ПАНЕЛЬ МАТРИЦ

Устройство относится к световолоконной и полупроводниковой технике, чувствительной к световым колебаниям, в частности, к конструкциям панелей, собираемых из светочувствительных или светоизлучающих матриц небольшого размера. Панели предназначены, например, для непосредственного преобразования излучения в цифровое видимое изображение - плоскопанельные детекторы излучения. Возможно создание также больших панелей, транспарантов, составленных из небольших матриц светоизлучающих матриц. Устройство может быть использовано в отраслях промышленности, где требуется цифровое видеоизображение без использования оптических систем, в частности, в аппаратуре с оптическими принципами обработки информации, управляемых транспарантах, в рентгенотехнике и т.п.
Известно использования цифровых рентгеновских систем на панелях ПЗС матриц [1]. Конструкции представляют собой плоские панели из ПЗС матриц, укрепленные на экране рентгеновского аппарата. Использование систем с несколькими матрицами расширяет возможности рентгеновских аппаратов, позволяя получить крупное изображение с большой разрешающей способностью без использования оптики. Это существенно уменьшает продольные габариты экрана. Однако стоимость ПЗС матриц является препятствием для широкого использования их рентгенотехнике, а наличие боковых выводов коммутирующей аппаратуры не позволяет разместить на экране без зазоров более четырех матриц.
Известны цифровые плоскопанельные детекторы непрямого детектирования, состоящие из рентгеновского экрана, который
сочленен с матрицей кремниевых фотодиодов [2]. Свет, испускаемый рентгеновским экраном под действием рентгеновского излучения воздействует на матрицу фотодиодов, находящихся в непосредственном контакте с экраном. На подложке кроме пикселов фотодиодов, расположены коммутирующие диоды и коммутирующие шины, реализующие кадровый и строчный съем зарядов матрицы.
Недостаток данного устройства в том, что изготовление матрицы большого размера весьма трудоемко и даже невозможно по технологическим соображениям. Стоимость матриц большого размера слишком высока, а из небольших матриц нельзя собрать достаточно крупную панель.
Известны управляемые транспаранты или пространственно-временные модуляторы света [4]. Они представляет собой двухкоординатную матрицу элементарных ячеек, оптические свойства которых могут изменяться под воздейсвием электрического, магнитного или оптического возбуждения. Управляемый транспарант сочетает в себе функции модулятора и дискретного дефлектора и содержит излучатель, расширитель светового луча, многоячеистый транспарант и электронные схемы управления. Размеры экрана требуются достаточно большие.
Недостаток устройства в том, что ячейки установлены с зазором по отношению друг к другу и не могут дать сплошного высококачественного изображения.
Известны датчики изображения, созданные по так называемой К-МОП технологии [3].
Особенностью этих датчиков является то, что их коммутирующая аппаратура выведена на одну из сторон, что не дает возможности стыковать матрицы этими сторонами. Это ограничивает возможности по сборке панелей больших размеров. Второй недостаток заключается в том, что датчики, смонтированные, например, непосредственно на рентгеновском экране, подвержены действию остаточного рентгеновского излучения, что приводит их деградации и, следовательно, к сокращению срока службы изделия.
Последний недостаток может быть устранен, если использовать в качестве дополнительного защитного экрана световолоконную планшайбу, например, как это выполнено в известной конструкции формирователя страниц на основе структуры МДП-ЭОМ [5]. Структурная схема устройства содержит светодиодную матрицу с управляющими Х- и Y- регистрами, световолоконную планшайбу, структуру МДП-ЭОМ и блок синхронизации. При этом, если площадь планшайбы
светоизлучающих диодов больше входной апертуры структуры МДП-ЖК, то стыковка осуществляется с помощью фокона.
Однако возможности беззазорной компоновки светодиодных матриц в этом устройстве отсутствуют.
Известны детекторы Quantum на ПЗС-матрицах, разработанные фирмой ADSC в сотрудничестве с рядом других фирм [6].
Детекторы содержат входной экран, облучаемый рентгеновским излучением и преобразующий его в фотоны видимого света, которые через воздушный промежуток попадают на световодный фокон, а затем опять через воздушный промежуток на ПЗС-матрицу, размер которой меньше входного экрана. Составив фоконы боковыми сторонами можно собрать большой входной экран для непосредственного преобразования рентгеновского излучения в видеоизображение.
Недостаток устройства в том, что оно не дает выигрыша в компоновке. Использование фоконов существенно удорожает устройство.
Несмотря на имеющиеся недостатки последнее устройство может служить в качестве прототипа.
Задачей, решаемой предлагаемой конструкцией, является компоновочная возможность размещения светочувствительных или светоизлучающих матриц на панели таким образом, чтобы они могли передавать изображение без пропусков, а также, обеспечение защиты матриц от принимаемого излучения, например, рентгеновского, нейтронного, γ- и др. не ослабляла поступающий сигнал. Другими словами - создание светочувствительных (излучающих) панелей больших размеров из светочувствительных (светоизлучающих) датчиков малых размеров, установленных таким образом, чтобы не происходило разрывов в изображении.
Для решения поставленной задачи заявителем предложена панель матриц, преимущественно для плоскопанельного детектора излучения, а также других устройств, где требуются большие панели, собранные из небольших матриц, как светочувствительных, так и светоизлучающих.
Панель содержит прямоугольные светоизлучающиеся или светочувствительные матрицы, снабженные выводами в одну из боковых сторон и установленные на входных или выходных, соответственно, торцах световолоконных планшайб. Причем, светоизлучающие матрицы устанавливаются на входные торцы световолоконных планшайб, а светочувствительные - на выходные.
Отличительной особенностью устройства является то, что световолоконные планшайбы выполнены в виде прямоугольных
призм, образуя в сечении, перпендикулярном обоим торцам каждой планшайбы трапецию, матрицы по отношению друг к другу установлены параллельно, ступенчато, боковой стороной, содержащей выводы, направленной в сторону большей стороны трапеции упомянутого сечения, и под углом к противоположным торцам световолоконных планшайб, определяемым соотношением
tgα>b/L,
где α - угол наклона матриц,
L - длина стороны матрицы, перпендикулярная стороне с выводами,
b - вертикальный габарит выводов,
активные поверхности матриц совпадают с краями торцов стекловолоконных планшайб, которые своими боковыми гранями примыкают друг к другу, а упомянутые противоположные торцы световолоконных планшайб расположены в одной плоскости.
Кроме того, матрицы могут быть установлены как на прямых торцах световолоконных шайб, так и на косых. При этом световолоконные шайбы могут быть выполнены с обоими косыми торцами, а также в виде фокона или афокона по потребности. Световолоконные шайбы могут быть выполнены из материала, ослабляющего вредное воздействие излучения на матрицы. Панель может быть снабжена экраном, преобразующим излучение одной длины волны в излучение другой длины волны. В частности, при использовании в рентгеновской аппаратуре панель может быть снабжена экраном, преобразующим рентгеновское излучение в излучение видимого спектра. Для защиты от механических повреждений она снабжена защитным экраном.
На фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 представлено расположение матриц на прямых торцах световолоконных планшайб, на фиг.3 - то же на косых торцах планшайб.
Устройство, представляющее собой панель 1, содержит прямоугольные матрицы 2, снабженные выводами 3 в одну из боковых сторон и установленные на торцах 4 световолоконных планшайб 6.
Световолоконные планшайбы 6 выполнены в виде прямоугольных призм, образуя в сечении, перпендикулярном обоим торцам 4 и 5 трапецию, матрицы 2 по отношению друг к другу установлены параллельно, ступенчато, боковой стороной, содержащей выводы 3, направленной в сторону большей стороны трапеции упомянутого сечения, и под углом к противоположным торцам световолоконных планшайб 6, определяемым соотношением
tgα>b/L,
где α - угол наклона матриц 2,
L - длина стороны матрицы 2, перпендикулярная стороне с выводами 3,
b - вертикальный габарит выводов 3,
активные поверхности матриц совпадают с краями торцов 4 стекловолоконных планшайб 6, которые своими боковыми гранями примыкают друг к другу, а упомянутые противоположные торцы 5 световолоконных планшайб 6 расположены в одной плоскости.
Световолоконные планшайбы 6 выполнены из материала, уменьшающего вредное воздействие излучения на матрицы 2.
Панель 1 снабжена экраном 7, преобразующим излучение одной длины волны в излучение другой длины волны.
Панель снабжена защитным экраном 8. Световолоконные планшайбы 6 могут быть выполнены в виде фокона или афокона, в зависимости от требуемого размера экрана 7.
Рассмотрим работу устройства на примере детектора излучения, например, рентгеновского.
Поступающее излучение проходя через защитный экран 8, экран 7, преобразующий рентгеновское излучение в видимое, попадает на входной торец 5 световолоконной планшайбы 6 и через выходной торец 4 попадает на поверхность светочувствительной матрицы 2, где преобразуется в полезный цифровой сигнал.
По аналогичному принципу может быть создана панель из светоизлучающих матриц. Только в этом случае торцы 4 световолоконных планшайб 6 будут входными, а торцы 5 - выходными.
Список использованных источников информации.
1. Давид Ханнон, Цифровая рентгенография на ПЗС датчиках, Журнал «Medical Imaging", 2000, №2.
2. У. Нейтзель, Выбор оптимальной детской дозы в цифровой рентгенографии, Medicamundi 48/3 2004/11.
3. Fossum, Eric, "Image Capture Circuits in CMOS," International Symposium on VLSI Technology, Systems and Applications, June 3 to 5, 1997,
4. Носов Ю.Р., Оптоэлектроника, М., Советское радио, 1977, стр.198.
5. Сихарулидзе Д.Г. и др., Преобразователи изображений типа МДП - электрооптический материал, М., Радио и связь, 1986, стр.101
6. Quantum CCD X-ray Detectors, сообщение фирмы ADSC, Интернет http: //www.adsc-xray.com/products.html (прототип)