(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を含むＸ線吸収層と、
前記電極の電圧を第１の閾値と比較するように構成された第１の電圧比較器と、
前記電圧を第２の閾値と比較するように構成された第２の電圧比較器と、
前記Ｘ線吸収層によって吸収された複数のＸ線光子を記録するように構成されたカウンタと、
コントローラと
を備えるＸ線を検出するのに適した装置であって、
前記コントローラは、前記電圧の絶対値が前記第１の閾値の絶対値以上であると前記第１の電圧比較器が判定した時点から時間遅延を開始するように構成され、
前記コントローラは、前記時間遅延の間に前記第２の電圧比較器を起動するように構成され、
前記コントローラは、前記電圧の絶対値が前記第２の閾値の絶対値以上であると前記第２の電圧比較器が判定した場合、前記カウンタによって記録された数を１増加させるように構成される、
装置。
【請求項２】
前記電極に電気的に接続されたコンデンサモジュールをさらに備え、前記コンデンサモジュールは、前記電極から電荷キャリアを収集するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コントローラが、前記時間遅延の開始または終了時に前記第２の電圧比較器を起動するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
電圧計をさらに備え、前記コントローラは、前記時間遅延の終了時に前記電圧計に前記電圧を測定させるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラが、前記時間遅延の終了時に測定された前記電圧の値に基づいて、Ｘ線光子エネルギーを決定するように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラが、前記電極を電気的接地に接続するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記電圧の変化率が、前記時間遅延の終了時に実質的にゼロである、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記電圧の変化率が、前記時間遅延の終了時に実質的に非ゼロである、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記Ｘ線吸収層がダイオードを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記Ｘ線吸収層が、シリコン、ゲルマニウム、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記装置がシンチレータを含まない、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置がピクセルの配列を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置とＸ線源とを備えるシステムであって、人間の胸部または腹部にＸ線撮影を行うように構成されているシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置とＸ線源とを備えるシステムであって、人間の口にＸ線撮影を行うように構成されているシステム。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置とＸ線源とを備える貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システムであって、後方散乱Ｘ線を用いて画像を形成するように構成されている貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システム。
【請求項１６】
請求項１に記載の装置とＸ線源とを備える貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システムであって、検査対象物を透過したＸ線を用いて画像を形成するように構成されている貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システム。
【請求項１７】
請求項１に記載の装置とＸ線源とを備える全身スキャナシステム。
【請求項１８】
請求項１に記載の装置とＸ線源とを備えるＸ線コンピュータ断層撮影（Ｘ線ＣＴ）システム。
【請求項１９】
請求項１に記載の装置と、電子源と、電子光学システムとを備える電子顕微鏡。
【請求項２０】
請求項１に記載の装置を備えたシステムであって、前記システムはＸ線望遠鏡またはＸ線顕微鏡であるか、または前記システムは、マンモグラフィ、工業用欠陥検出、マイクロラジオグラフィ、鋳造検査、溶接検査、またはデジタルサブトラクション血管造影法を行うように構成されている、システム。
【請求項２１】
Ｘ線吸収層の電極の電圧の絶対値が第１の閾値の絶対値以上である時点から時間遅延を開始することと、
前記時間遅延の開始時に、または前記時間遅延の間に、前記電圧の前記絶対値を前記第１の閾値の前記絶対値と比較するように構成されている第１の回路を停止することと、
前記時間遅延の間に、前記電圧の前記絶対値を第２の閾値の絶対値と比較するように構成されている第２の回路を起動することと、
前記電圧の前記絶対値が前記第２の閾値の前記絶対値以上であることを判定することと、
前記電圧の前記絶対値が前記第２の閾値の前記絶対値以上であることに応じて、前記Ｘ線吸収層に入射するＸ線光子のカウント数を１増加させることと、
を含む方法。
【請求項２２】
前記電極を電気的接地に接続することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記時間遅延の終了時に前記電圧を測定することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記時間遅延の終了時の前記電圧の値に基づいて、Ｘ線光子エネルギーを決定することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記電圧の変化率が、前記時間遅延の終了時に実質的にゼロである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記電圧の変化率が、前記時間遅延の終了時に実質的に非ゼロである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の回路を起動するのは、前記時間遅延の開始時または終了時である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記時間遅延の終了時に、または前記電圧の前記絶対値が前記第２の閾値の前記絶対値以上であるときに、前記第２の回路を停止することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
位相コントラストＸ線イメージング（ＰＣＩ）に適したシステムであって、
請求項１に記載の装置と、
第２のＸ線検出器と、
スペーサとを備え、
前記装置と前記第２のＸ線検出器とは、前記スペーサによって離間されている、システム。
【請求項３０】
前記装置と前記第２のＸ線検出器とは、対象物の画像をそれぞれ同時に取り込むように構成されている、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第２のＸ線検出器は、前記装置と同一である、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
位相コントラストＸ線イメージング（ＰＣＩ）に適したシステムであって、
請求項１に記載の装置を備え、
前記装置は、移動するように構成され、対象物から異なる距離において、入射Ｘ線に曝された前記対象物の画像を取り込むように構成されている、システム。
【請求項３３】
前記コントローラが、前記時間遅延の開始時に前記第１の電圧比較器を停止するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３４】
前記コントローラが、前記時間遅延の終了時に、または前記電圧の前記絶対値が前記第２の閾値の前記絶対値以上であると前記第２の電圧比較器が判定したときに、あるいはその間の時間に、前記第２の電圧比較器を停止するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、Ｘ線検出器に関し、特に、半導体Ｘ線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線検出器は、Ｘ線のフラックス、空間分布、スペクトル、または他の特性を測定するために使用される装置であってもよい。
【０００３】
Ｘ線検出器を、多くの用途に使用することができる。１つの重要な用途はイメージングである。Ｘ線イメージングは、Ｘ線撮影技術であり、人体などの不均一に構成され不透明な対象物の内部構造を明らかにするために使用され得る。
【０００４】
イメージングのための初期のＸ線検出器には、写真乾板および写真フィルムが含まれる。写真乾板は、感光性乳剤のコーティングを有するガラスプレートであってもよい。写真乾板が写真フィルムで置き換えられたが、特別な状況では優れた品質と極端な安定性のために、まだ写真乾板が使用されてもよい。写真フィルムは、感光性乳剤のコーティングを有するプラスチックフィルム（例えば、ストリップまたはシート）であってもよい。
【０００５】
１９８０年代に、輝尽性蛍光体プレート（ＰＳＰプレート）が利用可能になった。ＰＳＰプレートは、その格子内に色中心を有する蛍光体材料を含んでもよい。ＰＳＰプレートがＸ線に曝されると、Ｘ線によって励起された電子は、プレート表面を走査するレーザビームによって刺激されるまで、色中心にトラップされる。プレートをレーザで走査すると、トラップされた励起電子が光を放出し、光は光電子増倍管によって集められる。集められた光は、デジタル画像に変換される。写真乾板および写真フィルムとは対照的に、ＰＳＰプレートは再使用されることができる。
【０００６】
別の種類のＸ線検出器は、Ｘ線イメージ増強装置（インテンシファイア）である。Ｘ線イメージ増強装置の構成要素は、通常、真空中で密閉されている。写真乾板、写真フィルム、およびＰＳＰプレートとは対照的に、Ｘ線イメージ増強装置はリアルタイム画像を生成することができ、すなわち画像を生成するために露光後処理を必要としない。Ｘ線は、まず入力蛍光体（例えば、ヨウ化セシウム）に当たり、可視光に変換される。可視光は、その後、光電陰極（例えば、セシウムおよびアンチモン化合物を含む薄い金属層）に当たって、電子の放出を引き起こす。放出される電子の数は、入射Ｘ線の強度に比例する。放出された電子は、電子光学素子を介して出力蛍光体に投影され、出力蛍光体に可視光画像を生成させる。
【０００７】
シンチレータは、シンチレータ（例えば、ヨウ化ナトリウム）がＸ線を吸収し、可視光を放射するという点でＸ線イメージ増強装置と幾分類似して動作し、次いで、可視光を適切なイメージセンサによって検出することができる。シンチレータでは、可視光があらゆる方向に広がって散乱し、空間分解能が低下する。シンチレータの厚さを減少させることは、空間分解能を改善するのに役立つだけでなく、Ｘ線の吸収を減少させる。したがって、シンチレータは、吸収効率と分解能との間の妥協点を取らなければならない。
【０００８】
半導体Ｘ線検出器は、Ｘ線を電気信号に直接変換することによってこの問題をかなり克服する。半導体Ｘ線検出器は、関心のある波長のＸ線を吸収する半導体層を含んでもよい。Ｘ線光子が半導体層に吸収されると、複数の電荷キャリア（例えば、電子および正孔）が生成され、半導体層上の電気接点に向かって電界下で掃引される。現在利用可能な半導体Ｘ線検出器（例えば、Ｍｅｄｉｐｉｘ）で必要とされる煩わしい熱管理は、大面積および多数のピクセルを有する検出器を製造することを困難または不可能にする可能性がある。
【発明の概要】
【０００９】
本明細書に開示されるのは、電極を含むＸ線吸収層と、電極の電圧を第１の閾値と比較するように構成された第１の電圧比較器と、電圧を第２の閾値と比較するように構成された第２の電圧比較器と、Ｘ線吸収層によって吸収された複数のＸ線光子を記録するように構成されたカウンタと、コントローラとを備えるＸ線を検出するのに適した装置であって、コントローラは、電圧の絶対値が第１の閾値の絶対値以上であると第１の電圧比較器が判定した時点から時間遅延を開始するように構成され、コントローラは、時間遅延の間（開始および終了を含む）に第２の電圧比較器を起動するように構成され、コントローラは、電圧の絶対値が第２の閾値の絶対値以上であると第２の電圧比較器が判定した場合、カウンタによって記録された数を１増加させるように構成されている。第１の電圧比較器と第２の電圧比較器とは、同じ構成要素であってもよい。電圧比較器は、電圧の絶対値が閾値の絶対値以上であるかを判定するとき、必ずしも絶対値を比較しない。その代わりに、電圧および閾値がともに負である場合、電圧比較器は、電圧の実際の値と閾値とを比較してもよく、電圧が閾値以上に負である場合、電圧の絶対値は閾値の絶対値以上である。
【００１０】
一実施形態によれば、装置は、電極に電気的に接続されたコンデンサモジュールをさらに備え、コンデンサモジュールは、電極から電荷キャリアを収集するように構成される。
【００１１】
一実施形態によれば、コントローラは、時間遅延の開始時または終了時に第２の電圧比較器を起動するように構成されている。一実施形態によれば、コントローラは、時間遅延の開始時に、または時間遅延の間に、第１の電圧比較器を停止するように構成されている。一実施形態によれば、コントローラは、時間遅延の終了時に、または電圧の絶対値が第２の閾値の絶対値以上であると第２の電圧比較器が判定したときに、第２の電圧比較器を停止するように構成されている。
【００１２】
一実施形態によれば、装置は電圧計をさらに備え、コントローラは、時間遅延の終了時に電圧計に電圧を測定させるように構成される。
【００１３】
一実施形態によれば、コントローラは、時間遅延の終了時に測定された電圧の値に基づいて、Ｘ線光子エネルギーを決定するように構成される。
【００１４】
一実施形態によれば、コントローラは、電極を電気的接地に接続するように構成される。電気的接地は、仮想接地であってもよい。仮想接地（「仮想アース」としても知られている）は、基準電位に直接接続されることなく、安定した基準電位に維持される回路のノードである。
【００１５】
一実施形態によれば、電圧の変化率は、時間遅延の終了時に実質的にゼロである。
【００１６】
一実施形態によれば、電圧の変化率は、時間遅延の終了時に実質的に非ゼロである。
【００１７】
一実施形態によれば、Ｘ線吸収層はダイオードを含む。
【００１８】
一実施形態によれば、Ｘ線吸収層は、シリコン、ゲルマニウム、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、またはそれらの組み合わせを含む。
【００１９】
一実施形態によれば、装置はシンチレータを含まない。
【００２０】
一実施形態によれば、装置はピクセルの配列を含む。
【００２１】
本明細書に開示されるのは、上述の装置およびＸ線源を備えるシステムであって、システムは人間の胸部または腹部にＸ線撮影を行うように構成される。
【００２２】
一実施形態によれば、システムは、上述の装置およびＸ線源を備え、システムは、人間の口にＸ線撮影を実行するように構成される。
【００２３】
本明細書に開示されるのは、上述の装置およびＸ線源を備える貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システムであって、貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システムは、後方散乱Ｘ線を用いて画像を形成するように構成される。
【００２４】
本明細書に開示されるのは、上述の装置およびＸ線源を備える貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システムであって、貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システムは、検査対象物を透過したＸ線を用いて画像を形成するように構成される。
【００２５】
本明細書に開示されるのは、上述の装置およびＸ線源を備える全身スキャナシステムである。
【００２６】
本明細書に開示されるのは、上述の装置およびＸ線源を備えるＸ線コンピュータ断層撮影（Ｘ線ＣＴ）システムである。
【００２７】
本明細書に開示されるのは、上述の装置、電子源、および電子光学システムを備える電子顕微鏡である。
【００２８】
本明細書に開示されるのは、上述の装置を備えるシステムであって、システムはＸ線望遠鏡またはＸ線顕微鏡であるか、またはシステムは、マンモグラフィ、工業用欠陥検出、マイクロラジオグラフィ、鋳造検査、溶接検査、またはデジタルサブトラクション血管造影法を行うように構成される。
【００２９】
本明細書に開示されるのは、Ｘ線吸収層の電極の電圧の絶対値が第１の閾値の絶対値以上である時点から時間遅延を開始することと、時間遅延の間（開始および終了を含む）に第２の回路を起動することと、電圧の絶対値が第２の閾値の絶対値以上である場合、Ｘ線吸収層に入射するＸ線光子のカウント数を１増加させることとを含む方法である。
【００３０】
一実施形態によれば、方法は、電極を電気的接地に接続することをさらに含む。
【００３１】
一実施形態によれば、方法は、時間遅延の終了時に電圧を測定することをさらに含む。
【００３２】
一実施形態によれば、方法は、時間遅延の終了時の電圧の値に基づいて、Ｘ線光子エネルギーを決定することをさらに含む。
【００３３】
一実施形態によれば、電圧の変化率が、時間遅延の終了時に実質的にゼロである。
【００３４】
一実施形態によれば、電圧の変化率が、時間遅延の終了時に実質的に非ゼロである。
【００３５】
一実施形態によれば、第２の回路を起動するのは、時間遅延の開始時または終了時である。
【００３６】
一実施形態によれば、第２の回路は、電圧の絶対値を第２の閾値の絶対値と比較するように構成される。
【００３７】
一実施形態によれば、方法は、時間遅延の開始時に、第１の回路を停止することをさらに含む。
【００３８】
一実施形態によれば、第１の回路は、電圧の絶対値を第１の閾値の絶対値と比較するように構成される。第１の回路と第２の回路は、同じ回路であってもよい。
【００３９】
本明細書に開示されるのは、位相コントラストＸ線イメージング（ＰＣＩ）に適したシステムであって、システムは、上述の装置、第２のＸ線検出器、およびスペーサとを備え、装置と第２のＸ線検出器とは、スペーサによって離間されている。
【００４０】
一実施形態によれば、装置と第２のＸ線検出器とは、対象物の画像をそれぞれ同時に取り込むように構成される。
【００４１】
一実施形態によれば、第２のＸ線検出器は、装置と同一である。
【００４２】
本明細書に開示されるのは、位相コントラストＸ線イメージング（ＰＣＩ）に適したシステムであって、システムは、上述の装置を備え、装置は、移動するように構成され、対象物から異なる距離において、入射Ｘ線に曝された対象物の画像を取り込むように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】図１Ａは、一実施形態による半導体Ｘ線検出器を概略的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、一実施形態による半導体Ｘ線検出器１００を示す。
【図２】図２は、一実施形態による、図１Ａの検出器の一部の例示的な上面図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、一実施形態による、図１Ａまたは図１Ｂの検出器の電子システムの構成図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態による、図１Ａまたは図１Ｂの検出器の電子システムの別の構成図を示す。
【図４】図４は、一実施形態による、Ｘ線に曝されたＸ線吸収層のダイオードの電極または抵抗器の電気接点に流れる電流の時間変化（上の曲線）と、対応する電極の電圧の時間変化（下の曲線）とを概略的に示し、電流はＸ線吸収層に入射するＸ線光子によって生成された電荷キャリアに起因する。
【図５】図５は、一実施形態による、図４に示された方法で動作する電子システムにおいて、ノイズ（例えば、暗電流）に起因する電極を流れる電流の時間変化（上の曲線）と、対応する電極の電圧の時間変化（下の曲線）とを概略的に示す。
【図６】図６は、一実施形態による、Ｘ線に曝されたＸ線吸収層の電極に流れる電流の時間変化（上の曲線）と、電子システムが入射Ｘ線光子をより高い速度で検出するように動作する場合の、対応する電極の電圧の時間変化（下の曲線）とを概略的に示し、電流はＸ線吸収層に入射するＸ線光子によって生成された電荷キャリアに起因する。
【図７】図７は、一実施形態による、図６に示された方法で動作する電子システムにおいて、ノイズ（例えば、暗電流）に起因する電極を流れる電流の時間変化（上の曲線）と、対応する電極の電圧の時間変化（下の曲線）とを概略的に示す。
【図８】図８は、一実施形態による、ＲＳＴがｔｅの前に終了する図６に示された方法で動作する電子システムにおいて、Ｘ線吸収層に入射する一連のＸ線光子によって生成された電荷キャリアに起因する電極に流れる電流の時間変化（上の曲線）と、対応する電極の電圧の時間変化を概略的に示す。
【図９Ａ】図９Ａは、実施形態における、図４に示されるように動作する電子システムなどのシステムを使用してＸ線を検出するのに適した方法のフローチャートを示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施形態における、図６に示されるように動作する電子システムなどのシステムを使用してＸ線を検出するのに適した方法のフローチャートを示す。
【図１０】図１０は、実施形態における、位相コントラストＸ線イメージング（ＰＣＩ）に適したシステムを概略的に示す。
【図１１】図１１は、実施形態における、位相コントラストＸ線イメージング（ＰＣＩ）に適したシステムを概略的に示す。
【図１２】図１２は、一実施形態による、胸部Ｘ線撮影、腹部Ｘ線撮影などの医用イメージングに適した、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器を備えるシステムを概略的に示す。
【図１３】図１３は、一実施形態による、歯科用Ｘ線撮影に適した本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器を備えるシステムを概略的に示す。
【図１４】図１４は、一実施形態による、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器を備える貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システムを概略的に示す。
【図１５】図１５は、一実施形態による、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器を備える別の貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システムを概略的に示す。
【図１６】図１６は、一実施形態による、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器を備える全身スキャナシステムを概略的に示す。
【図１７】図１７は、一実施形態による、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器を備えるＸ線コンピュータ断層撮影（Ｘ線ＣＴ）システムを概略的に示す。
【図１８】図１８は、一実施形態による、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器を備える電子顕微鏡を概略的に示す。
【詳細な説明】
【００４４】
図１Ａは、一実施形態による半導体Ｘ線検出器１００を概略的に示している。半導体Ｘ線検出器１００は、Ｘ線吸収層１１０と、電気信号を処理または分析するための電子層１２０（例えば、ＡＳＩＣ）とを含むことができ、入射Ｘ線はＸ線吸収層１１０で生成する。一実施形態では、半導体Ｘ線検出器１００は、シンチレータを含まない。Ｘ線吸収層１１０は、シリコン、ゲルマニウム、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、またはそれらの組み合わせなどの半導体材料を含むことができる。半導体は、関心のあるＸ線エネルギーに対する高い質量減衰係数を有することができる。Ｘ線吸収層１１０は、第１のドープ領域１１１、第２のドープ領域１１３の１つまたは複数の個別領域１１４によって形成された１つまたは複数のダイオード（例えば、ｐ−ｉ−ｎまたはｐ−ｎ）を含むことができる。第２のドープ領域１１３を、任意の真性領域１１２によって第１のドープ領域１１１から分離することができる。個別部分１１４は、第１のドープ領域１１１または真性領域１１２によって互いに分離されている。第１のドープ領域１１１と第２のドープ領域１１３とは、互いに逆のタイプのドーピングを有する（例えば、領域１１１はｐ型で領域１１３はｎ型、または、領域１１１はｎ型で領域１１３はｐ型）。図１Ａの例では、第２のドープ領域１１３の個別領域１１４のそれぞれが、第１のドープ領域１１１および任意の真性領域１１２を有するダイオードを形成している。すなわち、図１Ａの例では、Ｘ線吸収層１１０は、第１のドープ領域１１１を共有電極として有する複数のダイオードを有する。第１のドープ領域１１１は、個別部分を有することもできる。
【００４５】
図１Ｂは、一実施形態による半導体Ｘ線検出器１００を示している。半導体Ｘ線検出器１００は、Ｘ線吸収層１１０と、電気信号を処理または分析するための電子層１２０（例えば、ＡＳＩＣ）とを含むことができ、入射Ｘ線はＸ線吸収層１１０で生成する。一実施形態では、半導体Ｘ線検出器１００は、シンチレータを含まない。Ｘ線吸収層１１０は、シリコン、ゲルマニウム、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、またはそれらの組み合わせなどの半導体材料を含むことができる。半導体は、関心のあるＸ線エネルギーに対する高い質量減衰係数を有することができる。Ｘ線吸収層１１０は、ダイオードを含まず、抵抗器を含んでいてもよい。
【００４６】
Ｘ線光子がダイオードを含むＸ線吸収層１１０に当たると、Ｘ線光子は吸収されて、複数の機構によって１つまたは複数の電荷キャリアを生成することができる。Ｘ線光子は、１０〜１０００００の電荷キャリアを生成することができる。電荷キャリアは、電界下で１つのダイオードの電極にドリフトすることができる。電界は外部電界であってもよい。電気接点１１９Ｂは、個別領域１１４と電気的に接触する個別部分を含むことができる。一実施形態では、電荷キャリアは、単一のＸ線光子によって生成された電荷キャリアが２つの異なる個別領域１１４によって実質的に共有されないような方向にドリフトすることができる（ここでは「実質的に共有されない」とは、これらの電荷キャリアの５％未満、２％未満、または１％未満が電荷キャリアの残りのものとは別の個別領域１１４の異なる１つに流れることを意味する）。一実施形態では、単一のＸ線光子によって生成される電荷キャリアを、２つの異なる個別領域１１４によって共有することができる。図２は、４×４配列の個別領域１１４を有する装置１００の一部の例示的な上面図を示している。これらの個別領域１１４の１つのフットプリントの周囲に入射するＸ線光子によって生成される電荷キャリアは、これらの個別領域１１４の別のものと実質的に共有されない。そこに入射するＸ線光子によって生成された電荷キャリアの実質的にすべて（９５％超、９８％超、または９９％超）が個別領域１１４に流れる個別領域１１４の周りのエリアは、個別領域１１４に関連するピクセルと呼ばれる。すなわち、これら電荷キャリアの５％未満、２％未満、または１％未満がピクセルを越えて流れる。個別領域１１４の各々に流入するドリフト電流、または個別領域１１４の各々の電圧の変化率を測定することにより、吸収されたＸ線光子の数（入射Ｘ線強度に関係する）および／または個別領域１１４に関連するピクセルにおけるそのエネルギーを決定することができる。したがって、入射Ｘ線強度の空間分布（例えば、画像）を、個別領域１１４の配列のそれぞれの中へのドリフト電流を個別に測定することによって、または、個別領域１１４の配列のそれぞれの電圧の変化率を測定することによって決定することができる。ピクセルを、正方形配列、三角形配列、およびハニカム配列など、任意の適切な配列に編成することができる。ピクセルは、円形、三角形、正方形、長方形、および六角形などの任意の適切な形状を有することができる。ピクセルは個別にアドレス可能であってもよい。
【００４７】
Ｘ線光子が、抵抗器を含むがダイオードは含まないＸ線吸収層１１０に当たると、Ｘ線光子は吸収されて、複数の機構によって１つまたは複数の電荷キャリアを生成することができる。Ｘ線光子は、１０〜１０００００の電荷キャリアを生成することができる。電荷キャリアは、電界下で電気接点１１９Ａおよび１１９Ｂにドリフトすることができる。電界は外部電界であってもよい。電気接点１１９Ｂは、個別部分を含む。一実施形態では、電荷キャリアは、単一のＸ線光子によって生成された電荷キャリアが電気接点１１９Ｂの２つの異なる個別部分によって実質的に共有されないような方向にドリフトすることができる（ここでは「実質的に共有されない」とは、これらの電荷キャリアの５％未満、２％未満、または１％未満が電荷キャリアの残りのものとは別の個別部分の異なる１つに流れることを意味する）。一実施形態では、単一のＸ線光子によって生成された電荷キャリアは、電気接点１１９Ｂの２つの異なる個別部分によって共有され得る。電気接点１１９Ｂのこれらの個別部分のうちの１つのフットプリントの周囲に入射するＸ線光子によって生成される電荷キャリアは、電気接点１１９Ｂのこれらの個別部分の別のものと実質的に共有されない。そこに入射するＸ線光子によって生成された電荷キャリアの実質的にすべて（９５％超、９８％超、または９９％超）の電荷キャリアが、電気接点１１９Ｂの個別部分に流れる電気接点１１９Ｂの個別部分の周りのエリアは、電気接点１１９Ｂの個別部分に関連するピクセルと呼ばれる。すなわち、これらの電荷キャリアの５％未満、２％未満、または１％未満が、電気接点１１９Ｂの１つの個別部分に関連するピクセルを越えて流れる。電気接点１１９Ｂの個別部分のそれぞれに流れるドリフト電流、または電気接点１１９Ｂの個別部分のそれぞれの電圧の変化率を測定することによって、吸収されたＸ線光子の数（これは、入射Ｘ線強度に関係する）および／または電気接点１１９Ｂの個別部分に関連するピクセルにおけるそのエネルギーを決定することができる。したがって、入射Ｘ線強度の空間分布（例えば、画像）を、電気接点１１９Ｂの個別部分の配列のそれぞれの中へのドリフト電流を個別に測定することによって、または電気接点１１９Ｂの個別部分の配列のそれぞれの電圧の変化率を測定することによって決定することができる。ピクセルを、正方形配列、三角形配列、およびハニカム配列など、任意の適切な配列に編成することができる。ピクセルは、円形、三角形、正方形、長方形、および六角形などの任意の適切な形状を有することができる。ピクセルは個別にアドレス可能であってもよい。
【００４８】
電子層１２０は、Ｘ線吸収層１１０に入射するＸ線光子によって生成された信号を処理または解釈するのに適した電子システム１２１を含むことができる。電子システム１２１は、フィルタネットワーク、増幅器、積分器、および比較器などのアナログ回路、またはマイクロプロセッサ、およびメモリなどのデジタル回路を含むことができる。電子システム１２１は、複数ピクセルによって共有される構成要素または単一ピクセルに専用の構成要素を含むことができる。例えば、電子システム１２１は、各ピクセル専用の増幅器と、全ピクセル共通のマイクロプロセッサとを含むことができる。電子システム１２１を、ビア１３１によってピクセルに電気的に接続することができる。ビア間のスペースを、電子層１２０のＸ線吸収層１１０への接続の機械的安定性を高めることができる充填材料１３０で充填することができる。ビアを使用することなく、電子システム１２１をピクセルに接続するために、他の接合技術が可能である。
【００４９】
図３Ａおよび図３Ｂは、一実施形態による電子システム１２１の構成図をそれぞれ示している。電子システム１２１は、第１の電圧比較器３０１、第２の電圧比較器３０２、カウンタ３２０、スイッチ３０５、電圧計３０６、およびコントローラ３１０を含むことができる。
【００５０】
第１の電圧比較器３０１は、ダイオード３００の電極の電圧を第１の閾値と比較するように構成される。ダイオードは、第１のドープ領域１１１と、第２のドープ領域１１３の個別領域１１４の１つと、任意の真性領域１１２とによって形成されるダイオードであってもよい。あるいは、第１の電圧比較器３０１は、電気接点（例えば、電気接点１１９Ｂの個別部分）の電圧を第１の閾値と比較するように構成される。第１の電圧比較器３０１は、電圧を直接監視するように構成されてもよく、或る期間にわたってダイオードまたは電気接点を流れる電流を積分することによって電圧を計算するように構成されてもよい。第１の電圧比較器３０１は、コントローラ３１０によって制御可能に起動または停止されてもよい。第１の電圧比較器３０１は、連続比較器であってもよい。すなわち、第１の電圧比較器３０１を連続的に動作させ、電圧を連続的に監視するように構成してもよい。連続比較器として構成された第１の電圧比較器３０１は、システム１２１が入射Ｘ線光子によって生成された信号をミスする可能性を低減する。連続比較器として構成される第１の電圧比較器３０１は、入射Ｘ線強度が比較的高い場合に特に適している。第１の電圧比較器３０１は、低消費電力の利点を有するクロック比較器であってもよい。クロック比較器として構成される第１の電圧比較器３０１は、システム１２１に、いくつかの入射Ｘ線光子によって生成された信号をミスさせる可能性がある。入射Ｘ線強度が低い場合、連続する２つの光子の間の時間間隔が比較的長いため、入射Ｘ線光子をミスする可能性は低い。したがって、入射Ｘ線強度が比較的低い場合には、クロック比較器として構成される第１の電圧比較器３０１が特に適している。第１の閾値は、１つの入射Ｘ線光子がダイオードまたは抵抗器において生成し得る最大電圧の５〜１０％、１０〜２０％、２０〜３０％、３０〜４０％、または４０〜５０％であってもよい。最大電圧は、入射Ｘ線光子のエネルギー（すなわち、入射Ｘ線の波長）、Ｘ線吸収層１１０の材料、および他の要因に依存し得る。例えば、第１の閾値は、５０ｍＶ、１００ｍＶ、１５０ｍＶ、または２００ｍＶであってもよい。
【００５１】
第２の電圧比較器３０２は、電圧を第２の閾値と比較するように構成される。第２の電圧比較器３０２は、電圧を直接監視するように構成されてもよく、或る期間にわたってダイオードまたは電気接点を流れる電流を積分することによって電圧を計算するように構成されてもよい。第２の電圧比較器３０２は、連続比較器であってもよい。第２の電圧比較器３０２は、コントローラ３１０によって制御可能に起動または停止されてもよい。第２の電圧比較器３０２が停止されているとき、第２の電圧比較器３０２の消費電力は、第２の電圧比較器３０２が起動されているときの消費電力の１％未満、５％未満、１０％未満または２０％未満であってもよい。第２の閾値の絶対値は、第１の閾値の絶対値よりも大きい。本明細書で使用される場合、実数ｘの「絶対値」または「モジュラス（ｍｏｄｕｌｕｓ）」｜ｘ｜という用語は、その符号に関係なく非負の値ｘである。すなわち、
【数１】
0006385591.tif 000002
【００５２】
第２の閾値は、第１の閾値の２００％〜３００％であってもよい。第２の閾値は、１つの入射Ｘ線光子がダイオードまたは抵抗器内で生成し得る最大電圧の少なくとも５０％であってもよい。例えば、第２の閾値は、１００ｍＶ、１５０ｍＶ、２００ｍＶ、２５０ｍＶ、または３００ｍＶであってもよい。第２の電圧比較器３０２および第１の電圧比較器３１０は、同じ構成要素であってもよい。すなわち、システム１２１は、異なる時間に２つの異なる閾値と電圧を比較することができる１つの電圧比較器を有することができる。
【００５３】
第１の電圧比較器３０１または第２の電圧比較器３０２は、１つまたは複数のオペアンプまたは任意の他の適切な回路を含むことができる。第１の電圧比較器３０１または第２の電圧比較器３０２は、システム１２１が入射Ｘ線の高いフラックスの下で動作することを可能にする高速性を有することができる。ただし、多くの場合、高速性を有することは電力消費を犠牲にする。
【００５４】
カウンタ３２０は、ダイオードまたは抵抗器に到達する複数のＸ線光子を記録するように構成される。カウンタ３２０は、ソフトウェア構成要素（例えば、コンピュータメモリに格納された数）であってもハードウェア構成要素（例えば、４０１７ＩＣおよび７４９０ＩＣ）であってもよい。
【００５５】
コントローラ３１０は、マイクロコントローラやマイクロプロセッサなどのハードウェア構成要素であってもよい。コントローラ３１０は、電圧の絶対値が第１の閾値の絶対値以上である（例えば、電圧の絶対値は、第１の閾値の絶対値を下回る値から第１の閾値の絶対値以上の値に増加する）と第１の電圧比較器３０１が判定した時点から時間遅延を開始するように構成される。絶対値がここで使用されるのは、ダイオードのカソードもしくはアノードの電圧または電気接点が使用されるかどうかに応じて、電圧が負または正であり得るためである。コントローラ３１０は、電圧の絶対値が第１の閾値の絶対値以上であると第１の電圧比較器３０１が判定する前に、第２の電圧比較器３０２、カウンタ３２０、および第１の電圧比較器３０１の動作に必要とされないその他の回路を停止状態に保つように構成されてもよい。時間遅延は、電圧が安定する前または後に終了することができ、すなわち、電圧の変化率は実質的にゼロである。「電圧の変化率が実質的にゼロである」という段階は、電圧の時間変化が０．１％／ｎｓ未満であることを意味する。「電圧の変化率が実質的に非ゼロである」という段階は、電圧の時間変化が少なくとも０．１％／ｎｓであることを意味する。
【００５６】
コントローラ３１０は、時間遅延の間（開始および終了を含む）に第２の電圧比較器を起動するように構成されてもよい。一実施形態では、コントローラ３１０は、時間遅延の開始時に第２の電圧比較器を起動するように構成される。「起動（ａｃｔｉｖａｔｅ）」という用語は、（例えば、電圧パルスまたはロジックレベルなどの信号を送信することによってや、電力を供給することよって）構成要素を動作状態にすることを意味する。「停止（ｄｅａｃｔｉｖａｔｅ）」という用語は、（例えば、電圧パルスまたは論理レベルなどの信号を送信することによってや、電力を遮断することによって）構成要素を非動作状態にすることを意味する。動作状態は、非動作状態よりも高い電力消費（例えば、１０倍高い、１００倍高い、１０００倍高い）を有することができる。コントローラ３１０自体は、電圧の絶対値が第１の閾値の絶対値以上であるとき、第１の電圧比較器３０１の出力がコントローラ３１０を起動するまで停止されていてもよい。
【００５７】
コントローラ３１０は、時間遅延中に電圧の絶対値が第２の閾値の絶対値以上であると第２の電圧比較器３０２が判定した場合には、カウンタ３２０によって記録された数を１だけ増加させるように構成されてもよい。
【００５８】
コントローラ３１０は、時間遅延の終了時に電圧計３０６に電圧を測定させるように構成されてもよい。コントローラ３１０は、電極を電気的接地に接続して、電圧をリセットし、電極上に蓄積された電荷キャリアを放電するように構成されてもよい。一実施形態では、電極は、時間遅延の終了後に電気的接地に接続されている。一実施形態では、電極は、限られたリセット時間の間、電気的接地に接続されている。コントローラ３１０は、スイッチ３０５を制御することによって電極を電気的接地に接続してもよい。スイッチは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などのトランジスタであってもよい。
【００５９】
一実施形態では、システム１２１は、アナログフィルタネットワーク（例えば、ＲＣネットワーク）を有さない。一実施形態では、システム１２１はアナログ回路を有さない。
【００６０】
電圧計３０６は、測定した電圧をアナログまたはデジタル信号としてコントローラ３１０に供給することができる。
【００６１】
システム１２１は、ダイオード３００の電極または電気接点に電気的に接続されたコンデンサモジュール３０９を含んでもよく、コンデンサモジュールは、電極から電荷キャリアを収集するように構成される。コンデンサモジュールは、増幅器のフィードバック経路にコンデンサを含むことができる。このように構成された増幅器は、容量性トランスインピーダンス増幅器（ＣＴＩＡ）と呼ばれる。ＣＴＩＡは、増幅器が飽和状態にならないように高いダイナミックレンジを持ち、信号経路の帯域幅を制限することで信号対ノイズ比を改善する。電極からの電荷キャリアは、或る期間（「積分期間」）（例えば、図４に示すように、ｔ０〜ｔ１、またはｔ１〜ｔ２の間）コンデンサ上に蓄積する。積分期間が終了した後、コンデンサ電圧がサンプリングされ、リセットスイッチによってリセットされる。コンデンサモジュールは、電極に直接接続されたコンデンサを含むことができる。
【００６２】
図４は、ダイオードまたは抵抗器に入射するＸ線光子によって生成された電荷キャリアに起因する電極を流れる電流の時間変化（上の曲線）と、対応する電極の電圧の時間変化（下の曲線）とを概略的に示している。電圧は、時間に対する電流の積分であってもよい。時間ｔ０において、Ｘ線光子がダイオードまたは抵抗器に当たって、ダイオードまたは抵抗器に電荷キャリアが生成し始め、ダイオードの電極または抵抗器に電流が流れ始め、そして、電極または電気接点の電圧の絶対値の増加が始まる。時間ｔ１において、第１の電圧比較器３０１は、電圧の絶対値が第１の閾値Ｖ１の絶対値以上であると判定し、コントローラ３１０は時間遅延ＴＤ１を開始し、コントローラ３１０はＴＤ１の開始時に第１の電圧比較器３０１を停止することができる。コントローラ３１０がｔ１の前に停止にされている場合、コントローラ３１０はｔ１で起動される。ＴＤ１の間、コントローラ３１０は、第２の電圧比較器３０２を起動する。本明細書で使用される「時間遅延」という用語は、開始時および終了時（すなわち、終わり）およびその間の任意の時間を意味する。例えば、コントローラ３１０は、ＴＤ１の終了時に第２の電圧比較器３０２を起動することができる。ＴＤ１の間、第２の電圧比較器３０２が、時間ｔ２で電圧の絶対値が第２の閾値の絶対値以上であると判定した場合、コントローラ３１０は、カウンタ３２０によって記録された数を１だけ増加させる。時間ｔｅにおいて、Ｘ線光子によって生成されたすべての電荷キャリアは、Ｘ線吸収層１１０から外にドリフトする。時間ｔｓにおいて、時間遅延ＴＤ１は終了する。図４の例では、時間ｔｓは時間ｔｅの後であり、すなわちＴＤ１は、Ｘ線光によって生成されたすべての電荷キャリアがＸ線吸収層１１０から外にドリフトした後に終了する。したがって、電圧の変化率は、ｔｓにおいて実質的にゼロである。コントローラ３１０は、ＴＤ１の終了時またはｔ２で、またはその間の任意の時間に、第２の電圧比較器３０２を停止するように構成されてもよい。
【００６３】
コントローラ３１０は、時間遅延ＴＤ１の終了時に電圧計３０６に電圧を測定させるように構成されてもよい。一実施形態では、コントローラ３１０は、時間遅延ＴＤ１の終了後に電圧の変化率が実質的にゼロになった後に、電圧計３０６に電圧を測定させる。このときの電圧は、Ｘ線光子のエネルギーに関係するＸ線光子によって生成される電荷キャリアの量に比例する。コントローラ３１０は、電圧計３０６が測定する電圧に基づいて、Ｘ線光子のエネルギーを決定するように構成されてもよい。エネルギーを決定する１つの方法は、電圧をビニングすることである。カウンタ３２０は、各ビンに対してサブカウンタを有することができる。コントローラ３１０が、Ｘ線光子のエネルギーがビンに入ると判定した場合、コントローラ３１０はそのビンのサブカウンタに記録されている数を１だけ増加させることができる。したがって、システム１２１は、Ｘ線画像を検出することができる可能性があり、各Ｘ線光子のＸ線光子エネルギーを分解することができる可能性がある。
【００６４】
ＴＤ１が終了した後、コントローラ３１０は、リセット期間ＲＳＴの間、電極を電気的接地に接続して、電極上に蓄積された電荷キャリアが接地に流れ、電圧をリセットすることを可能にする。ＲＳＴの後、システム１２１は、別の入射Ｘ線光子を検出する準備が整う。黙示的に、図４の例でシステム１２１が扱うことができる入射Ｘ線光子の速度は、１／（ＴＤ１＋ＲＳＴ）によって制限される。第１の電圧比較器３０１が停止されている場合、コントローラ３１０は、ＲＳＴが終了する前の任意の時点でそれを起動することができる。コントローラ３１０が停止されている場合、コントローラ３１０は、ＲＳＴが終了する前に起動されてもよい。
【００６５】
図５は、図４に示された方法で動作するシステム１２１において、ノイズ（例えば、暗電流、バックグラウンド放射線、散乱Ｘ線、蛍光Ｘ線、隣接するピクセルからの共有電荷）に起因する電極を流れる電流の時間変化（上の曲線）と、対応する電極の電圧の時間変化（下の曲線）とを概略的に示している。時間ｔ０において、ノイズが始まる。電圧の絶対値がＶ１の絶対値を超えるほどにノイズが大きくなければ、コントローラ３１０は第２の電圧比較器３０２を起動しない。第１の電圧比較器３０１によって決定される時間ｔ１で、電圧の絶対値がＶ１の絶対値を超えるほどにノイズが大きければ、コントローラ３１０は時間遅延ＴＤ１を開始し、コントローラ３１０は、ＴＤ１の開始時に第１の電圧比較器３０１を停止することができる。ＴＤ１の間（例えば、ＴＤ１の終了時）、コントローラ３１０は、第２の電圧比較器３０２を起動する。ノイズは、ＴＤ１の間、電圧の絶対値がＶ２の絶対値を超えるほどに大きいとは考えられない。したがって、コントローラ３１０は、カウンタ３２０によって記録された数を増加させない。時間ｔｅにおいて、ノイズが終了する。時間ｔｓにおいて、時間遅延ＴＤ１は終了する。コントローラ３１０は、ＴＤ１の終了時に第２の電圧比較器３０２を停止するように構成されてもよい。コントローラ３１０は、電圧の絶対値がＴＤ１中にＶ２の絶対値を超えなければ、電圧計３０６に電圧を測定させないように構成されてもよい。ＴＤ１が終了した後、コントローラ３１０は、リセット期間ＲＳＴの間、電極を電気的接地に接続し、ノイズの結果として電極上に蓄積された電荷キャリアが接地に流れて電圧をリセットすることを可能にする。したがって、システム１２１はノイズ除去に非常に有効であり得る。
【００６６】
図６は、ダイオードまたは抵抗器に入射するＸ線光子によって生成された電荷キャリアに起因する電極を流れる電流の時間変化（上の曲線）と、システム１２１が１／（ＴＤ１＋ＲＳＴ）よりも速い速度で入射Ｘ線光子を検出するように動作する場合の対応する電極の電圧の時間変化（下の曲線）とを概略的に示している。電圧は、時間に対する電流の積分であってもよい。時間ｔ０において、Ｘ線光子がダイオードまたは抵抗器に当たって、ダイオードまたは抵抗器で電荷キャリアが生成し始め、電流がダイオードの電極または抵抗器の電気接点を流れ始め、そして、電極または電気接点の電圧の絶対値の増加が始まる。時間ｔ１において、第１の電圧比較器３０１は、電圧の絶対値が第１の閾値Ｖ１の絶対値以上であると判定し、コントローラ３１０はＴＤ１より短い時間遅延ＴＤ２を開始し、コントローラ３１０はＴＤ２の開始時に第１の電圧比較器３０１を停止することができる。コントローラ３１０がｔ１の前に停止にされている場合、コントローラ３１０はｔ１で起動される。ＴＤ２の間（例えば、ＴＤ２の終了時）、コントローラ３１０は、第２の電圧比較器３０２を起動する。ＴＤ２の間、第２の電圧比較器３０２が、時間ｔ２で電圧の絶対値が第２の閾値の絶対値以上であると判定した場合、コントローラ３１０は、カウンタ３２０によって記録された数を１だけ増加させる。時間ｔｅにおいて、Ｘ線光子によって生成されたすべての電荷キャリアは、Ｘ線吸収層１１０から外にドリフトする。時間ｔｈにおいて、時間遅延ＴＤ２は終了する。図６の例では、時間ｔｈは時間ｔｅより前であり、すなわちＴＤ２は、Ｘ線光子によって生成されたすべての電荷キャリアがＸ線吸収層１１０から外にドリフトする前に終了する。したがって、電圧の変化率は、ｔｈにおいて実質的に非ゼロである。コントローラ３１０は、ＴＤ２の終了時またはｔ２で、またはその間の任意の時間に、第２の電圧比較器３０２を停止するように構成されてもよい。
【００６７】
コントローラ３１０は、ＴＤ２の間の時間の関数としての電圧からｔｅにおける電圧を外挿し、外挿された電圧を使用してＸ線光子のエネルギーを決定するように構成されてもよい。
【００６８】
ＴＤ２が終了した後、コントローラ３１０は、リセット期間ＲＳＴの間、電極を電気的接地に接続して、電極上に蓄積された電荷キャリアが接地に流れ、電圧をリセットすることを可能にする。一実施形態では、ＲＳＴはｔｅの前に終了する。ＲＳＴ後の電圧の変化率は、実質的に非ゼロであり得、なぜなら、Ｘ線光子によって生成されたすべての電荷キャリアは、ｔｅの前にＲＳＴの終了時にＸ線吸収層１１０から外にドリフトしていないからである。ｔｅの後に電圧の変化率は実質的にゼロになり、ｔｅの後に電圧は残留電圧ＶＲに安定化される。一実施形態では、ＲＳＴはｔｅでまたはｔｅの後に終了し、ＲＳＴ後の電圧の変化率は実質的にゼロであり得、なぜなら、Ｘ線光子によって生成されたすべての電荷キャリアは、ｔｅにおいてＸ線吸収層１１０から外にドリフトするからである。ＲＳＴの後、システム１２１は、別の入射Ｘ線光子を検出する準備が整う。第１の電圧比較器３０１が停止されている場合、コントローラ３１０は、ＲＳＴが終了する前の任意の時点でそれを起動することができる。コントローラ３１０が停止されている場合、コントローラ３１０は、ＲＳＴが終了する前に起動されてもよい。
【００６９】
図７は、図６に示された方法で動作するシステム１２１において、ノイズ（例えば、暗電流、バックグラウンド放射線、散乱Ｘ線、蛍光Ｘ線、隣接するピクセルからの共有電荷）に起因する電極を流れる電流の時間変化（上の曲線）と、対応する電極の電圧の時間変化（下の曲線）とを概略的に示している。時間ｔ０において、ノイズが始まる。電圧の絶対値がＶ１の絶対値を超えるほどにノイズが大きくなければ、コントローラ３１０は第２の電圧比較器３０２を起動しない。第１の電圧比較器３０１によって決定される時間ｔ１で、電圧の絶対値がＶ１の絶対値を超えるほどにノイズが大きければ、コントローラ３１０は時間遅延ＴＤ２を開始し、コントローラ３１０は、ＴＤ２の開始時に第１の電圧比較器３０１を停止することができる。ＴＤ２の間（例えば、ＴＤ２の終了時）、コントローラ３１０は、第２の電圧比較器３０２を起動する。ノイズは、ＴＤ２の間、電圧の絶対値がＶ２の絶対値を超えるほどに大きいとは考えられない。したがって、コントローラ３１０は、カウンタ３２０によって記録された数を増加させない。時間ｔｅにおいて、ノイズが終了する。時間ｔｈにおいて、時間遅延ＴＤ２は終了する。コントローラ３１０は、ＴＤ２の終了時に第２の電圧比較器３０２を停止するように構成されてもよい。ＴＤ２が終了した後、コントローラ３１０は、リセット期間ＲＳＴの間、電極を電気的接地に接続し、ノイズの結果として電極上に蓄積された電荷キャリアが接地に流れて電圧をリセットすることを可能にする。したがって、システム１２１はノイズ除去に非常に有効であり得る。
【００７０】
図８は、ＲＳＴがｔｅの前に終了する図６に示された方法で動作するシステム１２１において、ダイオードまたは抵抗器に入射する一連のＸ線光子によって生成された電荷キャリアに起因する電極を流れる電流の時間変化（上の曲線）と、対応する電極の電圧の時間変化（下の曲線）を概略的に示している。各入射Ｘ線光子によって生成された電荷キャリアに起因する電圧曲線は、その光子の前の残留電圧によって相殺される。残留電圧の絶対値は、入射光子ごとに連続的に増加する。残留電圧の絶対値がＶ１を超えると（図８の点線の矩形を参照）、コントローラは時間遅延ＴＤ２を開始し、コントローラ３１０はＴＤ２の開始時に第１の電圧比較器３０１を停止することができる。ＴＤ２の間にダイオードまたは抵抗器に他のＸ線光子の入射がない場合、コントローラはＴＤ２の終わりのリセット時間ＲＳＴの間に電極を電気的接地に接続し、それにより残留電圧をリセットする。したがって、残留電圧は、カウンタ３２０によって記録された数の増加を引き起こさない。
【００７１】
図９Ａは、図４に示されるように動作するシステム１２１などのシステムを使用してＸ線を検出するのに適した方法のフローチャートを示す。ステップ９０１において、例えば第１の電圧比較器３０１を使用して、ダイオードの電極の電圧またはＸ線に曝された抵抗器の電気接点の電圧を、第１の閾値と比較する。ステップ９０２において、例えばコントローラ３１０で、電圧の絶対値が第１の閾値Ｖ１の絶対値以上であるかを判定する。電圧の絶対値が第１の閾値の絶対値以上ではない場合、方法はステップ９０１に戻る。電圧の絶対値が第１の閾値の絶対値以上である場合、ステップ９０３に進む。ステップ９０３において、例えばコントローラ３１０を使用して、時間遅延ＴＤ１を開始する。ステップ９０４において、例えばコントローラ３１０を使用して、時間遅延ＴＤ１の間に（例えば、ＴＤ１の終了時に）、回路（例えば、第２の電圧比較器３０２またはカウンタ３２０）を起動する。ステップ９０５において、例えば第２の電圧比較器３０２を使用して、電圧を第２の閾値と比較する。ステップ９０６において、例えばコントローラ３１０を使用して、電圧の絶対値が第２の閾値Ｖ２の絶対値以上であるかを判定する。電圧の絶対値が第２の閾値の絶対値以上ではない場合、方法はステップ９１０に進む。電圧の絶対値が第２の閾値の絶対値以上である場合、ステップ９０７に進む。ステップ９０７において、例えばコントローラ３１０を使用して、カウンタ３２０に記録された数を１だけ増加させる。任意のステップ９０８において、例えば電圧計３０６を使用して、時間遅延ＴＤ１の終了時に電圧を測定する。任意のステップ９０９において、例えばコントローラ３１０を使用して、ステップ９０８において測定された電圧に基づいてＸ線光子エネルギーを決定する。それぞれのエネルギービンに対してカウンタがあってもよい。Ｘ線光子エネルギーを測定した後、光子エネルギーが属するビンのカウンタは、１だけ増加され得る。ステップ９０９の後、方法はステップ９１０に進む。ステップ９１０において、例えばダイオードの電極または抵抗器の電気接点を電気的接地に接続することによって、電圧を電気的接地にリセットする。例えば、隣接するピクセルが、単一の光子から生成された電荷キャリアの大部分（例えば、３０％超）を共有する場合、ステップ９０８およびステップ９０９は、省略されてもよい。
【００７２】
図９Ｂは、図６に示されるように動作するシステム１２１などのシステムを使用してＸ線を検出するのに適した方法のフローチャートを示す。ステップ１００１において、例えば第１の電圧比較器３０１を使用して、Ｘ線に曝された抵抗器の電気接点の電圧またはダイオードの電極の電圧を、第１の閾値と比較する。ステップ１００２において、例えばコントローラ３１０で、電圧の絶対値が第１の閾値Ｖ１の絶対値以上かを判定する。電圧の絶対値が第１の閾値の絶対値以上ではない場合、方法はステップ１００１に戻る。電圧の絶対値が第１の閾値の絶対値以上である場合、ステップ１００３に進む。ステップ１００３において、例えばコントローラ３１０を使用して、時間遅延ＴＤ２を開始する。ステップ１００４において、例えばコントローラ３１０を使用して、時間遅延ＴＤ２の間に（例えばＴＤ２の終了時に）、回路（例えば、第２の電圧比較器３０２またはカウンタ３２０）を起動する。ステップ１００５において、例えば第２の電圧比較器３０２を使用して、電圧を第２の閾値と比較する。ステップ１００６において、例えばコントローラ３１０を使用して、電圧の絶対値が第２の閾値Ｖ２の絶対値以上であるかを判定する。電圧の絶対値が第２の閾値の絶対値以上ではない場合、方法はステップ１０１０に進む。電圧の絶対値が第２の閾値の絶対値以上である場合、方法はステップ１００７に進む。ステップ１００７において、例えばコントローラ３１０を使用して、カウンタ３２０に記録された数を１だけ増加させる。ステップ１００７の後、方法はステップ１０１０に進む。ステップ１０１０において、例えばダイオードの電極または抵抗器の電気接点を電気的接地に接続することによって、電圧を電気的接地にリセットする。
【００７３】
半導体Ｘ線検出器１００は、位相コントラストＸ線イメージング（ＰＣＩ）（位相敏感Ｘ線イメージングとしても知られている）に使用されてもよい。ＰＣＩは、対象物によって引き起こされたＸ線ビームの位相シフト（位相シフトの空間分布を含む）を少なくとも部分的に使用して対象物の画像を形成する技術を含む。位相シフトを取得する１つの方法は、位相を強度の変化に変換することである。
【００７４】
ＰＣＩは、断層撮影技術と組み合わせて、対象物の屈折率の実部の３次元分布を取得することができる。ＰＣＩは、従来の強度に基づいたＸ線イメージング（例えば、ラジオグラフィ）よりも、対象物における密度変化に対して敏感である。ＰＣＩは、特に軟組織のイメージングに有効である。
【００７５】
一実施形態によれば、図１０は、ＰＣＩに適したシステム１９００を概略的に示す。システム１９００は、少なくとも２つのＸ線検出器１９１０およびＸ線検出器１９２０を含んでいてもよい。２つのＸ線検出器１９１０の一方または両方は、本明細書記載の半導体Ｘ線検出器１００である。Ｘ線検出器１９１０およびＸ線検出器１９２０は、スペーサ１９３０によって離間されていてもよい。スペーサ１９３０は、微小のＸ線の吸収をもつことがある。例えば、スペーサ１９３０は、非常に小さい質量減衰係数（例えば、１０ｃｍ２ｇ−１未満、１ｃｍ２ｇ−１未満、０．１ｃｍ２ｇ−１未満、または０．０１ｃｍ２ｇ−１未満）を有することがある。スペーサ１９３０の質量減衰係数は、均一であってもよい（例えば、スペーサ１９３０におけるあらゆる２点間のばらつきも５％未満、１％未満、または０．１％未満）。スペーサ１９３０は、スペーサ１９３０を透過するＸ線の位相に同量の変化を引き起こしてもよい。例えば、スペーサ１９３０は、気体（例えば空気）や真空チャンバであってもよく、アルミニウム、ベリリウム、シリコンまたはそれらの組み合わせを含んでもよい。
【００７６】
システム１９００は、撮像された対象物１９６０によって引き起こされた入射Ｘ線１９５０の位相シフトを取得するために使用され得る。Ｘ線検出器１９１０およびＸ線検出器１９２０は、２つの画像（すなわち、強度分布）を同時に取り込むことができる。Ｘ線検出器１９１０およびＸ線検出器１９２０は、スペーサ１９３０によって隔てられているため、２つの画像は、対象物１９６０から異なる距離である。位相は、例えばフレネル回折積分の線形近似に基づくアルゴリズムを使用して、２つの画像から決定されてもよい。
【００７７】
一実施形態によれば、図１１は、ＰＣＩに適したシステム１８００を概略的に示す。システム１８００は、本明細書記載の半導体Ｘ線検出器１００を備える。半導体Ｘ線検出器１００は、移動するように構成され、対象物１８６０から異なる距離において、入射Ｘ線１８５０に曝された対象物１８６０の画像を取り込むように構成される。画像は、必ずしも同時に取り込まれなくてもよい。位相は、例えば、フレネル回折積分の線形近似に基づいたアルゴリズムを使用して、画像から決定されてもよい。
【００７８】
図１２は、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器１００を備えるシステムを概略的に示している。このシステムは、胸部Ｘ線撮影、腹部Ｘ線撮影などの医用イメージングに使用されてもよい。このシステムは、Ｘ線源１２０１を備える。Ｘ線源１２０１から放射されたＸ線は、対象物１２０２（例えば、胸部、肢部、腹部などの人体部分）を透過し、対象物１２０２の内部構造（例えば、骨、筋肉、脂肪、臓器など）によって異なる程度で減衰され、半導体Ｘ線検出器１００に投影される。半導体Ｘ線検出器１００は、Ｘ線の強度分布を検出して画像を形成する。
【００７９】
図１３は、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器１００を備えるシステムを概略的に示している。このシステムは、歯科用Ｘ線撮影のような医用イメージングに使用されてもよい。このシステムは、Ｘ線源１３０１を備える。Ｘ線源１３０１から放射されたＸ線は、哺乳類（例えば、人間）の口の一部である対象物１３０２を透過する。対象物１３０２は、上顎骨、口蓋骨、歯、下顎、または舌を含み得る。Ｘ線は、対象物１３０２の異なる構造によって異なる程度に減衰され、半導体Ｘ線検出器１００に投影される。半導体Ｘ線検出器１００は、Ｘ線の強度分布を検出して画像を形成する。歯は、齲歯、感染部、歯周靭帯よりもＸ線を吸収する。歯科患者が受けるＸ線放射の線量は、一般に少ない（口の中全体の一連の線量は約０．１５０ｍＳｖ）。
【００８０】
図１４は、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器１００を備える貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システムを概略的に示している。このシステムを、輸送用コンテナ、車両、船舶、荷物などの輸送システムにおける物品の検査および識別に使用することができる。システムは、Ｘ線源１４０１を備える。Ｘ線源１４０１から放射されたＸ線は、対象物１４０２（例えば、輸送用コンテナ、車両、船舶など）から後方散乱し、半導体Ｘ線検出器１００に投影されることができる。対象物１４０２の異なる内部構造は、Ｘ線を異なって後方散乱することができる。半導体Ｘ線検出器１００は、後方散乱Ｘ線の強度分布および／または後方散乱Ｘ線光子のエネルギーを検出することによって画像を形成する。
【００８１】
図１５は、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器１００を備える別の貨物走査または非侵入検査（ＮＩＩ）システムを概略的に示している。このシステムを、公共交通機関や空港での荷物のスクリーニングに使用することができる。システムは、Ｘ線源１５０１を備える。Ｘ線源１５０１から放射されたＸ線は荷物１５０２を透過し、荷物の内容物によって異なって減衰され、半導体Ｘ線検出器１００に投影されることができる。半導体Ｘ線検出器１００は、透過したＸ線の強度分布を検出して画像を形成する。システムは荷物の内容物を明らかにし、銃器、麻薬、刃物類、可燃性物質など、公共交通機関で禁じられている物品を識別することができる。
【００８２】
図１６は、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器１００を備える全身スキャナシステムを概略的に示している。全身スキャナシステムは、物理的に衣類を取り外すことなく、または物理的に接触することなく、セキュリティスクリーニングのために人体の対象物を検出することができる。全身スキャナシステムは、非金属の対象物を検出することが可能である。全身スキャナシステムは、Ｘ線源１６０１を備える。Ｘ線源１６０１から放射されたＸ線は、スクリーニングされる人間１６０２およびその対象物から後方散乱して、半導体Ｘ線検出器１００に投影されることができる。対象物と人体は、Ｘ線を別々に後方散乱させることができる。半導体Ｘ線検出器１００は、後方散乱Ｘ線の強度分布を検出して画像を形成する。半導体Ｘ線検出器１００およびＸ線源１６０１を、人間を直線方向または回転方向に走査するように構成することができる。
【００８３】
図１７は、Ｘ線コンピュータ断層撮影（Ｘ線ＣＴ）システムを概略的に示している。Ｘ線ＣＴシステムは、コンピュータ処理されたＸ線を用いて、走査される対象物の特定エリアの断層画像（仮想「スライス」）を生成する。断層画像は、さまざまな医学分野における診断および治療目的、または欠陥検出、故障解析、計測、アセンブリ解析およびリバースエンジニアリングに使用され得る。Ｘ線ＣＴシステムは、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器１００と、Ｘ線源１７０１とを備える。半導体Ｘ線検出器１００およびＸ線源１７０１を、１つまたは複数の円形または螺旋経路に沿って同期して回転するように構成することができる。
【００８４】
図１８は、電子顕微鏡を模式的に示している。電子顕微鏡は、電子を放出するように構成された電子源１８０１（電子銃とも呼ばれる）を備える。電子源１８０１は、熱イオン、光電陰極、電界放出、またはプラズマ源などのさまざまな放出機構を有してもよい。放出された電子は、電子光学システム１８０３を通過し、電子光学システム１８０３は、電子を成形し、加速し、または集束するように構成され得る。次いで、電子は試料１８０２に到達し、画像検出器はそこから画像を形成することができる。電子顕微鏡は、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）を実施するための、本明細書に記載の半導体Ｘ線検出器１００を備えることができる。ＥＤＳは、試料の元素分析または化学的特徴付けに使用される分析技術である。電子が試料に入射すると、試料からの特徴的なＸ線の放出を引き起こす。入射した電子は、試料中の原子の内殻の電子を励起し、電子が存在した電子孔を作りながら内殻からそれを放出することができる。次いで、外側のより高いエネルギーの殻からの電子が孔を満たし、より高いエネルギーの殻とより低いエネルギーの殻との間のエネルギーの差は、Ｘ線の形態で放出され得る。試料から放出されたＸ線の数およびエネルギーを、半導体Ｘ線検出器１００によって測定することができる。
【００８５】
ここで説明する半導体Ｘ線検出器１００は、Ｘ線望遠鏡、Ｘ線マンモグラフィ、工業用Ｘ線欠陥検出、Ｘ線顕微鏡またはマイクロラジオグラフィ、Ｘ線鋳造検査、Ｘ線非破壊検査、Ｘ線溶接検査、Ｘ線デジタルサブトラクション血管造影法などの他の用途を有していてもよい。この半導体Ｘ線検出器１００を、写真乾板、写真フィルム、ＰＳＰ板、Ｘ線イメージ増強装置、シンチレータ、または他の半導体Ｘ線検出器の代わりに使用することが適切であり得る。
【００８６】
さまざまな態様および実施形態が本明細書に開示されているが、他の態様および実施形態は当業者には明らかとされよう。本明細書に開示されたさまざまな態様および実施形態は、説明の目的のためのものであり、制限されるものではなく、本発明の真の範囲および趣旨は以下の請求項によって示される。
【図１Ａ】
0006385591.tif 000003
【図１Ｂ】
0006385591.tif 000004
【図２】
0006385591.tif 000005
【図３Ａ】
0006385591.tif 000006
【図３Ｂ】
0006385591.tif 000007
【図４】
0006385591.tif 000008
【図５】
0006385591.tif 000009
【図６】
0006385591.tif 000010
【図７】
0006385591.tif 000011
【図８】
0006385591.tif 000012
【図９Ａ】
0006385591.tif 000013
【図９Ｂ】
0006385591.tif 000014
【図１０】
0006385591.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
0006385591.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
0006385591.tif 000019
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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