В настоящее время матричные фотосчитывающие устройства (фотосенсоры) являются основным элементом регистрации изображения в медицинских цифровых рентгеновских системах. Поскольку стоимость ошибки в задачах медицинской диагностики очень высока, требования к фотосенсору предъявляются максимально строгие. В работе рассмотрена последовательность процедур разработки матричного фотосенсора, целевой областью применения которого являются биомедицинские рентгеновские исследования с необходимостью уверенно различать низкоконтрастные детали размером до 80-100 мкм. Одна из целей разработки - совмещение отличающихся параметров, характерных для различных задач, где требуется или высокая частота кадров при пониженной разрядности, или широкий динамический диапазон в режиме медленного считывания изображения. Наиболее важными параметрами фотосенсора являются коэффициент заполнения оптического пиксела (фоточувствительной ячейки) и квантовая эффективность. Предложены схема и топология пиксела, а также разработано решение по объединению четырех соседних фотоячеек в отдельную функциональную группу, представляющую собой суперпиксел с большими совокупными площадью и потенциальной ямой. Проведенные расчеты и моделирование позволяют выработать конкретные рекомендации и требования к фотосчитывающему устройству для разрабатываемой рентгеночувствительной панели, определить диапазоны частоты кадров и битовых скоростей на линиях передачи.
1. Catrysse P.B., Wandell B.A. Optical efficiency of image sensor pixels // J. Opt. Soc. Am. A. – 2002. – Vol. 19. – No. 8. – Р. 1610–1620.
2. Abhaya Ch.K, König An. Design of active pixel cell using PMOS source follower.—Technische Universitat Kaiserslautern, 2008. – Р. 17–19.
3. Zyazin A., Inge P. Complete optical stack modeling for CMOS-based medical x-ray detectors // SPIE. – 2015. – Vol. 9412 – Р. 1–5.
4. Giest J., Baltes H. High accuracy modeling of photodiode quantum efficiency // Appl. Opt. 1989. – Vol. 28. – P. 3929–3938.
5. Suat Utku Ay. Large format CMOS Image sensors: performance and design. – Saarbrücken: VDM, 2008. – P. 107–110.
6. CMOS image sensor 3T Nwell photodiode pixel SPICE model / T. Reiner, B. Mishori, T. Leitner et al. // Electrical and Electronics Engineers in Israel, 2004. Proc. 23rd IEEE Convention of (6-7/09/2004). – 2004. – P. 161–164.
7. Measuring intra-pixel sensitivity variations of a CMOS image sensor / Swaraj Bandhu Mahato, Joris De Ridder, Guy Meynants et al. // IEEE Sensors J. – 2018. – Vol. 18. – Iss. 7. – p. 1–2.
8. Godbeer A. Investigation of 4T CMOS image sensor design and the effects of radiation damage. – Department of Physics, University of Surrey, Guildford, Surrey, GU2 7XH, United Kingdom, 2010. – P. 14–17.
9. Xinyuan Qian, Hang Yu, Shoushun Chen, Kay Soon Low. Design and characterization of radiation-tolerant CMOS 4T active pixel sensors // Integrated Circuits (ISIC), 2014 14th International Symposium, 2014. – P. 1–3.
10. DynAMITe: a wafer scale sensor for biomedical applications / M. Esposito, T. Anaxagoras, A. Fant et al. // IOP Publishing for SISSA, 2011. – P. 2–3.
11. Gareth Powell, Pierre Fereyre. Image sensor quantum efficiency versus wavelength optimization // E2V Semiconductors SAS, France, 2011. – P. 9–11.
12. Arnaud Darmont. Spectral response of silicon image sensors // Physics in Medicine and Biology. – 2002. – Vol. 47. – P. R85–R106.
13. Hassan Belahrach, Yavuz Degerly, Mohammed Karim, Jean Farre. Modelisation and simulation of noise in CMOS active pixel sensor for low light applications // Hassan BELAHRACH Ecole Royale de l’Air BEFRA/ERA/DFSTMorocco, 2005. – P. 1–3.
14. Carel W.E. van Eijk Inorganic scintillators in medical imaging. – London: IOP Publishing Ltd, 2002. – P. 5.
15. Fessler J. EECS 516, Medical Imaging Systems, F09, University of Michigan, Electrical Engineering and Computer Science Department // Course EECS 516 – 2009. – C.6.
16. Active pixel sensors fabricated in a standard 0.18 urn CMOS technology / Hui Tian, Xinqiao Liu, SukHwan Lim et al. // Proc. SPIE. – 2001. – Vol. 4306.
17. Ponce-Ponce V.H., Gómez-Castañeda F., José A. Moreno-cadenas ezequiel molinar-solis and herón molina-lozano // Photogate Active Pixel Sensor Modeling Using Pspice. UPIITA-IPN Av. IPN, No. 2805. – C.P. 07360, Mexico, 2006. – P. 2–3.