摄像装置、电子设备和摄像方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种摄像装置。详细地，本发明涉及一种用于检测辐射的摄像装置以及包括该摄像装置的电子设备。
【背景技术】
[0002]近年来，利用辐射光子计数的医学诊断装置的采用已有所进展。单光子发射计算机化断层显像(SPECT:伽马摄影机)和正电子发射断层显像(PET)是这类医学装置的示例。在辐射光子计数中，除了对入射在检测器上的辐射的光子数目进行计数外，还检测辐射的单独光子的能量密度，并且然后对与该能量密度相对应的计数进行滤波。目前，通常用于此目的的辐射检测器被构造成具有闪烁器和光电倍增管的组合。当辐射的光子入射在闪烁器上时，产生闪烁器光的弱脉冲。在光电倍增管中检测该脉冲，通过AD(模拟至数字)转换器测量并经由安装在后级中的放大器来检测该脉冲的输出强度。例如，根据该脉冲的高度得到辐射的光子的能量。
[0003]在伴随有此能量鉴别的辐射光子计数中，可对具有丢失位置信息并变成噪声的辐射的散射辐射进行滤波。因此，能够在图像获取中获得高的对比度。为此，例如，期望地，通过X射线乳房摄影术或计算机化断层显像(CT)进行的图像获取中，这类光子计数也是用于获得低曝光及高分辨率二者的有用手段。由于这类图像获取需要更高的空间分辨率，因此通常对由碲化镉等进行的直接探测进行研宄。
[0004]另一方面，近年来，提出了一种作为用于对辐射进行计数的新检测器，该检测器使用排列有雪崩光电二极管(APD)的APD阵列以及闪烁器(例如，参考专利文献I和专利文献2)。APD阵列也被称为硅光电倍增管(PMT)。在这类检测器中，相对于具有Imm角的闪烁器，检测单元被构造成排列多个以盖革模式(Geiger mode)操作的半导体APD，并且可以通过被放电的APD的数量进行求和来得到入射辐射的能量。
[0005][引用列表]
[0006][专利文献]
[0007][专利文献I]
[0008]日本未审查专利申请公开第2009-25308号
[0009][专利文献2]
[0010]日本未审查专利申请公开(PCT申请的翻译)第2011-515676号
【发明内容】
[0011]技术问题
[0012]然而，在上述技术中，难以提高辐射光子计数的准确度。在上述检测器中，在盖革模式中，由于APD需要高于APD的击穿电压的极高电场，而这种电场导致在半导体基板的大范围中发生电荷的再分布，因此，难以将此影响限制在小区域中。此外，需要提供保护电路等，以便诸如晶体管之类的元件不会由于高电压而被毁坏。为此，大约40微米的单元尺寸是对小型化的限制。因此，也难以使排列有元件的检测单元的尺寸小型化，并且专利文献I中的单元的长度也大约为Imm角。另一方面，例如，在通过X线进行的透射摄像中，入射在Imm角的光接收单元上的辐射的数目在乳房摄影术摄像中为每秒数万或数百万且在CT摄像中在数位上增加，而其在伽马摄影机摄像中为每秒少于一百。在这种情况下，闪烁器的辐射频率变得极高，因此，闪烁器光脉冲以高的频率产生，并且光在闪烁器中扩散。这里，为了将由入射辐射产生的单独发射光彼此区分开，需要极高的时间分辨率，这是因为只能通过监视光量的时间变化来实现区分而别无他法。
[0013]此外，针对这种高频率的入射辐射，甚至在闪烁器光发射的衰减之前出现下一次光发射，这导致被称为堆积现象的严重问题。因此，在闪烁器的衰减特性中也需要高的规格(specificat1n)，且需要对脉冲形状的分析和理解。
[0014]另外，在暗状态下保持强电场的APD具有高的暗电流(暗计数)，并且APD需要在使用之前被冷却。如在专利文献2中，当有源灭弧(active quenching)电路、输出电路等被集成在单元中时，该单元也需要高的击穿电压特性。因此，用于隔离的占用区域增加，进而孔径比和量子效率劣化。因此，在使用APD进行光子计数的检测器中，难以提高准确度。
[0015]期望提高辐射光子计数的准确度。此外，这里所描述的效果不必然是限制性的，并且可以是本发明中的任何描述的效果。
[0016]技术方案
[0017]本文说明了一种摄像装置和一种摄像方法。例如，该摄像装置包括:闪烁器板，其被构造成将入射辐射转换成闪烁光；以及摄像元件，其被构造成将所述闪烁光转换成电信号，其中，所述闪烁器板包括第一闪烁器和第二闪烁器，所述第一闪烁器通过分隔部沿与所述入射辐射的传播方向垂直的方向与所述第二闪烁器分隔开，所述分隔部防止所述第一闪烁器中产生的第一闪烁光扩散至所述第二闪烁器中并且防止所述第二闪烁器中产生的第二闪烁光扩散至所述第一闪烁器中。
[0018]进一步举例而言，该摄像方法包括:在接收第一入射辐射时产生第一闪烁光，所述第一入射辐射入射在第一剖面区域上；在接收第二入射辐射时产生第二闪烁光，所述第二入射辐射入射在第二剖面区域上，所述第二剖面区域不同于所述第一剖面区域；防止所述第一闪烁光扩散至所述第二剖面区域中，所述第二剖面区域沿平行于所述第一入射辐射和所述第二入射辐射的传播方向的方向延伸；防止所述第二闪烁光扩散至所述第一剖面区域中，所述第一剖面区域沿平行于所述第一入射辐射和所述第二入射辐射的传播方向的方向延伸；将所述第一闪烁光转换成第一电信号；并且将所述第二闪烁光转换成第二电信号。
[0019]有益效果
[0020]根据本发明，能够获得提高辐射的光子计数的准确度的显著效果。
【附图说明】
[0021]图1是示出了根据本发明的第一实施例的与辐射检测装置相关的功能性构造的示例的框图。
[0022]图2A示意地示出了根据本发明的第一实施例的闪烁器板和摄像元件之间的关系的示图。
[0023]图2B示意地示出了根据本发明的第一实施例的闪烁器板和摄像元件之间的关系的示图。
[0024]图3A是示意地示出了根据本发明的第一实施例的制造闪烁器板的方法的示例的示图。
[0025]图3B是示意地示出了根据本发明的第一实施例的制造闪烁器板的方法的示例的示图。
[0026]图3C是示意地示出了根据本发明的第一实施例的制造闪烁器板的方法的示例的示图。
[0027]图4是示出了根据本发明的第一实施例的摄像元件的基本构造的示例的概念图。
[0028]图5是示出了根据本发明的第一实施例的像素的电路构造的示例的示意图。
[0029]图6A是示出了根据本发明的第一实施例的判定电路的功能性构造的示例的概念图。
[0030]图6B是示出了根据本发明的第一实施例的判定电路的操作的示例的概念图。
[0031]图7A是示意地示出了现有技术的包括未分隔的闪烁器板的根据辐射检测装置的示例的概念图。
[0032]图7B是示意地示出了根据本发明的第一实施例的辐射检测装置的示例的概念图。
[0033]图8A是示意地示出了在包括根据本发明的第一实施例的闪烁器板的情况下的剔除读取和包括其他闪烁器板(图7A中的闪烁器板)的情况下的剔除读取的示图。
[0034]图SB是示意地示出了在包括根据本发明的第一实施例的闪烁器板的情况下的剔除读取和包括其他闪烁器板(图7A中的闪烁器板)的情况下的剔除读取的示图。
[0035]图9是示意地示出了根据本发明的第二实施例的像素阵列单元(其中将像素排列成使得仅与闪烁器的剖面接触的像素才可以接收光的像素阵列单元)的示图。
[0036]图10是示意地示出了根据本发明的第三实施例的像素阵列单元(其中排列有大小与闪烁器的剖面区域类似的像素的像素阵列单元)的示图。
[0037]图11是示意地示出了根据本发明的第四实施例的检测单元(通过对排列成面对闪烁器的剖面的多个像素的输出求和来按照检测单元输出信号的检测单元)的示图。
[0038]图12是示出了根据本发明的第五实施例的检测单元的示例的示意图。
[0039]图13是示出了根据本发明的第五实施例的像素的电路构造的示例的示意图。
[0040]图14是示出了根据本发明的第六实施例的摄像元件的基本构造的示例的概念图。
[0041]图15是根据本发明的第六实施例的闪烁器元件和检测单元的立体图的示例。
[0042]图16是根据本发明的第六实施例的检测单元的剖面图的示例。
[0043]图17是示出了根据本发明的第六实施例的光接收单元的构造示例的示意图。
[0044]图18是示出了根据本发明的第六实施例的检测电路的构造示例的框图。
[0045]图19A是示出了通过应用本发明的实施例来进行光子计数型检测的X射线扫描器(光子计数型X射线扫描器)的示例的示意图。
[0046]图19B是示出了通过应用本发明的实施例来进行光子计数型检测的X射线扫描器(光子计数型X射线扫描器)的示例的示意图。
[0047]图20A是示出了应用有本发明的实施例的X射线CT装置的检测器的示例的示意图。
[0048]图20B是示出了应用有本发明的实施例的X射线CT装置的检测器的示例的示意图。
[0049]图21A是示出了应用有本发明的实施例的伽马摄影机的检测器的示例的示意图。
[0050]图21B是示出了应用有本发明的实施例的伽马摄影机的检测器的示例的示意图。
【具体实施方式】
[0051]在下文中，将对本发明的实施例(在下文中称为实施例)给出说明。本说明将按照以下顺序进行。
[0052]1.第一实施例(辐射检测控制:接合有分隔的闪烁器的摄像元件的示例)
[0053]2.第二实施例(辐射检测控制:通过将像素仅布置在与分隔的闪烁器相面对的区域中来提高时间分辨率的示例)
[0054]3.第三实施例(辐射检测控制:通过将一个模拟像素布置在分隔的闪烁器的区域中来提高时间分辨率的示例)
[0055]4.第四实施例(辐射检测控制:通过将多个像素的经由CCD的输出相加来提高时间分辨率的示例)
[0056]5.第五实施例(辐射检测控制:将多个像素的电荷量相加的示例)
[0057]6.第六实施例(辐射检测控制:将设置有像素的基板和设置有检测电路的基板进行层叠的示例)
[0058]7.本发明的应用示例
[0059]1.第一实施例
[0060]辐射检测装置的功能性构造的示例
[0061]图1是示出了根据本发明的第一实施例的与辐射检测装置10相关的功能性构造的示例的框图。
[0062]图1所示的辐射检测装置10是摄像装置，其通过使用互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器对光子进行计数来检测辐射。辐射检测装置10包括检测器100和数据处理单元120。
[0063]检测器100通过半导体摄像元件检测辐射，并且包括闪烁器板200和摄像元件HO。
[0064]闪烁器板200吸收诸如电子束或电磁波之类的辐射的能量以发射荧光(闪烁光)。闪烁器板200布置成邻近于摄像元件110的摄像表面(设置有摄像元件的表面)。此外，沿垂直于辐射的入射方向的方向(图中的垂直方向)精细地分隔闪烁器板200，以便由入射辐射产生的闪烁光不会扩散并入射到摄像元件110上。S卩，在闪烁器板200中，沿像素在摄像元件110的摄像表面中以矩阵形式布置的布置方向精细地分隔闪烁器，使得辐射的入射方向与摄像元件110的摄像表面正交。在图1中，用于每个分隔区(闪烁器)的分隔部由闪烁器板200中的灰色标记区域表示，每个分隔区(闪烁器)由闪烁器板200中的白色矩形表不。
[0065]这里，将参照图3A至图3C来说明用于制造以上述方式分隔的闪烁器板200的方法的示例。此外，将在以下假设下给出说明:闪烁器板200由本发明的第一实施例中的用于检测电磁波(X射线、伽马射线)的辐射的闪烁器构成。此外，闪烁器板200是根据本发明的权利要求的闪烁器组的示例。
[0066]摄像元件110将所接收的光光电转换为电信号。例如，摄像元件110由互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器实现。此外，由于摄像元件110由CMOS传感器实现，因此能够进行剔除读取(cull reading)。因此，待读取的像素的输出数据的行数越少，曝光频率(帧频(fps))越高。
[0067]此外，在本发明的第一实施例中，摄像元件110将用于表示入射到像素上的光子的存在的二进制值(O或I)提供到数据处理单元120。以此方式，在摄像元件110中布置有具有高灵敏度的像素(光子计数型数字像素)和具有高灵敏度的检测电路，以便将闪烁光的光子计数的结果作为二进制值(数字值)输出。此外，由于从摄像元件110输出的数据是数字值，因此用于以较佳抗干扰度将数据提供到数据处理单元120的信号处理变得容易O
[0068]此外，在本发明的第一实施例中，摄像元件110将用于表示入射到像素上的光子的存在的二进制值(O或I)提供到数据处理单元120。以此方式，在摄像元件110中布置有像素(光子计数型数字像素)，其中，从这些像素中输出作为二进制值(数字值)的闪烁光的光子计数的结果。此外，由于从摄像元件110中输出的数据是数字值，因此用于以较佳抗干扰度将数据提供到数据处理单元120的信号处理变得容易。
[0069]数据处理单元120基于从摄像元件110提供的数字值对检测目标进行分析。例如，数据处理单元120基于从摄像元件110输出的数字值来计算同时产生的闪烁光的总数，并且根据此总数来指定辐射的能量。
[0070]此外，数据处理单元120保持用于指定哪个像素接收从哪个分隔区产生的闪烁光的信息(像素指定信息)，并基于此信息针对每个分隔区计算闪烁光总数。即，数据处理单元120基于用于指定接收每个闪烁器(分隔区)的闪烁光的像素的像素指定信息来分析从摄像元件110提供的信号，以分析入射位置(分隔区位置)和辐射能量。
[0071]另外，期望数据处理单元120指定由于辐射损坏而具有增加的暗电流的像素，并且将该像素遮蔽并将其从闪烁光的求和计算中移除以校正总和值。
[0072]在任一像素被辐射损坏的情况下，即使在没有入射辐射的暗状态下，暗电流在该像素中增加，该像素成为持续放电(输出)“1”的缺陷像素。能够在暗状态下通过数据处理单元120进行校准来检测和指定这种缺陷像素。在存在缺陷像素的情况下，期望将该像素的输出从输出计数中排除，并根据每个闪烁器分隔区的缺陷像素的数目校正辐射强度。例如，当某个闪烁器分隔区中的像素数目为S，且缺陷像素数目为D时，数据处理单元120通过使总计数值乘以(S-D)/S进行校正。
[0073]下面，将参照图2A和图2B对闪烁器板200和摄像元件110之间的关系进行说明。
[0074]闪烁器板和摄像元件之间的关系的示例
[0075]在图2A和图2B中，示出了用于示意地说明根据本发明的第一实施例的闪烁器板200和摄像兀件110之间的关系的不图。
[0076]在图2A中，示出了用于说明将要与摄像元件110的摄像表面相接合(邻近)的闪烁器板200与摄像元件110处于分离状态的示图。此外，在图2B中，示出了用于说明闪烁器板200中的一个闪烁器(一个分隔区)与设置在摄像元件110上的像素之间的关系的示图。
[0077]例如，如图2A所示，闪烁器板200由一捆圆柱形闪烁器制成。在本发明的第一实施例中，单独的闪烁器(闪烁器210)由闪烁光纤实现。此外，图1所示的闪烁器板200的灰白区域对应于图2A中的闪烁器210之间的间隔。另外，闪烁光纤是通过使用激光或高温加热器熔融并拉伸玻璃或塑料(塑料闪烁器)制成的，其中，闪烁材料例如为锗酸铋(BGO = Bi4Ge3O12)。类似于由玻璃制成的光纤，可以对闪烁光纤进行高精度处理以通过拉伸来获得具有数十微米的细微直径的圆柱形光纤。将通过图3A至图3C来说明闪烁器板200的制造方法，并且不在此处重复详细说明。
[0078]此外，在本发明的第一实施例中，将在以下假设下给出说明:闪烁器板200中的单独闪烁器(闪烁器210)的直径为40微米，并且摄像表面中的摄像元件110(像素310)的像素尺寸为2.5微米角(在垂直方向和水平方向上为2.5微米)。此外，假设在摄像元件110中，在排列有像素310的区域(像素阵列单元300)中排列有128行*128列的像素。
[0079]在这种情况下，针对128行*128列的像素设置有8行*8列的闪烁器210。S卩，将与一个闪烁器210的剖面(摄像元件的光输出表面)相面对的像素排列成16行*16列。此夕卜，如果将面对一个闪烁器210的像素组设定为一个检测单元，那么排列有128行*128列的像素的摄像元件110可以用作如下检测器，该检测器被构造成具有8行*8列(共64个)检测单元(检测单元305)。
[0080]下面，将参照图2B对一个检测单元305中的入射闪烁光进行说明，其中，图2B示意地示出了 16行*16列的像素310及闪烁器210的边缘。
[0081]在图2B中，示出了作为由16行*16列形成的矩形的与一个检测单元305相对应的16行*16列的像素310，并且示出了作为粗线圈的闪烁器210(边缘211)。此外，在图2B中，示出了作为涂黑矩形的入射有闪烁光的像素。
[0082]在闪烁器板200中，闪烁器210和闪烁器210之间的间隔(图2B中的边缘211的外部)被构造成具有包括反射剂等的粘合剂。以此方式，在闪烁器210中产生的闪烁光仅入射在与闪烁器210的摄像元件侧的剖面(光输出表面)相面对的像素310