[发明专利]数字X射线传感器

摘要

一种X射线数字传感器(100)，其中，经配置用于接收光子(2)并将光子(2)转换成电荷(14)的半导体转换层(10)与半导体收集层(20)集成，所述半导体收集层(20)优选是CMOS ASIC，并由优选布置为六边形蜂窝图案的像素(22)形成，所述像素经配置以接收来自转换层(10)的电子(16)，并且其中每个收集像素(22)包括N个鉴别器(24i)，每个鉴别器经配置用于执行输入电荷(14)和自身阈值(25i)之间的比较，并用于在输入电荷(14)超过阈值时，执行0和1之间的瞬时转换，并且如果收集的电荷高于相应鉴别器(24i)中的阈值并低于紧接上部的鉴别器(24i+1)的阈值(25i+1)，则与每个鉴别器(24i)关联的计数器(26i)分别保持不变或其自身计数增加1，而其他计数器经配置用于保持它们自身的计数不变，以使计数器在邻近阈值限定的N个相应的能量带中测量光子(2)。提供一种校准装置，其包括用于针对所有像素(22)同时致动的装置并在每个像素(22)中包括用于每个鉴别器(24i)的数模转换器(DAC,28i)，所述数模转换器经配置用于接收预定数量的位的组合并生成对应于位的组合的电流；供应装置(206)，其用于将电流供应到每个像素(22)的放大装置(203)；逻辑装置(34)，其驻留在每个像素中并经配置用于执行迭代过程(80)以识别偏移校正过程，其中位的组合被生成并被转移到DAC(28i)，其生成对应的试验电流，所述电流通过供应装置(206)供应到放大装置(203)，逻辑装置读取计数器(26i)的计数，并在计数因试验电流增加时，使得该过程重复，或者在计数未因试验电流增加时，将后者作为校正电流存储在像素(22)的存储器单元(35)中。

主权项

一种数字X射线传感器(100)，其包括：半导体转换层(10)，其经配置用于接收X射线光子(2)，并用于将所述X射线光子(2)转换成电荷(14)；半导体收集层(20)，其与所述转换层(10)集成，所述收集层(20)由多个收集像素(22)形成，所述多个收集像素(22)被布置为预定图案，所述收集层(20)中的每个收集像素(22)经配置用于从所述转换层(10)接收所述电荷(14)的电子(16)；数据输出装置(213)，其用于将所述收集像素(22)收集的数据传递到采集电子设备(50)；其中每个收集像素(22)包括：放大装置(203)，其经布置用于接收所述电荷作为输入电荷，所述输入电荷包括所述转换层(10)产生的所述电子(16)，所述放大装置(203)经配置用于生成具有与所述输入电荷(16)成比例的峰值(21)的电压信号(17)；N个窗口鉴别器(24i)，每个鉴别器(24i)包括多个CMOS晶体管，每个鉴别器具有两个电荷阈值(25i,25i+1)，所述两个电荷阈值(25i,25i+1)包括下阈值(25i)和上阈值(25i+1)，每个鉴别器(24i)经配置用于：执行所述峰值(21)和所述两个电荷阈值(25i,25i+1)之间的比较，以及如果满足下列条件，则执行0电平和1电平之间的瞬时转换：所述峰值(21)高于所述下阈值(25i)，并且所述峰值(21)低于所述上阈值(25i+1)；其中，对于每个鉴别器(24i)，选自下面条件之间的至少一个条件发生：所述上阈值(25i+1)低于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述下阈值，具体地，所述上阈值(25i+1)等于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述下阈值；所述下阈值(25i)高于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述下阈值，具体地，所述下阈值(25i)等于不同于所述每个鉴别器(24i)的所述鉴别器(24k，k≠i)中的至少另一个的所述上阈值，N个计数器(26i)，每个所述计数器(26i)与所述鉴别器(24i)的一个相应的鉴别器关联，其中每个计数器(26i)经配置以在下列条件下将其自身计数增加1个单位，而不同于所述每个计数器(26i)的任何其他计数器(26k,k≠i)经配置以保持自身的计数值不变：所述峰值(21)高于所述相应的鉴别器(24i)的所述下阈值(25i)，并且所述峰值(21)低于所述相应的鉴别器(24i)的所述上阈值(25i+1)，其中所述数据输出装置(213)经配置用于从每个收集像素(22)的所述计数器(26i)接收对应于存储在每个电荷阈值的N个能量窗口中的计数的N个“颜色”中的放射(2)事件的测量数据，其特征在于：校准装置被提供用于校准每个收集像素，在所述收集像素(22)中的每个中，所述校准装置包括：用于至少一个鉴别器(24i)的数模转换器(28i)，即DAC(28i)，所述数模转换器(28i)经配置用于接收预定数量的位的组合并用于生成对应于所述位的组合的电流值；电流供应装置(206)，其用于将电流供应到所述每个收集像素(22)，所述电流供应装置经配置用于将电流供应到所述放大装置(203)以响应于所述至少一个鉴别器(24i)的所述位的组合；逻辑装置(34)，其驻留在每个所述收集像素(22)中，经配置用于确定偏移校正电流值，所述逻辑装置经配置用于在每个收集像素内执行校准步骤，以便确立所述数模转换器或每个数模转换器(28i)的所述位的组合的哪个位的组合必须用于供应所述校正电流，其中：所述校准装置包括控制装置，所述控制装置用于基本同时启动所有收集像素(22)的所有所述计数器(26i)的校准过程(80)，使得校准在每个计数器(26i)中同时发生并且所述校准作为自动自校准过程由所述逻辑装置(34)初步执行，其中每个所述收集像素(22)包括所述偏移校正电流值的存储器单元(35)；并且其中所述逻辑装置(34)还经配置用于将所述校正电流值存储在所述存储器单元(35)中。