专利名称：信噪比改进的高动态范围x射线探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电磁辐射、尤其是X射线的探测器，并且尤其涉及一种X射线 探测器板，其提供了信噪比改进的高动态范围。
背景技术：
使用通过将X射线辐射转换成光的利用闪烁器的间接转换，或者通过使用直接转 换光电导体而直接转换成电子空穴对，X射线转换器将X射线辐射转换成光量子。来自X射 线转换器的信号由传感器元件矩阵感测，这些传感器元件通常被布置成2维像素矩阵或网 格。每个像素可以包括用于信号的收集设备，其形式例如为用以将光量子转换成电子的光 电二极管、光门、光电导体或者用以直接收集电子或空穴的电极。无论如何，信号在读出之 前最终存储在像素的电容中。在获取图像之前重新设置存储电容器以及读出过程涉及的各 部件都对加入到信号的电噪声有贡献。因此，使可获得的信噪比降低。通常需要X射线探测器以接收相同图像中的大范围信号，例如已经穿过密集材料 的严重衰减的信号以及尚未穿过任何材料的直接辐射。为了允许正确探测最强的辐射，需要选择灵敏度设置或低灵敏度范围设置，其对 信噪比具有不利影响。在大部分现有技术的探测器中，灵敏度设置通常对于探测器的所有 像素有效。通常，像素的放大器或读出级具有有限的动态范围，其通常形成为对传感器设备 的电容的电压进行采样的源极跟随器。动态范围的限制迫使用户选择更低的灵敏度，以避免读出链的饱和。低灵敏度设置意味着弱辐射水平将仅给出小信号，这些小信号实际上受到不可避 免的读出噪声、即存储电容器上的重置噪声和读出级中所加入的噪声的干扰。如果在仅存在小辐射水平的区域中可获得较高的灵敏度设置，那么将从相当程度 上提高信噪比，因而图像质量将更好。美国专利申请号2006/0231875 Al公开了一种具有双转换灵敏度电荷存储的成像 器。双转换灵敏度元件(例如khottky 二极管)耦合在浮置扩散区和相应电容器之间。双 转换灵敏度元件响应于存储在浮置扩散区的电荷而在电容器的电容中切换，以将浮置扩散 区的转换灵敏度从第一转换灵敏度改变至第二转换灵敏度。在另一方面，典型实施例提供 了源极跟随器晶体管的栅极和浮置扩散区之间电阻性接触，这有助于读出像素的双转换灵 敏度输出信号。美国专利号6486808公开了一种前置放大器级，其中在包括了下游模数信号转换 器的数据信号处理电路中具有可动态控制的信号灵敏度。监视在其前置放大之后的数据信 号的水平，并且响应于超越一个或多个预定阈值的这种数据信号而动态地调整前置放大器 级的灵敏度。因而，前置放大器级的有效动态范围得到扩展，由此有效地扩展了整个系统的 动态范围，其超过了模数信号转换器的动态范围所限制的范围。这种前置放大器用于诸如 使用平板固态成像设备的X射线系统中。
发明内容
本发明的目的是改进像素传感器设备，使其具有更挠性的动态范围。通过如权利要求1的特征实现该目的为一种用于X射线辐射的辐射探测器像素， 其包括传感器设备，提供了至少一种自动灵敏度范围控制设备，其控制将输入的电磁辐射 到电输出量的转换，以及至少两个灵敏度范围，其中，特征曲线在工作范围内连续。所采集的信号的工作范围从采集期间在探测器上缺失任何照度延伸直到探测器 上的采集饱和。当附加照度不再增加探测器的输出信号时，达到饱和点。电输出量可以是输出电压或者电荷量。在现有技术中，通过例如组合两个特征工作曲线而使用用于成像的高动态范围的 原理是在光电传感器中使用的公知方法。参考美国专利2006/0231875A1，其中所述的探测 器像素的特征曲线是具有第一斜率的第一特征曲线和具有第二斜率的第二特征曲线的组 合，并且其中，第一特征曲线和第二特征曲线的交叉提供了非连续工作点，因而关于两条工 作特征曲线的交叉点存在错误，其导致交叉点中和附近的传感器设备的总工作特征曲线的 不一致性。而且，对于所有像素的交叉点特征的均勻性难以实现。但是这些方法不适于使用X射线成像，因为X射线图像提供了比可视范围中图像 更大的对比范围。由于减少患者对有害X射线辐射的暴露量，为了适于将传感器应用在医 学X射线成像中，必须避免信息损耗。在本发明中，自动实现对暴露时间期间的动态范围的选择，这有利地允许不间断 的暴露以及随后选择合适的动态范围，而在暴露期间不损耗图片信息。为了实现设备的合适的小型化，有利的是使用光电传感器设备和根据权利要求2 所述的至少一个电容，其中所述光电传感器设备自身提供电容，而所述至少一个电容能够 易于实施在探测器像素中，因此本发明提供了辐射探测器像素，其中，传感器设备包括光电 传感器设备和至少一个电容。有利地是，在一些实施例中，提供致动器设备，用于手动或自动移位第一电容和第 二电容之间的电荷，以提供至少两个根据权利要求3所述的灵敏度范围，这提供了辐射探 测器像素，其中，辐射探测器像素提供了至少一个致动器设备，作为自动灵敏度范围控制设 备。这允许在暴露时间期间以及之后，实现具有不同灵敏度的图像，即具有低灵敏度范围的 图像和具有高灵敏度范围的图像，并且允许用户选择最适合其需求的图像。在最简单的情况下致动器设备可以是开关，但是有利的是可以使用任意种类的晶 体管，优选是场效应晶体管(FET)，因为这可以容易地实施在像素设备的晶片设计中。由于 在故障情况下，致动器设备实施在每个单一像素中，而不是像现有技术那样实施在每条单 一线中，因此损失一个致动器设备将损失一个像素，而非损失整条线的像素。因此，权利要 求4提供了辐射探测器像素，其中，致动器设备是FET或任何其他类型的晶体管。致动器设备可以实施为具有两个开关状态的开关，但是优选地是，致动器设备将 用作电荷泵或一种自动阀，其仅在暴露时间期间自动地将溢出的电荷从第一电容转移至第 二电容。在一些实施例中提供了放大设备，其一方面允许放大所采样的电荷，而另一方面 允许分离图像接收和图像采样。这有利于降噪，并且允许不依赖时间地采样根据权利要求 6的像素设备的信息，其中，在像素中，至少一个放大设备控制像素输出电压的灵敏度范围。
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更有利的是，根据权利要求7的组合，其中，电荷泵电路与至少一个采样及保持电 路(sample and hold circuitry)耦合，其允许组合电荷泵电路形式的致动器设备的优点 和采样及保持电路的优点，在电荷泵电路中，曝光时间中获得的信息在读出时间期间未丢 失，而保持电路允许独立于曝光时间操纵读出时间。本发明是有利地，因为在每个像素中提供至少一个电容使得能够自动操作每个单 一像素，这为整个设备提供了更好的可靠性。此外，本发明有利之处在于，使用与光电传感 器容量或其他电容连接的FET或任何其他类型的晶体管作为自动电荷泵，因为这防止电容 器之一的溢出以及丢失在曝光期间获得的信息。因而，这允许在曝光期间自动调整动态 范围，以便提供若干动态范围，从而允许操作者在优化动态范围的利用以及优化噪声强度 (noise level)方面做出可能的最佳选择。此外，本发明提供了一种辐射探测器系统，其具有至少一个根据权利要求1所述 的用于X射线辐射的辐射探测器像素。此外，本发明公开了一种使用用于X射线辐射的探测器像素探测电磁辐射的方 法，包括感测电磁辐射的曝光量，将电荷存储在光电二极管和具有线性存储能力的至少一个电容器和具有非线性 存储能力的至少一个电容器上，将所述至少一个电容器中所存储的电荷采样至至少一个采样及保持电容器，使用 所述所存储的电荷对至少另一电容器充电，采样所述至少一个电容器和所述至少另一电容器中所存储的电荷至至少一个采 样及保持电容器，以高灵敏度范围模式，读出所述所存储的电荷至采样及保持电容器，以低灵敏度范围模式，读出所述所存储的电荷至采样及保持电容器。本发明提供了对低灵敏度范围的电磁辐射和高灵敏度范围的电磁辐射的有利探 测，其中使用小电容器对低灵敏度中辐射的第一选择降低了噪声，并且通过自动或手动开 关切换至较大电容器允许具有第二辐射灵敏度范围，其中噪声强度是可忍受的，但是允许 具有高对比图像。此外，这允许多次使用同一曝光的信息，而不丢弃对象的X射线的图片信 肩、O在优选实施例中，本发明不仅允许实现前述优点，而且其还提供了采样及保持电 路的组合，通过对采样及保持电容器充电而最小化读出时间。这允许与至少一个灵敏度范 围的读出步骤并行提供曝光步骤。这有利地节省了进行曝光的时间，并且最小化了对象受 到X射线辐射的曝光量。本发明公开了使用用于X射线辐射的探测器像素探测电磁辐射的方法，包括后三 个方法的组合。本发明公开了一种用于控制辐射探测器系统的计算机程序，其提供了控制信号， 用于在多个工作灵敏度范围内控制像素电路。此外，本发明还提供了一种包括用于控制这种辐射探测器系统的计算机程序的介 质，所述计算机程序提供控制信号，用于在多个工作灵敏度范围内控制像素电路。还可以将本发明应用于间接或直接X射线转换器，还可以应用于光学成像。
下文将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不局限于此。图1是根据现有技术的平板X射线探测器的示意图；图2是根据现有技术的像素单元的示意图；图3a是根据本发明实施例的高动态范围X射线探测器像素的第一实施方式；图北是用于图3a的电路的定时和控制信号的信号定时图；图如是根据本发明实施例的高动态范围X射线探测器像素的第二实施方式；图4b是用于图如的电路的定时和控制信号的信号定时图；图fe是根据本发明实施例的高动态范围X射线探测器像素的第三实施方式；图恥是用于图fe的电路的定时和控制信号的信号定时图；图6a是根据本发明实施例的高动态范围X射线探测器像素的第四实施方式；图6b是用于图6a的电路的定时和控制信号的信号定时图；图7a是根据本发明实施例的高动态范围X射线探测器像素的第五实施方式；图7b是用于图7a的电路的定时和控制信号的信号定时图；图7c是根据本发明实施例的高动态范围X射线探测器像素的第五实施方式的替 代；图fe是根据本发明实施例的高动态范围X射线探测器像素的第六实施方式；图8b是用于图8a的电路的定时和控制信号的信号定时图；图9a是根据本发明实施例的高动态范围X射线探测器像素的第二实施方式；图9b是用于图9a的电路的定时和控制信号的信号定时图。
具体实施例方式附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，使用相同的附图标记指示类似或相 同的元件。图1示出了平板X射线探测器的典型示例，其包括有多个像素303构成的像素矩 阵102。借助于驱动行选择线324的移位寄存器133选择用于读出的行。以列305读出来 自像素303的电压值，并且将其引导至放大器141。现在，将从放大器141获得的数据信息 逐列组合成一幅图像。用于控制像素工作的控制线优选沿着像素矩阵的一侧延伸，从而将 若干像素矩阵形成整体。因而，像素矩阵可以组织成行列，例如通过布置成规则(矩形或正 六边形)网格状平铺片(tile)，以便于形成更大的探测器表面。本发明中的辐射可以是任何类型的电磁辐射，例如光或X射线。传感器设备是光 电传感器、例如光电二极管、光门(Photo gate)或光电导体的组合。由于传感器设备在实 践中具有寄生电容，因此传感器元件固有地提供电容，但是在一些实施例中，传感器元件可 以形成为与电容并联的光电传感器的组合。因而，传感器设备包括光电传感器设备和至少一个电容，其中，电容还可以由光电 二极管、光电导体等的固有电容提供。在现有技术文献中，术语高增益范围或低增益范围分 别用于确定高灵敏度范围或低灵敏度范围，因而对于本说明书而言，术语增益范围和灵敏 度范围应当被认为是同义词。
图2提供了现有技术的像素单元的实施例。在像素中，提供了传感器设备和若干 部件。重置开关312将光电二极管充电到公知状态。来自闪烁体的光(光量子)由光电二 极管311转换成电荷。X射线还可以直接由光电导体转换。将附加电荷叠加至存储在光电 二极管自身的电容上和/或任选的专用像素电容器350上的电荷，因而，光电二极管/像素 电容上的电荷和电压变化。源极跟随器313制作其源处可获得的这一电压的复制品。如果读出开关314由行 选择线3M启动，那么使得在矩阵边缘外围的放大器可获得光电二极管电压的复制品，以 提供图像。图3a示出了高动态范围像素的第一实施方式。在本说明书中，假设光电二极管 311和像素电容上的电压偏幅或电压摆幅大于读出放大器313可接受的电压摆幅。同样地 参考图北，在读出之前重置光电二极管311、像素电容器350和低灵敏度电容器351。开关 360在曝光之前打开。在曝光期间收集的电荷引起节点A上的电压降。如果电压降足够小 (低曝光)，其将在第一高灵敏度范围读出上通过读出放大器313。如果电压降太大，放大器 313将剪切信号(使信号失真)。因而，不能处理图像信息。随后，启动开关360，并且在光 电二极管311/像素电容350上收集的电荷也将重新分配至低灵敏度电容器351。因而，节 点A上的电压摆幅减小，并且低灵敏度信号能够不失真地通过放大器313。高灵敏度范围 图像读数和低灵敏度范围图像读数两者以合适的方式组合，从而维持最佳的信噪比。本发 明的重要方面是对两个灵敏度范围使用相同的信号电荷，以便于允许使用高灵敏度读出单 次曝光的弱信号以及使用较低灵敏度读出相同曝光的更强信号，从而允许大动态范围而不 丢失单次曝光的图像信息，并且还避免在过程中损失电荷。这两个要求对于医学X射线成 像而言是固有的，其中，应当在X射线成像中避免患者受到对成像过程无用的X射线的曝光 量，以便于降低对患者健康造成的风险。高灵敏度范围和低灵敏度范围之间的步长(st印)将由节点A上的电压摆幅与放 大器可接受的电压摆幅的比率所确定。这通常将是大约因子2。图北示出了实施方式和驱动方案。线322上的初始高电平启动开关312，以便重 置传感器设备。340上的初始高电平允许开关360初始化光电二极管350/像素电容351。 在曝光期间，随着曝光时间的过去，节点A上的电压电平降低。随后在曝光之后，高电平324 初始化高灵敏度范围读出以进行。线340上的高电平打开开关360，并且允许低灵敏度范围 读出。3M上的后续高电平允许进行低灵敏度读出。图如和图4b示出了备选实施方式和驱动方案。其利用高灵敏度范围和低灵敏度 范围的放大器。如先前示例中已经示出的，高灵敏度范围放大器370具有有限的可接受的 电压摆幅。在第一读出中通过放大器370读取小信号。对于较大的信号，放大器将变为饱 和，因而将发生失真，而传感器输出端的信号无效。在第二读出中，经由灵敏度选择线340 选择低灵敏度范围放大器371。较低的灵敏度确保信号不失真地通过后续级。高灵敏度和低灵敏度之间的步长将由节点A上的电压摆幅与放大器可接受的电 压摆幅的比率所确定。这通常将是大约因子2。可以任意地选择放大因子，因而在选择放大 因子为1的情况下，可以省去放大器以实现电路的简化。同样参考图4b，使用322上的高电平初始化开关312，光电二极管311、像素电容 器350和低灵敏度电容器351在读出之前重置。随后发生曝光，并且曝光期间收集的电荷引起节点A上的电压降。如果电压降足够小(低曝光)，其将在第一高灵敏度范围读出上通 过读出放大器313。如果电压降太大，放大器313将剪切(失真)信号。因而，不能处理图 像信息。随后，经由触发开关372的灵敏度选择线340选择低灵敏度范围放大器371。节点 A上的电压摆幅因而减小，并且低灵敏度信号能够不失真地通过放大器313。高灵敏度范围 图像读数和低灵敏度范围图像读数两者以合适的方式组合，从而维持最佳的信噪比。图fe示出了基于与图3a所示电路相同的原理的改进电路。晶体管360有时用作开关，而其他时候用作电荷转移设备，因此术语致动器设备 用以涵盖这两种情况。参考图7b给出了进一步描述。此处的改进是将压敏电容359添加至光电二极管节点A。优选地是，当节点A上的 像素电压处于放大器313的可接受范围内时，压敏电容器359具有恒定低电容。一旦电压 降低于可接受电压范围，需要压敏电容器359的电容迅速增加，因而为附加信号提供增加 的存储容量。仍然参考图恥，在第一高灵敏度读出器中不失真地读出小信号。与线340上的高 电平相连接的线322上的高电平，触发开关312和开关360以重置光电二极管311、电容器 350、351和359。3M上的高电平首先初始化高灵敏度读出。对于随后的低灵敏度读出，340 上的高电平通过开关360触发增加更大的电容器351。在更长的曝光时间期间，将大信号存 储在并联的光电二极管311、像素电容350和压敏电容器359上。电荷重新分配，并且电压 降至放大器313的可接受电平。降低的电压还确保压敏电容器在该恒定低电容状态具有灵 敏度，从而在读出器中不增加非线性。由压敏放大器提供的附加存储允许高灵敏度读出和低灵敏度读出之间的更大步 长，2至4的因子似乎是合理的。图6a示出了图fe中电路的变型。其提供了仅使用线性小像素电容器350的非常 高灵敏度设置。在该设置中，不可获得双倍读出。经由控制线340和开关360，能够添加附加恒定的压敏电容351、359以提供第一高 灵敏度读出，其后是在启动控制线341和开关361之后的低灵敏度读出。图6b给出了类似图恥的对于高灵敏度读出/低灵敏度读出的相应定时方案。由压敏放大器提供的附加存储允许高灵敏度读出和低灵敏度读出之间有更大的 步长，2至4的因子似乎是合理的。图7a给出了备选实施方式，其不依赖于压敏电容器。因而，其还避免了与这些设备相关联的可能非线性。结构上来说，电路看起来与图3a相同。然而，晶体管360有时用作开关，而其他时 候用作电荷泵。参考图7b中的定时方案，高电平340触发晶体管360，其在322上的高电平触发像 素重置期间完全打开，从而光电二极管311、像素电容器350和低灵敏度电容器351完全充电。随后，晶体管360的栅极电压340降低至一定中间电平。一旦源极节点和漏极节 点高于栅极电压减去阈值电压，晶体管360将立刻关闭，并且仅光电二极管311和像素电容 器350确定灵敏度。一些信号以(图7b左侧部分)那些电容器确定的高灵敏度操纵。大 信号将充分减少节点A上的电压，以将晶体管360置于传导状态。电荷将从节点A通过晶体管360流到节点C和低灵敏度电容器351，晶体管这时充当电荷泵或电荷转移设备(图 7b右侧部分)。当较长的曝光时间结束时，一旦源极电压已经到达栅极电压减去阈值电压时，晶 体管将停止将电荷从电容器350转移至电容器351，并且晶体管360的栅极电压能够完全关 闭(未示出)或保持恒定。随后，第一读出提供了具有小曝光等级的所有像素的正确读数。像素在较长曝光 时间期间将显示恒定的信号，因为已经将所有过剩的电荷转移至低灵敏度电容器351。在高灵敏度读出之后，晶体管360完全打开，有效地使得光电二极管311、像素电 容器350和低灵敏度电容器351并联。电荷重新分布，而得到的电压可以不失真地通过放 大器313。高灵敏度和低灵敏度的灵敏度范围的比率仅由节点A上的电容与节点C上的电容 的比率确定。通过始终完全打开或关闭晶体管360，可以实现固定的低灵敏度设置或高灵敏度设置。在图7c中，通过向基本电路添加一个或多个电荷泵晶体管361/电容器352，扩展 了图7a的电路。在曝光期间，电荷将首先存储在光电二极管311和像素电容器350上。如果像素电容器350充分充电，过剩的电荷将经由晶体管360转移至低灵敏度电 容器351。当较低灵敏度电容器351也变得完全充电时，电荷将由晶体管361转移至非常低 灵敏度电容器352。所述方案得以扩展。第一读出将以一灵敏度读取仅光电二极管311和电容器350的电压。对于第二读 出，晶体管360完全打开。在第三读出期间，晶体管361也将完全打开。这样，获得从高灵 敏度至低灵敏度的一系列图像。这些图像需要加以合适的组合。因而，在曝光时间期间，晶体管360限定出自动灵敏度范围控制设备，用于自动控 制入射电磁辐射到电输出量的转换，而在读出时间期间，晶体管360提供了选择器设备，用 于选择读出时间期间的若干灵敏度范围。图示出了图7a的变型，其允许使曝光和读出并行。在图7a的电路中，在曝光之后，通常首先将以高灵敏度模式读出完整的图像，随 后完全打开晶体管360并且进行低灵敏度读出。在读出时间期间，像素电压不应由附加曝 光而改变。对于大图像的读出时间可能是很多的，所以，明显减小了成像速度。从US20030011694A1中，已知一种电路，其允许存储来自像素中光电二极管的电 压读取。这对所有像素并行进行，因而非常迅速。在该中间存储之后，光电二极管可以重置， 在读出中间存储器中的信号的同时，下一曝光能够开始。图使用了两个中间存储设备317，以通过分别启动开关315和316，而并行和快 速连续地存储所有像素的高灵敏度信号和低灵敏度信号。然后，光电二极管可以重置，曝光 重新开始。同时，通过分别启动位于行选择线3M和3 上的相关读出开关314，可以读出 高灵敏度图像和低灵敏度图像。图8b给出了相应的定时方案。高电平340触发晶体管360，其在三22上的高电 平触发像素重置期间完全打开，从而光电二极管311、像素电容器350以及低灵敏度电容器
9351都完全充电。随后，晶体管360的栅极电压340降低至一定中间电平。一旦源极节点和漏极节点 高于栅极电压减去阈值电压，晶体管360将关闭，并且仅光电二极管311和像素电容器350 确定灵敏度。行选择线315和316允许分别触发采样及保持电路，其将电荷转移至电容器 317。因而，在线3M上的高灵敏度读出期间能够进行下一曝光，并且触发行选择线3M上 的低灵敏度读出。小信号将发现由(图7b左侧部分的)那些电容器确定的高灵敏度。大 信号将充分减少节点A上的电压，以将晶体管360置于传导状态。电荷将从节点A通过晶 体管360流到节点C和低灵敏度电容器351，晶体管这时充当电荷泵(图7b右侧部分)。当较长的曝光时间结束时，一旦源极电压已经到达栅极电压减去阈值电压时，晶 体管将停止将电荷从电容器350转移至电容器351，并且晶体管360的栅极电压能够完全关 闭(未示出)或保持恒定。随后，第一读出提供了具有小曝光等级的所有像素的正确读数。像素在较长曝光 时间期间将显示恒定的信号，因为已经将所有过剩的电荷转移至低灵敏度电容器351。在高灵敏度读出之后，晶体管360完全打开，有效地使得光电二极管311、像素电 容器350和低灵敏度电容器351并联。电荷重新分布，而得到的电压可以不失真地通过放 大器313。高灵敏度和低灵敏度的灵敏度范围的比率仅由节点A上的电容与节点C上的电容 的比率确定。通过始终完全打开或关闭晶体管360，可以实现固定的低灵敏度设置或高灵敏度 设置。行选择线315和316允许分别触发采样及保持电路，其将电荷转移至电容器317。因 而在线3M上的高灵敏度读出期间能够进行下一曝光，并且触发行选择线3M上的低灵敏 度读出。清楚的是，实际读出能够与下一次曝光并行。需要用于开关315和316的合适控制线。图9a给出了备选电路，用于与图8a所述相同的目的。本文中，可以在一个输出放大器319和一个读出开关314上按序读出两个中间存 储设备317。需要用于开关315、316、381和382的合适控制线。图9b参考图8b给出了相应的定时方案。图10是照度与输出电压V输出的关系图，其示出了现有技术辐射探测设备的特 性。该设备在较低范围工作，其中工作特性显示第一斜率，直到在C点达到电压阈值以及第 二斜率的工作特性。在点C中，工作特性不连续。图Ila和图lib示意性地示出了根据本发明的照度与引出信号的关系图。图Ila 是低灵敏度范围的电荷，而图lib是高灵敏度范围的电荷。工作点特性被定义为入射辐射 量和引出输出量之间的比率。在这两种情况下，工作特性在工作范围内连续，其中工作范围 是指从零到饱和的所有工作点。虽然本文所示的电路使用电压读出，但是相同的原理也可以用于从第一源极跟随 器313的栅极节点读出的电荷。光电二极管311用于间接X射线转换器，然而对于直接转换器，例如光电导体，其 可以替换为电荷收集电极。在另一实施例中，可以使用晶体半导体、多晶半导体或无定型半导体构建电路。对于将具有不同范围的若干图像的图像组合，高灵敏度图像和低灵敏度图像可以 匹配，优选具有一些重叠，以给出一幅连续的、大动态范围输出图像。虽然本领域技术人员可以建议修改和改变，但是发明者认为本发明在权利要求的 范围内能够实现为合理和正确地落入权利要求所涵盖的范围内的所有改变和修改。
权利要求
1.一种用于X射线辐射的辐射探测器像素，包括传感器设备，提供至少一个自动灵敏度范围控制设备，其控制入射的电磁辐射到电输出量的转换，以及至少两个灵敏度范围，其中，特征曲线在工作范围内连续。
2.根据权利要求1所述的辐射探测器像素，其中，所述传感器设备包括光电传感器设 备和至少一个电容。
3.根据前述任意一项权利要求所述的辐射探测器像素，其中，所述辐射探测器像素提 供至少一个致动器设备，作为自动灵敏度范围控制设备。
4.根据前述任意一项权利要求所述的辐射探测器像素，其中，所述致动器设备是FET 或任意其他类型的晶体管。
5.根据前述任意一项权利要求所述的辐射探测器像素，其中，所述致动器设备与至少 两个电容组合提供了电荷泵。
6.根据前述任意一项权利要求所述的辐射探测器像素，其中，在所述像素中，至少一个 放大设备控制像素输出电压的灵敏度范围。
7.根据前述任意一项权利要求所述的辐射探测器像素，其中，电荷泵电路与至少一个 采样及保持电路耦合。
8.一种辐射探测器系统，其提供至少一个根据权利要求1所述的用于X射线辐射的辐 射探测器像素。
9.一种用于控制如权利要求1所述的用于X射线辐射的电磁辐射探测器像素的方法， 包括感测电磁辐射的曝光量，将电荷存储在光电二极管和具有线性存储能力的至少一个电容器和具有非线性存储 能力的至少一个电容器上，采样所述至少一个电容器中所存储的电荷至至少一个采样及保持电容器，使用所述所 存储的电荷对至少另一电容器充电，采样所述至少一个电容器和所述至少另一电容器中所存储的电荷至至少一个采样及 保持电容器，以高灵敏度范围模式，读出所述所存储的电荷至采样及保持电容器，以低灵敏度范围模式，读出所述所存储的电荷至采样及保持电容器。
10.一种使用如权利要求1所述的用于X射线辐射的辐射探测器像素探测电磁辐射的 设备，其提供至少两个电容设备和一个致动器设备，所述致动器设备允许在存储电路之间 运送电荷，其中所述运送由漏源电压与外部控制电压减去栅极电压的比率所确定。
11.一种用于控制辐射探测器系统的计算机程序，其提供控制信号，用于以多个工作灵 敏度范围控制像素电路。
12.一种包括用于控制辐射探测器系统的计算机程序的介质，所述计算机程序提供控 制信号，用于以多个工作灵敏度范围控制像素电路。
全文摘要
本发明涉及一种X射线探测器及其像素电路，其允许覆盖大动态范围，其中自动选择每个像素中的灵敏度设置，因而为所有曝光等级提供了改进的信噪比。需要X射线探测器覆盖大动态范围。最大的曝光确定所需的像素电容。然而，大像素电容为小曝光提供了差的信噪比，例如在图像的黑暗部分中。本发明公开内容描述了在像素中提供自动灵敏度选择的数种方式。这确保了将低信号存储在小电容器中，或者以具有相应良好信噪比的高灵敏度读出低信号，而较大的信号存储在较大的电容器中，或者以较低灵敏度读出，从而不丢失信息。
文档编号G01T1/24GK102066975SQ200980123927
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年6月26日
发明者L·阿尔温, P·B·A·沃尔夫斯, T·F·布斯, T·普尔特, W·吕腾 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司