摄像器件、放射线检测装置及它们的控制方法制造方法及图纸

光电转换元件将光转换成电荷且积累所述电荷。浮动扩散区域生成与从所述光电转换元件传输过来的电荷量对应的电压。浮动扩散区域复位晶体管使所生成的所述电压初始化。转换部执行用于将所述电压转换成数字信号的转换处理。光电转换元件复位晶体管在所述电压被初始化之后的预定时间点使积累于所述光电转换元件中的所述电荷量初始化。当从所述预定时间点已经经过了比所述转换处理所需要的时间短的曝光时间时，传输晶体管执行从所述光电转换元件向所述浮动扩散区域的传输。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及摄像器件、放射线检测装置及摄像器件的控制方法。更具体地，本技术涉及被配置成能够检测微弱光的摄像器件、放射线检测装置及摄像器件的控制方法。
技术介绍
近年来，已经广泛地引进了使用SPECT(单光子发射型计算机断层摄影(SinglePhotonEmissionComputedTomography)，即伽马照相机)和PET(正电子发射型断层摄影(PositronEmissionTomography))的医疗诊断设备。在这样的基于SPECT和PET的放射线的光子计数中，需要检测装置具有较高的时间分辨率(temporalresolution)，且同时，需要该检测装置能够检测出放射线的各个光子的能量强度，且能够根据所述能量强度来执行计数的筛选。例如，将诸如锝等微量的伽马射线源导入到身体内，且从发射出的伽马射线的位置信息求出伽马射线源的体内分布，由此诊断身体内的血流状态和诸如缺血症等相关疾病。在这种检测中，已经提议了一种使用SPECT(伽马照相机)设备并且在该SPECT设备中使用闪烁体和光电倍增管的构造(例如，参看专利文献PTLI)。曾经提议了一种不仅能够检测伽马射线的入射位置而且还能够检测伽马射线的能量强度的SPECT设备(例如，参看专利文献PTL2)。现在将会解释SPECT设备中的伽马射线检测的概要。这种SPECT设备包括准直器、闪烁体、光电倍增管、转换器件和计算器件。当从身体内的伽马射线源生成的伽马射线穿过准直器且入射到闪烁体时，闪烁体发出荧光，且以阵列的形式被布置着的光电倍增管检测该荧光的光。光电倍增管放大所述光且发射电流脉冲，并且这些电流脉冲经过包括电压转换器件、放大器和AD转换器在内的转换器件且作为入射到各个光学检测元件的入射光量值而被输出至计算器件。另一方面，身体内的由于康普顿散射而被衰减的伽马射线可以穿过准直器且可以被检测到。这个信号是已经失去了它的原始位置信息的噪声。还可能存在着作为由于宇宙放射线而引起的极高的信号而被发出的噪声。SPECT设备利用与没有受到散射影响的初级伽马射线的能量区别来过滤这些噪声。计算器件基于由与各个光电倍增管连接的转换器件给出的输出来区别各个伽马射线的噪声且执行位置判定。在闪烁体由单个板制成的情况下，它的发光被多个光电倍增管同时检测。例如，计算器件根据输出的总和来鉴定伽马射线的能量，且根据输出的重心来鉴定伽马射线的入射位置。为了将各个伽马射线入射作为独立事件进行判定，这些工作需要以极高的速度来完成。对如上所述被判定为初级(即，不是噪声)的伽马射线的事件数量进行计数，且鉴定出伽马射线源的体内分布。前述的基于能量区别的放射线的光子计数能够过滤已经丢失了位置信息从而成为噪声的散射放射线，且能够提供高的摄像对比度，且因此，基于能量区别的放射线的光子计数近年来也被用于X射线的透射摄像，且它的效果正在获得人们的认可。已经提议了使用光子计数来摄取X射线的透射图像的装置(例如，参看专利文献PTL3和PTL4)，并且期待它们能够应用于乳房摄影(mammography)和X射线CT(计算机断层扫描)。另一方面，本申请的专利技术人曾经提出了一种新的基于光子计数的摄像器件，该摄像器件通过利用时间分割和基于多个像素的区块分割来增大动态范围(例如，参看专利文献PTL5)。这种摄像器件是在CMOS(互补金属-氧化物半导体；ComplementaryMetal-OxideSemiconductor)成像仪的电路构造的基础上被构建的。这样的器件还能够被用作如下的光子计数器件：其中，该芯片内的整个像素阵列被用作单个光接收表面。引用文献列表专利文献PTL1：日本专利申请特开JP2006-242958APTL2：日本专利申请特表JP2006-508344WPTL3：日本专利申请特开JP2011-24773APTL4：日本专利申请特开JP2004-77132APTL5：日本专利申请特开JP2011-97581A
技术实现思路
要解决的技术问题然而，上述器件很难正确地检测光子数量。首先，如专利文献PTL1到PTL5中所说明的那样，假设利用闪烁和半导体光子计数器(该半导体光子计数器使用半导体CMOS成像仪或与其类似的结构)的组合来对放射线进行计数。在使用这样的结构来检测光的情况下，光检测的时间分辨率是由帧速率(framerate)来规定的。这个帧速率是由对全部有效像素进行读取和输出而要求具备的电路性能来规定的，且该帧速率通常是在几毫秒至几十毫秒的量级内。例如，在伽马照相机中，入射到每一平方毫米的光接收部中的放射线数量是每秒100个以下。但是在乳房摄影中，入射的放射线数量是每秒几万至几百万个。在CT摄像中，入射的放射线数量更是高出一个数量级。为了对全部的放射线进行计数，必须在几个微秒或纳秒的量级内完成检测和判定的循环。因此，当放射线光子计数被应用于乳房摄影和CT摄像时，存在着时间分辨率可能不足的问题。在这种情况下，考虑具有64行×64列的像素阵列的CMOS成像仪。这种CMOS成像仪还包括检测判定电路、寄存器和输出电路。在该CMOS成像仪中，由各个像素检测的入射光作为经过光电转换的电荷而被积累在像素中。检测判定电路是针对每一列而被设置的。各个检测判定电路具有例如AD(模拟-数字；AnalogtoDigital)转换器件，且每个AD转换器件与一列中的64个像素连接。当利用检测电路来读取像素输出时，选择任一给定行，且来自64个像素的输出被64个检测电路并行地读取且被执行从模拟到数字的转换，并且光子的有/无是依据数字来判定的。经过检测和判定的各个像素的输出结果被暂时地保存在寄存器中，且在下一行的读取期间内被传输至输出电路，并且作为数字数据而被输出。依次且以循环的方式来读取各个行，且当进行了64次读取时，一轮的读取就被完成了。当所积累的电荷因读取而被传输时，光电二极管被复位，且因此，曝光时间和经过光电转换的电荷的积累期间被设置为从当某一帧被读取的时候到当下一帧被读取的时候。假设上述的CMOS成像仪作为具有单个光接收表面的光接收器件而被用来代替上述的光电倍增管。例如，假设在各个成像仪的前表面上都设置有光扩散装置，以使得来自闪烁体的荧光以大体上均匀的方式入射到该成像仪中。当在任何给定帧的第X行的曝光时间内的T2_1时刻X射线入射到闪烁体中时，在这个时候发出的荧光被全部像素同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种摄像器件，其包括：光电转换元件，所述光电转换元件被构造成将光转换成电荷且积累所述电荷；浮动扩散区域，所述浮动扩散区域被构造成生成与从所述光电转换元件传输过来的电荷量对应的电压；光电转换元件复位晶体管，所述光电转换元件复位晶体管被构造成使积累于所述光电转换元件中的电荷量初始化；以及传输晶体管，所述传输晶体管被构造成在曝光时间的期间内将所积累的所述电荷从所述光电转换元件向所述浮动扩散区域传输，其中所述曝光时间的开始对应于所述光电转换元件复位晶体管从第一状态向第二状态的转变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.10 JP 2013-2126121.一种摄像器件，其包括：
光电转换元件，所述光电转换元件被构造成将光转换成电荷且积累
所述电荷；
浮动扩散区域，所述浮动扩散区域被构造成生成与从所述光电转换
元件传输过来的电荷量对应的电压；
光电转换元件复位晶体管，所述光电转换元件复位晶体管被构造成
使积累于所述光电转换元件中的电荷量初始化；以及
传输晶体管，所述传输晶体管被构造成在曝光时间的期间内将所积
累的所述电荷从所述光电转换元件向所述浮动扩散区域传输，
其中所述曝光时间的开始对应于所述光电转换元件复位晶体管从第
一状态向第二状态的转变。
2.根据权利要求1所述的摄像器件，其进一步包括：
像素阵列部，所述像素阵列部包括多个像素，所述多个像素中的各
个像素都包括所述光电转换元件、所述浮动扩散区域、浮动扩散区域复
位晶体管、所述光电转换元件复位晶体管、转换部和所述传输晶体管，
其中，所述像素阵列部被划分成多个区块，
所述浮动扩散区域复位晶体管被构造成使所生成的所述电压初始
化，并且
所述转换部被构造成针对所述多个区块中的各个区块而将所生成的
所述电压转换成数字信号且输出转换后的所述数字信号。
3.根据权利要求2所述的摄像器件，其进一步包括：
保存部，所述保存部被构造成提供针对于所述多个区块中的各个区
块的噪声成分保存部，其中所述噪声成分保存部被构造成保存由所述初
始化后的电压转换过来的数字信号以作为被保存的噪声成分；和
噪声消除部，所述噪声消除部被构造成执行噪声消除处理以从由所
生成的所述电压转换过来的所述数字信号中消除所述被保存的噪声成
分，
其中，所述光电转换元件复位晶体管使所述多个区块中的至少一个
区块中的所述电荷量初始化，
所述传输晶体管针对所述多个区块中的至少一个区块而将所积累的
所述电荷从所述光电转换元件向所述浮动扩散区域传输，并且
当所积累的所述电荷从所述光电转换元件向所述浮动扩散区域的所
述传输被执行时，所述转换部转换所述初始化后的电压和所生成的所述
电压中的各者。
4.根据权利要求2所述的摄像器件，其进一步包括：
噪声成分保存部，所述噪声成分保存部被构造成针对所述多个区块
中的至少一个区块而保存由所述初始化后的电压转换过来的数字信号以
作为被保存的噪声成分；和
噪声消除部，所述噪声消除部被构造成当所积累的所述电荷从所述
光电转换元件向所述浮动扩散区域的所述传输被执行时，所述噪声消除
部从由所生成的所述电压转换过来的所述数字信号中消除所述被保存的
噪声成分，
其中，所述光电转换元件复位晶体管针对所述多个区块中的至少一
个区块而使所述电荷量初始化，并且
所述传输晶体管针对所述多个区块中的至少一个区块而执行所积累
的所述电荷从所述光电转换元件向所述浮动扩散区域的所述传输。
5.根据权利要求1所述的摄像器件，其进一步包括：
转换部布置基板，所述转换部布置基板包括被布置于所述转换部布
置基板上的所述转换部；以及
像素布置基板，所述像素布置基板包括被布置于所述像素布置基板
上的所述光电转换元件、所述浮动扩散区域复位晶体管、所述光电转换
元件复位晶体管和所述传输晶体管，其中所述像素布置基板被堆叠在所
述转换部布置基板上。
6.一种放射线检测装置，其包括：
闪烁体，所述闪烁体被构造成当放射线入射到所述闪烁体中时所述

\t闪烁体生成光；
光电转换元件，所述光电转换元件被构造成将光转换成电荷且积累
所述电荷；
浮动扩散区域，所述浮动扩散区域被构造成生成与从所述光电转换
元件传输过来的电荷量对应的电压；
光电转换元件复位晶体管，所述光电转换元件复位晶体管被构造成
使积累于所述光电转换元件中的电荷量初始化；
传输晶体管，所述传输晶体管被构造成在曝光时间的期间内将所积
累的所述电荷从所述光电转换元件向所述浮动扩散区域传输，其中所述
曝光时间的开始对应于所述光电转换元件复位晶体管从第一状态至第二
状态的转变；以及
放射线检测部，所述放射线检测部被构造成基于已经被消除了噪声
的数字信号来检测在曝光时间内是否有所述放射线入射。
7.根据权利要求6所述的放射线检测装置，其进一步包括多个摄像
器件，各所述摄像器件包括多个像素，所述多个像素中的各个像素都包
括所述光电转换元件、所述浮动扩散区域、浮动扩散区域复位晶体管、
转换部、所述光电转换元件复位晶体管和所述传输晶体管，
其中，像素阵列部被划分成多个区块，
所述浮动扩散区域复位晶体管被构造成使所生成的所述电压初始
化，且
所述转换部被构造成针对所述多个区块中的各个区块而将所生成的
所述电压转换成数字信号且输出转换后的所述数字信号，并且
所述放射线检测部被构造成针对各个所述摄像器件而检测是否有所
述放射线入射到所述闪烁体中。
8.根据权利要求6的放射线检测装置，其中，所述放射线检测部基
于某一时段内的放射线检测数量来求出所述放射线的检测频率，且
当所述放射线的所述检测频率大于预定频率时，所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：西原利幸，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP