特開 2024-156612 光子計数型Ｘ線検出器用アクティブ画素センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024156612

(43)【公開日】2024-11-06

(54)【発明の名称】光子計数型Ｘ線検出器用アクティブ画素センサ

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/24 20060101AFI20241029BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20241029BHJP

   H01L 27/144 20060101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

G01T1/24

H01L27/146 F

H01L27/144 K

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024047978

(22)【出願日】2024-03-25

(31)【優先権主張番号】18/133,051

(32)【優先日】2023-04-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】319011672

【氏名又は名称】ジーイー・プレシジョン・ヘルスケア・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100151286

【弁理士】

【氏名又は名称】澤木 亮一

(72)【発明者】

【氏名】ナレッシュ・ケサヴァン・ラオ

(72)【発明者】

【氏名】ビジュ・ジェイコブ

(72)【発明者】

【氏名】コリン・ウィリアム・ヒッチコック

(57)【要約】      （修正有）

【課題】システムのノイズと消費電力を抑制する。
【解決手段】光子計数検出器は複数の半導体基板を含む検出器サブモジュールを含む。また、各検出器サブモジュールは、前記半導体基板に配置され、検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素を含む。各検出器サブモジュールは、更に、前記複数のアクティブ画素から読出し回路まで延在する複数のトレースを含む。前記複数のアクティブ画素の各アクティブ画素は、前記複数のトレースのそれぞれのトレースに結合される。各アクティブ画素は、前記アクティブ画素によって生成された電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成された増幅段を含む。また、光子計数検出器は、前記複数のアクティブ画素から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路であって、前記読出し回路は、前記複数の検出器サブモジュールから分離している、読出し回路を含む。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光子計数検出器であって、
複数の検出器サブモジュールであって、前記複数の検出器サブモジュールの各検出器サブモジュールは、
半導体基板と、
前記半導体基板に配置され、検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素と、
前記複数のアクティブ画素から読出し回路まで延在する複数のトレースであって、前記複数のアクティブ画素の各アクティブ画素は、前記複数のトレースのそれぞれのトレースに結合され、各アクティブ画素は、前記アクティブ画素によって生成された電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成された増幅段を含む、複数のトレースと
を含む、複数の検出器サブモジュール、及び
前記複数のアクティブ画素から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路であって、前記読出し回路は、前記複数の検出器サブモジュールから分離している、読出し回路
を含む、光子計数検出器。

【請求項2】

前記増幅段は、信号対雑音比を増加させるために、現在のパルス出力よりも高い利得を有する出力信号を生成するように構成される、請求項１に記載の光子計数検出器。

【請求項3】

各アクティブ画素はパッシブ積分器として機能するように構成されている、請求項１に記載の光子計数検出器。

【請求項4】

各アクティブ画素の増幅段は、相互コンダクタンス増幅器を含む、請求項３に記載の光子計数検出器。

【請求項5】

各アクティブ画素の増幅段は、単一のトランジスタを含む、請求項４に記載の光子計数検出器。

【請求項6】

各アクティブ画素は、画素コンデンサとバイアス・リセット回路とを含み、前記バイアス・リセット回路は、画素コンデンサにリセット経路を提供し、バイアスが前記読出し回路に供給されないように構成される、請求項５に記載の光子計数検出器。

【請求項7】

前記読出し回路に配置された電流源を含み、前記電流源は単一トランジスタにバイアスをかける、請求項５に記載の光子計数検出器。

【請求項8】

各アクティブ画素の増幅段は電荷感応増幅器を含む、請求項１に記載の光子計数検出器。

【請求項9】

各アクティブ画素の増幅段は、第１のトランジスタと第２のトランジスタとを含み、前記第１のトランジスタは電荷感応増幅器であり、前記第２のトランジスタは電圧出力を電流に変換するように構成されている、請求項８に記載の光子計数検出器。

【請求項10】

各アクティブ画素は電流源を含む、請求項９に記載の光子計数検出器。

【請求項11】

前記光子計数検出器は、コンピュータ断層撮影イメージングシステムで使用されるように構成されている、請求項１に記載の光子計数検出器。

【請求項12】

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステムであって、
光子計数検出器であって、
少なくとも１つの検出器サブモジュールであって、前記少なくとも１つの検出器サブモジュールは、
半導体基板と、
前記半導体基板に配置された検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素と、
前記複数のアクティブ画素から読出し回路まで延在する複数のトレースであって、前記複数のアクティブ画素の各アクティブ画素は、前記複数のトレースのそれぞれのトレースに結合され、各アクティブ画素は、前記アクティブ画素によって生成された電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成された増幅段を含む、複数のトレースと
を含む少なくとも１つの検出器サブモジュール、及び
前記複数のアクティブ画素から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路であって、前記読出し回路は、前記少なくとも１つの検出器サブモジュールから分離している、読出し回路
を含む光子計数検出器
を含む、ＣＴシメージングシステム。

【請求項13】

各アクティブ画素はパッシブ積分器として機能するように構成されている、請求項１２に記載のＣＴイメージングシステム。

【請求項14】

各アクティブ画素の増幅段が相互コンダクタンス増幅器を含む、請求項１３に記載のＣＴイメージングシステム。

【請求項15】

各アクティブ画素の増幅段は単一のトランジスタを含む、請求項１４に記載のＣＴイメージングシステム。

【請求項16】

各アクティブ画素は、画素コンデンサとバイアス・リセット回路とを含み、前記バイアス・リセット回路は、前記画素コンデンサ用のリセット経路を提供し、バイアスが前記読出し回路に供給されないように構成される、請求項１５に記載のＣＴイメージングシステム。

【請求項17】

前記読出し回路に配置された電流源を含み、前記電流源は前記単一トランジスタにバイアスをかける、請求項１５に記載のＣＴイメージングシステム。

【請求項18】

各アクティブ画素の増幅段は電荷感応増幅器を含み、各アクティブ画素の増幅段は、第１のトランジスタと第２のトランジスタとを含み、前記第１のトランジスタは電荷感応増幅器であり、前記第２のトランジスタは電圧出力を電流に変換するように構成されている、請求項１２に記載のＣＴイメージングシステム。

【請求項19】

各アクティブ画素は電流源を含む、請求項１８に記載のＣＴイメージングシステム。

【請求項20】

光子計数検出器であって、
少なくとも１つの検出器サブモジュールであって、前記少なくとも１つの検出器サブモジュールは、
半導体基板と、
前記半導体基板に配置された検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素と、
前記複数のアクティブ画素から読出し回路まで延在する複数のトレースであって、前記複数のアクティブ画素の各アクティブ画素は、前記複数のトレースのそれぞれのトレースに結合されており、各アクティブ画素はパッシブ積分器として機能するように構成されており、各アクティブ画素は、前記アクティブ画素によって生成された電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成された単一のトランジスタを含む相互コンダクタンス増幅器を含む、複数のトレースと
を含む少なくとも１つの検出器サブモジュール、及び
前記複数のアクティブ画素から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路であって、前記読出し回路は、前記少なくとも１つの検出器サブモジュールから分離しており、前記読出し回路は、前記単一のトランジスタにバイアスをかける電流源を含む、読出し回路
を含む、光子計数検出器。

【請求項21】

光子計数検出器であって、
複数の検出器サブモジュールであって、前記複数の検出器サブモジュールの各検出器サブモジュールは、
半導体基板と、
前記半導体基板に配置された検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素と、
前記複数のアクティブ画素から読出し回路まで延在する複数のトレースであって、前記複数のアクティブ画素の各アクティブ画素は、前記複数のトレースのそれぞれのトレースに結合され、各アクティブ画素は、出力信号を生成するように構成されたバイポーラ接合トランジスタを含み、前記出力信号は、Ｘ線光子が前記半導体基板に衝突することに応答して、前記アクティブ画素によって生成された電流パルスの増幅信号である、複数のトレースと
を含む、複数の検出器サブモジュール、及び
前記複数のアクティブ画素から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路であって、前記読出し回路は、前記複数の検出器サブモジュールから分離している、読出し回路
を含む、光子計数検出器。

【請求項22】

前記バイポーラ接合トランジスタは、第１のＰ型半導体層から形成されたエミッタと、Ｎ型半導体層から形成されたベースと、第２のＰ型半導体層から形成されたコレクタとを含む、請求項２１記載の光子計数検出器。

【請求項23】

前記バイポーラ接合トランジスタは、前記ベースと前記エミッタとの間に配置された第２のＮ型半導体層を含み、前記第２のＮ型半導体層は、パンチスルーを回避するために、前記ベースよりも高濃度にドープされている、請求項２２に記載の光子計数検出器。

【請求項24】

前記コレクタは、それぞれの検出器サブモジュールの第１の側に位置し、前記エミッタは、それぞれの検出器サブモジュールの前記第１の側とは反対側の第２の側に位置する、請求項２３に記載の光子計数検出器。

【請求項25】

前記バイポーラ接合トランジスタは、第１のＮ型半導体層から形成されたエミッタと、Ｐ型半導体層から形成されたベースと、第２のＮ型半導体層から形成されたコレクタとを含む、請求項２１に記載の光子計数検出器。

【請求項26】

前記バイポーラ接合トランジスタは、前記ベースと前記エミッタとの間に配置された第２のＰ型半導体層を含み、前記第２のＰ型半導体層は、前記ベースよりも高濃度にドープされている、請求項２５に記載の光子計数検出器。

【請求項27】

前記エミッタと前記第２のＰ型半導体層の一部との両方が、それぞれの検出器サブモジュールの第１の側に位置し、前記コレクタは、それぞれの検出器サブモジュールの前記第１の側とは反対側の第２の側に位置する、請求項２６に記載の光子計数検出器。

【請求項28】

前記バイポーラ接合トランジスタは第３のＮ型半導体層を含み、前記コレクタは、前記ベースと前記第３のＮ型半導体層との間に配置され、前記第３のＮ型半導体層は、前記コレクタよりも高濃度にドープされている、請求項２５に記載の光子計数検出器。

【請求項29】

前記エミッタと前記ベースの一部との両方が、それぞれの検出器サブモジュールの第１の側に位置し、前記第３のＮ型半導体層は、それぞれの検出器サブモジュールの前記第１の側とは反対側の第２の側に位置する、請求項２８に記載の光子計数検出器。

【請求項30】

前記ベースは、前記エミッタよりも１０倍～１００倍低くドープされており、前記バイポーラ接合トランジスタの利得に対応する、請求項２８に記載の光子計数検出器。

【請求項31】

前記ベースと前記コレクタとの間の接合は、完全空乏化になるように、逆バイアスされる、請求項２８に記載の光子計数検出器。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本明細書で開示される対象は、Ｘ線検出器に関し、特に、光子計数型Ｘ線検出器用のアクティブ画素センサに関する。

【0002】

非侵襲的イメージング技術により、対象物（患者、製造品、手荷物、荷物、乗客）の内部構造や特徴の画像を、物理的な接触なしに得ることができる。

【0003】

例えば、Ｘ線を使用したイメージング技術では、Ｘ線放射が関心対象物（患者など）を透過して、Ｘ線放射の一部が検出器に衝突し、検出器で強度データが収集される。デジタルＸ線システムでは、検出器は、検出器面の別々の画素領域に衝突した放射線の量又は強度を表す信号を生成する。その後、この信号は処理されて画像が生成され、この画像は閲覧できるように表示される。

【0004】

このようなＸ線に基づく１つの技術であって、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）として知られている技術では、スキャナは、撮影される物体（患者など）の周りの多数のビュー角の位置において、Ｘ線源から扇形又は円錐形のＸ線ビームを照射することができる。Ｘ線ビームは、物体を横切るときに減衰し、検出器素子のセットによって検出され、検出器素子のセットは、検出器に到達した入射Ｘ線の強度又は数を表す信号を生成する。この信号は処理され、Ｘ線経路に沿った物体の線減弱係数の線積分を表すデータが生成される。これらの信号は、典型的には、「投影データ」又は単に「投影」と呼ばれている。再構成技術（フィルタ逆投影など）を使用することにより、患者又は撮影される物体の関心領域の断面スライス又は三次元（３Ｄ）ボリュームを表す画像を生成することができる。医療関係では、再構成された画像又はレンダリングされたボリュームから、病状又は他の関心構造を突き止める又は特定することができる。

【0005】

ＣＴ検出器には光子計数検出器を含むものがある。光子計数検出器は、エネルギー単位（ｋｅＶ）の検出された各Ｘ線光子をパルス高さ単位（pulse height unit）（ｍＶ）の電圧パルスに変換する。Ｘ線光子は半導体材料（例えば、テルル化亜鉛カドミウム（ＣＺＴ）、シリコンなど）に吸収され、Ｘ線光子エネルギーに比例した光電荷が生成される。フォトダイオード又はダイオードは、電子と正孔のペアを分離し、その出力部において電流パルスを生成する。この電流は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に供給され、ＡＳＩＣは個々の電流パルスを追跡し、これらのパルスを発生させたＸ線光子のエネルギーを決定し、これらの電流パルスを適切なエネルギービンに割り当てる。

【0006】

最先端の光子計数検出器では、半導体センサは、フォトダイオードの画素のアレイで構成され、ＡＳＩＣが直接ワイヤボンディングで取り付けられる別個の層である。この異種集積（ヘテロジニアスインテグレーション）によって、ＡＳＩＣの入力感応増幅器（ＣＳＡ）に大きな容量性負荷が形成され、システムのノイズと消費電力が増加する。

【発明の概要】

【0007】

本明細書に開示される特定の実施形態の概要を以下に示す。これらの態様は、単に本明細書を読む者に特定の実施形態の簡単な概要を提供するために提示されており、これらの態様は、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。実際、本開示は、以下に記載されていない様々な態様を包含することができる。

【0008】

一実施形態では、光子計数検出器が提供される。光子計数検出器は複数の検出器サブモジュールを含んでいる。各検出器サブモジュールは半導体基板を含んでいる。また、各検出器サブモジュールは、前記半導体基板に配置され、検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素を含んでいる。各検出器サブモジュールは、更に、前記複数のアクティブ画素から読出し回路まで延在する複数のトレースを含んでいる。前記複数のアクティブ画素の各アクティブ画素は、前記複数のトレースのそれぞれのトレースに結合されている。各アクティブ画素は、前記アクティブ画素によって生成された電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成された増幅段を含む。また、光子計数検出器は、前記複数のアクティブ画素から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路であって、前記読出し回路は、前記複数の検出器サブモジュールから分離している、読出し回路を含む。

【0009】

別の実施形態では、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステムが提供される。ＣＴイメージングシステムは光子計数検出器を含んでいる。光子計数検出器は、少なくとも１つの検出器サブモジュールを含んでいる。前記少なくとも１つの検出器サブモジュールは、前記半導体基板に配置された検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素を含んでいる。前記少なくとも１つの検出器サブモジュールは、更に、前記複数のアクティブ画素から読出し回路まで延在する複数のトレースを含んでいる。前記複数のアクティブ画素の各アクティブ画素は、前記複数のトレースのそれぞれのトレースに結合されている。各アクティブ画素は、前記アクティブ画素によって生成された電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成された増幅段を含む、光子計数検出器は、前記複数のアクティブ画素から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路であって、前記読出し回路は、前記少なくとも１つの検出器サブモジュールから分離している読出し回路を含む。

【0010】

さらなる実施形態では、光子計数検出器が提供される。光子計数検出器は少なくとも１つの検出器サブモジュールを含んでいる。前記少なくとも１つの検出器サブモジュールは半導体基板を含んでいる。また、前記少なくとも１つの検出器サブモジュールは、前記半導体基板に配置された検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素を含んでいる。前記少なくとも１つの検出器サブモジュールは、前記複数のアクティブ画素から読出し回路まで延在する複数のトレースを含んでいる。前記複数のアクティブ画素の各アクティブ画素は、前記複数のトレースのそれぞれのトレースに結合されている。各アクティブ画素はパッシブ積分器として機能するように構成されており、各アクティブ画素は、前記アクティブ画素によって生成された電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成された単一のトランジスタを含む相互コンダクタンス増幅器を含む。また、光子計数検出器は、前記複数のアクティブ画素から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路を含んでおり、前記読出し回路は、前記少なくとも１つの検出器サブモジュールから分離しており、前記読出し回路は、単一のトランジスタにバイアスをかける電流源を含む。

【0011】

さらなる実施形態では、光子計数検出器が提供される。光子計数検出器は複数の検出器サブモジュールを含んでいる。各検出器サブモジュールは半導体基板を含んでいる。また、各検出器サブモジュールは、前記半導体基板に配置された検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素を含んでいる。各検出器サブモジュールは、更に、前記複数のアクティブ画素から読出し回路まで延在する複数のトレースを含んでいる。前記複数のアクティブ画素の各アクティブ画素は、前記複数のトレースのそれぞれのトレースに結合されている。各アクティブ画素は、出力信号を生成するように構成されたバイポーラ接合トランジスタを含み、前記出力信号は、Ｘ線光子が前記半導体基板に衝突することに応答して、前記アクティブ画素によって生成された電流パルスの増幅信号である。また、光子計数検出器は、前記複数のアクティブ画素から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路を含み、前記読出し回路は、前記複数の検出器サブモジュールから分離している。

【図面の簡単な説明】

【0012】

本主題のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、添付図面を参照しながら、以下の発明を実施するための形態を読むと、更によく理解することができる。

【図1】本開示の態様によるＣＴシステムのブロック図である。

【図2】本開示の態様に従って、モジュール式Ｘ線検出器サブモジュールが並べて配置され、互いに重ねられた例を示す概略図である。

【図3】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールの一部の断面図である。

【図4】先行技術のＸ線検出器サブモジュールのパッシブ画素を有する部分を示す概略図である。

【図5】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールのアクティブ画素を有する部分を示す概略図である。

【図6】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールのアクティブ画素（例えば、パッシブ積分器）を有する部分を示す概略図である。

【図7】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールのアクティブ画素（例えば、画素にＣＳＡが統合されている）を有する部分を示す概略図である。

【図8】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールの複数のアクティブ画素（例えば、パッシブ積分器）を有する部分を示す概略図である。

【図9】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールの複数のアクティブ画素（例えば、ＣＳＡが統合された各画素）を有する部分を示す概略図である。

【図10】本開示の態様による、複数の画素を有するＸ線検出器サブモジュールを製造する方法のフローチャートである。

【図11】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールのアクティブ画素（例えば、ＰＮＰ型のバイポーラ接合トランジスタを有する画素）を有する部分を示す概略図である。

【図12】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールのアクティブ画素（例えば、ＮＰＮ型のバイポーラ接合トランジスタを有する画素）を有する部分を示す概略図である。

【図13】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールの（例えば、ＮＰＮ型の）バイポーラ接合トランジスタを有する部分の断面図であり、その動作を示す図である。

【図14】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールの（例えば、ＮＰＮ型を有する）バイポーラ接合トランジスタを有する部分の概略図である。

【図15】本開示の態様による、Ｘ線検出器サブモジュールの（例えば、ＰＮＰ型を有する）バイポーラ接合トランジスタを有する部分の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、１つ又は複数の具体的な実施形態が記載される。これらの実施形態を簡潔に説明することを考えているので、実際の実装形態の全ての特徴を本明細書に記載しているわけではない。どのような実際の実装の開発でも、様々なエンジニアリングプロジェクト又はデザインプロジェクトのように、実装に固有の多数の決定を行って開発者の特定の目標（実装によって異なると考えられるシステム関連の制約及びビジネス関連の制約の順守など）を達成しなければならないことを理解すべきである。更に、このような開発努力は複雑で時間がかかるかもしれないが、本開示の利益を有する当業者にとっては、日常的な、設計、製作、及び製造の業務であることを理解すべきである。

【0014】

本主題の様々な実施形態の要素を紹介する場合、冠詞「ａ（１つ）」、「ａｎ（１つ）」、「ｔｈｅ（この、その）」、及び「ｓａｉｄ（前記）」は、その要素が１つ又は複数存在することを意味することが意図されている。「含んでいる、有している、備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含んでいる、有している、備えている（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含んでいる、有している、備えている（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であることが意図されており、列挙された要素以外の追加の要素が存在する場合があることを意味している。さらに、以下の説明の数値例は非限定的であることを意図しており、したがって、追加の数値、範囲、及びパーセンテージは、開示される実施形態の範囲内である。

【0015】

以下の議論は、医用イメージングの文脈で説明されているが、本技術は、このような医用関係の状況に限定されないことが理解されるべきである。実際、そのような医用関係の状況で実施例が示され説明されているのは、単に、現実の実装及び用途の例を示すことによって説明が容易に行えるようにするためである。しかしながら、本手法は、製造された部品又は商品の非破壊検査（すなわち、品質管理又は品質審査の用途）及び／又はパッケージ、箱、荷物などの非侵襲的検査（すなわち、セキュリティ又はスクリーニングの用途）などの他の状況でも利用することができる。一般に、本手法は、光子計数検出器が使用されるイメージング又はスクリーニングの状況で有用である。

【0016】

エネルギー分解型光子計数検出器は、従来のエネルギー積分型検出器では得られないスペクトル情報を提供することができる。或る種類のエネルギー弁別型光子計数検出技術では、直接変換センサ材料としてシリコンストリップを採用している。直接変換材料としてシリコンを使用することによって、他の直接変換材料（ＣＺＴ又はＣｄＴｅなど）を使用した場合に得られるカウント数よりも高いカウント数を得ることが可能である。特定の実施形態では、検出器をエッジオンに配置して、吸収深さを任意の長さに選択できるようにすることにより吸収効率を高めることができ、電圧を非常に高くしなくても検出器を完全に空乏化することができる。検出器サブモジュール又はセンサの検出器素子（特に、検出器サブモジュール又はセンサのエッジに沿う検出器素子）は、通常、直接ワイヤボンディングを通じてＡＳＩＣ（検出器サブモジュールとは別個のもの）に結合される。この異種集積によって、ＡＳＩＣの入力ＣＳＡに大きな容量性負荷が発生し、システムのノイズと消費電力が増加する。

【0017】

本発明のアプローチは、光子計数システム（光子計数検出器）用の実用的なアクティブ画素センサを実装することによって、この問題を軽減する。特に、各検出器サブモジュールは、１つ又は複数のアクティブ画素（例えば、ダイオード及び関連する回路）を含み、検出器容量のノイズの影響を克服するための増幅段を含む。増幅段は画素に統合され、電流利得を与えて信号対雑音比を大きくし、検出器容量のノイズの影響を抑制する。増幅段からの出力信号は、検出器サブモジュールから分離した読出し回路（ＡＳＩＣなど）によって直接読み出される。特定の実施形態では、各アクティブ画素は、パッシブ積分器として機能するように構成される。この実施形態では、増幅段は、単一のトランジスタを有する相互コンダクタンス増幅器を含む。この実施形態では、電流源は読出し回路に配置され、単一トランジスタにバイアスをかける。特定の実施形態では、増幅段は電荷感応増幅器を含む。この実施形態では、増幅段は第１のトランジスタと第２のトランジスタとを含み、第１のトランジスタは電荷感応増幅器であり、第２のトランジスタは電圧出力を電流に変換するように構成される。この実施形態では、電流源が各アクティブ画素に統合され、アクティブ画素にはバイアス回路がない。これらの技術は、シリコンベースの光子計数検出器（コンピュータ断層撮影検出器又は他の適切なタイプのＸ線撮影検出器など）の性能を向上させる。特に、開示された技術は、（Ｓ／Ｎ比の改善により）電子ノイズの影響を低減するため、画質を直接的に改善する。さらに、開示された技術は、読出し回路（例えば、ＡＳＩＣ）の消費電力が低いため、システムの複雑さとコストの両方を低減する。

【0018】

前述の説明を念頭に置いて、図１に、本明細書で説明されるアクティブ画素を利用して画像データを取得し処理するためのイメージングシステム１０の実施形態を示す。以下の実施形態は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステムに関して説明されているが、これらの実施形態は、他のイメージングシステム（例えば、Ｘ線、ＰＥＴ、ＣＴ／ＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ、核ＣＴ等）でも利用することができる。図示の実施形態では、システム１０は、Ｘ線投影データを取得し、投影データを再構成して画像を生成し、画像データを処理して表示する及び解析するように設計されたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムである。ＣＴイメージングシステム１０は、１つ又は複数のＸ線源１２（イメージングセッション中に１つ又は複数の位置においてＸ線を発生する及び／又は１つ又は複数のエネルギースペクトルのＸ線を発生することができる１つ又は複数のＸ線管又は固体放射構造など）を含んでいる。

【0019】

特定の実施態様において、線源１２は、被検体２４（例えば、患者）又は関心物体が配置された領域を通過する１つ又は複数のＸ線ビーム２０のサイズ及び形状を画定するために使用されるコリメータ２２の近くに配置することができる。被検体２４によって、Ｘ線の少なくとも一部は減衰する。減衰したＸ線２６は、複数の検出器素子（例えば、画素）によって形成された検出器アレイ２８に衝突する。本明細書で説明するように、検出器２８は、エネルギー弁別型光子計数検出器を含む光子計数検出器とすることができ、その出力は、スキャン又は撮影セッションに対応する時間にわたって及び測定位置において検出器に衝突する光子の数及びエネルギーに関する情報を伝送する。このような特定の実施形態では、エネルギー弁別型光子計数検出器は、シリコンストリップを使用した検出器などの直接変換型検出器（すなわち、シンチレータ手段を用いない）とすることができる。特定の実施形態では、検出器アレイ２８は、複数の検出器サブモジュール又はセンサ（各サブモジュール又はセンサは、フォトダイオード又はダイオードなどの複数の検出器素子を有する）によって形成することができる。特定の実施形態では、検出器アレイ２８及び検出器サブモジュールは、Ｘ線のエッジ照射（すなわち、Ｘ線は検出器サブモジュールのエッジを通過する）用に構成されたエッジオン検出器及びエッジオン検出器サブモジュールとすることができる。特に、検出器アレイ２８は、２０１９年２月１９日に出願され、発明の名称が「Ｘ線検出器システムのデザイン（Ｘ－ｒａｙ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ）」である米国特許出願公開第２０１９／０３８３９５５号明細書に開示された検出器と同様の構造とすることができる。米国特許出願公開第２０１９／０３８３９５５号明細書は、全ての目的のためにその全体が本明細書に組み込まれる。

【0020】

各検出器素子は、ビームが検出器２８に衝突したときの検出器素子の位置における入射Ｘ線光子の強度（例えば、入射光子のエネルギー及び数）を表す電気信号を生成する。電気信号が取得され、処理されて、１つ又は複数のスキャンデータセットが生成される。

【0021】

システムコントローラ３０は、検査及び／又は較正プロトコルを実行する並びに取得したデータを処理するために、イメージングシステム１０の動作を指令する。Ｘ線源１２に関して、システムコントローラ３０は、Ｘ線検査シーケンスのための電力、焦点位置、制御信号等を供給する。検出器２８は、システムコントローラ３０に結合されており、システムコントローラ３０は、検出器２８によって生成された信号の取得を指令する。さらに、システムコントローラ３０は、モータコントローラ３６を通じて、イメージングシステム１０の構成要素を動かす及び／又は被検体２４を移動させるために使用される直線位置決めサブシステム３２及び／又は回転サブシステム３４の動作を制御することができる。システムコントローラ３０は、信号処理回路及び関連するメモリ回路を含むことができる。このような実施形態では、メモリ回路は、イメージングシステム１０（Ｘ線源１２を含む）を動作させ、検出器２８によって取得されたデータを、本明細書で説明されるステップ及びプロセスに従って処理するために、システムコントローラ３０によって実行されるプログラム、ルーチン、及び／又は符号化されたアルゴリズムを記憶することができる。一実施形態では、システムコントローラ３０は、プロセッサを使用したシステム（汎用コンピュータシステム又は特定用途コンピュータシステムなど）の全部又は一部として実装することができる。

【0022】

線源１２は、システムコントローラ３０に含まれるＸ線コントローラ３８によって制御することができる。Ｘ線コントローラ３８は、電力及びタイミング信号を線源１２に供給するように構成することができる。さらに、一部の実施形態では、Ｘ線コントローラ３８は、システム１０内の異なる位置にあるチューブ又はエミッタが互いに同期して又は互いに独立して作動するように、線源１２を選択的に作動させるように構成することができる。

【0023】

システムコントローラ３０は、データ収集システム（ＤＡＳ）４０を含むことができる。ＤＡＳ４０は、検出器２８の読出し電子回路部（例えば、ＡＳＩＣ）によって収集されたデータ（検出器２８からのサンプリングされたアナログ信号など）を受け取る。次に、ＤＡＳ４０は、プロセッサを使用したシステム（コンピュータ４２など）による後続の処理のために、データをデジタル信号に変換することができる。他の実施形態では、検出器２８が、サンプリングされたアナログ信号をデジタル信号に変換し、その後に、データ収集システム４０に伝送してもよい。コンピュータは、処理回路４４（例えば、画像処理回路）を含むことができる。コンピュータ４２は、コンピュータ４２によって処理されるデータ、コンピュータ４２によって処理されるべきデータ、又はコンピュータ４２のプロセッサ（例えば、処理回路４４）によって実行されるべき命令を記憶することができる１つ又は複数の非一時的メモリデバイス４６を含むことができる又は１つ又は複数の非一時的メモリデバイス４６と通信することができる。例えば、コンピュータ４２の処理回路４４は、メモリ４６に記憶された命令の１つ又は複数のセットを実行することができ、メモリ４６は、コンピュータ４２のメモリであってもよいし、プロセッサのメモリであってもよいし、ファームウェアであってもよいし、同様の具体例であってもよい。

【0024】

また、コンピュータ４２は、例えば、オペレータワークステーション４８を通じてオペレータによって提供される指令及び走査パラメータに応答して、システムコントローラ３０によって実現可能な機能（すなわち、スキャニング動作及びデータ取得）を制御するように適合することができる。また、システム１０は、オペレータワークステーション４８に結合されたディスプレイ５０を含むことができ、ディスプレイ５０によって、オペレータは、関連するシステムデータ、イメージングパラメータ、生のイメージングデータ、再構成されたデータなどを見ることができる。さらに、システム１０は、オペレータワークステーション４８に結合されたプリンタ５２であって、任意の所望の測定結果を印刷するように構成されたプリンタ５２を含むことができる。ディスプレイ５０及びプリンタ５２は、コンピュータ４２に直接に接続する又はオペレータワークステーション４８を通じてコンピュータ４２に接続することもできる。さらに、オペレータワークステーション４８は、画像保存通信システム（ＰＡＣＳ）５４を含んでもよいし、ＰＡＣＳ５４に結合されてもよい。ＰＡＣＳ５４は、遠隔システム５６、放射線科情報システム（ＲＩＳ）、病院情報システム（ＨＩＳ）、又は内部ネットワーク若しくは外部ネットワークに結合され、異なる場所にいる他の人が画像データにアクセスできるようにしてもよい。

【0025】

図２は、並べて配置され重ねられたモジュール式Ｘ線検出器サブモジュール５８（例えば、検出器センサ）の一例を示す概略図である。検出器サブモジュール５８は、エッジオン検出器サブモジュールとすることができる。図示されているように、Ｘ線は検出器サブモジュール５８の縁部５９から入射する。検出器サブモジュール５８を電気的破壊から保護し、検出器領域を過剰な漏れ電流から絶縁するために、検出器サブモジュール５８の縁部５９に沿って保護環を延在させることができる。特定の実施形態では、検出器サブモジュール５８は平面モジュールとすることができる。Ｘ線検出器サブモジュール５８は、より大きな検出器モジュールが形成されるように互いに重ねることができ、検出器モジュールを並べて組み立てて全体のＸ線検出器を構築することができる。一般には、複数の検出器サブモジュール５８を並べて配置し、例えば、ｚ方向に実質的に垂直な方向に全体がわずかに湾曲した構成にすることができる。特定の実施形態では、複数の検出器サブモジュール５８をｚ方向に順に重ねることができる。

【0026】

図示されているように、各検出器サブモジュール５８は、複数の検出器素子６０（例えば、フォトダイオード又はダイオードなどの画素）を含んでいる。検出器素子６０は、細長い電極であって、その長さを延長すると、Ｘ線システムの焦点に向かう細長い電極（例えば、フォトダイオードの金属電極）とすることができる。検出器のトポロジーによっては、検出器素子６０が画素に対応してもよい。特定の実施形態では、検出器サブモジュール５８は、複数の検出器ストリップ６２を有する深さ方向にセグメントされた検出器サブモジュールとすることができ、各ストリップ６２は複数の深さセグメント６５を有している。図示されているように、各ストリップ６２は、検出ラインに沿って（焦点に対して）深さが異なる第１のセグメント６４、第２のセグメント６６、及び第３のセグメント６８を有している。図示されているように、各セグメント６４、６６、６８の少なくとも一部は、同一線上に配置されている。セグメント６５の数は別の値であってもよい（例えば、１個～３個又は４個以上）。このような深さセグメント検出器サブモジュール５８では、各深さセグメント６５は、（各深さセグメントが、当該深さセグメント自体の個々の電荷収集電極と関連付けられる場合）個々の検出器素子と見なすことができる。特定の実施形態では、回路は、単一のストリップ６２の深さセグメント６５を単一の検出器素子としてロジカルに扱うことができる。

【0027】

検出器サブモジュール５８は別の形状とすることができる。特定の実施形態では、検出器サブモジュール５８は、平行四辺形形状、台形形状、三角形形状、又は別の形状を有していてもよい。特定の実施形態では、検出器サブモジュール５８の１つ又は複数の縁部５９は斜めであってもよい。検出器素子６０は別の形状であってもよい。特定の実施形態では、検出器サブモジュール５８の斜めの側縁部６９に沿って配置された検出器素子６０は、テーパ状の縁部セグメント（例えば、台形又は三角形のセグメント及び／又は角が丸められた切り取られた台形又は三角形のセグメント）を含むことができる。特定の実施形態では、検出器サブモジュール５８の斜めの側縁部に最も近いストリップ６２のセグメント６５は、隣接するストリップ６２の領域へと延在するように方向付けることができる。特定の実施形態では、セグメント６５が斜めに形成されてもよい。

【0028】

図３は、Ｘ線検出器サブモジュール７０の一部の断面図である。Ｘ線検出器サブモジュール７０は半導体層７２を含んでいる。半導体層７２はシリコンから作られている。特定の実施形態では、半導体層７２は、ガリウムヒ素、テルル化亜鉛カドミウム、又は他の半導体材料で作られてもよい。検出器素子又はセグメント７４、７６（例えば、フォトダイオードの金属電極）は、半導体層７２に配置されている。電極はアルミニウムから作ることができる。特に、電極７４、７６は、半導体層７２に配置されるドープインプラント７８、８０（例えば、半導体層のシリコンがｎ型であるかｐ型であるかに応じて、ｐ型又はｎ型のシリコンインプラント）に配置されている。検出器素子７４、７６は、互いに隣接して配置された異なるストリップのセグメントとすることができる。検出器素子７４、７６及びドープインプラント７８、８０は、半導体層７２に間隔をあけて配置されており、間にギャップ８２が形成されている。Ｘ線検出器サブモジュール７０は、隣接する電極７４と７６との間に延在する電気絶縁層８４を含んでいる。電気絶縁層８４は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ポリイミド、スピンオングラス、又は他の絶縁材料とすることができる。１つ又は複数の配線トレース８６（例えば、金属トレース）は、電極７４、７６の間のギャップ８２に配線される。図示されているように、配線トレース８６は電気絶縁層８４に配置されている。図示されているように、配線トレース８６は、ギャップ８２にわたって等間隔に配置されている。特定の実施形態では、配線トレース８６は、電極７４、７６のエッジのできるだけ近くに配線することができる。配線トレース８６は、電極７４、７６に結合されてもよいし、異なる電極に結合されてもよい。配線トレース８６は、ギャップ８２（及び場合によっては他のギャップ）に沿って、読出し回路まで配線される。図示されているように、Ｘ線検出器サブモジュール７０のこれらの構成要素の上に、パッシベーション層８８が配置されている。パッシベーション層８８は、酸化シリコン、窒化シリコン、又は他の絶縁体で形成することができる。

【0029】

図４は、先行技術のＸ線検出器サブモジュール９０（検出器センサ）のパッシブ画素（すなわち、画素ベースで増幅することなく、瞬時に読み出される）を有する部分を示す概略図である。図示されているように、Ｘ線検出器サブモジュール９０は、フォトダイオード又はダイオード９２（例えば、画素又は検出器素子）を含んでいる。Ｘ線検出器サブモジュール９０は、複数のフォトダイオード９２を含んでいてもよい。フォトダイオード９２には電圧バイアス９４が印加される。フォトダイオード９２は、トレース９６（例えば、導電性金属トレース）に結合されている。トレース９６は、入射Ｘ線光子（例えば、半導体層によって吸収された光子）の検出に応答してフォトダイオード９２から出力された信号（例えば、電流パルス）を読み出すための読出し回路９８（例えば、ＡＳＩＣのフロントエンド）に結合されたデータ線（例えば、専用データ線）である。読出し回路９８は、Ｘ線検出器サブモジュール９０とは別個の回路である（すなわち、読出し回路９８は、Ｘ線検出器サブモジュール９０の半導体層には配置されていない）。各フォトダイオード９２は、読出し回路９８の専用チャネル（例えば、専用読出しチャネル）に結合されている。フォトダイオード９２のトレース９６は、直接ワイヤボンディングによって読出し回路９８に結合されている。この異種集積により、読出し回路９８（例えば、ＡＳＩＣ）の入力ＣＳＡ１００に大きな容量性負荷が形成される。特に、トレース９６又は読出し回路９８のノイズ１０２は、検出器容量（Ｃ_ｄｅｔ）１０４と読出し回路９８（たとえば、ＡＳＩＣ）の帰還容量（Ｃ_ｆ）１０６の比で増幅される。ノイズが増加するのに加えて、容量性負荷が大きいと、システムの消費電力も増加する。

【0030】

図５は、Ｘ線検出器サブモジュール１０８（検出器センサ）のアクティブ画素（すなわち、増幅させる何らかの形態を含む画素）を有する部分を示す概略図である。Ｘ線検出器サブモジュール１０８は、図２及び図３の検出器サブモジュール５８及び７０と同様である。図示されているように、Ｘ線検出器サブモジュール１１０は、フォトダイオード又はダイオード１１２（例えば、アクティブ画素又は検出器素子）を含んでいる。Ｘ線検出器サブモジュール１１０は、複数のフォトダイオード１１２を含むことができる。フォトダイオード１１２には電圧バイアス１１４が印加される。フォトダイオード１１２は増幅段１１６に結合されている（すなわち、増幅段１１６はアクティブ画素に統合されている）。増幅段１１６は、（例えば、半導体層によって吸収された）入射Ｘ線光子の検出に応答してアクティブ画素によって生成される電流パルス出力に基づいて、出力信号を生成するように構成されている。増幅段１１６は、トレース１１８（例えば、導電性金属トレース）に結合される。トレース１１８は、増幅段１１６から出力された信号を読み出すための読出し回路１２０（例えば、ＡＳＩＣのフロントエンド）に結合されたデータ線（例えば、専用データ線）である。読出し回路１２０は、Ｘ線検出器サブモジュール１０８とは分離している（すなわち、Ｘ線検出器サブモジュール１０８の半導体層には配置されていない）。各フォトダイオード１１６は、読出し回路１２０の専用チャネル（例えば、専用読出しチャネル）に結合されている。フォトダイオード１１２のトレース１１８は、直接ワイヤボンディングによって読出し回路１２０に直接に結合されている。フォトダイオード１１２は、検出された電荷を蓄積せず、したがって、読出し回路１２０に直接に結合され、特定の実施形態では、読出し回路１２０（例えば、ＡＳＩＣ）の入力ＣＳＡ１２２に供給される。トレース１１８又は読出し回路１２０のノイズ１２４は依然として存在している。しかしながら、増幅段１１６は、フォトダイオード１１２からの信号をブーストし（すなわち、電流利得を提供し）、信号対雑音比を増加させる。さらに、検出器容量（Ｃ_ｄｅｔ）１２５（すなわち、トレース容量と寄生容量）がノイズ１２４に与える影響が抑制される。

【0031】

特定の実施形態では、各アクティブ画素（例えば、フォトダイオード１１２）は、パッシブ積分器として機能するように構成されている。各アクティブ画素がパッシブ積分器である場合、増幅段１１６は、単一のトランジスタを有する相互コンダクタンス増幅器を含む。また、各アクティブ画素がパッシブ積分器である場合、電流源は読出し回路１２０に配置され、単一トランジスタにバイアスをかける。特定の実施形態では、増幅段１１６は電荷感応増幅器を含む。増幅段１１６が電荷感応増幅器を含む場合、増幅段１１６は第１のトランジスタと第２のトランジスタとを含み、第１のトランジスタは電荷感応増幅器であり、第２のトランジスタは電圧出力を電流に変換するように構成される。また、増幅段１１６が電荷感応増幅器を含む場合、各アクティブ画素に電流源が統合される。

【0032】

図５で説明したようなアクティブ画素を有するＸ線検出器サブモジュール１０８（検出器センサ）を利用すると、光子計数検出器から得られる画像データの画質が向上する。また、読出し回路１２０による消費電力が低減される。

【0033】

特定の実施形態では、１つ又は複数のダイオードの代わりに、Ｘ線検出器サブモジュール１１０は、アクティブ画素として複数のバイポーラ接合トランジスタ（例えば、縦型バイポーラ接合トランジスタ）を含む（図１１～図１５参照）。これらの実施形態では、別個の増幅段は必要ない。代わりに、バイポーラ接合トランジスタが、Ｘ線検出器サブモジュール１１０の半導体層に衝突するＸ線光子によって生成されるパルス信号を増幅する。

【0034】

図６は、Ｘ線検出器サブモジュール１２６（検出器センサ）のアクティブ画素（例えば、パッシブ積分器）を有する部分を示す概略図である。Ｘ線検出器サブモジュール１２６は、図２及び図３の検出器サブモジュール５８及び７０と同様である。図示されているように、Ｘ線検出器サブモジュール１２６は、フォトダイオード又はダイオード１２８（例えば、アクティブ画素又は検出器素子）を含んでいる。Ｘ線検出器サブモジュール１２６は、複数のフォトダイオード１２８を含むことができる（図８参照）。フォトダイオード１２８には電圧バイアス１３０が印加される。フォトダイオード１２８は、増幅段１３２に結合されている（すなわち、増幅段１３２はアクティブ画素に統合されている）。増幅段１３２は、入射Ｘ線光子（例えば、半導体層によって吸収された入射Ｘ線光子）の検出に応答してアクティブ画素によって生成される電流パルス出力に基づいて、出力信号を生成するように構成されている。

【0035】

各アクティブ画素（例えば、フォトダイオード１２８）は、パッシブ積分器として機能するように構成されている。増幅段１３２は、相互コンダクタンス増幅器１３４（Ｍ１）を含んでいる。特定の実施形態では、相互コンダクタンス増幅器１３４は、ｐチャネル金属酸化膜半導体（ＰＭＯＳ）である。相互コンダクタンス増幅器１３４は、単一のトランジスタ１３６を含んでいる。相互コンダクタンス増幅器１３４は、利得（ｇ_ｍ）を与える積分後の増幅器（post-integrative amplifier）である。増幅段１３２は、フォトダイオード１２８からの電圧（Ｖ_ｐｉｘ）を電流（Ｉ_ｏｕｔ）に変換する。増幅段１３２は、相互コンダクタンス増幅器１３４に結合されたバイアス・リセット回路１３８を含んでいる。増幅段１３２は、画素コンデンサ１４０（Ｃ_ｐｉｘ）も含んでいる。また、バイアス・リセット回路１３８は、積分器（すなわち入力ゲート容量）を放電するように構成されている。バイアス・リセット回路１３８は、画素コンデンサ１４０にリセット経路を提供するようにも構成されている。バイアス・リセット回路１３８は、アクティブ画素によって生成された電流パルス出力に基づいた出力信号のみ（バイアスでもなく、ＤＣ電流でもない）が帰還コンデンサ（図５の読出し回路１２０のＣ_ｆを参照）に供給されるようにする。

【0036】

増幅段１３２は、トレース１４２（例えば、導電性金属トレース）に結合されている。トレース１４２は、増幅段１３２から出力された信号を読み出すための読出し回路１４４（例えば、ＡＳＩＣのフロントエンド）に結合されたデータ線（例えば、専用データ線）である。読出し回路１４４には電流源１４６が配置され、電流源１４６は単一トランジスタ１３６にバイアスをかける。読出し回路１４４は、Ｘ線検出器サブモジュール１２６から分離している（すなわち、Ｘ線検出器サブモジュール１２６の半導体層には配置されていない）。各フォトダイオード１２８は、読出し回路１４４の専用チャネル（例えば、専用読み出しチャネル）に結合されている。フォトダイオード１２８のトレース１４２は、直接ワイヤボンディングによって読出し回路１４４に直接結合されている。フォトダイオード１２８は検出された電荷を蓄積せず、したがって、読出し回路１４４に直接結合される。増幅段１３２は、フォトダイオード１２８からの信号をブーストし（すなわち、電流利得を与える）、信号対雑音比を増加させる。さらに、検出器容量（Ｃ_ｄｅｔ）１４８によるノイズへの影響が抑制される。

【0037】

図６で説明したようなアクティブ画素を有するＸ線検出器サブモジュール１２６（検出器センサ）を利用すると、光子計数検出器から得られる画像データの画質が向上する。また、読出し回路１４４による消費電力が低減される。

【0038】

図７は、Ｘ線検出器サブモジュール１５０（検出器センサ）の、アクティブ画素を有する（例えば、ＣＳＡが画素に統合されている）部分を示す概略図である。Ｘ線検出器サブモジュール１５０は、図２及び図３の検出器サブモジュール５８及び７０と同様である。図示されているように、Ｘ線検出器サブモジュール１５０は、フォトダイオード又はダイオード１５２（例えば、アクティブ画素又は検出器素子）を含んでいる。Ｘ線検出器サブモジュール１２６は、複数のフォトダイオード１５２を含むことができる（図９参照）。フォトダイオード１５２には電圧バイアス１５４が印加される。フォトダイオード１５２は、増幅段１５６に結合されている（すなわち、増幅段１５６はアクティブ画素に統合されている）。増幅段１５６は、入射Ｘ線光子（例えば、半導体層によって吸収される入射Ｘ線光子）の検出に応答してアクティブ画素によって生成される電流パルス出力に基づいて、出力信号を生成するように構成される。

【0039】

各アクティブ画素（例えば、フォトダイオード１５２）は、パッシブ積分器として機能するように構成されている。増幅段１５６は、電荷感応増幅器１５８（Ｍ１）を含んでいる。電荷感応増幅器１５８はアクティブ画素に統合されている。増幅段１５６は、第１のトランジスタ１６０及び第２のトランジスタ１６１を含んでいる。特定の実施形態において、第１のトランジスタ１６０及び第２のトランジスタ１６１は両方ともＰＭＯＳである。特定の実施形態では、第１のトランジスタ１６０はＰＭＯＳであり、第２のトランジスタ１６１はｎチャネル型金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ）である。第１のトランジスタ１６０のバイアスは必要ない。第２のトランジスタ１６１がＮＭＯＳの場合、第２のトランジスタ１６１はソースフォロワ（例えば、電圧バッファ）として機能する。その結果、読出し回路１７０（例えば、ＡＳＩＣ）が必要とするのは、整形器及び識別器のみである。第２のトランジスタ１６１がＰＭＯＳの場合、第２のトランジスタ１６１は２段ゲインであり、読出し回路１７０はＣＳＡ、整形器、及び識別器を必要とする。第１のトランジスタ１６０は電荷感応増幅器１５８である。ＣＳＡ増幅器１５８は利得を与える相互コンダクタンス増幅器である。第２のトランジスタ１６１（Ｍ２）は、電荷感応増幅器１５８からの電圧を電流（Ｉ_ｏｕｔ）に変換するように構成されている。また、第２のトランジスタ１６１は追加の利得を与える。図７に示されているように、増幅段１５６は各アクティブ画素に統合された電流源１６２を含んでいる。増幅段１５６は抵抗（Ｒ）１６４を含んでいる。増幅段１５６は帰還コンデンサ１６６（Ｃ_ｆ）も含んでいる。

【0040】

増幅段１５６は、トレース１６８（例えば、導電性金属トレース）に結合されている。トレース１６８は、増幅段１５６から出力された信号を読み出すための読出し回路１７０（例えば、ＡＳＩＣのフロントエンド）に結合されたデータ線（例えば、専用データ線）である。読出し回路１７０は、Ｘ線検出器サブモジュール１５０から分離している（すなわち、読出し回路１７０は、Ｘ線検出器サブモジュール１５０の半導体層には配置されていない）。各フォトダイオード１５２は、読出し回路１７０の専用チャネル（例えば、専用読出しチャネル）に結合されている。フォトダイオード１５２のトレース１６８は、直接ワイヤボンディングによって読出し回路１７０に直接結合されている。フォトダイオード１５２は検出された電荷を蓄積せず、したがって、読出し回路１７０に直接結合される。増幅段１５６は、フォトダイオード１５２からの信号をブーストし（すなわち、電流利得を与える）、信号対雑音比を増加させる。さらに、検出器容量（Ｃ_ｄｅｔ）１７２のノイズに対する影響が抑制される。

【0041】

図７で説明したようなアクティブ画素を有するＸ線検出器サブモジュール１５０（検出器センサ）を利用すると、光子計数検出器から得られる画像データの画質が向上する。また、読出し回路１７０による消費電力が低減される。

【0042】

図８は、Ｘ線検出器サブモジュール１７４（検出器センサ）の、複数のアクティブ画素（例えば、パッシブ積分器）を有する部分を示す概略図である。Ｘ線検出器サブモジュール１７４は、図２及び図３の検出器サブモジュール５８及び７０と同様である。図示されているように、Ｘ線検出器サブモジュール１７４は、複数のフォトダイオード又はダイオード１７６（例えば、アクティブ画素又は検出器素子）を含んでいる。各フォトダイオード１７６には電圧バイアス１７８が印加される。各フォトダイオード１７６は、それぞれの増幅段１８０に結合されている（すなわち、各増幅段１８０は、それぞれのアクティブ画素に統合されている）。各増幅段１８０は、入射Ｘ線光子（例えば、半導体層によって吸収される入射Ｘ線光子）の検出に応答して、それぞれのアクティブ画素によって生成される電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成されている。

【0043】

各アクティブ画素（例えば、フォトダイオード１７６）は、パッシブ積分器として機能するように構成されている。各増幅段１８０は、相互コンダクタンス増幅器１８２（Ｍ１）を含んでいる。各相互コンダクタンス増幅器１８２は、単一のトランジスタ１８４を含んでいる。各相互コンダクタンス増幅器１８２は、利得（ｇ_ｍ）を与える積分後の増幅器である。特定の実施形態では、各相互コンダクタンス増幅器１８２はＰＭＯＳである。各増幅段１８０は、それぞれのフォトダイオード１７６からの電圧（Ｖ_ｐｉｘ）を電流（Ｉ_ｏｕｔ）に変換する。各増幅段１８０は、バイアス・リセット回路１８６を含んでいる。各増幅段１８０は、相互コンダクタンス増幅器１８２に結合されたバイアス・リセット回路１８６を含んでいる。各増幅段１８０は画素コンデンサ１８８（Ｃ_ｐｉｘ）も含んでいる。各バイアス・リセット回路１８６は、積分器（すなわち入力ゲート容量）を放電するように構成されている。各バイアス・リセット回路１８６は、画素コンデンサ１８８にリセット経路を提供するようにも構成されている。各バイアス・リセット回路１８６は、アクティブ画素によって生成された電流パルス出力に基づいた出力信号のみ（バイアスでもなく、ＤＣ電流でもない）が帰還コンデンサ（図５の読出し回路１２０のＣ_ｆを参照）に供給されるようにする。

【0044】

各増幅段１８０は、それぞれのトレース１９０（例えば、導電性金属トレース）に結合されている。各トレース１９０は、それぞれの増幅段１８０から出力された信号を読み出すための読出し回路１９２（例えば、ＡＳＩＣのフロントエンド）に結合されたデータ線（例えば、専用データ線）である。それぞれの電流源１９３は読出し回路１９２に配置され、それぞれのトランジスタ１８４にバイアスをかける。読出し回路１９０は、Ｘ線検出器サブモジュール１７４から分離している（すなわち、Ｘ線検出器サブモジュール１７４の半導体層には配置されていない）。各フォトダイオード１７６は、読出し回路１９２の専用チャネル（例えば、専用読出しチャネル）に結合されている。特定の実施形態では、複数のフォトダイオード１７６の読出しチャネルは、同じＡＳＩＣモジュールに配置される。特定の実施形態では、複数のフォトダイオード１７６の読出しチャネルは、異なるＡＳＩＣモジュールに配置される。フォトダイオード１７６のトレース１９０は、直接ワイヤボンディングによって読出し回路１９２に直接結合されている。フォトダイオード１７６は検出された電荷を蓄積せず、したがって、読出し回路１９２に直接結合される。各増幅段１８０は、それぞれのフォトダイオード１７６からの信号をブーストし（すなわち、電流利得を与える）、信号対雑音比を増加させる。さらに、検出器容量（Ｃ_ｄｅｔ）１９４のノイズに対する影響が抑制される。

【0045】

図８で説明したようなアクティブ画素を有するＸ線検出器サブモジュール１７４（検出器センサ）を利用すると、光子計数検出器から得られる画像データの画質が向上する。また、読出し回路１９２による消費電力が低減される。

【0046】

図９は、Ｘ線検出器サブモジュール１９６（検出器センサ）の、複数のアクティブ画素（例えば、ＣＳＡが統合された各画素）を有する部分を示す概略図である。Ｘ線検出器サブモジュール１９６は、図２及び図３の検出器サブモジュール５８及び７０と同様である。図示されているように、Ｘ線検出器サブモジュール１９６は、複数のフォトダイオード又はダイオード１９８（例えば、アクティブ画素又は検出器素子）を含んでいる。各フォトダイオード１９８には電圧バイアス２００が印加される。各フォトダイオード１９８は、それぞれの増幅段２０２に結合されている（すなわち、各増幅段２０２は、それぞれのアクティブ画素に統合されている）。各増幅段２０２は、入射Ｘ線光子（例えば、半導体層によって吸収される入射Ｘ線光子）の検出に応答して、それぞれのアクティブ画素によって生成される電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成されている。

【0047】

各アクティブ画素（例えば、フォトダイオード１９８）は、パッシブ積分器として機能するように構成されている。各増幅段２０２は、それぞれの電荷感応増幅器２０４（Ｍ１）を含んでいる。各電荷感応増幅器２０４は、そのアクティブ画素に統合されている。各増幅段２０２は、それぞれの第１のトランジスタ２０６及びそれぞれの第２のトランジスタ２０８を含んでいる。特定の実施形態では、第１のトランジスタ２０６及び第２のトランジスタ２０８の両方がＰＭＯＳである。特定の実施形態では、第１のトランジスタ２０６はＰＭＯＳであり、第２のトランジスタ２０８はＮＭＯＳである。第１のトランジスタ２０６のバイアスは必要はない。各第１のトランジスタ２０６は、電荷感応増幅器２０４である。各ＣＳＡ増幅器２０４は、利得を与える相互コンダクタンス増幅器である。各第２のトランジスタ２０８（Ｍ２）は、それぞれの電荷感応増幅器２０４からの電圧（～Ｖ_ｐｉｘ）を電流（Ｉ_ｏｕｔ）に変換するように構成されている。また、各第２のトランジスタ２０８は、追加の利得を与える。図９に示されているように、各増幅段２０２は、各アクティブ画素に統合されたそれぞれの電流源２１０を含んでいる。各増幅段２０２は、それぞれの抵抗器（Ｒ）２１２を含んでいる。各増幅段２０２は、それぞれの帰還コンデンサ２１４（Ｃ_ｆ）も含んでいる。

【0048】

各増幅段２０２は、それぞれのトレース２１６（例えば、導電性金属トレース）に結合されている。各トレース２１６は、それぞれの増幅段２０２から出力された信号を読み出すための読出し回路２１８（例えば、ＡＳＩＣのフロントエンド）に結合されたデータ線（例えば、専用データ線）である。読出し回路２１８は、Ｘ線検出器サブモジュール１９６から分離している（すなわち、Ｘ線検出器サブモジュール１９６の半導体層には配置されていない）。各フォトダイオード１９８は、読出し回路２１８の専用チャネル（例えば、専用読出しチャネル）に結合されている。特定の実施形態では、複数のフォトダイオード１９８の読出しチャネルは、同じＡＳＩＣモジュールに配置される。特定の実施形態では、複数のフォトダイオード１９８の読出しチャネルは、異なるＡＳＩＣモジュールに配置される。フォトダイオード１９８のそれぞれのトレース２１６は、直接ワイヤボンディングによって読出し回路２１８に直接結合されている。フォトダイオード１９８は検出された電荷を蓄積せず、したがって、読出し回路２１８に直接結合される。各増幅段２０２は、それぞれのフォトダイオード１９８からの信号をブーストし（すなわち、電流利得を与える）、信号対雑音比を増加させる。さらに、検出器容量（Ｃ_ｄｅｔ）２２０のノイズに対する影響が抑制される。

【0049】

図９で説明したようなアクティブ画素を有するＸ線検出器サブモジュール１９６（検出器センサ）を利用すると、光子計数検出器から得られる画像データの画質が向上する。また、読出し回路２１８による消費電力が低減される。

【0050】

図１０は、複数のアクティブ画素を有するＸ線検出器サブモジュール（例えば、図２及び図３の検出器サブモジュール５８及び７０）を製造するための方法２２２のフローチャートである。方法２２２は、半導体層を用意することを含む（ブロック２２４）。半導体層はシリコンで作られている。特定の実施形態では、半導体層は、ガリウムヒ素、カドミウム亜鉛テルル化物、又は別の半導体材料で作られてもよい。

【0051】

また、方法２２２は、半導体層に複数のアクティブ画素及び関連する回路を配置することを含んでいる（ブロック２２６）。各アクティブ画素はフォトダイオードを含んでおり、このフォトダイオードは、フォトダイオードによって出力される信号の利得を増加させるように構成された増幅段に結合される。特定の実施形態では、各アクティブ画素は、パッシブ積分器として機能するように構成される。この実施形態では、増幅段は、単一のトランジスタを有する相互コンダクタンス増幅器を含む。この実施形態では、電流源は読出し回路に配置され、単一トランジスタにバイアスをかける。特定の実施形態では、増幅段は電荷感応増幅器を含む。この実施形態では、増幅段は第１のトランジスタと第２のトランジスタとを含み、第１のトランジスタは電荷感応増幅器であり、第２のトランジスタは電圧出力を電流に変換するように構成される。この実施形態では、電流源は各アクティブ画素に統合される。

【0052】

方法２２２は、更に、複数のアクティブ画素の各アクティブ画素を読出し回路に結合することを含む（ブロック２２８）。読出し回路は、１つ又は複数のＡＳＩＣモジュールを含むことができる。各アクティブ画素の各増幅段は、それぞれの増幅段から出力された信号を読み出すための読出し回路（例えば、ＡＳＩＣのフロントエンド）に結合されたデータ線（例えば、専用データ線）として機能するそれぞれのトレースに結合されている。読出し回路は、Ｘ線検出器サブモジュールから分離している（すなわち、Ｘ線検出器サブモジュールの半導体層には配置されていない）。各フォトダイオードは、（増幅段に結合されたトレースを通じて）、読出し回路（例えば、ＡＳＩＣ）の専用チャネル（例えば、専用読出しチャネル）に結合されている。特定の実施形態では、複数のフォトダイオードの読出しチャネルは、同じＡＳＩＣモジュールに配置される。特定の実施形態では、複数のフォトダイオードの読出しチャネルは、異なるＡＳＩＣモジュールに配置される。フォトダイオードのそれぞれのトレースは、直接ワイヤボンディングによって読出し回路に直接結合される。

【0053】

図１１は、Ｘ線検出器サブモジュール２３０（例えば、検出器センサ）の、アクティブ画素（例えば、増幅用バイポーラ接合トランジスタを有する画素）を有する部分を示す概略図である。Ｘ線検出器サブモジュール２３０は、図２及び図３の検出器サブモジュール５８及び７０と同様のものである。図示されているように、Ｘ線検出器サブモジュール２３０は、バイポーラ接合トランジスタ２３２（例えば、アクティブ画素又は検出器素子）を含んでいる。特定の実施形態（例えば、図１２に示されるような実施形態であって、図１３及び図１４のバイポーラ接合トランジスタ２４６及び２７２に対応する実施形態）では、バイポーラ接合トランジスタ２３２（例えば、縦型バイポーラ接合トランジスタ）は、ＮＰＮ型バイポーラ接合トランジスタである。特定の実施形態（例えば、図１１に示されるような実施形態であって、図１５のバイポーラ接合トランジスタ２９４に対応する実施形態）では、バイポーラ接合トランジスタ２３２はＰＮＰ型バイポーラ接合トランジスタである。Ｘ線検出器サブモジュール２３０は、複数のバイポーラ接合トランジスタ２３２を含むことができる。別個の増幅段を有する代わりに、バイポーラ接合トランジスタ２３２が増幅を行う。バイポーラ接合トランジスタ２３２は、出力信号を生成するように構成され、出力信号は、入射Ｘ線光子（例えば、半導体層によって吸収される入射Ｘ線光子）の検出に応答してアクティブ画素によって生成された電流パルスの増幅信号である。バイポーラ接合トランジスタ２３２には電圧バイアス２３３が印加される。バイポーラ接合トランジスタ２３２は、トレース２３４（例えば、導電性金属トレース）に結合されている。トレース２３４は、バイポーラ接合トランジスタ２３２から出力された信号を読み出すための読出し回路２３６（例えば、ＡＳＩＣのフロントエンド）に結合されたデータ線（例えば、専用データ線）である。読出し回路２３６は、Ｘ線検出器サブモジュール２３０から分離している（すなわち、Ｘ線検出器サブモジュール２３０の半導体層には配置されていない）。各バイポーラ接合トランジスタ２３０は、読出し回路２３６の専用チャネル（例えば、専用読出しチャネル）に結合されている。バイポーラ接合トランジスタ２３２のトレース２３４は、直接ワイヤボンディングによって読出し回路２３６に直接結合されている。バイポーラ接合トランジスタ２３２は、検出された電荷を蓄積せず、したがって、読出し回路２３６に直接結合され、特定の実施形態では、読出し回路２３６の入力ＣＳＡ２３８（例えば、ＡＳＩＣ）に供給される。トレース２３４又は読出し回路２３６のノイズ２４０は依然として存在する。しかし、バイポーラ接合トランジスタ２３２は、信号をブーストし（すなわち、電流利得を与える）、信号対雑音比を増加させる。さらに、検出器容量（Ｃ_ｄｅｔ）２４２（すなわち、トレース容量と寄生容量）がノイズ２４０に与える影響が抑制される。

【0054】

図１３は、Ｘ線検出器サブモジュール２４４の、バイポーラ接合トランジスタ２４６（例えば、ＮＰＮ型の縦型バイポーラ接合トランジスタ）を有する部分の断面図であり、その動作が示されている。Ｘ線検出器サブモジュール２４４は、第１の面２４８（例えば前面）と、第１の面２４８とは反対側の第２の面２５０（背面）とを含んでいる。図示されているように、バイポーラ接合トランジスタ２４６は、第１のＮ型半導体層２５４（例えば、Ｎ＋）から形成されたエミッタ２５２と、Ｐ型半導体層２５８（例えば、Ｐ）から形成されたベース２５６と、第２のＮ型半導体層２６２（Ｎ－）から形成されたコレクタ２６０とを含んでいる。バイポーラ接合トランジスタ２４６は、第３のＮ型半導体層２６４（例えば、Ｎ＋）も含んでいる。コレクタ２６０は、ベース２５６と第３のＮ型半導体層２６４との間に配置されている。エミッタ２５２とベース２５６の一部は共に第１の面２４８に位置し、第３のＮ型半導体層２６４は第２の面２５０に位置している。第３のＮ型半導体層２６４はコレクタ２６０よりも高濃度にドープされている。ベース２５６は、エミッタ２５２よりも１０倍～１００倍低くドープされており、バイポーラ接合トランジスタ２４６の利得にほぼ対応する。ベース２５６のＰ型領域は十分に高くドープされ、十分に厚いが、高くドープされすぎず、厚すぎるということもない。特に、ベース２５６は、パンチスルーを回避するのに十分なドーピングが行われ、十分な厚さを有している。

【0055】

ベース２５６とコレクタ２６０との間の接合２６６は、完全空乏化になるように逆バイアスされる。エミッタ２５２は接地されている。バイポーラ接合トランジスタ２４６は検出器素子又はアクティブ画素として機能する。Ｘ線検出器サブモジュール２４４を通過するＸ線光子が、ある領域で価電子を散乱させて価電子が伝導帯に励起されることに応答して、電子－正孔対（すなわち電流パルス）が生成される。正孔はベース２５６に注入される。正孔が過剰に蓄積されると、エミッタ２５２とベース２５６との間の接合２６８に順バイアスが印加される。増幅された電子がベース２５６に注入される。特定の実施形態では、ベース２５６はバイアスを必要とする場合がある。その結果、バイポーラ接合トランジスタ２４６は出力信号を生成し、出力信号は、Ｘ線光子が半導体基板を移動することに応答して、アクティブ画素によって生成される電流パルスの増幅信号である。

【0056】

図１４は、Ｘ線検出器サブモジュール２７０の、バイポーラ接合トランジスタ２７２（例えば、ＮＰＮ型のバイポーラ接合トランジスタ）を有する部分を示す概略図である。Ｘ線検出器サブモジュール２７０は、第１の面２７４（前面）と、第１の面２７４とは反対側の第２の面２７６（背面）とを含んでいる。図示されているように、バイポーラ接合トランジスタ２７２は、第１のＮ型半導体層２８０（例えば、Ｎ）から形成されたエミッタ２７８と、Ｐ型半導体層２８４（例えば、Ｐ－）から形成されたベース２８２と、第２のＮ型半導体層２８８（Ｎ）から形成されたコレクタ２８６とを含んでいる。バイポーラ接合トランジスタ２４６は、第２のＰ型半導体層２９０（例えば、Ｐ）も含んでいる。第２のＰ型半導体層２９０は、ベース２８２とエミッタ２７８との間に配置されている。第２のＰ型半導体層２９０は、ベース２８２よりも高濃度にドープされている。エミッタ２７８と第２のＰ型半導体層２９０の一部は共に第１の面２７４に位置し、コレクタ２８６は第２の面２７６に位置している。Ｐ型領域は高濃度にドープされ、十分に厚いが、高濃度にドープされすぎず、厚すぎでもない。図１３で説明したのと同様に、バイポーラ接合トランジスタ２７２は出力信号を生成する。出力信号は、Ｘ線光子が半導体基板を移動することに応答してアクティブ画素によって生成される電流パルスの増幅信号である。

【0057】

図１５は、Ｘ線検出器サブモジュール２９２の、バイポーラ接合トランジスタ２９４（例えば、ＰＮＰ型バイポーラ接合トランジスタ）を有する部分を示す概略図である。Ｘ線検出器サブモジュール２９２は、第１の面２９６（例えば、前面）と、第１の面２９６とは反対側の第２の面２９８（例えば、背面）とを含んでいる。図示されているように、バイポーラ接合トランジスタ２７２は、第１のＰ型半導体層３０２（例えば、Ｐ）から形成されたエミッタ３００と、Ｎ型半導体層３０６（例えば、Ｎ－）から形成されたベース３０４と、第２のＰ型半導体層３１０（例えば、Ｐ）のコレクタ３０８とを含んでいる。また、バイポーラ接合トランジスタ２９４は、ベース３０４とエミッタ３００との間に配置された第２のＮ型半導体層３１２（例えば、Ｎ）を含んでいる。第２のＮ型半導体層３１２は、パンチスルーを回避するために、ベース３０４よりも高濃度にドープされている。コレクタ３０８は第１の面２９６に位置し、エミッタ３００は第２の面２９８に位置する。コレクタ３０８は接地されている。バイポーラ接合トランジスタ２９４は、検出器素子又はアクティブ画素として機能する。Ｘ線検出器サブモジュール２９２を通過するＸ線光子が、ある領域で価電子を散乱させて価電子が伝導帯に励起されることに応答して、電子－正孔対（すなわち、電流パルス）が生成される。増幅した正孔が（例えば、第２の面即ち背面の隣接する領域で）ベース３０４に注入される。バイポーラ接合トランジスタ２９４は出力信号を生成する。出力信号は、Ｘ線光子が半導体基板を移動することに応答してアクティブ画素によって生成される電流パルスの増幅信号である。

【0058】

開示された主題の技術的効果には、システムのノイズ及び消費電力を増加させるような大きな容量負荷をＡＳＩＣの入力ＣＳＡに与えることを回避するために、光子計数システム用の効果的なアクティブ画素センサを実装するシステム及び方法を提供することが含まれる。技術的効果には、シリコンベースの光子計数検出器（コンピュータ断層撮影検出器又は他の適切なタイプのＸ線撮影検出器など）の性能を向上させることも含まれる。技術的効果には、さらに、電子ノイズの影響を低減することによる（Ｓ／Ｎ比の改善による）画質の向上も含まれる。技術的効果には、さらに、読出し回路（例えば、ＡＳＩＣ）の消費電力が低下することにより、システムの複雑さを低減しコストを削減することが含まれる。

【0059】

本明細書で提示され請求項に記載された技術は、本技術分野を明らかに改善する実用的な性質を有する具体例及び有形物に言及され、適用されており、そのため、抽象的なものではなく、無形物ではなく、純粋に理論的なものでもない。さらに、請求項が、「…［機能］を［実行］するための手段」又は「…［機能］を［実行］するためのステップ」として指定された一つ又は複数の要素を含む場合、かかる要素は、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１２（ｆ）に基づいて解釈されるべきである。しかし、他のやり方で指定された要素を含む請求項については、そのような要素は３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１２（ｆ）に基づいて解釈されるべきではない。

【0060】

本明細書の説明は、実施例を使用して本主題（ベストモードを含む）を開示し、また、当業者が本主題を実施できるようにする（任意の装置又はシステムを製造及び使用すること並びに組み込まれた任意の方法を実行することなど）ものである。本主題の特許性のある範囲は、特許請求の範囲で規定されており、当業者が思い浮かぶ他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の字義通りの文言と実質的な差異がない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されるものである。

【符号の説明】

【0061】

１０ ＣＴイメージングシステム
１２ Ｘ線源
２０ Ｘ線ビーム
２２ コリメータ
２４ 被検体
２６ Ｘ線
２８ 検出器アレイ
３０ システムコントローラ
３２ 直線位置決めサブシステム
３４ 回転サブシステム
３６ モータコントローラ
３８ Ｘ線コントローラ
４０ データ収集システム
４２ コンピュータ
４４ 処理回路
４６ メモリ
４８ オペレータワークステーション
５０ ディスプレイ
５２ プリンタ
５６ 遠隔システム
５８ 検出器サブモジュール
５９ 縁部
６０ 検出器素子
６２ 検出器ストリップ
６４ セグメント
６５ セグメント
６６ 第２のセグメント
６８ 第３のセグメント
６９ 側縁部
７０ Ｘ線検出器サブモジュール
７２ 半導体層
７８ ドープインプラント
８２ ギャップ
８４ 電気絶縁層
８６ 配線トレース
８８ パッシベーション層
９０ Ｘ線検出器サブモジュール
９２ ダイオード
９４ 電圧バイアス
９６ トレース
９８ 読出し回路
１０２ ノイズ
１０４ 検出器容量
１０８ Ｘ線検出器サブモジュール
１１０ Ｘ線検出器サブモジュール
１１２ ダイオード
１１４ 電圧バイアス
１１６ 増幅段
１１６ フォトダイオード
１１８ トレース
１２０ 読出し回路
１２４ ノイズ
１２５ 検出器容量
１２６ Ｘ線検出器サブモジュール
１２８ ダイオード
１３０ 電圧バイアス
１３２ 増幅段
１３４ 相互コンダクタンス増幅器
１３６ トランジスタ
１３８ リセット回路
１４０ 画素コンデンサ
１４２ トレース
１４４ 読出し回路
１４６ 電流源
１４８ 検出器容量
１５０ Ｘ線検出器サブモジュール
１５２ ダイオード
１５４ 電圧バイアス
１５６ 増幅段
１５８ 電荷感応増幅器
１６０ 第１のトランジスタ
１６１ 第２のトランジスタ
１６２ 電流源
１６６ 帰還コンデンサ
１６８ トレース
１７０ 読出し回路
１７２ 検出器容量
１７４ Ｘ線検出器サブモジュール
１７６ ダイオード
１７８ 電圧バイアス
１８０ 増幅段
１８２ 相互コンダクタンス増幅器
１８４ トランジスタ
１８６ バイアス・リセット回路
１８８ 画素コンデンサ
１９０ トレース
１９０ 読出し回路
１９２ 読出し回路
１９３ 電流源
１９４ 検出器容量
１９６ Ｘ線検出器サブモジュール
１９８ ダイオード
２００ 電圧バイアス
２０２ 増幅段
２０４ 電荷感応増幅器
２０６ 第１のトランジスタ
２０８ 第２のトランジスタ
２１０ 電流源
２１４ 帰還コンデンサ
２１６ トレース
２１８ 読出し回路
２２０ 検出器容量
２２２ 方法
２２４ ブロック
２２６ ブロック
２２８ ブロック
２３２ バイポーラ接合トランジスタ
２３３ 電圧バイアス
２３４ トレース
２３６ 読出し回路
２４０ ノイズ
２４２ 検出器容量
２４４ Ｘ線検出器サブモジュール
２４６ バイポーラ接合トランジスタ
２４８ 第１の面
２５０ 第２の面
２５２ エミッタ
２５４ Ｎ型半導体層
２５６ ベース
２５８ Ｐ型半導体層
２６０ コレクタ
２６２ Ｎ型半導体層
２６４ Ｎ型半導体層
２６６ 接合
２６８ 接合
２７０ Ｘ線検出器サブモジュール
２７２ バイポーラ接合トランジスタ
２７４ 第１の面
２７６ 第２の面
２７８ エミッタ
２８０ Ｎ型半導体層
２８２ ベース
２８４ Ｐ型半導体層
２８６ コレクタ
２８８ Ｎ型半導体層
２９０ Ｐ型半導体層
２９２ Ｘ線検出器サブモジュール
２９４ バイポーラ接合トランジスタ
２９６ 第１の面
２９８ 第２の面
３００ エミッタ
３０２ Ｐ型半導体層
３０４ ベース
３０６ Ｎ型半導体層
３０８ コレクタ
３１０ Ｐ型半導体層
３１２ Ｎ型半導体層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-08

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光子計数検出器（２８）であって、
複数の検出器サブモジュール（５８）であって、前記複数の検出器サブモジュール（５８）の各検出器サブモジュール（５８）は、
半導体基板（７２）、
前記半導体基板（７２）に配置され、検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素（６０）、および
前記複数のアクティブ画素（６０）から読出し回路（１２０）まで延在する複数のトレース（１１８）であって、前記複数のアクティブ画素（６０）の各アクティブ画素（６０）は、前記複数のトレース（１１８）のそれぞれのトレース（１１８）に結合され、各アクティブ画素（６０）は、前記アクティブ画素（６０）によって生成された電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成された増幅段（１１６）を含む、複数のトレース
を含む、複数の検出器サブモジュールと、
前記複数のアクティブ画素（６０）から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路（１２０）であって、前記読出し回路（１２０）は、前記複数の検出器サブモジュール（５８）から分離している、読出し回路と
を含む、光子計数検出器。

【請求項2】

前記増幅段（１１６）は、信号対雑音比を増加させるために、現在のパルス出力よりも高い利得を有する出力信号を生成するように構成される、請求項１に記載の光子計数検出器（２８）。

【請求項3】

各アクティブ画素（６０）はパッシブ積分器として機能するように構成されている、請求項１に記載の光子計数検出器（２８）。

【請求項4】

各アクティブ画素（６０）の増幅段（１１６）は、相互コンダクタンス増幅器（１３４）を含む、請求項３に記載の光子計数検出器（２８）。

【請求項5】

各アクティブ画素（６０）の増幅段（１１６）は、単一のトランジスタ（１３６）を含む、請求項４に記載の光子計数検出器（２８）。

【請求項6】

各アクティブ画素（６０）は、画素コンデンサ（１４０）とバイアス・リセット回路（１３８）とを含み、前記バイアス・リセット回路（１３８）は、画素コンデンサ（１４０）にリセット経路を提供し、バイアスが前記読出し回路（１２０）に供給されないように構成される、請求項５に記載の光子計数検出器（２８）。

【請求項7】

前記読出し回路（１２０）に配置された電流源（１４６）を含み、前記電流源（１４６）は単一トランジスタ（１３６）にバイアスをかける、請求項５に記載の光子計数検出器（２８）。

【請求項8】

各アクティブ画素（６０）の増幅段（１１６）は電荷感応増幅器（１５８）を含む、請求項１に記載の光子計数検出器（２８）。

【請求項9】

各アクティブ画素（６０）の増幅段（１１６）は、第１のトランジスタ（１６０）と第２のトランジスタ（１６１）とを含み、前記第１のトランジスタ（１６０）は電荷感応増幅器（１５８）であり、前記第２のトランジスタ（１６１）は電圧出力を電流に変換するように構成されている、請求項８に記載の光子計数検出器（２８）。

【請求項10】

各アクティブ画素（６０）は電流源（１６２）を含む、請求項９に記載の光子計数検出器（２８）。

【請求項11】

前記光子計数検出器（２８）は、コンピュータ断層撮影イメージングシステム（１０）で使用されるように構成されている、請求項１に記載の光子計数検出器（２８）。

【請求項12】

コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステム（１０）であって、
光子計数検出器（２８）であって、
少なくとも１つの検出器サブモジュール（５８）であって、前記少なくとも１つの検出器サブモジュール（５８）は、
半導体基板（７２）と、
前記半導体基板（７２）に配置された検出器素子として機能するように構成された複数のアクティブ画素（６０）と、
前記複数のアクティブ画素（６０）から読出し回路（１２０）まで延在する複数のトレース（１１８）であって、前記複数のアクティブ画素（６０）の各アクティブ画素（６０）は、前記複数のトレース（１１８）のそれぞれのトレース（１１８）に結合され、各アクティブ画素（６０）は、前記アクティブ画素（６０）によって生成された電流パルス出力に基づいて出力信号を生成するように構成された増幅段（１１６）を含む、複数のトレースと
を含む少なくとも１つの検出器サブモジュール、および
前記複数のアクティブ画素（６０）から前記出力信号を直接読み出すように構成された読出し回路（１２０）であって、前記読出し回路（１２０）は、前記少なくとも１つの検出器サブモジュール（５８）から分離している、読出し回路
を含む光子計数検出器
を含む、ＣＴシメージングシステム。

【請求項13】

各アクティブ画素（６０）はパッシブ積分器として機能するように構成されている、請求項１２に記載のＣＴイメージングシステム（１０）。

【請求項14】

各アクティブ画素（６０）の増幅段（１１６）は相互コンダクタンス増幅器（１３４）を含む、請求項１３に記載のＣＴイメージングシステム（１０）。

【請求項15】

各アクティブ画素（６０）の増幅段（１１６）は単一のトランジスタ（１３６）を含む、請求項１４に記載のＣＴイメージングシステム。

【外国語明細書】