WO1995012133A1 - System and sensor for scanning and digitising x-ray images - Google Patents

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WO1995012133A1
WO1995012133A1 PCT/FR1994/001259 FR9401259W WO9512133A1 WO 1995012133 A1 WO1995012133 A1 WO 1995012133A1 FR 9401259 W FR9401259 W FR 9401259W WO 9512133 A1 WO9512133 A1 WO 9512133A1
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WO
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sensor
ccd
image
elementary
pulses
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Application number
PCT/FR1994/001259
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French (fr)
Inventor
Catalin Stoichita
Original Assignee
Catalin Stoichita
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
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Application filed by Catalin Stoichita filed Critical Catalin Stoichita
Publication of WO1995012133A1 publication Critical patent/WO1995012133A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/20Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2006Measuring radiation intensity with scintillation detectors using a combination of a scintillator and photodetector which measures the means radiation intensity

Definitions

  • the invention relates to a system and an X-ray image sensor for its implementation, system and sensor which can be easily adapted on any film radiography apparatus known today, for directly obtaining in digital form the image.
  • objects to be x-rayed by scanning especially when it comes to large image or tomography formats. It is intended to replace the films usually used in radiology by making the image available in digital form on a computer. It will be called by abbreviation: SCRX.
  • Radiography of objects opaque to visible light has been possible for a very long time using silver films.
  • devices that correspond to the diversity of applications: medical diagnosis, baggage control, defect control, parameter control, etc.
  • the X-ray image sensor comprises "... an image transmission or coupling element (10), such as an optical fiber, which reduces the format of the opening of the secondary diaphragm (8) in the format of the image zone of the CCD sensor (11) "(see English text column 3 lines 7 to 11 of the cited document).
  • image transmission or coupling element (10) such as an optical fiber
  • this block of optical fiber (10) must have a very large reduction factor, of the order of 15 times.
  • the best manufacturers in the world who are able to attempt the manufacture of such optical fibers have many technical problems with the manufacture of blocks of fibers with a reduction factor of 2 to 3. Consequently, in pending significant progress in this area, the proposed solution remains impracticable.
  • this kind of CCD-s is limited in speed by the need to transfer the image from the integration region to the memory region.
  • Other disadvantages are the complexity (cost) of post-digitization processing as well as the errors involved.
  • the object of the invention is: a) to provide a system and a sensor for direct digitization, as announced in the introduction, to replace the films in conventional radiology installations, in particular for tomography; b) to remove the image size constraints; c) to reduce the complexity inherent in other known solutions for direct digital X-ray imaging; d) to allow manufacturing with components currently available at present
  • the scanning system for scanning X-ray images uses an X-ray image sensor based on one or more several full-frame charge transfer image sensors (Full Frame CCD) and specific control and digitization circuits.
  • a mechanical subsystem allows the image sensor to scan by translational the transparency image of an object exposed to X-rays. During scanning, its movement is translated into electrical signals by various means, signals which, via a block generator of the servo signals, drive the scrolling of the image in photo-electrons on the CCD (s) of the sensor.
  • the servo cited above is done in such a way that, between all the images of the different regions of the object, projected simultaneously on its sensitive surface, only the image of interest is followed with precision and left sharp by l integration while the others are blurred. It is also explained, the relationship between the servo equations, the diagram kinematics of any system (to choose from many variants) and the positions of the object or its parts to be radiographed.
  • the system also uses a computer which is responsible for acquiring the image scanned by the sensor and for configuring the parameters of the sensor or the generator of the control signals.
  • FIG. 1 represents the surface of a full frame type charge transfer image sensor device on which a moving image is projected.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the SCRX system.
  • FIG. 3 represents a block electrical diagram of the generator of the control signals
  • FIG. 4 shows an exploded view of example 1 of an image sensor arrangement which comprises only a CCD.
  • FIG. 5 shows an exploded view of example 2 of an image sensor arrangement which comprises several CCD-s mounted on a common support.
  • FIG. 6 shows an exploded view of example 3 of an image sensor arrangement which comprises several CCD-s mounted in individual housings.
  • FIG. 7 shows a detailed view in section of the examples of arrangements of the image sensor.
  • FIG. 8 represents a block electrical diagram of the image sensor.
  • FIG. 9 represents a kinematic diagram where the generator is fixed relative to the object, for the use of the system proposed by the present invention
  • FIG. 10 represents a kinematic diagram where the generator is movable relative to the object to be radiographed, for the use of the system proposed by the present invention
  • the sensor for implementing the system in accordance with the present invention comprises one or more charge transfer devices of the full frame type (Full Frame CCD).
  • Full Frame CCD Full Frame CCD
  • This choice has the advantage, compared to the other known solutions, of using practically the entire surface of the device for integrating photoelectrons, something which becomes essential when it comes to large sensors.
  • Another advantage of this choice is the fact that, in tomography applications, the image of the desired section is formed directly at the level of the image sensor device and not by processing subsequent to scanning, which makes it possible to use a simpler electronic scheme (cheaper, more reliable) and which allows better fidelity.
  • FIG 1 there is shown in a simplified manner, such an image sensor device. Neither the displacement electrodes nor the other electrodes are drawn.
  • the operation of such a CCD comprises two stages: a so-called integration period, during which the visible light image projected on the CCD is converted into a photo-electron image, followed by a so-called reading period which takes place with the device in the shade. Reading consists of a sequence of vertical displacement (see arrow V on the CCD) of all the image pixels (in the form of electron packets). The movement is done line by line. Between two consecutive vertical displacements, the first line of the CCD, which passes through the output register, is displaced pixel by pixel (see arrow H on the CCD). These pixels (packets of electrons) are converted into voltage proportional to their charge, a voltage which finally constitutes the output video signal from the CCD.
  • Electro-Optical Reconnaissance System U.S. Air Force. It is called TDI (Time-Delay and Integration) - see Long Range Electro-Optical Reconnaissance System and Flight Test
  • FIG 2 is shown an example of a block diagram of the SCRX.
  • the system includes a computer (C) in a configuration suitable for graphic applications: high resolution screen (D) and graphic printer, mouse, joystick, adequate discs and speed, etc. not shown in the figure.
  • the computer (C) connects to the rest of the SCRX by a specific interface (I), using the cable (CI) and the cable (CV).
  • the cable (CI) connects with the image sensor (IS) and the cable (CV) connects with the servo signal generator (SVPG).
  • SVPG servo signal generator
  • the generator (SVPG) is furthermore connected with means (L1, L2) for detecting the limits of the sweep stroke as well as with means (MT) for translating the movement. of the sensor (IS) providing pulses at frequency proportional to the speed of the sensor.
  • means (MT) as an incremental position translator and the means (L1, L2), as switches.
  • the incremental position translator (MT) and the limit switch switches (L1, L2) are part of the mechanical subsystem (MEC).
  • the generator (SVPG) is also connected to the image sensor (IS) by a cable (CS).
  • the servo signal generator (SVPG), the image sensor (IS) and the interface (I) are elements with structures and functions particular to the present invention while the others are known standard elements ( examples: cables, computer, etc.).
  • Various possible kinematic schemes for the subsystem (MEC) are not claimed by the present invention; there are two diagrams drawn only as an example. It will be observed that, insofar as the electromechanical subsystem (MEC) has for the needs of internal control means for determining with precision the speed of the sensor on its trajectory, it can be redundant to use for the needs of the present invention, an incremental position translator. This is the case, for example when the mechanical elements are set in motion by stepping motors controlled by microprocessors. We can already have the necessary signal, as part of the control circuits of the engine (s) without the help of the dedicated incremental translator
  • the interface (I) has the electronic circuits necessary to fulfill, among other functions depending on the application of the SCRX, the following functions: a) the sending of the electric current supplying the image sensor (IS) by cable
  • THIS THIS
  • CI serial digital transmission by modulation / demodulation in Manchester code
  • the servo signal generator (SVPG)
  • the servo signal generator has the following properties: a) it has a memory that can be downloaded by the computer (C) with an array of profile-specific data the object to be x-rayed (or a section thereof); the table contains what can be called a form factor which is a function of the position of the image sensor (IS) on its trajectory; b) during the exploration of the object (O) to be radiographed, it supplies the vertical displacement pulses of the image integrated by the image sensor (IS) so that it acquires a clear image of this object (or the desired section); the instantaneous frequency of these pulses is the result of the multiplication of the instantaneous frequency provided by the incremental position translator (MT) multiplied by a fixed scale factor during the shooting and divided by the form factor recorded in its memory ; c) it receives the position information supplied by limit switch switches (L1, L2) and takes it into account to determine the period during which it is necessary to send said vertical displacement pulses to the sensor (IS);
  • FIG. 3 represents a block diagram of the generator (SVPG).
  • the block diagram includes a high frequency oscillator (OSC) (for example 32 MHz), stabilized with quartz, which serves as precise time base.
  • OSC high frequency oscillator
  • IPT Input signal
  • MT seen in Figure 2
  • OSC internal clock
  • SIPT synchronization block
  • the block has the task of supplying at its output the signal (SCIPT) consisting of pulses with a frequency proportional to the frequency of the input signal (SIPT) (or IPT).
  • SCIPT signal
  • IPT input signal
  • SCTL control word noted in the figure with (SF). It is recommended to carry it out using reversible and programmable counting registers or phase-locked loops
  • the diagram contains the block (DIV) which has the task of dividing the pulse frequency (SCIPT) by a number (RMD) which is supplied by the block (SCTL). For this, it is preferable to use a reversible and programmable counter type.
  • this divider block in turn delivers the output signal of the diagram (VSH) which is used to synchronize the image sensor (IS) (cited in FIG. 2) for the vertical displacement of the integrated image.
  • the block (SCTL) plays the role of local controller of the entire scheme.
  • the connection denoted (SI), represents the remote connection with the interface (I) of the computer (C) by the cable (CV)
  • the block (SCTL) can in particular receive, by serial transmission, the proportionality constant (SF), mentioned above and the table which is passed to the memory (MEM).
  • Information traffic with memory (MEM) is noted in Figure 3 with (SMD).
  • the traffic is bi-directional and it is preferable to use serial memories EEPROM for this purpose, for reasons of size, reliability and price, because the capacity and the data rate allow it
  • the data read are presented as a factor division (RMD) to the block (DIV).
  • the signal (SIPT) also enters the block (SCTL) by telling it to trigger the memory read cycles (MEM).
  • MEM memory read cycles
  • the block (SCTL) is provided with an address counter which is incremented by the signal (SIPT).
  • Another feature of this same block is to communicate, on request, to the computer (C), via the serial channel (SI), the content of the address counter which signifies the position of the image sensor on its trajectory.
  • this address counter does not exist in the block (SCTL), because it exists in the memory itself (quality specific to many available serial EEPROM memories).
  • the generator (SVPG) cannot give the computer information on the current position of the image sensor on its trajectory, something which can be bypassed by other standard means to be added to the SCRX or simply ignored if the application allows it.
  • the block (SCTL) receives dts signals (IL1, IL2) arriving respectively from the limit of course detection means (Ll, L2) (seen in Figure 2).
  • the same block must transmit the state of these lines (IL1, IL2) remotely to the computer (C), via the serial link (SI).
  • SI serial link
  • the SCRX contains the image sensor (IS).
  • IS image sensor
  • the image sensor (IS) is composed of a CCD image sensor device on the sensitive surface of which a block (FB) in the form of a right parallelepiped is stuck, made of glass optical fibers.
  • a scintillator screen (PH) the screen can be a phosphor directly deposited on the fiber or separately, on a plastic film applied to the fiber.
  • the CCD device (CCD) is mounted on a support means (SUPP) with which the device is connected by connections (CX). All of the elements mentioned above are mounted in a box (B) covered by a front cover (CF).
  • a plate (Pb) of X-ray absorbent material parallel to the plane of the CCD, covering the entire opening of the box except a rectangular opening corresponding to the size and position of the screen. (PH).
  • BNC1, BNC2 On one wall of the housing are mounted electrical connectors (BNC1, BNC2) allowing electrical connections with the cables (CI, CV) external.
  • PCB printed circuit board
  • the electronic components are not visible in the drawing, as are the connections between the printed circuit (PCB) and the support means (SUPP).
  • the (PCB) with its components are covered by a rear cover (CA).
  • the X-rays representing a portion of the image to be scanned pass through the front cover (CF) (because it is made of very little absorbent material such as plastic) and tap on the screen scintillator (PH).
  • the plate (Pb) being highly absorbent of X-rays (preferably lead 1-3 mm thick), serves to limit the field of X-rays to the minimum necessary to improve the life of the electronic components of the sensor.
  • the screen (PH) converts the X-ray image into a visible light image which is transported by the fiber optic (FB) block to the CCD device.
  • the block (FB) plays the role of absorbing X-rays emerging from the screen (PH) while transmitting the image of this screen without enlargement or reduction. Absorption is necessary to protect the CCD device.
  • the glass used for the manufacture of the fibers of this block is a common glass because in the absence of strong space constraints, it is possible to put all the necessary thickness. A thickness of 10 to 15 mm will be chosen for the fiber (FB). Even if there are still some X-rays reaching the CCD, this has no significant consequence since the influence on the reliability of CCD-s begins at large doses.
  • the visible light image which arrives on the sensitive surface of the CCD (CCD) is converted into an electron image which is digitized using the electronic diagram of the sensor, described below.
  • the variant presented in Figure 4 has the advantage of using a single CCD. but this advantage can be limited in certain cases because the realization of a very long true CCD, (for example 15 to 30 cm), as many applications require it, is completely impossible. It is then necessary to manufacture shorter CCDs with inactive regions on the edges as small as possible and extreme columns of reduced width to allow precise juxtaposition at the pixel level without causing a discontinuity of periodicity in the total line. More precisely, the width of the extreme columns added to the width of the neighboring dead region must be equal to a normal column width.
  • the role of the support means (SUPP) is to make the structure of the sensor modular. Thanks to him, we can entrust to the semiconductor industry the manufacture of a very long CCD image sensor device which is actually a series of CCD-s of medium lengths, mounted in juxtaposition on this support.
  • the housing (B) must be very rigid to minimize the accidental mechanical forces transmitted to the sandwich (CCD) - (FB). At the same time, this box must facilitate the dissipation of the heat given off by the electronic components.
  • FIG. 5 Another variant of the sensor, which attempts to overcome the drawbacks mentioned above, is presented in Figure 5.
  • CCD CCD
  • CCD CCD
  • FB optical fiber
  • the fibers (FB) are covered by scintillating screens.
  • the fibers have the particularity of being inclined (with respect to the plane of the CCD-s and in a direction perpendicular to the direction of their lines) so as to compensate for the distance between the two rows of CCDs, by bringing the two rows as close as possible corresponding scintillator screens (PH).
  • the required angle of inclination of the fibers can vary between 5 and 30 degrees depending on the dimensions of the CCD auxiliary elements (such as the width of the ranges to the cutting safety margin, etc.) and depending on the thickness chosen for the fiber (between 8 and 15 mm).
  • the distance between two consecutive CCDs in a row is chosen so that it is a little less than the length of the active region of a CCD.
  • the offset of the CCD-s belonging to the two rows is taken into account by the software which manages the acquisition of the image and compensated in such a way that there are no discontinuities corresponding to the positions of the CCD-s in the image sensor.
  • the number of CCD-s can vary to obtain the necessary length.
  • the active surface of such an X-ray image sensor is in the form of rectangles arranged in a zigzag and for this, the X-ray absorbing plate (Pb) must be cut in the same way as in FIG. 5.
  • the other elements of the sensor presented in Figure 5 have the same role as their correspondents in Figure 4, so we do not repeat the description.
  • FIG 6 shows a third embodiment of the image sensor.
  • the CCD devices are mounted on standard supports (DIP), which greatly reduces the dependence of CCD-s users on manufacturers of CCD semiconductor devices with all the advantages of standardization, handling, repair, etc.
  • D standard supports
  • the support means (SUPP) does not appear because it is no longer necessary.
  • CCD-s (CCD); already mounted in their standard boxes (DIP) connect with copper (PCB) through openings made in the bottom of the box (B).
  • the inclination of the fibers (FB) is greater than in the previous example because of the increase in the distance between the two rows of CCD-s (which in reality is determined by the existence of the DIP capsule). Despite this, it is possible to stay below 32 degrees, which does not create significant optical problems related to the use of fibers in oblique incidence.
  • the arrangement considered in FIG. 6 is considered to be the most efficient of the three arrangements presented.
  • Figure 7 shows mounting details for the sensor described in Figure 6. These details are also applicable to the three previous examples of sensor; they have not been drawn on the corresponding figures to make them clearer.
  • SIL soft resin
  • the CI cable called (CI) connected to the connector (BNC1)
  • CS cable called (CS) connected to the connector (BNC2).
  • the supply current and the information transmitted in digital form by the modems located at both ends circulate in two directions. different: a modem on the interface (I) sends configuration commands and another present in the diagram of the sensor and noted (RX / TX) sends the scanned image.
  • the condenser symbolizes the elements of filtering (blocking) of the direct current allowing the coupling of the modem with the line.
  • the coil (LF) and the capacitor (CCF) symbolize a low-pass filter which separates the supply voltage on one side and the modem carriers on the other side.
  • This supply voltage is then applied to a regulation block (REG) which delivers at its output the various stabilized voltages for the other components of the diagram (for example + 5V in the case of logic circuits).
  • the internal power connections in this diagram are not shown in the figure.
  • the diagram also includes the block (A / D) which is an analog-digital converter. It is used to digitize the output video signal from the CCD (s). Most applications of this image sensor will be satisfied with 8-bit precision. The requested speed is quite important and can go up to several Mega-samples / second.
  • the CCD-s are driven by represented drivers grouped in the DRV block. They adapt between, on the one hand, the voltage levels and the output impedance of the logic circuits and, on the other hand, the voltage levels and the input impedance of the CCD-s.
  • the block (POL) symbolizes all the components dedicated to the polarization of the various grids (substrate, level of zero setting of the output, etc.) of CCD during their operation.
  • the vertical displacement synchronization pulses (VSH) enter this diagram through the connector (BNC2) and are applied to the input of the control block (SCANCTL).
  • the block (SCANCTL) is an algorithmic machine operating on the basis of a high frequency clock (for example 32 MHz) delivered by the oscillator (OSC). Its functions characterize the overall functioning of the sensor. They are a) receive from the computer (C) the configuration parameters via the modem (RX / TX); b) support several image scanning modes which differ by the matching factor of rows and columns (English - "binning factor") and a test mode which allows the generation of a test pattern which replaces the image to digitize; c) receive from the generator (SVPG) the synchronization pulses (VSH) for the vertical displacement of the CCD (s) (scanning modes); d) receive from the converter (A / D) the data representing the pixels of the scanned image (scanning modes); e) send, via the modem (RX / TX), the data representing the pixels of the scanned image (scanning modes); send, via the modem (RX / TX), the data representing a test pattern (test mode);
  • radiography devices can be, as explained, kinematically grouped into two classes: those where the generator does not move relative to the object and those where the generator moves.
  • Figure 9 is a kinematic diagram showing how the SCRX operates when it includes an electromechanical subsystem (MEC) having a kinematic diagram of the first category (fixed generator-object).
  • MEC electromechanical subsystem
  • Such a system can be used for mammograms, chest x-rays, angiographies, etc. in the medical field, or for checking baggage, checking welds, etc. in other fields.
  • the generator (G) illuminates the object to be radiographed (O) through a diaphragm (DF).
  • the image sensor (IS) is installed on the carriage (CHR) which runs on the rails (RY). It is driven by the motor (M) using a wire (F) which goes back and forth around the pulley (P) and which is wound on the drum (TB) located on the motor axis.
  • the limits of the travel of the carriage (CHR) are detected by the limit switches of the travel (Ll, L2).
  • the movement of the sensor (IS) is followed by the incremental movement translator
  • the motor axis (M) placed on the motor axis (M).
  • the lever (L) which can tilt around the axis (A).
  • the diaphragm (DF) is rigidly mounted using a support rod (S) on the lever (L).
  • the table contained in the generator of the servo signals (SVPG) is filled by a constant and the postman
  • SF chosen as well as the frequency of the vertical displacement pulses (VSH) of the CCD (s) of the image sensor (IS) is that which gives a displacement speed (-V) of the integrated image relative to the sensor, equal in size and opposite sign to the speed (V) of translation of the sensor relative to the object to be radiographed.
  • This rule of enslavement of the sensor (IS) to the movement imparted by the motor (M) makes the integrated electronic image fixed relative to the plane of translation of the sensor.
  • the image sensor (IS) is oriented so that it moves in translation in its plane and perpendicular to its lines (which are longer than its columns).
  • the diaphragm (DF) is made of absorbent material such as lead.
  • the representation of the carriage (CHR) which rolls on rails (RY) by the motor (M) is only one example: it is necessary to understand any mechanical means allowing a plane translational movement of the sensor during the radiographic shooting. Same for the existence of the lever (L): it is necessary to understand any means of mechanical or electromechanical correlation, between the movement of the image sensor and the movement of the diaphragm (DF) to obtain the permanent limitation of the X-ray field to the minimum necessary.
  • the incremental movement translator (MT) can be of the rotation type as in FIG. 9 or of the translation type and in this case, being mounted differently; The important thing is that it can translate the translational movement of the image sensor (IS) into electrical pulses.
  • FIG. 10 is a kinematic diagram showing how the SCRX operates when it comprises an electromechanical subsystem (MEC) having a kinematic diagram of the second category (mobile generator-object).
  • MEC electromechanical subsystem
  • Such a system can be used to take panoramic dental x-rays. It makes it possible to deliver images of all the dental arches by unrolling them from one temporomandibular joint to the other.
  • the example was chosen as a generic example of all devices with relative generator-object movement whatever the trajectories or means of motorization used and whatever their fields of application.
  • the beam generator (G), the diaphragm (DF) and the image sensor (IS) are fixed together by an arm (BS).
  • the arm (BS) is attached perpendicularly to the central axis
  • the arm (BS) When the motor (M) is running, the arm (BS) is driven in rotation and translation at the same time.
  • the sensor (IS) moves relative to the object to be radiographed (for example the head of a patient, which is here the object to be radiographed) on an elliptical trajectory.
  • the X-ray beam is permanently delimited in the field corresponding to the active surface of the sensor.
  • the images of the various parts of the head are simultaneously projected onto the sensor. They move on the active surface of the sensor at different speeds.
  • An exact mathematical correspondence can be established between the position of the image sensor on its trajectory and the speed of the image of the region of interest (for example the dental arches) on the sensitive surface of the sensor. This correspondence is given by a formula of the type:
  • Vi is the image speed of the region of interest with respect to the sensitive surface of the sensor;
  • K is a constant of dimensional proportionality;
  • Vm is the speed of the motor in one-to-one correspondence with the speed of the image sensor (IS);
  • g (a) is a function of the position a of the sensor, parameterized by the shape of the jaw, the generator-sensor distance, the position of the jaw relative to the device and the distance between the axis AC and the AM axis.
  • the generator table (SVPG) filled with pre-calculated values makes it possible to make various tomographies to study an object in three dimensions.

Abstract

A system for scanning and digitising X-ray images, comprising an X-ray image sensor (IS) based on a multiline charge-coupled device (CCD) and an assembly of optical fibres and a scintillation screen (PH) arranged opposite the CCD to enable a desired X-ray image of the object being X-rayed and displayed on the screen to be converted thereby into a visible light image and integrated by the CCD; electronic circuits for routing and processing the signal from the sensor (IS); and an electromechanical subsystem (MEC) enabling the sensor (IS) to scan the object (O) exposed to X-ray radiation. The X-ray image sensor (IS) includes a number of structures each consisting of a preferably rectangular elementary CCD and a scintillation screen segment, said structures (PH, FB, CCD) being arranged along the length of the sensor preferably in the same plane and, for at least a part of each structure, in two parallel zigzagging rows.

Description

SYSTEME ET CAPTEUR POUR NUMERISAΗON PAR BALAYAGESYSTEM AND SENSOR FOR SCANNING SCAN
DES IMAGES EN RAYONS XX-RAY IMAGES
L'invention concerne un système et un capteur d'image en rayons X pour sa mise en oeuvre, système et capteur qui peuvent être adaptés facilement sur tout appareil de radiographie à film connu aujourd'hui, pour obtenir directement en forme numérique l'image des objets à radiographier par balayage notamment quand il s'agit de grands formats d'image ou de tomographie. Il est destiné à remplacer les films utilisés habituellement en radiologie en rendant disponible l'image en forme numérique dans un ordinateur. Il sera appelé par abréviation: SCRX.The invention relates to a system and an X-ray image sensor for its implementation, system and sensor which can be easily adapted on any film radiography apparatus known today, for directly obtaining in digital form the image. objects to be x-rayed by scanning, especially when it comes to large image or tomography formats. It is intended to replace the films usually used in radiology by making the image available in digital form on a computer. It will be called by abbreviation: SCRX.
ETAT DE L'ARTSTATE OF THE ART
La radiographie d' objets opaques à la lumière visible est possible depuis très longtemps à l'aide des films argen iques. Il existe une grande variété d'appareils qui correspondent à la diversité des applications: diagnostic médical, contrôle des bagages, contrôle des défauts, contrôle des paramètres, etc..Radiography of objects opaque to visible light has been possible for a very long time using silver films. There are a wide variety of devices that correspond to the diversity of applications: medical diagnosis, baggage control, defect control, parameter control, etc.
La plupart des appareils permettent d'obtenir des images sur des films argentiques. Ils présentent d'importants inconvénients: la sensibilité insuffisante (voir dose de radiation X utilisée), un temps d'obtention de l'image long de plusieurs minutes dû au processus chimique de développement, la nécessité d'utiliser une chambre noire pour la manipulation des films, l'utilisation de produits chimiques souvent toxiques, etc.Most cameras allow you to obtain images on film films. They have significant drawbacks: insufficient sensitivity (see dose of X-ray used), a time to obtain the image long of several minutes due to the chemical development process, the need to use a dark room for handling films, the use of often toxic chemicals, etc.
Il existe une autre famille d'appareils de radiographie qui utilise une caméra de télévision (numérique ou analogique) dirigée vers un écran fluorescent sensible aux radiations X, écran sur lequel l'image en rayons X à acquérir est convertie en image visible (voir demande de brevet FR 76 35547). Pour avoir la sensibilité nécessaire, un amplificateur de brillance est interposé entre la caméra et l'écran. Les principaux inconvénients de cette gamme d'appareils sont une résolution ou un champ d'image réduit et une fiabilité et une durée de vie limitée par l'amplificateur de brillance (voir considérations dans US 5,095,202 patent). II existe aussi des capteurs d'image en rayons X à base de capteurs d'image en lumière visible de type dispositif capteur d'image à transfert de charge (CCD = Charge Coupled Device imagers). Ces capteurs ont beaucoup d'avantages mais l'aspect défavorable commun à tous ces capteurs est la limitation du champ de l'image à des tailles de l'ordre de quelques cm2 (voir par exemple demande de brevet EP-A-0 129 451 et WO 92/13492) en raison de l'impossibilité de fabrication de CCD de très grande taille à des coûts raisonnables, four faire face à la taille très réduite des CCD-s disponibles, on utilise des fibres optiques réductrices qui, outre la difficulté de leur fabrication, génèrent des distorsions géométriques ainsi que des non-uniformités de sensibilité importantes.There is another family of radiography devices which uses a television camera (digital or analog) directed towards a fluorescent screen sensitive to X-rays, screen on which the X-ray image to be acquired is converted into a visible image (see request FR 76 35547). To have the necessary sensitivity, an image intensifier is interposed between the camera and the screen. The main drawbacks of this range of devices are a reduced resolution or image field and a reliability and a lifetime limited by the image intensifier (see considerations in US 5,095,202 patent). There are also X-ray image sensors based on visible light image sensors of the charge transfer image sensor device type (CCD = Charge Coupled Device imagers). These sensors have many advantages but the unfavorable aspect common to all these sensors is the limitation of the image field to sizes of the order of a few cm 2 (see for example patent application EP-A-0 129 451 and WO 92/13492) due to the impossibility of manufacturing very large CCDs at reasonable costs, in order to cope with the very small size of the CCD-s available, reductive optical fibers are used which, in addition to the difficulty of their manufacture, generate geometric distortions as well as significant non-uniformities of sensitivity.
Ajouter un objectif optique devant peut élargir notablement le champ de l'image mais cela entraîne automatiquement une baisse proportionnelle de la résolution (voir par exemple US 5,142^57 patent).Adding an optical lens in front can significantly widen the image field, but this automatically leads to a proportional drop in resolution (see for example US 5,142 ^ 57 patent).
D'autres tentatives sont faites dans la direction de l'élargissement de la surface effective des dispositifs capteurs d'image en juxtaposant de diverses manières plusieurs unités de CCD- s pour en faire un ensemble unique avec une surface équivalente plus importante (voir par exemple la demande de brevet FR 9210292, WO 91/03745, EP-A-0 208 255 et WO 93/04384). Ce genre de structure devient rapidement inadéquate quand il s'agit de tailles de l'ordre de centaines voire de milliers de cm2, à cause de la complexité et du prix.Other attempts are made in the direction of enlarging the effective surface of image sensor devices by juxtaposing in various ways several units of CCD- s to make a single unit with a larger equivalent surface (see for example patent application FR 9210292, WO 91/03745, EP-A-0 208 255 and WO 93/04384). This kind of structure quickly becomes inadequate when it comes to sizes of the order of hundreds or even thousands of cm 2 , because of the complexity and the price.
Les capteurs à base de CCD-s fixes donnent les solutions les plus avantageuses pour l'imagerie en rayons X quand il s'agit de petites images tandis que, pour les grands formats, il y a peu de solutions de numérisation directe connues aujourd'hui. Parmi celles-là se compte celle décrite dans le brevet US 4,878,234. Selon une caractéristique principale, ce brevet propose deux agencements de capteur d'image un premier agencement utilisant un seul CCD et un deuxième agencement utilisant plusieurs CCD-s.Fixed CCD-s based sensors provide the most advantageous solutions for X-ray imaging when it comes to small images while for large formats there are few direct scanning solutions known today. hui. Among these is that described in US Patent 4,878,234. According to a main characteristic, this patent proposes two arrangements of image sensor a first arrangement using a single CCD and a second arrangement using several CCD-s.
Dans le cas d'un seul CCD, le capteur d'image rayons X, selon le brevet cité, comprend "... un élément de transmission ou de couplage d'image (10), tel qu'une fibre optique, qui réduit le format de l'ouverture du diaphragme secondaire (8) au format de la zone d'image du capteur CCD (11)" (voir texte anglais colonne 3 lignes 7 à 11 du document cité). En suivant le reste de la description, il résulte que ce bloc de fibre optique (10) doit avoir un facteur de réduction très important, de l'ordre de 15 fois. Or, à ce jour, les meilleurs fabricants dans le monde qui sont en mesure de tenter la fabrication de telles fibres optiques ont beaucoup de problèmes techniques avec la fabrication de blocs de fibres avec un facteur de réduction de 2 à 3. Par conséquent, dans l'attente de progrès importants dans ce domaine, la solution proposée reste irréalisable.In the case of a single CCD, the X-ray image sensor, according to the cited patent, comprises "... an image transmission or coupling element (10), such as an optical fiber, which reduces the format of the opening of the secondary diaphragm (8) in the format of the image zone of the CCD sensor (11) "(see English text column 3 lines 7 to 11 of the cited document). Following the rest of the description, it follows that this block of optical fiber (10) must have a very large reduction factor, of the order of 15 times. However, to date, the best manufacturers in the world who are able to attempt the manufacture of such optical fibers have many technical problems with the manufacture of blocks of fibers with a reduction factor of 2 to 3. Consequently, in pending significant progress in this area, the proposed solution remains impracticable.
Pour le deuxième agencement, le même brevet propose une succession de CCD-s garnis de blocs de fibres optiques (14) taillés de manière très inclinée ( sin(a)*=0.15 ) pour obtenir l'effet de réduction d'image Les auteurs se rendent compte de l'importance de la perte de lumière qui en résulte et suggèrent des solutions de rattrapage comme l'utilisation d'amplificateurs de brillance, d'une sorte de grille-support pour le phosphore, etc(voir colonne 8 ligne 3 à 29).For the second arrangement, the same patent proposes a succession of CCD-s filled with blocks of optical fibers (14) cut in a very inclined manner (sin (a) * = 0.15) to obtain the image reduction effect. The authors realize the importance of the resulting loss of light and suggest remedial solutions such as the use of image intensifiers, a kind of phosphor support grid, etc. (see column 8 line 3 to 29).
Une autre caractéristique du même document cité ci-dessus est qu'il propose d'utiliser des CCD-s style caméras de télévision c'est à dire des CCD-s i transfert de trame (FrameAnother characteristic of the same document cited above is that it proposes to use CCD-s style television cameras, that is to say CCD-s i frame transfer (Frame
Transfer CCD) ou des CCD-s à transfert de lignes( Line Transfer CCD). L'image rendue par les CCD est numérisée à l'aide d'un convertiseur A/D et ensuite traitée par une "unité de pré-traitement 17" ("pre-processing unit 17") avant d'être écrite dans une grande mémoire d'image. Un autre traitement numérique est appliqué sur les informations contenues par cette mémoire afin d'obtenir l'image d'une section voulue de l'objet à radiographier (voir colonne 3, ligne 30, à colonne 4, ligne 30). Les auteurs suggèrent en fait plusieurs variations sur ce thème.Transfer CCD) or CCD-s with Line Transfer CCD. The image rendered by the CCDs is digitized using an A / D converter and then processed by a "processing unit pre-processing unit 17 "before being written to a large image memory. Another digital processing is applied to the information contained in this memory in order to obtain the image of a desired section of the object to be radiographed (see column 3, line 30, column 4, line 30) The authors actually suggest several variations on this topic.
Les CCD-s considérés par les auteurs, par leur principe de fonctionnement même, ne peuvent utiliser que la moitié de la surface du composant car une moitié est occupée par la région sensible à la lumière et l'autre par la région ombrée dite "zone de mémoire" (voir la revendication 1, la ligne 66, et la revendication 2 ou tout le document). En plus, ce genre de CCD-s est limité en vitesse par la nécessité du tranfert de l'image depuis la région d'intégration vers la région de mémoire. D'autres inconvénients sont la complexité (le coût) du traitement post-numérisation ainsi que les erreurs impliquées.The CCD-s considered by the authors, by their very principle of operation, can only use half of the surface of the component because half is occupied by the light-sensitive region and the other by the shaded region called "zone from memory "(see claim 1, line 66, and claim 2 or the whole document). In addition, this kind of CCD-s is limited in speed by the need to transfer the image from the integration region to the memory region. Other disadvantages are the complexity (cost) of post-digitization processing as well as the errors involved.
BREVE DESCRIPTION GENERALEBRIEF GENERAL DESCRIPTION
L'invention a pour but: a) de proposer un système et un capteur pour numérisation directe, comme annoncé dans l'introduction, pour remplacer les films dans les installations de radiologie classiques, notamment pour la tomographie; b) de lever les contraintes de taille d'image; c) de réduire la complexité propre aux autres solutions connues d'imagerie numérique directe en rayons X; d) de permettre la fabrication avec des composants couramment disponibles actuellement Pour éliminer les inconvénients des solutions connues, le système de numérisation par balayage des images en rayons X, proposé par la présente invention, utilise un capteur d'image rayons X basé sur un ou plusieurs dispositifs capteurs d'image à transfert de charge de type trame pleine (Full Frame CCD) et des circuits de pilotage et numérisation spécifiques. Un sous-système mécanique permet au capteur d'image de balayer par translation l'image de transparence d'un objet exposé aux rayons X. Pendant le balayage, son mouvement est traduit en signaux électriques par divers moyens, signaux qui, via un bloc générateur des signaux d'asservissement, conduisent le défilement de l'image en photo-électrons sur les ou les CCD-s du capteur.The object of the invention is: a) to provide a system and a sensor for direct digitization, as announced in the introduction, to replace the films in conventional radiology installations, in particular for tomography; b) to remove the image size constraints; c) to reduce the complexity inherent in other known solutions for direct digital X-ray imaging; d) to allow manufacturing with components currently available at present To eliminate the drawbacks of known solutions, the scanning system for scanning X-ray images, proposed by the present invention, uses an X-ray image sensor based on one or more several full-frame charge transfer image sensors (Full Frame CCD) and specific control and digitization circuits. A mechanical subsystem allows the image sensor to scan by translational the transparency image of an object exposed to X-rays. During scanning, its movement is translated into electrical signals by various means, signals which, via a block generator of the servo signals, drive the scrolling of the image in photo-electrons on the CCD (s) of the sensor.
L'asservissement cité ci-dessus se fait de telle sorte que, entre toutes les images des différentes régions de l'objet, projetées simultanément sur sa surface sensible, seule, l'image d'intérêt est suivie avec exactitude et laissée nette par l'intégration alors que les autres sont rendues floues. Il est expliqué aussi, la relation entre les équations d'asservissement, le schéma cinématique d'un système quelconque (à choisir parmi beaucoup de variantes) et les positions de l'objet ou de ses parties à radiographier.The servo cited above is done in such a way that, between all the images of the different regions of the object, projected simultaneously on its sensitive surface, only the image of interest is followed with precision and left sharp by l integration while the others are blurred. It is also explained, the relationship between the servo equations, the diagram kinematics of any system (to choose from many variants) and the positions of the object or its parts to be radiographed.
Le système utilise aussi un ordinateur qui est chargé d'acquérir l'image numérisée par le capteur et de configurer les paramètres du capteur ou du générateur des signaux d'asservissementThe system also uses a computer which is responsible for acquiring the image scanned by the sensor and for configuring the parameters of the sensor or the generator of the control signals.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres fins, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description détaillée qui fait référence à des dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple.The invention will be better understood, and other purposes, characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly during the detailed description which refers to the attached schematic drawings given solely by way of example.
BREVE PRESENTATION DES FIGURESBRIEF PRESENTATION OF THE FIGURES
La figure 1 représente la surface d'un dispositif capteur d'image à transfert de charge type trame pleine sur lequel est projetée une image mobile.FIG. 1 represents the surface of a full frame type charge transfer image sensor device on which a moving image is projected.
La figure 2 représente un schéma bloc du système SCRX. La figure 3 représente un schéma électrique bloc du générateur des signaux d'asservissementFigure 2 shows a block diagram of the SCRX system. FIG. 3 represents a block electrical diagram of the generator of the control signals
La figure 4 représente un éclaté de l'exemple 1 d'agencement de capteur d'image qui comporte seulement un CCD.FIG. 4 shows an exploded view of example 1 of an image sensor arrangement which comprises only a CCD.
La figure 5 représente un éclaté de l'exemple 2 d'agencement de capteur d'image qui comporte plusieurs CCD-s montés sur un support commun.FIG. 5 shows an exploded view of example 2 of an image sensor arrangement which comprises several CCD-s mounted on a common support.
La figure 6 représente un éclaté de l'exemple 3 d'agencement de capteur d'image qui comporte plusieurs CCD-s montés dans des boîtiers individuels.FIG. 6 shows an exploded view of example 3 of an image sensor arrangement which comprises several CCD-s mounted in individual housings.
La figure 7 représente une vue de détail en section des exemples d'agencements du capteur d'image. La figure 8 représente un schéma électrique bloc du capteur d'image.FIG. 7 shows a detailed view in section of the examples of arrangements of the image sensor. FIG. 8 represents a block electrical diagram of the image sensor.
La figure 9 représente un schéma cinématique où le générateur est fixe par rapport à l'objet, pour l'utilisation du système proposé par la présente inventionFIG. 9 represents a kinematic diagram where the generator is fixed relative to the object, for the use of the system proposed by the present invention
La figure 10 représente un schéma cinématique où le générateur est mobile par rapport à l'objet à radiographier, pour l'utilisation du système proposé par la présente inventionFIG. 10 represents a kinematic diagram where the generator is movable relative to the object to be radiographed, for the use of the system proposed by the present invention
DESCRIPTION DETAILLEEDETAILED DESCRIPTION
CCD utilisé avec plusieurs image mobilesCCD used with multiple moving images
Le capteur pour la mise en oeuvre du système conformément à la présente invention, comporte un ou plusieurs dispositifs à transfert de charge de type trame pleine (Full Frame CCD) Ce choix à l'avantage, par rapport auj autres solutions connues, d'utiliser pratiquement toute la surface du dispositif pour intégrer les photo-électrons, chose qui devient essentielle quand il s'agit de capteurs de grande taille. Un autre avantage de ce choix est le fait que, dans les applications de tomographie, l'image de la section voulue se forme directement au niveau du dispositif capteur d'image et pas par traitement ultérieur à la numérisation ce qui permet d'utiliser un schéma électronique plus simple (moins cher, plus fiable) et qui permet une meilleure fidélité.The sensor for implementing the system in accordance with the present invention comprises one or more charge transfer devices of the full frame type (Full Frame CCD). This choice has the advantage, compared to the other known solutions, of using practically the entire surface of the device for integrating photoelectrons, something which becomes essential when it comes to large sensors. Another advantage of this choice is the fact that, in tomography applications, the image of the desired section is formed directly at the level of the image sensor device and not by processing subsequent to scanning, which makes it possible to use a simpler electronic scheme (cheaper, more reliable) and which allows better fidelity.
Dans la figure 1, on a représenté d'une manière simplifiée, un tel dispositif capteur d'image. Ni les électrodes de déplacement, ni les autres électrodes ne sont dessinées. Généralement, le fonctionnement d'un tel CCD comprend deux étapes: une période dite d'intégration, pendant laquelle l'image en lumière visible projetée sur le CCD est convertie en image de photo-électrons, suivie d'une période dite de lecture qui se déroule avec le dispositif à l'ombre. La lecture consiste en une séquence de déplacement vertical (voir la flèche V sur le CCD) de tous les pixels d'image (en forme de paquets d'électrons). Le déplacement se fait ligne par ligne. Entre deux déplacements verticaux consécutifs, la première ligne du CCD, qui passe dans le registre de sortie est déplacée pixel par pixel (voir la flèche H sur le CCD). Ces pixels (paquets d'électrons) sont convertis en tension proportionnellement à leur charge, tension qui constitue enfin le signal vidéo de sortie du CCD.In Figure 1, there is shown in a simplified manner, such an image sensor device. Neither the displacement electrodes nor the other electrodes are drawn. Generally, the operation of such a CCD comprises two stages: a so-called integration period, during which the visible light image projected on the CCD is converted into a photo-electron image, followed by a so-called reading period which takes place with the device in the shade. Reading consists of a sequence of vertical displacement (see arrow V on the CCD) of all the image pixels (in the form of electron packets). The movement is done line by line. Between two consecutive vertical displacements, the first line of the CCD, which passes through the output register, is displaced pixel by pixel (see arrow H on the CCD). These pixels (packets of electrons) are converted into voltage proportional to their charge, a voltage which finally constitutes the output video signal from the CCD.
Dans le cas de l'utilisation des CCD-s conformément à la présente invention, une image en lumière visible en mouvement par rapport au CCD (en réalité, il y en a plusieurs mais pour une meilleure compréhension on considère momentanément une d'entre elles), est projetée sur ce CCD, le mouvement en question s'effectuant à une certaine vitesse, en direction verticale (V), l'image est représentée sur la figure 1, en deux positions successives (IM) et (IM'). Les photo-électrons intégrés par le capteur sont groupés en pixels qui sont organisés en lignes et colonnes mais, pour simplifier le dessin, on a représenté uniquement un groupe de trois (N, N+l, N+2 ou N', N'+l, N'+2) lignes adjacentes, qui couvre l'étendue de l'image (IM, IM'). Il n'existe pas de période séparée d'intégration; l'intégration et la lecture sont simultanées.In the case of the use of CCD-s in accordance with the present invention, a visible light image in movement with respect to the CCD (in reality, there are several but for a better understanding one of them is considered momentarily ), is projected onto this CCD, the movement in question taking place at a certain speed, in the vertical direction (V), the image is represented in FIG. 1, in two successive positions (IM) and (IM '). The photo-electrons integrated by the sensor are grouped in pixels which are organized in rows and columns but, to simplify the drawing, only a group of three has been represented (N, N + l, N + 2 or N ', N' + l, N '+ 2) adjacent lines, which covers the extent of the image (IM, IM'). There is no separate integration period; integration and reading are simultaneous.
Il est essentiel de commander le CCD ainsi que la vitesse de déplacement vertical de l'image intégrée (les photo-électrons) de telle sorte qu'elle soit égale à la vitesse de l'image en lumière visible par rapport à la surface du CCD. En d'autres mots, pendant que l'image en lumière visible se déplace de sa position courante (IM) vers la position suivante (IM'), l'image en photo-électrons la suit les lignes (N,N+1 et N+2) se déplacent vers les positions (N',N'+1 et N'+2). L'intégration de la lumière se fait, par conséquent, pendant que l'image traverse le CCD. On observera qu'à aucun moment, l'image projetée sur le dispositif CCD ne correspond avec l'image en photo-électrons intégrée par lui. Si l'image projetée à un certain moment est décrite par une fonction fde type: f=f(x.y) ouIt is essential to control the CCD as well as the speed of vertical displacement of the integrated image (the photoelectrons) so that it is equal to the speed of the image in visible light compared to the surface of the CCD . In other words, while the visible light image moves from its current position (IM) to the next position (IM '), the photo-electron image follows the lines (N, N + 1 and N + 2) move to positions (N ', N' + 1 and N '+ 2). The integration of light is therefore done while the image is passing through the CCD. It will be observed that at no time does the image projected on the CCD device correspond to the photo-electron image integrated by it. If the image projected at a certain time is described by a function f of type: f = f (xy) or
X,y sont des coordonnées mesurées sur la surface du CCD (X en direction des lignes et y en direction des colonnes du CCD) alors, l'image intégrée sera exprimée par une fonction Sde type:X, y are coordinates measured on the surface of the CCD (X in the direction of the lines and y in the direction of the columns of the CCD) then, the integrated image will be expressed by a function Sde type:
S=S(x,y)=k*x*f(x.y) où k est une constante dépendant de la sensibilité du CCDS = S (x, y) = k * x * f (x.y) where k is a constant depending on the sensitivity of the CCD
Une technique proche mais différente est appliquée dans l'acquisition de vues aériennes (image unique placée à l'infini) dans le cadre du program LOREORS (Long-RangeA similar but different technique is applied in the acquisition of aerial views (single image placed at infinity) as part of the LOREORS program (Long-Range
Electro-Optical Reconnaissance System - U.S. Air Force). Elle est appelée TDI (Time-Delay and Intégration) - voir Long Range Electro-Optical Reconnaissance System and Flight TestElectro-Optical Reconnaissance System - U.S. Air Force). It is called TDI (Time-Delay and Integration) - see Long Range Electro-Optical Reconnaissance System and Flight Test
Results par F. Palazzo en Proc SPIE 561 ,pag. 13-17 Λug. 1985.Results by F. Palazzo in Proc SPIE 561, pag. 13-17 Λug. 1985.
Selon une caractéristique de la présente invention et à la différence du genre d'applications cité ci-dessus, il y a plusieurs images simultanées de l'objet à examiner, projetées sur la surface du CCD, en mouvement par rapport à lui, à différentes vitesses. Le CCD est commandé de sorte qu'il suive seulement une d'entre elles qu'on appelle image d'intérêt Dans le signal vidéo de sortie du CCD, on récupère toutes les images mais seule l'image d'intérêt est nette, les autres étant floues. Cette règle de pilotage du CCD, pour sélectionner une image parmi plusieurs projetées simultanément sur lui, conduit à la possibilité de réaliser des tomographie.According to a characteristic of the present invention and unlike the kind of applications mentioned above, there are several simultaneous images of the object to be examined, projected on the surface of the CCD, in movement relative to it, at different speeds. The CCD is controlled so that it only follows one of them which is called the image of interest. In the CCD output video signal, all the images are recovered but only the image of interest is clear, the others are blurred. This CCD control rule, to select an image from among several projected simultaneously on it, leads to the possibility of performing tomography.
Une autre différence par rapport aux applications citées ci-dessus est que les CCD-s utilisés par la présente invention ne comprennent pas de moyens d'adaptation au niveau de l'éclairage propres au CCD de type TDI. C'est un avantage car l'électronique de contrôle devient plus simpleAnother difference compared to the applications cited above is that the CCD-s used by the present invention do not include means of adaptation to the level of lighting specific to the TDI-type CCD. This is an advantage because the control electronics become simpler
Schéma bloc du système (SCRX)System block diagram (SCRX)
Dans la figure 2 est représenté un exemple de schéma bloc du SCRX. Le système comprend un ordinateur (C) dans une configuration apte pour des applications graphiques: écran haute résolution (D) et imprimante graphique, souris, joystick, disques et vitesse adéquats, etc.. non représentés sur la figure. L'ordinateur (C) se connecte au reste du SCRX par une interface spécifique (I), à l'aide du câble (CI) et du câble (CV). Le câble (CI) fait la liaison avec le capteur d'image (IS) et le câble (CV) fait la liaison avec le générateur des signaux d'asservissement (SVPG).In Figure 2 is shown an example of a block diagram of the SCRX. The system includes a computer (C) in a configuration suitable for graphic applications: high resolution screen (D) and graphic printer, mouse, joystick, adequate discs and speed, etc. not shown in the figure. The computer (C) connects to the rest of the SCRX by a specific interface (I), using the cable (CI) and the cable (CV). The cable (CI) connects with the image sensor (IS) and the cable (CV) connects with the servo signal generator (SVPG).
Le générateur (SVPG) est connecté en outre avec des moyens (Ll, L2) de détection des limites de la course de balayage ainsi qu'avec les moyens (MT) de traduction du mouvement du capteur (IS) fournissant des impulsions à fréquence proportionnelle à la vitesse du capteur. Pour faciliter l'explication, on considérera les moyens (MT) comme traducteur incrémentiel de position et les moyens (Ll, L2), comme commutateurs. Le traducteur incrémentiel de position (MT) et les commutateurs détecteurs de limite de course (Ll, L2) font partie du sous-système mécanique (MEC). Le générateur (SVPG) est aussi connecté avec le capteur d'image (IS) par un câble (CS).The generator (SVPG) is furthermore connected with means (L1, L2) for detecting the limits of the sweep stroke as well as with means (MT) for translating the movement. of the sensor (IS) providing pulses at frequency proportional to the speed of the sensor. To facilitate the explanation, we will consider the means (MT) as an incremental position translator and the means (L1, L2), as switches. The incremental position translator (MT) and the limit switch switches (L1, L2) are part of the mechanical subsystem (MEC). The generator (SVPG) is also connected to the image sensor (IS) by a cable (CS).
Le générateur des signaux d'asservissement (SVPG), le capteur d'image (IS) et l'interface (I) sont des éléments avec des structures et des fonctionnements particuliers à la présente invention tandis que les autres sont des éléments standards connus (exemples: câbles, ordinateur, etc.). Divers schémas cinématiques possibles pour le sous-système (MEC) ne sont pas revendiqués par la présente invention; il y a deux schémas dessinés seulement comme exemple. On observera que, dans la mesure où le sous-système électromécanique (MEC) dispose pour les besoins de contrôle interne des moyens pour déterminer avec précision la vitesse du capteur sur sa trajectoire, il peut être redondant d'utiliser pour les besoins de la présente invention, un traducteur incrémentiel de position. Tel est le cas, par exemple quand les éléments mécaniques sont mis en mouvement par des moteur pas à pas contrôlés par des microprocesseurs. On peut disposer déjà du signal nécessaire, dans le cadre des circuits de commande du ou des moteurs sans l'aide du traducteur incrémentiel consacréThe servo signal generator (SVPG), the image sensor (IS) and the interface (I) are elements with structures and functions particular to the present invention while the others are known standard elements ( examples: cables, computer, etc.). Various possible kinematic schemes for the subsystem (MEC) are not claimed by the present invention; there are two diagrams drawn only as an example. It will be observed that, insofar as the electromechanical subsystem (MEC) has for the needs of internal control means for determining with precision the speed of the sensor on its trajectory, it can be redundant to use for the needs of the present invention, an incremental position translator. This is the case, for example when the mechanical elements are set in motion by stepping motors controlled by microprocessors. We can already have the necessary signal, as part of the control circuits of the engine (s) without the help of the dedicated incremental translator
Interface de l'ordinateur (I)Computer interface (I)
Selon une caractéristique de cette invention, l'interface (I) possède les circuits électroniques nécessaires pour remplir, parmi d'autres fonctions dépendant de l'application du SCRX, les fonctions suivantes: a) l'envoi du courant électrique d'alimentation du capteur d'image (IS) par le câbleAccording to a characteristic of this invention, the interface (I) has the electronic circuits necessary to fulfill, among other functions depending on the application of the SCRX, the following functions: a) the sending of the electric current supplying the image sensor (IS) by cable
(CI); b) la réception de l'image envoyée par le capteur (IS), via ce même câble (CI), sous forme de signaux électriques (de préférence transmission numérique sérielle par modulation/démodulation en code Manchester); c) l'envoi des signaux de configuration vers le capteur d'image (IS) via le même câble(THIS); b) the reception of the image sent by the sensor (IS), via this same cable (CI), in the form of electrical signals (preferably serial digital transmission by modulation / demodulation in Manchester code); c) sending the configuration signals to the image sensor (IS) via the same cable
(CI); d) l'envoi du courant électrique d'alimentation du générateur (SVPG) via le câble (CV); e) l'envoi des signaux de programmation vers le générateur (SVPG) via le même câble (CV); f) le transfert rapide du flux de données représentant l'image réceptionnée depuis le capteur d'image (IS), vers l'ordinateur, de préférence en mode d'accès direct à la mémoire; On peut imaginer des variantes de cette invention selon lesquelles il n'existe pas de câble (CV) et par conséquent l'interface (I) ne s'occupe pas de l'alimentation ni de la programmation du générateur (SVPG). Celui-ci peut avoir un programme fixe et être alimenté autrement (le sens de "la programmation" du bloc (SVGP) se comprendra plus bas, dans les paragraphes qui le concernent). De même, on peut renoncer, pour simplifier, à la télé-configuration du capteur d'image (IS) en remplaçant la fonction "c)" citée ci-dessus, par des commutateurs locaux de configuration ou utiliser tout simplement un capteur d'image dans une configuration fixe, adaptée à une certaine application. Ces variantes ne sont pas les plus performantes du point de vue technique mais elles peuvent donner des économies justifiées.(THIS); d) sending the generator supply electric current (SVPG) via the cable (CV); e) sending programming signals to the generator (SVPG) via the same cable (CV); f) rapid transfer of the data stream representing the image received from the image sensor (IS) to the computer, preferably in direct memory access mode; One can imagine variants of this invention according to which there is no cable (CV) and consequently the interface (I) does not take care of the power supply or the programming of the generator (SVPG). This can have a fixed program and be fed differently (the meaning of "programming" of the block (SVGP) will be understood below, in the paragraphs which concern it). Likewise, one can forgo, for simplicity, the remote configuration of the image sensor (IS) by replacing the function “c)” mentioned above, by local configuration switches or simply use a image in a fixed configuration, suitable for a certain application. These variants are not the most efficient from the technical point of view but they can give justified savings.
Le générateur des signaux d'asservissement (SVPG)The servo signal generator (SVPG)
Une autre caractéristique importante de cette invention est que le générateur des signaux d'asservissement (SVPG) a les propriétés suivantes: a) il possède une mémoire pouvant être télé-chargée par l'ordinateur (C) avec un tableau de données spécifiques au profil de l'objet à radiographier (ou d'une section de celui- ci); le tableau contient ce qu'on peut appeler un facteur de forme qui est fonction de la position du capteur d'image (IS) sur sa trajectoire; b) il fournit, pendant l'exploration de l'objet (O) à radiographier, les impulsions de déplacement vertical de l'image intégrée par le capteur d'image (IS) de sorte qu'il acquiert une image nette de cet objet (ou de la section voulue); la fréquence instantanée de ces impulsions est le résultat de la multiplication de la fréquence instantanée fournie par le traducteur incrémentiel de position (MT) multipliée par un facteur d'échelle fixe pendant la prise de vue et divisé par le facteur de forme inscrit dans sa mémoire; c) il reçoit l'information de position fournie par des commutateurs détecteurs de limites de course (Ll, L2) et en tient compte pour déterminer la période pendant laquelle il faut envoyer lesdites impulsions de déplacement vertical vers le capteur (IS); d) il transmet sur demande, vers l'ordinateur (C,) la position du capteur d'image (IS) sur sa trajectoire; e) il est alimenté par le même câble (CV) qui sert à la communication avec l'ordinateur (C);Another important feature of this invention is that the servo signal generator (SVPG) has the following properties: a) it has a memory that can be downloaded by the computer (C) with an array of profile-specific data the object to be x-rayed (or a section thereof); the table contains what can be called a form factor which is a function of the position of the image sensor (IS) on its trajectory; b) during the exploration of the object (O) to be radiographed, it supplies the vertical displacement pulses of the image integrated by the image sensor (IS) so that it acquires a clear image of this object (or the desired section); the instantaneous frequency of these pulses is the result of the multiplication of the instantaneous frequency provided by the incremental position translator (MT) multiplied by a fixed scale factor during the shooting and divided by the form factor recorded in its memory ; c) it receives the position information supplied by limit switch switches (L1, L2) and takes it into account to determine the period during which it is necessary to send said vertical displacement pulses to the sensor (IS); d) it transmits on request to the computer (C,) the position of the image sensor (IS) on its trajectory; e) it is supplied by the same cable (CV) which is used for communication with the computer (C);
Pour comprendre mieux ces fonctions, se reporter à la figure 3 qui représente un schéma bloc du générateur (SVPG). Le schéma bloc comprend un oscillateur (OSC) haute fréquence (par exemple 32 MHz), stabilisé à quartz, qui sert de base de temps précise. Le signal d'entrée (IPT) (des impulsions en provenance du traducteur incrémentiel de positionTo better understand these functions, refer to Figure 3 which represents a block diagram of the generator (SVPG). The block diagram includes a high frequency oscillator (OSC) (for example 32 MHz), stabilized with quartz, which serves as precise time base. Input signal (IPT) (pulses from the incremental position translator
(MT), vu dans la figure 2) est synchronisé par rapport à l'horloge interne (OSC), à l'aide d'un bloc de synchronisation (SYNC) à base de bistables pour éliminer les hasards. Il est délivré ensuite sous le nom (SIPT) et passe vers le bloc (SCALER).(MT), seen in Figure 2) is synchronized with the internal clock (OSC), using a synchronization block (SYNC) based on bistables to eliminate hazards. It is then issued under the name (SIPT) and passes to the block (SCALER).
Le bloc (SCALER) a la tache de fournir à sa sortie le signal (SCIPT) consistant en impulsions avec une fréquence proportionnelle à la fréquence du signal d'entrée (SIPT) (ou IPT). Le facteur de proportionnalité est imposé par le bloc (SCTL) au travers d'un mot de contrôle noté sur la figure avec (SF). Il est recommandable de le réaliser à base de registres de comptage réversibles et programmables ou boucles à verrouillage de phaseThe block (SCALER) has the task of supplying at its output the signal (SCIPT) consisting of pulses with a frequency proportional to the frequency of the input signal (SIPT) (or IPT). The proportionality factor is imposed by the block (SCTL) through a control word noted in the figure with (SF). It is recommended to carry it out using reversible and programmable counting registers or phase-locked loops
Le schéma contient le bloc (DIV) qui a la tâche de diviser la fréquence des impulsions (SCIPT) par un nombre (RMD) qui est fourni par le bloc (SCTL). Pour cela, il est préférable d'utiliser un compteur type reverssible et programmable. Ainsi, ce bloc diviseur délivre à son tour le signal de sortie du schéma (VSH) qui sert à synchroniser le capteur d'image (IS) (cité dans la figure 2) pour le déplacement vertical de l'image intégrée. On verra plus loin l'importance de cet asservissementThe diagram contains the block (DIV) which has the task of dividing the pulse frequency (SCIPT) by a number (RMD) which is supplied by the block (SCTL). For this, it is preferable to use a reversible and programmable counter type. Thus, this divider block in turn delivers the output signal of the diagram (VSH) which is used to synchronize the image sensor (IS) (cited in FIG. 2) for the vertical displacement of the integrated image. We will see below the importance of this enslavement
Le bloc (SCTL) joue le rôle de contrôleur local de tout le schéma. La liaison notée (SI), représente la connexion à distance avec l'interface (I) de l'ordinateur (C) par le câble (CV)The block (SCTL) plays the role of local controller of the entire scheme. The connection denoted (SI), represents the remote connection with the interface (I) of the computer (C) by the cable (CV)
(comme présenté déjà sur la figure 2). Le bloc (SCTL) peut notamment recevoir, par transmission sérielle, la constante de proportionnalité (SF), mentionnée ci-dessus et le tableau qui est passé vers la mémoire (MEM). Le trafic d'information avec la mémoire (MEM) est noté sur la figure 3 avec (SMD). Le trafic est bi-directionnel et il est préférable d'utiliser à cette fin des mémoires sérielles EEPROM, pour des raisons de gabarit, de fiabilité et de prix, car la capacité et le débit de donnée le permettent Les données lues sont présentées comme facteur de division (RMD) vers le bloc (DIV).(as already presented in Figure 2). The block (SCTL) can in particular receive, by serial transmission, the proportionality constant (SF), mentioned above and the table which is passed to the memory (MEM). Information traffic with memory (MEM) is noted in Figure 3 with (SMD). The traffic is bi-directional and it is preferable to use serial memories EEPROM for this purpose, for reasons of size, reliability and price, because the capacity and the data rate allow it The data read are presented as a factor division (RMD) to the block (DIV).
Le signal (SIPT) entre aussi dans le bloc (SCTL) en lui indiquant de déclencher les cycles de lecture de la mémoire (MEM). Pour gérer la lecture ou l'écriture de la mémoire (MEM), le bloc (SCTL) est doté d'un compteur d'adresses qui est incrémenté par le signal (SIPT).The signal (SIPT) also enters the block (SCTL) by telling it to trigger the memory read cycles (MEM). To manage the reading or writing of the memory (MEM), the block (SCTL) is provided with an address counter which is incremented by the signal (SIPT).
Une autre particularité de ce même bloc est de communiquer, sur demande, vers l'ordinateur (C), par la voie sérielle (SI) le contenu du compteur d'adresses qui signifie la position du capteur d'image sur sa trajectoire. Dans une variante de réalisation, ce compteur d'adresses n'existe pas dans le bloc (SCTL), car il existe dans la mémoire elle-même (qualité spécifique à beaucoup de mémoires EEPROM sérielles disponibles). Bien entendu, dans le cas où le bloc (SCTL) ne contient pas le compteur d'adresses, le générateur (SVPG) ne peut pas donner à l'ordinateur d'information sur la position courante du capteur d'image sur sa trajectoire, chose qui peut être contournée par d'autres moyens standards à ajouter au SCRX ou simplement ignorée si l'application le permet Le bloc (SCTL) reçoit dts signaux (IL1, IL2) arrivant respectivement des moyens de détection de limite de course (Ll, L2) (vus sur la figure 2). Le même bloc doit transmettre à distance, vers l'ordinateur (C), l'état de ces lignes (IL1, IL2), via la liaison sérielle (SI). D'autres détails sur le fonctionnement deviendront compréhensibles lors de la présentation des exemples d'utilisation du SCRX.Another feature of this same block is to communicate, on request, to the computer (C), via the serial channel (SI), the content of the address counter which signifies the position of the image sensor on its trajectory. In an alternative embodiment, this address counter does not exist in the block (SCTL), because it exists in the memory itself (quality specific to many available serial EEPROM memories). Of course, in the case where the block (SCTL) does not contain the address counter, the generator (SVPG) cannot give the computer information on the current position of the image sensor on its trajectory, something which can be bypassed by other standard means to be added to the SCRX or simply ignored if the application allows it. The block (SCTL) receives dts signals (IL1, IL2) arriving respectively from the limit of course detection means (Ll, L2) (seen in Figure 2). The same block must transmit the state of these lines (IL1, IL2) remotely to the computer (C), via the serial link (SI). Other details of the operation will become understandable when presenting the examples of use of the SCRX.
Comme montré dans la figure 2, le SCRX contient le capteur d'image (IS). Pour cette invention, on présente ensuite trois exemples d'agencements pour ce capteur, puis un seul schéma bloc électrique du circuit de pilotage et numérisation valable pour les trois.As shown in Figure 2, the SCRX contains the image sensor (IS). For this invention, we then present three examples of arrangements for this sensor, then a single electrical block diagram of the control and digitization circuit valid for all three.
Premier exemple d'agencement de capteurFirst example of sensor arrangement
Dans une première variante de réalisation, conformément à la figure 4, le capteur d'image (IS) est composé d'un dispositif capteur d'image CCD sur la surface sensible duquel est collé un bloc (FB) en forme de parallélépipède droit, réalisé en fibres optiques en verre. Sur l'autre face du bloc (FB), se trouve un écran scintillateur (PH) ( l'écran peut être un phosphore directement déposé sur la fibre ou séparément, sur un film plastique appliqué sur la fibre). Le dispositif CCD (CCD) est monté sur un moyen de support (SUPP) avec lequel le dispositif est connecté par des connexions (CX). L'ensemble des éléments cités ci-dessus sont montés dans un boîtier (B) couvert par un capot frontal (CF). Dans le même boîtier, se trouve encore une plaque (Pb) en matière absorbante de rayons X, parallèle au plan du CCD, couvrant toute l'ouverture de la boîte sauf une ouverture rectangulaire correspondant à la taille et à la position de l'écran (PH). Sur une paroi du boîtier sont montés des connecteurs électriques (BNC1, BNC2) permettant les connexions électriques avec les câbles (CI, CV) externes. A l'arrière du boîtier (B) se trouve une plaque de circuit imprimé (PCB) sur laquelle est monté le schéma électronique spécifique du capteur. Les composants électroniques ne sont pas visibles sur le dessin de même que les liaisons entre le circuit imprimé (PCB) et le moyen de support (SUPP). Le (PCB) avec ses composants sont couverts par un capot arrière (CA).In a first variant embodiment, in accordance with FIG. 4, the image sensor (IS) is composed of a CCD image sensor device on the sensitive surface of which a block (FB) in the form of a right parallelepiped is stuck, made of glass optical fibers. On the other side of the block (FB), there is a scintillator screen (PH) (the screen can be a phosphor directly deposited on the fiber or separately, on a plastic film applied to the fiber). The CCD device (CCD) is mounted on a support means (SUPP) with which the device is connected by connections (CX). All of the elements mentioned above are mounted in a box (B) covered by a front cover (CF). In the same case, there is still a plate (Pb) of X-ray absorbent material, parallel to the plane of the CCD, covering the entire opening of the box except a rectangular opening corresponding to the size and position of the screen. (PH). On one wall of the housing are mounted electrical connectors (BNC1, BNC2) allowing electrical connections with the cables (CI, CV) external. At the rear of the housing (B) is a printed circuit board (PCB) on which is mounted the specific electronic diagram of the sensor. The electronic components are not visible in the drawing, as are the connections between the printed circuit (PCB) and the support means (SUPP). The (PCB) with its components are covered by a rear cover (CA).
Pour faire fonctionner ce genre de capteur, les rayons X représentant un portion de l'image à numériser, traversent le capot frontal (CF) (car il est réalisé en matière très peu absorbante comme par exemple du plastique) et tapent sur l'écran scintillateur (PH). La plaque (Pb), étant fortement absorbante de rayons X (de préférence plomb 1-3 mm d'épaisseur), sert à limiter le champ des rayons X au minimum nécessaire pour améliorer la durée de vie des composants électroniques du capteur. L'écran (PH) convertit l'image en rayons X en image de lumière visible qui est transportée par le bloc en fibre optique (FB), vers le dispositif CCD.To operate this kind of sensor, the X-rays representing a portion of the image to be scanned, pass through the front cover (CF) (because it is made of very little absorbent material such as plastic) and tap on the screen scintillator (PH). The plate (Pb), being highly absorbent of X-rays (preferably lead 1-3 mm thick), serves to limit the field of X-rays to the minimum necessary to improve the life of the electronic components of the sensor. The screen (PH) converts the X-ray image into a visible light image which is transported by the fiber optic (FB) block to the CCD device.
Le bloc (FB) joue le rôle d'absorbant des rayons X émergeant de l'écran (PH) tout en transmettant l'image de cet écran sans agrandissement ni réduction. L'absorption est nécessaire pour protéger le dispositif CCD. Le verre utilisé pour la fabrication des fibres de ce bloc est un verre commun car en l'absence de contraintes fortes d'encombrement, on peut mettre toute l'épaisseur nécessaire. Une épaisseur de 10 à 15 mm sera choisie pour la fibre (FB). Même s'il reste quelques rayons X qui atteignent le CCD, cela n'a pas de conséquence significative car l'influence sur la fiabilité des CCD-s commence à des doses importantes. L'image en lumière visible qui arrive sur la surface sensible du CCD (CCD) est convertie en image d'électrons qui est numérisée grâce au schéma électronique du capteur, décrit ci-après.The block (FB) plays the role of absorbing X-rays emerging from the screen (PH) while transmitting the image of this screen without enlargement or reduction. Absorption is necessary to protect the CCD device. The glass used for the manufacture of the fibers of this block is a common glass because in the absence of strong space constraints, it is possible to put all the necessary thickness. A thickness of 10 to 15 mm will be chosen for the fiber (FB). Even if there are still some X-rays reaching the CCD, this has no significant consequence since the influence on the reliability of CCD-s begins at large doses. The visible light image which arrives on the sensitive surface of the CCD (CCD) is converted into an electron image which is digitized using the electronic diagram of the sensor, described below.
La variante présentée dans la figure 4 a l'avantage d'utiliser un seul CCD. mais cet avantage peut être limité dans certains cas car la réalisation d'un vrai CCD très long, (par exemple 15 à 30 cm), comme beaucoup d'applications le demandent, est tout à fait impossible. Il faut alors fabriquer des CCD plus courts avec des régions inactives sur les bords les plus réduites possible et des colonnes extrêmes de largeur réduites pour permettre la juxtaposition précise au niveau du pixel sans provoquer une discontinuité de périodicité dans la ligne totale. Plus précisément la largeur des colonnes extrêmes aditionnée à la largeur de la région morte voisine doit être égale à une largeur normale de colonne. Le rôle du moyen de support (SUPP) est de rendre modulaire la structure du capteur. Grâce à lui, on peut confier à l'industrie des semi-conducteurs la fabrication d'un dispositif capteur d'image CCD très long qui soit en réalité une série de CCD-s de longueurs moyennes, montés en juxtaposition sur ce supportThe variant presented in Figure 4 has the advantage of using a single CCD. but this advantage can be limited in certain cases because the realization of a very long true CCD, (for example 15 to 30 cm), as many applications require it, is completely impossible. It is then necessary to manufacture shorter CCDs with inactive regions on the edges as small as possible and extreme columns of reduced width to allow precise juxtaposition at the pixel level without causing a discontinuity of periodicity in the total line. More precisely, the width of the extreme columns added to the width of the neighboring dead region must be equal to a normal column width. The role of the support means (SUPP) is to make the structure of the sensor modular. Thanks to him, we can entrust to the semiconductor industry the manufacture of a very long CCD image sensor device which is actually a series of CCD-s of medium lengths, mounted in juxtaposition on this support.
Avoir des blocs de fibres d'une longueur suffisante est économiquement difficile. Il est aussi possible de coller des morceaux très précisément, mais cela entraîne à nouveau un accroissement important des coûts.Having fiber blocks of sufficient length is economically difficult. It is also possible to glue pieces very precisely, but this again leads to a significant increase in costs.
Le boîtier (B) doit être bien rigide pour minimiser les efforts mécaniques accidentels transmis au sandwich (CCD)-(FB). En même temps, ce boîtier doit faciliter la dissipation de la chaleur dégagée par les composants électroniques.The housing (B) must be very rigid to minimize the accidental mechanical forces transmitted to the sandwich (CCD) - (FB). At the same time, this box must facilitate the dissipation of the heat given off by the electronic components.
Deuxième exemple d'agencement de capteurSecond example of sensor arrangement
Une autre variante de capteur, qui tente de pallier aux inconvénients cités ci-dessus, est présentée dans la figure 5. La principale différence par rapport à la version précédente réside dans l'utilisation de plusieurs dispositifs CCD (CCD) (quatre dans cet exemple), identiques et montés en zigzag (deux rangées parallèles et décalées de façon que chaque CCD n'ait pas de vis-à-vis). La deuxième différence est que chaque CCD est couvert d'une fibre optique individuelle (FB). Les fibres (FB) sont recouvertes par des écrans scintillateurs. Les fibres ont la particularité d'être inclinées (par rapport au plan des CCD-s et dans une direction perpendiculaire à la direction de leurs lignes) de façon à compenser la distance entre les deux rangées de CCD, en rapprochant au maximum les deux rangées d'écrans scintillateurs (PH) correspondantes. L'angle d'inclinaison nécessaire des fibres peut varier entre 5 et 30 degrés selon les dimensions des éléments auxiliaires des CCD (comme la largeur des plages à connecter, la marge de sécurité de coupe, etc.) et selon l'épaisseur choisie pour la fibre ( entre 8 et 15 mm).Another variant of the sensor, which attempts to overcome the drawbacks mentioned above, is presented in Figure 5. The main difference compared to the previous version lies in the use of several CCD devices (CCD) (four in this example ), identical and mounted in a zigzag (two parallel rows and offset so that each CCD has no opposite). The second difference is that each CCD is covered with an individual optical fiber (FB). The fibers (FB) are covered by scintillating screens. The fibers have the particularity of being inclined (with respect to the plane of the CCD-s and in a direction perpendicular to the direction of their lines) so as to compensate for the distance between the two rows of CCDs, by bringing the two rows as close as possible corresponding scintillator screens (PH). The required angle of inclination of the fibers can vary between 5 and 30 degrees depending on the dimensions of the CCD auxiliary elements (such as the width of the ranges to the cutting safety margin, etc.) and depending on the thickness chosen for the fiber (between 8 and 15 mm).
La distance entre deux CCD consécutifs dans une rangée est choisie de telle sorte qu'elle soit un peu moins grande que la longueur de la région active d'un CCD. Ainsi, en considérant l'image explorée par le capteur (IS) comme étant décomposée en plusieurs bandes correspondant à chaque CCD, on observera que les bandes se chevauchent de quelques pixels. Le décalage des CCD-s appartenant aux deux rangées est pris en compte par le logiciel qui gère l'acquisition de l'image et compensé de telle manière qu'il n'y a pas de discontinuités correspondantes aux positions des CCD-s dans le capteur d'image. Bien entendu, le nombre de CCD-s peut varier pour obtenir la longueur nécessaire.The distance between two consecutive CCDs in a row is chosen so that it is a little less than the length of the active region of a CCD. Thus, by considering the image explored by the sensor (IS) as being broken down into several bands corresponding to each CCD, it will be observed that the bands overlap by a few pixels. The offset of the CCD-s belonging to the two rows is taken into account by the software which manages the acquisition of the image and compensated in such a way that there are no discontinuities corresponding to the positions of the CCD-s in the image sensor. Of course, the number of CCD-s can vary to obtain the necessary length.
La surface active d'un tel capteur d'image rayons X se présente en forme de rectangles disposés en zigzag et pour cela, la plaque absorbante de rayons X (Pb) doit être découpée de la même manière comme dans la figure 5. Les autres éléments du capteur présentés dans la figure 5 ont le même rôle que leurs correspondants dans la figure 4, on ne répète donc pas la description.The active surface of such an X-ray image sensor is in the form of rectangles arranged in a zigzag and for this, the X-ray absorbing plate (Pb) must be cut in the same way as in FIG. 5. The other elements of the sensor presented in Figure 5 have the same role as their correspondents in Figure 4, so we do not repeat the description.
On retiendra de cet exemple, qu'on peut utiliser des CCD-s standards, c'est à dire pas fabriqués "sur mesure" ou pas uniquement pour ce capteur. En cas de panne (panne électrique sur le CCD, décollage de la fibre, etc.), il est tout à fait possible de changer un élément tout en gardant le reste. C'est très important pour un rendement correct en production et un service après vente facile. Par contre, pour l'exemple précédent il est pratiquement exclus d'intervenir pour réparer ou récupérer les éléments les plus coûteux comme le CCD ou la fibre.We will retain from this example, that we can use standard CCD-s, that is to say not manufactured "to measure" or not only for this sensor. In the event of a breakdown (electrical failure on the CCD, take-off of the fiber, etc.), it is entirely possible to change one element while keeping the rest. This is very important for a correct production yield and easy after-sales service. On the other hand, for the previous example, it is practically excluded to intervene to repair or recover the most expensive elements like CCD or fiber.
Troisième exemple d'agencement de capteurThird example of sensor arrangement
La figure 6 présente un troisième exemple de réalisation du capteur d'image. Par rapport à l'exemple décrit dans la figure 5, les dispositif CCD sont montés sur des supports standards (DIP), ce qui réduit fortement la dépendance des utilisateurs des CCD-s vis-à-vis des fabricants de dispositifs semi-conducteurs CCD avec tous les avantages de la standardisation, manipulation, réparation etc.. Sur cette figure, on détaille dans le cercle (D), l'emplacement relatif des CCD-s (CCD). Le moyen de support (SUPP) n'apparaît pas car il n'est plus nécessaire. Les CCD-s (CCD); déjà montés dans leurs boîtiers standards (DIP) se connectent avec le cuivre (PCB) au travers d'ouvertures pratiquées dans le fond du boîtier (B). L'inclinaison des fibres (FB) est plus importante que dans l'exemple précédent à cause de l'augmentation de la distance entre les deux rangées de CCD-s (qui en réalité est déterminée par l'existence de la capsule DIP). Malgré cela, il est possible de rester en dessous de 32 degrés, ce qui ne crée pas de problèmes d'optique importants liés à l'utilisation des fibres en incidence oblique. L'agencement considéré dans la figure 6 est considéré comme le plus performant des trois agencements présentés.Figure 6 shows a third embodiment of the image sensor. Compared to the example described in Figure 5, the CCD devices are mounted on standard supports (DIP), which greatly reduces the dependence of CCD-s users on manufacturers of CCD semiconductor devices with all the advantages of standardization, handling, repair, etc. In this figure, we detail in the circle (D), the relative location of the CCD-s (CCD). The support means (SUPP) does not appear because it is no longer necessary. CCD-s (CCD); already mounted in their standard boxes (DIP) connect with copper (PCB) through openings made in the bottom of the box (B). The inclination of the fibers (FB) is greater than in the previous example because of the increase in the distance between the two rows of CCD-s (which in reality is determined by the existence of the DIP capsule). Despite this, it is possible to stay below 32 degrees, which does not create significant optical problems related to the use of fibers in oblique incidence. The arrangement considered in FIG. 6 is considered to be the most efficient of the three arrangements presented.
La figure 7 indique des détails de montage pour le capteur décrit par la figure 6. Ces détails sont applicables également aux trois exemples de capteur précédents; ils n'ont pas été dessinés sur les figures correspondantes pour les rendre plus claires.Figure 7 shows mounting details for the sensor described in Figure 6. These details are also applicable to the three previous examples of sensor; they have not been drawn on the corresponding figures to make them clearer.
Les blocs de fibres optiques (en verre) (FB) étant assez lourds, on risque de causer des dommages en cas de chocs accidentels, de vibrations fortes, ou de déformations du boîtier (B). Pour éviter cela, on présente dans la figure 7 la fixation des fibres (FB) à l'aide d'une plaque dure (RE) réalisée en résine dure coulée de sorte que les blocs de fibres (FB). y soient encastrés au niveau de leur centre de gravité. Le contact avec les fibres doit être réduit à entreAs the blocks of optical fibers (glass) (FB) are quite heavy, there is a risk of causing damage in the event of accidental impact, strong vibration, or deformation of the housing (B). To avoid this, we present in Figure 7 the fixing of the fibers (FB) using a hard plate (RE) made of hard resin cast so that the fiber blocks (FB). are embedded there at their center of gravity. Contact with fibers should be reduced to between
1 et 3 mm d'épaisseur tout autour de chaque bloc II est préférable de choisir une résine époxy chargée pour avoir une bonne stabilité dimensionnelle et polymérisant à la température ambiante pour réduire le stress thermique sur le CCD.1 and 3 mm thick all around each block It is preferable to choose an epoxy resin loaded to have good dimensional stability and polymerizing at room temperature to reduce thermal stress on the CCD.
Avant de couler la plaque en résine dure (RE), on coule une couche de résine molle (SIL) pour isoler les boîtiers des CCD-s de tout contact mécanique avec la résine dure et pour obtenir l'étanchéité nécessaire pour le coulage de la résine dure.Before pouring the hard resin plate (RE), a layer of soft resin (SIL) is poured to isolate the CCD-s housings from any mechanical contact with the hard resin and to obtain the seal necessary for the casting of the hard resin.
En cas de forte accélération (par exemple un choc), le mouvement se transmet directement aux plus lourdes pièces, les fibres. La transmission des efforts mécaniques par les broches de connexion des boîtiers des CCD est limitée en raison de l'élasticité et de la plasticité de celles-là et en raison aussi de leur connexion au circuit imprimé (PCB). Il est préférable d'utiliser des tulipes ou des moyens standards de connexion par contact à faible force d'insertion. Les détails montré par la figure 7 s'appliquent également aux agencements présentés dans les figures 5 et 6. Cette structure a l'avantage de permettre un démontage partiel en vue de réparation.In the event of strong acceleration (for example a shock), the movement is transmitted directly to the heaviest parts, the fibers. The transmission of mechanical forces through the connection pins of the CCD boxes is limited due to the elasticity and plasticity of these and also because of their connection to the printed circuit (PCB). It is preferable to use tulips or standard means of contact connection with low insertion force. The details shown in Figure 7 also apply to the arrangements shown in Figures 5 and 6. This structure has the advantage of allowing partial disassembly for repair.
Schémas électroniques du capteurElectronic diagrams of the sensor
On observe sur la figure 7, en dessous du circuit imprimé (PCB) la présence des composants électroniques (CE) qui forment le circuit électronique de pilotage et traitement de signal du capteur. Celui-là est décrit au niveau du schéma bloc électrique et de ses fonctions par la figure 8. Dans une variante recommandée, le capteur se connecte à l'extérieur par deux câbles: un câble appelé (CI) branché au connecteur (BNC1) et un câble appelé (CS) branché au connecteur (BNC2).We observe in Figure 7, below the printed circuit (PCB) the presence of electronic components (CE) which form the electronic control circuit and signal processing of the sensor. This is described in terms of the electrical block diagram and its functions in Figure 8. In a recommended variant, the sensor is connected to the outside by two cables: a cable called (CI) connected to the connector (BNC1) and a cable called (CS) connected to the connector (BNC2).
Via le câble d'image (CI) circulent le courant d'alimentation et l'information transmise sous forme numérique par les modems situés aux deux extrémités, dans deux sens différents: un modem sur l'interface (I) envoie des ordres de configurations et un autre présent dans le schéma du capteur et noté (RX/TX) envoie l'image numérisée.Via the image cable (CI), the supply current and the information transmitted in digital form by the modems located at both ends circulate in two directions. different: a modem on the interface (I) sends configuration commands and another present in the diagram of the sensor and noted (RX / TX) sends the scanned image.
Le condensateur (CC) symbolise les éléments de filtrage (blocage) du courant continu permettant le couplage du modem avec la ligne. La bobine (LF) et le condensateur (CCF) symbolisent un filtre passe-bas qui sépare d'un côté la tension d'alimentation et de l'autre côté les porteuses des modems. Cette tension d'alimentation est appliquée ensuite à un bloc de régulation (REG) qui livre à sa sortie les diverses tensions stabilisées pour les autres composants du schéma ( par exemple +5V dans le cas des circuits logiques). Les liaisons d'alimentation internes à ce schéma ne sont pas représentées sur la figure. Le schéma comprend aussi le bloc (A/D) qui est un convertisseur analogique- numérique. Il sert à numériser le signal vidéo de sortie du ou des CCD-s. La plupart des applications de ce capteur d'image seront satisfaites avec une précision de 8 bits. La vitesse demandée est assez importante et peut aller jusqu'à plusieurs Méga-échantillons/seconde.The condenser (CC) symbolizes the elements of filtering (blocking) of the direct current allowing the coupling of the modem with the line. The coil (LF) and the capacitor (CCF) symbolize a low-pass filter which separates the supply voltage on one side and the modem carriers on the other side. This supply voltage is then applied to a regulation block (REG) which delivers at its output the various stabilized voltages for the other components of the diagram (for example + 5V in the case of logic circuits). The internal power connections in this diagram are not shown in the figure. The diagram also includes the block (A / D) which is an analog-digital converter. It is used to digitize the output video signal from the CCD (s). Most applications of this image sensor will be satisfied with 8-bit precision. The requested speed is quite important and can go up to several Mega-samples / second.
Comme vu dans les figures 5 et 6, on peut avoir plusieurs CCD-s dans un capteur d'image; on les a donc représentés dans la figure 8 par les blocs (CCD1, CCD2,..., CCDn) correspondant à un capteur équipé de n CCD-s. Les signaux vidéo analogiques de sortie de ces CCD-s sont multiplexes par le bloc de multiplexage (MUX) avant d'être appliqués au convertisseur (A/D).As seen in Figures 5 and 6, you can have multiple CCD-s in an image sensor; they are therefore represented in FIG. 8 by the blocks (CCD1, CCD2, ..., CCDn) corresponding to a sensor equipped with n CCD-s. The analog video signals output from these CCD-s are multiplexed by the multiplexing block (MUX) before being applied to the converter (A / D).
Pour accomplir leur tâche de capture d'image, les CCD-s sont conduits par des drivers représentés groupés dans le bloc DRV. Ils font l'adaptation entre, d'une part, les niveaux de tension et l'impédance de sortie des circuits logiques et, d'autre part, les niveaux de tension et l'impédance d'entrée des CCD-s. Le bloc (POL) symbolise tous les composants dédiés à la polarisation des diverses grilles (substrat, niveau de mise à zéro de la sortie, etc) de CCD pendant leur fonctionnement. Les impulsions de synchronisation du déplacement vertical (VSH) entrent dans ce schéma au travers du connecteur (BNC2) et sont appliquées à l'entrée du bloc de contrôle (SCANCTL).To accomplish their image capture task, the CCD-s are driven by represented drivers grouped in the DRV block. They adapt between, on the one hand, the voltage levels and the output impedance of the logic circuits and, on the other hand, the voltage levels and the input impedance of the CCD-s. The block (POL) symbolizes all the components dedicated to the polarization of the various grids (substrate, level of zero setting of the output, etc.) of CCD during their operation. The vertical displacement synchronization pulses (VSH) enter this diagram through the connector (BNC2) and are applied to the input of the control block (SCANCTL).
Le bloc (SCANCTL) est une machine algorithmique fonctionnant sur la base d'une horloge haute fréquence (par exemple 32 MHz) délivrée par l'oscillateur (OSC). Ses fonctions caractérisent le fonctionnement global du capteur. Elles sont a) recevoir de la part de l'ordinateur (C) les paramètres de configuration via le modem (RX/TX); b) supporter plusieurs modes de numérisation d'image qui diffèrent par le facteur d'appairage des lignes et colonnes (anglais-"binning factor") et un mode de test qui permet la génération d'une mire de test qui remplace l'image à numériser; c) recevoir de la part du générateur (SVPG) les impulsions de synchronisation (VSH) pour le déplacement vertical du (des) CCD(-s) (modes de numérisation); d) recevoir de la part du convertisseur (A/D) les données représentant les pixels de l'image numérisée (modes de numérisation); e) envoyer, via le modem (RX/TX) les données représentant les pixels de l'image numérisée (modes de numérisation); envoyer, via le modem (RX/TX) les données représentant une mire de test (mode de test); g) délivrer les signaux de commande vers le convertisseur (A/D) (modes de numérisation); h) délivrer les commandes de sélection vers le multiplexeur (MUX) (modes de numérisation); i) délivrer les impulsions de déplacement, via les drivers (DRV), vers le (les ) CCD(-s), en conformité avec la configuration établie et synchrone aux impulsions reçues de la part du générateur (SVPG) (modes de numérisation); j) envoyer, si nécessaire, des impulsions vers le bloc (POL) de circuits de polarisation du (des) CCD(-s) (modes de numérisation);The block (SCANCTL) is an algorithmic machine operating on the basis of a high frequency clock (for example 32 MHz) delivered by the oscillator (OSC). Its functions characterize the overall functioning of the sensor. They are a) receive from the computer (C) the configuration parameters via the modem (RX / TX); b) support several image scanning modes which differ by the matching factor of rows and columns (English - "binning factor") and a test mode which allows the generation of a test pattern which replaces the image to digitize; c) receive from the generator (SVPG) the synchronization pulses (VSH) for the vertical displacement of the CCD (s) (scanning modes); d) receive from the converter (A / D) the data representing the pixels of the scanned image (scanning modes); e) send, via the modem (RX / TX), the data representing the pixels of the scanned image (scanning modes); send, via the modem (RX / TX), the data representing a test pattern (test mode); g) deliver the control signals to the converter (A / D) (scanning modes); h) issue the selection commands to the multiplexer (MUX) (scanning modes); i) deliver the displacement pulses, via the drivers (DRV), to the CCD (-s), in accordance with the established configuration and synchronous to the pulses received from the generator (SVPG) (scanning modes) ; j) send, if necessary, pulses to the block (POL) of bias circuits of the CCD (s) (digitization modes);
Dans une variante plus simple du capteur d'image, on peut renoncer au sens de communication ordinateur (C) vers capteur d'image (IS,) en utilisant un modem unidirectionnel. Pour disposer quand même de plusieurs configurations, on utilise des mini- interrupteurs implantés sur ce schéma et accessibles par une ouverture dans le capot arrière (CA) ou dans le boîtier (B). On n'a pas dessiné de figure à part car la modification est tout à fait évidente. Les détails qui peuvent être donnés sur la réalisation de chaque bloc fonctionnel sont très nombreux mais un homme de métier avec une certaine expérience dans l'électronique numérique et analogique peut imaginer un schéma détaillé tenant compte des particularités des dispositifs CCD à utiliser et des spécifications fonctionnelles ci-dessus. On recommande de choisir pour le montage des composants, la technologie CMS (ComposantsIn a simpler variant of the image sensor, it is possible to dispense with the direction of communication between the computer (C) and the image sensor (IS,) by using a unidirectional modem. To have several configurations anyway, use mini-switches installed on this diagram and accessible by an opening in the rear cover (CA) or in the housing (B). We did not draw a separate figure because the modification is quite obvious. The details which can be given on the production of each functional block are very numerous, but a skilled person with a certain experience in digital and analog electronics can imagine a detailed diagram taking into account the particularities of the CCD devices to be used and the functional specifications. above. It is recommended to choose for the assembly of the components, the CMS technology (Components
Montés en Surface), de choisir les composants avec un poids et un gabarit minimaux et de choisir un circuit intégré de type aire-programmable pour la synthèse du (SCANCTL) (celui- ci peut inclure les fonctions de communication) ou même de réaliser un "ASIC" ("Applications Spécifie Integrated Circuit" = circuit intégré spécifique à l'application). Toutes les considérations sur le schéma présenté dans la figure 8, restent valables pour accompagner et compléter les trois exemples de capteurs décrits précédemment sur les figures 4,5 et 6Surface mounted), to choose the components with a minimum weight and size and to choose an integrated circuit of the area-programmable type for the synthesis of the (SCANCTL) (this can include the communication functions) or even to realize a "ASIC" ("Applications Specifies Integrated Circuit" = application-specific integrated circuit). All the considerations on the diagram presented in figure 8, remain valid to accompany and complete the three examples of sensors described previously in figures 4,5 and 6
Premier exemple d'utilisation du système SCRX Les structures des appareils de radiographie peuvent être, comme expliqué, groupée du point de vue cinématique en deux classes: ceux où le générateur ne bouge pas par rapport à l'objet et ceux où le générateur bouge.First example of using the SCRX system The structures of radiography devices can be, as explained, kinematically grouped into two classes: those where the generator does not move relative to the object and those where the generator moves.
La figure 9 est un schéma cinématique montrant comment le SCRX fonctionne quand il comprend un sous-système électromécanique (MEC) ayant un schéma cinématique de la première catégorie (générateur-objet fixes). Un tel système, peut être utilisé pour faire des mammographies, des radios pulmonaires, des angiographies, etc dans le domaine médical, ou pour faire le contrôle des bagages, le contrôle des soudures, etc dans d'autres domaines.Figure 9 is a kinematic diagram showing how the SCRX operates when it includes an electromechanical subsystem (MEC) having a kinematic diagram of the first category (fixed generator-object). Such a system can be used for mammograms, chest x-rays, angiographies, etc. in the medical field, or for checking baggage, checking welds, etc. in other fields.
Le générateur (G) éclaire l'objet à radiographier (O) à travers un diaphragme (DF). Les rayons X émergeant de l'objet et qui représentent son image, touchent le capteur (IS). Le capteur d'image (IS) est installé sur le chariot (CHR) qui roule sur les rails (RY). Il est entraîné par le moteur (M) à l'aide d'un fil (F) qui fait l'aller-retour autour de la poulie (P) et qui s'enroule sur le tambour (TB) se trouvant sur l'axe du moteur. Les limites de la course du chariot (CHR) sont décelées par les commutateurs détecteurs de limite de la course (Ll, L2). Le mouvement du capteur (IS) est suivi par le traducteur de mouvement incrémentielThe generator (G) illuminates the object to be radiographed (O) through a diaphragm (DF). The X-rays emerging from the object and which represent its image, touch the sensor (IS). The image sensor (IS) is installed on the carriage (CHR) which runs on the rails (RY). It is driven by the motor (M) using a wire (F) which goes back and forth around the pulley (P) and which is wound on the drum (TB) located on the motor axis. The limits of the travel of the carriage (CHR) are detected by the limit switches of the travel (Ll, L2). The movement of the sensor (IS) is followed by the incremental movement translator
(MT) placé sur l'axe du moteur (M). Il existe aussi le levier (L) qui peut basculer autour de l'axe (A). Le diaphragme (DF) est monté d'une façon rigide à l'aide d'une tige de support (S), sur le levier (L).(MT) placed on the motor axis (M). There is also the lever (L) which can tilt around the axis (A). The diaphragm (DF) is rigidly mounted using a support rod (S) on the lever (L).
Quand le chariot (CHR) portant le capteur d'image (IS) bouge, il fait basculer le levier (L) à cause de la liaison qui existe entre les deux et fait ainsi bouger le diaphragme (DF).When the carriage (CHR) carrying the image sensor (IS) moves, it switches the lever (L) because of the connection that exists between the two and thus causes the diaphragm (DF) to move.
L'ouverture et le mouvement de ce diaphragme permettent la limitation du faisceau de rayonsThe opening and the movement of this diaphragm allow the limitation of the beam of rays
X au champ du capteur, limitant par conséquent la dose de la radiation appliquée à l'objet au minimum nécessaire. Les limites du faisceau rayons X sont représentées en lignes pointillées.X to the sensor field, therefore limiting the dose of radiation applied to the object to the minimum necessary. The limits of the X-ray beam are shown in dotted lines.
On reconnaîtra, en relation avec la figure 2, les éléments du SCRX présents dans ce schéma: (IS, MT, Ll, L2). Les autres éléments du système et leurs interconnexions ne sont plus représentés pour rendre le dessin plus simple. La commande électrique du moteur (M) n'est pas représentée pour la même raison.We will recognize, in relation to Figure 2, the elements of the SCRX present in this diagram: (IS, MT, L1, L2). The other elements of the system and their interconnections are no longer shown to make the drawing simpler. The electric motor control (M) is not shown for the same reason.
Dans ces applications où le générateur ne bouge pas par rapport à l'objet à radiographier et où il faut obtenir l'image en projection plane, le tableau contenu dans le générateur des signaux d'asservissement (SVPG) est rempli par une constante et le facteurIn these applications where the generator does not move relative to the object to be radiographed and where it is necessary to obtain the image in planar projection, the table contained in the generator of the servo signals (SVPG) is filled by a constant and the postman
(SF) choisi ainsi que la fréquence des impulsions de déplacement vertical (VSH) du (des) CCD(-s) du capteur d'image (IS) est celle qui donne une vitesse de déplacement (-V) de l'image intégrée par rapport au capteur, égale en grandeur et de signe opposé à la vitesse (V) de translation du capteur par rapport à l'objet à radiographier. Cette règle d'asservissement du capteur (IS) au mouvement imprimé par le moteur (M) (la relation d'égalité des vitesses et leurs signes opposés) rend l'image électronique intégrée fixe par rapport au plan de translation du capteur. Le capteur d'image (IS) est orienté de sorte qu'il bouge en translation dans son plan et perpendiculairement à ses lignes (qui sont plus longues que ses colonnes).(SF) chosen as well as the frequency of the vertical displacement pulses (VSH) of the CCD (s) of the image sensor (IS) is that which gives a displacement speed (-V) of the integrated image relative to the sensor, equal in size and opposite sign to the speed (V) of translation of the sensor relative to the object to be radiographed. This rule of enslavement of the sensor (IS) to the movement imparted by the motor (M) (the relation of equality of speeds and their opposite signs) makes the integrated electronic image fixed relative to the plane of translation of the sensor. The image sensor (IS) is oriented so that it moves in translation in its plane and perpendicular to its lines (which are longer than its columns).
Le diaphragme (DF) est réalisé en matière absorbante comme par exemple le plomb. La représentation du chariot (CHR) qui roule sur des rails (RY) par le moteur (M) est seulement un exemple: il faut comprendre tout moyen mécanique permettant un mouvement de translation plane du capteur pendant la prise de vue radiographique. Idem pour l'existence du levier (L): il faut comprendre tout moyen de corrélation mécanique ou électromécanique, entre le mouvement du capteur d'image et le mouvement du diaphragme (DF) pour obtenir la limitation permanente du champ des rayons X au minimum nécessaire. Le traducteur de mouvement incrémentiel (MT) peut être de type rotation comme dans la figure 9 ou de type translation et dans ce cas, étant monté différemment; L'important est qu'il puisse traduire en impulsions électriques le mouvement de translation du capteur d'image (IS).The diaphragm (DF) is made of absorbent material such as lead. The representation of the carriage (CHR) which rolls on rails (RY) by the motor (M) is only one example: it is necessary to understand any mechanical means allowing a plane translational movement of the sensor during the radiographic shooting. Same for the existence of the lever (L): it is necessary to understand any means of mechanical or electromechanical correlation, between the movement of the image sensor and the movement of the diaphragm (DF) to obtain the permanent limitation of the X-ray field to the minimum necessary. The incremental movement translator (MT) can be of the rotation type as in FIG. 9 or of the translation type and in this case, being mounted differently; The important thing is that it can translate the translational movement of the image sensor (IS) into electrical pulses.
Deuxième exemple d'utilisation du système SCRXSecond example of use of the SCRX system
La figure 10 est un schéma cinématique montrant comment le SCRX fonctionne quand il comprend un sous-système électromécanique (MEC) ayant un schéma cinématique de la deuxième catégorie (générateur-objet mobiles). Un tel système, peut être utilisé pour faire des radiographies panoramiques dentaires. Il permet de délivrer des images de l'ensemble des arcades dentaires en les déroulant d'une articulation temporo-mandibulaire à l'autre. L'exemple a été choisi comme exemple générique de tous les appareils à mouvement relatif générateur-objet quels que soient les trajectoires ou moyens de motorisation utilisés et quels que soient leurs domaines d'application.FIG. 10 is a kinematic diagram showing how the SCRX operates when it comprises an electromechanical subsystem (MEC) having a kinematic diagram of the second category (mobile generator-object). Such a system can be used to take panoramic dental x-rays. It makes it possible to deliver images of all the dental arches by unrolling them from one temporomandibular joint to the other. The example was chosen as a generic example of all devices with relative generator-object movement whatever the trajectories or means of motorization used and whatever their fields of application.
Le générateur de rayons (G), le diaphragme (DF) et le capteur d'image (IS) sont fixés entre eux par un bras (BS). Le bras (BS) est attaché perpendiculairement sur l'axe centralThe beam generator (G), the diaphragm (DF) and the image sensor (IS) are fixed together by an arm (BS). The arm (BS) is attached perpendicularly to the central axis
(AC) de la came (CM). Le mouvement de la came est restreint par les glissières latérales (GLC) de sorte qu'elle peut tourner et/ou glisser par translation (voir les flèches sur le dessin). Le moteur (M) est monté sur un chariot (CHM) roulant sur des rails (GLM) et permettant sa translation perpendiculairement à la translation de la came (CM) (voir les flèches sur le dessin). Son axe (AM) est couplé excentriquement à la came (CM). A l'autre extrémité de l'axe (AM), se trouve le traducteur incrémentiel de position (MT). Les commutateurs détecteurs de limite de la course (Ll, L2) détectent le mouvement de la came (CL) attachée sur l'axe central (AC) de la came (CM).(AC) of the cam (CM). The movement of the cam is restricted by the lateral slides (GLC) so that it can rotate and / or slide by translation (see the arrows on the drawing). The motor (M) is mounted on a carriage (CHM) rolling on rails (GLM) and allowing its translation perpendicular to the translation of the cam (CM) (see the arrows on the drawing). Its axis (AM) is eccentrically coupled to the cam (CM). At the other end of the axis (AM) is the incremental position translator (MT). The limit limit switches (L1, L2) detect the movement of the cam (CL) attached to the central axis (AC) of the cam (CM).
Quand le moteur (M) tourne, le bras (BS) est entraîné en rotation et translation à la fois. Le capteur (IS) bouge par rapport à l'objet à radiographier (par exemple la tête d'un patient, qui est ici l'objet à radiographier) sur une trajectoire elliptique. Le faisceau de rayons X est en permanence délimité au champ correspondant à la surface active du capteur. Les images des diverses parties de la tête sont projetées en même temps sur le capteur. Elles se déplacent sur la surface active du capteur à des vitesses différentes. On peut établir une correspondance mathématique exacte entre la position de capteur d'image sur sa trajectoire et la vitesse de l'image de la région d'intérêt (par exemple les arcades dentaires) sur la surface sensible du capteur. Cette correspondance est donnée par une formule du type:When the motor (M) is running, the arm (BS) is driven in rotation and translation at the same time. The sensor (IS) moves relative to the object to be radiographed (for example the head of a patient, which is here the object to be radiographed) on an elliptical trajectory. The X-ray beam is permanently delimited in the field corresponding to the active surface of the sensor. The images of the various parts of the head are simultaneously projected onto the sensor. They move on the active surface of the sensor at different speeds. An exact mathematical correspondence can be established between the position of the image sensor on its trajectory and the speed of the image of the region of interest (for example the dental arches) on the sensitive surface of the sensor. This correspondence is given by a formula of the type:
Vi=Vm*K*g(a) oùVi = Vm * K * g (a) where
Vi est la vitesse de l'image de la région d'intérêt par rapport à la surface sensible du capteur; K est une constante de proportionnalité dimensionnelle;Vi is the image speed of the region of interest with respect to the sensitive surface of the sensor; K is a constant of dimensional proportionality;
Vm est la vitesse du moteur en correspondance biunivoque avec la vitesse du capteur d'image (IS); g(a) est une fonction de la position a du capteur, paramétrée par la forme de la mâchoire, la distance générateur-capteur, la position de la mâchoire par rapport à l'appareil et la distance entre l'axe AC et l'axe AM.Vm is the speed of the motor in one-to-one correspondence with the speed of the image sensor (IS); g (a) is a function of the position a of the sensor, parameterized by the shape of the jaw, the generator-sensor distance, the position of the jaw relative to the device and the distance between the axis AC and the AM axis.
On peut reformuler cette expression de la manière suivante: Vi=Vm*k/f(a) où f(a)=l/g(a) est ledit facteur de forme. Cette fonction f(a) doit être pré-calculée et mise dans le tableau du générateur des signaux d'asservissement (SVPG) qui fait l'asservissement du déplacement de l'image d'électrons intégrée par le capteur. Grâce à cet asservissement l'image intégrée d'électrons suit l'image d'intérêt projetée, ce qui est essentiel, car cela permet de rendre nette cette image et floues les autres sans un traitement ultérieur à la numérisation. Il est important d'observer que cette fonction permet d'adapter le SCRX à des variations de profils des régions d'intérêt, dans notre exemple des profils de mâchoires. Tel est le cas quand on passe d'un enfant à un adulte ou d'une femme à un homme ou même dans certains cas d'un homme à un autre.We can reformulate this expression as follows: Vi = Vm * k / f (a) where f (a) = l / g (a) is said form factor. This function f (a) must be pre-calculated and put in the table of the generator of the servo signal (SVPG) which makes the servo of the displacement of the electron image integrated by the sensor. Thanks to this enslavement, the integrated image of electrons follows the projected image of interest, which is essential, as this makes it possible to sharpen this image and blur the others without further processing after scanning. It is important to note that this function makes it possible to adapt the SCRX to variations in the profiles of the regions of interest, in our example jaw profiles. This is the case when one passes from a child to an adult or from a woman to a man or even in some cases from one man to another.
Avec d'autres types de schémas cinématiques, le tableau du générateur (SVPG) rempli par des valeurs pré-calculées permet de faire des tomographies diverses pour étudier un objet en trois dimensions. With other types of kinematic diagrams, the generator table (SVPG) filled with pre-calculated values makes it possible to make various tomographies to study an object in three dimensions.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S R E V E N D I C A T I O N S
1 - Système de numérisation d'images en rayons X, par balayage, comportant:1 - X-ray image scanning system, comprising:
- un capteur d'image par rayons X (IS) à base de dispositif à transfert de charge multiligne CCD, et de bloc de fibres optiques et d'écran scintillateur (PH) disposés en regard du dispositif à transfert de charge CCD pour permettre à une image d'intérêt, en rayons X, de l'objet à radiographier qui est projetée sur l'écran d'être convertie par celui-là en image en lumière visible et d'être intégrée par le dispositif CCD;- an X-ray image sensor (IS) based on a CCD multiline charge transfer device, and on a block of optical fibers and a scintillator screen (PH) arranged opposite the CCD charge transfer device to allow an image of interest, in X-rays, of the object to be radiographed which is projected on the screen to be converted by this one into an image in visible light and to be integrated by the CCD device;
- des circuits électroniques pour le pilotage et pour le traitement du signal du capteur (IS) ;- electronic circuits for controlling and processing the sensor signal (IS);
- un sous-système électromécanique (MEC) permettant au capteur (IS) de balayer l'objet (O) exposé aux rayons X; caractérisé en ce que:- an electromechanical subsystem (MEC) allowing the sensor (IS) to scan the object (O) exposed to X-rays; characterized in that:
- le capteur d'image en rayons X (IS) comprend plusieurs structures composées chacune d'un dispositif CCD élémentaire, de préférence rectangulaire et d'un bout d'écran scintillateur, les structures (PH, FB, CCD) étant disposées, sur une longueur du capteur, de préférence dans un même plan, et, au moins pour une partie de chaque structure, en zigzag sur au moins deux rangées parallèles. 2 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dispositif CCD élémentaire a des lignes et des colonnes, ces lignes sont orientées selon la longueur du capteur, ces lignes sont de préférence plus longues que ces colonnes, et en ce que l'espacement entre deux structures voisines dans la direction de la longueur du capteur est égal à la longueur active de la ligne d'un dispositif CCD élémentaire moins quelques pixels, le décalage des structures d'une rangée par rapport aux structures de l'autre rangée étant sensiblement égal au dit espacement, afin que les dispositifs CCD élémentaires utilisés dans le capteur ne produisent pas de zone à d'ombre entre eux dans l'image acquise.- the X-ray image sensor (IS) comprises several structures each composed of an elementary CCD device, preferably rectangular and of a scintillating screen end, the structures (PH, FB, CCD) being arranged, on a length of the sensor, preferably in the same plane, and, at least for part of each structure, zigzag over at least two parallel rows. 2 - System according to claim 1, characterized in that each elementary CCD device has lines and columns, these lines are oriented along the length of the sensor, these lines are preferably longer than these columns, and in that the spacing between two neighboring structures in the direction of the length of the sensor is equal to the active length of the line of a CCD device elementary minus a few pixels, the offset of the structures of one row relative to the structures of the other row being substantially equal to said spacing, so that the elementary CCD devices used in the sensor do not produce any shaded area between them in the acquired image.
3 - Système selon la revendication 1 ou la revendication 2 , caractérisé en ce que chaque dispositif CCD élémentaire est couvert sur sa face sensible par un bloc parallélépipèdique (FB) de fibres optiques qui conduisent, de préférence fidèlement sans réduction ni agrandissement, l'image depuis le bout d'écran jusqu'à lui.3 - System according to claim 1 or claim 2, characterized in that each elementary CCD device is covered on its sensitive face by a parallelepipedic block (FB) of optical fibers which conduct, preferably faithfully without reduction or enlargement, the image from the end of the screen to him.
4 - Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte4 - System according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises
- un ordinateur (C) équipé d'une interface (I) avec le capteur à travers laquelle l'ordinateur reçoit de la part du capteur (IS) une information numérique représentant l'image d'intérêt de l'objet à radiographier.- a computer (C) equipped with an interface (I) with the sensor through which the computer receives from the sensor (IS) digital information representing the image of interest of the object to be radiographed.
5 - Système selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les circuits électroniques pour le pilotage et pour le traitement du signal du capteur (IS) sont prévus pour que le déplacement des lignes (N, N+l,...) de l'image en photo-électrons sur la surface de chaque dispositif CCD élémentaire, se produise ligne par ligne vers la sortie du CCD et soit asservi, en fonction de l'image d'intérêt à sélectionner, sur le balayage de l'objet (O) par le capteur d'image (IS) , en sorte que, parmi toutes les images des diverses régions projetées simultanément sur le capteur (Is) , seulement une région d'image d'intérêt est suivie avec exactitude et est laissée nette par l'intégration alors que les autres sont rendues floues. 6 - Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les circuits électroniques pour le pilotage et pour le traitement du signal du capteur (IS) sont prévus pour que le déplacement des lignes (N,N+1,...) de l'image en photo-électrons sur la surface de chaque dispositif CCD élémentaire, se produise ligne par ligne continuellement vers la sortie du CCD , en même temps et dans le même endroit que se produit 1 * intégration des photo-électrons correspondant à la projection de l'image de toutes les régions de l'objet et donc en même temps que le balayage de l'objet (0) par le capteur d'image (IS) .5 - System according to one of claims 2 to 4, characterized in that the electronic circuits for the control and for the processing of the sensor signal (IS) are provided so that the displacement of the lines (N, N + l ,. ..) of the photo-electron image on the surface of each elementary CCD device, occurs line by line towards the output of the CCD and is controlled, according to the image of interest to be selected, on the scanning of the object (O) by the image sensor (IS), so that, among all the images of the various regions projected simultaneously on the sensor (Is), only one image region of interest is followed with precision and is left clear by integration while the others are blurred. 6 - System according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electronic circuits for controlling and for processing the sensor signal (IS) are provided so that the displacement of the lines (N, N + 1 ,. ..) of the photo-electron image on the surface of each elementary CCD device, occurs line by line continuously towards the output of the CCD, at the same time and in the same place as the integration of the photo-electrons corresponding to the projection of the image of all the regions of the object and therefore at the same time as the scanning of the object (0) by the image sensor (IS).
7 - Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le sous-système électro-mécanique (MEC) comprend des moyens (MT) pour traduire ou piloter le mouvement du capteur d'image (IS) par des impulsions électriques (IPT) à fréquence dépendant de la vitesse du capteur par rapport à l'objet (O) et des moyens (L1,L2) de détection et traduction en signaux électriques de la limite de course de balayage.7 - System according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electro-mechanical subsystem (MEC) comprises means (MT) for translating or controlling the movement of the image sensor (IS) by pulses electrical (IPT) frequency dependent on the speed of the sensor relative to the object (O) and means (L1, L2) of detection and translation into electrical signals of the limit of scanning stroke.
8 - Système selon la revendication 7 , caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de signaux d'asservissement (SVPG) qui accomplit une ou plusieurs des fonctions suivantes: a) réceptionner et mémoriser une fonction pré¬ calculée ayant comme variable la position du capteur (IS) sur sa trajectoire, fonction dite facteur de forme, pour ajuster l'asservissement du déplacement de l'image intégrée par le capteur d'image (IS) en sorte que le système rend nette la région voulue de l'objet (O) à radiographier; b) fournir, pendant le balayage de l'objet (O) à radiographier, les impulsions de déplacement (VSH) de l'image intégrée par le capteur d'image (IS) ; la fréquence instantanée de ces impulsions étant le résultat de la multiplication de la fréquence instantanée, fournie par les moyens (MT) pour traduire, par un facteur d'échelle fixe (SF) pendant la prise de vue, divisé par le facteur de forme correspondant à la position courante du capteur (IS) et inscrit dans sa mémoire; c) réceptionner l'information de position fournie par des moyens détecteurs de limite de la course (Ll, L2), installés dans le sous-système électro-mécanique (MEC) , lui permettant de déterminer la période dans laquelle il faut envoyer les impulsions (VSH) de déplacement vertical vers le capteur (IS) ; d) transmettre sur demande, vers l'ordinateur (C) , la position du capteur d'image (IS) sur sa trajectoire; e) être alimenté par le même câble mono-circuit (CV) qui sert à la communication avec l'ordinateur C;8 - System according to claim 7, characterized in that it comprises a servo signal generator (SVPG) which performs one or more of the following functions: a) receiving and storing a pre-calculated function having as variable the position of the sensor (IS) on its trajectory, a function called form factor, to adjust the servo of the displacement of the image integrated by the image sensor (IS) so that the system makes the desired region of the object clear ( O) to X-ray; b) supplying, during the scanning of the object (O) to be radiographed, the displacement pulses (VSH) of the image integrated by the image sensor (IS); the instantaneous frequency of these pulses being the result of the multiplication of the instantaneous frequency, provided by the means (MT) to translate, by a fixed scale factor (SF) during the shooting, divided by the form factor corresponding to the current position of the sensor (IS ) and written in his memory; c) receiving the position information provided by means of limit of travel detectors (L1, L2), installed in the electro-mechanical subsystem (MEC), allowing it to determine the period in which the pulses must be sent (VSH) vertical displacement towards the sensor (IS); d) transmit, on request, to the computer (C), the position of the image sensor (IS) on its trajectory; e) be supplied by the same single-circuit cable (CV) which is used for communication with computer C;
9 - Système selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que les circuits électroniques pour le pilotage et pour le traitement du signal du capteur (IS) comprennent:9 - System according to one of claims 7 to 8, characterized in that the electronic circuits for controlling and for processing the sensor signal (IS) comprise:
- un oscillateur (OSC) haute fréquence, stabilisé au quartz, qui sert comme base de temps précise; un circuit de synchronisation (SYNC) des impulsions électriques (IPT) en provenance des moyens (MT) pour traduire, lequel circuit de synchronisation délivre des impulsions (SIPT) synchrone à la base de temps;- a high frequency oscillator (OSC), stabilized with quartz, which serves as a precise time base; a synchronization circuit (SYNC) of the electrical pulses (IPT) coming from the means (MT) for translating, which synchronization circuit delivers pulses (SIPT) synchronous to the time base;
- un premier bloc de circuits (SCALER) qui reçoit à ses entrées lesdites impulsions synchrones (SIPT) et une constante numérique dite facteur d'échelle (SF) et délivre à sa sortie des premières impulsions de sortie (SCIPT) avec une fréquence égale à la multiplication de la fréquence desdites impulsions synchrones (SIPT) par la constante numérique (SF) ; - un deuxième bloc de circuits (DIV) qui reçoit lesdites premières impulsions de sortie (SCIPT) , en divise la fréquence par un nombre (RMD) qui est une valeur courante du facteur de forme, et de fournir en sortie des deuxièmes impulsions de sortie (VSH) nécessaires au déplacement de 1 ' image intégrée par le capteur (IS) ;- a first block of circuits (SCALER) which receives at its inputs said synchronous pulses (SIPT) and a digital constant called scale factor (SF) and delivers at its output first output pulses (SCIPT) with a frequency equal to multiplying the frequency of said synchronous pulses (SIPT) by the digital constant (SF); - a second block of circuits (DIV) which receives said first output pulses (SCIPT), divides the frequency by a number (RMD) which is a current value of the form factor, and to provide as output second pulses of output (VSH) necessary for moving the image integrated by the sensor (IS);
- une mémoire (MEM) , qui peut être lue et écrite, sous la forme d'un tableau représentant les valeurs pré-calculées d'une fonction de position du capteur sur sa trajectoire, fonction dite facteur de forme.- a memory (MEM), which can be read and written, in the form of a table representing the pre-calculated values of a function of position of the sensor on its trajectory, function called form factor.
10 - Système selon la revendication 4 et la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un troisième bloc (SCTL) de circuits assurant plusieurs des fonctions suivantes: a) communiquer avec l'ordinateur (C) pour recevoir des fonctions dites facteurs de forme et facteurs d'échelle spécifiques au profil de l'objet à radiographier; b) transmettre sur demande, vers l'ordinateur (C) , la position du capteur d'image (IS) sur sa trajectoire; c) recevoir l'information de position fournie par les commutateurs détecteurs de limite de la course (Ll, L2) , en tenir compte pour déterminer la période dans laquelle il faut envoyer lesdites impulsions de déplacement vertical (VSH) vers le capteur (IS) ; d) compter les impulsions (SIPT) pour connaître la position courante du capteur d'image (IS) sur sa trajectoire déterminant par conséquent l'index d'adressage à la mémoire (MEM) ; d) dialoguer avec la mémoire (MEM) ; e) fournir au bloc de multiplication (SCALER) la constante de multiplication (SF) à utiliser; f) fournir au bloc de division (DIV) le facteur de forme courant (RMD) à utiliser pour la division. 11 - Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ' le capteur d'image (IS) comporte des moyens pour fonctionner dans un parmi plusieurs modes de numérisation différents par un facteur d'appairage et/ou pour fonctionner dans un mode de test quand il envoie à la place des signaux d'image numérisés des signaux de mire de contrôle permettant de tester le fonctionnement du système.10 - System according to claim 4 and claim 9, characterized in that it comprises a third block (SCTL) of circuits ensuring several of the following functions: a) communicating with the computer (C) to receive functions called factors of shape and scale factors specific to the profile of the object to be radiographed; b) transmit, on request, to the computer (C), the position of the image sensor (IS) on its trajectory; c) receive the position information supplied by the limit switches of the travel limit (L1, L2), take it into account to determine the period in which it is necessary to send said vertical displacement pulses (VSH) to the sensor (IS) ; d) counting the pulses (SIPT) to know the current position of the image sensor (IS) on its trajectory therefore determining the memory addressing index (MEM); d) dialogue with memory (MEM); e) providing the multiplication block (SCALER) with the multiplication constant (SF) to be used; f) provide the division block (DIV) with the current form factor (RMD) to be used for the division. 11 - System according to one of claims 1 to 10, characterized in that ' the image sensor (IS) comprises means for operating in one of several different scanning modes by a pairing factor and / or for operating in a test mode when it sends digital image signals instead of test pattern signals to test the operation of the system.
12 - Système selon l'une des revendications 1 à 11 et selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'interface (I) de l'ordinateur (C) comporte des moyens pour accomplir une partie ou la totalité des fonctions suivantes: a) envoyer le courant électrique d'alimentation du capteur d'image (IS) ; b) réceptionner 1 ' image envoyée par le capteur d ' image (IS) ; c) envoyer des signaux de configuration vers le capteur d'image (IS) ; d) envoyer le courant électrique d'alimentation du générateur des signaux d'asservissement (SVPG) ; e) envoyer des signaux de programmation vers le générateur des signaux d'asservissement (SVPG) ; f) transférer rapidement le flux de données représentant l'image numérique en provenance du capteur d'image (IS) , vers l'ordinateur;12 - System according to one of claims 1 to 11 and according to claim 4, characterized in that the interface (I) of the computer (C) comprises means for performing some or all of the following functions: a ) send the electric current supplying the image sensor (IS); b) receiving the image sent by the image sensor (IS); c) send configuration signals to the image sensor (IS); d) send the electric current supplying the generator of the control signals (SVPG); e) send programming signals to the servo signal generator (SVPG); f) rapidly transfer the data stream representing the digital image from the image sensor (IS) to the computer;
13 - Système selon l'une des revendications 4 et 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un seul câble monocircuit (CI) pour connecter le capteur d'image (IS) à l'interface ordinateur (I) .13 - System according to one of claims 4 and 1 to 12, characterized in that it comprises a single single-circuit cable (CI) for connecting the image sensor (IS) to the computer interface (I).
14 - Système selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte un seul câble monocircuit (CV) pour connecter un générateur des signaux d'asservissement (SVPG) à l'interface ordinateur (I) . 15 - Système selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'un dispositif CCD élémentaire est long et est monté et connecté sur un moyen de support intermédiaire (SUPP) qui à son tour est connecté à un circuit imprimé (PCB) portant les composants électroniques (CE) du circuit électronique du capteur.14 - System according to claim 13, characterized in that it comprises a single single-circuit cable (CV) for connecting a generator of the control signals (SVPG) to the computer interface (I). 15 - System according to one of claims 1 to 14, characterized in that an elementary CCD device is long and is mounted and connected to an intermediate support means (SUPP) which in turn is connected to a printed circuit (PCB ) bearing the electronic components (CE) of the electronic circuit of the sensor.
16 - Système selon la revendication 15, caractérisé en ce ledit dispositif à transfert de charge (CCD) n'est pas une seule puce de semi¬ conducteur très longue mais qu'il est composé par une succession de puces plus courtes juxtaposées bout à bout avec haute précision sur un moyen de support (SUPP) pour réaliser l'équivalent fonctionnel d'une puce à la longueur demandée par l'utilisation du capteur sans casser la périodicité des pixels dans la ligne totale.16 - System according to claim 15, characterized in that said charge transfer device (CCD) is not a single very long semiconductor chip but that it is composed of a succession of shorter chips juxtaposed end to end with high precision on a support means (SUPP) to achieve the functional equivalent of a chip at the length requested by the use of the sensor without breaking the periodicity of the pixels in the total line.
17 - Système selon l'une des revendications 1 à17 - System according to one of claims 1 to
16, caractérisé en ce que chaque dispositif CCD élémentaire est associé à un bloc de fibres (FB) parallélépipèdique incliné pour réduire pratiquement à zéro l'écart entre deux rangées de bouts d'écran scintillateur (PH) correspondant à deux rangées adjacentes de dispositifs CCD élémentaires. 18 - Système selon l'une des revendications 1 à16, characterized in that each elementary CCD device is associated with an inclined parallelepiped fiber block (FB) to reduce practically to zero the difference between two rows of scintillator screen ends (PH) corresponding to two adjacent rows of CCD devices elementary. 18 - System according to one of claims 1 to
17, caractérisé en ce que chaque dispositif CCD élémentaire est monté et connecté sur un moyen de support (SUPP) qui à son tour est connecté à un circuit imprimé (PCB) portant des composants électroniques (CE) du circuit électronique de pilotage et numérisation du capteur.17, characterized in that each elementary CCD device is mounted and connected to a support means (SUPP) which in turn is connected to a printed circuit (PCB) carrying electronic components (CE) of the electronic control and digitization circuit of the sensor.
19 - Système selon l'une des revendications 1 à19 - System according to one of claims 1 to
18, caractérisé en ce que chaque dispositif CCD élémentaire est monté et connecté sur un support (DIP) individuel doté de broches de connexion qui à leur tour se connectent sur un circuit imprimé (PCB) portant les composants électroniques (CE) du circuit électronique de pilotage et de numérisation capteur.18, characterized in that each elementary CCD device is mounted and connected on an individual support (DIP) provided with connection pins which in turn are connected to a printed circuit (PCB) carrying the electronic components (CE) of the electronic control and digitization sensor circuit.
20 - Système selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les structures de type dispositif CCD élémentaire, bloc de fibres optiques20 - System according to one of claims 1 to 19, characterized in that the structures of elementary CCD device type, block of optical fibers
(FB) et bout d'écran scintillateur (PH) sont placées dans un boîtier rigide (B) , ledit boîtier(FB) and scintillator screen end (PH) are placed in a rigid case (B), said case
- est couvert par un capot frontal (CF) en matière peu absorbante de rayons X; le boîtier est rempli d'une couche en résine élastique (SIL) au niveau des puces CCD, permettant de les isoler du point de vue mécanique et sur laquelle se trouve une deuxième couche en résine rigide (RE) , au niveau des centres de gravité des blocs (FB) de fibres optiques encastrant ces blocs de fibres (FB) et les fixant par rapport au boîtier (B) ;- is covered by a front cover (CF) made of material that absorbs little X-rays; the case is filled with a layer of elastic resin (SIL) at the level of the CCD chips, making it possible to isolate them from the mechanical point of view and on which is a second layer of rigid resin (RE), at the level of the centers of gravity blocks (FB) of optical fibers encasing these blocks of fibers (FB) and fixing them relative to the housing (B);
- comprend- includes
- une plaque (Pb) en matière absorbante de rayons X, disposée parallèlement et proche des écrans scintillateurs (PH) et ayant une ou plusieurs ouvertures laissant libre l'accès de l'image en rayons X seulement à ces écrans et empêchant les autres rayons de progresser dans le capteur; - des connecteurs électriques (BNC1, BNC2) fixés sur le boîtier (B) ;- a plate (Pb) of X-ray absorbent material, arranged in parallel and close to the scintillator screens (PH) and having one or more openings allowing free access of the X-ray image only to these screens and preventing other rays to progress in the sensor; - electrical connectors (BNC1, BNC2) fixed to the housing (B);
- un circuit imprimé (PCB) portant les composants électroniques (CE) du circuit électronique de pilotage et de numérisation du capteur qui est fixé à l'extérieur du boîtier (B) du côté opposé au capot frontal (CF) un capot arrière (CA) couvrant le circuit imprimé (PCB) . 21 - Système selon la revendication 20, caractérisé en ce que sur le circuit imprimé (PCB) se trouvent montés plusieurs des circuits suivants: un convertisseur analogique-numérique (A/D) qui reçoit à son entrée un signal vidéo de sortie d'un seul dispositif à transfert de charge CCD utilisé dans le capteur (IS) ou, s'il y a plusieurs circuits élémentaires CCD, successivement les signaux vidéo de sortie de tous les circuits élémentaires CCD après avoir été multiplexes par un bloc multiplexeur (MUX) ;- a printed circuit (PCB) carrying the electronic components (CE) of the electronic control and digitization circuit of the sensor which is fixed on the outside of the housing (B) on the side opposite to the front cover (CF) a rear cover (CA ) covering the printed circuit (PCB). 21 - System according to claim 20, characterized in that on the printed circuit (PCB) are mounted several of the following circuits: an analog-digital converter (A / D) which receives at its input a video signal output from a only CCD charge transfer device used in the sensor (IS) or, if there are several CCD elementary circuits, successively the video output signals of all the CCD elementary circuits after having been multiplexed by a multiplexer block (MUX);
- des circuits pour appliquer les bons niveaux de tensions sur le ou les circuits élémentaires CCD;- circuits for applying the correct voltage levels to the elementary circuit (s) CCD;
- des circuits (POL) pour la polarisation des circuits élémentaires CCD; - un modem (RX/TX) pour la communication unidirectionnelle ou bi-directionnelle avec l'ordinateur (C) ;- circuits (POL) for the polarization of the elementary circuits CCD; - a modem (RX / TX) for one-way or two-way communication with the computer (C);
- un oscillateur haute fréquence (OSC) servant comme base de temps à tout le système; - un régulateur de tension d'alimentation (REG) ;- a high frequency oscillator (OSC) serving as a time base for the entire system; - a supply voltage regulator (REG);
- des circuits (CC, CF,LF) pour la séparation des porteuses des modems du courant d'alimentation;- circuits (CC, CF, LF) for the separation of the modems carriers from the supply current;
22 - Système selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que sur le circuit imprimé (PCB) , se trouvent montés des circuits électroniques comprenant un bloc de contrôle (SCANCTL) qui accomplit plusieurs des fonctions suivantes: a) recevoir de la part de l'ordinateur C les paramètres de configuration à travers le modem RX/TX; b) supporter plusieurs modes de numérisation d'image qui diffèrent par le facteur d'appairage des lignes et colonnes des circuits élémentaires CCD et un mode de test qui permet la génération d'une mire de test qui remplace l'image à numériser; c) recevoir, en mode de numérisation, de la part du générateur (SVPG) les impulsions de synchronisation (VSH) pour le déplacement vertical du (des) circuit élémentaire CCD) ; d) recevoir, en mode de numérisation, de la part du convertisseur A/D les données représentant les pixels de l'image numérisée; e) envoyer, en mode de numérisation, à travers le modem RX/TX les données représentant les pixels de l'image numérisée; f) envoyer, en mode de test, à travers le modem RX/TX les données représentant une mire de test; g) délivrer, en mode de numérisation, les signaux de commande vers le convertisseur A/D; h) délivrer, en mode de numérisation, les commandes de sélection vers le multiplexeur MUX; i) délivrer, en mode de numérisation, les impulsions de déplacement, à travers des drivers (DRV) , vers le ou les circuits élémentaires CCD, en conformité avec la configuration établie et synchrone aux impulsions reçues de la part du générateur (SVPG) ; j) envoyer, en mode de numérisation, des impulsions vers le bloc POL de circuits de polarisation du ou des22 - System according to one of claims 1 to 21, characterized in that on the printed circuit (PCB), there are mounted electronic circuits comprising a control block (SCANCTL) which performs several of the following functions: a) receiving from from computer C the configuration parameters through the RX / TX modem; b) support several image scanning modes which differ by the matching factor of the rows and columns of the elementary CCD circuits and a test mode which allows the generation of a test pattern which replaces the image to be digitized; c) receive, in digitization mode, from the generator (SVPG) the synchronization pulses (VSH) for the vertical displacement of the elementary circuit (s) CCD); d) receiving, in scanning mode, from the A / D converter the data representing the pixels of the scanned image; e) send, in scanning mode, through the RX / TX modem the data representing the pixels of the scanned image; f) send, in test mode, through the RX / TX modem the data representing a test pattern; g) deliver, in digitization mode, the control signals to the A / D converter; h) issue, in scanning mode, the selection commands to the MUX multiplexer; i) deliver, in scanning mode, the displacement pulses, through drivers (DRV), to the elementary circuit (s) CCD, in accordance with the established configuration and synchronous to the pulses received from the generator (SVPG); j) send, in scanning mode, pulses to the POL block of bias circuits of the
CCD- s. 23 - Système selon l'une des revendications 1 àCCD- s. 23 - System according to one of claims 1 to
22, caractérisé en ce que les dispositifs CCD élémentaires sont de type trame pleine.22, characterized in that the elementary CCD devices are of the solid frame type.
24 - Système selon l'une des revendications 1 à24 - System according to one of claims 1 to
22, caractérisé en ce que les dispositifs CCD élémentaires sont pilotés par un circuit électronique permettant le déplacement de 1 ' image en photo-électrons intégrée à une vitesse proportionnelle à la fréquence d'impulsions d'asservissement. 22, characterized in that the elementary CCD devices are controlled by an electronic circuit allowing the displacement of the integrated photoelectron image at a speed proportional to the frequency of servo pulses.
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