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TW201917414A - 輻射檢測器中的暗雜訊補償 - Google Patents

輻射檢測器中的暗雜訊補償 Download PDF

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TW201917414A
TW201917414A TW107138218A TW107138218A TW201917414A TW 201917414 A TW201917414 A TW 201917414A TW 107138218 A TW107138218 A TW 107138218A TW 107138218 A TW107138218 A TW 107138218A TW 201917414 A TW201917414 A TW 201917414A
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曹培炎
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中國大陸商深圳幀觀德芯科技有限公司
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Abstract

本文所公開的是一種輻射檢測器，包括：像素，按照陣列來佈置，像素包括在陣列周邊的週邊像素以及在陣列內部的內部像素，像素的每個配置成在暴露於輻射時在其電極上生成電信號；電子系統，配置成向週邊像素提供對外圍像素的暗雜訊的第一補償，並且向內部像素提供對內部像素的暗雜訊的第二補償，第一補償和第二補償是不同的。

Description

輻射檢測器中的暗雜訊補償
本文的本公開涉及用於補償輻射檢測器中的暗雜訊的影響的方法和設備。
輻射檢測器是測量輻射的性質的裝置。性質的示例可包括輻射的強度、相位和極化的空間分佈。輻射可以是與受檢者進行交互的輻射。例如，由輻射檢測器所測量的輻射可以是穿透受檢者或者從受檢者反射的輻射。輻射可以是電磁輻射，例如紅外光、可見光、紫外光、X射線或γ射線。輻射可屬於其他類型，例如α射線和β射線。
一種類型的輻射檢測器基於輻射與半導體之間的交互。例如，這種類型的輻射檢測器可具有半導體層(其吸收輻射並且生成載荷子(例如電子和空穴))以及用於檢測載荷子的電路。
輻射檢測器可被“暗”雜訊(例如暗電流)不利地影響。輻射檢測器中的暗雜訊包括即使輻射檢測器配置成要檢測的輻射沒有入射到輻射檢測器時也存在的物理效應。隔離或降低暗雜訊對輻射檢測器所檢測的總體信號的影響對於使輻射檢測器更為有用是有幫助的。
本文所公開的是一種輻射檢測器，包括：像素，按照陣列來佈置，像素包括在陣列周邊的週邊像素以及在陣列內部的內部像素，像素的每個配置成在暴露於輻射時在其電極上生成電信號；電子系統，配置成向週邊像素提供對外圍 像素的暗雜訊的第一補償，並且向內部像素提供對內部像素的暗雜訊的第二補償，第一補償和第二補償是不同的。
按照實施例，電子系統配置成通過向週邊像素提供第一電流來提供第一補償，並且通過向內部像素提供第二電流來提供第二補償，第一電流和第二電流是不同的。
按照實施例，第一電流和第二電流在幅值、波形或頻率方面是不同的。
按照實施例，第一電流的幅值比第二電流的幅值要大至少10倍。
按照實施例，輻射是X射線。
按照實施例，像素的每個包括輻射吸收層和電極；其中電子系統包括：第一電壓比較器，配置成將電極的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，配置成將電壓與第二閾值進行比較；計數器，配置成記錄輻射吸收層所吸收的輻射微粒的數量；控制器；其中控制器配置成從第一電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值的時間開始時間延遲；控制器配置成在該時間延遲期間啟動第二電壓比較器；控制器配置成在第二電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超過第二閾值的絕對值時使計數器所記錄的數量增加一。
按照實施例，控制器配置成在時間延遲開始或到期時啟動第二電壓比較器。
按照實施例，輻射檢測器還包括伏特計，其中控制器配置成在時間延遲到期時使伏特計測量電壓。
按照實施例，控制器配置成基於在時間延遲到期時所測量的電壓的值來確定輻射微粒能量。
按照實施例，控制器配置成將電極連接到電接地。
按照實施例，電壓的變化率在時間延遲到期時基本上為零。
按照實施例，電壓的變化率在時間延遲到期時基本上為非零。
按照實施例，像素的每個包括二極體或電阻器。
按照實施例，像素的每個包括矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其組合。
按照實施例，輻射檢測器沒有包括閃爍器。
本文所公開的是一種輻射檢測器，包括：像素，按照陣列所佈置，像素包括在陣列周邊的週邊像素以及在陣列內部的內部像素，像素的每個配置成在暴露於輻射時在其電極上生成電信號，像素的每個包括輻射吸收層和電極；其中電子系統包括：第一電壓比較器，配置成將電極的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，配置成將電壓與第二閾值進行比較；計數器，配置成記錄輻射吸收層所吸收的輻射微粒的數量；控制器；其中控制器配置成從第一電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值的時間開始時間延遲；控制器配置成在該時間延遲期間啟動第二電壓比較器；控制器配置成在第二電壓比較器確定電壓的絕對值等於或超過第二閾值的絕對值時使計數器所記錄的數量增加一；其中電子系統配置成對外圍像素和內部像素應用第二閾值的不同幅值。
按照實施例，控制器配置成在時間延遲開始或到期時啟動第二電壓比較器。
按照實施例，輻射檢測器還包括伏特計，其中控制器配置成在時間延遲到期時使伏特計測量電壓。
按照實施例，控制器配置成基於在時間延遲到期時所測量的電壓的值來確定輻射微粒能量。
按照實施例，控制器配置成將電極連接到電接地。
按照實施例，電壓的變化率在時間延遲到期時基本上為零。
按照實施例，電壓的變化率在時間延遲到期時基本上為非零。
按照實施例，週邊像素的第二閾值的絕對值比內部像素的第二閾值的絕對值要高。
本文所公開的是一種包括上述任何輻射檢測器以及X射線源的系統，其中該系統配置成對人體胸腔或腹部執行X射線照相。
本文所公開的是一種包括上述任何輻射檢測器以及X射線源的系統，其中該系統配置成對人體口腔執行X射線照相。
本文所公開的是一種貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統，包括上述任何輻射檢測器以及X射線源，其中貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統配置成使用後向散射X射線來形成圖像。
本文所公開的是一種貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統，包括上述任何輻射檢測器以及X射線源，其中貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統配置成使用經過被檢查對象所透射的X射線來形成圖像。
本文所公開的是一種全身掃描器系統，包括上述任何輻射檢測器以及輻射源。
本文所公開的是一種電腦斷層掃描(CT)系統，包括上述任何輻射檢測器以及輻射源。
本文所公開的是一種電子顯微鏡，包括上述任何輻射檢測器、電子源和電子光學系統。
本文所公開的是一種系統，包括上述任何輻射檢測器，其中該系統是X射線望遠鏡或X射線顯微鏡，或者其中該系統配置成執行乳房X射線照相、工業缺陷檢測、顯微射線照相、鑄件檢查、焊接檢查或數字減影血管造影。
本文所公開的是一種使用輻射檢測器的方法，其中輻射檢測器包括按照陣列所佈置的像素，像素包括在陣列周邊的週邊像素以及在陣列內部的內部像 素，像素的每個配置成在暴露於輻射時在其電極上生成電信號；該方法包括：確定週邊像素的電信號中的第一暗雜訊的份額；確定內部像素的電信號中的第二暗雜訊的份額；基於第一暗雜訊的份額來確定第一補償信號並且基於第二暗雜訊的份額來確定第二補償信號；以及採用第一補償信號對外圍像素的電信號補償第一暗雜訊並且採用第二補償信號對內部像素的電信號補償第二暗雜訊；其中第一補償信號和第二補償信號是不同的。
按照實施例，第一暗雜訊的份額或者第一暗雜訊的份額通過在輻射檢測器沒有接收輻射的同時測量電信號來確定。
按照實施例，第一補償信號和第二補償信號是電流。
按照實施例，第一補償信號和第二補償信號在幅值、波形或頻率方面是不同的。
100‧‧‧輻射檢測器
110‧‧‧輻射吸收層
111‧‧‧第一摻雜區
112‧‧‧本征區
113‧‧‧第二摻雜區
114‧‧‧分立區
119A‧‧‧電氣觸點
119B‧‧‧電氣觸點
120‧‧‧電子層
121‧‧‧電子系統
130‧‧‧填充材料
131‧‧‧通孔
150‧‧‧內部像素
151‧‧‧週邊像素
301‧‧‧第一電壓比較器
302‧‧‧第二電壓比較器
305‧‧‧開關
306‧‧‧伏特計
309‧‧‧電容器模組
310‧‧‧控制器
320‧‧‧計數器
388‧‧‧控制電流拉取模組
1201‧‧‧脈衝輻射源
1202‧‧‧對象
1301‧‧‧脈衝輻射源
1302‧‧‧對象
1401‧‧‧脈衝輻射源
1402‧‧‧對象
1501‧‧‧脈衝輻射源
1502‧‧‧行李
1601‧‧‧脈衝輻射源
1602‧‧‧人體
1701‧‧‧脈衝輻射源
1801‧‧‧電子源
1802‧‧‧樣本
1803‧‧‧電子光系統
2010、2015、2020、2025、2030、2035、2040、2045、2050‧‧‧過程
RST‧‧‧復位期
t0、t1、t2、te、ts‧‧‧時間
TD1‧‧‧時間延遲
V1‧‧‧第一閾值
V2‧‧‧第二閾值
VR‧‧‧殘餘電壓
圖1示意示出按照實施例的輻射檢測器。
圖2A示意示出輻射檢測器的截面圖。
圖2B示意示出輻射檢測器的詳細截面圖。
圖2C示意示出輻射檢測器的備選詳細截面圖。
圖3A和圖3B各示出按照實施例、圖2B或圖2C中的檢測器的電子系統的組件圖。
圖4A和圖4B分別示出配置成補償採取電流形式的暗雜訊的電路。
圖5示意示出按照實施例、流經暴露於輻射的輻射吸收層的電阻器的二極體或電氣觸點的電流的時間變化(上曲線)以及電極的電壓的對應時間變化(下曲線)，電流通過入射到輻射吸收層上的輻射微粒所生成的載荷子所引起。
圖6示意示出按照實施例、按照圖5所示方式進行操作的電子系統中通過雜訊(例如暗雜訊)所引起的流經電極的電流的時間變化(上曲線)以及電極的電壓的對應時間變化(下曲線)。
圖7示意示出補償輻射檢測器中的暗雜訊的方法的流程圖。
圖8-圖14各示意示出包括本文所述輻射檢測器的系統。
圖1示意示出作為示例的輻射檢測器100。輻射檢測器100具有包括內部像素150和週邊像素151的像素陣列，其中內部像素150被週邊像素151所包含。週邊像素151處於陣列的周邊。內部像素150處於陣列的內部。陣列可以是矩形陣列、蜂窩陣列、六邊形陣列或者任何其他適當陣列。陣列中的每個像素(例如週邊像素151或內部像素150)配置成在暴露於輻射(其可來自輻射源)時在其電極上生成電信號。每個像素可配置成測量輻射的特性(例如微粒的能量、波長和頻率)。例如，陣列中的每個像素配置成對某個時間週期之內入射到其上、其能量落入多個格中的輻射微粒(例如光子)的數量進行計數。陣列中的每個像素可配置成對相同時間週期之內在能量的多個格內入射到其上的輻射微粒的數量進行計數。陣列中的每個像素可具有其自己的模數轉換器(ADC)，其配置成將表示入射輻射微粒的能量的模擬信號數位化為數字信號。陣列中的每個像素可配置成並行地操作。例如，當一個像素測量入射輻射微粒時，另一個像素可等待輻射微粒到達。陣列中的像素可以不必是單獨可尋址的。
圖2A示意示出按照實施例的輻射檢測器100的截面圖。輻射檢測器100可包括輻射吸收層110和電子層120(例如ASIC)，以用於處理或分析入射輻射在輻射吸收層110中生成的電信號。輻射檢測器100可以或者可以不包括閃爍器。輻 射吸收層110可包括半導體材料，例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其組合。半導體對感興趣輻射可具有高質量衰減係數。
如圖2B中的輻射檢測器100的詳細截面圖所示，按照實施例，輻射吸收層110可包括一個或多個二極體(例如p-i-n或p-n)，其通過第一摻雜區111以及第二摻雜區113的一個或多個分立區114所形成。第二摻雜區113可通過可選本征區112與第一摻雜區111分隔。分立區114通過第一摻雜區111或本征區112相互分隔。第一摻雜區111和第二摻雜區113具有相反類型的摻雜(例如，區域111為p型，而區域113為n型，或者區域111為n型，而區域113為p型)。在圖2B的示例中，第二摻雜區113的分立區114的每個形成具有第一摻雜區111和可選本征區112的二極體。即，在圖2B的示例中，輻射吸收層110具有多個二極體，其具有作為共用電極的第一摻雜區111。第一摻雜區111還可具有分立部分。
當來自輻射源的輻射照射輻射吸收層110(其包括二極體)時，輻射微粒可被吸收，並且通過多個機制來生成一個或多個載荷子。載荷子可在電場下漂移到二極體之一的電極。該電場可以是外部電場。電氣觸點119B可包括分立部分，其每個與分立區114進行電接觸。在實施例中，載荷子可沿方向漂移，使得輻射的單個微粒所生成的載荷子基本上沒有由兩個不同分立區114所共用(“基本上沒有共用”在這裏表示這些載荷子的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或者不到0.01%流動到分立區114中與載荷子的其餘部分不同的分立區114)。通過在這些分立區114之一的佔用面積周圍入射的輻射的微粒所生成的載荷子基本上沒有與這些分立區114的另一個共用。與分立區114關聯的像素150或151可以是分立區114周圍的一個區域，其中入射到其上的輻射的微粒所生成的基本上全部(超過98%、超過99.5%、超過99.9%或者超過99.99%)載荷子流動到分立區114。 即，這些載荷子的不到2%、不到1%、不到0.1%或者不到0.01流動到像素之外。
如圖2C的輻射檢測器的備選詳細截面圖所示，按照實施例，輻射吸收層110可包括半導體材料(例如矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其組合)的電阻器，但是沒有包括二極體。半導體對感興趣輻射可具有高質量衰減係數。
當輻射照射輻射吸收層110(其包括電阻器但沒有包括二極體)時，它可被吸收，並且通過多個機制來生成一個或多個載荷子。輻射的微粒可生成10至100000個載荷子。載荷子可在電場下漂移到電氣觸點119A和119B。該電場可以是外部電場。電氣觸點119B包括分立部分。在實施例中，載荷子可沿多個方向漂移，使得輻射的單個微粒所生成的載荷子基本上沒有由電氣觸點119B的兩個不同分立部分所共用(“基本上沒有共用”在這裏表示這些載荷子的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或者不到0.01%流動到分立部分中與載荷子的其餘部分不同的分立部分)。通過在電氣觸點119B的這些分立部分之一的佔用面積周圍入射的輻射的微粒所生成的載荷子基本上沒有與電氣觸點119B的這些分立部分的另一個共用。與電氣觸點119B的分立部分關聯的像素(例如內部像素150或週邊像素151)可以是分立部分周圍的一個區域，其中入射到其上的輻射的微粒所生成的基本上全部(超過98%、超過99.5%、超過99.9%或者超過99.99%)載荷子流動到電氣觸點119B的分立部分。即，這些載荷子的不到2%、不到0.5%、不到0.1%或者不到0.01流動到與電氣觸點119B的一個分立部分關聯的像素之外。
電子層120可包括電子系統121，其適合於處理或解釋入射到輻射吸收層110上的輻射所生成的信號。電子系統121可包括模擬電路(例如濾波器網路、放大器、積分器和比較器)或者數字電路(例如微處理器和記憶體)。電子系統121可包括一個或多個ADC。電子系統121可包括像素所共用的組件或者專用於單個像 素的組件。例如，電子系統121可包括專用於每個像素的放大器以及在全部像素之間共用的微處理器。電子系統121可通過通孔131電連接到像素。通孔之間的空間可填充有填充材料130，其可增加電子層120到輻射吸收層110的連接的機械穩定性。將電子系統121連接到像素而沒有使用通孔的其他接合技術是可能的。
由入射到輻射吸收層110上的輻射所生成的信號可採取電流形式。同樣，暗雜訊也可採取電流(例如從電氣觸點119B所流動的DC電流)的形式。如果可確知電流，則可對電子系統121補償電流(例如從其中轉移)。
圖3A和圖3B各示出按照實施例的電子系統121的組件圖。系統121包括電容器模組309，其電連接到二極體300的電極或者電氣觸點，其中電容器模組配置成收集來自電極的載荷子。電容器模組309能夠包括電容器，以及來自電極的載荷子對某個時間週期(“積分週期”在電容器上累積。在積分週期已經到期之後，電容器電壓被取樣，並且然後通過複位開關來複位。電容器模組能夠包括直接連接到電極的電容器。電容器可處於放大器的回饋路徑中。這樣配置的放大器稱作電容互阻抗放大器(CTIA)。CTIA通過阻止放大器飽和而具有高動態範圍，並且通過限制信號路徑中的帶寬來改進信噪比。
採取電流形式的暗雜訊如果未經補償，則連同輻射所生成的信號一起對電容器模組309中的電容進行充電。暗雜訊的一部分可歸因於半導體材料內的結晶缺陷。結晶缺陷的性質或密度在外圍像素和內部像素中可以是不同的。因為週邊像素可具有帶有晶格中的不連續性的側壁，所以暗雜訊對外圍像素151的影響可比暗雜訊對內部像素150的影響要大(例如要大10倍、要大100倍、要大1000倍)。例如，內部像素150的暗雜訊的電流可在微微安培(即，1-1000pA)的 範圍中；週邊像素151的暗雜訊的電流可在納米安培(即，1-1000nA)的範圍中。
圖4A和圖4B分別示出配置成補償採取電流形式的暗雜訊的電路。電流拉取模組388與電容器模組309的電容器並聯。電流拉取模組388可以是可調整的，使得它所拉取的電流補償輻射檢測器100的像素的暗雜訊的電流。因為週邊像素151的暗雜訊可不同於(例如大於)內部像素150的暗雜訊，所以電流拉取模組388可配置成向週邊像素151提供第一補償信號(例如第一補償電流)，並且向內部像素150提供第二補償信號(例如第二補償電流)。第一補償信號的幅值可比第二補償信號要大10倍或100倍或1000倍。第一補償信號在波形或頻率方面可不同於第二補償信號。在圖4A和圖4B所示的電路中，暗雜訊的電流經過電流拉取模組388來轉移，使得暗雜訊的電流沒有對電容器充電。
電子系統121可包括第一電壓比較器301、第二電壓比較器302、計數器320、開關305、伏特計306和控制器310，如圖3A和圖3B所示。
第一電壓比較器301配置成將二極體300的電極的電壓與第一閾值進行比較。二極體可以是通過第一摻雜區111、第二摻雜區113的分立區114之一以及可選本征區112所形成的二極體。備選地，第一電壓比較器301配置成將電氣觸點(例如電氣觸點119B的分立部分)的電壓與第一閾值進行比較。第一電壓比較器301可配置成直接監測電壓，或者通過對某個時間週期對流經二極體或電氣觸點的電流求積分來計算電壓。第一電壓比較器301可由控制器310可控地啟動或停用。第一電壓比較器301可以是連續比較器。即，第一電壓比較器301可配置成連續被啟動，並且連續監測電壓。配置為連續比較器的第一電壓比較器301降低系統121缺失入射輻射微粒所生成的信號的機會。當入射輻射強度較高時，配置為連續比較器的第一電壓比較器301是特別適合的。第一電壓比較器301 可以是定時比較器，其具有更低功率消耗的有益效果。配置為定時比較器的電壓比較器301可能使系統121缺失一些入射輻射微粒所生成的信號。當入射輻射強度較低時，缺失入射輻射微粒的機會較低，因為兩個連續光子之間的時間間隔較長。因此，當入射輻射強度較低時，配置為定時比較器的第一電壓比較器301是特別適合的。第一閾值可以是一個入射輻射微粒可在二極體或電阻器中生成的最大電壓的5-10%、10%-20%、20-30%、30-40%或40-50%。最大電壓可取決於入射輻射微粒的能量(即，入射輻射的波長)、輻射吸收層110的材料和其他因素。例如，第一閾值可以是50mV、100mV、150mV或200mV。
第二電壓比較器302配置成將電壓與第二閾值進行比較。第二電壓比較器302可配置成直接監測電壓，或者通過對某個時間週期對流經二極體或電氣觸點的電流求積分來計算電壓。第二電壓比較器302可以是連續比較器。第二電壓比較器302可由控制器310可控地啟動或停用。當停用第二電壓比較器302時，第二電壓比較器302的功率消耗可小於啟動第二電壓比較器302時的功率消耗的1%、5%、10%或20%。第二閾值的絕對值大於第一閾值的絕對值。如本文所使用的術語實數x的“絕對值”或“模量”｜x｜是x的非負值，而不考 慮其符號。即，。第二閾值可以是第一閾值的200%-300%。第二閾值可以是一個入射輻射微粒可在二極體或電阻器中生成的最大電壓的至少50%。例如，第二閾值可以是100mV、150mV、200mV、250mV或300mV。第二電壓比較器302和第一電壓比較器301可以是同一組件。即，系統121可具有一個電壓比較器，其能夠在不同時間將電壓與兩個不同閾值進行比較。
第一電壓比較器301或者第二電壓比較器302可包括一個或多個op-amp或者任何其他適當電路。第一電壓比較器301或第二電壓比較器302可具有高速 度，以允許系統121在入射輻射的高通量下操作。但是，具有高速度常常以功率消耗為代價。
計數器320配置成記錄到達二極體或電阻器的輻射微粒的數量。計數器320可以是軟體組件(例如電腦記憶體中存儲的數值)或硬體組件(例如4017 IC和7490 IC)。
控制器310可以是硬體組件，例如微控制器或者微處理器。控制器310配置成從第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值(例如，電壓的絕對值從低於第一閾值的絕對值增加到等於或高於第一閾值的絕對值的值)的時間開始時間延遲。在這裏使用絕對值，因為電壓可以為負或正，這取決於是二極體的陰極還是陽極的電壓或者使用哪一個電氣觸點。控制器310可配置成在第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值的時間之前保持停用第一電壓比較器301的操作不要求的第二電壓比較器302、計數器320和任何其他電路。時間延遲可在電壓變穩定、即電壓的變化率基本上為零之前或之後到期。詞語“電壓的變化率基本上為零”表示電壓的時間變化小於0.1%/ns。詞語“電壓的變化率基本上為非零”表示電壓的時間變化至少為0.1%/ns。
控制器310可配置成在該時間延遲期間(包括開始和到期)啟動第二電壓比較器。在實施例中，控制器310配置成在時間延遲開始時啟動第二電壓比較器。術語“啟動”表示使組件進入操作狀態(例如通過發送諸如電壓脈衝或邏輯電平之類的信號、通過提供電力等)。術語“停用”表示使組件進入非操作狀態(例如通過發送諸如電壓脈衝或邏輯電平之類的信號、通過切斷電力等)。操作狀態可具有比非操作狀態要高的功率消耗(例如高10倍、高100倍、高1000倍)。控制 器310本身可停用，直到第一電壓比較器301的輸出在電壓的絕對值等於或超過第一閾值的絕對值時啟動控制器310。
控制器310可配置成在時間延遲期間、第二電壓比較器302確定電壓的絕對值等於或超過第二閾值的絕對值時，使計數器320所記錄的數量增加一。
控制器310可配置成在時間延遲到期時使伏特計306測量電壓。控制器310可配置成將電極連接到電接地，以便重置電壓，並且排放電極上累積的任何載荷子。在實施例中，電極在時間延遲到期之後連接到電接地。在實施例中，電極對有限重置時間週期連接到電接地。控制器310可通過控制開關305將電極連接到電接地。開關可以是電晶體(例如場效應電晶體(FET))。
控制器310可配置成控制電流拉取模組388。例如，控制器310可通過控制電流拉取模組388來改變暗雜訊的補償的幅值或波形或頻率。控制器310可運行指令，並且由此實現圖7和圖8的流程。
圖5示意示出入射到二極體或電阻器上的輻射微粒所生成的載荷子所引起的流經電極的電流的時間變化(上曲線)以及電極的電壓的對應時間變化(下曲線)。電壓可以是電流相對時間的積分。在時間t0，輻射微粒照射二極體或電阻器，載荷子在二極體或電阻器中生成，電流開始流經二極體或電阻器的電極，並且電極或電氣觸點的電壓的絕對值開始增加。在時間t1，第一電壓比較器301確定電壓的絕對值等於或超過t1閾值V1的絕對值，以及控制器310開始時間延遲TD1，並且控制器310可在TD1開始時停用第一電壓比較器301。如果在t1之前停用控制器310，則在t1啟動控制器310。在TD1期間，控制器310啟動第二電壓比較器302。如這裏所使用的術語在時間延遲“期間”表示開始和到期(即，結束)以及它們之間的任何時間。例如，控制器310可在TD1到期時啟動第 二電壓比較器302。如果在TD1期間，第二電壓比較器302確定電壓的絕對值在時間t2等於或超過t2閾值V2的絕對值，則控制器310使計數器320所記錄的數量增加一。在時間te，輻射微粒所生成的全部載荷子漂移出輻射吸收層110。在時間ts，時間延遲TD1到期。在圖5的示例中，時間ts在時間te之後；即，TD1在輻射微粒所生成的全部載荷子漂移出輻射吸收層110之後到期。因此，電壓的變化率在ts基本上為零。控制器310可配置成在TD1到期時或者在t2或者它們之間的任何時間停用第二電壓比較器302。
控制器310可配置成在時間延遲TD1到期時使伏特計306測量電壓。在實施例中，控制器310在電壓的變化率在時間延遲TD1到期後變成基本上為零之後使伏特計306測量電壓。在這個時刻的電壓與輻射微粒所生成的載荷子量成比例，其涉及輻射微粒的能量。控制器310可配置成基於伏特計306所測量的電壓來確定輻射微粒的能量。確定能量的一種方式是通過對電壓分箱來確定能量。計數器320可具有每格的子計數器。當控制器310確定輻射微粒的能量落入格中時，控制器310可使那一格的子計數器所記錄的數量增加一。因此，系統121可以能夠檢測輻射圖像，並且可以能夠解析每個輻射微粒的輻射微粒能量。
圖6示意示出按照圖5所示方式進行操作的系統121中通過暗雜訊所引起的流經電極的電流的時間變化(上曲線)以及電極的電壓的對應時間變化(下曲線)。在時間t0，暗雜訊開始。如果暗雜訊不夠大以使電壓的絕對值超過V1的絕對值，則控制器310不啟動第二電壓比較器302。如果雜訊如第一電壓比較器301所確定在時間t1足夠大以使電壓的絕對值超過V1的絕對值，則控制器310開始時間延遲TD1，並且控制器310可在TD1開始時停用第一電壓比較器301。在TD1期間(例如在TD1到期時)，控制器310啟動第二電壓比較器302。
內部像素150的暗雜訊在TD1期間不太可能足夠大以使電壓的絕對值超過V2的絕對值。因此，控制器310沒有使計數器320所記錄的數量增加。在時間te，雜訊結束。在時間ts，時間延遲TD1到期。控制器310可配置成在TD1到期時停用第二電壓比較器302。如果電壓的絕對值在TD1期間不超過V2的絕對值，則控制器310可配置成不使伏特計306測量電壓。在TD1到期之後，控制器310對複位週期RST將電極連接到電接地，以允許因雜訊而在電極上累積的載荷子流動到接地，並且重置電壓。
輻射檢測器的週邊像素151的暗雜訊在幅值方面可比內部像素150的暗雜訊要大許多(例如要大10倍、要大100倍或者要大1000倍)。V2的絕對值對於週邊像素151可比對於內部像素150要大。週邊像素151的V2的絕對值可憑經驗選擇為充分高，以使得週邊像素151的暗雜訊所引起的電壓的絕對值在TD1期間不超過V2的絕對值，由此阻止計數器320所記錄的數量因暗雜訊而增加。週邊像素151的V2的絕對值可憑經驗選擇成使得入射輻射微粒所引起的電壓的絕對值在TD1期間超過V2的絕對值。在時間te，雜訊結束。在時間ts，時間延遲TD1到期。控制器310可配置成在TD1到期時停用第二電壓比較器302。如果電壓的絕對值在TD1期間不超過V2的絕對值，則控制器310可配置成不使伏特計306測量電壓。在TD1到期之後，控制器310對複位週期RST將電極連接到電接地，以允許因雜訊而在電極上累積的載荷子流動到接地，並且重置電壓。因此，系統121在雜訊抑制方面可極為有效。
圖7示意示出使用輻射檢測器100的方法的流程圖。在過程2010，例如通過在輻射檢測器100沒有接收輻射的同時測量信號，來確定週邊像素151的電信號中的第一暗雜訊的份額2020。在過程2030，第一補償信號2040基於第一暗雜訊的份額2020來確定。在過程2015，例如通過在輻射檢測器100沒有接收輻射 的同時測量內部像素150的電信號，來確定內部像素150的電信號中的第二暗雜訊的份額2025。在過程2035，第二補償信號2045基於第二暗雜訊的份額2025來確定。第一補償信號2040可以是電流，或者第二補償信號2045可以是電流，其中電流可由電流拉取模組388來輸出，並且可在幅值或波形或頻率方面是不同的。在過程2050，採用第一補償信號2040對輻射檢測器100的週邊像素151的電信號來補償第一暗雜訊，和/或採用第二補償信號2045對內部像素150的電信號來補償第二暗雜訊。
系統121沒有模擬濾波器網路(例如RC網路)。在實施例中，系統121沒有模擬電路。
在實施例中，伏特計306可將所測量的電壓作為模擬或數字信號來饋送給控制器310。
按照實施例，輻射檢測器可用於X射線檢測應用。
圖8示意示出包括本文所述輻射檢測器100的系統。該系統可用於醫療成像，例如胸腔X射線照相、腹部X射線照相等。該系統包括脈衝輻射源1201，其發射X射線。從脈衝輻射源1201所發射的X射線穿透對象1202(例如，人體部位，例如胸腔、肢體、腹部)，通過對象1202的內部結構(例如骨骼、肌肉、脂肪和器官等)不同程度地被衰減，並且投射到輻射檢測器100。輻射檢測器100通過檢測X射線的強度分佈來形成圖像。
圖9示意示出包括本文所述輻射檢測器100的系統。該系統可用於醫療成像，例如牙科X射線照相。該系統包括脈衝輻射源1301，其發射X射線。從脈衝輻射源1301所發射的X射線穿透對象1302，其是哺乳動物(例如人類)口腔的部分。對象1302可包括上頜骨、齶骨、牙齒、下頜骨或舌頭。X射線通過對象 1302的不同結構不同程度地被衰減，並且投射到輻射檢測器100。輻射檢測器100通過檢測X射線的強度分佈來形成圖像。牙齒比蛀牙、感染、牙周膜要更多地吸收X射線。由牙科患者所接收的X射線輻射的劑量通常較小(對全口系列為大約0.150mSv)。
圖10示意示出包括本文所述輻射檢測器100的貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統。該系統可用於檢查和識別運輸系統(例如集裝箱、車輛、船舶、行李等)中的商品。該系統包括脈衝輻射源1401。從脈衝輻射源1401所發射的輻射可從對象1402(例如集裝箱、車輛、船舶等)後向散射，並且投射到輻射檢測器100。對象1402的不同內部結構可不同地後向散射輻射。輻射檢測器100通過檢測後向散射輻射的強度分佈和/或後向散射輻射的能量來形成圖像。
圖11示意示出包括本文所述輻射檢測器100的另一個貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統。該系統可用於公共交通車站和機場的行李檢查。該系統包括脈衝輻射源1501，其發射X射線。從脈衝輻射源1501所發射的X射線可穿透一件行李1502，通過行李的內容以不同方式衰減，並且投射到輻射檢測器100。輻射檢測器100通過檢測所透射X射線的強度分佈來形成圖像。該系統可展現行李的內容，並且識別對公共交通所禁止的商品(例如火器、麻醉劑、銳器、易燃品)。
圖12示意示出包括本文所述輻射檢測器100的全身掃描器系統。全身掃描器系統可為了安檢而檢測人體上的對象，而無需物理上移開服裝或進行物理接觸。該全身掃描器系統可以能夠檢測非金屬對象。該全身掃描器系統包括脈衝輻射源1601。從脈衝輻射源1601所發射的輻射可從被檢查人體1602和其上的對象後向散射，並且投射到輻射檢測器100。對象和人體可不同地後向散射輻射。 輻射檢測器100通過檢測後向散射輻射的強度分佈來形成圖像。輻射檢測器100和脈衝輻射源1601可配置成沿線性或旋轉方向來掃描人體。
圖13示意示出X射線電腦斷層掃描(x射線CT)系統。X射線CT系統使用電腦處理X射線來產生被掃描對象的特定區域的斷層掃描圖像(虛擬“層面”)。斷層掃描圖像可用於各種醫學學科中的診斷和治療目的或者用於瑕疵檢測、故障分析、度量衡、組合件分析和逆向工程。X射線CT系統包括本文所述的輻射檢測器100以及發射X射線的脈衝輻射源1701。輻射檢測器100和脈衝輻射源1701可配置成沿一個或多個圓形或螺旋路徑同步地旋轉。
圖14示意示出電子顯微鏡。電子顯微鏡包括電子源1801(又稱作電子槍)，其配置成發射電子。電子源1801可具有各種發射機構，例如熱離子、光電陰極、冷發射或等離子體源。所發射電子經過電子光系統1803，其可配置成對電子進行整形、加速或聚焦。電子然後到達樣本1802，並且圖像檢測器可從其中形成圖像。電子顯微鏡可包括本文所述的輻射檢測器100，以用於執行能量擴散X射線光譜(EDS)。EDS是用於樣本的元素分析或化學表徵的分析技術。當電子入射到樣本時，它們引起特性X射線從樣本的發射。入射電子可激發樣本的原子的內核層中的電子，從而在創建電子所在的電子空穴的同時將它從殼層中逐出。來自更高能量外殼層的電子然後填充空穴，並且更高能量殼層與更低能量殼層之間的能量的差可採取X射線形式來釋放。從樣本所發射的X射線的數量和能量能夠由輻射檢測器100來測量。
這裏所述的輻射檢測器100可得到其他應用，例如在X射線望遠鏡、X射線乳房X射線照相、工業X射線缺陷檢測、X射線顯微鏡或顯微射線照相、x射線鑄件檢查、X射線無損測試、X射線焊接檢查、X射線數字減影血管造影等。 可適合使用這個輻射檢測器100代替照相底板、膠片、PSP板、X射線圖像增強器、閃爍器或者X射線檢測器。
雖然本文公開了各個方面和實施例，但是其他方面和實施例將是本領域的技術人員清楚知道的。本文所公開的各個方面和實施例是為了便於說明而不是要進行限制，其中真實範圍和精神通過以下權利要求書來指示。

Claims (35)

  1. 一種輻射檢測器，包括：按照陣列所佈置的像素，所述像素包括在所述陣列周邊的週邊像素以及在所述陣列內部的內部像素，所述像素的每個配置成在暴露於輻射時在其電極上生成電信號；電子系統，配置成向所述週邊像素提供對所述週邊像素的暗雜訊的第一補償，並且向所述內部像素提供對所述內部像素的暗雜訊的第二補償，所述第一補償和所述第二補償是不同的。
  2. 如申請專利範圍第1項之輻射檢測器，其中，所述電子系統配置成通過向所述週邊像素提供第一電流來提供所述第一補償，並且通過向所述內部像素提供第二電流來提供所述第二補償，所述第一電流和所述第二電流是不同的。
  3. 如申請專利範圍第2項之輻射檢測器，其中，所述第一電流和所述第二電流在幅值、波形或頻率方面是不同的。
  4. 如申請專利範圍第2項之輻射檢測器，其中，所述第一電流的幅值比所述第二電流的幅值要大至少10倍。
  5. 如申請專利範圍第1項之輻射檢測器，其中，所述輻射是X射線。
  6. 如申請專利範圍第1項之輻射檢測器，其中，所述像素的每個包括輻射吸收層和電極；其中所述電子系統包括：第一電壓比較器，配置成將所述電極的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，配置成將所述電壓與第二閾值進行比較；計數器，配置成記錄所述輻射吸收層所吸收的輻射微粒的數量； 控制器；其中所述控制器配置成從所述電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值的時間開始時間延遲；所述控制器配置成在所述時間延遲期間啟動所述第二電壓比較器；所述控制器配置成在所述第二電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第二閾值的絕對值時，使所述計數器所記錄的所述數值增加一。
  7. 如申請專利範圍第6項之輻射檢測器，其中，所述控制器配置成在所述時間延遲開始或到期時啟動所述第二電壓比較器。
  8. 如申請專利範圍第6項之輻射檢測器，還包括伏特計，其中所述控制器配置成在所述時間延遲到期時使所述伏特計測量所述電壓。
  9. 如申請專利範圍第8項之輻射檢測器，其中，所述控制器配置成基於在所述時間延遲到期時所測量的所述電壓的值來確定輻射微粒。
  10. 如申請專利範圍第6項之輻射檢測器，其中，所述控制器配置成將所述電極連接到電接地。
  11. 如申請專利範圍第6項之輻射檢測器，其中，所述電壓的變化率在所述時間延遲到期時基本上為零。
  12. 如申請專利範圍第6項之輻射檢測器，其中，所述電壓的變化率在所述時間延遲到期時基本上為非零。
  13. 如申請專利範圍第1項之輻射檢測器，其中，所述像素的每個包括二極體或電阻器。
  14. 如申請專利範圍第1項之輻射檢測器，其中，所述像素的每個包括矽、鍺、GaAs、CdTe、CdZnTe或者其組合。
  15. 如申請專利範圍第1項之輻射檢測器，其中，所述輻射檢測器沒有包括閃爍器。
  16. 一種輻射檢測器，包括：按照陣列所佈置的像素，所述像素包括在所述陣列周邊的週邊像素以及在所述陣列內部的內部像素，所述像素的每個配置成在暴露於輻射時在其電極上生成電信號，所述像素的每個包括輻射吸收層和電極；一種電子系統，包括：第一電壓比較器，配置成將所述電極的電壓與第一閾值進行比較；第二電壓比較器，配置成將所述電壓與第二閾值進行比較；計數器，配置成記錄所述輻射吸收層所吸收的輻射微粒的數量；控制器；其中所述控制器配置成從所述電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第一閾值的絕對值的時間開始時間延遲；所述控制器配置成在所述時間延遲期間啟動所述第二電壓比較器；所述控制器配置成在所述第二電壓比較器確定所述電壓的絕對值等於或超過所述第二閾值的絕對值時，使所述計數器所記錄的所述數值增加一；所述電子系統配置成對於所述週邊像素和所述內部像素應用所述第二閾值的不同幅值。
  17. 如申請專利範圍第16項之輻射檢測器，其中，所述控制器配置成在所述時間延遲開始或到期時啟動所述第二電壓比較器。
  18. 如申請專利範圍第16項之輻射檢測器，還包括伏特計，其中所述控制器配置成在所述時間延遲到期時使所述伏特計測量所述電壓。
  19. 如申請專利範圍第17項之輻射檢測器，其中，所述控制器配置成基於在所述時間延遲到期時所測量的所述電壓的值來確定輻射微粒。
  20. 如申請專利範圍第16項之輻射檢測器，其中，所述控制器配置成將所述電極連接到電接地。
  21. 如申請專利範圍第16項之輻射檢測器，其中，所述電壓的變化率在所述時間延遲到期時基本上為零。
  22. 如申請專利範圍第16項之輻射檢測器，其中，所述電壓的變化率在所述時間延遲到期時基本上為非零。
  23. 如申請專利範圍第16項之輻射檢測器，其中，所述週邊像素的所述第二閾值的所述絕對值比所述內部像素的所述第二閾值的所述絕對值要高。
  24. 一種包括如申請專利範圍第1-23任一項之輻射檢測器以及X射線源的系統，其中，所述系統配置成對人體胸腔或腹部執行X射線照相。
  25. 一種包括如申請專利範圍第1-23任一項之輻射檢測器以及X射線源的系統，其中，所述系統配置成對人體口腔執行X射線照相。
  26. 一種貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統，包括包括如申請專利範圍第1-23任一項之輻射檢測器以及X射線源，其中所述貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統配置成使用後向散射X射線來形成圖像。
  27. 一種貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統，包括包括如申請專利範圍第1-23任一項之輻射檢測器以及X射線源，其中所述貨物掃描或者非侵入式檢查(NII)系統配置成使用經過被檢查對象所透射的X射線來形成圖像。
  28. 一種包括如申請專利範圍第1-23任一項之輻射檢測器以及輻射源的全身掃描器系統。
  29. 一種包括如申請專利範圍第1-23任一項之輻射檢測器以及輻射源的電腦斷層掃描(CT)系統。
  30. 一種包括如申請專利範圍第1-23任一項之輻射檢測器以及電子源和電子光學系統的電子顯微鏡。
  31. 一種包括如申請專利範圍第1-23任一項之輻射檢測器的系統，其中所述系統是X射線望遠鏡或X射線顯微鏡，或者其中所述系統配置成執行乳房X射線照相、工業缺陷檢測、顯微射線照相、鑄件檢查、焊接檢查或數字減影血管造影。
  32. 一種使用輻射檢測器的方法，其中，所述輻射檢測器包括按照陣列所佈置的像素，所述像素包括在所述陣列周邊的週邊像素以及在所述陣列內部的內部像素，所述像素的每個配置成在暴露於輻射時在其電極上生成電信號；所述方法包括：確定所述週邊像素的所述電信號中的第一暗雜訊的份額；確定所述內部像素的所述電信號中的第二暗雜訊的份額；基於所述第一暗雜訊的所述份額來確定第一補償信號並且基於所述第二暗雜訊的所述份額來確定第二補償信號；以及採用所述第一補償信號對所述週邊像素的所述電信號來補償所述第一暗雜訊，並且採用所述第二補償信號對所述內部像素的所述電信號來補償所述第二暗雜訊；其中所述第一補償信號和所述第二補償信號是不同的。
  33. 如申請專利範圍第32項之方法，其中，所述第一暗雜訊的所述份額或者所述第一暗雜訊的所述份額通過在所述輻射檢測器沒有接收輻射的同時測量所述電信號來確定。
  34. 如申請專利範圍第32項之方法，其中，所述第一補償信號和所述第二補償信號是電流。
  35. 如申請專利範圍第32項之方法，其中，所述第一補償信號和所述第二補償信號在幅值、波形或頻率方面是不同的。
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