如何选择平板探测器.pdf

平板数字探测器的选择 Technology with Passion 唐立云,上海 March 8,2018 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）2 目录 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）3 用途：将不可见的X光转化为可见光，使人眼可以观察到图像 感应穿过物体X射线X射线强度。并根据各部位X射线强度，给与图像不同的黑白值（灰度等级）用户需要关心问题 物体内部缺陷放大后能否探测器能否检测到 X射线的黑白对比度是否很好，方便我们人眼看到缺陷 X射线图像噪音需要尽可能少，噪音多，有缺陷也无法清晰判别 难题：探测器太专业，涉及参数很多，用户没有时间成为专家。因此，如何判断探测器的好坏，选择合适探测器？市场上常见探测器产品技术规格表 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）4 Dexela 1207 CMOS探测器探测器 技术资料技术资料 GE DXR250RT 非晶硅探测器技探测器技术资料术资料 Varian PaxScan 1313DX 非晶硅探测器技术资料探测器技术资料 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）5 目录 产品技术规格表常见参数简单说明 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）6 英文参数名称 中文名称 参数含义 参数示例 Receptor Type 探测器种类 说明探测器生产工艺 CMOS Amorphous Silicon Conversion Screen/Sensor type 闪烁体 X射线转化种类 CMOS active pixel sensor CsI Pixel Pitch 像素大小 组成探测器的单个像素长x宽 74.8 m 127 m2 Pixel Matrix 或 Resolution 像素矩阵排列方式 像素排列方式，可计算组成探测器的总像素 1536 x 864 1,024 x 1,024 Pixel Area 像素总面积 探测器接受X射线的感应区域大小 114.9 x 64.6 mm 13.0 x 13.0 cm A/D Conversion或 ADC resolution 模数转化 决定X射线图像的灰度等级 14 bits 16 bits Frame Rate （fps)图像采集速率 探测器生成X射线图像的速度 24fps 30fps Energy Range.工作能量范围 容许探测器最大工作X射线能量下 40-160 kVp Power Dissipation 功耗 探测器工作的功耗，功耗大，则探测器需要有强制降温措施，如水冷 12W 15W 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）7 目录 平板探测器结构-平板探测器结构及其核心单元 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）8 像素 数字电路 平板探测器是有许多一个个小方格的组成 每个小方格单独成像，并输出数字信号代表该小格的黑白值（灰度值）这些数字信息传输到电脑，形成X射线图像 X射线图像的每个单独像素灰度值与探测器的每个小方格一一对应 由于这个原因，每个探测器小方格称为像素 从这里看出：探测器图像质量好坏是由单个像素决定。图像像素图像像素是定义是定义：指由图像是由小方格图像是由小方格即所谓的像素(pixel)组成的，是组成图像的最小组成图像的最小单位单位。它是以一个单一颜色的小格存在 像素是平板探测器的核心单元-平板探测器结构及其核心单元 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）9 像素是平板探测器的核心单元 平板探测器物理结构：由许多像素拼接拼接组成的 探测器成像能力是由单个像素决定的 探测器灰阶就是A/D的位数 单个像素工作原理、结构及像素大小-平板探测器结构及其核心单元 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）10 单个像素工作原理：单个像素工作原理：1.闪烁体或荧光粉：接受X射线转化为可见光 2.光电二极管：接收可见光，转化为电子 3.电子给电容充电电子给电容充电 4.接到指令，电容放电接到指令，电容放电，5.电流通过/转换，变为数字信号 6.补充：A/D实际功能：将实际功能：将X射线强度转化为数字信号射线强度转化为数字信号 A/D的位数就是图像的灰阶 14位的A/D，则探测器就是14位 单个像素物理结构单个像素物理结构 1.闪烁体+光电二极管+电容+A/D转换模块 单个像素单个像素大小：大小：是是光电二极管尺寸决定光电二极管尺寸决定 如果光电二极管尺寸为127微米，则像素尺寸为127um 如果光电二极管尺寸为50微米，则像素尺寸为50um 不同像素尺寸的有不同的优缺点-平板探测器结构及其核心单元 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）11 1.如果像素尺寸小像素尺寸小，同一几何放大倍数情况下同一几何放大倍数情况下，探测器可以显示更小的缺陷更小的缺陷 物体缺陷要被平板探测器检测的前提：放大后的物体缺陷图像 投影最少盖住一个像素最少盖住一个像素 如果放大倍数是200倍 1.如果探测器像素为如果探测器像素为127um，则可以显示物体缺陷为，则可以显示物体缺陷为0.64um 2.如果探测器像素为如果探测器像素为50um，则可以显示物体缺陷为则可以显示物体缺陷为0.25um X射线系统将物体放大射线系统将物体放大 放大的缺陷投影完全放大的缺陷投影完全盖住一盖住一个像素个像素 物体物体缺陷被缺陷被X放大放大 一个像素 2.如果像素如果像素尺寸为尺寸为1微米，微米，我们可以看到无穷小我们可以看到无穷小缺陷，不是最好吗？缺陷，不是最好吗？如果像素尺寸过小，则电容尺寸很小，则电容的容量很小 电容的容量很小，探测器吸收很少的X射线，电容充电已经饱和 这样，导致X射线图像信噪比很差，X图像不清晰，因为:本体噪音是一个恒定值（来源：本体电路的电子学噪声）X射线图像量子噪声与像素吸收到的有用X射线光子的比例很少 有用X射线信号无法抑制噪音，X图像不清晰 因此：探测器像素越大，其信噪比升高，因此：探测器像素越大，其信噪比升高，X图像越清晰图像越清晰 如何依据像素大小参数选择探测器-平板探测器结构及其核心单元 像素大小与探测器两个关键参数（最小缺陷检测能力、探测器像素大小与探测器两个关键参数（最小缺陷检测能力、探测器信噪比）相关联信噪比）相关联 像素尺寸越小像素尺寸越小，同一几何放大倍数情况下，探测器最小缺陷检测最小缺陷检测能力更强能力更强 探测器像素越大探测器像素越大，探测器信号的信噪比越高，X图像越清晰图像越清晰 做做X射线检测的需求：射线检测的需求：在发现物体内部缺陷的前提条件下，我们希望图像越清晰却好在发现物体内部缺陷的前提条件下，我们希望图像越清晰却好 因此，我们必须采用因此，我们必须采用折中的办法选择折中的办法选择探测器的像素尺寸，探测器的像素尺寸，不能一味追求大，也不能一味追求小，是最小缺陷检测能力、探测器是最小缺陷检测能力、探测器信噪比的平衡信噪比的平衡 针对同种制造工艺的探测器 半导体和半导体和SMT产品产品，物体缺陷小，微米级（甚至是1微米）被检测产品的密度相对低，X射线穿透物体的时候 二次散射少，从而“X射线图像量子噪声”少 因此，我们要侧重：因此，我们要侧重：“探测器的最小缺陷检测能力探测器的最小缺陷检测能力”，需要需要选择像素选择像素小小一点的探测器一点的探测器 金属产品（如铸件）物体缺陷大，毫米级 被检测产品的密度相对低，X射线穿透物体的时候 二次散射多，从而“X射线图像量子噪声”少 因此，我们要侧重：因此，我们要侧重：“探测器信噪比探测器信噪比”，需要需要选择像素大一点的探测器选择像素大一点的探测器 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）12 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）13 目录 非晶硅（非晶硅（CsI)平板数字平板数字探测器工作原理探测器工作原理 基本工作过程原理：基本工作过程原理：1.入射的X射线图像经碘化铯闪烁晶体转换为可见光图像，2.可见光图像由下一层的非晶硅光电二极管阵列转换为电荷图像 3.对电荷信号逐行取出，转换为数字信号，再传送至计算机，从而形成X射线数字图像 碘化碘化铯铯（CsI:T1闪烁体闪烁体）结构特点结构特点：连续排列、针状 直径约为6-7m 厚度为500-600m 外围用 铊包裹 减少漫射 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）14 闪烁闪烁:是指单个高能粒子在闪烁体上瞬时激发的闪光脉冲闪光脉冲 非晶硅（CsI)平板探测器优缺点 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）15 优点优点 CsI里面的晶体结构为针状，极大提高了光电转化的效率 单个像素大于100um，探测器信噪比高探测器信噪比高；射线图像灰度值分辨率和射线图像灰度值分辨率和黑白对比度更强 采用并联电路，即使探测器单个像素死亡，探测器仍然正常工作 缺点缺点 如果如果射线检测系统射线检测系统几何放大倍数几何放大倍数（光学放大光学放大）能力不够能力不够，因探测器像素大因探测器像素大，物体物体的内部微小缺陷可能无法检测到的内部微小缺陷可能无法检测到 像素的填充率很高 晶体结构为针状晶体结构为针状 放大倍数不够，缺陷放大倍数不够，缺陷投影盖不住一投影盖不住一个像素个像素 物体物体缺陷被缺陷被X光放大光放大 一个像素 并联电路 CMOS平板探测器工作工作原理原理 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）16 CMOS全称：Complementary metaloxide-semiconductor 荧光定义：荧光定义：指在X线激发停止后，持续持续（10-8s）发光的发光的过程 基本工作过程原理：基本工作过程原理：1.入射的X射线图像经经萤光材料萤光材料转换转换为可见光为可见光图像，2.可见光图像由下一层的CMOS光电二极管阵列转换为电荷图像 3.对电荷信号逐行取出，转换为数字信号，再传送至计算机，从而形成X射线数字图像 萤光材料特点特点：转化效率地低 荧光材料被X激发后，连续发光 连续发光对探测器成像会产生叠加成像效果，叠加效果在最后X射线图像上呈现为噪音形式噪音形式 CMOS平板探测器优缺点 焦点焦点X射线检测系统的主要参数介绍射线检测系统的主要参数介绍（再谈）（再谈）17 优点优点 探测器像素小，一般小于100um 即使射线检测系统几何放大倍数（光学放大）能力不够，因探测器像素小，物体的内部微小缺陷也可能盖住一个像素 可以帮助提高可以帮助提高X射线检测系统最小缺陷检测能力射线检测系统最小缺陷检测能力 缺点缺点 使用荧光材料实现光电转化，而且荧光材料填充率低,导致转化转化效率非常效率非常低低 探测器像素一般为一般为50um 到到75um之间，导致探测器信噪比低探测器信噪比低；X射线射线图像灰度值分图像灰度值分辨率和辨率和黑白对比度差 采用串联电路。当一个像素死亡，整条电路上像素也会死亡，探测器探测器将将会出现会出现1条黑条黑色的死线色的死线 放大倍数不够，缺陷投影盖不住一放大倍数不够，缺陷投影盖不住一个像素个像素 物体物体缺陷被缺陷被X光放大光放大 一个像素 荧光材料实现光电转化荧光材料实现光电转化 荧光材料填充率低荧光材料填充率低 串联电路串联电路 非晶硅（CsI)平板探测器和CMOS平板探测器综合比较 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）18 非晶硅（CsI)平板探测器 CMOS平板探测器 转化体 CsI（碘化铯）萤光材质 工作原理 接收X射线，产生脉冲可见光 通过萤光材质，产生的可见光为萤光 可见光表现特性 脉冲光，没有延时 萤光为持续（10-8s）发光，有延时，像素大小 大于100um 50um 到100um之间 结论 非晶硅（CsI)的信噪比 比CMOS的信噪比高，图像清晰 在放大倍数受限的情况下，CMOS可以检测到更小缺陷 在放大倍数不受限的情况下，非晶硅平板数字探测器的更小缺陷检测能力通过放大倍数补偿了 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）19 目录 像素矩阵排列和像素面积 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）20 参数示例 像素矩阵像素矩阵排列排列（Pixel Matrix)含义为：含义为：由长1024个像素、宽1024个像素排成的一个正方形 像素像素面积：实际是探测器吸收面积：实际是探测器吸收X射线区域大小射线区域大小 有1024 x 1024个像素围城正方形，占的面积是多少 长：1024x 127 um=13cm;宽 1024 x 127um=13cm 因此：当像素尺寸固定后，可以根据像素矩阵计算当像素尺寸固定后，可以根据像素矩阵计算像素像素面积面积 当像素尺寸固定后，可以当像素尺寸固定后，可以根据根据像素像素面积计算像素矩阵面积计算像素矩阵 1024 1024 像素矩阵排列 13cm 13cm 像素面积 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）21 目录 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）22 答案：不对。答案：不对。是概念混淆，两者没有关联是概念混淆，两者没有关联 探测器的检测实质探测器的检测实质 探测器由一个个像素组成；因此，探测器探测器核心核心是单个像素单个像素 探测器探测到缺陷的条件是：物体缺陷经过X射线放大图像必须盖住一个像 因此探测器的分辨率因此探测器的分辨率计算：计算：=像素尺寸像素尺寸/物体检测时的几何放大倍数（光学放大）物体检测时的几何放大倍数（光学放大）例如：例如：探测器像素为127微米，放大倍数是127倍，这时，探测器可以检测到最小缺陷为1微米 总总像素像素多少（实际含义为多少（实际含义为探测器吸收探测器吸收X射线区域大小射线区域大小）：由像素矩阵排列（Pixel Matrix）计算出来，而利用像素矩阵可以计算像素矩阵可以计算像素面积像素面积 因此：探测器总像素探测器总像素多少含义多少含义为探测器探测器吸收吸收X射线区域射线区域大小大小 例如：例如：如右边，如右边，像素矩阵排列为1024 x 1024，则则探测器总探测器总像素为像素为100万个，万个，探测器吸收探测器吸收X射线射线区域为区域为13cm*13cm 1024 1024 像素矩阵排列 问题深究：探测器总像素多探测器总像素多，对我们有什么帮助，对我们有什么帮助 总像素多少（实际含义为总像素多少（实际含义为探测器吸收探测器吸收X射线区域大小射线区域大小）：由像素矩阵排列（Pixel Matrix）计算出来，而利用像素矩阵可以计算像素面积像素矩阵可以计算像素面积 因此：探测器总像素多少含义探测器总像素多少含义为探测器吸收探测器吸收X射线区域大小射线区域大小 例如：例如：如右边，如右边，像素矩阵排列为1024 x 1024，则探测器总像素为则探测器总像素为100万个，万个，探测器吸收探测器吸收X射线区域为射线区域为13cm*13cm 同种探测器，同种探测器，总像素越多总像素越多，实际是，实际是提高用户提高用户检测效率检测效率升高。升高。原因：原因：总像素越多，则探测器吸收X射线区域越大，一次可以检测的样品范围变大。同样的样品，需要移动样品的次数就少，用户检测效率升高。焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）23 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）24 目录 A/D Conversion(ADC resolution)含义 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）25 先看参数：探测器工作原理 X射线转化为可见光；可见光转化为电子，电子给电容充电 电容放电，产生电流 电流通过A/D转换，变成数字信号 因此，因此，A/D转换位数就是转换位数就是X射线图像的灰度等级射线图像的灰度等级 如果A/D转换为转换为14位的位的，X射线图像灰度值范围为0 到 214（16384灰度等级）灰度等级）如果A/D转换为转换为16位的位的，X射线图像灰度值范围为0 到 214（65536灰度等级）灰度等级）A/D转换位数（转换位数（bit）越大，得到的）越大，得到的X射线图像的灰度等级越高，射线图像的灰度等级越高，图像的图像的黑白对比度越高，越方便用户观看黑白对比度越高，越方便用户观看 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）26 目录 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）fps Fps是反映探测器每秒获得是反映探测器每秒获得X射线图像张数的能力射线图像张数的能力 该参数直接决定用户检测速度该参数直接决定用户检测速度 采样频率（fps）27 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）Binning的优点的优点：探测器像素变大，其信噪比升高，X图像越清晰 因为像素面积变大，同一时间吸收X射线光子数变多，因此X射线图像采集时间变短，fps变快 Binning的缺点：的缺点：像素尺寸变大像素尺寸变大，同一几何放大倍数情况下同一几何放大倍数情况下，探测器可以检测的物体最小缺陷能力变弱 Binning的用途的用途 当被检测物体密度很高，探测器无法接受到足够光子，使用binning，确保成像 当需要加快检测速度，使用bing Binning含义和用途 28 Binning含义含义:像素合并，几个像素合并成为一个，当作一个像素用 如果是2 x 2的Binning，就是原来4个像素合并为1个像素用 2 x 2 binning 4个像素 1 个像素 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）29 目录 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 先看技术参数先看技术参数 成熟品牌成熟品牌探测器的寿命由其耐压值（即最大工作电压）决定 如果探测器最大工作电压为160KV，而用户长期使用在150KV以下，则探测器的像素不会被打死，出现死像素 如果探测器的最大工作电压为100KV，而用户长期使用在100KV以上，则探测器的像素在很短的时间就会被打死，出现死像素 成熟成熟品牌平板探测器寿命：大约品牌平板探测器寿命：大约7年年 30 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）31 目录 小结：关键参数的实际用途 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）32 英文参数名称 参数的用途 Receptor Type探测器种类 非晶硅（CsI)的信噪比 比CMOS的信噪比高，图像清晰在放大倍数受限的情况下，CMOS可以检测到更小缺陷 在放大倍数不受限的情况下，非晶硅平板数字探测器的更小缺陷检测能力通过放大倍数补偿了 Pixel Pitch像素大小 像素尺寸越小，同一几何放大倍数情况下，探测器最小缺陷检测能力更强 探测器像素越大，探测器信号的信噪比越高，X图像越清晰 Pixel Matrix 或 Resolution 像素矩阵排列方式 探测器总像素越多或像素面积越大或像素矩阵是一个参数的不同表达方式，实际就是：“探测器X射线感应区域大小”这些参数越大，则用户检测速度越快 Pixel Area 像素总面积 A/D Conversion或ADC resolution模数转化 决定X射线图像的灰度等级和黑白对比度 Energy Range工作能量范围.容许探测器最大工作X射线能量下，低于这个电压，探测器不会坏 Power Dissipation功耗 探测器工作的功耗，功耗大，则探测器需要有强制降温措施，如水冷 Frame Rate（fps)图像采集速率 参数越大，则提高用户检测效率 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）33 目录 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）如何如何选择探测器，大概思路如下：选择探测器，大概思路如下：第一条：用探测器像素尺寸除以设备的几何放大倍数，确保数值小于您需要检测的最小缺陷。这个探测器才能入围 如像素尺寸为200um，几何放大倍数为200倍 200um/200=1um（说明这台设备只能检测 1微米以上的缺陷）第三条：满足1、2条基础上，尽可能选则非晶硅平板探测器，不选CMOS平板数字探测器（因CMOS采用荧光材料将X射线转化为可见光，导致探测器成像产生叠加成像效果，噪音高）第二条：选A/D转换bitt高的，越高越好（查探测器原厂提供的产品资料）在选定探测器之前，从百度上搜素该品牌在 市场上的占有率 产品在市场中的生产及销售历史 原因：产品只有经过大量客户使用后，产品质量才能稳定原因：产品只有经过大量客户使用后，产品质量才能稳定 34 如何根据不同检测需求，选择合适的探测器（1）Wafer级别的缺陷检测（最小缺陷一般小于在1微米到2微米）同一几何放大倍数（光学）下（150倍）,谁合适 50um像素的CMOS平板探测器和127um 像素的非晶硅平板探测器都可以 200um像素的非晶硅平板探测器不行，看不到缺陷 但是非晶硅平板探测器的像素大，成像方式更先进。获得X射线图像的黑白分辨率高、信噪比低 因此，推荐采用127um 像素的非晶硅平板探测器 如果最大放大倍数为100倍，谁合适 答案：只有50um像素的CMOS平板探测器，其他都不合适，为什么？焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）35 如何根据不同检测需求，选择合适的探测器（2）同一几何放大倍数下（都是同一几何放大倍数下（都是200倍）：倍）：检测半导体和SMT产品（最小缺陷一般小于在1微米到十几微米 50um 的CMOS平板探测器（可以）127um 像素的非晶硅平板探测器（可以）200um像素非晶硅平板探测器（可以）问题：谁更好一点 注意：半导体和SMT产品的密度不高，X射线穿过物体的散射少 因为半导体和SMT产品密度高，X射线穿过物体的散射比Wafer多，用CMOS平板探测器，获得X射线图像的黑白分辨率和信噪比低，效果不好 适当增大探测器的像素面积，可以抑制X射线图像量子噪声，获得最好性噪比，从而确保在看到缺陷后，获得最佳的黑白分辨率和信噪比,但SMT和半导体的散射少，X射线图像量子噪声相对低，200um的像素面积与127微米像素面积在抑制X射线图像量子噪声，提高性噪比效果有限 但缺陷放大后在127微米像素探测器上占据像素数量多，使缺陷更清楚 综合平衡下来，综合平衡下来，127微米的非晶硅平板探测器是最佳选择微米的非晶硅平板探测器是最佳选择 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）36 如何根据不同检测需求，选择合适的探测器（3）同一几何放大倍数下（都是同一几何放大倍数下（都是10倍）：倍）：金属焊缝检测（缺陷一般在0.1mm）任何探测器都能发现金属焊缝的最小缺陷 但是金属密度非常高，导致X射线穿过物体的散射多，因此，抑制X射线图像量子噪声是关键 50um的CMOS和127微米的非晶硅平板探测器无法很好的抑制X射线图像量子噪声是关键，导致X射线图像的黑白分辨率和信噪比差 200um非晶硅平板探测器因为面积大，可以很好的抑制因X射线穿过物体的散射导致的抑制X射线图像量子噪声，获得最佳的非晶硅平板探测器 因此，综合屏很下来，200um非晶硅平板探测器最合适 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）37 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）38 目录 能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器（1）焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）39 平板数字探测器 CCD数码相机 成像原理 将X射线转为可见光，可见光转为数字信号 将自然光直接转化为数字信号 探测器像素大小 50微米到200微米（因为X射线能量很弱，因此，需要足够大的面积来同时获得足够的可见光，获得最好信噪比图像）几个微米（因为自然光能量很强，即使感光面积很小，也能获得最好信噪比的图像）应用场合 利用放大原理，每个探测器像素对应实物大小为微米级 利用缩小原理，每个CCD像素对应实物大小为厘米级别 结论 平板探测器反映微米级缺陷追求每个像素的成像能力 CCD数码相机反映追求像素越多越好，确保每个像素反映实物越小越好 能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器（2）焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）40 可见光+-电容 A/D转换 补充：CCD数码相机的成像原理 1.景物反射的光线通过数码相机的镜头透射到CCD上。2.当CCD曝光后，光电二极管受到光线的激发而释放出电荷 3.发光二极管产生的电流输出，4.CCD会将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器。5.经过放大和滤波后的电信号被传送到ADC由ADC将电信号（模拟信号）转换为数字信号 可以看到：CCD数码相机的成像数码相机的成像原理与平板数字探测器的原理基本原理与平板数字探测器的原理基本一样一样 但是其应用场合完全不一样但是其应用场合完全不一样 能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器（3）焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）41 补充 应用场合不一样 1.CCD数码相机拍照是：将很大物体缩小来拍，像素越多，图像越细腻将很大物体缩小来拍，像素越多，图像越细腻 需要拍摄物体（如人）缩小缩小并投影不到1个平方厘米CCD传感器上面 如果CCD像素太少，则每个像素反映的实物实际面积大小就很大 拍出的图像就很粗燥 2.平板探测器拍照是：将物体的一个局部放大几十倍以上拍，图像细腻与像将物体的一个局部放大几十倍以上拍，图像细腻与像像素多少无关，与单个像素成像能力有关像素多少无关，与单个像素成像能力有关 物体局部放大后，投影到很大的平板探测器上（）5微米的实物，如果放大50倍，实物为250微米，占据至少2个以上像素 探测器单个像素拍出的图像反映实物大小为2微米，这样，我们需要追求单个像素成像能力 1 X射线检测设备中的核心部件-平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元-像素 4“非晶硅（CsI)平板探测器 vs CMOS平板探测器”工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion(ADC resolution)含义 8 采样频率（fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）42 目录 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）数字平板探测器分类 根据光电二极管阵列制造工艺分类 CMOS 数字平板探测器 CMOS active pixel sensor 非晶硅数字平板探测器 amorphous silicon based detectors 探测器 影像增强器+数码相机 最老的技术 最先进最先进的技术的技术 先进技术 微焦点领域：探测器的演化 从从2009年半导体内部导线由金线改铜线开始年半导体内部导线由金线改铜线开始 应用在电子制造领域的X射线检测系统，探测器得到极大发展快 从影像增强器从影像增强器-CMOS平板数字探测器平板数字探测器-非晶硅数字平板探测器非晶硅数字平板探测器 43 焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）探测器的区别 CMOS平板数字探测器vs非晶硅平板数字探测器 数字平板探测器分类（按制造（按制造工艺工艺分类）分类）CMOS 数字平板探测器 CMOS active pixel sensor 非晶硅数字平板探测器 amorphous silicon based detectors 部分厂家名称：日本的Hamamatsu；英国的 Dexela(2012 年被德国PerkinElmer收购)全球主要生产厂家：全球主要生产厂家：2家家 产地在德国和美国产地在德国和美国 优点：价格便宜 缺点：黑白对比