DE69801059T2

DE69801059T2 - Vorrichtung zur strahlungsbildaufnahme

Info

Publication number: DE69801059T2
Application number: DE69801059T
Authority: DE
Inventors: Tapio Eraluoto; Ilari Pyyhtia; E. Spartiotis
Original assignee: Simage Oy
Current assignee: Simage Oy
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: JP2001527342A; WO1999033259A1; ATE202882T1; AU2154099A; DE69801059D1; US6252217B1; IL136703A0; EP1040650B1; EP1040650A1

Description

Diese Erfindung betrifft die Strahlungsabbildung unter Verwendung einer Halbleiterabbildungsvorrichtung, die aus einer Anordnung bzw. einem Array von Bildzellen besteht. Solch eine Vorrichtung ist beispielsweise aus den Patent Abstracts of Japan, Band 009, Nr. 110 (E-314) 15.05.85, JP-A-6000172 bekannt.
Diese Erfindung beschreibt eine abbildende Halbleitervorrichtung für das Abbilden von Strahlung. Die Abbildungsvorrichtung ist eine Anordnung von Bildzellen, die aus einer Anordnung von Strahlungsdetektorzellen und einer Anordnung von Bildzellschaltkreisen besteht. Ein Beispiel einer Konfiguration eines abbildenden Systems ist in Fig. 1 der begleitenden Figuren gezeigt. Alle Zellen in der Detektorzellenanordnung sind mit jeweiligen elektronischen Zellen in der Anordnung von Bildzellschaltkreisen verbunden. Mit geeigneter Prozeßtechnologie ist es möglich, sowohl die Detektorzellen als auch die Schaltkreiszellen auf demselben Substrat zu implementieren. Eine andere Möglichkeit ist es, zwei Substrate zu haben, eines für die Detektoren und eines für die Zellschaltkreise, und unter Verwendung einer Löt-Kontaktierung (bump-bonding) oder anderen Technik, diese mechanisch und elektrisch miteinander zu verbinden, so daß jede Detektorzelle mit dem entsprechenden Zellschaltkreis verbunden ist. Ein Querschnitt eines Teiles einer abbildenden Vorrichtung, die aus zwei Substraten hergestellt ist, die mittels Löt-Kontaktierung (bump-bonding) kontaktiert sind, ist in der Fig. 2 der angehängten Zeichnungen gezeigt.
In vielen strahlungsabbildenden Applikationen besteht Bedarf nach unterschiedlichen Bildauflösungen. Bei Einzelbildern sollte die Auflösung üblicherweise relativ hoch sein. Andererseits könnte das gleiche abbildende System verwendet werden, um bewegte Bilder durch stetiges Auslesen des Bildes von der abbildenden Vorrichtung und Aktualisieren des Displays in Echtzeit darzustellen. Wenn das abbildende System jedoch für eine hohe Auflösung konstruiert ist, kann die Datenbandbreite für ein bewegtes Bild bzw. ein "Live-Bild" mit beispielsweise 30 Einzelbildern pro Sekunde so groß sein, daß die Anforderungen an die Ausleseelektronik für die Handhabung des Datenstroms übertrieben hoch werden können. Ein Auslesesystem, das schnell genug ist, die Bilder zu erfassen und zu verarbeiten, kann im Vergleich zu den Gesamtkosten des abbildenden Systems unverhältnismäßig teuer werden. Überdies wird eine hohe Bildauflösung, wie sie für Einzelbilder erforderlich ist, für eine Live-Darstellung von Bildern gar nicht benötigt.
Ein Verfahren zur wirksamen Reduzierung der Auflösung und somit der Datenbandbreite auf dem Chip würde das Problem daher lösen. Ein anderes Problem ist die Skalierbarkeit des abbildenden Systems für große oder kleine Flächen abbildende Systeme. Wenn einzelne abbildende Vorrichtungen mit relativ kleinen Flächen leicht miteinander verbunden werden könnten, um eine nahtlos verbundene Anordnung von abbildenden Systemen für ein abbildendes System für eine große Fläche zu bilden, könnten dieselben abbildenden Vorrichtungen leicht für entweder große oder kleine Flächenapplikationen verwendet werden.
Ein weiteres Problem, auf das man mit abbildenden Vorrichtungen stößt, ist, daß verteilte Kapazitäten, die mit den Auslesezeilen auf dem Chip (on-chip) verbunden sind, während des Auslesens zu Stromspitzen führen können, was zu größeren Stabilisierungszeiten für den Ausleseschaltkreis führt und infolgedessen die Geschwindigkeit, mit der Daten von der abbildenden Vorrichtung ausgelesen werden können, reduziert.
Die Erfindung versucht zumindest eines der oben erwähnten Probleme zu lösen.
Besondere und bevorzugte Aspekte der Erfindung werden in den begleitenden unabhängigen und abhängigen Ansprüchen ausgeführt. Merkmale von abhängigen Ansprüchen können mit denen der unabhängigen Ansprüche in jeder geeigneten Art und Weise kombiniert werden und nicht lediglich in den bestimmten Kombinationen, die in den Ansprüchen aufgezählt sind.
In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine abbildende Vorrichtung für die Strahlungsabbildung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine Anordnung von Detektorzellen für die Erzeugung einer Ladung in Antwort auf einfallende Strahlung, eine Anordnung von Zellschaltkreisen für das Summieren der erzeugten Ladung und einen Regelkreis aufweist für die Steuerung der Signalausgangswerte von den Zellschaltkreisen, wobei der Regelkreis einen Vorladeschaltkreis aufweist für das Reduzieren von Stromspitzen an einem Ausgang des Systems. Eine Ausführungsform der Erfindung reduziert Stromspitzen vorzugsweise während des Auslesens der Vorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Vorladeschaltkreis dafür vorgesehen, parasitäre Kapazitäten, die mit einem Ausgang für eine Spalte von Zellschaltkreisen assoziiert ist, zu laden, bevor Daten aus dieser Spalte ausgelesen werden. Die parasitären Kapazitäten sind somit zumindest teilweise geladen, so daß dann, wenn ein Auslesevorgang gestartet wird, eine reduziertes Stromniveau von dem Ausgangsschaltkreis abgezogen wird.
Der Regelkreis ist vorzugsweise dafür ausgelegt, den Vorladeschaltkreis derart zu steuern, daß die Kapazität einen Taktzyklus vor dem Auslesen der Daten aus der Spalte vorgeladen wird. Geeigneterweise weist der Regelkreis weiterhin eine Schaltvorrichtung für das gesteuerte Anlegen eines Stromsignals zum Laden der parasitären Kapazitäten auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die abbildende Vorrichtung eine Schalteinrichtung an einem Ausgang der Vorrichtung auf für das elektronische Trennen des Ausgangs von der Anordnung von Zellschaltkreisen, um die Kapazität, die sich am Ausgang der Vorrichtung ergibt, wenn die Vorrichtung nicht ausgelesen wird, zu reduzieren.
Vorzugsweise sind die Signalausgangswerte von den Zellschaltkreisen Stromsignale, die repräsentativ für die gesammelte Ladung in den Zellschaltkreisen sind.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein abbildendes System mit einer Mehrzahl von Abbildungsvorrichtungen wie oben beschrieben zur Verfügung gestellt.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Abbildungsvorrichtung zum Abbilden von Strahlung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine Anordnung von Detektorzellen zum Erzeugen einer Ladung in Antwort auf einfallende Strahlung, eine Anordnung von Zellschaltkreisen zum Sammeln der erzeugten Ladung und einen Regelkreis zur Steuerung des Ausgangswertes der Signale von den steuerbaren Zellschaltkreisen aufweist, um die Auflösung der abbildenden Vorrichtung einzustellen.
Die Anordnung von Detektorzellen und die Anordnung von Zellschaltkreisen bilden ein Pixelarray. Als ein Ergebnis der programmierbaren Auflösung kann eine abbildende Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verschiedene Arbeitsmodi zur Verfügung stellen, die verschiedene Pixelauflösungen für verschiedene Zielapplikationen bietet.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die Programmierbarkeit darin, daß der Steuerschaltkreis angeordnet ist, um eine Gruppe von Zellschaltkreisen auszuwählen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das repräsentativ für eine Summe von gesammelter Ladung in allen Zellschaltkreisen in einer Gruppe ist. Der Steuerschaltkreis erlaubt somit das Gruppieren von mehreren Pixeln zusammen, um eine Superpixel mit größerer Fläche zu bilden für die Abbildung mit geringerer Auflösung.
In einer weiteren Ausführungsform mittelt der Steuerkreis die Signale, die repräsentativ für die gesammelte Ladung in allen Zellschaltkreisen in einer Gruppe ist. Beispielsweise ist das Ausgangssignal repräsentativ für die Gesamtladung für alle Zellschaltkreise einer Gruppe geteilt durch die Anzahl von Zellschaltkreisen in der Gruppe. Die Anzahl von Zellschaltkreisen in einer Gruppe wird vorzugsweise aus einem Satz von möglichen Zahlen ausgewählt.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist das Ausgangssignal, das repräsentativ für gesammelte Ladung ist, ein Stromwert. Die Verwendung eines Stromausgangs erleichtert die Schaltungstechnik, die notwendig ist, die Signalniveaus zu kombinieren und zu mitteln.
Der Steuerschaltkreis für das Auswählen einer Gruppe von Zellschaltkreisen weist ein Schieberegister auf, das derart angeordnet ist, daß eine Mehrzahl von Spalten und Zeilen gleichzeitig ausgewählt werden können und das in Stufen von mehr als einer Zeile oder Spalte vorgerückt werden kann, auf. Der Steuerschaltkreis kann zusätzlich eine Logik aufweisen, die ausgelegt ist, um gleichzeitig eine Mehrzahl von Zeilen und Spalten auszuwählen und eine Stufengrößer größer als 1.
Der Steuerschaltkreis ist derart ausgelegt, daß er Ströme von einer Gruppe von Zeltschaltkreisen durch Verbinden von Stromausgangswerten von jedem Zellschaltkreis an einen gemeinsamen Ausgangsknoten verbindet und die resultierende Summe der Ströme durch die Anzahl von Pixeln in der Gruppe unter Verwendung eines Stromspiegels teilt. Der gemeinsame Ausgangsknoten kann einen Strom des ausgewählten Zellschaltkreises (der ausgewählten Zellschaltkreise) halten.
Alternativ dazu kann für die Implementierung von Gruppenmodi jeder Zellschaltkreis in einer Gruppe angeordnet werden, um einen skalierten Ausgangssignalwert zu erzeugen, der repräsentativ für die in dem Zellschaltkreis gesammelte und durch die Anzahl der Zellschaltkreise in der Gruppe geteilte Ladung ist. Um in einer Mehrzahl von Gruppenmodi betreibbar zu sein, wobei jedem Gruppenmodus eine vorherbestimmte Anzahl von Zellschaltkreisen zugeordnet ist, können die Zellschaltkreise derart angeordnet werden, daß sie einen Ausgangstransistor für jeden Gruppenmodus beinhalten, wobei der Ausgangstransistor ein entsprechend der Anzahl von Zellen in einem ausgewählten Gruppenmodus skaliertes Ausgangssignal erzeugt. Das Ausgangssignal von allen Zellschaltkreisen in der Gruppe kann dann durch Summierung der Signale gemittelt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Auflösung von außerhalb durch ein oder mehrere Steuersignale gesteuert. Beispielsweise können mit zwei Steuersignalen vier unterschiedliche Auflösungsmodi erzielt werden. Es können somit separate Steuersignale zur Verfügung gestellt werden für das Auswählen von Spalten und Zeilen und Ausgangssignale für das Anzeigen des Endes der Zeile oder des Endes der Spalte.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Zeilenende- und Spaltenende- Ausgangssignale einer Vorrichtung mit entsprechenden Freigabesignalen einer benachbarten Vorrichtung in einer ersten bzw. zweiten orthogonalen Richtung verbunden, um eine Anordnung von abbildenden Vorrichtungen für die Strahlungsabbildung eines größeren Bereichs zu bilden.
In einer Ausführungsform der Erfindung könnten demnach zusätzlich zu einem Modus, in dem jeder einzelne Pixel ausgelesen wird, 2 · 2, 3 · 3 oder 4 · 4 Pixel zusammengruppiert werden und als Superpixel ausgelesen werden. Andere Pixelkombinationen (zum Beispiel mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zeilen und Spalten) und eine unterschiedliche Anzahl von Modi können genauso verwendet werden. Die Summierung von Pixelwerten kann leicht durchgeführt werden, da die Summierung im Strommodus erfolgt. Ausgangsströme von mehreren Zellen werden zusammen verbunden. Die Addition von Strömen von mehreren Zellen resultiert in einem größeren Gesamtstrom. Dies kann durch einen zusätzlichen Stromspiegel kompensiert werden, der den Stromausgang in den Bereich des Stromausgangs einer Einzelzelle skaliert. Mit anderen Worten, teilt der Stromspiegel den Strom von einem Superpixel durch die Anzahl von Zellen in dem Superpixel. Dies ist äquivalent zur Bildung des Durchschnitts einer größeren Anzahl von individuellen Pixeln. Die Verwendung des Strommodusausgangs hat noch andere Vorteile, da diese Benutzung von längeren Drähten ermöglicht, ohne Genauigkeit zu verlieren. Die Durchführung von Mittelungen von Pixelwerten ist keinesfalls auf die Verwendung eines Stromausgangs begrenzt. Ein Spannungsmodus kann anstelle des Strommodus verwendet werden, wie im folgenden beschrieben wird. Die Verwendung des Spannungsmodus würde die Summierung der Spannungen von mehreren Pixeln und die Mittelung beispielsweise durch Verwendung eines Operationsverstärkerschaltkreises erfordern.
Überdies liefert eine Ausführungsform der Erfindung somit eine Lösung zu dem Problem des zur Verfügungstellens eines Videofastausgangs von einer abbildenden Vorrichtung, die aus einer Mehrzahl von Auslesevorrichtung konstruiert ist. Somit kann anstelle des Auslesens einer Vorrichtung zu einer Zeit ein abbildendes System für große Flächen, das von Auslesevorrichtungen mit kleiner Fläche gebildet wird, auf einer Leitung von der gesamten abzubildenden Fläche ausgelesen werden, bevor zu der nächsten Pixelzeile vorgerückt wird. Die Auslesevorrichtungen bilden zusammen ein abbildendes System, das nahtlos eine große Fläche bildet und das abgefragte Ausgangswerte über den gesamten Bildbereich ermöglicht. Die abbildende Vorrichtung hat zwei Eingangssignale, welche die Abfolge des Auswählens der Spalte und Zeile für den Ausgangswert startet. Die abbildende Vorrichtung hat weiterhin zwei Ausgangswerte, von denen einer anzeigt, wenn der letzte Pixel von jeder Zeile ausgelesen wurde und der andere anzeigt, wenn die letzte Zeile der Vorrichtung ausgelesen wurde. Diese Ausgangssignale sind mit den entsprechenden Eingangssignalen der benachbarten abbildenden Vorrichtungen in horizontaler und vertikaler Richtung verbunden. Der Spalten- und Zellenausgang von der letzten abbildenden Vorrichtung kann mit der ersten Vorrichtung verbunden werden, um das System in einem kontinuierlichen Modus laufen zu lassen für bewegte Videoapplikationen. Der Modus ist auswählbar, so daß der Benutzer zwischen dem Einzelbelichtungsmodus und dem Videomodus zu jeder Zeit umschalten kann.
Die Kombination der oben erwähnten Merkmale macht es möglich, dasselbe System für die Herstellung von Einzelbelichtungen mit hoher Auflösung zu verwenden und zu jeder Zeit in den bewegten Videomodus zu schalten und zur gleichen Zeit auf niedrige Auflösung zu schalten, um die Datenbandbreite zu reduzieren. Die Größe der Pixel ist nicht auf eine physikalische Größe festgelegt, kann jedoch skaliert werden gemäß der verfügbaren Verarbeitungstechnologie und basierend auf den Anforderungen der Zielapplikation. Weiterhin kann die Auslesezugriffszeit verbessert werden.
Die Erfindung liefert ebenso ein abbildendes System, das eine Mehrzahl von abbildenden Vorrichtungen aufweist gemäß den oben definierten, die als ein zweidimensionales Array verbunden sind, wobei das abbildende System eine auswählbare Bildauflösung für ausgewählte Applikationen zur Verfügung stellt. Der Steuerschaltkreis kann das zeilenweise Auslesen der Zellschaltkreise aus der zweidimensionalen Anordnung von abbildenden Vorrichtungen zu einem Zeitpunkt erlauben im Gegensatz zu dem Auslesen einer Abbildungsvorrichtung zu einem Zeitpunkt.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der Erfindung, wird ein Verfahren zum Betreiben einer abbildenden Vorrichtung für die Abbildung von Strahlung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine Anordnung von Detektorzellen für die Erzeugung einer Ladung in Antwort auf einfallende Strahlung, eine Anordnung von Zellschaltkreisen für das Sammeln von erzeugter Ladung und einen Schaltkreis aufweist für die Steuerung der Ausgangswerte der Signale von den Zellschaltkreisen, wobei das Verfahren aufweist:
Anlegen eines Vorladestromsignals an einen Ausgang der Vorrichtung vor dem Auslesen der Daten von der Vorrichtung, um Stromspitzen an dem Ausgang zu reduzieren.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wird ein Verfahren zum Betreiben einer abbildenden Vorrichtung für das Abbilden von Strahlung zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung eine Anordnung von Detektorzellen zum Erzeugen einer Ladung in Antwort auf die einfallende Strahlung, eine Anordnung von Zellschaltkreisen zum Sammeln der erzeugten Ladung und einen Regelkreis zur Steuerung des Ausgangswertes der Signale von den Zellschaltkreisen aufweist, wobei das Verfahren aufweist:
Auswählen einer Auflösung der abbildenden Vorrichtung,
Einstellen der Addressierung der Zellschaltkreise, um Ausgänge von den Zellschaltkreisen gemäß der ausgewählten Auflösung zu gruppieren.
Beispielhafte Ausführungsformen werden beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein gesamtes abbildendes System für die Abbildung von Strahlung zeigt;
Fig. 2 ein Beispiel eines Querschnittes einer abbildenden Vorrichtung, die aus einer Pixelanordnung besteht, darstellt;
Fig. 3(a) ein schematisches Diagramm einer Zelle der Bildelektronik zeigt;
Fig. 3(b) ein schematisches Diagramm einer Gruppe von vier Zellen der Bildelektronik zeigt;
Fig. 4 die Gruppierung von Pixeln in Superpixel größerer Fläche darstellt;
Fig. 5 ein zweidimensionales Pixelarray mit Steuersignalen für die Auswahl von Ausgangspixeln zeigt;
Fig. 6 ein Beispiel eines schematischen Diagramms zeigt, das für die Auswahl von Spalten in einer Pixelanordnung verwendet wird;
Fig. 7 ein Beispiel eines schematischen Diagramms zeigt, das für die Auswahl von Zeilen und Zurücksetzen von Zeilen von Pixeln in einer Pixelanordnung verendet wird, und
Fig. 8 ein abbildendes System zeigt, das aus einer Anordnung von abbildenden Vorrichtungen besteht, mit zwei Betriebsmodi: Einzelaufnahme und kontinuierlich.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines abbildenden Systems für die Abbildung von Strahlung, das eine abbildende Vorrichtung gemäß der Erfindung beinhaltet. Die abbildende Vorrichtung ist für das Abbilden von Hochenergiestrahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung, vorgesehen. Die Erfindung ist jedoch nicht begrenzt auf das Abbilden von Hochenergieröntgenstrahlung, sondern kann auch für die Erfassung jedes Typs von Strahlung, beispielsweise α-Strahlung, β-Strahlung, γ-Strahlung, Infrarot- oder optischer Strahlung, verwendet werden, abhängig von der Wahl des geeigneten Halbleitersubstrats für den Detektor.
Das abbildende System 10 in Fig. 1 stellt die Abbildung eines Objektes 12, das Strahlung 14 ausgesetzt ist, zur Verfügung. Das Objekt kann beispielsweise ein Teil eines menschlichen Körpers im Falle der medizinischen Abbildung oder jedes andere Objekt im Falle der nicht zerstörenden Untersuchung.
Die abbildende Vorrichtung 16 in Fig. 1 kann aus einem oder zwei Halbleitersubstraten bestehen. Im Falle eines Substrates umfaßt jede Zelle 18 in dem Substrat einen Pixeldetektor und einen Pixelschaltkreis. Alternativ dazu können zwei Substrate verwendet werden, wovon eines eine Anordnung von Detektorzellen umfaßt, während eine Anordnung von Pixelschaltkreisen auf einem anderen Substrat lokalisiert ist. Die beiden Substrate können beispielsweise unter Verwendung von bump-bonding oder anderen Technik, wie unten beschrieben wird, verbunden sein.
Jede Detektorzelle auf der abbildenden Vorrichtung 16 erfaßt Hochenergiestrahlung und erzeugt eine Ladung, die auf einem Kondensator in dem entsprechenden Bildschaltkreis gesammelt wird. Nach einer bestimmten Iterationszeit wird die Ladung von dem Zellschaltkreisen als ein Strom, der die gespeicherte Ladung repräsentiert, zeilenweise ausgelesen. Die Steuerelektronik 20 erzeugt die notwendigen Signale für das Starten der Iteration und das Zurücksetzen der Zellen auf einen vorherbestimmten Wert, nachdem die iterierte Ladung ausgelesen wurde. Der Strom von jeder Zelle wird verstärkt und skaliert, bevor er in ein digitales Signal oder Wort in der Bilderfassungs- und Bildverarbeitungseinheit 22 konvertiert wird. Die digitale Information wird weiter in der bildverarbeitenden Einheit 22 verarbeitet, um ein gewünschtes Resultat zu erzeugen. Beispielsweise kann die Kalibrierung von einzelnen Pixeln in der bildverarbeitenden Einheit 22 erfolgen, um den nicht gleichförmigen Response (Antwort) der Pixel in dem Array zu kompensieren. Prozeßvariationen in der Herstellung des Detektorarrays oder der elektronischen Anordnung können zu Pixeln mit einer nicht gleichförmigen Antwort auf ein gleichförmiges Strahlungsniveau führen. Dies kann kompensiert werden durch die Nachverarbeitung des Bildes vor der Darstellung des Bildes auf dem Display 24. Die Steuerelektronik 20, die Bilderfassungs- und -verarbeitungseinheit 22 und die Bllddarstellungseinheit 24 können alle in einem Computer angeordnet sein, der eine Anwendungssoftware 26 ablaufen läßt, die das gesamte System gemäß der Benutzereingabe über die Eingabevorrichtungen 28, wie zum Beispiel eine Tastatur oder eine Maus, steuert.
Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Teils einer bildverarbeitenden Vorrichtung. Die bildbearbeitende Vorrichtung besteht aus einem Detektorsubstrat 30 und einem Auslesesubstrat 32. In Fig. 2 sind die beiden Substrate durch eine Lötkontaktverbindungs-Technik miteinander verbunden. Das Detektor- und das Auslesesubstrat bestehen aus einer Anordnung von Detektorzellen 34 bzw. einer Anordnung von Zellschaltkreisen 36. Die Detektorzelle und der Zellschaltkreis bilden eine Bildzelle 38. Die Erfassungsfläche einer Detektorzelle 34 für die Bildzelle 38 wird zwischen einer kontinuierlichen Elektrode 40 und durch eine Pixelelektrode 42 definiert. Die kontinuierliche Elektrode auf dem Detektorsubstrat wird verwendet, um eine Vorspannungsspannung (bias) anzulegen. Auf dem Bildelektroniksubstrat sind die Kontakte 44 für die Pixelzellen an den entsprechenden Orten der Elektroden auf dem Detektorsubstrat lokalisiert. Eine Detektorzelle und der entsprechende Zellschaltkreis sind mit Hilfe einer Lötstellenkontaktierung 46 (bump-bond) verbunden.
Die physikalische Größe der Bildzelle 38, die aus der Pixeldetektorzelle 34 und der entsprechenden Schaltkreiszelle 36 besteht, ist nicht festgelegt, sondern kann gemäß den Anforderungen der Zielapplikation und innerhalb der Grenzen der verfügbaren verarbeitenden Technologie für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen, ausgewählt werden. Außerdem können mit einem geeigneten Halbleiterprozeß die Detektorzellen 34 und die entsprechenden Zellschaltkreise 36 auf demselben Substrat implementiert werden. Somit ist, mit geeigneter Technologie, die Erfindung auf eine Einzelsubstratimplementierung genauso anwendbar wie auf die hier beschriebenen Zweisubstrattechnik.
Das Material für das Detektorsubstrat 30 und das Auslesesubstrat 32 können gemäß der Anwendung und der Verfügbarkeit von geeigneten Verarbeitungstechnologien ausgewählt werden. Beispielsweise kann Silizium für beide Substrate verwendet werden. Andere Materialien können genauso verwendet werden. Beispielsweise könnte das Detektorsubstrat aus CdZnTe, CdTe, Hgl&sub2;, InSb, GaAs, Ge, TlBr, Si und Pbl hergestellt werden.
Fig. 3 (a) stellt ein schematisches Diagramm des Bildzellschaltkreises 50 dar. Jedes Pixel oder Bildzelle in dem Array umfaßt einen ähnlichen Zellschaltkreis. In Fig. 3a wird die Detektorzelle durch 52 dargestellt. Der Eingang des Zellschaltkreises, Knoten 54, entspricht der bump-bonded Verbindung zwischen der Detektorzelle und dem Zellschaltkreis. Wenn Strahlung die Erfassungszone in dem Detektor ionisiert, wird eine elektrische Ladung erzeugt und auf der Gatekapazität des Speichertransistors 56 gesammelt. Zwei Transistoren 58 werden als Schalter zwischen dem Drainanschluß des Speichertransistors 56 und dem Ausgangsknoten der Zelle 60 verwendet. Wenn die Spalten- 62 und Zeilenindikatorsignale 64 für die Zelle gleichzeitig aktiv sind, wird der Drainanschluß des Transistors 56 mit dem Ausgangsknoten 60 der Zelle verbunden und der Drainstrom 26 des Speichertransistors kann ausgelesen werden. Der Drainstrom ist eine Funktion der Gatequellenspannung des Transistors und stellt somit die gesammelte Ladung an der Gatekapazität des Transistors 56 dar.
Ein Überlauf der Gatespannung ist über eine Diode 68 abgesichert, die zwischen dem Gateanschluß des Speichertransistors 56 und V1 70 angeschlossen ist. In ähnlicher Weise ist eine Bereichsunterschreitung bzw. ein Unterlauf mit einer Diode 72 zwischen Masse (GND) 74 und dem Gateanschluß des Transistors 56 abgesichert. Ein zusätzlicher Transistors 76 wird verwendet für das Rücksetzen der Gatespannung des Speichertransistors 56 auf einen vorherbestimmten Spannungsrücksetzwert Vreset 78 jedesmal, wenn das Rückstellsignal 79 aktiv ist.
In Fig. 3 (b) ist ein 2 · 2 Array von Zellschaltkreisen 180 gezeigt. In Fig. 3 (b) sind vier Pixel miteinander verbunden gezeigt, um eine 2 · 2 Zellanordnung zu bilden. In gleicher Weise kann eine abbildende Vorrichtung mit einer Pixelanordnung der Größe M x N konstruiert werden, wobei M und N jede beliebige ganze Zahl sein können. Der Einfachheit und der Klarheit halber sind für jede Zelle nur der Speichertransistor 182 und der Zeilenschalter 184 gezeigt. Der Gateanschluß des Transistors 182 hält den Spannungswert 186, der die in der Zelle gesammelte Ladung repräsentiert. Der Zeilenschalter 184, der beispielhaft in Fig. 3 (b) als ein Transistor gezeigt ist, wird durch die Zeilenauswahlsignale 188 und 189 gesteuert. Wenn der Schaltkreis in einem Strommodus betrieben wird, können die Ausgänge jeder Zelle in der gleichen Spalte zusammengeschlossen werden. Eine Spalte wird dann mit dem Spaltenschalter 190 ausgewählt. Die Spaltenauswahl wird durch die Spaltenauswahlsignale 192 und 193 gesteuert. Die Ausgänge aller Spaltenschalter sind zusammengeschlossen, um den Stromausgang der Zellschaltkreisanordnung 200 zu bilden.
Während einer Auslesesequenz werden, wenn eine Zeile selektiert wird und das Spaltenauswahlsignal von einer Spalte zu der nächsten Spalte fortschreitet, parasitäre Kapazitäten, die schematisch bei 194 an dem Knoten 196 gezeigt sind, ein Problem. Der Knoten 196 kann als Repräsentant eines Punktes an einem langen Verbinder, der durch den bildverarbeitenden Chip läuft, betrachtet werden, so daß daher viele parasitäre Kapazitäten mit ihm verbunden sind. Das Problem tritt auf, wenn eine Zeile selektiert wird und der Knoten 196 für jede Spalte zu einem Massepotential gezogen wird. In dem Moment, wenn eine Spalte ausgewählt wird, d. h. der Schalter 190 angeschalter wird, beginnt die parasitäre Kapazität an dem Knoten 196 dieser Spalten sich in Richtung des Potentials des Stromausgangs 200 zu laden. Der Strom, der erforderlich ist, den Knoten 196 zu laden, muß von dem Stromausgang des Zellschaltkreisarrays 200 kommen, was eine Stromspitze an dem Ausgangswert verursacht. Dies führt zu einer längeren Einstellzeit an dem Ausgang eines Strom-zu-Spannungswandlers, der mit dem Stromausgang 200 der bildverarbeitenden Einrichtung verbunden ist. Um die Einstellzeit zu reduzieren und somit die Arbeitsgeschwindigkeit der bildverarbeitenden Vorrichtung zu erhöhen, wird ein vorgeladener Strom an jede Spalte angelegt. Der Vorladestrom hat einen vorherbestimmen Wert 204 und wird durch jeweilige Schalter 206 an jede Spalte angelegt. Die Schalter 206 werden durch das Vorladesignal 206 gesteuert, welches aktiviert ist einen Taktzyklus bevor das entsprechende Spaltenauswahlsignal 192 aktiv ist. Der Knoten 196 einer Spalte wird somit einen Taktzyklus bevor die Spalte ausgewählt wird, auf den vorbestimmten Wert 204 über den Schalter 206 geladen.
Die Zellschaltkreisanordnung 180 kann ohne den Ausgangsschalter 212 an dem Stromausgang 200 des Schaltkreises verwendet werden, der in dem gestrichelten Kasten gezeigt ist. Die Verwendung eines Schalters an dem Ausgang erniedrigt jedoch die Kapazität, die an dem Ausgangswert des Schaltkreises 200 anliegt. Der Schalter 212 wird von einem Schaltsignal 214 gesteuert, was nur dann aktiv ist, wenn eine Vorrichtung ausgelesen wird. Dies ermöglicht es, mehrere Stromausgänge von ähnlichen bildverarbeitenden Vorrichtungen zusammenzuschalten, während die kombinierte Kapazität von mehreren Stromausgängen auf einem Niveau gehalten wird, das für das schnelle Auslesen geeignet ist.
Das Gruppieren von Pixeln in Superpixel von größerer Fläche wird in Fig. 4 dargestellt. Drei bildverarbeitende Vorrichtungen 80, 82 und 84 sind in der Fig. 4 gezeigt. Die bildverarbeitende Vorrichtung 80 zeigt eine Vorrichtung mit keiner Pixelgruppierung. Beim Auslesen des Bildes wird jeweils ein Pixel 86 ausgelesen. Unter Verwendung von Steuersignalen zur Auswahl des Betriebsmodus, können die Pixel in den bildverarbeitenden Vorrichtungen in größere Cluster gruppiert werden. Fig. 4 zeigt drei unterschiedliche Betriebsmodi, bildverarbeitende Vorrichtung 80 ohne Gruppierung, bildverarbeitende Vorrichtung mit einer Gruppierung von 2 · 2 Pixel (in einem Superpixel 88) und bildverarbeitende Vorrichtung mit einer Gruppierung von 4 · 4 Pixeln (in einem Superpixel 90). Die Anzahl von Modi, die in einer tatsächlichen Anwendung verwendet werden, ist keineswegs auf die in diesem Beispiel gezeigten begrenzt, sondern kann frei entsprechend der Anforderungen einer speziellen Anwendung gewählt werden.
Wie weiterhin in den Fig. 3(a) und 3(b) zu sehen ist, können die Ausgangsströme von allen Zellen in der Gruppe, wenn die bildverarbeitende Vorrichtung in einem Gruppenmodus verwendet wird, zusammenaddiert werden und durch die Anzahl der Zellen in der Gruppe geteilt werden, um einen gemittelten Ausgang zu erzeugen. Eine alternative Art und Weise der Implementierung der gleichen Mittelung ist es, die Division auf den Zellen selbst durchzuführen, bevor die Stromausgänge zusammenaddiert werden. Um dies durchzuführen, können mehrere Speichertransistoren 56 mit unterschiedlichen Charakteristiken in jedem Zellenschaltkreis implementiert werden. Somit kann jede Zelle mehrere Ausgänge mit unterschiedlich skalierten Werten, abhängig von verschiedenen Gruppengrößen, erzeugen. In jedem Gruppierungsmodus wird ein unterschiedlicher Ausgang von einem Auswahlsignal (nicht gezeigt) entsprechend der Gruppengröße ausgewählt. Die Ausgangsströme von den Zellschaltkreisen, die bereits durch die Anzahl von Pixeln in der Gruppe dividiert sind, werden dann summiert, um einen gemittelten Ausgang zu erzeugen.
Fig. 5 stellt zwei identische abbildende Systeme dar, die aus einem zweidimensionalen Pixelarray bestehen. Steuersignale für die Auswahl des Ausgangspixels (der Ausgangspixel) sind in Fig. 5 gezeigt. Die Anordnung hat die Größe M x N, wobei M die Anzahl der Pixel in vertikaler Richtung und N die Anzahl der Pixel in horizontaler Richtung ist. Die abbildende Vorrichtung 100 in Fig. 5a verwendet einen Betriebsmodus, in dem jedes Pixel ausgelesen wird, d. h. es wird keine Gruppierung der Pixel verwendet. Die abbildende Vorrichtung 102 in Fig. 5b wird in einem Modus betrieben, in dem 2 · 2 Pixel in ein Superpixel gruppiert werden. Die Pixel 104 in Fig. 5 sind als Y, X bezeichnet, wobei X und Y den horizontalen bzw. vertikalen Ort des Pixels in der zweidimensionalen Pixelanordnung darstellen. Die abbildende Vorrichtung hat eine Steuerlogik, die die erforderlichen Signale für die Auswahl der richtigen Zeile und Spalte in dem Pixelarray gemäß des ausgewählten Modus erzeugt. Der Modus wird mit dem Modussignal 106 ausgewählt. In Fig. 5a erzeugt die Steuerlogik 108 das Signal, das jeweils eine Zeile auswählt, beginnend von der ersten Zeile. Während die erste Zeile ausgewählt wird, erzeugt die Steuerlogik 110 ein Signal, das die erste Spalte auswählt. Mit jedem Taktzyklus schreitet der Spaltenselektor 110 zu der nächsten Spalte, bis die letzte Spalte einer Zeile erreicht ist. Wenn die letzte Spalte der ersten Zeile fertig ausgelesen ist, wird der Zeilenselektor 108 zu der nächsten Zeile vorgerückt. Dies wird wiederholt, bis die letzte Zeile ausgelesen ist. Das Zurücksetzen der Pixel kann zeilenweise erfolgen, so daß das Rücksetzsignal, das für die Zelle erzeugt wurde, das um einen Taktzyklus verzögerte Zeilenauswahlsignal ist. Die abbildende Vorrichtung 102 in Fig. 5b arbeitet in einem unterschiedlichen Modus, verglichen mit der Vorrichtung 100 in Fig. 5a. In diesem Modus werden zwei Spalten und zwei Zeilen gleichzeitig ausgewählt. Die Arbeitsweise des Zeilenselektors 112 ist identisch mit der Arbeitsweise des Zeilenselektors 108 in Fig. 5a, abgesehen von dem Betriebsmodus, wenn zwei Zeilen gleichzeitig ausgewählt werden und der Selektor in einem Zweizeilenschritt fortgesetzt wird. In gleicher Weise arbeitet der Spaltenselektor 114 in der gleichen Art und Weise wie der Spaltenselektor 110, abgesehen von der Auswahl von zwei Spalten gleichzeitig und dem Vorrücken in Zweispaltenschritten. Die Steuerlogik für Zeilen- und Spaltenselektoren kann derart konstruiert sein, daß sie so viele Betriebsmodi für das Gruppieren von Pixeln beinhaltet, wie für die Zielapplikation notwendig sind. In diesem Beispiel werden nur zwei Modi mit keiner Gruppierung und einer Gruppierung von 2 · 2 Pixeln gezeigt, aber die Anzahl von eingebauten Modi ist nicht in irgendeiner Weise begrenzt. Innerhalb der Steuerlogikboxen 108, 110, 112 und 114 in Fig. 5 sind die Steuersignale zu verschiedenen Zeitpunkten gezeigt, welche die Auswahl der Pixel anzeigen. Wenn sowohl der Spalten- als auch der Zeilenselektor für ein Pixel ausgewählt wird, kann dessen Ausgangsstrom in dem Ausgangsknoten der Vorrichtung ausgelesen werden.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Beispieldiagramm für die Steuerlogik 120, die verwendet wird für die Auswahl von Spalten einer Pixelanordnung. Ein Pixel wird durch gleichzeitige Auswahl einer Zeile und einer Spalte ausgewählt. Die Steuerlogik 120 in Fig. 6 besteht aus Blockeinheiten 122, die jeweils die notwendige Logik für die Auswahl einer oder zwei Spalten in einer Zweispaltengruppe beinhalten. Die Baueinheiten bilden ein Schieberegister mit der notwendigen Logik, um das Gruppieren von Pixeln zu ermöglichen. Zähler oder andere Logiken, die die gleiche Funktion durchführen, können für die Auswahl von Zeilen oder Spalten genauso verwendet werden. Zwei Betriebsmodi sind in der Logik in Fig. 6 integriert. Die zwei Modi sind: keine Gruppierung und Gruppierung in zwei Spalten. Der Modus wird durch ein Signal 124 gesteuert. Wenn das Modussignal 124 in einem logischen nlow" Niveau ist, arbeitet die Logik in dem normalen Modus, wählt eine Spalte 126 einzeln aus und schreitet mit jedem Taktzyklus 128 zu der nächsten Spalte fort. Die Sequenz wird durch das col_ena Signal 130 gestartet. In dem ersten Taktzyklus wird der Zustand des col_ena Signals 130 in dem Flip-Flop 132 gespeichert, wodurch die erste Spalte ausgewählt wird. In diesem Modus breitet sich das Signal durch das Gate 133 aus und der Ausgang des ersten Flip-Flops wird mit dem Eingang des zweiten Flip-Flops verbunden. In jeder Baueinheit in der Steuerlogik 120 sind die Signale identisch verbunden. Jede Spalte wird einzeln ausgewählt und zu jedem Taktzyklus breitet sich das Signal zu dem nächsten Flip-Flop aus, was die nächste Spalte in der Kette auswählt. Wenn die letzte Spalte ausgewählt wird, erzeugt die Steuerlogik 120 ein Ausgangssignal col_out 134, so daß eine Vorrichtung mit einer anderen verbunden werden kann, um ein kontinuierliches Array zu bilden, wie später beschrieben wird. Der Invertierer 135 wird zugefügt, um das Taktsignal 128 zu invertieren, um das col_out Ausgangssignal zum richtigen Zeitpunkt zu erzeugen, so daß die Abfolge des Auswählens der Spalten in der nächsten abbildenden Vorrichtung ohne Verzögerung fortgesetzt wird.
Wenn das Modussignal 124 in dem logischen "high" Zustand ist, arbeitet die Steuerlogik 120 in einem Gruppierungsmodus, wobei zwei Spalten gleichzeitig ausgewählt werden und zu jedem Taktzyklus 128 jeweils um zwei Spalten vorgerückt ist. In diesem Modus breitet sich das Signal durch das Gate 136 statt durch das Gate 133 aus, so daß der Eingang des ersten Flip-Flops 132 ebenso der Eingang für das nächste Flip-Flop ist. Dies ermöglicht den Flip-Flops den Zustand gleichzeitig zu wechseln, wodurch zwei Spalten gleichzeitig ausgewählt werden. In diesem Modus ist die Betriebsweise der Steuerlogik 122 identisch mit der Betriebsweise der Steuerlogik 138, in der die Auswahlsignale von zwei aufeinanderfolgenden Zeilen zusammen verbunden werden. Wenn eine ähnliche Logik für die Auswahl der Zeilen verwendet wird, wählt dieser Modus Gruppen von 2 · 2 Pixel aus. In diesem Beispiel sind nur zwei Betriebsmodi verfügbar, die Anzahl der Moden ist jedoch keinesfalls auf diese Modi beschränkt. Jede Anzahl und Kombination von unterschiedlichen Modi kann in der Zeilen und Spalten auswählenden Logik integriert werden, unter Verwendung desselben Prinzips, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Die Anzahl der Moduseingänge hängt von der Anzahl der Moden, die in dem Design integriert sind, ab.
Wie im Zusammenhang mit Fig. 3 (b) beschrieben wurde, wird das Vorladesignal 206 an einen Schalter 204 für eine Spalte angelegt, und zwar einen Taktzyklus bevor diese Spalte freigegeben oder ausgewählt wird. Die Steuerlogik 120 kann auf geeignete Weise angepaßt sein, um das Vorladesignal 206 zu jedem Spaltenschalter 204 zum richtigen Zeitpunkt zu liefern. Dies kann durch Eingeben des col_ena Signals 130 an das D-Typ Flip-Flop 132 über ein weiteres D-Typ Flip-Flop 140, das in Fig. 6 gestrichelt gezeichnet ist, erreicht werden. Der Ausgangswert des Flip-Flops 140 ist das vorgeladene Signal für Spalte 1 und die Spaltenausgangssignale col&sub1;, col&sub2;, ... coln-1 werden dann die Vorladesignale 206 für die Spalten col&sub2; col&sub3;... bzw. coln.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Beispieldiagramm für die Steuerlogik 140, die für die Auswahl von Zeilen aus einer Anordnung von Pixeln ausgewählt wird. Wie oben erwähnt, wird ein Pixel für den Ausgang ausgewählt, wenn sowohl eine Spalte als auch eine Zeile entsprechend des Ortes des Pixels gleichzeitig ausgewählt werden. Die Zeilenauswahllogik ist ähnlich der, die für die Auswahl der Spalten verwendet wird, jedoch wird eine zusätzliche Logik für das Zurücksetzen der Pixelzeilen verwendet. Die Steuerlogik 140 besteht aus Baueinheiten 142. Jede Baueinheit beinhaltet die notwendige Logik für das Auswählen von ein oder zwei Zeilen 144 zu einem Zeitpunkt, abhängig von dem Status des mode Eingangs 146. Die Zeilenauswahlsequenz der Steuerlogik 140 wird durch einen Puls in dem row_ena Eingangssignal 148 initiiert. Wenn das mode Signal in dem logischen "low" Zustand ist, wird eine Zeile einzeln ausgewählt. In diesem Modus breitet sich das Signal durch den Gateanschluß 149 aus, so daß der Ausgang jedes Flip-Flops mit dem Eingang des nächsten Flip-Flops verbunden ist. Zu jedem Taktryklus breitet sich das Signal von einem Flip-Flop zu dem nächsten aus, wodurch jeweils eine Spalte ausgewählt wird. Bei jedem Taktzyklus 150 wird die nächste Zeile ausgewählt, bis die letzte Zeile erreicht wird. Das row_out Signal 152 wird erzeugt, wenn sowohl die letzte Zeile (rowM) als auch die letzte Spalte (colN) ausgewählt sind. Der Eingang zu dem D-Flip-Flop, das das row_out Signal 152 erzeugt, wird daher von dem Auswahlsignal der letzten Zeile (rowM) und dem Auswahlsignal für die letzte Spalte (colN) 156 durch ein logisches "UND"-Gatter ausgewählt.
Wenn das mode Signal 148 in dem logischen "high" Zustand ist, wählt die Steuerlogik zwei Zeilen gleichzeitig aus und schreitet in Zweierschritten bei jedem Taktzyklus 150 fort. In diesem Modus breitet sich das Auswahlsignal über den Gateanschluß 157 anstatt über den Gateanschluß 159 aus, wodurch die Eingänge der zwei Flip-Flops in jeder Baueinheit zusammengruppiert werden, so daß sie ihren Zustand zur gleichen Zeit ändern, d. h. zwei Zeilen werden gleichzeitig ausgewählt. Zu jedem Taktzyklus wird die Auswahl um zwei Zeilenschritte vorgerückt. Unter Verwendung des gleichen Modus für Spalten und Zeilen werden 2 · 2 Pixel in ein Superpixel gruppiert, wenn das mode Signal in dem logischen "low" Zustand ist. Jede Anzahl oder Kombination von Moden für die Auswahl von Zeilen und Spalten kann anstelle oder in Kombination mit den zwei Moden, die in 140 verwendet wurden, verwendet werden.
Die Rückstellsignale 158, die für das Rückstellen einer Pixelzeile auf einen vorherbestimmten Wert verwendet werden, werden von den entsprechenden Zeilenauswahlsignalen 144 durch Verzögern dieser um einen Taktzyklus unter Verwendung von D-Flip-Flops 159 erzeugt. Der Betriebsmodus für die Gruppierung von Pixeln beeinflußt nicht die Wirkungsweise der Rückstellogik in irgendeiner Art und Weise. Wenn Gruppierung verwendet wird, werden mehrere Pixelzeilen gleichzeitig zurückgesetzt.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines abbildenden Systems 160, das aus einer Anordnung von abbildenden Systemen besteht. Die Anordnung besteht aus N x N abbildenden Vorrichtungen, die zusammengeschlossen sind, um eine kontinuierliche abbildende Fläche zu bilden. Jede abbildende Vorrichtung 162 in der Anordnung von abbildenden Vorrichtungen beinhaltet die oben beschriebene Logik für die programmierbare Auflösung. Dieses Beispiel illustriert die Verbindung zwischen den Vorrichtungen 122, die das Freigabe- und das Aussignal für Zeilen und Spalten verwendet, die in jeder abbildenden Vorrichtung verfügbar sind. Das abbildende System wird unter Verwendung der row_enable 164 und column_enable 166 Signale gestartet. Sobald das System gestartet ist, wird die erste Zeile und die erste Spalte der ersten abbildenden Vorrichtung, als U1,1 markiert, für den Ausgang ausgewählt. Der Spaltenselektor schreitet zu jedem Taktzyklus fort und wenn die letzte Spalte der ersten Zeile ausgelesen ist, wird ein col_ouf Signal 168 erzeugt. Das col_out Signal 168 wird mit dem col_ena Eingangswert 170 der nächsten Vorrichtung in der Anordnung verknüpft. Das Auslesen der Pixel wird von der ersten Zeile der nächsten Vorrichtung usw. fortgesetzt, bis das letzte Pixel in der ersten Zeile der gesamten abbildenden Fläche ausgelesen ist. Das col_out Signal 168 der letzten abbildenden Vorrichtung in jeder Zeile wird zurück mit der ersten Vorrichtung in der gleichen Zeile verbunden, wie in Fig. 8 gezeigt ist und der Zeilenselektor wird vorgerückt. Die folgenden Zeilen werden in der gleichen Art ausgelesen, bis die letzte Zeile der abbildenden Vorrichtung erreicht wird und dem row_out Signal 172 ein Puls gegeben wird, wodurch die erste Spalte in der nächsten Vorrichtung in vertikaler Richtung freigegeben wird. Das row_ouf Signal 172 jeder Vorrichtung wird mit dem row_ena Signal 174 der nächsten Vorrichtung in vertikaler Richtung verbunden. Immer dann, wenn der Zeilenselektor zu der nächsten Zeile vorrückt, wird die vorher ausgewählte Zeile zurückgesetzt. Die gesamte Fläche in der Anordnung von abbildenden Vorrichtungen wird unter Verwendung der gleichen Methode ausgelesen. In dem Moment, wenn das letzte Pixel in der gesamten Fläche ausgelesen ist und ein Puls an dem col_out Signal 168 und dem row_out Signal 172 der letzten Vorrichtung, als UMN markiert, vorliegt, wird die Sequenz vom Anfang gestartet, vorausgesetzt, daß das exp mode Signal 176 in einem logischen "high" Zustand ist. Das exp_mode Signal 176 steuert den Ablaufmodus des Arrays. Mit dem expmode Signal 176 in dem "low"- Zustand arbeitet das System in dem Einzelbelichtungsmodus, indem das gesamte Bild einmal gelesen wird. Neue row_enable 164 und column_enable 166 Signale sind für das Starten einer weiteren Auslesesequenz erforderlich. Andererseits kann das gleiche System für das kontinuierliche Aktualisieren von bewegten Videobildern verwendet werden durch Anlegen des logischen "high" Niveaus an das expmode Signal 176. Solange das expmode Signal 176 auf "high" bleibt, wird die Auslesesequenz vom Anfang gestartet, sobald das fetzte Pixel in der gesamten Fläche erreicht wird.
Zusätzlich zu den Eingängen, die in der Fig. 8 gezeigt sind, werden ein Takteingang und die Modieingänge für die Auflösung benötigt, die aus Gründen der Einfachheit in diesem Beispiel jedoch nicht gezeigt sind. Jede der abbildenden Vorrichtungen beinhaltet ebenfalls den notwendigen Schaltkreis für die programmierbare Auflösung, die früher beschrieben wurde. Im Falle der Verwendung der Gruppierung von Pixeln für das Erniedrigen der Auflösung ist die Auslesequenz identisch zu der oben beschriebenen, abgesehen von der Tatsache, daß mehrere Spalten und Zeilen gleichzeitig ausgewählt werden und in mehrmals 1-Pixel-Schritten vorgerückt werden entsprechend der Größe der Pixelgruppe.
Das abbildende System in Fig. 8 kann ebenso in zwei oder mehrere Sektionen geteilt werden, wobei jede aus einer Anordnung von abbildenden Vorrichtungen besteht. In solch einer Anordnung wird jede Sektion in der gleichen Art und Weise für die gesamte abbildende Fläche geschaltet, wie oben beschrieben wurde. Solch eine Anordnung erzeugt mehr als einen gleichzeitigen Ausgangskanal anstatt nur einen.
Es wurde eine abbildende Vorrichtung für ein System zur Abbildung von Strahlung beschrieben. Das abbildende System besteht aus einem Array aus verschiedenen abbildenden Vorrichtungen. Die Anzahl der Vorrichtungen in dem Array kann entsprechend den Anforderungen der Zielapplikation ausgewählt werden, je nachdem, ob es ein System kleiner Fläche oder ein System großer Fläche ist. Eine abbildende Vorrichtung, wie hierin beschrieben wurde, hat die Fähigkeit, die Auflösung der Vorrichtung zu wechseln, während das System betrieben wird. Die Gruppierung von Pixeln in Superpixel größerer Fläche wird durch Auswahl mehrerer Pixel zur gleichen Zeit erreicht. Ein Pixel wird ausgewählt, wenn die Zeile und Spalte entsprechend des Ortes des Pixels gleichzeitig ausgewählt werden. Mit dem Betriebsverfahren, das hierin erläutert wurde, können mehrere Spalten und Zeilen gleichzeitig ausgewählt werden, so daß somit eine Gruppe von Pixeln anstelle von nur einem Pixel ausgewählt wird. Die Gruppierung von Pixeln hat den Vorteil, daß das gleiche System für nicht bewegte hochauflösende Bilder genauso wie für Videoapplikationen mit geringerer Auflösung verwendet werden kann. Durch die Gruppierung der Pixel direkt in der abbildenden Vorrichtung wird die Datenmenge signifikant reduziert. Genauso werden die Geschwindigkeits- und die Speicheranforderungen für das bilderfassende und -verarbeitende System beachtlich reduziert.
Die abbildende Vorrichtung, die hierin beschrieben wurde, kann leicht für Anwendungen für kleine und große Flächen verwendet werden, durch Verbinden des Zeilenende- und Spaltenendsignals mit den entsprechenden Zeilenfreigabe- und Spaltenfreigabesignalen der nächsten Vorrichtung in der Anordnung in Leserichtung.

Claims

1. Abbildende Vorrichtung zum Abbilden von Strahlung, wobei die Vorrichtung eine Anordnung von Detektorzellen für die Erzeugung einer Ladung in Antwort auf Lichteinstrahlung, eine Anordnung von Zellschaltkreisen für das Summieren der erzeugten Ladung und einen Regelkreis aufweist für die Steuerung der Signalausgangswerte von den Zellschaltkreisen, wobei der Regelkreis einen Vorladeschaltkreis aufweist für das Laden parasitärer Kapazitäten einer Ausgangsleitung für eine Mehrzahl von Zellschaltkreisen vor dem Lesen der Daten aus der Ausgangsleitung um Stromspitzen an einem Ausgang der Vorrichtung zu reduzieren.

2. Abbildende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsleitung für eine Kolonne bzw. Spalte von Zellschaltkreisen vorgesehen ist.

3. Abbildende Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Regelkreis dafür ausgelegt ist, den Vorladeschaltkreis derart zu steuern, daß die Kapazität einen Taktzyklus vor dem Auslesen der Daten von der Ausgangsleitung vorgeladen wird.

4. Abbildende Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der Regelkreis weiterhin eine Schaltvorrichtung für das gesteuerte Anlegen eines Stromsignals zum Laden der parasitären Kapazitäten aufweist.

5. Abbildende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, das eine Schalteinrichtung für den Ausgangswert an einem Ausgang der Vorrichtung für das elektronische Trennen des Ausgangs von der Anordnung von Zellschaltkreisen aufweist, um die Kapazität, die sich am Ausgang der Vorrichtung ergibt, wenn die Vorrichtung nicht ausgelesen wird, zu reduzieren.

6. Abbildende Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Signalausgangswerte von den Zellschaltkreisen Stromsignale sind, die repräsentativ für die gesammelte Ladung in den Zellschaltkreisen sind.

7. Abbildendes System, das eine Mehrzahl von Abbildungsvorrichtungen nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.

8. Verfahren zum Betreiben einer Abbildungsvorrichtung zum Abbilden von Strahlung, wobei die Vorrichtung eine Anordnung von Detektorzellen zum Erzeugen einer Ladung in Antwort auf die einfallende Strahlung, eine Anordnung von Zellschaltkreisen zum Sammeln der erzeugten Ladung und einen Regelkreis zur Steuerung des Ausgangswertes der Signale von den Zellschaltkreisen aufweist, wobei das Verfahren aufweist:

Anlegen eines Vorladestromsignals für die Ladung von parasitären Kapazitäten einer Ausgangsleitung für eine Mehrzahl von Zellschaltkreisen der Vorrichtung vor dem Auslesen der Daten aus der Vorrichtung, um Stromspitzen an einem Ausgang der Vorrichtung zu reduzieren.