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公開番号2025088744
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-11
出願番号2024204175
出願日2024-11-22
発明の名称検出器ピクセルとエネルギー分解光子計数検出器
出願人テレダイン・ダルサ・ベー・フェー,TELEDYNE DALSA B.V.
代理人アクシス国際弁理士法人
主分類G01J 1/42 20060101AFI20250604BHJP(測定;試験)
要約【課題】検出器ピクセル内の光検出器の暗電流を正確に補償して、測定精度を向上させる。
【解決手段】ピクセルは、入射光子のエネルギーを示す第1信号に変換するように構成された光検出器、第1信号をCSAの出力におけるCSA出力信号に変換する電荷感度増幅器(CSA)、及び光検出器の暗電流補償ユニット(DCCU)を含む。DCCUは、中間信号を提供するように構成された信号追従ユニットを含み、中間信号は、第1方向で第1最大信号変化率、及び第1方向と反対の第2方向で第1最大信号変化率よりも低い第2最大信号変化率で、CSA出力信号を示す信号に追従するように構成された、ここで、第2方向は、光子が光検出器に入射したときにCSA出力信号を示す信号が変化するように構成された方向である。DCCUは、中間信号に基づいて暗電流補償信号を生成し、CSAに提供するように構成された信号生成ユニットを含む。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
エネルギー分解光子計数検出器用の検出器ピクセル（１）であって、前記ピクセル（１）は、
入射光子を入射光子のエネルギーを示す第１信号に変換するように構成された光検出器（２）；
電荷感度増幅器（４）（ＣＳＡ）であって、前記ＣＳＡ（４）の入力における第１信号を前記ＣＳＡ（４）の出力におけるＣＳＡ出力信号（Ｖｃｓａ）に変換するように構成された、ＣＳＡ（４）；及び
光検出器（２）の暗電流を補償するための暗電流補償ユニット（１０）（ＤＣＣＵ）；
を含み、
前記ＤＣＣＵ（１０）は、
中間信号（Ｖｓｆ）を提供するように構成された信号追従ユニット（１１）であって、前記中間信号（Ｖｓｆ）は、第１方向で第１最大信号変化率、及び第１方向と反対の第２方向で第１最大信号変化率よりも低い第２最大信号変化率で、前記ＣＳＡ出力信号（Ｖｃｓａ）を示す信号に追従するように構成され、ここで、第２方向は、光子が前記光検出器（２）に入射したときに前記ＣＳＡ出力信号（Ｖｃｓａ）を示す信号が変化するように構成された方向である、信号追従ユニット（１１）；及び
前記中間信号（Ｖｓｆ）に基づいて暗電流補償信号を生成し、前記暗電流補償信号を前記ＣＳＡ（４）に供給するように構成された信号生成ユニット（１２）
を含む、
ピクセル（１）。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記信号生成ユニット（１２）はさらに、前記中間信号（Ｖｓｆ）を前記ＣＳＡ（４）のベースラインレベル（Ｖｂｌ）に基づく基準信号（Ｖｒｅｆ）と比較し、前記暗電流補償信号を生成するための前記比較を表す結果を出力するように構成された比較回路（１３）を含み、
前記比較回路（１３）の出力は前記暗電流補償信号であるか、又は前記比較回路（１３）の出力は前記暗電流補償信号を生成するために信号発生器（Ｍｄｃｃ）を制御するための制御信号である、請求項１に記載のピクセル（１）。
【請求項３】
前記信号追従ユニット（１１）は、
前記ＣＳＡ出力信号（Ｖｃｓａ）を示す信号に応じて、前記中間信号（Ｖｓｆ）の信号レベルを前記第１方向に変化させるように構成された第１信号変化要素；及び
前記ＣＳＡ出力信号（Ｖｃｓａ）を示す信号に応じて、前記中間信号（Ｖｓｆ）の信号レベルを前記第２方向に変化させるように構成された第２信号変化要素
を含む、請求項１又は２に記載のピクセル（１）。
【請求項４】
前記第２信号変更要素は、トランジスタ実装電流源などの電流源を含む、請求項３に記載のピクセル（１）。
【請求項５】
前記第１信号変更要素はソースフォロワトランジスタ（Ｍｓｆ）を含み、その制御端子は前記ＣＳＡ（４）の出力に直接又は間接的に接続される、請求項３又は４に記載のピクセル（１）。
【請求項６】
前記信号生成ユニット（１２）はさらに、前記ベースラインレベル（Ｖｂｌ）をレベルシフトして基準信号（Ｖｒｅｆ）を提供し、それによって前記ソースフォロワトランジスタ（Ｍｓｆ）によって引き起こされる前記ＣＳＡ出力信号（Ｖｃｓａ）に対する前記中間信号（Ｖｓｆ）のレベルシフトを考慮するように構成された、基準トランジスタ（Ｍｒｅｆ）を含む、請求項２及び５に記載のピクセル（１）。
【請求項７】
前記第２信号変更要素は、チャネルが前記電流源と直列に配置されたさらなるソースフォロワトランジスタ（Ｍｓｆ－２）を含み、
前記信号追従ユニット（１１）は、前記ＣＳＡ（４）の出力と前記ソースフォロワ（Ｍｓｆ）及びさらなるソースフォロワ（Ｍｓｆ－２）のそれぞれとの間に接続されたバッファ（Ｍｂ１、Ｍｂ２）をさらに含み、前記バッファ（Ｍｂ１、Ｍｂ２）は、前記ソースフォロワトランジスタ（Ｍｓｆ）及びさらなるソースフォロワトランジスタ（Ｍｓｆ－２）のそれぞれにレベルシフトされた信号を提供し、それによって、それぞれ、前記ソースフォロワトランジスタ（Ｍｓｆ）及びさらなるソースフォロワトランジスタ（Ｍｓｆ－２）によって引き起こされるレベルシフトを考慮するように構成される、請求項４及び５、及び任意選択で請求項６に記載のピクセル（１）。
【請求項８】
前記第１信号変更要素は、第１ダイオード（Ｄ１）と第１抵抗要素（Ｒ１）との直列接続を含み、前記第２信号変更要素は、第２ダイオード（Ｄ２）と第２抵抗要素（Ｒ２）との直列接続を含み、前記第２信号変更要素は前記第１信号変更要素と並列に接続され、前記第２ダイオード（Ｄ２）は前記第１ダイオード（Ｄ１）と逆並列に接続され、
前記第一抵抗要素（Ｒ１）の抵抗は前記第二抵抗要素（Ｒ２）の抵抗よりも小さく、
好ましくは、前記第１ダイオード（Ｄ１）及び前記第２ダイオード（Ｄ２）はショットキーダイオードである、請求項３に記載のピクセル（１）。
【請求項９】
前記信号追従ユニット（１１）は、前記ＣＳＡ（４）の出力と前記第１及び第２信号変更要素との間にその第１入力に接続された増幅器（１４）をさらに含み、
前記第１及び第２信号変更要素は、前記増幅器の出力と前記信号追従ユニット（１１）の出力との間に結合され、前記信号追従ユニット（１１）の出力は前記増幅器の第２入力に結合され、それによって前記増幅器と前記第１及び第２信号変更要素とを含む負帰還ループを形成する、請求項８に記載のピクセル（１）。
【請求項１０】
前記第１信号変更要素は、前記ＣＳＡ（４）の出力に接続されたダイオード（Ｄｐ）を含み、前記第２信号変更要素は、トランジスタ実装電流源などの電流源（Ｉｓｆ）を含む、請求項３に記載のピクセル（１）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示の態様は、一般的に、エネルギー分解光子計数検出器用の検出器ピクセル、及びそれを含むエネルギー分解光子計数検出器に関する。本開示の態様は、特に、マンモグラフィー、透視検査、手術及び断層撮影などのＸ線アプリケーション、口腔外歯科、口腔内歯科、ならびにパイプライン検査及びセキュリティなどの非医療非破壊検査アプリケーションに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
光子エネルギーを識別できる光子計数検出器は、当該技術分野で知られている。連続モードで動作するエネルギー積分型検出器と比較して、エネルギー分解型光子計数検出器は、パルスモードで動作する。これらの検出器は、Ｘ線光子などの光子が検出器材料によって吸収されたときに、個別の吸収イベントを処理して記録することができる。エネルギー分解型光子計数検出器は、光子を個別にカウントするため、エネルギー積分型検出器に比べて優れたノイズ特性を提供できる可能性がある。このため、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）アプリケーションで使用するのに魅力的な候補となっている。例えば、エネルギー分解型光子計数検出器を使用すると、ＣＴスキャン中に造影剤をより正確に識別できる。
【０００３】
エネルギー分解光子計数検出器は、通常、複数の検出器ピクセルから構成される。各ピクセルには、入射光子をその入射光子のエネルギーを示す第１信号に変換するように構成された光検出器、第１信号をＣＳＡ出力信号に変換するように構成された電荷感度増幅器（ＣＳＡ）、及びＣＳＡ出力信号を処理する処理回路が含まれる。
【０００４】
光検出器には、漏れ電流が伴う場合がある。この漏れ電流は、光検出器に光子が入射していない場合でも存在する可能性があり、そのため一般に暗電流と呼ばれる。暗電流はＣＳＡによって積分され、その結果、処理回路によって出力される第２信号にエラーの原因として現れる場合がある。特に、暗電流は入射光子によって生成される電荷に追加され、検出器ピクセルによって検出されるエネルギーレベルにエラーを引き起こす。さらに、追加の対策を講じなければ、暗電流はＣＳＡによって積分され、ＣＳＡのフィードバックネットワーク全体の電位が、当該フィードバックネットワークを流れる暗電流を打ち消すのに十分な電流を生成するのに十分な大きさになるまで続く。実際には、これを達成するために必要な出力電圧がＣＳＡの供給電圧を超えると、ＣＳＡが飽和し、検出器ピクセルの適切な動作が妨げられる可能性がある。
【０００５】
暗電流が第２信号に与える影響を考慮するために、暗電流補償を実装することができる。従来、これには、光検出器の暗電流を推定し、暗電流の影響を補償又は少なくとも軽減する暗電流補償信号をＣＳＡの入力に提供することが含まれる。光検出器の暗電流は、適用されるバイアス電圧、温度、光子が光検出器に入射する速度など、さまざまな条件に依存し得る。その結果、暗電流の動的補償が通常は好まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既知の動的暗電流補償技術は、Ｆ．Ｋｒｕｍｍｅｎａｃｈｅｒ著の「ローカルインテリジェンスを備えたピクセル検出器：ＩＣ設計者の視点」で説明されており、この技術ではローパスフィルタアーキテクチャが使用されている。特に、従来の技術では、ＣＳＡの出力をローパスフィルタリングして暗電流を推定し、それに応じて暗電流補償信号を生成する。ただし、このような回路は、光子入射率が高い場合、最適に動作しない可能性がある。光子入射率が高い場合、ＣＳＡによって出力される信号の平均が、ＣＳＡがリセットされた後の出力電圧に対応する「ベースライン」値からさらに離れ、推定された暗電流と実際の暗電流の間に不一致が生じる。
【０００７】
図１Ａに示すように、暗電流補償信号と実際の暗電流との不一致により、ＣＳＡの出力電圧ＶｃｓａがリセットされるベースラインＢに対して、光子入射間でＣＳＡの出力電圧Ｖｃｓａが垂下する可能性がある。弁別器バンクは、ベースラインＢに対して２番目の信号も比較するため、２番目の信号の最大値が低いために測定誤差が発生する可能性がある。
【０００８】
したがって、特にエネルギー分解光子計数検出器の場合、検出器ピクセル内の光検出器の暗電流を正確に補償して、測定精度を向上させる必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、上述の問題が起こらないか、又はほとんど起こらない検出器ピクセル及びエネルギー分解光子計数検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様によれば、エネルギー分解光子計数検出器用の検出器ピクセルが提供される。ピクセルは、入射光子を入射光子のエネルギーを示す第１信号に変換するように構成された光検出器、ＣＳＡの入力における第１信号をＣＳＡの出力におけるＣＳＡ出力信号に変換するように構成されたＣＳＡ、及び光検出器の暗電流を補償するためのＤＣＣＵを含む。ＤＣＣＵは、中間信号を提供するように構成された信号追従ユニットを含み、中間信号は、第１方向で第１最大信号変化率、及び第１方向と反対の第２方向で第１最大信号変化率よりも低い第２最大信号変化率で、ＣＳＡ出力信号を示す信号に追従するように構成される。第２方向は、光子が光検出器に入射したときにＣＳＡ出力信号を示す信号が変化するように構成された方向である。ＤＣＣＵはさらに、中間信号に基づいて暗電流補償信号を生成し、その暗電流補償信号をＣＳＡに提供するように構成された信号生成ユニットを含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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