(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の高エネルギ放射線イメージング・デバイスを配置して成るイメージング・システムにおいて用いられる高エネルギ放射線イメージング・デバイスであって、
前記イメージング・デバイスは、
・高エネルギ放射線の入射に応じた電荷を発生する二次元アレイ配列された検出器セルと；
・前記検出器セルに対応するよう二次元アレイ配列され、発生した前記電荷を蓄積するとともに、蓄積した電荷を示す信号を出力するセル回路と；
・行イネーブル信号と列イネーブル信号とを選択的に発生してセル回路を選択し、選択されたセル回路に蓄積した電荷を示す前記信号を受信する信号発生手段を含み、蓄積した電荷の出力を制御するよう配置された制御回路と；を備え、
第１及び第２の２つのイメージング・デバイスをイメージング・システムに配置した際、第１のイメージング・デバイスのセル回路の列と第２のイメージング・デバイスのセル回路の列とは互いに隣接するように配置可能であり、しかも
前記制御回路は、
第１のイメージング・デバイスのセル回路の各行の終端にあるセル回路からの出力信号をそれぞれ受信し、これに応答して、第２のイメージング・デバイスの前記行イネーブル信号及び前記列イネーブル信号の発生を開始するように動作可能に配置されていることを特徴とする高エネルギ放射線イメージング・デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の高エネルギ放射線イメージング・デバイスにおいて、
前記制御回路は、
１つのイメージング・デバイスのセル回路の列の終端にあるセル回路からのさらなる出力信号を受信し、これに応答して、前記１つのイメージング・デバイスとは異なる他のイメージング・デバイスの行イネーブル信号及び列イネーブル信号の発生を開始するように動作可能に配置されていることを特徴とする高エネルギ放射線イメージング・デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高エネルギ放射線イメージング・デバイスにおいて、
前記信号発生手段は、
複数のセル回路を選択し、前記蓄積した電荷を示す信号を受信するように配置されていることを特徴とする高エネルギ放射線イメージング・デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の高エネルギ放射線イメージング・デバイスにおいて、
前記制御回路は、
前記複数の受信した信号に基づいて、前記複数のセル回路が占める前記イメージング・デバイス内の領域における電荷を集めるように配置されていることを特徴とする高エネルギ放射線イメージング・デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の高エネルギ放射線イメージング・デバイスにおいて、
前記制御回路は、
前記領域内のセル回路の数に従って前記集めた電荷を平均化するように配置されていることを特徴とする高エネルギ放射線イメージング・デバイス。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の高エネルギ放射線イメージング・デバイスにおいて、
前記二次元アレイ配列された検出器セルと、前記対応する二次元アレイ配列されたセル回路とが二次元アレイ配列されたピクセルを形成することを特徴とする高エネルギ放射線イメージング・デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のイメージング・デバイスを複数配置してなるイメージング・システムであって、
前記イメージング・システムは、
第１及び第２の２つのイメージング・デバイスを前記イメージング・システムに配置した際、第１のイメージング・デバイスのセル回路の列と第２のイメージング・デバイスのセル回路の列とが互いに隣接するように配置されていることを特徴とするイメージング・システム。
【請求項８】
高エネルギイメージング・デバイスを駆動する方法であって、
前記イメージング・デバイスは、
・高エネルギ放射線の入射に応じた電荷を発生する二次元アレイ配列された検出器セルと；
・前記検出器セルに対応するよう二次元アレイ配列され、発生した前記電荷を蓄積するとともに、蓄積した電荷を示す信号を出力するセル回路と；
・行イネーブル信号と列イネーブル信号とを選択的に発生してセル回路を選択し、選択されたセル回路に蓄積した電荷を示す前記信号を受信する信号発生手段を含み、蓄積した電荷の出力を制御するよう配置された制御回路と；を備え、
第１及び第２の２つのイメージング・デバイスをイメージング・システムに配置した際、第１のイメージング・デバイスのセル回路の列と第２のイメージング・デバイスのセル回路の列とは互いに隣接するように配置可能であり、
前記方法は、
第１のイメージング・デバイスのセル回路の各行の終端にあるセル回路からの出力信号をそれぞれ受信し；
受信した前記出力信号に応答して、第２のイメージング・デバイスの前記行イネーブル信号及び前記列イネーブル信号の発生を開始することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イメージ・セルのアレイからなる半導体イメージング・デバイスを使用する放射線の画像化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、放射線を画像化するための半導体イメージング・デバイスである。上記イメージング・デバイスは、放射線検出器セルのアレイ、およびイメージ・セル回路のアレイからなるイメージ・セルのアレイである。
添付図面の図１は、イメージング・システム構成の一例を示す。検出器セル・アレイ内のすべてのセルは、イメージ・セル回路のアレイ内の各エレクトロニクス・セルに接続している。適当な処理技術を使用することにより、同じ基板上に検出器セルおよび回路セルの両方を装着することができる。また、二つの基板を使用し、一方の基板は検出器セル用、他方の基板は回路セル用に使用することもできる。また、バンプ・ボンディングまたは他の技術を使用して、各検出器セルが対応するセル回路に接続するように、上記セルを機械的および電気的に接続することもできる。
【０００３】
図２は、バンプ・ボンディングで一緒に接続されている二つの基板でできているイメージング・デバイスの一部の断面図である。
多くの放射線を画像化する用途の場合、異なる画像の解像度が必要になる。一つの露出画像の場合、解像度は、通常、比較的高いものでなければならない。一方、同じイメージング・システムを、イメージング・デバイスからの画像をたえず読み取り、リアルタイムでディスプレイを更新することにより生の画像を表示するために使用することもできる。しかし、イメージング・システムが、高い解像度用に設計されている場合には、例えば、１秒当り３０フレームでの速度の生の画像のデータの帯域幅は、データ・ストリームを処理するための、読出しエレクトロニクスに対する要件が途方もなく高くなる場合がある。画像を捕捉し、処理するために、十分な高速で読出しを行うシステムが、イメージング・システムの全体のコストと比較して、途方もないほど高くなる恐れがある。さらに、一つの露出画像に対して必要な高い画像解像度は、画像の生の表示の場合には必要でない場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、解像度を効果的に低くして、それによりチップ上のデータ帯域幅を効果的に狭くする方法があれば、問題は解決する。もう一つの問題は、大きいエリア用または小さいエリア用のイメージング・システム用の縮小／拡大の問題である。広いエリア用に使用するイメージング・システム用のイメージング・デバイスの、継目なく接続したアレイを形成するために、比較的小さなエリア用の一つのイメージング・デバイスを容易にリンクすることができれば、同じイメージング・デバイスを、大きなエリア用の用途に、また小さなエリア用の用途に、容易に使用することができる。
【０００５】
本発明は、プログラム可能な画像解像度を持つイメージング・デバイスを導入し、種々様々な目標とする用途に使用する目的で、柔軟なイメージング・システムを実行するために、上記イメージング・デバイスを単にタイルのように配列することにより、上記問題を解決するためのものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
添付の独立請求項および従属請求項が、本発明の特殊で好適な態様を開示している。従属請求項に記載の機能は、単に特許請求の範囲に記載する特定の組合せによってだけではなく、任意の適当な方法で、独立請求項に記載の機能と組み合せることができる。
【０００７】
ある観点から見た場合、本発明は、放射線を画像化するためのイメージング・デバイスである。上記イメージング・デバイスは、入射放射線に応じて電荷を発生するための検出器セルのアレイと、発生した電荷を蓄積するためのセル回路のアレイと、上記セル回路からの信号の出力を制御するための制御回路とを備える。上記制御回路は、セル回路の上記アレイの個々の列および行を選択するために動作することができる。
検出器セルのアレイおよびセル回路のアレイは、ピクセルのアレイを形成する。制御回路が、制御下で、個々の列および行を選択するために動作することができるので、ピクセル・アレイの解像度をプログラムすることができる。
【０００８】
好適な実施形態の場合には、制御回路は、さらに、上記個々の列および行を選択する目的で、個々のイネーブル信号を出力するために動作することができる。そのため、列および行を個々に選択することができる。
好適な実施形態の場合には、上記制御回路は、さらに、上記イメージング・デバイスに対して、行の終わりを示す信号、および列の終わりを示す信号を出力するために動作することができ、そのため、大きなエリア用の検出器を形成するために、個々のデバイスを容易に結合することができる。
好適な実施形態の場合には、最初のデバイスの行の終わりの出力信号、および列の終わりの出力信号は、もっと大きなエリア用の放射線を画像化するためのイメージング・デバイスのアレイを形成するために、それぞれ、第一および第二の直交方向の、隣接するデバイスの対応するイネーブル信号と結合される。
【０００９】
別の観点から見た場合、本発明は、一次元アレイまたは二次元アレイとして接続された、上記請求項の何れかに記載の、複数のイメージング・デバイスを備えるイメージング・システムである。
好適な実施形態の場合には、イメージング・システムは、二次元アレイの形に接続された、上記請求項の何れかに記載の、複数のイメージング・デバイスを備えているので、上記イメージング・システムは、選択した用途に対して選択できる画像化解像度を提供する。
都合のよいことに、制御回路は、以降の行に進む前に、イメージング・デバイスの二次元アレイから複数のイメージング・デバイスを横切って、一つの行のピクセルのセル回路を読み出すことができるように配置されている。
【００１０】
本発明のある実施形態は、放射線を画像化するためのイメージング・デバイスを提供する。上記イメージング・デバイスは、入射放射線に応じて電荷を発生するための検出器セルのアレイと、発生した電荷を蓄積するためのセル回路のアレイと、上記イメージング・デバイスの解像度を調整するために、プログラムすることができるセル回路からの信号の出力を制御する制御回路とを備える。
プログラム可能な解像度により、本発明の一実施形態のイメージング・デバイスは、異なる目標とする用途に対して、異なるピクセル解像度を提供する、異なる動作モードを提供することができる。
【００１１】
好適な実施形態の場合には、制御回路は、プログラムにより、セル回路の一つのグループを選択し、一つのグループ内のすべてのセル回路内に蓄積された電荷の合計を表わす出力信号を形成することができる。それ故、制御回路は、解像度がもっと低い画像化を目的として、大きなエリア用のスーパーピクセルを形成するために、いくつかのピクセルを一緒にまとめることができる。
【００１２】
好適な実施形態の場合には、制御回路は、一つのグループ内のすべてのセル回路内に蓄積された電荷を表わす信号の平均値を求める。例えば、出力信号は、上記グループ内のセル回路の数で割った一つのグループのすべてのセル回路の全電荷を表わす。好適には、一つのグループ内のセル回路の数は、一組の可能な数から選択できることが好ましい。
【００１３】
好適な実施形態の場合には、蓄積された電荷を表わす出力信号は電流値である。電流出力を使用することにより、信号レベルを結合し、平均値を求めるために必要な回路の構造が簡単になる。
セル回路の一つのグループを選択するための制御回路は、同時に複数の列および行を選択するように、また、一つ以上の行および列を一度に前進させるように配置されたシフト・レジスタを備える。制御回路は、さらに、複数の行および列、および一つ以上の大きいステップ・サイズを同時に選択するように配置されているロジックを含むことができる。
制御回路は、各セル回路の電流出力を共通の出力ノードに接続し、結果として得られる電流の合計を、電流ミラーを使用するグループ内のピクセルの数で割ることにより、セル回路の一つのグループからの電流の平均値を求めるように配置されている。共通の出力ノードは、選択したセル回路の電流を保持することができる。
【００１４】
別の方法としては、グループ・モードを実行するために、一つのグループ内の各セル回路をそのグループ内のセル回路の数で割ったセル回路内に蓄積された電荷を表わす縮小／拡大した出力信号を発生するように配置することができる。各グループ・モードが、それを、予め定めた数のセル回路と関連づける複数のグループ・モードで動作することができるようにするために、セル回路を、各グループ・モードに対する出力トランジスタを含むように配置することができる。上記出力トランジスタは、選択したグループ・モードのセルの数に従って縮小／拡大した出力信号を発生する。その後で、信号を合計することにより、そのグループ内のすべてのセル回路からの出力信号の平均値を求めることができる。
【００１５】
本発明のある実施形態の場合には、解像度は、一つまたはそれ以上の制御信号により外部から制御される。例えば、二つの制御信号を使用して、解像度に対する四つの異なるモードを実行することができる。それ故、列および行、および行の終わりまたは列の終わりを示すための出力信号を選択するために、個々のイネーブル信号を供給することができる。
【００１６】
それ故、本発明のある実施形態の場合には、個々の各ピクセルが読み出される一つのモードの他に、２×２、３×３、または４×４のピクセルを一つのグループにして、スーパーピクセルとして読み出すことができる。（例えば、異なる数の行および列を持つ）他のピクセルの組合せ、および異なる数のモードも使用することができる。ピクセル値の合計は容易に求めることができる。何故なら、この合計は、電流モードで行われるからである。いくつかのセルの出力電流は、一緒に加算することができる。
【００１７】
いくつかのセルからの電流を合計すると、大きな全体の電流となる。このプロセスは、電流出力を一つのセルの出力と同じ範囲に縮小／拡大する追加の電流ミラーにより補償することができる。すなわち、電流ミラーは、スーパーピクセルからの電流をそのスーパーピクセル内のセルの数で割る。このことは、もっと数の多い個々のピクセルの平均値を求めるのと同じことである。電流モード出力を使用すると、精度を低下させないで、配線を長くすることができるという他の利点もある。ピクセル値の平均値を求めるということは、決して電流出力の使用を制限するものではない。
【００１８】
以下に説明するように、電流モードの代わりに電圧モードを使用することもできる。電圧モードを使用するには、例えば、演算増幅器を使用して、いくつかのピクセルの電圧を合計し、その平均値を求めなければならない。
さらに、本発明のある実施形態を使用すれば、複数の読出しデバイスからなるイメージング・デバイスから、ビデオ走査出力を供給するという問題を解くことができる。それ故、デバイスを一度に読み出すのではなく、小さいエリア用の読出しデバイスから形成されている、大きなエリア用のイメージング・システムを、ピクセルの次の行に前進させる前に、全画像化エリアから一行のラインを読み出すことができる。また、読出しデバイスは、全画像化エリア上に走査した出力を可能にする、継目のない大きなエリア用のイメージング・システムを形成する。
【００１９】
イメージング・デバイスは、出力に対して、列および行を選択するためのシーケンスを開始する二つの入力信号を持つ。さらに、イメージング・デバイスは二つの出力を持つ。その中の一方の出力は、各ラインの最後のピクセルが読み出された時間を示し、他方の出力は、デバイスの最後の行が読み出された時間を示す。これらの出力信号は、水平方向および垂直方向に、隣接するイメージング・デバイスで、対応する入力信号に接続される。生のビデオ用途用にシステムを連続モードで作動させるために、最後のイメージング・デバイスからの列出力および行出力を最初のデバイスに接続することができる。ユーザが、好きな時に、一つの露出モードと生のビデオ・モードとの間で、切り換えを行うことができるように、モードを選択することができる。
【００２０】
上記機能を組み合せることにより、同じシステムを、任意の時間における、高い解像度での一回の露出を生のビデオ・モードに切り替え、また同時にデータの帯域幅を狭くするために、低い解像度に切り換えることができる。ピクセルのサイズは、任意の物理的な大きさに固定されず使用することができる処理技術に従って、また目的とする用途の要件に基づいて縮小／拡大することができる。
【００２１】
本発明は、また、上記のように、二次元アレイに接続している複数のイメージング・デバイスを備えるイメージング・システムを提供する。このイメージング・システムは、選択した用途に対して選択することができる画像化解像度を供給する。制御回路により、セル回路は、一度に一つのイメージング・デバイスではなく、イメージング・デバイスの二次元アレイから、一度に一つの行を読み出すことができる。
【００２２】
本発明の他の実施形態は、画像化を放射線するためのイメージング・デバイスを操作するための方法を提供する。上記イメージング・デバイスは、入射放射線に応じて電荷を発生するための検出器セルのアレイと、発生した電荷を蓄積するためのセル回路のアレイと、上記セル回路からの信号の出力を制御するための制御回路とを備える。上記方法は、イメージング・デバイスの解像度を選択するステップと、セル回路のアドレス指定を、選択した解像度に従って、セル回路からのグループ出力に縮小／拡大するステップとを含む。
【００２３】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照しながら、例示としての実施形態を説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
図１は、本発明のイメージング・デバイスを含む、放射線を画像化するためのイメージング・システムの一例である。このイメージング・デバイスは、例えば、Ｘ線放射線のような高エネルギーの放射線を画像化するためのものである。しかし、本発明は、高エネルギーのＸ線放射線の画像化に限定されるものではなく、例えば、検出器用の適当な半導体基板の選択に従い、ａ線、ｂ線、ｇ線、赤外線または光学的放射線のような、任意のタイプの放射線の検出にも使用することができる。
【００２４】
図１のイメージング・システム１０は、放射線１４を受ける対象物１２を画像化する。例えば、上記対象物 は、医療用の画像化の際の人体の一部であってもよいし、非破壊試験の際の他の対象物であってもよい。
図１のイメージング・デバイス１６は、一つまたは二つの半導体の基板から構成することができる。一つの基板を使用する場合には、基板内の各セル１８は、ピクセル検出器およびピクセル回路を備える。別の方法としては、二つの基板を使用することができるが、この場合、一方の基板は、検出器セルのアレイを含み、他方の基板上にはピクセル回路のアレイが位置している。例えば、二つの基板は、バンプ・ボンディング、または以下に説明するような他の技術を使用して接続することができる。
【００２５】
イメージング・デバイス１６上の各検出器セルは、高エネルギー放射線を検出し、電荷を発生するが、この電荷は、対応するイメージ・セル回路内のコンデンサ上に蓄積される。ある反復時間が経過した後で、セル回路から電荷が、一回に一つのセルずつ、貯蔵した電荷を表わす電流として読み出される。制御エレクトロニクス２０は、反復を開始するために必要な信号を発生し、反復した電荷が読み出された後で、セルを予め定めた数値にリセットする。各セルからの電流は、デジタル信号、または画像取得ユニット２２内で語に変換する前に、増幅され、縮小／拡大される。必要な結果を生成するために、上記デジタル情報は、画像処理ユニット２２でさらに処理される。
【００２６】
例えば、アレイ内の均等でない応答を補償するために、個々のピクセルの校正を画像処理ユニット２２で行うことができる。検出器アレイおよびエレクトロニクス・アレイの製造の際に、プロセスが変動すると、均等なレベルの放射線に対して、均等でない応答を持つピクセルが発生する恐れがある。このようなピクセルは、そのピクセルをディスプレイ２４上に表示する前に、画像を後処理することにより補償することができる。制御エレクトロニクス２０、画像取得および処理ユニット２２、および画像表示ユニット２４のすべてを、コンピュータが実行しているアプリケーション・ソフトウェア２６に内蔵させることができる。上記ソフトウェアは、キーボードまたはマウスのような、入力デバイス２８を通してのユーザ入力により全システムを制御する。
【００２７】
図２は、イメージング・デバイスの一部の断面図である。イメージング・デバイスは、検出器基板３０、および読出し基板３２からなる。図２の場合には、二つの基板は、バンプ・ボンディング技術により一緒に接続されている。検出器基板および読出し基板は、それぞれ、検出器セル３４のアレイと、セル回路３６のアレイからなる。検出器セルおよびセル回路は、イメージ・セル３８を形成する。
【００２８】
イメージング・セル３８用の検出器セル３４の検出エリアは、連続している電極４０と、ピクセル電極４２との間に形成される。検出器基板上の連続電極４０は、バイアス電圧を供給するために使用される。画像エレクトロニクス基板上には、ピクセル・セル用の接点４４が、検出器基板上の電極に対応する位置に位置している。検出器セルおよび対応するセル回路は、バンプ・ボンディング４６により接続している。
【００２９】
ピクセル検出器セル３４、および対応する回路セル３６からなる、イメージ・セル３８の物理的サイズは一定ではなく、目標とする用途の要件に従って、集積回路製造用に使用することができる処理技術の制限内で設計することができる。また、適当な半導体プロセスにより、検出器セル３４および対応するセル回路３６を同じ基板上に設置することができる。それ故、適当な技術を使用することにより、本発明を、一つの基板を使用する技術にも、本明細書に記載する二重基板技術にも使用することができる。
【００３０】
検出器基板３０、および読出し基板３２の材料は、用途および使用できる適当な処理技術に従って選択することができる。例えば、両方の基板の材料として、シリコンを使用することができる。他の材料も、同様に使用することができる。例えば、検出器基板は、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＩ２、ＩｎＳｂ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、ＴｌＢｒ、ＳｉおよびＰｂＩから製造することができる。
【００３１】
図３は、イメージ・セル回路５０の略図である。アレイ内の各ピクセルまたはイメージ・セルは、類似のセル回路を備える。図３の場合には、参照番号５２は検出器セルを示す。セル回路の入力、ノード５４は、検出器セルとセル回路との間のバンプ・ボンディング接続に対応する。
放射線により、検出器の検出ゾーンがイオン化すると、電子電荷が発生し、メモリ・トランジスタ５６のゲート・キャパシタンス上に蓄積する。二つのトランジスタ５８が、メモリ・トランジスタ５６のドレインと、セル６０の出力ノードとの間のスイッチとして使用される。セルに対する列６２および行インディケータ６４が、同時にアクティブである場合には、トランジスタ５６のドレインは、セルの出力ノード６０に接続され、メモリ・トランジスタのドレイン電流６６を読み出すことができる。上記ドレイン電流は、トランジスタのゲート−ドレイン電圧の関数であり、そのため、トランジスタ５６のゲート・キャパシタンス上に蓄積した電荷を表わす。
【００３２】
ゲート電圧のオーバーフローは、メモリ・トランジスタ５６のゲートと、Ｖ１７０との間に接続しているダイオード６８により保護される。同様に、アンダーフローは、アース（ＧＮＤ）７４と、トランジスタ５６のゲートとの間のダイオード７２により保護される。追加のトランジスタ７６は、リセット信号７９がアクティブになる度に、メモリ・トランジスタ５６のゲート電圧を予め定めたリセット電圧値ＶＲＥＳＥＴ７８にリセットするために使用される。
【００３３】
図４は、複数のピクセルを、大きなエリア用のスーパーピクセルへグループ化するプロセスを示す。図４は、三つのイメージング・デバイス８０、８２および８４を示す。イメージング・デバイス８０は、ピクセルのグループ化を行わない。画像は、一度に、一つのピクセル８６ずつ読み出される。動作モードを選択するための制御信号を使用して、イメージング・デバイスのピクセルを、より大きな集団にグループ化することができる。
【００３４】
図４は、三つの異なる動作モードを示す。すなわち、イメージング・デバイス８０がグループ化を行わないモード、イメージング・デバイス８２が２のグループ化（２×２のピクセルを一つのスーパーピクセル８８にする）をするモード、イメージング・デバイス８４が４のグループ化（４×４のピクセルを一つのスーパーピクセル９０にする）を行うモードである。実際の用途の際に使用されるモードの数は、決してこの例のモード数に限定されるものではなく、特定の用途の要件に従って自由に選択することができる。
【００３５】
図３についてさらに説明すると、グループ・モードでイメージング・デバイスを使用した場合には、平均出力を形成するために、そのグループ内のすべてのセルからの出力電流を一緒に加算することができ、そのグループ内のセルの数で割ることができる。同じ平均値を求めるもう一つの方法としては、電流出力を一緒に加算する前に、セル自身に対して割り算を行う方法がある。そうするために、異なる特性を持つ数個のメモリ・トランジスタ５６を各セル回路内に設置することができる。
【００３６】
それ故、各セルは、異なるグループのサイズに従って、異なる縮小／拡大値を持つ数個の出力を形成することができる。各グループ・モードにおいて、グループのサイズに従って、選択信号（図示せず）により、異なる出力を選択することができる。その後で、平均出力を形成するために、グループ内のピクセルの数によりすでに分割されている、セル回路からの出力電流が加算される。
【００３７】
図５、図６は、二次元ピクセル・アレイからなる二つの同じイメージング・デバイスを示す。また、図５、図６は、出力ピクセルを選択するための制御信号を示す。このアレイのサイズは、Ｍ×Ｎのである。この場合、Ｍは垂直方向のピクセルの数であり、Ｎは水平方向のピクセルの数である。図５のイメージング・デバイス１００は、各ピクセルが読み出される動作モード、すなわち、ピクセルのグループ化を行わない動作モードを使用する。図６のイメージング・デバイス１０２は、２×２のピクセルを、一つのスーパーピクセルにグループ化するモードで動作する。図５、図６のピクセル１０４は、Ｙ、Ｘで表示してある。この場合、ＸおよびＹは、それぞれ、二次元ピクセル・アレイ内のピクセルの水平位置および垂直位置を表わす。
【００３８】
イメージング・デバイスは、選択したモードに従って、ピクセル・アレイ内の正しい列および行を選択するために必要な信号を発生する制御ロジックを持つ。このモードは、モード信号１０６により選択される。図５の場合には、制御ロジック１０８は、最初の行からスタートして、一度に一つの行を選択する信号を発生する。最初の行が選択されると、制御ロジック１１０は、最初の列を選択する信号を発生する。各クロック・サイクル毎に、列選択装置１１０は、ある行の最後の列に行き着くまで前進する。最初の行の最後の列が読み出されると、行選択装置１０８は、次の行に進む。このプロセスは、最後の行が読み出されるまで、反復して行われる。ピクセルのリセットは、一度に１行ずつ行うことができる。そのため、その行のために発生するリセット信号は、一クロック・サイクルだけ遅延した行選択信号である。
【００３９】
図６のイメージング・デバイス１０２は、図５のデバイス１００とは異なるモードで動作する。このモードの場合には、二つの列および二つの行が同時に選択される。行選択装置１１２の動作は、図５の行選択装置１０８の動作と同じである。ただし、この動作モードの場合には、二つの行が同時に選択され、行選択装置は、２行ずつ前進する点が異なる。同様に、列選択装置１１４も、列選択装置１１０と同じ方法で動作する。ただし、一度に二つの列が選択され、２列ずつ前進する点が異なる。
【００４０】
行選択装置および列選択装置用の制御ロジックは、目標とする用途に従ってピクセルをグループ形成するために、必要な数の動作モードを含むように設計することができる。この例の場合には、グループ化を行わないモードと、２×２のピクセルのグループ化を行うモードの二つのモードだけを示すが、組み込みモードの数はいかなる制限も受けない。
【００４１】
図５、図６の制御ロジック・ボックス１０８、１１０、１１２および１１４内においては、図に示すように、いくつかの時点において、制御信号がピクセルを選択する。あるピクセルに対する列選択装置および行選択装置が選択されると、そのデバイスの出力ノードにおいて、その出力電流を読み出すことができる。
【００４２】
図７は、ピクセル・アレイの列を選択するために使用する選択ロジック１２０の例示としての略図である。一つの行および一つの列を同時に選択することによって、一つのピクセルが選択される。図７の制御ロジック１２０は、構成ブロック１２２からなる。各構成ブロックは、二つの列グループ内の一つまたは二つの列を選択するために必要なロジックを含む。構成ブロックは、ピクセルをグループ形成するために必要な、ロジックを含むシフト・レジスタを形成する。同じ機能を行うカウンタまたは他のロジックを、行および列を選択するために使用することができる。
【００４３】
図７のロジックは二つの動作モードを含む。上記二つのモードとは、グループ形成を行わないモードと、二つの列のグループ形成を行うモードである。このモードは制御信号１２４により制御される。モード信号１２４が、ロジックのロー・レベルである場合には、ロジックは通常のモードで動作し、一度に一つの列１２６を選択し、各クロック・サイクル１２８毎に次の列に進む。このシーケンスは、ｃｏｌ＿ｅｎａ信号１３０によりスタートする。最初のクロック・サイクルにおいて、ｃｏｌ＿ｅｎａ信号１３０の状態が、フリップフロップ１３２内に記憶され、第一の列が選択される。
【００４４】
このモードの場合には、信号は、ゲート１３３を通って伝播し、最初のフリップフロップの出力は、第二のフリップフロップの入力に送られる。制御ロジック１２０の各構成ブロックにおいて、信号は同じ方法で実行される。一度に、各クロック・サイクル毎に、一つの列が選択され、信号は次のフリップフロップに送られ、連鎖状になっている次の列が選択される。最後の列が選択されると、制御ロジック１２０は、出力信号であるｃｏｌ＿ｏｕｔ１３４信号を発生し、その結果、以下に説明する連続アレイを形成するために、あるデバイスを他のデバイスに接続することができる。正しい時間に、ｃｏｌ＿ｏｕｔ信号を発生する目的で、クロック信号１２８を反転するために、インバータ１３５が追加される。その結果、直ちに次のイメージング・デバイス内で、列選択のシーケンスが継続して行われる。
【００４５】
モード信号１２４がロジック・ハイの状態である場合には、制御ロジック１２０は、グループ形成モードで動作する。この場合、二つの列が同時に選択され、各クロック・サイクル１２８毎に、一度に２列ずつ前進する。このモードの場合には、信号は、ゲート１３３ではなく、ゲート１３６を通って伝播し、その結果、第一のフリップフロップ１３２の入力は、また次のフリップフロップの入力になる。これにより、フリップフロップは、状態を同時に変えることができ、一度に二つの列を選択する。
【００４６】
このモードの場合には、制御ロジック１２０の動作は、制御ロジック１３８の動作と同じであり、この場合には、二つの連続している行の選択信号は一緒に結合される。行を選択するために類似のロジックを使用する場合には、このモードは、２×２ピクセルのグループを選択する。この例の場合には、使用することができるモードは二つだけであるが、モードの数は、これらモードに制限されるわけではない。
図７に示すのと同じ原理により、行選択ロジックおよび列選択ロジック内に、任意の数の異なるモードおよびモードの組合せを、内蔵させることができる。モード入力の数は、設計の際に組み込まれるモードの数により異なる。
【００４７】
図８は、ピクセルのアレイから行を選択するために使用される制御ロジック１４０の例示としての略図である。すでに説明したように、あるピクセルの位置に対応する一つの列および行の両方が同時に選択されると、一つのピクセルが出力に対して選択される。行選択ロジックは、列を選択するために使用するものに類似しているが、ピクセルの行をリセットするために、追加のロジックが使用される。
【００４８】
制御ロジック１４０は、構成ブロック１４２からなる。各構成ブロックは、モード入力１４６の状態に従って、一度に、一つまたは二つの行１４４を選択するために必要なロジックを含む。制御ロジック１４０の行選択シーケンスは、ｒｏｗ＿ｅｎａ入力信号１４８内のパルスによりスタートする。モード信号がロジック・ロー状態である場合には、一度に、一つの行が選択される。このモードの場合には、信号は、ゲート１４９を通って伝播し、そのため、各フリップフロップの出力は、次のフリップフロップの入力に送られる。各クロック・サイクル毎に、信号は、あるフリップフロップから次のフリップフロップに送られ、一度に、一つの行が選択される。各クロック・サイクル１５０毎に、次の行が選択され、この選択は、最後の行に行き着くまで行われる。
最後の行（ｒｏｗＭ）および最後の列（ｃｏｌＮ）の両方が選択されると、ｒｏｗ＿ｏｕｔ信号１５２が発生する。それ故、ｒｏｗ＿ｏｕｔ信号１５２を発生するＤフリップフロップへの入力が、ロジックＡＮＤゲートにより、最後の行（ｒｏｗＭ）の選択信号、および最後の列（ｃｏｌＮ）１５６に対する選択信号から形成される。
【００４９】
モード信号１４６が、ロジック・ハイ状態にある場合には、制御ロジックは、二つの行を同時に選択し、各クロック・サイクル１５０毎に、２行ずつ前進する。このモードの場合には、選択信号は、ゲート１４９ではなく、ゲート１５７を通って伝播し、各構成ブロック内で、二つのフリップフロップの入力を一緒にグループ化し、そのため、上記二つのフリップフロップは、同時に状態を変化する。すなわち、一度に、二つの行が選択される。各クロック・サイクル毎に、選択は２行ずつ前進する。行および列に対して同じモードを使用した場合で、モード信号がロジック・ハイ状態である場合には、２×２ピクセルは、一つのスーパーピクセルにグループ化される。１４０で使用する二つのモードの代わりに、またはこれらモードに他のモードを追加しないで、任意の数のモードまたは任意の組合せを使用することができる。
【００５０】
ピクセルの一つの行を、予め定めた数値にリセットするために使用される、リセット信号１５８は、Ｄフリップフロップ１５９を使用して、一つのクロック・サイクルだけ遅延させることにより、対応する行選択信号１４４から形成される。ピクセルをグループ形成するための動作モードは、リセット・ロジックの動作に少しも影響を与えない。グループ形成を使用した場合には、ピクセルのいくつかの行が同時にリセットされる。
【００５１】
図９は、イメージング・デバイスのアレイからなるイメージング・システム１６０の一例である。このアレイは、連続している画像エリアを形成するために、一緒に結合しているＭ×Ｎのイメージング・デバイスからなる。イメージング・デバイスのアレイ内の各イメージング・デバイス１６２は、上記プログラム可能な解像度用のロジックを含む。この例は、行および列に対してイネーブルおよびアウト信号を使用するデバイス１６２の間の接続を示す。これら信号は、各イメージング・デバイスで入手することができる。
【００５２】
イメージング・システムは、ｒｏｗ＿ｅｎａｂｌｅ信号１６４、およびｃｏｌｕｍｎ＿ｅｎａｂｌｅ信号１６６によりスタートする。スタートすると、Ｕ１，１で示す、第一のイメージング・デバイスの最初の行および最初の列が、出力として選択される。列選択装置は、各クロック・サイクル毎に前進し、最初の行の最後の列が読み出された場合、ｃｏｌ＿ｏｕｔ信号１６８が形成される。ｃｏｌ＿ｏｕｔ信号１６８は、アレイ内の次のデバイスのｃｏｌ＿ｅｎａ入力１７０に送られる。次のデバイスの最初の行から、ピクセルの読出しは継続して行われ、全画像化エリアの最初の行の最後のピクセルが読み出されるまで、同じ方法で行われる。
【００５３】
図９に示すように、各行の最後のイメージング・デバイスの、ｃｏｌ＿ｏｕｔ信号１６８は、同じ行の最初のデバイスに送り返され、行選択装置が前進する。イメージング・デバイスの最後の行に行き着くまで、また、垂直方向の次のデバイスの最初の行をイネーブルにするパルスであるｒｏｗ＿ｏｕｔ信号１７２が供給されるまで、同じ方法で、後続の行が読み出される。各デバイスのｒｏｗ＿ｏｕｔ信号１７２は、次の垂直方向のデバイスのｒｏｗ＿ｅｎａ信号１７４に結合される。行選択装置が次の行に進むと前に選択した行がリセットされる。イメージング・デバイスの全エリアが、同じ方法により読み出される。全エリア内の最後のピクセルが読み出され、ＵＭ，Ｎで示す最後のデバイスのｃｏｌ＿ｏｕｔ信号１６８、およびｒｏｗ＿ｏｕｔ信号１７２のところにパルスが存在する場合であって、ｅｘｐ＿ｍｏｄｅ信号１７６がロジック・ハイ状態である場合には、シーケンスが、最初からスタートする。
【００５４】
ｅｘｐ＿ｍｏｄｅ信号１７６は、アレイの実行モードを選択する。ｅｘｐ＿ｍｏｄｅ信号１７６が、ロジック・ロー状態である場合には、システムは、全画像エリアを一度で読む単一露出モードで動作する。別の読出しシーケンスをスタートさせるには、新しいｒｏｗ＿ｅｎａｂｌｅ信号１６４、および新しいｃｏｌ＿ｅｎａｂｌｅ信号１６６が必要である。一方、ｅｘｐ＿ｍｏｄｅ信号１７６をロジック・ハイ・レベルにすることにより、生のビデオ画像を連続的に更新するのに、同じシステムを使用することができる。ｅｘｐ＿ｍｏｄｅ信号１７６が、ロジック・ハイの状態に維持されている限り、全エリア内の最後のピクセルに到達した場合、読出しシーケンスが最初からスタートする。
【００５５】
図９の入力の他に、解像度を選択するためには、クロック入力およびモード入力が必要である。しかし、図面を簡単にするために、この例の場合には、これらの入力は図示していない。各イメージング・デバイスは、また、上記のプログラム可能な解像度用に必要な回路を含む。解像度を低くするために、ピクセルのグループ形成を使用する場合には、読出しシーケンスは、上記の読出しシーケンスと同じである。ただし、数個の列および数個の行が同時に選択され、ピクセル・グループのサイズに従って、一回に一つ以上のピクセル単位で前進が行われる点が異なる。
【００５６】
また、図９のイメージング・システムを、それぞれがイメージング・デバイスのアレイからなる、二つまたはそれ以上のセクションに分割することもできる。このような場合、各セクションは、全画像化エリアに対して、同じ方法で接続している。このようなイメージング・システムの場合には、出力チャネルに一本だけではなく、一本以上の同時チャネルを形成する。
今まで、放射線イメージング・システム用のイメージング・デバイスについて説明してきた。イメージング・システムは、数個のイメージング・デバイスのアレイからなる。上記アレイ内の上記イメージング・デバイスの数は、目標とする用途の要件、すなわち、小さいエリア用のシステムなのか、大きいエリア用のシステムなのかに基づいて選択することができる。上記イメージング・デバイスは、システムが動作中に、イメージング・デバイスの解像度を変更することができる。
【００５７】
ピクセルを、もっと大きなスーパーピクセルへグループ化するプロセスは、数個のピクセルを同時に選択することにより行われる。そのピクセルの位置に対応する、行および列が同時に選択された時、一つのピクセルが選択される。上記動作方法を使用した場合には、数個の列および行を同時に選択することができ、そのため、一個のピクセルではなく、ピクセルの一つのグループが選択される。ピクセルのをグループ化すると、同じシステムを、高解像度の静止画像、およびもっと低い解像度のビデオ画像の両方に使用することができるという利点が得られる。イメージング・デバイス内で、ピクセルを、直接、グループに形成することにより、データの量がかなり少なくなる。また、画像取得および処理システムの速度、およびメモリ要件がかなり緩和される。
上記イメージング・デバイスは、読出し順序で、アレイ内の次のイメージング・デバイス上で、行信号の端部および列信号の端部を、対応する行イネーブル信号および列イネーブル信号に接続することにより、小さなエリアおよび大きなエリア用の用途に容易に適用することができる。
【００５８】
上記説明を読めば、当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の修正を行うことができることを、容易に理解することができるだろう。
明示または暗示の形で本明細書に開示している任意の新規な機能または機能の組合せは、および本発明に関連していても、いなくても、または、本発明が解決しようとする任意の問題またはすべての問題を軽減してもしなくても、上記機能を一般化するすべてのものは、本発明の範囲に含まれる。本出願人は、本出願または本出願から派生するすべての他の出願の手続中に、新しい特許請求の範囲を作成するかもしれないことを通知するものである。特に、添付の特許請求の範囲を参照して、従属請求項に記載の機能を各従属請求項に記載の機能と組合せることができ、各独立請求項に記載の機能を、また単に特許請求の範囲に記載した組合せではない任意の適当な方法で組合せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射線を画像化するためのイメージング・システムの全体図である。
【図２】ピクセル・アレイを備えるイメージング・デバイスの断面の一例である。
【図３】画像エレクトロニクスの一つのセルの略図である。
【図４】ピクセルから大きなエリアのスーパーピクセルへのグループ化である。
【図５】出力ピクセルを選択するための制御信号を含む二次元ピクセル・アレイである。
【図６】出力ピクセルを選択するための制御信号を含む二次元ピクセル・アレイである。
【図７】ピクセル・アレイ内で列を選択するために使用する略図の一例である。
【図８】ピクセル・アレイ内で行を選択し、ピクセルの行をリセットするために使用する略図の一例である。
【図９】イメージング・デバイスのアレイを備え、二つの動作モード、すなわち、一回きりの動作モードおよび連続動作モードを含むイメージング・システムである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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