[发明专利]一种互补金属氧化物半导体时间延迟积分式感测器

说明书

技术领域

本发明涉及固态影像感测器领域，更特别有关于一种用于X光影像扫瞄应用的互补金属氧化物半导体(CMOS)时间延迟与积分(TDI)式感测器。

背景技术

本发明有关于时间延迟与积分(TDI)式互补金属氧化物半导体(CMOS)线性影像感测器，其适用于高速X光影像扫瞄应用。通常时间延迟与积分影像感测器使用于高速线扫瞄应用，其积分输入光线信号非常低。在正常线扫瞄应用中，增加积分输入光线信号的一种方式为降低扫瞄速度，且亦因此增加积分时间。此时间延迟与积分感测器允许线扫瞄侦测器系统增加光线信号，且不会牺牲扫瞄速率。此时间延迟与积分感测器使用电荷移转装置，例如电荷耦合装置(CCD)，且以正常方式执行。

在电荷耦合装置时间延迟与积分阵列中，各侦测器像素包括N级时间延迟与积分位置。例如，对于一种M个像素的线性侦测器，其包含二因次MxN级电荷耦合装置阵列，此用于各像素的N级电荷耦合装置是与扫瞄方向平行。此第一级电荷耦合装置在操作中，在等于一线时间的积分时间中将光线信号积分。此信号电荷将从电荷耦合装置的第一级移转至第二级，而在扫瞄下的物件亦与信号电荷的移动同步，从电荷耦合装置的第一级移至第二级。此第二级电荷耦合装置对于相同物件在第二积分时间期间，将信号电荷积分。因此，在积分时间结束时，此在第二级电荷耦合装置的信号电荷为其从第一级所接收信号电荷的两倍。接着，第二级电荷耦合装置的信号电荷与物件的移动同步移至第三级。此第三级电荷耦合装置除了由第二级所接收信号的外，再度将光线信号积分。此过程重复，且当其抵达最后N级电荷耦合装置时，光线信号增大N倍。然后，利用一输出电荷耦合装置暂存器依序读出M个像素信号。

虽然，此电荷耦合装置时间延迟与积分影像系统广泛地使用于可视高速工业检视应用与医疗X光扫瞄应用，例如电脑断层(CT)扫瞄与牙齿全景扫瞄，其在X光工业检视应用中的确有缺点。在X光工业检视系统中，在正常情况下，此侦测器像素尺寸相较于正常电荷耦合装置感测器像素尺寸为相当大。在此种应用中，所须像素尺寸的范围从数毫米至数十毫米。当像素尺寸增加时，电荷耦合装置的扫瞄速率大幅降低，因此不适合用于此种应用。

此电荷耦合装置时间延迟与积分影像系统的第二个缺点为，其非常容易遭受到X光幅射损害。医疗X光扫瞄应用中，所使用X光能量与剂量，在正常情况下低于工业检视应用许多。在医疗应用中，不仅X光剂量受到联邦药品管理局(FDA)管制，由于人类软组织，其能量在正常情况下低于100K电子伏特(ev)。对于工业应用，取决于所须检视材料种类，其所使用能量范围从50K电子伏特至15M电子伏特。由于在工业检视系统中，并无规定以限制X光剂量，其所使用剂量可以高于医疗扫瞄系统用剂量许多。此在X光下电荷耦合装置感测器的幅射曝露累积会增加其暗电流，移动其井电位，且因此会减少其可使用年限。

发明内容

本发明的目的在于实施互补金属氧化物半导体(CMOS)侦测器系统，其可以减轻在X光工业检视系统中，电荷耦合装置侦测器的缺点。由于在电荷领域中信号电荷并不会从一个互补金属氧化物半导体电路移至另一个互补金属氧化物半导体电路，使得更难以使用互补金属氧化物半导体电路，以执行时间延迟与积分感测器。本发明的方法使用电荷积分与加总放大器，以执行在互补金属氧化物半导体电路中的时间延迟与积分感测器。

因此，本发明的目的为提供一种时间延迟与积分(TDI)式影像感测结构，其可以使用标准互补金属氧化物半导体工艺实施。

本发明的另一目的为提供一种时间延迟与积分影像感测侦测器系统，其适合之技术，例如使用于X光工业侦测系统中的较大像素-至-像素间距，而不会牺牲读取速度。

本发明还有另一目的为提供一种X光时间延迟与积分侦测系统，其中互补金属氧化物半导体电路可以与光二极管侦测器分开，以致于可以容易地屏蔽互补金属氧化物半导体电路，以避免X光幅射损害。