半導(dǎo)體光電檢測(cè)器和放射線檢測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本技術(shù)涉及半導(dǎo)體光電檢測(cè)器和放射線檢測(cè)器，以此能夠提高光電檢測(cè)的時(shí)間分辨率，并且使放射線能量辨別和光子計(jì)數(shù)成為可能。所述放射線檢測(cè)器具有閃爍器、放射線檢測(cè)部和曝光周期調(diào)節(jié)部。當(dāng)放射線被輸入時(shí)，所述閃爍器生成具有與放射線能量相對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)度的閃爍光，并且將所述閃爍光的光子分別提供至多個(gè)像素。每當(dāng)所述像素在曝光周期內(nèi)被所述閃爍光曝光時(shí)，所述放射線檢測(cè)部基于在所述曝光周期內(nèi)提供來的所述光子的數(shù)量檢測(cè)所述放射線是否被輸入。曝光周期調(diào)節(jié)部基于被檢測(cè)的所述放射線的輸入頻率來調(diào)節(jié)所述曝光周期。
【專利說明】半導(dǎo)體光電檢測(cè)器和放射線檢測(cè)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及使用光子計(jì)數(shù)的半導(dǎo)體光電檢測(cè)器和放射線檢測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，以單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層攝影(SPECT:Single Photon Emiss1nComputed Tomography,伽馬照相機(jī))和正電子發(fā)射斷層攝影(PET:Positron Emiss1nTomography)為代表的、使用放射線的光子計(jì)數(shù)的醫(yī)療診斷設(shè)備已經(jīng)被越來越多地被引入。在放射線的光子計(jì)數(shù)期間，需要檢測(cè)器具有高的時(shí)間分辨率，并且檢測(cè)器還進(jìn)行每個(gè)單光子放射線的能量強(qiáng)度的檢測(cè)，且實(shí)施根據(jù)該能量強(qiáng)度的計(jì)數(shù)篩選。
[0003]例如，將諸如锝等微量伽馬射線源導(dǎo)入生命體內(nèi)，然后根據(jù)發(fā)射出的伽馬射線的位置信息而確定生命體內(nèi)的伽馬射線源分布，由此診斷諸如生命體內(nèi)的血流狀態(tài)和局部缺血等相關(guān)疾病。關(guān)于上述檢測(cè)，使用SPECT(伽馬照相機(jī))裝置并且通常使用閃爍器和光電倍增管作為伽馬射線的檢測(cè)器。
[0004]例如在專利文獻(xiàn)I (特開2006-242958號(hào)公報(bào))的現(xiàn)有技術(shù)中，在圖25等中介紹了 SPECT裝置的基本構(gòu)造。用來確定進(jìn)入檢測(cè)器的伽馬射線的入射位置和能量強(qiáng)度的信號(hào)處理的具體示例在例如專利文獻(xiàn)2 (特表2006-508344號(hào)公報(bào))中被說明。
[0005]圖1用于解釋伽馬射線檢測(cè)的概要。在伽馬射線檢測(cè)中，當(dāng)從生命體內(nèi)的伽馬射線源I生成的伽馬射線2穿過準(zhǔn)直器3而進(jìn)入閃爍器4時(shí)，閃爍器4發(fā)出熒光，然后由布置成陣列形狀的光電倍增管5檢測(cè)該熒光。光電倍增管5放大上述熒光以產(chǎn)生電流脈沖，然后通過包含電壓轉(zhuǎn)換器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器6而將上述電流脈沖作為入射至每個(gè)光電檢測(cè)元件的入射光量值而輸出至運(yùn)算部7。
[0006]另一方面，在某些情況下，在生命體內(nèi)經(jīng)過康普頓散射而衰減的伽馬射線8穿過準(zhǔn)直器3，然后被檢測(cè)。這樣的信號(hào)是已經(jīng)失去原始位置信息的噪聲。或者，涉及作為因宇宙射線等而造成的不尋常的高信號(hào)而被發(fā)出的噪聲。SPECT裝置通過根據(jù)沒有經(jīng)過散射的最初伽馬射線的能量辨別而過濾這些噪聲。運(yùn)算部7基于來自與每個(gè)光電倍增管連接的轉(zhuǎn)換器6的輸出來進(jìn)行每個(gè)伽馬射線的噪聲辨別和位置判定。當(dāng)閃爍器4形成有固體板時(shí)，多個(gè)光電倍增管5同時(shí)檢測(cè)到發(fā)光。運(yùn)算部7從總輸出中指定伽馬射線能量并且根據(jù)例如輸出的重心而指定伽馬射線的入射位置。為了判定作為獨(dú)立事件的每個(gè)伽馬射線入射，需要以非常高的速度執(zhí)行這些操作。因此，計(jì)算被判定為最初伽馬射線(不是噪聲)的事件的次數(shù)，然后鑒定生命體內(nèi)的伽馬射線源分布。
[0007]近年來，除了使用具有高透射性的伽馬射線的透射攝影以外，涉及這樣的能量辨別的放射線的光子計(jì)數(shù)還被用于X射線透射攝影，并且人們?cè)絹碓秸J(rèn)可它的效果。例如，專利文獻(xiàn)3(特開2011-24773號(hào)公報(bào))和專利文獻(xiàn)4(特開2004-77132號(hào)公報(bào))分別說明了這樣的裝置的一個(gè)示例，并且期望其能夠應(yīng)用于乳腺X線攝影和X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT: Computed Tomography)。然而，因?yàn)樵赬射線的情況下入射放射線的頻率高,所以光子計(jì)數(shù)的時(shí)間分辨率需要比醫(yī)療用的伽馬射線的時(shí)間分辨率更高。
[0008]另一方面，在專利文獻(xiàn)5(特開2011-97581號(hào)公報(bào))中， 申請(qǐng)人:建議一種利用光子計(jì)數(shù)的新型攝像器件，該器件在遵循互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像器的電路構(gòu)造的同時(shí)，還通過并用時(shí)間分割和多個(gè)像素的屏幕分割使得動(dòng)態(tài)范圍增大。這樣的器件還能夠被用作芯片中的整個(gè)像素陣列是一個(gè)受光表面的用于光子計(jì)數(shù)的器件。
[0009]當(dāng)使用這樣的半導(dǎo)體攝像器件和閃爍器來檢測(cè)放射線時(shí)，伴隨著放射線的入射而從閃爍器發(fā)射出的光子的數(shù)量反映出放射線的能量強(qiáng)度。通過對(duì)其進(jìn)行光子計(jì)數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)與光電倍增管的檢測(cè)靈敏度相當(dāng)?shù)臋z測(cè)靈敏度。然而，這里對(duì)閃爍光進(jìn)行光子計(jì)數(shù)，而放射線的光子數(shù)沒有被計(jì)數(shù)。
[0010]引用文獻(xiàn)列表
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:特開2006-242958號(hào)公報(bào)
[0013]專利文獻(xiàn)2:特表2006-508344號(hào)公報(bào)
[0014]專利文獻(xiàn)3:特開2011-24773號(hào)公報(bào)
[0015]專利文獻(xiàn)4:特開2004-77132號(hào)公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)5:特開2011-97581號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017]技術(shù)問題
[0018]用作上述的放射線的光子計(jì)數(shù)，使用閃爍器和光電倍增管已經(jīng)成為主流?；蛘撸褂弥T如碲化鎘(CdTe)等特殊半導(dǎo)體進(jìn)行直接檢測(cè)。當(dāng)試圖將放射線光子計(jì)數(shù)引入使用這些受光器件的X射線乳腺體攝影和CT攝像中時(shí)，形成像素的受光部的尺寸減小難以實(shí)現(xiàn)，并且時(shí)間分辨率也有可能不足。更具體地，每個(gè)受光部和每個(gè)處理部接收一個(gè)X射線的入射，然后執(zhí)行檢測(cè)和能量判定處理，但是在某些情況下，隨后的X射線在處理完成前就進(jìn)入。這種情況導(dǎo)致了如下的事實(shí):裝置不能進(jìn)行正確的能量辨別以及發(fā)出的X射線的計(jì)數(shù)。
[0019]例如，在伽馬照相機(jī)的情況下進(jìn)入每Imm2受光部的放射線的數(shù)量是100個(gè)放射線/秒以下，但是與此相比，在乳腺X線攝影的情況下該數(shù)量是幾萬至幾百萬個(gè)，并且在CT攝像的情況下該數(shù)量進(jìn)一步增大一個(gè)數(shù)量級(jí)。為了對(duì)所有放射線計(jì)數(shù)，需要在幾微秒內(nèi)或者在納秒級(jí)內(nèi)完成檢測(cè)和判定周期。因此，為了將放射線光子計(jì)數(shù)應(yīng)用于乳腺X線攝影或者CT攝像，需要能夠克服時(shí)間分辨率問題的新型光電檢測(cè)部。
[0020]另一方面，當(dāng)遵循普通的CMOS成像器的電路構(gòu)造來進(jìn)行光電檢測(cè)時(shí)，光電檢測(cè)的時(shí)間分辨率是由幀頻來限定的。幀頻是由讀出并輸出所有有效像素所需要的電路性能限定的，并且通常表現(xiàn)為幾毫秒至幾十毫秒的級(jí)別，動(dòng)態(tài)范圍對(duì)于放射線的光子計(jì)數(shù)而言是不夠的。上述情形同樣地適用于專利文獻(xiàn)5 (特開2011-97581號(hào)公報(bào))中所說明的半導(dǎo)體光子計(jì)數(shù)器。
[0021]將參照?qǐng)D2和圖3來簡(jiǎn)略地說明所述情形。圖2圖示了 CMOS成像器的一般電路構(gòu)造。
[0022]在CMOS成像器中，64行X64列的像素PX以陣列的形狀布置。每個(gè)像素中被檢測(cè)的入射光被積累在像素中作為光電轉(zhuǎn)換電荷。每個(gè)檢測(cè)判定電路11都具有例如模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器，并且每個(gè)檢測(cè)判定電路11與64個(gè)像素連接。當(dāng)將像素輸出讀取至檢測(cè)判定電路11時(shí)選擇一行像素，然后64個(gè)像素的輸出被并行地讀取至64個(gè)檢測(cè)判定電路11以對(duì)這些輸出進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和數(shù)字化判定。每個(gè)像素的經(jīng)檢測(cè)和判定的輸出結(jié)果一旦被存儲(chǔ)于寄存器12中，就會(huì)在下一行的讀出周期內(nèi)被傳輸至輸出電路13，然后作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出。每行的讀取是以循環(huán)的方式連續(xù)進(jìn)行的，并且64次讀取完成一個(gè)循環(huán)。因?yàn)楫?dāng)積累電荷因讀取而被傳輸時(shí)光電二極管被復(fù)位，所以每次讀取之間的期間是曝光周期和光電轉(zhuǎn)換電荷的積累周期。
[0023]這里，假設(shè)使用這樣的CMOS成像器代替圖1中的光電倍增管5作為具有單個(gè)受光表面PDl的受光兀件。例如，假設(shè)光擴(kuò)散部被布置在每個(gè)CMOS成像器的前表面上，并且來自閃爍器4的熒光幾乎均勻地進(jìn)入CMOS成像器。在圖3中，來自CMOS成像器中的每行的輸出結(jié)果被表示為每行中選擇的64個(gè)像素的總輸出。當(dāng)伽馬射線在Tlj時(shí)刻進(jìn)入閃爍器時(shí)，生成的熒光被所有像素同時(shí)接收，然后隨著每行的讀取而被逐個(gè)輸出。然后，主要輸出Dl_l連續(xù)生成直到所有有效行的讀取完成一個(gè)循環(huán)。此外，當(dāng)隨后的伽馬射線在Tl_2時(shí)刻進(jìn)入閃爍器時(shí)，類似地生成輸出Dl_2。
[0024]例如，當(dāng)CMOS成像器中每行的讀取需要5 μ秒時(shí)，那么完成64行的一個(gè)循環(huán)需要320 μ秒，并且在該周期內(nèi)輸出Dl_l和Dl_2連續(xù)地生成。這里，當(dāng)伽馬射線以短于320 μ秒的間隔進(jìn)入閃爍器時(shí)，輸出Dl_l和輸出Dl_2就會(huì)混合，這使得無法進(jìn)行伽馬射線的能量判定和光子計(jì)數(shù)。更具體地，CMOS成像器的時(shí)間分辨率由所謂的幀頻限定。
[0025]因?yàn)橥ǔ５腃MOS成像器的攝像是在以幀為單位的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所以為了將循環(huán)調(diào)節(jié)成一個(gè)幀周期，在最后地址行的讀取與起始地址行的讀取之間插入了消隱周期，并且通常進(jìn)行遮光像素或者偽像素的訪問等。更具體地，有效像素行并不總是以循環(huán)的方式以相同的間隔而被訪問的。
[0026]因?yàn)橄[周期的存在，在輸出D2_l或D2_2的中途被插入了空白或者無意義的輸出，在與根據(jù)放射線的入射而生成的脈沖輸出相同的處理中這就成為了障礙。
[0027]鑒于這樣的情況形成了本技術(shù)，并且本技術(shù)提供了能夠提高光電檢測(cè)的時(shí)間分辨率且實(shí)現(xiàn)放射線的能量辨別和光子計(jì)數(shù)的半導(dǎo)體光電檢測(cè)器和放射線檢測(cè)器。
[0028]解決問題的技術(shù)方案
[0029]為了解決上述問題做出了本技術(shù)，并且本技術(shù)的第一方面提供了一種放射線檢測(cè)器，其包括:閃爍器，當(dāng)放射線進(jìn)入時(shí)，所述閃爍器生成具有取決于所述放射線的能量的光強(qiáng)度的閃爍光，然后將所述閃爍光的光子提供至多個(gè)像素中的各者；放射線檢測(cè)部，每當(dāng)所述多個(gè)像素在曝光周期內(nèi)被所述閃爍光曝光時(shí)，所述放射線檢測(cè)部基于在所述曝光周期內(nèi)提供來的所述光子的數(shù)量來檢測(cè)所述放射線是否進(jìn)入；以及曝光周期調(diào)節(jié)部，所述曝光周期調(diào)節(jié)部基于被檢測(cè)的所述放射線的入射頻率來調(diào)節(jié)所述曝光周期。這獲得了如下的效果:基于放射線入射頻率而調(diào)節(jié)曝光時(shí)間。
[0030]根據(jù)第一方面，還可以包括曝光控制部，所述曝光控制部在所述曝光周期內(nèi)利用所述閃爍光使多個(gè)分區(qū)之中的各分區(qū)逐個(gè)曝光，每個(gè)所述分區(qū)包含所述多個(gè)像素，并且每當(dāng)所述多個(gè)分區(qū)之中的任一分區(qū)被曝光時(shí)，所述放射線檢測(cè)部就檢測(cè)所述放射線是否進(jìn)入。這產(chǎn)生了如下的效果:每當(dāng)所述多個(gè)分區(qū)之中的任一分區(qū)被曝光時(shí)所述放射線被檢測(cè)。
[0031]根據(jù)第一方面，所述曝光控制部可以在使按照曝光順序相鄰的兩個(gè)分區(qū)之中的各者的所述曝光周期部分地重疊的同時(shí)使這兩個(gè)分區(qū)曝光，并且當(dāng)檢測(cè)到相鄰的所述兩個(gè)分區(qū)中都有所述放射線進(jìn)入時(shí)，所述放射線檢測(cè)部檢測(cè)所述放射線進(jìn)入所述兩個(gè)分區(qū)中一次。這產(chǎn)生了如下的效果:當(dāng)在相鄰的所述兩個(gè)分區(qū)兩者中都檢測(cè)到所述放射線時(shí)，所述放射線在所述兩個(gè)分區(qū)中被檢測(cè)一次。
[0032]根據(jù)第一方面，所述曝光控制部可以在按照曝光順序相鄰的兩個(gè)分區(qū)中的一者的曝光完成后經(jīng)過了固定周期之后曝光另一者，并且所述放射線檢測(cè)部可以根據(jù)所述曝光周期內(nèi)的所述放射線的檢測(cè)結(jié)果來判定所述放射線在所述曝光周期和所述固定周期內(nèi)進(jìn)入的次數(shù)。這產(chǎn)生了如下的效果:根據(jù)所述曝光周期內(nèi)的所述放射線的檢測(cè)結(jié)果來判定所述放射線在所述固定周期和所述曝光周期內(nèi)進(jìn)入的次數(shù)。
[0033]根據(jù)第一實(shí)施例，可以包括多個(gè)讀出電路，所述多個(gè)讀出電路同時(shí)地讀出所述像素的輸出值并且將所述輸出值提供至所述放射線檢測(cè)部，所述輸出值取決于彼此不同的各所述分區(qū)中的所述光子的數(shù)量，并且所述放射線檢測(cè)部可以根據(jù)所述輸出值來檢測(cè)所述放射線是否進(jìn)入。這產(chǎn)生了如下的效果:同時(shí)讀出彼此不同的各所述分區(qū)中的所述像素的所述輸出值。
[0034]根據(jù)第一方面，還可以包括曝光控制部，所述曝光控制部在所述曝光周期內(nèi)利用所述閃爍光而使所述多個(gè)像素曝光，并且在所述曝光周期結(jié)束后經(jīng)過了固定周期之后，所述曝光控制部在所述曝光周期內(nèi)利用所述閃爍光使所述多個(gè)像素再次曝光，并且所述放射線檢測(cè)部可以根據(jù)所述曝光周期內(nèi)的所述放射線的檢測(cè)結(jié)果來判定所述放射線在所述曝光周期和所述固定周期內(nèi)進(jìn)入的次數(shù)。這產(chǎn)生了如下的效果:根據(jù)所述曝光周期內(nèi)的所述放射線的檢測(cè)結(jié)果來判定所述放射線在所述曝光周期和所述固定周期內(nèi)進(jìn)入的次數(shù)。
[0035]根據(jù)第一方面，當(dāng)所述入射頻率較高時(shí)，所述曝光周期調(diào)節(jié)部可以縮短所述曝光周期，并且當(dāng)所述入射頻率較低時(shí)，所述曝光周期調(diào)節(jié)部可以延長(zhǎng)曝光時(shí)間。這產(chǎn)生了如下的效果:當(dāng)所述入射頻率較低時(shí)曝光時(shí)間較長(zhǎng)，并且當(dāng)所述入射頻率較高時(shí)所述曝光周期較短。
[0036]根據(jù)第一方面，還可以包括光均勻化部，所述光均勻化部使所述閃爍光的光量大體上均勻化，然后將均勻化的光引導(dǎo)至所述多個(gè)像素。這產(chǎn)生了如下的效果:所述閃爍光的所述光量幾乎被均勻化，然后被引導(dǎo)至所述多個(gè)像素。
[0037]而且，所述多個(gè)像素中的各者可以將取決于在所述曝光周期內(nèi)被提供給所述像素的所述光子的數(shù)量的輸出值提供給所述放射線檢測(cè)部。這產(chǎn)生了如下的效果:提供了取決于在所述曝光周期內(nèi)被提供給所述像素的所述光子的數(shù)量的輸出值。
[0038]本發(fā)明的有益效果
[0039]根據(jù)本技術(shù)，能夠提高光電檢測(cè)的時(shí)間分辨率且能夠?qū)崿F(xiàn)放射線的能量辨別和光子計(jì)數(shù)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]圖1用于解釋伽馬射線檢測(cè)的概要。
[0041]圖2圖示了 CMOS成像器的一般電路構(gòu)造。
[0042]圖3示出了作為每行中選擇的64個(gè)像素的總輸出的、來自圖2的CMOS成像器的每行的輸出結(jié)果。
[0043]圖4圖示了第一實(shí)施例的放射線檢測(cè)器的構(gòu)造示例。
[0044]圖5圖示了圖4的放射線檢測(cè)器中的數(shù)字處理裝置的一個(gè)構(gòu)造示例。
[0045]圖6圖示了圖4的放射線檢測(cè)器中的攝像器件的構(gòu)造示例。
[0046]圖7示出了圖6的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例的圖。
[0047]圖8圖示了可應(yīng)用于本技術(shù)的半導(dǎo)體攝像芯片的像素的電路構(gòu)造的一個(gè)示例。
[0048]圖9圖示了檢測(cè)判定電路(感測(cè)電路)的構(gòu)造示例，該檢測(cè)判定電路檢測(cè)來自像素的微小輸出信號(hào)并進(jìn)行有無光子入射的二值判定。
[0049]圖10是示出了圖9的感測(cè)電路的信號(hào)讀出程序的流程圖。
[0050]圖11是示出了圖5的數(shù)字處理裝置的操作的流程圖。
[0051]圖12是示出了放射線計(jì)數(shù)率與每單位曝光周期的平均入射射線數(shù)量之間的關(guān)系的一個(gè)不例的圖表。
[0052]圖13圖示了第二實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的攝像器件的一個(gè)示例。
[0053]圖14示出了圖13的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。
[0054]圖15圖示了圖13的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的更優(yōu)選的示例。
[0055]圖16圖示了根據(jù)泊松分布和二項(xiàng)分布的“I”判定的發(fā)生頻率分布的估計(jì)結(jié)果。
[0056]圖17圖示了第三實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的攝像器件的一個(gè)示例。
[0057]圖18示出了圖17的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。
[0058]圖19示出了第四實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。
[0059]圖20是用于解釋在第四實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中調(diào)節(jié)靈敏度和時(shí)間分辨率的示例的圖。
[0060]圖21示出了第四實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的曝光周期的輸出狀態(tài)的一般示例。
[0061]圖22圖示了第五實(shí)施例的放射線檢測(cè)器的構(gòu)造示例。
[0062]圖23示出了第六實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。
[0063]圖24圖示了第六實(shí)施例的像素的電路構(gòu)造的一個(gè)示例。
[0064]圖25示出了第六實(shí)施例的像素的控制的一個(gè)示例的時(shí)序圖。
[0065]圖26圖示了第七實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的攝像器件的一個(gè)示例。
[0066]圖27包括圖27a和圖27b，圖27示出了圖26的攝像器件中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0067]以下，將參照附圖來說明本技術(shù)的實(shí)施例。
[0068]將按照下列順序進(jìn)行說明。
[0069]1.第一實(shí)施例(基于計(jì)數(shù)值調(diào)節(jié)曝光周期的示例)
[0070]2.第二實(shí)施例(調(diào)節(jié)曝光周期且在每個(gè)分區(qū)(divis1n)中進(jìn)行曝光的示例)
[0071]3.第三實(shí)施例(調(diào)節(jié)曝光周期且通過兩個(gè)讀出電路讀出像素的示例)
[0072]4.第四實(shí)施例(調(diào)節(jié)曝光周期且通過四個(gè)讀出電路讀出像素的示例)
[0073]5.第五實(shí)施例(由多個(gè)像素陣列部共用一個(gè)閃爍器并且調(diào)節(jié)曝光周期的示例)
[0074]6.第六實(shí)施例(調(diào)節(jié)曝光周期且通過由局部快門系統(tǒng)設(shè)置非曝光周期來進(jìn)行曝光的示例)
[0075]7.第七實(shí)施例(調(diào)節(jié)曝光周期且通過由全局快門系統(tǒng)設(shè)置非曝光周期來進(jìn)行曝光的示例)
[0076]1.第一實(shí)施例
[0077]圖4圖示了應(yīng)用了本技術(shù)的放射線檢測(cè)器的構(gòu)造示例。
[0078]放射線檢測(cè)器的構(gòu)造示例
[0079]圖4的放射線檢測(cè)器200具有準(zhǔn)直器210、閃爍器220、光導(dǎo)230、攝像器件240和數(shù)字處理裝置250。
[0080]在放射線檢測(cè)器200中，準(zhǔn)直器210是使用鉛等形成的。閃爍器220接收通過準(zhǔn)直器210的放射線以發(fā)出閃爍光。光導(dǎo)230收集閃爍光，且將收集的光引導(dǎo)至攝像器件240。光導(dǎo)230具有光均勻化功能，因此閃爍光幾乎是均勻地被發(fā)射至攝像器件240的受光表面。稍后將參照?qǐng)D6來說明攝像器件240的構(gòu)造的細(xì)節(jié)。受光表面包含多個(gè)像素陣列并且被分割為多個(gè)區(qū)域，從而以循環(huán)的方式進(jìn)行曝光。然后，每個(gè)區(qū)域中的像素的輸出值作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而被逐個(gè)輸出。數(shù)字處理裝置250接收上述輸出值，然后獲取曝光區(qū)域的光強(qiáng)度的測(cè)量結(jié)果。數(shù)字處理裝置250基于每個(gè)光強(qiáng)度結(jié)果進(jìn)行放射線的能量辨別，并且還對(duì)重要數(shù)據(jù)的生成次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后進(jìn)行放射線的光子計(jì)數(shù)。
[0081]通過以陣列的形狀布置大量的這樣的檢測(cè)器，本技術(shù)能夠被用于SPECT裝置、PET裝置、諸如乳腺X線攝影等透射X射線檢測(cè)器、CT裝置等。
[0082]圖4中的攝像器件240和數(shù)字處理裝置250被用作放射線光電檢測(cè)器。
[0083]數(shù)字處理裝置的構(gòu)造示例
[0084]圖5圖示了圖4的放射線檢測(cè)器中的數(shù)字處理裝置250的一個(gè)構(gòu)造示例。數(shù)字處理裝置250具有光子計(jì)數(shù)部251、放射線檢測(cè)部252、放射線計(jì)數(shù)率計(jì)算部253和曝光周期調(diào)節(jié)部254。
[0085]在多個(gè)區(qū)域之中的每個(gè)區(qū)域內(nèi)，光子計(jì)數(shù)部251對(duì)被提供至該區(qū)域中的像素的閃爍光的光子數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。例如，當(dāng)光子進(jìn)入像素時(shí)，像素輸出“I”的信號(hào)，且當(dāng)光子沒有進(jìn)入時(shí)，像素輸出“O”的信號(hào)。因此，光子計(jì)數(shù)部251能夠計(jì)算出總輸出值作為光子的數(shù)量。光子計(jì)數(shù)部251通過控制信號(hào)而使攝像器件240進(jìn)行曝光，然后，當(dāng)任一個(gè)區(qū)域被曝光時(shí)，根據(jù)像素的輸出值來確定該區(qū)域中的計(jì)數(shù)值。光子計(jì)數(shù)部251將每個(gè)區(qū)域的測(cè)量值作為閃爍光的光強(qiáng)度的測(cè)量結(jié)果而提供至放射線計(jì)數(shù)率計(jì)算部253。
[0086]放射線檢測(cè)部252檢測(cè)在每個(gè)曝光周期內(nèi)放射線是否進(jìn)入。放射線檢測(cè)部252基于計(jì)數(shù)值是否高于固定值來檢測(cè)在曝光周期內(nèi)超過預(yù)定能量的放射線是否進(jìn)入。此外，放射線檢測(cè)部252根據(jù)每個(gè)曝光周期內(nèi)的放射線的檢測(cè)結(jié)果來計(jì)算放射線的數(shù)量，然后根據(jù)需要將放射線的計(jì)數(shù)值輸出至外部。而且，放射線檢測(cè)部252將每個(gè)曝光周期內(nèi)的檢測(cè)結(jié)果提供給放射線計(jì)數(shù)率計(jì)算部253。
[0087]放射線計(jì)數(shù)率計(jì)算部253根據(jù)每個(gè)區(qū)域的放射線的檢測(cè)結(jié)果來計(jì)算放射線計(jì)數(shù)率。具體地，放射線計(jì)數(shù)率計(jì)算部253計(jì)算通過用放射線進(jìn)入的次數(shù)除以曝光的次數(shù)而獲得的值并將該值作為放射線計(jì)數(shù)率(換言之，放射線的入射頻率)。各個(gè)曝光中的閃爍光的光子計(jì)數(shù)值反映了被計(jì)數(shù)的放射線粒子的能量。因此，當(dāng)具有高于固定強(qiáng)度的光強(qiáng)度的閃爍光的入射頻率越高時(shí)，超過預(yù)定能量的放射線粒子的入射頻率就越高，因此放射線計(jì)數(shù)率就顯示出更高值。當(dāng)曝光周期較長(zhǎng)時(shí)，在該周期內(nèi)進(jìn)入的放射線的數(shù)量變得較大。因此，當(dāng)曝光周期較長(zhǎng)時(shí)，放射線計(jì)數(shù)率顯示出較高值。放射線計(jì)數(shù)率計(jì)算部253將計(jì)算出的放射線計(jì)數(shù)率提供給曝光周期調(diào)節(jié)部254。
[0088]曝光周期調(diào)節(jié)部254基于放射線計(jì)數(shù)率來調(diào)節(jié)曝光周期。當(dāng)放射線計(jì)數(shù)率高于上限LI時(shí)，曝光周期調(diào)節(jié)部254判定曝光周期的調(diào)節(jié)沒有完成，然后縮短曝光周期。這是因?yàn)楫?dāng)放射線計(jì)數(shù)率過高時(shí)，就判定放射線在曝光周期內(nèi)多次進(jìn)入，且因此無法進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。
[0089]另一方面，當(dāng)放射線計(jì)數(shù)率低于下限L2 (L2是小于LI的實(shí)數(shù))時(shí)，曝光周期調(diào)節(jié)部254判定曝光周期的調(diào)節(jié)沒有完成，然后延長(zhǎng)曝光周期。這是因?yàn)楫?dāng)放射線計(jì)數(shù)率過低時(shí)，就判定在曝光周期內(nèi)沒有超過預(yù)定能量的放射線進(jìn)入?yún)^(qū)域，換言之，沒有獲得足夠的能量分辨率。
[0090]當(dāng)調(diào)節(jié)沒有完成時(shí)，曝光周期調(diào)節(jié)部254將延長(zhǎng)/縮短的曝光周期提供給光子計(jì)數(shù)部251。光子計(jì)數(shù)部251在提供來的曝光周期內(nèi)使每個(gè)區(qū)域再次進(jìn)行曝光。當(dāng)調(diào)節(jié)完成時(shí)，曝光周期調(diào)節(jié)部254固定曝光周期且不進(jìn)行接下來的調(diào)節(jié)。即使在調(diào)節(jié)完成之后，曝光周期調(diào)節(jié)部254也可以連續(xù)地獲取放射線計(jì)數(shù)率，然后可以連續(xù)地進(jìn)行曝光周期的調(diào)節(jié)。
[0091]在曝光周期的調(diào)節(jié)沒有完成的時(shí)候，放射線檢測(cè)部252不輸出放射線的計(jì)數(shù)值，而是在上述調(diào)節(jié)完成之后輸出放射線的計(jì)數(shù)值。
[0092]攝像器件的構(gòu)造示例
[0093]圖6圖示了圖4的放射線檢測(cè)器中的攝像器件的構(gòu)造示例。圖7示出了圖4的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。
[0094]圖6的攝像器件240示出了本實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的攝像器件的基本概念。在攝像器件240中，基本上，包含由多個(gè)像素PXL構(gòu)成的陣列的受光表面(受光部)被分割為多個(gè)區(qū)域，分配有每個(gè)區(qū)域獨(dú)立的固定曝光周期，并且曝光以幾乎相同的間隔以循環(huán)的方式進(jìn)行，由此光電檢測(cè)的時(shí)間分辨率顯著提高。
[0095]在圖6中，PD100表不受光表面(受光部)，110表不像素陣列部，120表不檢測(cè)器電路(檢測(cè)判定電路)，并且CTL100表示控制部。在圖6的攝像器件240中，單個(gè)受光表面ro10的像素陣列部110被分割為N個(gè)區(qū)域(本文中，N = 4)R1_1至Rl_4。這里，獨(dú)立的固定曝光周期被分配給區(qū)域Rl_l至Rl_4中的各者，并且這些區(qū)域以循環(huán)的方式被逐個(gè)地曝光。在該過程中，受光表面ro10的分割區(qū)域Rl_l至Rl_4的曝光時(shí)間是1/N且受光表面ro10的有效靈敏度也是1/N。
[0096]另一方面，在每個(gè)區(qū)域中光電檢測(cè)以時(shí)間為基礎(chǔ)被分割，并且區(qū)域Rl_l至Rl_4中的各者的輸出信號(hào)反映了在每個(gè)曝光周期內(nèi)進(jìn)入受光表面ro10的光量。更具體地，時(shí)間分辨率增大了 N倍。
[0097]區(qū)域Rl_l至Rl_4各者中的積累電荷的輸出信號(hào)通過信號(hào)線LSGN而被共用的檢測(cè)判定電路120讀出。區(qū)域Rl_l至Rl_4各者的曝光和積累周期通過排出每個(gè)區(qū)域的積累電荷的復(fù)位操作而開始。
[0098]這些操作與CMOS成像器的電子快門多少有些相似，并且在某些情況下能夠由相同的電路構(gòu)造進(jìn)行。然而，這兩類操作在如下的方面上彼此是本質(zhì)不同的:通常的CMOS成像器中的電子快門的目的是光量調(diào)節(jié)，但是本技術(shù)旨在提高時(shí)間分辨率。
[0099]具體操作和構(gòu)造存在在如下的不同。單個(gè)受光表面ro10被分割為多個(gè)區(qū)域Rl_l至Rl_4，并且區(qū)域Rl_l至Rl_4各者的輸出反映了進(jìn)入受光表面TOlOO的光量。以幾乎相同的間隔并以循環(huán)的方式進(jìn)行區(qū)域Rl_l至Rl_4各者的曝光EX。更具體地，不存在如在普通的成像器中那樣的與幀周期相對(duì)應(yīng)的限制，并且例如當(dāng)曝光周期從區(qū)域Rl_4返回至區(qū)域Rl_l時(shí)還保持相同的間隔。在該期間內(nèi)，不設(shè)置消隱期間或者不進(jìn)行遮光像素的掃描。結(jié)果，在任意時(shí)刻只有部分區(qū)域和相同數(shù)量的區(qū)域(在這個(gè)示例中，只有一個(gè)區(qū)域)被進(jìn)入的光脈沖曝光。此外，雖然在通常的CMOS成像器中很難關(guān)注到讀出周期中的準(zhǔn)確曝光完成時(shí)刻，但是在本技術(shù)中理想的是，例如區(qū)域Rl_l的曝光和積累EX的結(jié)束與Rl_2的曝光和積累的開始EX幾乎同時(shí)進(jìn)行。稍后將給出對(duì)此的說明。
[0100]此外，本技術(shù)還具有如下的特征:將這樣的基本概念應(yīng)用于放射線的閃爍檢測(cè)并且實(shí)現(xiàn)放射線的能量辨別和光子計(jì)數(shù)。
[0101]在這種情況下，為了使區(qū)域Rl_l至Rl_4中各者的光電檢測(cè)量能夠正確地反映相應(yīng)的受光表面ro10的光電檢測(cè)量，理想的是，發(fā)射至受光表面的光是均勻的，并且受光表面PD100可以設(shè)置有光均勻化部。例如，通過以多路復(fù)用的方式對(duì)光進(jìn)行散射來進(jìn)行光均勻化。例如，使用諸如利用反射的萬花筒和覆蓋有小透鏡的蠅眼透鏡等集成透鏡、利用衍射的數(shù)字光學(xué)元件(DOE)、將散射光的粒子和點(diǎn)添加到玻璃和樹脂中的光散射材料等。
[0102]當(dāng)入射光相對(duì)強(qiáng)時(shí)，像素可以與普通的CMOS圖像傳感器中的像素相同。然而，當(dāng)如在SPECT中檢測(cè)微弱的伽馬射線時(shí)，像素理想的是具有內(nèi)部放大功能和高轉(zhuǎn)換效率的且以數(shù)字值輸出入射光子數(shù)的數(shù)字像素。
[0103]本技術(shù)的放射線檢測(cè)器遵循CMOS型圖像傳感器的電路架構(gòu)且顯著地提高了它的光電檢測(cè)的時(shí)間分辨率。因此，能夠在放射線的閃爍檢測(cè)中實(shí)現(xiàn)能量辨別和光子計(jì)數(shù)并且還能夠從裝置中數(shù)字化地輸出檢測(cè)結(jié)果。因而，不需要處理模擬信號(hào)的外部裝置，并且在伽馬照相機(jī)、PET、CT裝置、乳腺X線攝影等中能夠顯著地減小裝置的尺寸和成本。
[0104]因此，已經(jīng)說明了本實(shí)施例的放射線檢測(cè)器的基本概念。以下，將說明本技術(shù)中的放射線檢測(cè)器中的攝像器件(檢測(cè)元件)的具體實(shí)施例。下面的實(shí)施例首先說明了光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)的CMOS成像器。接著，給出了作為本技術(shù)的要點(diǎn)的新操作模式的說明，且進(jìn)一步給出了采用該操作模式的放射線檢測(cè)器的說明。在上述光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)中，由傳感器本身生成的噪聲被過濾，且信號(hào)的信噪比(S/N比)增大至極限。因此，即使當(dāng)本技術(shù)被用于降低有效靈敏度時(shí)，也能夠確保足夠的S/N比，因此該系統(tǒng)適用于非常微小量的伽馬射線的閃爍檢測(cè)等。另一方面，當(dāng)檢測(cè)目標(biāo)的發(fā)光強(qiáng)度高且不需要超高靈敏度時(shí)，可以使用普通的CMOS圖像傳感器。
[0105]像素的構(gòu)造示例
[0106]圖8是圖示了可應(yīng)用于本技術(shù)的半導(dǎo)體攝像芯片的像素的電路構(gòu)造的一個(gè)示例的圖。圖8圖示了在一個(gè)單位像素PX中包含三個(gè)晶體管的像素電路的一個(gè)示例。
[0107]一個(gè)單位像素PX具有作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管111、傳輸晶體管112、復(fù)位晶體管113和作為放大器元件的放大器晶體管114。像素PX具有積累節(jié)點(diǎn)115和檢測(cè)節(jié)點(diǎn)(FD floating Diffus1n，浮動(dòng)擴(kuò)散層)116。傳輸晶體管112的柵電極與傳輸線117連接且復(fù)位晶體管113的柵電極與復(fù)位線118連接。放大器晶體管114的柵電極與檢測(cè)節(jié)點(diǎn)116連接且放大器晶體管114的源極與輸出信號(hào)線119 (LSGN)連接。FD節(jié)點(diǎn)116充當(dāng)放大器晶體管114的輸入節(jié)點(diǎn)。
[0108]在像素PX中，進(jìn)入像素的硅基板中的光生成一對(duì)電子和空穴，并且其中的電子被光電二極管111積累在節(jié)點(diǎn)115中。通過在預(yù)定時(shí)刻導(dǎo)通傳輸晶體管112而將電子傳輸至檢測(cè)節(jié)點(diǎn)116，以此驅(qū)動(dòng)放大器晶體管114的柵極。因此，信號(hào)電荷變?yōu)閷⒈蛔x出的輸出至輸出信號(hào)線119的信號(hào)。復(fù)位晶體管113與傳輸晶體管112—起以并行的方式被同時(shí)導(dǎo)通，從而將光電二極管111中積累的電子取出至電源，并且使像素復(fù)位至積累前的暗狀態(tài)，即，光子沒有進(jìn)入的狀態(tài)。在圖8中，PS表示用于復(fù)位或者源極跟隨器的電源，且例如，3V被提供給電源PS。
[0109]關(guān)于像素的讀出，復(fù)位晶體管113首先被導(dǎo)通然后被切斷，以此使檢測(cè)節(jié)點(diǎn)116復(fù)位，然后進(jìn)行第一次讀出。判定電路(未圖示)將輸出信號(hào)作為電荷存儲(chǔ)。此外，傳輸晶體管112被導(dǎo)通然后被切斷，以此將節(jié)點(diǎn)115的積累電荷完全地傳輸至檢測(cè)節(jié)點(diǎn)116，然后進(jìn)行第二次讀出。判定電路利用所謂的相關(guān)雙采樣(CDS)提取第二次讀出與第一次讀出之間的差，并且獲取凈像素信號(hào)。
[0110]這樣的像素的基本電路和操作原理與普通CMOS成像器中的像素的基本電路和操作原理相同，并且包括各種變化。然而，本技術(shù)中提出的像素被設(shè)計(jì)成與普通像素相比轉(zhuǎn)換效果非常高。為了這個(gè)目的，構(gòu)成源極跟隨器的放大器的輸入節(jié)點(diǎn)116的寄生電容被設(shè)計(jì)成有效地減小至極限。該設(shè)計(jì)是通過布局的各種設(shè)計(jì)、在專利文獻(xiàn)(特開平5-63468號(hào)公報(bào))和專利文獻(xiàn)(特開2011-119441號(hào)公報(bào))中說明的將源極跟隨器的輸出反饋至像素中的電路的技術(shù)等實(shí)現(xiàn)的。因此，當(dāng)從單個(gè)光子獲得的、輸出至垂直信號(hào)線119的輸出信號(hào)充分大于放大器晶體管114的隨機(jī)噪聲時(shí)，來自像素的信號(hào)被量子化，從而像素中積累的光子的數(shù)量能夠作為數(shù)字信號(hào)被檢測(cè)。
[0111]例如，當(dāng)轉(zhuǎn)換效率增大至600 μ v/e-時(shí)，信號(hào)量變得充分大于放大器晶體管114的隨機(jī)噪聲，因此理論上能實(shí)現(xiàn)單個(gè)光子的檢測(cè)。這里，當(dāng)對(duì)單位曝光周期內(nèi)光子入射的有無進(jìn)行二值判定并且結(jié)果被數(shù)字化輸出時(shí)，放大器之后的噪聲能夠被設(shè)定成基本為零。例如，當(dāng)對(duì)128X128的像素陣列執(zhí)行這樣的判定且該像素陣列被視為一個(gè)受光表面時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)最大達(dá)到128X128 = 16，384個(gè)光子的光子計(jì)數(shù)。
[0112]或者，在每個(gè)曝光中從O個(gè)至2個(gè)光子入射的輸出可以被辨別為用O至2這三個(gè)值計(jì)數(shù)的數(shù)字輸出。在這種情況下，雖然判定界限(即，判定的錯(cuò)誤率)變得嚴(yán)格，但是光子計(jì)數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大。
[0113]半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換是量子化現(xiàn)象，其中每個(gè)光子入射最初產(chǎn)生一個(gè)電子。普通攝像器件在光電二極管中積累大量的電子，然后將電子作為模擬信號(hào)輸出，因此各種噪聲在稍后階段的傳輸中被混合。然而，當(dāng)像素將所生成的電子的數(shù)量作為數(shù)字信號(hào)原樣輸出，然后在后續(xù)階段中無誤差地對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，在傳輸期間就不會(huì)存在噪聲混合。
[0114]在上述的示例中，使單個(gè)光子檢測(cè)能夠進(jìn)行的信號(hào)量是通過因寄生電容的減小而造成的轉(zhuǎn)換效率的提高而獲得的，但是即使在例如通過光電轉(zhuǎn)換獲得的電子在像素中被增倍時(shí)也能獲得相同的效果。例如，專利文獻(xiàn)(特開2008-35015號(hào)公報(bào))提出了如下的結(jié)構(gòu):其中，在像素內(nèi)的光電二極管與放大器輸入節(jié)點(diǎn)之間嵌入有多段的CCD增倍傳輸線元件。通過使用這樣的技術(shù)等將像素中的光電轉(zhuǎn)換的電子增加約10倍，也能夠?qū)崿F(xiàn)單個(gè)光子檢測(cè)，并且能夠構(gòu)成具有相同功能的半導(dǎo)體攝像芯片。
[0115]檢測(cè)判定電路的構(gòu)造示例
[0116]圖9圖示了檢測(cè)判定電路(感測(cè)電路)的構(gòu)造示例，該檢測(cè)判定電路檢測(cè)來自像素的微小輸出信號(hào)且進(jìn)行光子入射的有無的二值判定。
[0117]在圖9中，在像素陣列PXA中，在圖6及后續(xù)圖中所示的本技術(shù)中的像素PX-O至PX-3通過例如選擇晶體管(省略了它的說明)而連接至同一輸出信號(hào)線119。像素PX-O至PX-3中的各者輸出在曝光和積累周期內(nèi)光子入射的有無作為數(shù)字信號(hào)。
[0118]圖9的檢測(cè)判定電路120A包括模擬⑶S電路(AOTS) 121、數(shù)字⑶S電路(DCDS) 122和數(shù)字比較器(DCMP) 123。模擬CDS電路121具有運(yùn)算放大器(operat1nalamplifier) 1211、開關(guān)1212和電容器C121。數(shù)字⑶S電路122具有AD(模數(shù))轉(zhuǎn)換器(ADC) 1221、開關(guān) 1222、寄存器(RES) 1223 和減法器 1224。
[0119]模擬⑶S電路(AOTS) 121將像素的復(fù)位信號(hào)采樣/保持至例如具有增益I的運(yùn)算放大器1211的基準(zhǔn)電壓側(cè)，以此保持抵消像素的復(fù)位信號(hào)的電荷。輸出反映了模擬CDS電路(ACDS) 121的輸入信號(hào)與復(fù)位信號(hào)之間的差，并且當(dāng)輸入是復(fù)位信號(hào)時(shí)，輸出無信號(hào)。
[0120]在模擬⑶S電路(A⑶S)121的下一段中，布置有包含高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器(ADC) 1221的數(shù)字⑶S電路(DOTS) 122。數(shù)字⑶S電路(DOTS) 122是針對(duì)微小像素信號(hào)通過數(shù)字處理來消除檢測(cè)器電路側(cè)的偏移變化的電路。在輸出中以數(shù)字等級(jí)表現(xiàn)純像素信號(hào)。
[0121]最后段是數(shù)字比較器(DCMP) 123。作為數(shù)字⑶S電路122的輸出的數(shù)字信號(hào)與參考信號(hào)REF比較，然后進(jìn)行光子入射的有無的二值判定。模擬⑶S電路121、數(shù)字⑶S電路122和數(shù)字比較器123被多個(gè)像素共用。
[0122]感測(cè)電路的操作示例
[0123]圖10是示出了圖9的感測(cè)電路的信號(hào)讀出程序的流程圖。在信號(hào)讀出中執(zhí)行了下列步驟。
[0124](步驟STl)
[0125]首先，在步驟STl中，使選擇的像素的放大器輸入節(jié)點(diǎn)116復(fù)位，然后將復(fù)位信號(hào)輸出至輸出信號(hào)線119。
[0126](步驟ST2)
[0127]在步驟ST2中，由模擬CDS電路(ACDS) 121采樣/保持復(fù)位信號(hào)。在該步驟中，模擬⑶S電路(Aras) 121輸出無信號(hào)，然后將無信號(hào)輸入至數(shù)字⑶S電路(DOTS) 122中。
[0128]步驟ST3
[0129]這里，在步驟ST3中，A/D轉(zhuǎn)換器(ADC) 1221進(jìn)行第一次AD轉(zhuǎn)換，然后通過開關(guān)1222將結(jié)果鎖存至寄存器(RES) 1223。該結(jié)果是通過對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器(ADC) 1221本身的偏移變化進(jìn)行數(shù)字化檢測(cè)而獲得的結(jié)果。
[0130]步驟ST4
[0131]接著，在步驟ST4中，將在像素的光電二極管111中積累的信號(hào)電荷傳輸至放大器晶體管114的輸入節(jié)點(diǎn)116，然后像素輸出積累信號(hào)。在該步驟中，模擬⑶S電路(Aras) 121輸出積累信號(hào)與復(fù)位信號(hào)之間的差，即，凈積累信號(hào)。
[0132]步驟ST5
[0133]在步驟ST5中，A/D轉(zhuǎn)換器(ADC) 1221在該步驟中進(jìn)行第二次AD轉(zhuǎn)換。
[0134]步驟ST6
[0135]在步驟ST6中，從數(shù)字⑶S電路(DOTS) 122輸出通過從步驟ST5的數(shù)字值中減去步驟ST3的數(shù)字值而獲得的差值。
[0136]因此，還消除了 A/D轉(zhuǎn)換器(ADC) 1221中包含的偏移成分，然后以數(shù)字等級(jí)僅輸出凈像素積累信號(hào)。
[0137]步驟ST7
[0138]在步驟ST7中，數(shù)字比較器(DCMP) 123將數(shù)字⑶S電路122的輸出與參考信號(hào)REF比較。參考信號(hào)REF被設(shè)定成接近單個(gè)光子信號(hào)的中間值。當(dāng)像素信號(hào)超過該值時(shí)，將信號(hào)“I”作為“光子進(jìn)入”輸出至BIN0UT，并且當(dāng)像素信號(hào)在該值以下時(shí)，將信號(hào)“O”作為“沒有光子進(jìn)入”輸出至BIN0UT。
[0139]當(dāng)在數(shù)字比較器(DCMP) 123中準(zhǔn)備兩個(gè)參考信號(hào)REF，并且一個(gè)被設(shè)定成單個(gè)光子信號(hào)的中間值且另一個(gè)被設(shè)定成單個(gè)光子信號(hào)與兩個(gè)光子信號(hào)的中間值時(shí)，能實(shí)現(xiàn)“O”、“I”和“2”這三個(gè)值的判定。因此，攝像的動(dòng)態(tài)范圍增大。因?yàn)槎嘀蹬卸ㄊ艿矫總€(gè)像素中的轉(zhuǎn)換效率變化等的影響，所以需要比二值判定更高的制造精度。然而，作為數(shù)字輸出的像素信號(hào)的判定與二值判定相同，并且與模擬輸出相關(guān)的在傳輸期間的噪聲被完全去除。
[0140]數(shù)字處理裝置的操作示例
[0141]步驟ST901
[0142]圖11是示出了圖5的數(shù)字處理裝置的操作的流程圖。例如，當(dāng)將電源提供給放射線檢測(cè)器時(shí)，該操作開始。數(shù)字處理裝置250只是使任一個(gè)分區(qū)曝光，然后對(duì)該分區(qū)內(nèi)的光子數(shù)量計(jì)數(shù)(步驟ST901)。
[0143]步驟ST902
[0144]數(shù)字處理裝置250基于是否獲得大于固定值Cp的光子計(jì)數(shù)值來檢測(cè)放射線是否在曝光周期內(nèi)進(jìn)入。當(dāng)曝光周期的調(diào)節(jié)完成時(shí)，數(shù)字處理裝置250將根據(jù)放射線檢測(cè)結(jié)果而獲得的放射線的計(jì)數(shù)值輸出(步驟T902)。
[0145]步驟ST903
[0146]數(shù)字處理裝置250判定放射線的入射是否被檢測(cè)了 K(K是2以上的整數(shù))次(步驟ST903)。當(dāng)入射沒有被檢測(cè)K次時(shí)(步驟ST903:否)，數(shù)字處理裝置250返回步驟ST901。例如，K值是“64”。當(dāng)攝像器件240被分割為四個(gè)區(qū)域時(shí)，每個(gè)區(qū)域曝光16次，從而總計(jì)進(jìn)行了 64次曝光。
[0147]步驟ST904
[0148]當(dāng)入射被計(jì)數(shù)了 K次時(shí)(步驟ST903:是)，數(shù)字處理裝置250計(jì)算通過將放射線進(jìn)入的次數(shù)除以K而獲得的值作為放射線計(jì)數(shù)率(步驟ST904)。
[0149]步驟ST905 和 ST906
[0150]數(shù)字處理裝置250判斷放射線計(jì)數(shù)率是否高于上限LI (步驟ST905)。當(dāng)放射線計(jì)數(shù)率高于上限LI時(shí)(步驟ST905:是)，數(shù)字處理裝置250使曝光周期縮短固定時(shí)間長(zhǎng)度(步驟ST906)。在步驟ST906之后，數(shù)字處理裝置250返回步驟ST901。雖然數(shù)字處理裝置250使曝光周期縮短了固定時(shí)間長(zhǎng)度，但是可以根據(jù)上限LI與放射線計(jì)數(shù)率之間的差來縮短曝光周期。
[0151]步驟ST907 和 ST908
[0152]當(dāng)放射線計(jì)數(shù)率在上限LI以下時(shí)(步驟ST905:否)，數(shù)字處理裝置250判斷放射線計(jì)數(shù)率是否低于下限L2 (步驟ST907)。當(dāng)放射線計(jì)數(shù)率低于下限L2時(shí)(步驟ST907:是)，數(shù)字處理裝置250使曝光周期延長(zhǎng)固定時(shí)間長(zhǎng)度(步驟ST908)。在步驟ST907之后，數(shù)字處理裝置250返回至步驟ST901。當(dāng)放射線計(jì)數(shù)率在下限L2以上時(shí)(步驟ST907:否)，數(shù)字處理裝置250判定曝光周期的調(diào)節(jié)完成，然后返回至步驟ST901。雖然數(shù)字處理裝置250使曝光周期延長(zhǎng)了固定時(shí)間長(zhǎng)度，但是可以根據(jù)下限L2與放射線計(jì)數(shù)率之間的差來延長(zhǎng)曝光周期。
[0153]這里，可以根據(jù)預(yù)期的用途來設(shè)定被認(rèn)為是最佳曝光的從下限L2至上限LI的范圍。例如，假定在每個(gè)曝光周期內(nèi)放射線隨機(jī)地進(jìn)入攝像器件。
[0154]在這樣的條件下，在曝光周期內(nèi)進(jìn)入的放射線的平均數(shù)(平均入射數(shù))與入射放射線被計(jì)數(shù)的概率(放射線計(jì)數(shù)率)之間的關(guān)系遵循泊松分布。當(dāng)遵循泊松分布時(shí)，平均入射數(shù)與放射線計(jì)數(shù)率之間的關(guān)系滿足下面的表達(dá)式I所示的關(guān)系。
[0155]表達(dá)式I
[0156]P(k)=--表達(dá)式 I
1 ; M
[0157]在表達(dá)式I中，P(k)是在曝光周期內(nèi)放射線入射發(fā)生k次的概率，λ是在單位曝光周期內(nèi)進(jìn)入攝像器件的放射線的平均數(shù)(即，入射射線的平均數(shù))，e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù)(^ 2.718)。
[0158]這里，在假定平均入射數(shù)λ為“0.21”的前提下說明入射射線的平均數(shù)與放射線計(jì)數(shù)率之間的關(guān)系。在這種情況下，基于上述的表達(dá)式I，放射線的入射次數(shù)k與概率P(k)之間的關(guān)系如下所示。
[0159]放射線入射O次的概率(k = O):0.8105
[0160]放射線入射I次的概率(k = I):0.1702
[0161]放射線入射2次的概率(k = 2):0.0179
[0162]放射線入射3次的概率(k = 3):0.0013
[0163]...(因?yàn)橹底兊梅浅Ｐ?0.00007以下)，所以省略下面的值。)
[0164]這里，當(dāng)進(jìn)行放射線是否進(jìn)入的二值判定時(shí)，放射線進(jìn)入一次以上的概率(1-0.8105 乂 0.19)充當(dāng)放射線計(jì)數(shù)率。
[0165]更具體地，當(dāng)放射線的平均入射數(shù)λ是“0.21”時(shí)，放射線計(jì)數(shù)率是“0.19”，這表示約90%的放射線被計(jì)數(shù)。圖12示出了放射線的平均入射數(shù)λ與放射線計(jì)數(shù)率之間的關(guān)系的一個(gè)示例。在圖12中，縱軸表示放射線計(jì)數(shù)率，橫軸表示在單位曝光周期內(nèi)進(jìn)入的放射線的平均數(shù)λ。如圖12所示，所述關(guān)系不是線性的。更具體地，當(dāng)放射線的入射頻率高且λ大時(shí)，在曝光周期內(nèi)多個(gè)放射線進(jìn)入的概率增大。因?yàn)橥ㄟ^二值判定將放射線計(jì)數(shù)為1，所以計(jì)數(shù)損失增大且計(jì)數(shù)精度劣化。因此，放射線計(jì)數(shù)率能夠起到表示計(jì)數(shù)精度的指標(biāo)的作用。例如，當(dāng)放射線計(jì)數(shù)率在0.19以下時(shí)，能夠保證約90%以上的放射線被計(jì)數(shù)。
[0166]例如，當(dāng)在步驟ST901中能量分辨率被認(rèn)為在曝光周期內(nèi)已經(jīng)足夠時(shí)，放射線計(jì)數(shù)率的下限L2可以被設(shè)定成“O”，并且數(shù)字處理裝置250可以進(jìn)行只縮短曝光周期的調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)完成之前，可以檢測(cè)光強(qiáng)度比對(duì)應(yīng)于固定值Cp的光強(qiáng)度更高的閃爍光。在調(diào)節(jié)完成之后，可以檢測(cè)光強(qiáng)度比對(duì)應(yīng)于固定值Cp的光強(qiáng)度更低的閃爍光。在這種情況下，在調(diào)節(jié)完成之后，固定值Cp被更新為比調(diào)節(jié)完成之前的值小的值。
[0167]通過提供這樣的調(diào)節(jié)機(jī)制，放射線檢測(cè)器能夠被用于從非常微量的伽馬射線的檢測(cè)到具有高入射頻率的X射線透射攝像等的多種用途。而且，在該放射線檢測(cè)器中，還能夠調(diào)節(jié)靈敏度與時(shí)間分辨率之間的權(quán)衡，并且能夠在最佳條件下進(jìn)行光電檢測(cè)。
[0168]在兩個(gè)以上的圖6所示的受光部被布置用來對(duì)放射線進(jìn)行計(jì)數(shù)和攝像的伽馬照相機(jī)、X射線乳腺攝影、CT裝置等中，可以在攝像過程中在每個(gè)受光部中實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)曝光。因此，能夠在對(duì)非常微量的放射線正確計(jì)數(shù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)具有寬的動(dòng)態(tài)范圍的放射線計(jì)數(shù)和攝像。這樣的曝光調(diào)節(jié)功能還能夠通過以下的方式進(jìn)行:在半導(dǎo)體受光元件內(nèi)的寄存器中對(duì)諸如用于判定樣品監(jiān)視器的監(jiān)視器曝光數(shù)和最佳曝光的計(jì)數(shù)率范圍等各種條件編程，然后在兀件中執(zhí)彳丁自動(dòng)調(diào)節(jié)。
[0169]除了放射線計(jì)數(shù)以外，本發(fā)明還能夠被應(yīng)用于采用熒光觀察的醫(yī)療診斷設(shè)備等。在上述熒光觀察中，當(dāng)以脈沖形式發(fā)出激發(fā)光時(shí)，脈沖狀的熒光從熒光體中生成。例如，在DNA芯片用的熒光掃描儀或者成像板的光激勵(lì)發(fā)光檢測(cè)用的掃描儀中，在每個(gè)檢測(cè)目標(biāo)樣本或者檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域中以脈沖的方式發(fā)出激發(fā)光，然后測(cè)量從檢查對(duì)象生成的熒光的強(qiáng)度。
[0170]當(dāng)采用本發(fā)明而使檢測(cè)的時(shí)間分辨率提高時(shí)，能夠在以與該提高相對(duì)應(yīng)的高速度掃描大量的檢查部位的同時(shí)進(jìn)行熒光檢測(cè)，從而能夠急劇地增大觀察吞吐量。以這樣的方式，可以通過布置多個(gè)受光部進(jìn)行同時(shí)測(cè)量而進(jìn)一步提高吞吐量。
[0171]2.第二實(shí)施例
[0172]攝像器件的構(gòu)造示例
[0173]接著，說明放射線檢測(cè)器中的攝像器件的整體構(gòu)造和使用本技術(shù)的操作示例作為第二實(shí)施例。圖13圖示了本實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的攝像器件240B的一個(gè)示例。圖14示出了圖13的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。
[0174]在攝像器件(攝像芯片)100B中，32行X 128列的像素PXl以陣列形狀布置在像素陣列部IlOB中。像素是長(zhǎng)寬比約為4:1的矩形。像素陣列部IlOB近似正方形且形成受光表面(受光部)PD100B。每個(gè)像素PXl中所檢測(cè)的入射光被積累在像素中作為光電轉(zhuǎn)換電荷。32個(gè)像素均通過信號(hào)線LSGN而與檢測(cè)判定電路120B連接。在被輸出至檢測(cè)判定電路120B的像素的讀出中，選擇一行，128個(gè)像素的輸出被并行讀出到128個(gè)檢測(cè)判定電路120B中，然后被AD轉(zhuǎn)換，并隨后被數(shù)字化判定。在檢測(cè)判定電路120B中被檢測(cè)和判定的每個(gè)像素的輸出結(jié)果一旦被存儲(chǔ)于寄存器130中，就會(huì)在下一行的讀出周期內(nèi)被傳輸至輸出電路140，然后作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出。
[0175]這里，單個(gè)受光表面HHOOB被分割為分別對(duì)應(yīng)于每行的區(qū)域R2_l至R2_32。這些區(qū)域的讀出是以循環(huán)的方式逐個(gè)進(jìn)行的，并且32次讀出完成一個(gè)循環(huán)。這里，每行的曝光和積累在當(dāng)前選擇的行之前的選擇行的曝光和積累結(jié)束之后立即開始。以如上所述的光電二極管中的積累電荷的強(qiáng)制提取(即，復(fù)位操作)開始像素的曝光和積累。然后，曝光和積累伴隨著積累數(shù)據(jù)的讀出而結(jié)束。
[0176]因?yàn)樵诒緦?shí)施例中32行共用檢測(cè)判定電路120B，所以讀出每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)所需要的時(shí)間限定了每個(gè)曝光和積累EX的最小循環(huán)周期。例如，當(dāng)上述時(shí)間是5 μ秒時(shí)，以5μ秒以上的間隔進(jìn)入的光子必定被不同的行曝光，然后這些光子被彼此相區(qū)別地讀出。因此，攝像器件(攝像芯片)100Β中的光電檢測(cè)的時(shí)間分辨率是5μ秒，并且與參照?qǐng)D2說明的前面示例相比，時(shí)間分辨率急劇提高。
[0177]當(dāng)假定是圖9所示的電路操作時(shí)，例如，曝光和積累的準(zhǔn)確結(jié)束時(shí)刻是步驟ST6中的積累電荷在讀出過程中從光電二極管被傳輸至檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)刻。因此，曝光和積累的準(zhǔn)確循環(huán)圖如圖15所示。理想的是，幾乎在前一曝光區(qū)域中的像素的積累電荷的傳輸?shù)耐瑫r(shí)，下一個(gè)曝光區(qū)域中的像素的光電二極管被復(fù)位，然后開始曝光。
[0178]然而，即使當(dāng)檢測(cè)判定電路的操作如上所述地整體移位時(shí)，最小循環(huán)周期也不會(huì)改變，并且斜線陰影部的總和限定最小循環(huán)周期。除此之外，檢測(cè)器電路的操作包括各種變化，并且存在如下的情況:管線被引入內(nèi)部，并且斜線陰影部在某些情況下有限度地彼此重疊。這些情形不是本質(zhì)問題，且因此參照簡(jiǎn)單的循環(huán)圖來給出隨后的討論。
[0179]在光子計(jì)數(shù)中，曝光區(qū)域中的像素?cái)?shù)量限定了檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍。當(dāng)在該示例中將每行定義為獨(dú)立的曝光區(qū)域時(shí)，像素?cái)?shù)量等于列的數(shù)量且這里是128。另一方面，當(dāng)存在2行以上時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)本示例的循環(huán)操作。當(dāng)行的數(shù)量更大時(shí)，曝光靈敏度降低。因此，列的數(shù)量較多且行的數(shù)量較少的像素陣列是理想的。另一方面，當(dāng)受光表面HHOOB是近似正方形時(shí)，便于在陣列中布置兩個(gè)以上的受光表面ro10B，并且垂直分辨率和水平分辨率容易被均勻化。
[0180]因此，當(dāng)使用光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)時(shí)，有利的是，本技術(shù)的像素PXl是在列方向上更長(zhǎng)的矩形像素。然而，光電二極管中的電子傳輸需要足夠的電位梯度。當(dāng)距離過長(zhǎng)時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)正常的傳輸。因此，必不可少的是以固定距離分割像素。需要綜合地考慮上述情況來確定像素形狀。
[0181]例如由锝生成的單個(gè)光子伽馬射線具有140keV的能量。假定光子與含有NaI的閃爍器碰撞而不被分散，然后1500個(gè)光子以均勻的平面分布進(jìn)入攝像芯片。在這種情況下，平均1500/32個(gè)光子在任一行中被曝光和積累，然后光子計(jì)數(shù)結(jié)果作為每個(gè)像素的二值判定值而被輸出。
[0182]另一方面，被分散的伽馬射線的能量減小，因此假定只有700個(gè)由閃爍器生成的光子進(jìn)入所述芯片。這時(shí)，平均700/32個(gè)的光子在任一行中被曝光和積累，然后光子計(jì)數(shù)結(jié)果作為每個(gè)像素的二值判定值而被輸出。每行中的“I”判定的發(fā)生次數(shù)(這里，最大是128)反映了伽馬射線的能量。
[0183]圖16示出了根據(jù)泊松分布和二項(xiàng)分布的“I”判定的發(fā)生頻率分布的估計(jì)結(jié)果。
[0184]被分散的伽馬射線和沒有被分散的最初伽馬射線顯示了完全不同的頻率分布，因此能夠被統(tǒng)計(jì)分類。例如，當(dāng)其中“I”的發(fā)生次數(shù)在29至49的范圍內(nèi)的輸出被辨認(rèn)為最初伽馬射線入射時(shí)，實(shí)際上96%的最初伽馬射線被收集且大部分被分散的放射線能夠被過濾掉。
[0185]更具體地，雖然本技術(shù)顯著地提高了時(shí)間分辨率且能夠?qū)崿F(xiàn)伽馬射線的光子計(jì)數(shù)，但能夠確認(rèn)的是，即使當(dāng)靈敏度降低1/32時(shí)，也不會(huì)失去能量辨別功能。
[0186]3第三實(shí)施例
[0187]攝像器件的構(gòu)造示例
[0188]圖17圖示了第三實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的攝像器件240C的一個(gè)示例。圖18示出了圖17的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。
[0189]本實(shí)施例的攝像器件240C通過設(shè)置兩個(gè)檢測(cè)判定電路120C和兩個(gè)寄存器130C而進(jìn)一步提高時(shí)間分辨率。
[0190]在像素陣列部IlOC中，像素PX2以陣列的形狀布置以形成受光表面ro10c。這里，為簡(jiǎn)單起見，圖示了四行的構(gòu)造且受光表面ro10c被分割為四個(gè)區(qū)域R3_l至R3_4。
[0191]每個(gè)像素中被檢測(cè)的入射光被積累在像素中作為光電轉(zhuǎn)換電荷。兩個(gè)檢測(cè)判定電路120C-l、120C-2均連接有兩個(gè)像素。在讀出被輸出至檢測(cè)判定電路的像素時(shí)選擇一行，這些像素被并行讀出至檢測(cè)判定電路，然后對(duì)這些像素進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換以使它們被數(shù)字化判定。每個(gè)被檢測(cè)且判定的像素的輸出結(jié)果一旦被存儲(chǔ)于寄存器130C-l、130C-2中，就會(huì)在檢測(cè)判定電路120C-1U20C-2的下一個(gè)讀出周期內(nèi)被傳輸至輸出電路140C，然后作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出。
[0192]單個(gè)受光表面ro10c被分割為對(duì)應(yīng)于每行的區(qū)域R3_l至R3_4。區(qū)域R3_1、R3_2被連接至檢測(cè)判定電路120C-2且區(qū)域R3_3、R3_4被連接至檢測(cè)判定電路120C-1。這兩個(gè)檢測(cè)判定電路120C-l、120C-2在將時(shí)序移位的同時(shí)以并行的方式進(jìn)行像素?cái)?shù)據(jù)讀出操作。讀出是按照R3_l、R3_3、R3_2、R3_4的順序以循環(huán)的方式進(jìn)行的。
[0193]在圖13(第二實(shí)施例)的攝像器件240B中，所有的分割區(qū)域共用一個(gè)檢測(cè)判定電路。因此，需要由一個(gè)電路連續(xù)地進(jìn)行像素讀出，這限定了曝光和積累的循環(huán)時(shí)間。在第三實(shí)施例中，通過使用兩個(gè)檢測(cè)判定電路并且在移位時(shí)序的同時(shí)使該電路以并行的方式操作來消除上述限制，因此循環(huán)時(shí)間能夠被縮短為1/2。當(dāng)檢測(cè)判定電路需要5 μ秒用于像素讀出和數(shù)字化判定時(shí)，在該實(shí)施例中，時(shí)間分辨率被縮短為2.5 μ秒。
[0194]在這種情況下，每次循環(huán)的各區(qū)域的曝光時(shí)間是原來的1/2，但是因?yàn)槠毓馐且詢杀兜难h(huán)時(shí)間進(jìn)行的，所以有效靈敏度不會(huì)下降。
[0195]4.第四實(shí)施例
[0196]圖19示出了第四實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。
[0197]在第四實(shí)施例中，類似地，單個(gè)受光表面被分割為八個(gè)區(qū)域R4_l至R4_8，并且使用四個(gè)檢測(cè)判定電路120D-1至120D-4進(jìn)行像素讀出和數(shù)字化判定。曝光和積累是按照區(qū)域 R4_l — R4_3 — R4_5 — MJ — R4_2 — R4_4 — R4_6 — R4_8 的順序以循環(huán)的方式進(jìn)行的。通過在使時(shí)序移位的同時(shí)使四個(gè)檢測(cè)判定電路并行操作，曝光的循環(huán)時(shí)間變?yōu)?/4。當(dāng)檢測(cè)判定電路需要5 μ秒用于像素讀出和數(shù)字化判定時(shí)，時(shí)間分辨率被縮短至1.25 μ秒。這里顯著的優(yōu)勢(shì)是每個(gè)檢測(cè)判定電路系統(tǒng)中的讀出操作彼此不重疊。
[0198]近年來，背面照射型成像器的引入增加了像素區(qū)域的金屬布線的布局靈活性，從而使得易于設(shè)置來自像素的多個(gè)輸出信號(hào)線。這使得四個(gè)檢測(cè)判定電路能夠并行操作。此夕卜，當(dāng)能夠在根據(jù)三維構(gòu)造的像素陣列下布置檢測(cè)器電路時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的并行化。
[0199]在現(xiàn)有的成像器中，這樣的并行化的目的是提高幀頻，并且電路基本上以同時(shí)并行的方式而被操作。另一方面，在本技術(shù)中，與被分割為多個(gè)區(qū)域的受光表面的曝光和積累循環(huán)相對(duì)應(yīng)地，多個(gè)檢測(cè)判定電路以幾乎相同的間隔在移位時(shí)序的同時(shí)執(zhí)行操作，由此提高了光電檢測(cè)的時(shí)間分辨率。
[0200]在上述的CMOS成像器的電路操作中，像素中的光電二極管的復(fù)位時(shí)序能夠以讀出循環(huán)的單位而被調(diào)節(jié)。普通CMOS成像器采用用于光量調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)作為“電子快門”。
[0201]另一方面，在本技術(shù)的光電檢測(cè)器中，還能夠通過改變時(shí)序而調(diào)節(jié)靈敏度和時(shí)間分辨率。圖20是用于解釋調(diào)節(jié)本實(shí)施例中的放射線檢測(cè)器的靈敏度和時(shí)間分辨率的示例的圖。這里，受光表面被分割為區(qū)域R5_l至R5_32這32個(gè)分區(qū)并且如在圖13的第二實(shí)施例中那樣由一個(gè)電路進(jìn)行讀出，但是曝光周期加倍并且兩個(gè)分區(qū)的曝光總是彼此重疊。因此，與第二實(shí)施例中的操作相比，有效靈敏度加倍。曝光彼此重疊的分區(qū)的數(shù)據(jù)被連續(xù)地輸出。
[0202]這時(shí)，在T10_l時(shí)刻進(jìn)入的放射線的閃爍光在區(qū)域R5_2和區(qū)域R5_3中曝光，然后作為輸出D10_l而輸出。在T10_2時(shí)刻進(jìn)入的放射線的閃爍光在區(qū)域R5_l和區(qū)域R5_2中曝光，然后作為輸出D10_2而輸出。更具體地，當(dāng)兩行中的重要數(shù)據(jù)被連續(xù)地輸出時(shí)，判定放射線已經(jīng)進(jìn)入，然后根據(jù)其總數(shù)來確定能量值。這時(shí)，放射線檢測(cè)的時(shí)間分辨率是兩個(gè)分區(qū)(即，兩行)的讀出時(shí)間。為了過濾諸如暗電流等噪聲，可以通過設(shè)置任意的閾值來判定數(shù)據(jù)的重要性。
[0203]類似地，通過將曝光時(shí)間增大A倍，A個(gè)分區(qū)的曝光彼此重疊。以重疊的方式被曝光的分區(qū)的數(shù)據(jù)被連續(xù)地輸出。這時(shí)，靈敏度提高了 A倍且時(shí)間分辨率劣化至A倍的粒度。
[0204]圖21圖示了在本實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中在曝光周期內(nèi)的輸出狀態(tài)的一般示例。在Tll_l時(shí)刻至Tll_3時(shí)刻進(jìn)入的脈沖光在相同數(shù)量的多個(gè)分區(qū)中被曝光，然后分別輸出作為輸出Dll_l至Dll_3。同時(shí)，被曝光的分區(qū)不需要在空間上連續(xù)，但理想的是輸出是連續(xù)的。因此，輸出能夠被視為具有固定寬度的數(shù)字脈沖。通過對(duì)這樣的脈沖計(jì)數(shù)，能夠計(jì)算入射脈沖光(即，當(dāng)光是閃爍光時(shí)的放射線)的個(gè)數(shù)。輸出脈沖中所包含的全部數(shù)據(jù)反映了脈沖光的光強(qiáng)度(即，放射線能量)。
[0205]通過設(shè)置這樣的調(diào)節(jié)功能，一個(gè)裝置能夠被用于從非常微量的伽馬射線的檢測(cè)到具有高入射頻率的X射線透射攝像等多個(gè)用途。此外，還能夠在同一檢測(cè)器中調(diào)節(jié)靈敏度與時(shí)間分辨率之間的權(quán)衡，并且能夠在最佳條件下進(jìn)行光電檢測(cè)。
[0206]因此，利用本技術(shù)的時(shí)間分辨率的顯著提高使得能夠進(jìn)行放射線的能量辨別和光子計(jì)數(shù)。
[0207]5.第五實(shí)施例
[0208]放射線檢測(cè)器的構(gòu)造示例
[0209]圖22圖示了第五實(shí)施例的放射線檢測(cè)器的構(gòu)造示例。
[0210]圖22的放射線檢測(cè)器200A是SPECT裝置的示例，在該SPECT裝置中，為了實(shí)現(xiàn)較便宜的構(gòu)造，由多個(gè)檢測(cè)器共用單板閃爍器220A。
[0211]在放射線檢測(cè)器200A中，當(dāng)從生命體中的伽馬射線源260生成的伽馬射線270通過準(zhǔn)直器210A而進(jìn)入閃爍器220A時(shí)，閃爍器220A顯不出突光。光導(dǎo)230A收集閃爍光,并且將收集的光引導(dǎo)至攝像器件240A。這里，光導(dǎo)230A具有光均勻化功能。閃爍光幾乎均勻地被發(fā)射至攝像器件240A的受光表面。攝像器件240A是上述的本技術(shù)的攝像器件，其中受光表面包括多個(gè)像素陣列，并且該表面被分割為多個(gè)區(qū)域，從而以循環(huán)的方式進(jìn)行曝光。然后，逐個(gè)地輸出每個(gè)區(qū)域中的光強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0212]運(yùn)算部280響應(yīng)于來自每個(gè)攝像器件240A的輸出而進(jìn)行每個(gè)伽馬射線的噪聲辨別和位置判定。當(dāng)閃爍器220A包含單板時(shí)，由多個(gè)攝像器件240A同時(shí)檢測(cè)發(fā)光。例如，運(yùn)算部280根據(jù)同時(shí)發(fā)生的事件的總輸出指定伽馬射線的能量并且根據(jù)輸出的重心指定伽馬射線的入射位置。因此，被判定是最初伽馬射線(非噪聲)的事件次數(shù)被計(jì)數(shù)，并且生命體內(nèi)的伽馬射線源分布被確定。
[0213]根據(jù)多個(gè)攝像器件的輸出判定放射線的能量和入射位置的運(yùn)算處理可以包括根據(jù)現(xiàn)有的伽馬照相機(jī)中的數(shù)字處理的各種變化。與光電倍增管相比，本技術(shù)的半導(dǎo)體光電檢測(cè)器(攝像器件和數(shù)字處理裝置)更小、更輕且更便宜，因此能夠高密度地安裝大量的這樣的器件，從而位置檢測(cè)的分辨率變高?；蛘?，在多個(gè)伽馬射線幾乎同時(shí)進(jìn)入不同位置的情況下，當(dāng)檢測(cè)器被高密度地安裝時(shí)，伽馬射線以輸出強(qiáng)度分布呈現(xiàn)。因此，能夠使用圖案匹配等實(shí)現(xiàn)辨別和檢測(cè)。
[0214]除此之外，還能夠使用閃爍器和本技術(shù)的半導(dǎo)體光電檢測(cè)器有效地構(gòu)成劑量?jī)x。在這種情況下，因?yàn)橐材軌蛞圆⑿械姆绞酵瑫r(shí)進(jìn)行放射線的能量檢測(cè)和光子計(jì)數(shù)，所以能夠測(cè)量例如取決于放射線的能量的計(jì)數(shù)率(即，放射線的能譜)。例如，能夠恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行在專利文獻(xiàn)(特開2004-108796號(hào)公報(bào))中說明的通過G函數(shù)和DBM方法等進(jìn)行的劑量校正。此外，因?yàn)闄z測(cè)器的輸出已經(jīng)被數(shù)字化，所以多通道分析儀也是不必要的，并且包括校正在內(nèi)的所有后階段的處理步驟都能夠通過較便宜的單芯片微型計(jì)算機(jī)來執(zhí)行。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)小而輕量化的且具有高精度的劑量?jī)x。
[0215]或者，在熒光觀察中，當(dāng)以脈沖形狀發(fā)射激發(fā)光時(shí)，脈沖狀的熒光從熒光體中被生成。當(dāng)使用本技術(shù)而使檢測(cè)的時(shí)間分辨率提高時(shí)，能夠在高速掃描大量的檢查部位的同時(shí)進(jìn)行熒光檢測(cè)，從而能夠急劇地增大觀察的吞吐量。因此，使用本技術(shù)的光電檢測(cè)器還能夠被用作用于DNA芯片的熒光掃描儀的光電檢測(cè)器以及用于檢測(cè)成像板的光激勵(lì)發(fā)光檢測(cè)的掃描儀。
[0216]6.第六實(shí)施例
[0217]放射線檢測(cè)器的操作示例
[0218]圖23示出了第六實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。
[0219]在第六實(shí)施例的數(shù)字處理裝置250中，在按照曝光順序相鄰的兩個(gè)分區(qū)中的一個(gè)分區(qū)的曝光完成后經(jīng)過一段固定時(shí)間之后，另一個(gè)分區(qū)進(jìn)行曝光。因此，在相鄰的曝光周期之間產(chǎn)生任何分區(qū)都不被曝光的周期(以下，稱為“非曝光周期”)。
[0220]能夠根據(jù)曝光周期的計(jì)數(shù)值估計(jì)在非曝光周期內(nèi)進(jìn)入的光子的數(shù)量。例如，當(dāng)曝光周期與非曝光周期的長(zhǎng)度比被設(shè)定為1:(a_l)時(shí)，非曝光周期內(nèi)的放射線的個(gè)數(shù)被估計(jì)為是曝光周期內(nèi)的放射線的個(gè)數(shù)的(a-Ι)倍。這里，a是大于I的實(shí)數(shù)。因此，曝光周期和非曝光周期(以下，稱為“測(cè)量周期”)內(nèi)的放射線的個(gè)數(shù)是曝光周期內(nèi)的放射線的個(gè)數(shù)的a倍。因此，數(shù)字處理裝置250輸出通過使曝光周期內(nèi)的放射線的計(jì)數(shù)值乘以a倍而獲得的值作為測(cè)量周期內(nèi)的放射線的計(jì)數(shù)值。
[0221]如圖23所示，假定三個(gè)放射線在T9_1、T9_2和Τ9_3時(shí)刻連續(xù)地進(jìn)入。在T9_l時(shí)亥IJ，只有分區(qū)Rl_l被曝光，然后電荷被積累。另一方面，T9_2時(shí)刻是非曝光周期，并且沒有分區(qū)被曝光。此外，在Τ9_3時(shí)刻，只有分區(qū)Rl_2被曝光，然后電荷被積累。結(jié)果，分別與T9_l和Τ9_3對(duì)應(yīng)的輸出D9_l和D9_3沒有與其它輸出混合且完全地被分開。
[0222]這里，因?yàn)樵赥9_2時(shí)刻進(jìn)入的放射線完全沒有被反映到輸出，所以需要根據(jù)非曝光周期來校正放射線計(jì)數(shù)值。這里，非曝光周期的長(zhǎng)度等于曝光周期的長(zhǎng)度(即，a = 2)。在這種情況下，數(shù)字處理裝置250進(jìn)行使曝光周期內(nèi)的放射線計(jì)數(shù)值加倍的校正。
[0223]通過這樣的曝光控制和計(jì)數(shù)值校正，受光部的有效時(shí)間分辨率不會(huì)受到檢測(cè)判定電路的檢測(cè)所需時(shí)間的限制，并且僅由每個(gè)分區(qū)的曝光時(shí)間來確定。換言之，因?yàn)樵跍y(cè)量周期內(nèi)進(jìn)入的放射線之中只有曝光周期內(nèi)的放射線可以被計(jì)數(shù)，所以可以減少判定放射線的有無和對(duì)放射線計(jì)數(shù)的處理的總處理量。
[0224]在用于一般攝像的先前的CMOS成像器中，整個(gè)受光部的這樣的非曝光周期不是被特意設(shè)置的，并且無法從中單獨(dú)地導(dǎo)出沒有設(shè)置非曝光周期的狀態(tài)。因此，用于如圖23所示的曝光控制和校正的電路具有測(cè)量單個(gè)光脈沖的強(qiáng)度或者它的入射次數(shù)(諸如放射線的計(jì)數(shù))的用途所特有的規(guī)格。
[0225]像素的構(gòu)造示例
[0226]圖24示出了第六實(shí)施例的像素PX3的一個(gè)示例，在像素PX3中，假如執(zhí)行圖23的操作，就能夠?qū)崿F(xiàn)曝光周期的極度縮短并且能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)間分辨率的提高。像素PX3與圖8所示的第一實(shí)施例的像素的不同之處是其還具有復(fù)位晶體管300。復(fù)位晶體管300將光電二極管111中的積累電荷提取至電源，并且將狀態(tài)復(fù)位至積累前的狀態(tài)。復(fù)位晶體管300的柵電極被連接至復(fù)位線，并且復(fù)位晶體管300的漏電極被連接至積累節(jié)點(diǎn)115。
[0227]圖25是示出了用于控制圖24中的像素的一個(gè)示例的時(shí)序圖。攝像器件240G在T19_l時(shí)刻切斷復(fù)位晶體管113和傳輸晶體管112并且導(dǎo)通復(fù)位晶體管300，然后對(duì)復(fù)位電平采樣。接著，攝像器件240G在Τ19_2時(shí)刻切斷復(fù)位晶體管300，并且開始曝光和積累。然后，攝像器件240G導(dǎo)通傳輸晶體管112，其后當(dāng)經(jīng)過了曝光周期時(shí)(Τ19_3時(shí)刻)攝像器件240G切斷傳輸晶體管112，然后對(duì)信號(hào)電平采樣。攝像器件240G利用相關(guān)雙采樣(⑶S:Correlated Double Sampling)來提取復(fù)位電平與信號(hào)電平之間的差，并且獲得像素信號(hào)。
[0228]在該操作中，采樣周期完全沒有被包含在曝光周期內(nèi)并且曝光周期僅是基于傳輸晶體管112的傳輸脈沖和復(fù)位晶體管300的復(fù)位時(shí)序而確定的。因此，曝光周期能夠被縮短至幾納秒至幾十納秒的級(jí)別。通過將該操作與圖23的操作相組合，攝像器件的有效時(shí)間分辨率也是幾納秒至幾十納秒，以此使得放射線計(jì)數(shù)的動(dòng)態(tài)范圍提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0229]7.第七實(shí)施例
[0230]攝像器件的構(gòu)造示例
[0231]圖26圖示了第七實(shí)施例的放射線檢測(cè)器中的攝像器件240G的一個(gè)示例。在第六實(shí)施例中說明的利用電子快門設(shè)置非曝光周期以提高放射線計(jì)數(shù)的時(shí)間分辨率的技術(shù)還能夠被應(yīng)用于諸如電荷耦合器件(CXD)成像器等全局快門裝置。第七實(shí)施例的放射線檢測(cè)器與第六實(shí)施例的放射線檢測(cè)器的不同之處是在全局快門裝置中設(shè)置了非曝光周期。
[0232]第七實(shí)施例的攝像器件240G具有多個(gè)像素PX3、垂直CCD寄存器110G、節(jié)點(diǎn)120G和130G、放大器140G以及A/D轉(zhuǎn)換器150G。
[0233]像素PX3以二維晶格的形狀布置。像素PX3具有光電二極管和傳輸晶體管并且具有向基板施加偏壓以將光電二極管中積累的所有信號(hào)電荷排放至該基板的電子快門功能。
[0234]垂直CXD寄存器IlOG保持從在列方向上布置的像素的每個(gè)光電二極管傳輸來的信號(hào)電荷并且將該信號(hào)電荷提供至節(jié)點(diǎn)120G。
[0235]節(jié)點(diǎn)120G對(duì)來自垂直CXD寄存器IlOG的信號(hào)進(jìn)行模擬加法，然后將相加后的信號(hào)水平傳輸至節(jié)點(diǎn)130G。節(jié)點(diǎn)130G對(duì)來自各節(jié)點(diǎn)120G的信號(hào)進(jìn)行模擬加法，然后將所得信號(hào)提供至放大器140G。
[0236]放大器140G將來自節(jié)點(diǎn)130G的信號(hào)放大，然后將經(jīng)過放大的信號(hào)提供給A/D轉(zhuǎn)換器150G。A/D轉(zhuǎn)換器150G將來自放大器140G的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出值，然后將該數(shù)字輸出值提供至數(shù)字處理裝置250。
[0237]因此，攝像器件240G通過同時(shí)曝光而將閃爍的脈沖光采集到所有像素中，進(jìn)行垂直傳輸或者水平傳輸，然后進(jìn)行模擬加法，并隨后輸出結(jié)果。另一方面，攝像器件240G能夠在該處理的期間內(nèi)開始下一次曝光。因此，在使用CCD等的攝像器件240G中，同時(shí)曝光是以幀為單位以循環(huán)的方式重復(fù)的。
[0238]圖27示出了圖26的攝像器件中的每個(gè)分割區(qū)域的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。圖27的a示出了當(dāng)曝光周期被限于測(cè)量周期(曝光周期和非曝光周期)的1/2時(shí)的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。假定三個(gè)放射線在T20_l、Τ20_2和Τ20_3時(shí)刻逐個(gè)地進(jìn)入。在T20_l，像素陣列被曝光且電荷積累。另一方面，在Τ20_2時(shí)刻，放射線在非曝光周期內(nèi)進(jìn)入且沒有分區(qū)被曝光。在Τ20_3時(shí)刻，像素陣列再次被曝光且電荷積累。結(jié)果，與T20_l和Τ20_3時(shí)刻分別對(duì)應(yīng)的輸出D20_l和D20_3沒有與其它輸出混合并且完全地被分開。
[0239]另一方面，在T20_2時(shí)刻進(jìn)入的放射線完全沒有被反映到輸出，且因此，需要根據(jù)非曝光周期來校正放射線計(jì)數(shù)值。這里，曝光周期是測(cè)量周期的1/2 (即，a = 2)，數(shù)字處理裝置250進(jìn)行使由半導(dǎo)體受光元件的輸出獲得的放射線計(jì)數(shù)值加倍的校正。因此，放射線計(jì)數(shù)的有效時(shí)間分辨率提高至幀周期的1/2。
[0240]圖27的b示出了當(dāng)曝光周期被限于測(cè)量周期(曝光周期和非曝光周期)的1/4(即，a = 4)時(shí)的曝光和積累以及讀出時(shí)序的示例。在這種情況下，放射線計(jì)數(shù)值被校正成是計(jì)數(shù)值4倍的值。通過這樣的曝光控制和計(jì)數(shù)校正，受光部的有效時(shí)間分辨率不受幀周期的限制并且僅由每個(gè)分區(qū)的曝光時(shí)間來確定。
[0241]在諸如C⑶等全局快門裝置中，大量的像素被同時(shí)地曝光。因此，當(dāng)閃爍(scintillat1n)的發(fā)光量充足時(shí)，易于確保能量分辨率。然而，在這樣的裝置中，采樣周期受到幀中的所有有效像素?cái)?shù)據(jù)的傳輸和輸出所需的時(shí)間的限制。因此，為了獲得計(jì)數(shù)精度，需要在測(cè)量上花費(fèi)更多的時(shí)間。
[0242]在包括光子計(jì)數(shù)型在內(nèi)的CMOS成像器中，也能夠通過例如在光電二極管之后的級(jí)中單獨(dú)地設(shè)置積累部而設(shè)置如CXD中那樣的全局快門機(jī)構(gòu)。這里，當(dāng)所有有效像素被同時(shí)地曝光時(shí)，能夠進(jìn)行與CCD的曝光調(diào)節(jié)相同的曝光調(diào)節(jié)，并且與之相關(guān)聯(lián)地，能獲得與第七實(shí)施例的效果相同的效果。
[0243]此外，本技術(shù)還可以被如下地構(gòu)造。
[0244](I) 一種放射線檢測(cè)器，其包括:
[0245]閃爍器，當(dāng)放射線進(jìn)入時(shí)，所述閃爍器生成具有取決于所述放射線的能量的光強(qiáng)度的閃爍光，然后將所述閃爍光的光子提供至多個(gè)像素之中的每個(gè)像素；
[0246]放射線檢測(cè)部，每當(dāng)所述多個(gè)像素在曝光周期內(nèi)被所述閃爍光曝光時(shí)，所述放射線檢測(cè)部基于在所述曝光周期內(nèi)提供的所述光子的數(shù)量來檢測(cè)所述放射線是否進(jìn)入；以及
[0247]曝光周期調(diào)節(jié)部，所述曝光周期調(diào)節(jié)部基于被檢測(cè)的所述放射線的入射頻率來調(diào)節(jié)所述曝光周期。
[0248](2)根據(jù)⑴所述的放射線檢測(cè)器，還包括:
[0249]曝光控制部，所述曝光控制部在所述曝光周期內(nèi)利用所述閃爍光使多個(gè)分區(qū)之中的各分區(qū)逐個(gè)曝光，各所述分區(qū)包含所述多個(gè)像素，
[0250]其中每當(dāng)所述多個(gè)分區(qū)之中的任一分區(qū)被曝光時(shí)，所述放射線檢測(cè)部就檢測(cè)所述放射線是否進(jìn)入。
[0251](3)根據(jù)⑵所述的放射線檢測(cè)器，
[0252]其中，所述曝光控制部在使按照曝光順序相鄰的兩個(gè)分區(qū)中的各者的所述曝光周期部分地重疊的同時(shí)使這兩個(gè)分區(qū)曝光，并且
[0253]其中，當(dāng)檢測(cè)到相鄰的所述兩個(gè)分區(qū)都有所述放射線進(jìn)入時(shí)，所述放射線檢測(cè)部檢測(cè)所述放射線進(jìn)入所述兩個(gè)分區(qū)中一次。
[0254](4)根據(jù)⑵所述的放射線檢測(cè)器，
[0255]其中所述曝光控制部在按照曝光順序相鄰的兩個(gè)分區(qū)之中的一者的曝光完成后經(jīng)過了固定周期之后曝光另一者，并且
[0256]其中所述放射線檢測(cè)部根據(jù)所述曝光周期內(nèi)的所述放射線的檢測(cè)結(jié)果來判定所述放射線在所述曝光周期和所述固定周期內(nèi)進(jìn)入的次數(shù)。
[0257](5)如⑵所述的放射線檢測(cè)器，其包括:
[0258]多個(gè)讀出電路，所述多個(gè)讀出電路同時(shí)讀出像素的輸出值并且將所述輸出值提供至所述放射線檢測(cè)部，所述輸出值取決于彼此不同的各所述分區(qū)中的所述光子的數(shù)量，
[0259]其中所述放射線檢測(cè)部根據(jù)所述輸出值來檢測(cè)所述放射線是否進(jìn)入。
[0260](6)根據(jù)(I)所述的半導(dǎo)體光電檢測(cè)器，還包括:
[0261]曝光控制部，所述曝光控制部在所述曝光周期內(nèi)利用所述閃爍光使所述多個(gè)像素曝光，并且在所述曝光周期結(jié)束后經(jīng)過了固定周期之后，在所述曝光周期內(nèi)利用所述閃爍光再次使所述多個(gè)像素曝光，
[0262]其中所述放射線檢測(cè)部根據(jù)所述曝光周期內(nèi)的所述放射線的檢測(cè)結(jié)果來判定所述放射線在所述曝光周期和所述固定周期內(nèi)進(jìn)入的次數(shù)。
[0263](7)根據(jù)⑴至(6)中任一項(xiàng)所述的放射線檢測(cè)器，
[0264]其中當(dāng)所述入射頻率較高時(shí)，所述曝光周期調(diào)節(jié)部縮短所述曝光周期，并且當(dāng)所述入射頻率較低時(shí)，所述曝光周期調(diào)節(jié)部延長(zhǎng)曝光時(shí)間。
[0265](8)根據(jù)⑴至(7)中任一項(xiàng)所述的放射線檢測(cè)器，還包括:
[0266]光均勻化部，所述光均勻化部使所述閃爍光的光量大體上均勻化，然后將均勻化的光引導(dǎo)至所述多個(gè)像素。
[0267](9)根據(jù)⑴至⑶中任一項(xiàng)所述的放射線檢測(cè)器，
[0268]其中所述多個(gè)像素中的各者將取決于在所述曝光周期內(nèi)被提供至所述像素的所述光子的數(shù)量的輸出值提供至所述放射線檢測(cè)部。
[0269]附圖標(biāo)記列表
[0270]240、240A、240B、240C、240G 攝像器件
[0271]110、110A至IlOC像素陣列部
[0272]IlOG垂直CCD寄存器
[0273]ro10、ro10A至ro 10c受光表面(受光部)
[0274]120、120A至120C檢測(cè)判定電路
[0275]120G 節(jié)點(diǎn)
[0276]130U30C 寄存器
[0277]130G 節(jié)點(diǎn)
[0278]140U40C 輸出電路
[0279]140G 放大器
[0280]150G A/D 轉(zhuǎn)換器
[0281]PX1、PXA、PX2、PX3 像素
[0282]111光電二極管
[0283]112傳輸晶體管
[0284]113復(fù)位晶體管
[0285]114放大器晶體管
[0286]115積累節(jié)點(diǎn)
[0287]116檢測(cè)節(jié)點(diǎn)
[0288]200.200A放射線檢測(cè)器
[0289]210、210A 準(zhǔn)直器
[0290]220、220A 閃爍器
[0291]230、230A 光導(dǎo)
[0292]240A攝像器件
[0293]250數(shù)字處理裝置
[0294]251光子計(jì)數(shù)部
[0295]252放射線檢測(cè)部
[0296]253放射線計(jì)數(shù)率計(jì)算部
[0297]254曝光周期調(diào)節(jié)部
[0298]260伽馬射線源
[0299]270伽馬射線
[0300]280運(yùn)算部
[0301]300復(fù)位晶體管
【權(quán)利要求】
1.一種放射線檢測(cè)器，其包括: 閃爍器，當(dāng)放射線進(jìn)入時(shí)，所述閃爍器生成具有取決于所述放射線的能量的光強(qiáng)度的閃爍光，然后將所述閃爍光的光子提供至多個(gè)像素之中的每個(gè)像素； 放射線檢測(cè)部，每當(dāng)所述多個(gè)像素在曝光周期內(nèi)被所述閃爍光曝光時(shí)，所述放射線檢測(cè)部基于在所述曝光周期內(nèi)提供的所述光子的數(shù)量來檢測(cè)所述放射線是否進(jìn)入；以及曝光周期調(diào)節(jié)部，所述曝光周期調(diào)節(jié)部基于被檢測(cè)的所述放射線的入射頻率來調(diào)節(jié)所述曝光周期。
2.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)器，還包括: 曝光控制部，所述曝光控制部在所述曝光周期內(nèi)利用所述閃爍光使多個(gè)分區(qū)之中的各分區(qū)逐個(gè)曝光，各所述分區(qū)包含所述多個(gè)像素， 其中每當(dāng)所述多個(gè)分區(qū)之中的任一分區(qū)被曝光時(shí)，所述放射線檢測(cè)部就檢測(cè)所述放射線是否進(jìn)入。
3.如權(quán)利要求2所述的放射線檢測(cè)器， 其中，所述曝光控制部在使按照曝光順序相鄰的兩個(gè)分區(qū)中的各者的所述曝光周期部分地重疊的同時(shí)使這兩個(gè)分區(qū)曝光，并且 其中，當(dāng)檢測(cè)到相鄰的所述兩個(gè)分區(qū)都有所述放射線進(jìn)入時(shí)，所述放射線檢測(cè)部檢測(cè)所述放射線進(jìn)入所述兩個(gè)分區(qū)中一次。
4.如權(quán)利要求2所述的放射線檢測(cè)器， 其中所述曝光控制部在按照曝光順序相鄰的兩個(gè)分區(qū)之中的一者的曝光完成后經(jīng)過了固定周期之后曝光另一者，并且 其中所述放射線檢測(cè)部根據(jù)所述曝光周期內(nèi)的所述放射線的檢測(cè)結(jié)果來判定所述放射線在所述曝光周期和所述固定周期內(nèi)進(jìn)入的次數(shù)。
5.如權(quán)利要求2所述的放射線檢測(cè)器，包括: 多個(gè)讀出電路，所述多個(gè)讀出電路同時(shí)讀出像素的輸出值并且將所述輸出值提供至所述放射線檢測(cè)部，所述輸出值取決于彼此不同的各所述分區(qū)中的所述光子的數(shù)量， 其中所述放射線檢測(cè)部根據(jù)所述輸出值來檢測(cè)所述放射線是否進(jìn)入。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光電檢測(cè)器，還包括: 曝光控制部，所述曝光控制部在所述曝光周期內(nèi)利用所述閃爍光使所述多個(gè)像素曝光，并且在所述曝光周期結(jié)束后經(jīng)過了固定周期之后，在所述曝光周期內(nèi)利用所述閃爍光再次使所述多個(gè)像素曝光， 其中所述放射線檢測(cè)部根據(jù)所述曝光周期內(nèi)的所述放射線的檢測(cè)結(jié)果來判定所述放射線在所述曝光周期和所述固定周期內(nèi)進(jìn)入的次數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)器， 其中當(dāng)所述入射頻率較高時(shí)，所述曝光周期調(diào)節(jié)部縮短所述曝光周期，并且當(dāng)所述入射頻率較低時(shí)，所述曝光周期調(diào)節(jié)部延長(zhǎng)所述曝光時(shí)間。
8.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)器，還包括: 光均勻化部，所述光均勻化部使所述閃爍光的光量大體上均勻化，然后將均勻化的光引導(dǎo)至所述多個(gè)像素。
9.如權(quán)利要求1所述的放射線檢測(cè)器， 其中所述多個(gè)像素中的各者將取決于在所述曝光周期內(nèi)被提供至所述像素的所述光子的數(shù)量的輸出值提供至所述放射線檢測(cè)部。
【文檔編號(hào)】A61B6/00GK104247399SQ201380019854
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月20日
【發(fā)明者】西原利幸, 角博文 申請(qǐng)人:索尼公司