Устройство формирования изображения и система камеры

Устройство формирования изображения и система камеры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству формирования изображения, такому как датчик изображения CMOS, и к системе камеры.

Уровень техники

Измерение или формирование изображений слабой люминесценции или флюоресценции, излучаемой из тела, стали чрезвычайно активными в области медицины или биотехнологии в последние годы.

В области медицины или в области безопасности получила промышленное применение технология преобразования малых количеств рентгеновских лучей, переданных через тело, в фотоны видимого уровня через сцинтиллятор и детектирование их для получения изображений на просвет. Кроме того, в области медицины или безопасности получила промышленное применение технология (например, SPECT или PET) преобразования γ-лучей, генерируемых малым количеством излучающего материала, введенного в тело человека, в фотоны через сцинтиллятор.

При формировании изображений в такой области используют счетчик фотонов для очень малого количества света.

Как правило, счетчик фотонов представляет собой отдельное устройство, использующее лавинный диод или трубку фотоумножителя.

Такой счетчик фотонов генерирует импульс напряжения на выходе в результате преобразования фотонов, падающих на поверхность приема света, в фотоэлектроны, ускорения фотоэлектронов высоким напряжением, и умножения их путем генерирования вторичных электронов в результате столкновений.

Количество импульсов измеряется устройством счетчика, которое постоянно подключено к устройству.

В то время как счетчик фотонов обладает высокой точностью измерений и позволяет детектировать до одного фотона, система является дорогостоящей, и динамический диапазон измерений также узок.

Обычно количество фотонов, которое можно измерять счетчиком по одному фотону, составляет приблизительно от 1 миллиона до 10 миллионов за 1 секунду.

С другой стороны, для формирования изображения в диапазоне относительно большого количества света, которое требуется измерить, используют фотодиод и аналого-цифровой (AD) преобразователь.

Фотодиод накапливает заряды электрода, преобразованные фотоэлектрически, и выводит аналоговый сигнал. Этот аналоговый сигнал преобразуют в цифровой сигнал с помощью AD преобразователя.

Проблемы при таком формировании изображений представляют собой шумы, вызванные передачей аналогового сигнала, и скорость преобразования AD преобразователя.

Для детектирования малого количества света, необходимо подавлять шумы и также увеличивать количество битов при AD преобразовании для тонкой дискретизации. Однако с этой целью необходим высокоскоростной AD преобразователь. Кроме того, если компоновка будет выполнена с большим количеством пикселов, для улучшения разрешения при формировании изображений, размер системы для AD преобразования значительно увеличивается.

Сущность изобретения

В принципе, низкий уровень шумов и высокоточное оптическое детектирование и большой динамический диапазон одновременно необходимы для формирования изображений при малых количествах света.

Однако не существует устройство, которое удовлетворяет всем этим требованиям.

Например, для уменьшения величины экспозиции при формировании рентгеновского изображения, необходима точность, эквивалентная уровню счетчика фотонов. В нормальном счетчике фотонов, однако, нет возможности получить достаточный динамический диапазон для формирования изображения.

Кроме того, большое количество пикселов необходимо для улучшения разрешения. В этом случае, однако, система, включающая в себя устройство-счетчик, является очень дорогостоящей.

С другой стороны, в JP-A-1995-67043 предложен новый способ подсчета фотонов, используя разделение времени.

Он предназначен для получения данных для формирования двумерного изображения путем выполнения двоичного определения, независимо от того, произошел или нет случай падения фотона на фотодиод в фиксированный период, и интегрирования результатов, полученных путем повторения двоичного определения множество раз.

Таким образом, сигнал от фотодиода определяют каждый фиксированный период, и счетчик, подключенный к каждому пикселу, выполняет подсчет до 1, независимо от количества падающих фотонов, если количество фотонов, падающих в течение этого периода, составляет 1 или больше.

Если частота падающего фотона является случайной на временной оси, взаимосвязь между фактическим количеством падающих фотонов и величиной подсчета соответствует распределению Пуассона. Соответственно, оно принимает приблизительно линейную взаимозависимость, при низкой частоте падений, и однородная коррекция может быть выполнена, если частота падения высокая.

Однако в соответствии с технологией, раскрытой в JP-A-1995-67043, площадь апертуры пиксела чрезвычайно уменьшается, поскольку чувствительная схема и счетчик необходимы для каждого пиксела.

В JP-A-2004-193675 предложена конфигурация, в которой счетчики расположены за пределами матрицы пикселов, применяя при этом описанный выше способ подсчета с разделением времени. Однако, чувствительная схема и запоминающее устройство все еще необходимы для каждого пиксела.

Счетчик предусмотрен для каждого пиксела, даже если счетчик предусмотрен снаружи от матрицы пикселов. В соответствии с этим, размер цепей микросхемы неизбежно увеличивается.

Кроме того, для увеличения динамического диапазона при формировании изображений в конфигурации, раскрытой в JP-A-1995-67043 или в JP-A-2004-193675, необходимо выполнять тонкую дискретизацию в течение периода падения фотонов на оси времени и увеличивать скорость доступа к пикселу.

Таким образом, желательно обеспечить устройство формирования изображения и систему камеры, обеспечивающие возможность формирования изображений или измерение при низкой интенсивности, с меньшим уровнем шумов, даже при низкой освещенности и с широким динамическим диапазоном.

Вариант осуществления настоящего изобретения направлен на устройство формирования изображения, включающее в себя: блок матрицы пикселов, функционирующий как блок приема света, который включает в себя устройства фотоэлектрического преобразования, и в котором множество пикселов, которые выводят электрические сигналы, когда падают фотоны, расположены в виде матрицы; блок чувствительной схемы, в котором множество чувствительных схем расположены в виде матрицы, которые принимают электрические сигналы из пикселов и выполняют двоичное определение, в зависимости от того, произошло или нет падение фотонов на пикселы в течение заданного периода; и блок схемы интегрирования результата определения, имеющий функцию интегрирования множества результатов определения чувствительных схем для соответствующих пикселов или для каждой группы пикселов. Блок схемы интегрирования результата определения выводит количество попавших фотонов на блок приема света путем выполнения подсчета фотонов для интегрирования множества результатов определения во множестве пикселов.

Другой вариант осуществления настоящего раскрытия направлен на систему камеры, включающую в себя: устройство формирования изображения; оптическую систему, которая формирует изображение субъекта на устройстве формирования изображения; и схему обработки сигналов, которая обрабатывает сигнал выходного изображения устройства формирования изображения. Устройство формирования изображения включает в себя: блок матрицы пикселов, выполняющий функцию блока приема света, который включает в себя устройства фотоэлектрического преобразования, и в которых множество пикселов, которые выводят электрические сигналы, когда падают фотоны, расположены в виде матрицы; блок чувствительной схемы, в котором множество чувствительных схем, которые принимают электрические сигналы из пикселов и выполняют двоичное определение в отношении того, произошло или нет падение фотонов на пикселы в течение заданного периода, расположены в виде матрицы; и блок схемы интегрирования результата определения, имеющий функцию интегрирования множества результатов определения чувствительных схем для соответствующих пикселов или для каждой группы пикселов. Блок схемы интегрирования результата определения выводит количество фотонов, падающих на блок приема света, путем выполнения подсчета фотонов, для интегрирования множества результатов определения во множестве пикселов.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия, становится возможным обеспечить формирование изображений или измерение интенсивности света с меньшим уровнем шумов, даже при низкой освещенности и с широким динамическим диапазоном, делая аналоговый сигнал ненужным, без уменьшения светосилы пиксела.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан вид, представляющий пример конфигурации датчика изображения CMOS (устройство формирования изображения) в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего раскрытия;

на фиг.2 показан концептуальный вид, представляющий блок приема света в настоящем варианте выполнения;

на фиг.3 показан вид, представляющий взаимосвязь между средним числом раз падения фотонов на решетку с единичным квадратом ячейки сетки блока приема света, который показан на фиг.2, и средним количеством подсчетов;

на фиг.4 показан вид, представляющий пример конфигурации схемы пиксела в настоящем варианте выполнения;

на фиг.5 показан вид для пояснения циклического доступа к блокам пикселов в первом варианте осуществления;

на фиг.6 показана принципиальная схема, представлявшая пример чувствительной схемы, имеющей функцию самоотносимости;

на фиг.7А - 7F показаны временные диаграммы для пояснения примера операции считывания, используя чувствительную схему, имеющую функцию самоотносимости, показанную на фиг.6, в примере пиксела на фиг.4;

на фиг.8 показан вид для пояснения второго варианта осуществления настоящего раскрытия, и также вид, представляющий пример конфигурации блока пикселов, соответствующего первому варианту осуществления, используя фотодиод типа внутреннего усиления;

на фиг.9А и 9В показаны концептуальные виды устройства формирования изображения, когда устройство формирования изображения в соответствии с вариантом выполнения настоящего раскрытия применяют для формирования изображений СТ (компьютерной томографии);

на фиг.10 показан вид, представляющий пример устройства линейного формирования изображения, в котором устройства формирования изображения (устройства приема света) в соответствии с вариантом выполнения настоящего раскрытия выстроены в одномерной линейной форме;

на фиг.11 показан вид, представляющий пример непроницаемой для ионизирующего излучения защиты устройства формирования изображения (устройства приема света) в соответствии с вариантом выполнения настоящего раскрытия;

на фиг.12 схематично показаны виды, представляющие пример оценки направления падения излучения при одновременном детектировании фотонов;

на фиг.13 показан вид, представляющий пример конфигурации датчика изображения CMOS (устройство формирования изображения) в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего раскрытия;

на фиг.14 показан вид для пояснения разрешения по времени при детектировании фотона, используя устройство формирования изображения в соответствии с четвертым вариантом осуществления;

на фиг.15 показан вид, представляющий пример конфигурации датчика изображения CMOS (устройство формирования изображения) в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего раскрытия;

на фиг.16 показан вид для пояснения разрешения по времени для детектирования фотона, используя устройство формирования изображения в соответствии с пятым вариантом осуществления; и

на фиг.17 показан вид, представляющий пример конфигурации системы камеры, в которой применено твердотельное устройство формирования изображения в соответствии с вариантом выполнения настоящего раскрытия.

Подробное описание изобретения

Ниже, со ссылкой на приложенные чертежи, будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения.

Кроме того, пояснение будет представлено в следующем порядке.

1. Общее описание свойств устройства формирования изображения в соответствии с настоящим вариантом осуществления

2. Первый вариант осуществления (первая примерная конфигурация устройства формирования изображения)

3. Второй вариант осуществления (вторая примерная конфигурация устройства формирования изображения)

4. Третий вариант осуществления (пример приложения устройства формирования изображения)

5. Четвертый вариант осуществления (третья примерная конфигурация устройства формирования изображения)

6. Пятый вариант осуществления (четвертая примерная конфигурация устройства формирования изображения)

7. Шестой вариант осуществления (система камеры)

<1. Общее описание свойств устройства формирования изображения в соответствии с настоящим вариантом осуществления>

В настоящем варианте осуществления оптимальная конфигурация устройства формирования изображения (датчик изображения CMOS), в качестве полностью цифрового датчика изображения с использованием подсчета фотонов, реализована в области параллельного считывания с высокой скоростью.

Вначале каждый пиксел выводят, в случае падения фотона в пределах определенного периода, как электрический сигнал. Чувствительная схема принимает результат множество раз в течение периода 1 кадра и выполняет определение на основе двоичного значения. Устройство формирования изображения генерирует данные серой шкалы, например, путем интегрирования для каждого пиксела.

Устройство формирования изображения в соответствии с настоящим вариантом осуществления имеет следующие характеристики, основанные на такой основной конфигурации.

Подсчет фотонов с разделением по времени делает ненужным постоянное отслеживание генерирования импульса падающим фотоном в системе, путем замены процесса детектирования фотона повторяющимся детектированием в течение фиксированного цикла.

Фокусируясь на этом, в настоящем варианте осуществления, прежде всего, не была принята конфигурация, в которой каждый пиксел имеет отдельную чувствительную схему и отдельный счетчик, и эти три компонента расположили иерархически.

Таким образом, в настоящем варианте осуществления множество пикселов совместно использует одну чувствительную схему, или множество чувствительных схем совместно используют одну схему подсчета, при условии подсчета фотонов с разделением по времени.

В настоящем варианте осуществления, например, множество пикселов, которые совместно используют чувствительную схему, циклически считывают и выполняют экспонирование в течение периода от последнего считывания до текущего считывания. В соответствии с этим, описанное выше совместное использование не оказывает неблагоприятное влияние на время экспозиции.

Кроме того, также возможно начать следующее экспонирование в ходе обработки подсчета при определении результатов и при выполнении обработки по сохранению данных в запоминающем устройстве. Поэтому, хотя время, требуемое для обработки подсчета, увеличивается, поскольку множество чувствительных схем, совместно использует один счетчик, это не оказывает неблагоприятное влияние на время экспозиции.

Кроме того, в настоящем варианте осуществления, динамический диапазон подсчета фотонов расширяется, благодаря суммированию результатов подсчета для множества пикселов.

Суммирование между пикселами, которые совместно используют один счетчик, может выполняться очень легко, путем сохранения результатов разных пикселов по одному и тому же адресу запоминающего устройства.

Кроме того, установлена функция получения суммарного количества падающего света путем суммирования всех результатов подсчета в блоке приема света. Например, она может быть легко реализована путем предоставления дополнительного сумматора рядом с блоком вывода данных.

Кроме того, в результате предоставления таких устройств приема света в качестве единичных пикселов линейно в одной матрице, становится возможным детектировать очень малое количество света и формировать изображения с широким динамическим диапазоном.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления, если принять конфигурацию, описанную выше, становится возможным существенно уменьшить размер схемы, необходимой для подсчета фотонов. Поэтому, используя технологию миниатюризации для полупроводникового устройства формирования изображения, может быть выполнен подсчет фотонов с высокой эффективностью, используя множество пикселов.

Динамический диапазон при подсчете фотонов определяется общим количеством ячеек сетки при одновременном использовании множественного разделения в направлении времени и множественного разделения по поверхности падения, и каждая из ячеек сетки имеет двоичное значение.

Разрешающая способность ячеек сетки и динамический диапазон количества подсчетов увеличиваются в ходе одновременного развития технологии миниатюризации при производстве полупроводников и повышении скорости.

Хотя точное детектирование интенсивности света или точное формирование изображений возможны с использованием только одного устройства формирования изображения в соответствии с настоящим вариантом осуществления, точное формирование изображений с более широким динамическим диапазоном становится возможным путем разделения на массивы множества устройств формирования изображения в соответствии с настоящим вариантом осуществления, в качестве единичных устройств приема света.

Поскольку каждое устройство приема света имеет функцию счетчика, такая система может быть легко построена, без использования дорогостоящего внешнего устройства.

Кроме того, поскольку каждое устройство приема света выполняет полный цифровой подсчет, который непосредственно относится к количеству самих падающих фотонов, вариации чувствительности между устройствами приема света, наблюдаемые в типичном аналоговом устройстве формирования изображения, маловероятны. Таким образом, регулировки чувствительности между устройствами приема света становятся не нужными.

Например, если устройство формирования изображения в соответствии с настоящим вариантом осуществления используется вместе со сцинтиллятором для формирования изображений на просвет, используя малое количество рентгеновских лучей, может быть выполнено формирование изображений с высокой точностью и высоким разрешением при низкой экспозиции, и стоимость такой системы будет очень низкой.

Ниже будет подробно описан датчик изображения CMOS, который представляет собой устройство формирования изображения, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, имеющий описанные выше характеристики.

<2. Первый вариант осуществления>

На фиг.1 показан вид, представляющий пример конфигурации датчика изображения CMOS (устройство формирования изображения) в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего раскрытия.

[Структура общей конфигурации]

Датчик 100 изображения CMOS включает в себя блок 110 матрицы пикселов, блок 120 чувствительной схемы, группу 130 линий выходного сигнала, группу 140 линий передачи и блок 150 схемы интегрирования результата определения.

В датчике 100 изображения CMOS, множество пикселов совместно используют одну чувствительную схему, как будет описано ниже.

В соответствии с этим, датчик 100 изображения CMOS включает в себя блоки 160-0-160-3, …, пикселов каждый из которых включает в себя множество пикселов DPX в одном столбце, и схему выбора.

Кроме того, датчик 100 изображения CMOS включает в себя группу 180 линий управления в строке и задающую схему 170 в строке для возбуждения пиксела DPX блока 110 матрицы пикселов для вывода электрического сигнала пиксела DPX в линию 131 выходного сигнала.

В блоке 110 матрицы пикселов, множество цифровых пикселов DPX расположены в матрице, в направлениях столбца и строки.

Каждый цифровой пиксел DPX имеет устройство фотоэлектрического преобразования, и имеет функцию вывода электрического сигнала при падении фотона.

Кроме того, как описано выше, каждый из блоков 160-0-160-3, … пикселов сформирован множеством пикселов DPX в одном столбце и схемой выбора.

Датчик 100 изображения CMOS имеет блок 200 схемы, который генерирует данные двумерного изображения с градацией, например, путем определения двоичного значения электрического сигнала, передаваемого через линию 131 выходного сигнала в течение фиксированного периода, путем интегрирования результатов измерения времени множество раз для каждого пиксела, и суммирования результатов подсчета множества пикселов.

Датчик 100 изображения CMOS выводит количество фотонов, попавших на блок 110 матрицы пикселов, который представляет собой блок приема света, путем интегрирования результатов определения, полученных множество раз для множества пикселов, в настоящем варианте осуществления, для множества пикселов в единицах блоков 160-0 к 160-3, … пикселов.

Датчик 100 изображения CMOS имеет функцию расширения динамического диапазона преобразования фотонов путем суммирования результатов подсчета для множества пикселов.

Блок 110 матрицы пикселов, блок 120 чувствительной схемы и блок 150 схемы интегрирования результата определения расположены в блоке 200 схемы.

В блоке 120 чувствительной схемы, чувствительные схемы 121-0, 121-1, 121-2, 121-3, … расположены в виде матрицы, в соответствии с блоками 160-0-160-3, … пикселов блока 110 матрицы пикселов, соответственно.

Вход чувствительной схемы 121-0 соединен с линией 131-0 выходного сигнала, с которой совместно соединены выходы всех пикселов DPX-00, DPX-10, … и DPX-p0, которые формируют блок 160-0 пикселов.

Таким образом, множество пикселов DPX-00-DPX-p0 совместно используют одну чувствительную схему 121-0.

Кроме того, количество пикселов в каждом блоке 160 пикселов (160-0-160-3) устанавливают равным, например, 128. В этом случае, р изменяется от 0 до 127, и блок 160-0 пикселов включает в себя пиксели от DPX-00 до DPX1270.

Вход чувствительной схемы 121-1 соединен с линией 131-1 выходного сигнала, с которой совместно соединены выходы всех пикселов DPX-01, DPX-11, … и DPX-p1, которые формируют блок 160-1 пикселов.

Таким образом, множество пикселов от DPX-01 до DPX-p1 совместно используют одну чувствительную схему 121-1.

Блок 160-1 пикселов включает в себя 128 пикселов, например, от DPX-01 до DPX1271.

Вход чувствительной схемы 121-2 соединен с линией 131-2 выходного сигнала, с которой совместно соединены выходы всех пикселов DPX-02, DPX-12, …, DPX-p2, которые формируют блок 160-2 пикселов.

Таким образом, множество пикселов от DPX-02 до DPX-p2 совместно используют одну чувствительную схему 121-2.

Блок 160-2 пикселов включает в себя 128 пикселов, например, от DPX-02 до DPX1272.

Вход чувствительной схемы 121-3 соединен с линией 131-3 выходного сигнала, с которой совместно соединены выходы всех пикселов DPX-03, DPX-13, …, DPX-р3, которые формируют блок 160-3 пикселов.

Таким образом, множество пикселов от DPX-03 до DPX-р3 совместно используют одну чувствительную схему 121-3.

Блок 160-3 пикселов включает в себя 128 пикселов от DPX-03 до DPX1273, например.

В блоке 120 чувствительной схемы, также для других блоков пикселов (не показаны), чувствительные схемы расположены так, чтобы они совместно использовались множеством пикселов.

Блок 150 схемы интегрирования результата определения имеет функцию многократного генерирования двумерных данных формирования изображений с градацией, например, путем интегрирования результатов определения чувствительных схем от 121-0 до 121-3 для каждого пиксела и суммирования результатов подсчета множества пикселов.

Блок 150 схемы интегрирования результата определения имеет функцию вывода количества падений фотонов на блок 110 матрицы пикселов, который представляет собой блок приема света, путем интегрирования результатов определения, полученных множество раз для множества пикселов, в настоящем варианте осуществления, для множества пикселов в единицах блоков от 160-0 до 160-3, … пикселов.

Блок 150 схемы интегрирования результата определения имеет регистры от 151-0 до 151-3, схему 152 выбора, схему 153 подсчета и запоминающее устройство 154.

Регистры от 151-0 до 151-3 содержат значения определения соответствующих чувствительных схем от 121-0 до 121-3, передаваемых через линии 141-0-141-3 передачи.

Схема 152 выбора последовательно выбирает выходы регистров от 151-0 до 151-3, для подачи значений определения, которые содержаться в соответствующих регистрах от 151-0 до 151-3, в схему 153 подсчета.

Схема 153 подсчета выполняет обработку подсчета для значений определения множества пикселов (4 пиксела в данном примере), которые выбирают с помощью схемы 152 выбора после считывания в результате выбора строки, и сохраняет результат подсчета для каждого пиксела в запоминающем устройстве 154.

Затем схема 153 подсчета суммирует результаты подсчета множества пикселов и сохраняет этот результат суммирования в запоминающем устройстве 154.

Данные пикселов во время последнего считывания загружают из запоминающего устройства 154 в схему 153 подсчета.

В первом варианте осуществления блок 150 схемы интегрирования результата определения включает в себя одну схему 153 подсчета и множество регистров от 151-0 до 151-3 совместно используют эту схему 153 подсчета.

Другими словами, датчик 100 изображения CMOS в соответствии с первым вариантом осуществления совместно использует схему 153 подсчета среди множества чувствительных схем от 121-0 до 121-3.

Датчик 100 изображения CMOS, в соответствии с настоящим вариантом осуществления, выполнен так, чтобы он имел описанную выше характерную конфигурацию.

Таким образом, датчик 100 изображения CMOS выполнен так, чтобы совместно использовать чувствительную схему между множеством пикселов для циклического доступа, таким образом, что может быть обеспечено время экспозиции, и может быть выполнен пиксел с малыми размерами.

Кроме того, поскольку множество чувствительных схем совместно используют схему подсчета, становится возможным формировать датчик 100 изображения CMOS с оптимальным размером схемы и скоростью обработки.

Датчик 100 изображения CMOS имеет функцию расширения динамического диапазона при подсчете фотонов, путем суммирования результатов подсчета множества пикселов.

Здесь основные концепции приема света и подсчета фотонов блоком 300 приема света, который формируют блоком 110 матрицы пикселов в блоке 200 схемы датчика 100 изображения CMOS в соответствии с настоящим вариантом осуществления, будет описан со ссылкой на фиг.2 и 3.

На фиг.2 показан концептуальный вид, представляющий блок 300 приема света в настоящем варианте осуществления.

На фиг.3 показан вид, представляющий взаимосвязь между средним количеством раз падения фотонов на решетку с единичным квадратом ячейки сетки блока приема света, которая показана фиг.2, и средним количеством величин подсчета.

Кроме того, на фиг.2, изначально двумерная поверхность приема света выражена в одномерном виде для упрощения.

Подсчет фотонов выполняют путем формирования трехмерных ячеек MSH сетки в блоке 300 приема света, используя поверхность 310 приема света, разделенную на равные расстояния, и по временной оси t, разделенной на равные расстояния (выраженную в двумерном виде на фиг.2).

Каждая ячейка MSH сетки имеет двоичное значение. Таким образом, блок 120 чувствительной схемы определяет, попал или нет один или больше фотонов в каждую ячейку сетки MSH. В этом случае, например, "1" определяют независимо от количества попавших фотонов, если здесь присутствует попадание, и "0" определяют, в случае отсутствия попадания. На фиг.2 блок ячеек сетки, соответствующий "1", представлен толстой рамкой. Кроме того, номером IVT ссылочной позиции на фиг.2 обозначено событие попадания фотона.

Кроме того, общее количество "1" подсчитывают с помощью блока 150 схемы интегрирования результата определения и затем сохраняют в запоминающем устройстве 154.

Здесь, предполагая, что фотоны падают, соответственно, равномерно относительно временной оси t, с флуктуациями, и они также падают, соответственно, однородно в направлении поверхности, взаимосвязь между общим количеством величин подсчетов и фактическим количеством упавших фотонов соответствует распределению Пуассона.

На фиг.3 показан вид, представляющий взаимосвязь между средним количеством раз падения фотонов на решетку CL с единичным квадратом ячейки сетки и средним количеством подсчетов.

Как показано на фиг.3, количество раз падения, по существу, равно величине подсчета в области слабого света, в случае, когда среднее количество раз падения составляет 0,1 раз или меньше.

Кроме того, если среднее количество раз падения составляет 0,4 раза или меньше, взаимосвязь между количеством раз падения и числом подсчетов становится приблизительно линейной.

Таким образом, если общее количество решеток ячеек сетки MSH существенно больше, чем количество падающих фотонов, величина подсчета отражает количество упавших фотонов линейно, и при этом возможно осуществлять чрезвычайно точный подсчет.

Кроме того, становится возможным повысить точность подсчета путем расширения динамического диапазона, в результате сужения промежутков между ячейками сетки в направлении поверхности или по оси t времени, для повышения общего количества решеток.

Таким образом, используя технологию высокоскоростных схем и технологию миниатюризации при производстве полупроводников, становится возможным улучшить точность измерения фотонов и существенно расширить динамический диапазон в блоке 300 приема света.

Кроме того, следующая конфигурация является эффективной, когда падение света в направлении поверхности в значительной степени смещено локально, и количество падающего света относительно велико.

Точность измерения может быть улучшена путем разделения ячеек сетки в направлении поверхности на множество групп, формируемых одним или больше блоками решетки, расчета среднего количества величин подсчетов для решеток CL каждой группы, и выполнения коррекции в соответствии с распределением Пуассона.

В качестве альтернативы, также эффективно ослабить девиацию падающих фотонов в направлении поверхности, путем размещения оптического фильтра низкой частоты перед поверхностью 310 приема света. Кроме того, в случае детектирования рентгеновских лучей, используя сцинтиллятор, сам сцинтиллятор используется, как оптический фильтр низкой частоты, поскольку свет, излучаемый от сцинтиллятора, рассеивается при падении рентгеновского луча.

[Функция, относящаяся к цифровому пикселю]

Здесь будет описан пример конфигурации цифрового пиксела DPX.

Как описано выше, цифровой пиксел (ниже просто называется пикселом) DPX имеет устройство фотоэлектрического преобразования и выводит электрический сигнал во время падения фотона.

Поскольку датчик 100 изображения CMOS, в качестве устройства формирования изображения имеет функцию сброса и функцию считывания для пиксела DPX, становится возможным выполнить сброс и считывание в произвольные моменты времени.

Сброс относится к сбросу пиксела DPX в состояние, в котором не произошло падение фотона. Предпочтительно, каждый пиксел DPX включает в себя линзу на поверхности приема света или может дополнительно включать в себя цветной фильтр на поверхности приема света, когда это необходимо.

Хотя такая основная функция пиксела близка к функции нормального пиксела, точность или линейность, такие как для аналогового значения, не нужны для вывода данных.

Здесь будет описан пример конфигурации цифрового пиксела.

На фиг.4 показан вид, представляющий пример конфигурации схемы пиксела в настоящем варианте осуществления.

На фиг.4 показан пример схемы пиксела, включающий в себя три транзистора в одном модуле пиксела DPX.

Один модуль пиксела DPX включает в себя фотодиод 111, транзистор 112 передачи, транзистор 113 сброса, транзистор 114 усилителя, узел 115 накопления и узел 116 плавающей диффузионной области (FD).

Электрод затвора транзистора 112 передачи соединен с линией 181 передачи, используемой как линия управления строкой, и электрод затвора транзистора 113 сброса соединен с линией 182 сброса, используемой как линия управления строкой.

Электрод затвора транзистора 114 усилителя соединен с узлом 116 FD, и электрод истока транзистора 114 усилителя соединен с линией 131 выходного сигнала.

В пикселе DPX пара электрон и дырка генерируются при падении света на силиконовую подложку пиксела, и электроны накапливаются в узле 115 накопления с помощью фотодиода 111.

Их передают в узел 116 FD, путем открывания транзистора 112 передачи в заданные моменты времени, выполняя, таким образом, управление затвором транзистора 114усилителя.

В результате, заряд сигнала считывают как сигнал в линию 131 выходного сигнала.

Линия 131 выходного сигнала может быть заземлена через источник постоянного тока или резистивное устройство для работы в режиме истокового повторителя, или может быть заземлена перед считыванием и затем может находиться в плавающем состоянии таким образом, что будет выведен уровень заряда на основе транзистора 114 усилителя.

Транзистор 113 сброса сбрасывает пиксел в темное состояние перед накоплением, то есть, в состояние, в котором фотон не попал, путем удаления электронов, накопленных в фотодиоде 111 при включении одновременно с транзистором 112 передачи.

Такая схема или механизм работы пиксела является той же, что и у аналогового пиксела, и различного типа вариации могут быть выполнены аналогично аналоговому пикселю.

Однако цифровой пиксел выводит попадание одного фотона цифровым способом, в то время как аналоговый пиксел выводит общее количество попаданий множества фотонов аналоговым способом.

В соответствии с этим, цифровой пиксел и аналоговый пиксел имеют разную конструкцию.

Вначале, в случае цифрового пиксела, необходимо генерировать достаточно большой электрический сигнал при попадании одного фотона.

Например, в схеме пиксела с транзистором усилителя, показанным на фиг.4, предпочтительно, чтобы паразитная емкость узла 116 FD, который представляет собой входной узел транзистора 114 усилителя, который формирует истоковый повторитель, была установлена как можно меньшей.

Также в этом случае предпочтительно, чтобы амплитуда выходного сигнала при падении одного фотона поддерживалась достаточно большей, чем случайные шумы транзистора 114 усилителя.

С другой стороны, поскольку нет необходимости учитывать линейность, точность или рабочий диапазон в выходном сигнале пиксела, в отличие от аналогового пиксела, то же самое низкое напряжение, что и в цифровой схеме, можно использовать, например, в качестве источника питания входа-выхода истокового повторителя. Кроме того, емкость накопления заряда фотодиода, предпочтительно, устанавливают как можно меньшей.

Далее будет представлено обобщенное описание работы датчика 100 изображения CMOS в соответствии с первым вариантом осуществления.

Как описано выше, блок 160 пикселов (от 160-0 до 160-3, …) включает в себя 128 цифровых пикселов DPX и схему выбора. Схема выбора выбирает один из пикселов, для выполнения сброса или считывания.

В этом примере один пиксел в блоке 160 пикселов выбирают в соответствии с линиями 181 и 182 управления строкой, управляемыми задающей схемой 170 строки.

Во время считывания, выводят результат наличия или отсутствия падение фотона в выбранный пиксел как электрический сигнал в линии 131 (от 131-0 до 131-3, …) выходного сигнала и определяют двоичное значение с помощью чувствительной схемы 121 (от 121-0 до 121-3).

Например, чувствительная схема 121 (от 121-0 до 121-3) определяет "1", как значение определения, если свет падает на выбранный пиксел, и определяет "0", как значение определения, если свет не падает на выбранный пиксел и фиксирует это значение определения.

Значение определения чувствительной схемы 121 (от 121-0 до 121-3) вначале передают в регистр 151 (от 151-0 до 151-3).

Схема 153 подсчета совместно используется четырьмя блоками от 160-0 до 160-3 пикселов, и обработка подсчета четырех пикселов, считанных путем выбора строки, выпо