃描或非侵入式檢查（NII）系統，其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；一種全身掃描器系統；一種輻射電腦斷層掃描（輻射CT）系統；一種電子顯微鏡；一種用於執行能量色散輻射光譜（EDS）的系統。
所述圖像感測器9000還可具有其他應用，比如輻射望遠鏡、乳腺放射線照相、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。使用所述圖像感測器9000代替照相底片、照相膠片、PSP膠片、輻射圖像增強器、閃爍體或另一種半導體輻射檢測器。
儘管本文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。本文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文中的申請專利範圍為準。
50:場景 51A、51B、51C:圖像 100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H、100J、100K:輻射檢測器 102:曲面 103A:第一平面表面 103B:第二平面表面 107:支撐件 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:電子器件層 121:電子系統 130:填充材料 131:通孔 150:圖元 190:有效區 195:周邊區 200:封裝 300:二極體 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 400:印刷電路板 405:區 410:焊接線 450:系統印刷電路板 500:致動器 504:第一方向 505:第二方向 506A、506B、506C:位置 600:控制器 799X:第一方向 799Y:第二方向 799Z:軸線 1102、1104、1106、1108:步驟 2000:準直器 2002:輻射透射區 2004:輻射阻擋區 9000:圖像感測器 9002:有效區 9004:盲區 A、B、C:位置 RST:復位時段 t0、t1、t2、te、ts:時間 TD1:時間延遲 V1:第一閾值 X1、Y1:寬度 X2、Y2:距離
圖1示意示出根據實施例的一種圖像感測器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替代詳細橫截面圖。 圖3示意示出根據實施例的所述輻射檢測器可具有圖元陣列。 圖4A示意示出包括輻射檢測器和印刷電路板（PCB）的封裝的俯視圖。 圖4B示意示出所述檢測器的橫截面圖，其中圖4A的多個封裝被安裝到另一個PCB上。 圖5示意示出根據實施例的所述圖像感測器的輻射檢測器相對於輻射源的移動。 圖6示意示出根據實施例的所述圖像感測器的一個準直器。 圖7示意示出根據實施例的所述圖像感測器的功能框圖。 圖8根據一個實施例示意示出可以通過拼接一個物體多個不同部分的圖像來形成所述物體的圖像 圖9A-圖9D示意示出根據實施例的所述輻射檢測器在所述圖像感測器中的排列。 圖10示意示出根據實施例的校準所述裝置的方法的流程圖。 圖11A和圖11B各自示出根據實施例的圖2A、圖2B和圖2C中的所述輻射檢測器的電子系統的組件圖。 圖12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，由入射在所述輻射吸收層上的輻射粒子所產生的載流子引起的，電流的時間變化（上曲線），以及所述電極電壓的相應的時間變化（下曲線）。
799X:第一方向
799Y:第二方向
799Z:軸線
2000:準直器
2002:輻射透射區
2004:輻射阻擋區
9000:圖像感測器
9002:有效區
9004:盲區

Claims (17)

  1. 一種圖像感測器的使用方法，包括：通過以下方式將準直器與圖像感測器的多個輻射檢測器對準：沿第一方向移動所述輻射檢測器；沿垂直於所述第一方向的第二方向移動所述準直器；圍繞垂直於所述第一方向和所述第二方向的軸線旋轉所述準直器；其中，所述多個輻射檢測器被配置為分別在不同的多個圖像捕獲位置處捕獲場景的部分的圖像，並且通過拼接所述部分的所述圖像來形成所述場景的圖像，其中所述第二方向在所述多個輻射檢測器配置的平面內。
  2. 如請求項1所述的使用方法，其中所述多個圖像捕獲位置沿所述第一方向彼此位移。
  3. 如請求項1所述的使用方法，其中所述準直器包括多個輻射透射區和一個輻射阻擋區，並且其中，當所述準直器與所述輻射檢測器對準時，所述輻射阻擋區實質上阻擋了如果不被阻擋就會入射到所述圖像感測器的盲區上的輻射，並且所述輻射透射區允許至少一部分將要入射在所述圖像感測器的有效區的所述輻射的透射。
  4. 如請求項2所述的使用方法，其進一步包括在所述多個圖像捕獲位置之間移動所述多個輻射檢測器。
  5. 如請求項1所述的使用方法，其中所述多個輻射檢測器中的至少一些以交錯列排列。
  6. 如請求項1所述的使用方法，其中所述多個輻射檢測器的有效區在所述多個圖像捕獲位置上細分所述場景。
  7. 如請求項1所述的使用方法，其中在不同所述多個圖像捕獲位置處的所述場景的部分的所述圖像具有空間重疊。
  8. 如請求項1所述的使用方法，其中所述多個輻射檢測器包括第一輻射檢測器和第二輻射檢測器，所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器分別包括被配置為接收來自輻射源的輻射的平面，並且所述第一輻射檢測器的所述平面和所述第二輻射檢測器的所述平面不平行。
  9. 一種圖像感測器，包括：多個輻射檢測器；準直器；和致動器，其配置為：沿第一方向移動所述輻射檢測器；沿垂直於所述第一方向的第二方向移動所述準直器；圍繞垂直於所述第一方向和所述第二方向的軸線旋轉所述準直器；其中所述多個輻射檢測器被配置為分別在不同的多個圖像捕獲位置處捕獲場景的部分的圖像，並且通過拼接所述部分的圖像來形成所述場景的圖像， 其中所述第二方向在所述多個輻射檢測器配置的平面內。
  10. 如請求項9所述的圖像感測器，其中所述多個圖像捕獲位置沿所述第一方向彼此位移。
  11. 如請求項9所述的圖像感測器，其中所述準直器包括多個輻射透射區和一個輻射阻擋區，並且其中，當所述準直器與所述輻射檢測器對準時，所述輻射阻擋區實質上阻擋了如果不被阻擋就會入射到所述圖像感測器的盲區上的輻射，並且所述輻射透射區允許至少一部分將要入射在所述圖像感測器的有效區的所述輻射的透射。
  12. 如請求項9所述的圖像感測器，其中所述多個輻射檢測器中的至少一些以交錯列排列。
  13. 如請求項9所述的圖像感測器，其中所述多個輻射檢測器的有效區在所述多個圖像捕獲位置上細分所述場景。
  14. 如請求項9所述的圖像感測器，其中在不同所述多個圖像捕獲位置處的所述場景的部分的所述圖像具有空間重疊。
  15. 如請求項9所述的圖像感測器，其中所述多個輻射檢測器包括第一輻射檢測器和第二輻射檢測器，所述第一輻射檢測器和所述第二輻射檢測器分別包括被配置為接收來自輻射源的輻射的平面，並且所述第一輻射檢測器的所述平面和所述第二輻射檢測器的所述平面不平行。
  16. 如請求項15所述的圖像感測器，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。
  17. 一種輻射電腦斷層掃描系統，其包括：如請求項9所述的圖像感測器，以及輻射源。
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