成像裝置、放射線成像裝置和放射線成像系統的制作方法

專利名稱：成像裝置、放射線成像裝置和放射線成像系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及成像裝置，放射線成像裝置和放射線成像系統。出于本說明的目的，術語“放射線”還包含電磁波，諸如X射線和γ射線、α射線、β射線。
背景技術：
近年來，已知的平板光電轉換裝置和放射線成像裝置包括區域傳感器陣列，在區域傳感器陣列中形成在絕緣襯底(諸如玻璃襯底)上的無定型硅或多晶硅膜被用作材料，并且由光電轉換元件和薄膜晶體管(TFT)構成的像素為二維陣列布置。在這些裝置中，通過以矩陣方式驅動TFT，將已經在光電轉換元件中經過光電轉換的電荷傳輸到讀取電路單元并且讀出。
現在描述根據相關技術的裝置。一種已知的平板區域傳感器包括傳感器陣列，在傳感器陣列中由形成在玻璃襯底上的無定型硅PIN光電二極管和TFT構成的像素為二維陣列布置。以矩陣方式驅動該區域傳感器。從電源給各個像素的PIN光電二極管的公共電極側施加偏壓。各個像素的柵極連接到公共柵線，并且公共柵線連接到由移位寄存器等構成的柵驅動電路單元。
在另一方面，各個TFT的源極連接到公共信號配線，公共信號配線連接到包括運算放大器、采樣保持電路、模擬復用器、緩沖區放大器等的讀取電路單元。
由A/D轉換器對從讀取電路單元輸出的模擬信號數字化，并且由以存儲器、處理器等構成的圖像處理單元進行處理。然后將處理后的信號輸出到顯示裝置(諸如監視器)或存儲在記錄裝置(諸如硬盤)內。
歐洲專利公開號0796000，美國專利號5184018和日本專利特開號2004-031658詳細描述了通過使用如上所述的讀取電路單元和柵驅動電路，以矩陣方式驅動區域傳感器陣列獲得圖像信號的平板光電轉換裝置和放射線照像裝置。
所有的專利文獻不僅描述了區域傳感器的基本操作，而且描述了這樣的配置，其中讀取電路單元包括連接到各個公共信號配線的第一級放大器、復用器等。在某些文獻中，讀取電路單元還包括多級放大器等。另外，這些文獻還公開了由晶體半導體構成的放大器的例子。

發明內容
用于醫療X射線成像系統等的放射線成像裝置與消費成像裝置相比一般需要功率消耗特性、噪聲特性、動態范圍特性等方面的更卓越性能。
尤其是，為了實現可以執行熒光鏡成像(運動圖像)和靜止成像兩者的醫療X射線成像系統，盡管功率消耗很低，X射線成像系統還得具有低的噪聲等級和足夠的動態范圍。然而，在已知技術的例子中，不一定滿足所有這些特性。
為了實現功率消耗的減少和噪聲等級的減少，例如，日本專利特開號2004-031658描述了一種配置，其中可以如下改變和控制讀取電路單元內的多級放大電路的各個電路區域中的供電電流。
即，為了減少噪聲等級，在熒光鏡成像(運動圖像)中，控制提供給多級放大電路的電流增加，而在靜止成像中，控制提供給多級放大電路的電流減小。根據日本專利特開號2004-031658中描述的配置，與在熒光鏡成像和靜止成像中都提供恒定電流的配置相比，可以減小整體的功率消耗。
然而，一般地，考慮成像所需的時間，即，讀取電路單元的激勵時間，由于存在關系“熒光鏡成像所需的時間＞＞靜止成像所需的時間”，在某些情況下效果是不夠的。
尤其是，當將上面的配置應用于主要執行熒光鏡成像的系統時，由于功率消耗產生的熱量是不可忽視的，這導致由于溫度增加引起的圖像質量下降或由于增加冷卻機構裝置帶來的大小增加的不利影響。
在除了日本專利特開號2004-031658之外的上述專利文獻中，未描述功率消耗特性本身的概念。另外，所有上述專利文檔都未描述連接到區域傳感器陣列的讀取電路單元所需的動態范圍特性的概念。
如上所述，上述文獻中沒有一個描述了用于改進功率消耗特性、噪聲特性和動態范圍特性的概念，并且未公開可以實現該改進的特定配置。
鑒于上述情況作出本發明，并且提供了一種成像裝置、一種放射線成像裝置和放射線成像系統，其中可以改進功率消耗特性、噪聲特性和動態范圍特性。
本發明的成像裝置包括傳感器陣列，其中多個像素在行方向和列方向上以陣列布置，每個像素包括光電轉換元件和開關元件；連接到在列方向上提供的多個開關元件的信號配線；以及連接到該信號配線的讀取電路單元，其中讀取電路單元包括包含第一放大電路的第一操作區域和包含連接到第一操作區域的第二放大電路的第二操作區域，并且第一和第二放大電路的每一個布置為被供以在一個范圍內的電，第一放大電路的供電電壓范圍的最大值大于第二放大電路的供電電壓范圍的最大值。
本發明的放射線成像裝置包括傳感器陣列，其中多個像素在行方向和列方向上以陣列布置，每個像素包括將放射線轉換為電信號的轉換元件以及開關元件；連接到在列方向上提供的多個開關元件的信號配線；以及連接到該信號配線的讀取電路單元，其中讀取電路單元包括包含第一放大電路的第一操作區域和包含連接到第一操作區域的第二放大電路的第二操作區域，并且第一和第二放大電路的每一個布置為被供以一個范圍內的電，第一放大電路的供電電壓范圍的最大值大于第二放大電路的供電電壓范圍的最大值。
根據本發明，在成像裝置或放射線成像裝置中，可以減小讀取電路單元的功率消耗，并且另外可以減小整個成像裝置或整個放射線成像裝置的功率消耗。另外，可以在減小由于功率消耗引起的熱產生的同時，以低的噪聲等級實現足夠的動態范圍。
參考附圖，從對示例實施例的下列描述中將明了本發明的其他特征。


圖1是根據本發明的第一實施例的放射線成像裝置的示意電路圖；圖2是根據本發明的第一實施例的放射線成像裝置中使用的讀取電路單元的示意電路圖；圖3是根據本發明的第一實施例的放射線成像裝置中使用的區域傳感器陣列的像素的截面圖；圖4A和4B是示出了根據本發明的第一實施例的放射線成像裝置的操作的圖；圖5是根據本發明的第二實施例的放射線成像裝置中使用的讀取電路單元的示意電路圖；圖6是根據本發明的第三實施例的放射線成像裝置中使用的讀取電路單元的示意電路圖；圖7是根據本發明的第四實施例的放射線成像裝置的示意電路圖；圖8是根據本發明的第五實施例的放射線成像裝置的示意電路圖；圖9是根據本發明的第五實施例的放射線成像裝置中使用的讀取電路單元的示意電路圖；圖10是根據本發明的第五實施例的放射線成像裝置中使用的區域傳感器陣列的像素的截面圖；圖11是根據本發明的第六實施例的放射線成像裝置的示意電路圖；
圖12是根據本發明的第八實施例的X射線成像系統的視圖；圖13A和13B是示出了將在本發明的放射線成像裝置中考慮的問題的圖；圖14A到14C中的每一個是示出了根據本發明的第一實施例的放射線成像裝置的讀取電路單元內使用的放大電路的圖；圖15是根據本發明的第七實施例的放射線成像裝置的示意電路圖；和圖16是示出了根據本發明的第七實施例的放射線成像裝置的操作的圖。
具體實施例方式
第一實施例現在將參考圖13A和13B描述由本發明人發現的讀取電路單元所需的動態范圍特性。圖13A示出了傳感器陣列的像素和連接到信號線的讀取電路單元的等效電路。在實際電路中多個像素被連接到每個信號配線，但是為了簡單起見在圖中被省略了。實際的讀取電路單元還包括多個放大器等，但是這些也被省略了。
在圖中，Von代表從柵驅動電路單元給TFT(開關元件)的柵極施加的導通狀態電壓，并且Voff代表從柵驅動電路單元給TFT的柵極施加的截止狀態電壓。在連接到信號線的運算放大器中，由Vref代表參考電壓，并且由Vdd/GND(地)代表電源電壓。運算放大器包括電容Cf，并且構成電荷讀取電路。圖中的Cgs代表TFT的柵-源寄生電容。
圖13B是一個時序圖，示出了當圖13A中所示的等效電路運行時各個部分的信號。首先，當RC信號變為高電平時，運算放大器的開關RC關閉，并且信號配線和放大器的輸出重置為Vref。在開關RC變為截止狀態之后，TFT返回導通狀態，并且存儲在光電轉換元件內的信號電荷被傳輸到讀取電路單元的電容Cf，并且被轉換為電壓。
此處，應當注意，當TFT返回導通狀態時，寄生電容將近似由下面等式表示的電荷Qc 臨時注入讀取電路單元。由寄生電容注入的電荷Qc＝Cgs×(Von-Voff)。
根據上面的等式，當第一級放大器的輸出電壓Vout允許TFT返回導通狀態時，臨時滿足下面的等式。
第一級放大器的輸出電壓Vout＝Vref-(Qc/Cf)由該等式代表的關系說明在連接到區域傳感器陣列的讀取電路單元中，為了減小功率消耗而不必要地減小電源電壓在將TFT返回導通狀態時可能引起放大電路的飽和，并且使得動態范圍特性退化。因此，必需謹慎選擇讀取電路單元的電源電壓。
現在將參考附圖詳細描述本發明的第一實施例。圖1是根據本發明的第一實施例的放射線成像裝置的示意圖。傳感器陣列101包括正-本征-負(PIN)光電二極管102和薄膜晶體管(TFT)103。各個TFT包括柵極、源極和漏極。柵驅動器(驅動電路單元)104給各個TFT103的柵線(驅動配線)提供電壓。每個讀取電路單元(讀取電路單元)105包括第一區域(第一操作區域)106和第二區域(第二操作區域)107，并且被連接到連接于TFT103的源的信號線(信號配線)108。每個第一區域106包括放大器201，并且給第一區域106提供電源電壓V1(5V)。給第二區域1107提供電源電壓V2(3.3V)。
傳感器陣列101包括由PIN光電二極管(光電轉換元件)102和TFT(開關元件)103構成的二維陣列像素，它們由無定形硅制成并且被以矩陣方式驅動。將偏壓施加到各個像素的PIN光電二極管102的公共電極側(圖中二極管的陰極側)。各個像素的TFT103的柵極共同連接到柵線(驅動配線)。柵線連接到由移位寄存器等構成的柵驅動器104。各個信號線108連接到在列方向布置為陣列的多個TFT103。
圖2是示出了圖1中所示的讀取電路單元105的特定配置的示意電路圖。圖4A和4B是示出了第一實施例的動態范圍特性的圖。讀取電路單元105由單片集成電路構成。第一區域106包括運算放大器201、采樣和保持電路(S/H)203、模擬復用器202、電荷存儲電容Cf和開關RC。第二區域107包括可編程增益放大器211、A/D轉換器212和邏輯單元213。給第一區域106內的運算放大器201和模擬復用器202提供電源電壓V1。給第二區域107內的可編程增益放大器211、A/D轉換器212和邏輯單元213提供電源電壓V2。
信號線108連接到在列方向上布置為陣列的多個TFT103的源極或漏極。第一區域106連接到信號線108。第二區域107連接到第一區域106的后級。第一區域106包括連接到信號線108的運算放大器(放大電路)201。第二區域107包括連接到第一區域106的后級的可編程增益放大器(放大電路)211。
電壓Von是從柵驅動器104施加到TFT103的柵極的導通狀態電壓。電壓Voff是從柵驅動器104施加到TFT103的柵極的截止狀態電壓。在連接到信號線108的運算放大器201內，由Vref代表參考電壓，并且由V1/GND(地)代表電源電壓。運算放大器201包括用于電荷存儲的積分電容器Cf，并且組成電荷讀取放大器。另外，圖中的電容Cgs代表TFT103的柵-源寄生電容。
各個TFT103的源極連接到公共信號線108，并且連接到由運算放大器201、采樣和保持電路203、模擬復用器202、可編程增益放大器211、A/D轉換器212等構成的讀取電路單元105。
模擬信號被A/D轉換器212數字化，并且由圖像處理單元(未示出)處理，圖像處理單元由存儲器、處理器等構成。然后，處理后的信號輸出到顯示裝置(諸如監視器)，或存儲在記錄裝置(諸如硬盤(未示出))內。
包括目標信息(subject information)的光從輻射單元入射到區域傳感器陣列101上。光電二極管102通過光電轉換將光轉換為電信號。另外，提供在運算放大器201內的重置開關RC通過重置信號返回導通狀態，以便重置運算放大器201的積分電容Cf和各個公共信號線108。隨后，給第一線的公共柵線施加傳遞脈沖，并且連接到第一線的公共柵線的TFT103返回導通狀態。因此，通過公共信號線108將光電二極管102內產生的信號電荷傳遞到讀取電路單元105。在連接到各個信號線108的運算放大器201內將傳遞的電荷轉換為電壓。
隨后，給采樣和保持電路203施加采樣和保持信號，并且對從運算放大器201輸出的電壓采樣。然后，將采樣的電壓保持在采樣和保持電路203的電容內。在模擬復用器202內對該電壓進行串行轉換，并且通過可編程增益放大器211作為模擬信號輸入A/D轉換器212。根據A/D轉換器212的分辨率將輸入A/D轉換器212的模擬信號轉換為數字信號，并且作為數字信號輸入圖像處理單元。
隨后，由開關RC再次重置運算放大器201的積分電容器Cf和各個公共信號線108，并且然后給第二線的公共柵線施加傳遞脈沖。因此，通過TFT103讀出第二線的光電二極管102內的電荷。在第三線和后續線的柵線內重復類似操作，從而讀出整個傳感器陣列的電荷，即，圖像輸出數據。
圖3是第一實施例的傳感器陣列101的像素的截面圖。在玻璃襯底301上提供光電二極管310、TFT311和配線部分312。光電二極管310包括上部電極層306、n-層307、半導體層309、p-層308、下部電極層305。TFT311包括柵極302、漏極303和源極304。保護層313覆蓋光電二極管310、TFT311和配線部分312。在保護層313上提供粘合劑層314。在粘合劑層314上提供熒光體層315。X射線316從熒光體層315的上部入射。熒光體層315不一定提供在粘合劑層314上，并且可以通過汽相沉積等直接形成在保護層313上。可以使用釓基材料(諸如Gd2O2S:Tb或Gd2O3:Tb)或堿性鹵化物(諸如碘化銫(CsI))作為主要材料形成熒光體層315。
各個像素的PIN光電二極管310具有這樣的結構，其中下部電極層305、無定形硅P-層308、無定形硅半導體層309、無定形硅n-層307和上部電極層306堆疊在玻璃襯底301上。TFT311具有這樣的結構，其中堆疊有柵極層(下部電極)302、絕緣層(無定形硅氮化物膜)、無定形硅半導體層、無定形硅n-層、源極層(上部電極)304和漏極層(上部電極)303。沉積在玻璃襯底301上的光電二極管310、TFT311和配線部分312上提供有保護層313，從而覆蓋其整個表面。保護層313由，例如，對于將要檢測的放射線(X射線)316具有高透射率的無定形硅氮化物膜構成。熒光體層315將X射線316轉換為光。光電二極管310將光轉換為電信號(電荷)。熒光體層315和光電二極管310形成用于將X射線(放射線)316轉換為電信號的轉換元件。
圖14A是示出了該實施例的放射線成像裝置的讀取電路單元中使用的放大器的示意圖。圖14B和14C示出了包括圖14A的示意圖中所示的放大器的特定電路配置。圖14B示出了一個例子，其中望遠鏡式(telescopic)放大器配置為與MOS晶體管組合在一起。圖14C示出了折疊式共源共柵放大器的例子。上述兩種放大器中的任一種可用于上述讀取電路單元內的具有電源電壓V1和V2的任一區域內。根據電源電壓、所需特性(增益和動態范圍)等選擇圖14B中所示的放大器或圖14C中所示的放大器。讀取電路單元中可以使用不同類型的放大器。另外，可以選擇除了圖14B和14C中所示之外的放大器。
現在參考圖1描述該實施例的放射線成像裝置的配置。讀取電路單元105至少包括運行于電源電壓V1(此處為+5V)/GND的第一區域106和運行于電源電壓V2(此處為+3.3V)/GND的第二區域107，并且滿足關系V1＞V2。在第一區域106中提供放大器201，從而相應于區域傳感器陣列101的各個信號線108。
在對該圖的描述中，提供了多個讀取電路單元105(此處為兩個讀取電路單元105)，但是這不是必需的。讀取電路單元105的數目可以是單個或多個。在該描述中，電源電壓V1和V2中的每一個是單個5V或3.3V電源，但是電源電壓可以是正和負電壓。電源范圍滿足關系V1(例如，±5V)＞V2(例如，±3.3V)。第一區域106的電源電壓范圍V1的最大值大于第二區域107的電源電壓范圍V2的最大值。即，運算放大器201的電源電壓范圍V1的最大值大于可編程增益放大器211的電源電壓范圍V2的最大值。
圖2示出了在第一實施例的放射線成像裝置中使用的讀取電路單元105的特定配置，并且詳細示出了第一區域106和第二區域107。在該圖中，第一級放大器201的一個輸入端連接到傳感器陣列101的信號線108，在以電源電壓V1(此處為5V)驅動的第一區域106內提供第一級放大器201、采樣和保持電路203、模擬復用器202等。在以電源電壓V2(此處為3.3V)驅動的第二區域107內提供接收來自模擬復用器202的輸出的可編程增益放大器211、A/D轉換器212和例如處理高速時鐘的邏輯單元213等。
在該實施例中，包括第一區域106和第二區域107的讀取電路單元105的特征在于讀取電路單元105是單片地形成在結晶硅襯底上的集成電路，并且A/D轉換器212提供在第二區域107內，以便執行數字輸出。
如圖中所示，通過提供以電源電壓V1驅動的第一區域106和以電源電壓V2驅動的第二區域107，與以電源電壓V1驅動讀取電路單元105的整個部分的情況相比，可以顯著降低功率消耗。
另外，當滿足關系V1＞V2時，可以增加連接到信號線108的第一級放大器201的增益。因此，可以配置在噪聲特性方面有利的讀取電路單元105。另外，包括直接連接到可編程增益放大器211的A/D轉換器212的配置在噪聲特性方面也是有利的。
另外，關系V1＞V2可以防止當TFT返回導通狀態時由向第一級放大器的電荷注入引起的飽和，從而實現令人滿意的動態范圍特性。
在圖中，連接到信號線108的第一級放大器201、采樣和保持電路203、模擬復用器202提供在第一區域106內，模擬復用器202之后的可編程增益放大器211和A/D轉換器212提供在第二區域107內。這是在功率消耗方面有利的配置的例子，但是第一區域106和第二區域107間的邊界不限于該例子。另外，如圖2中所示，在第二區域107內形成高速邏輯單元213(諸如時鐘)在功率消耗方面也是有利的。
為了簡單起見，在圖2中以相應于兩個信號線108(2通道)的電路進行了描述。然而，可以單片地形成相應于64到256個信號線(即，64到256通道)的電路。
在另一方面，不必單片地形成第一區域106和第二區域107。第一區域106和第二區域107可以形成在分開的硅襯底上，并且然后可以混合方式形成集成電路。當以混合方式在單個封裝內形成集成電路時，與在分開芯片上形成這些區域的情況相比可以縮短配線。該配置在外部噪聲和可靠性方面是有利的。
傳感器陣列101的光電轉換元件102不限于無定形硅PIN光電二極管。光電轉換元件102可以主要由多晶硅或有機材料形成。由光電轉換元件102和熒光體層315構成的轉換元件可以是直接類型的轉換元件，其直接轉換諸如X射線的放射線為電荷，并且由，例如，無定形硒、砷化鎵、磷化鎵、碘化鉛、碘化汞、CdTe或CdZnTe制成。
TFT103的材料不限于形成在絕緣襯底上的無定形硅膜。TFT(開關元件)103可以主要由多晶硅或有機材料構成。
現在將參考圖4A和4B描述一個實施例。如圖4B中所示，由開關RC的導通狀態信號將信號線108和放大器201的輸出重置為電壓Vref。隨后，當TFT103返回導通狀態時，由寄生電容Cgs注入如下的電荷Qc，并且以下面的等式臨時表示第一級放大器201的輸出電壓Vout。
Qc＝Cgs×(Von-Voff)Vout＝Vref-(Qc/Cf)即，ΔV＝Qc/Cf＝Cgs×(Von-Voff)/Cf相應于寄生電容對輸出的影響。假設連接到信號線108的第一級放大器201的動態范圍近似為電壓V1(此處為5V)。在該情況下，為了讀取電路單元105從光電轉換元件102讀出電荷，在第一區域106的電源電壓V1和ΔV之間滿足下面的關系V1＞ΔV＝Cgs×(Von-Voff)/Cf另外，為了獲得足夠的動態范圍以便產生滿意的圖像，滿足下面的關系V1/2≥ΔV＝Cgs×(Von-Voff)/Cf
第二實施例圖5是根據本發明的第二實施例的放射線成像裝置的示意電路圖。該實施例的基本配置與圖1中所示相同。僅僅是讀取電路單元105的內部配置與參考圖2描述的第一實施例不同。
該實施例和第一實施例間一個顯著的不同是以相應于信號線108的數目的數目提供可編程增益放大器211和A/D轉換器212，并且以數字復用器501對經A/D轉換后的數字數據進行轉換以便輸出該數據。取代圖2中所示的模擬復用器202提供數字復用器501。數字復用器501將從兩個A/D轉換器212輸出的信號轉換為串行信號，并且輸出該信號。在第二區域07內給數字復用器501提供電源電壓V2。
在該實施例中，單片地形成第一區域106和第二區域107。由連接到信號線108的運算放大器201構成的電荷讀取放大器和采樣和保持電路203提供在以電源電壓V1(此處為5V)驅動的第一區域106內。可編程增益放大器211、A/D轉換器212和數字復用器501提供在以電源電壓V2(此處為3.3V)驅動的第二區域107內。
該實施例中的A/D轉換器212的數目大于第一實施例中的數目，并且因此電路更復雜。然而，由于該實施例的電路可以降低A/D轉換的速度，該電路的配置在噪聲特性方面更有利。
第三實施例圖6是根據本發明的第三實施例的放射線成像裝置的示意電路圖。該實施例的基本操作與圖1中所示相同。僅僅是讀取電路單元105的內部配置與參考圖2描述的第一實施例和參考圖5描述的第二實施例不同。
該實施例與第一和第二實施例間的一個顯著不同是單片地形成的讀取電路單元105不包括A/D轉換器212，并且具有模擬輸出的配置。
第二區域107包括可編程增益放大器211、模擬復用器601和被提供以電源電壓V2的輸出放大器602。模擬復用器601將從可編程增益放大器211輸出的信號轉換為串行信號，并且將該信號輸出到輸出放大器602。輸出放大器602放大從模擬復用器601輸出的信號，以便輸出該信號。
第四實施例圖7是根據本發明的第四實施例的放射線成像裝置的示意電路圖。該實施例的基本配置與圖1中所示第一實施例的基本配置類似，但是在如下方面不同。
該實施例的配置中顯著的一點是除了圖1中所示的第一實施例的配置之外，放射線成像裝置還包括控制單元701，并且控制單元701可以執行控制，以便改變電源電壓V1和/或V2。然而，在該實施例中保持有下面的關系。
·以電源電壓V1驅動的第一區域106連接到傳感器陣列101的各個信號線108。
·滿足關系V1＞V2。
基于來自例如定時器、溫度傳感器、X射線監視器或讀取電路單元105的輸出監視器(未示出)的信號，控制單元701可以改變電源電壓V1和V2中的至少一個。例如，當X射線劑量小，或當由溫度傳感器檢測的放射線成像裝置的溫度提升大時，控制單元701控制電源電壓V1降低。
第五實施例圖8、9和10是根據本發明的第五實施例的放射線成像裝置的圖和視圖。圖8是示意電路圖，圖9是示出了讀取電路單元105的細節的示意電路圖，并且圖10是第五實施例中使用的區域傳感器陣列101的像素的截面圖。
該實施例的基本操作與第一實施例的圖1、2和3中所示類似，但是該實施例在如下方面與第一實施例不同。
更具體地，應當注意，在該實施例中，區域傳感器陣列101的光電轉換元件是由無定形硅形成的金屬-絕緣體-半導體(MIS)光電轉換元件801。另外，如圖9中所示，應當注意，在運算放大器201的輸入端中的未連接到信號線108的輸入端的電勢可以被改變為VA或VB。
如圖9中所示，當驅動包括MIS光電轉換元件801的區域傳感器陣列101時，可以執行刷新驅動，其中將運算放大器201的未連接到信號線108的輸入端的輸入電勢改變為電壓VA或VB。
在該情況下，電源電壓V1、電壓VA和電壓VB滿足關系V1≥VA＞VB，并且希望電壓VA和電壓VB間較大的電勢差。從該視角來看，將提供給第一區域106的電源電壓V1設置為高于提供給第二區域107的電源電壓V2。
現在參考圖10的截面圖詳細描述第五實施例的放射線成像裝置內使用的區域傳感器陣列101。MIS傳感器1001具有分層結構，其中下面電極(金屬)層1002、絕緣層1003(諸如無定形硅氮化物膜)、無定形硅半導體層1004、無定形硅n+-層1005、上部電極(金屬)層1006和保護層313(諸如無定形硅氮化物膜)以此順序堆疊在玻璃襯底301上。
由于該實施例描述X射線成像裝置的例子，在保護層313上提供熒光體層315，它們之間是粘合劑層314。熒光體層315由釓基材料、碘化銫等制成。熒光體層315不一定被提供在粘合劑層314上，并且可以通過汽相沉積等直接形成在保護層313上。
第六實施例圖11是根據本發明的第六實施例的放射線成像裝置的示意電路圖。在該實施例中，區域傳感器陣列101的像素包括PIN光電二極管1101、重置TFT1104、源跟隨器TFT1102和傳遞TFT1103。重置TFT1104重置PIN光電二極管1101和源跟隨器TFT1102的柵以便初始化圖像。連接到各個像素的傳遞TFT1103的源極的信號線108連接到以電源電壓V1驅動的讀取電路單元105的第一區域106。如同上述其他實施例，讀取電路單元105還包括以電源電壓V2驅動的第二區域107，并且滿足關系V1＞V2。
偏壓源1108連接到光電二極管1101的陰極。柵驅動器104a給重置TFT1104的柵提供電壓。重置TFT1104連接到重置電源電壓1105。源跟隨器TFT1102連接到源跟隨器電源電壓1106。柵驅動器104b給傳遞TFT1103的柵提供電壓。信號線108連接到恒流源1107。
當按照柵驅動器104a的控制，重置TFT1104返回導通狀態時，重置光電二極管1101的電荷。光電二極管1101通過光電轉換產生電荷，并且存儲該電荷。源跟隨器TFT1102輸出相應于存儲在光電二極管1101內的電荷量的電壓。響應柵驅動器104b的控制，傳遞TFT1103返回導通狀態，并且將從源跟隨器TFT1102輸出的電壓傳遞到信號線108。
該實施例的配置在這樣的方面是有利的，即，在像素中具有源跟隨器TFT1102的區域傳感器陣列101具有大量輸出電荷。
第七實施例圖15是根據本發明的第七實施例的放射線成像裝置的示意電路圖。在圖15中，將相同的參考號分配給與上述實施例中描述的組件相同的組件，并且省略對這些組件的詳細描述。
該實施例與圖8中所示的第五實施例類似，但是在下列方面與第五實施例不同。
在第五實施例中，各個像素包括MIS光電轉換元件801和傳遞TFT103。在本實施例中，各個像素還包括刷新TFT1503。刷新TFT1503刷新MIS光電轉換元件，并且初始化圖像。如第五實施例，將共同連接到傳遞TFT103的柵線(第一驅動配線)VgT(n)連接到柵驅動器(第一驅動電路)104。在本實施例中，將共同連接到刷新TFT1503的柵線(第二驅動配線)VgR(n)進一步連接到柵驅動器(第二驅動電路)1504。
圖16是示出了本實施例的操作的時序圖。如圖16中所示，在本實施例中，這樣提供驅動信號，使得將導通狀態電壓同時施加到預定行內的柵線VgR(n)和下一行內的柵線VgT(n+1)。然而，本發明不限于此。可以這樣提供驅動信號，使得在不同的定時將導通狀態電壓施加到預定行內的柵線VgR(n)和下一行內的柵線VgT(n+1)。
在本實施例中，需要注意下列內容。與第五實施例相比，寄生電容CA出現在用于刷新的柵線VgR和信號線108的交叉點處，并且當刷新TFT1503返回導通狀態時，由寄生電容CA進一步注入電荷。因此，在本實施例中對關系V1＞V2的滿足提供了更明顯的效果。
此處，分別由Von1和Voff1代表傳遞TFT103的導通狀態電壓和截止狀態電壓。分別由Von2和Voff2代表刷新TFT1503的導通狀態電壓和截止狀態電壓。當在不同的定時將導通狀態電壓施加到預定行內的柵線VgR(n)和下一行內的柵線VgT(n+1)時，設置V1使得滿足下面的關系V1＞ΔV1＝Cgs×(Von1-Voff1)/Cf和V1＞ΔV2＝CA×(Von2-Voff2)/Cf另外，為了獲得足夠的動態范圍以便產生滿意的圖像，滿足下面的關系V1/2≥ΔV1＝Cgs×(Von1-Voff1)/Cf和V1/2≥ΔV2＝CA×(Von2-Voff2)/Cf當將導通狀態電壓同時施加到預定行內的柵線VgR(n)和下一行內的柵線VgT(n+1)時，設置V1使得滿足下列關系V1＞ΔV1+ΔV2＝(Cgs×(Von1-Voff1)/Cf)+(CA×(Von2-Voff2)/Cf)另外，為了獲得足夠的動態范圍以便產生滿意的圖像，滿足下面的關系。
V1/2≥ΔV＝(Cgs×(Von1-Voff1)/Cf)+(CA×(Von2-Voff2)/Cf)本實施例描述了使用MIS光電轉換元件的例子，但是本發明不限于此。可替換地，可以使用PIN光電二極管。在該情況下，TFT1503操作從而重置PIN光電二極管以便初始化圖像。
第八實施例圖12是根據本發明的第八實施例的X射線成像裝置的系統圖。在該實施例中，將第一到第七實施例中任意一個的放射線成像裝置應用于X射線成像系統。該X射線成像系統的特征在于由區域傳感器陣列101、柵驅動器104或柵驅動器104a和104b、讀取電路單元105等構成的平板放射線成像裝置被提供在圖像傳感器6040內。圖像處理器6070控制X射線管(放射線源)6050、圖像傳感器6040、顯示裝置6080和通信設備6090。
在X射線室內，X射線管(放射線源)6050產生X射線(放射線)6060，并且以X射線(放射線)6060通過目標6062照射圖像傳感器6040。圖像傳感器6040產生目標6062的圖像信息。
在控制室內，圖像處理器6070可以在顯示裝置6080上顯示該圖像信息，或通過通信設備6090將圖像信息傳遞到膠片處理器6100。
在醫生室內，膠片處理器6100可以在顯示器6081上顯示該圖像信息，或以激光打印機在膠片6110上打印該圖像信息。
第一到第七實施例中任意一個的放射線成像裝置的應用可以實現一種具有低功率消耗和優良的噪聲特性和動態范圍特性的醫療X射線成像系統。
另外，由于低的功率消耗和低產熱量，可以實現一種抑止了由于熱量引起的圖像質量下降的X射線成像系統，它不需要大規模的散熱機制，具有高的可靠性，廉價并且具有極佳的圖像質量。可以減少功率消耗。另外，可以實現一種適合于在例如具有足夠的動態范圍、低的噪聲等級和抑止了由于功率消耗引起的熱量產生的醫療放射線照像X射線成像系統中使用的放射線成像裝置。
雖然參考示例實施例描述了本發明，應當理解本發明不限于所公開的示例實施例。下面的權利要求的范圍與最寬的解釋一致，從而包括所有修改、等同結構和功能。
權利要求
1.一種成像裝置，包括傳感器陣列，其中多個像素在行方向和列方向上以陣列布置，所述像素中的每一個包括光電轉換元件和開關元件；連接到在列方向上提供的多個所述開關元件的信號配線；以及連接到所述信號配線的讀取電路單元，其中所述讀取電路單元包括包含第一放大電路的第一操作區域和包含連接到第一操作區域的第二放大電路的第二操作區域，并且第一和第二放大電路的每一個布置為被供以在一個范圍的供電，第一放大電路的供電電壓范圍的最大值大于第二放大電路的供電電壓范圍的最大值。
2.如權利要求1的成像裝置，其中第一放大電路連接到所述信號配線，并且具有電荷存儲電容Cf；所述開關元件包括柵極、源極和漏極；所述信號配線連接到布置在列方向上的多個所述開關元件的源極或漏極；并且當以Cgs表示所述開關元件的柵和源之間的寄生電容，以Von表示所述開關元件的導通狀態電壓，并且以Voff表示所述開關元件的截止狀態電壓時，第一操作區域的供電電壓V1滿足下面的關系V1＞Cgs×(Von-Voff)/Cf。
3.如權利要求1的成像裝置，其中第一操作區域和第二操作區域是提供在單個硅襯底上的集成電路。
4.如權利要求1的成像裝置，其中第一操作區域和第二操作區域是提供在分開的硅襯底上的集成電路。
5.如權利要求1的成像裝置，其中第一操作區域包括運算放大器作為第一放大電路，該運算放大器的輸入端連接到所述信號配線。
6.如權利要求5的成像裝置，其中所述運算放大器構成電荷讀取放大器，該電荷讀取放大器與積分電容器連接。
7.如權利要求5的成像裝置，其中第二操作區域至少包括與第一操作區域內的所述運算放大器不同的用作第二放大電路的放大器。
8.如權利要求1的成像裝置，其中第二操作區域包括至少一個A/D轉換器。
9.如權利要求8的成像裝置，其中以相應于所述信號配線的數目的數目提供所述A/D轉換器。
10.如權利要求1的成像裝置，還包括控制單元，該控制單元可以至少改變第一操作區域的供電電壓和/或第二操作區域的供電電壓。
11.如權利要求2的成像裝置，其中第一操作區域的供電電壓V1滿足下面的關系V1/2≥Cgs×(Von-Voff)/Cf。
12.一種放射線成像裝置，包括傳感器陣列，其中多個像素在行方向和列方向上以陣列布置，所述像素中的每一個包括將放射線轉換為電信號的轉換元件以及開關元件；連接到在列方向上提供的多個開關元件的信號配線；以及連接到所述信號配線的讀取電路單元，其中所述讀取電路單元包括包含第一放大電路的第一操作區域和包含連接到第一操作區域的第二放大電路的第二操作區域，并且第一和第二放大電路的每一個布置為被供以在一個范圍內的電，第一放大電路的供電電壓范圍的最大值大于第二放大電路的供電電壓范圍的最大值。
13.一種放射線成像系統，包括如權利要求12的放射線成像裝置；和產生放射線的放射源。
全文摘要
一種成像裝置，包括傳感器陣列，其中多個像素在行方向和列方向上以陣列布置，所述像素中的每一個包括光電轉換元件和開關元件；連接到在列方向上提供的多個開關元件的信號配線；以及連接到所述信號配線的讀取電路單元，其中讀取電路單元包括包含第一放大電路的第一操作區域和包含連接到第一操作區域的第二放大電路的第二操作區域，并且第一和第二放大電路的每一個布置為被供以一個范圍內的電，第一放大電路的供電電壓范圍的最大值大于第二放大電路的供電電壓范圍的最大值。
文檔編號H05G1/00GK101057783SQ200710101269
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月20日 優先權日2006年4月21日
發明者龜島登志男, 遠藤忠夫, 八木朋之, 竹中克郎, 橫山啟吾 申請人:佳能株式會社