專利名稱：成像設(shè)備和射線成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種成像設(shè)備， 一種射線成像設(shè)備和一種射線成像系 統(tǒng)。本說明書中，輻射包括諸如X射線和Y射線、a射線以及p射線 的電磁波。
背景技術(shù)：
近來，平板型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和射線成像設(shè)備為人們所熟悉。它們 由形成為玻璃等絕緣襯底上的膜的非晶硅和多晶硅制成，并通過二維 地排列像素構(gòu)成，其中像素由區(qū)域傳感器陣列中的光電轉(zhuǎn)換元件和 TFT構(gòu)成。這些設(shè)備一般基于電荷將一個信號傳輸?shù)阶x出電路，并通 過使用TFT對由光電轉(zhuǎn)換元件進行光電轉(zhuǎn)換所得到的電荷執(zhí)行矩陣 驅(qū)動將其讀出。
常規(guī)的平板型區(qū)域傳感器具有通過二維排列像素得到的傳感器 陣列，并且是矩陣驅(qū)動的，其中像素由非晶硅的PIN型光電二極管和 在玻璃村底上形成的薄膜晶體管(TFT)構(gòu)成。偏置電壓從一個電源 通過該區(qū)域傳感器的偏置布線施加在每個像素的PIN型光電二極管的 公共電極上。每個像素的TFT的柵極按行方向共同連接到驅(qū)動布線 上，并且每個驅(qū)動布線被連接到由移位寄存器等構(gòu)成的驅(qū)動電路上。
另一方面，每個TFT的源極按列方向被共同連接到信號布線上， 并且連接到讀出電路上，其中該讀出電路通過運算放大器、釆樣保持 電路、模擬復(fù)用器、緩沖放大器等配置。在讀出電路中，從一個公共的電源向運算放大器的一個輸入端提供參考電勢，其中運算放大器是 與每個信號布線對應(yīng)提供的。
從讀出電路輸出的模擬信號由AD轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，由存儲器、處 理器等配置的圖像處理單元處理，并輸出到諸如顯示器的顯示器件上 或存儲到諸如硬盤的存儲器件上。
美國專利申請公開2001-012070號，日本專利特許公開 2001-340324號和美國專利6952015中描述了有關(guān)平板型光電轉(zhuǎn)換設(shè) 備利用讀出電路和對區(qū)域傳感器陣列進行矩陣驅(qū)動的驅(qū)動電路以獲得 圖像信號或有關(guān)輻射設(shè)備的詳細(xì)信息。
除了區(qū)域傳感器的基本結(jié)構(gòu)和操作以外，每個文獻(xiàn)還描述了在初 級處具有放大器的讀出電路的構(gòu)成，其中該初級處的運算放大器是與 每個公共的信號布線對應(yīng)提供的。 一些文獻(xiàn)公開了減少或修改結(jié)構(gòu)性 誤差的配置，其中結(jié)構(gòu)性誤差即偽影，諸如線噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
在用于醫(yī)療射線攝影系統(tǒng)等的射線成像設(shè)備中，系統(tǒng)的噪聲特性 能夠影響對象的輻射受照劑量。因此,它需要比消費產(chǎn)品更嚴(yán)格的噪 聲性能。
在這種醫(yī)療系統(tǒng)中，相對于用于靜態(tài)圖像射線攝影的裝置而言， 需要更低的噪聲系統(tǒng)以實現(xiàn)能夠執(zhí)行熒光鏡射線攝影(=移動圖像射 線攝影)的成像系統(tǒng)，而常規(guī)技術(shù)還不能滿足這種需求。
特別地，在各種噪聲中，線噪聲是由矩陣驅(qū)動產(chǎn)生的，在矩陣驅(qū) 動中，區(qū)域傳感器和讀出電路的配置、復(fù)位操作和采樣保持操作是通 過驅(qū)動布線共同執(zhí)行的，其中驅(qū)動布線按行方向被連接到多個開關(guān)元 件。由于線噪聲是一種結(jié)構(gòu)性誤差，即一種偽影，因此考慮到人的可 見度，它變得比隨機噪聲更加明顯，降低圖像質(zhì)量，或降低診斷能力。
上述的常規(guī)技術(shù)沒有包括對一種射線成像設(shè)備的配置的實用的 描述，這種設(shè)備能夠?qū)崟r地減少在空間低頻率具有低強度的線噪聲偽 影，而不需要以有效像素作為代價。本發(fā)明目的在于提供一種成像設(shè)備， 一種射線成像設(shè)備和一種射
線成像系統(tǒng)，其能夠獲取適合于醫(yī)療x射線熒光鏡射線攝影系統(tǒng)等的
好的射線攝影圖像，并且在抑制線噪聲偽影的狀態(tài)下具有足夠的射線 攝影面積和顯示的立即性。
根據(jù)本發(fā)明的成像設(shè)備包括在行和列方向上排列的多個像素， 其具有光電轉(zhuǎn)換元件和開關(guān)元件；連接到列方向上的多個開關(guān)元件的 多條信號布線；連接到該多條信號布線的讀出電路；以及用于向光電 轉(zhuǎn)換元件提供電壓的電源。通過這種配置，該多個像素被分類為多個 組，并且向該多個組中的每一組獨立提供電源。
根據(jù)本發(fā)明的射線成像設(shè)備包括在行和列方向上排列的多個像 素，其具有轉(zhuǎn)換元件和開關(guān)元件，其中轉(zhuǎn)換元件用于將輻射轉(zhuǎn)換成電 荷，開關(guān)元件用于基于該電荷傳輸信號；連接到列方向上的多個開關(guān) 元件的多條信號布線；連接到該多條信號布線的讀出電路；以及用于 向轉(zhuǎn)換元件提供電壓的電源。通過這種配置，這些像素被分類為多個 組，并且向該多個組中的每一組獨立提供電源。
根據(jù)本發(fā)明，能夠獲取令人滿意的射線攝影圖像，線噪聲產(chǎn)生的 偽影被抑制。而且，由于電源波動(電源噪聲)產(chǎn)生的線噪聲偽影也 能夠通過簡單的配置而降低，而不需要利用復(fù)雜的操作。
通過下文中參考附圖對示范性實施方式的描述，本發(fā)明的其它特 征將變得顯而易見。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的第一種實施方式的射線成像設(shè)備的電路的示意圖。
圖2是用于根據(jù)本發(fā)明的第一種實施方式的射線成像設(shè)備的電源 的示意圖。
圖3是圖示本發(fā)明的第一種實施方式的效果的說明圖。 圖4是區(qū)域傳感器陣列的像素的剖視圖，其中該區(qū)域傳感器陣列 用在根據(jù)本發(fā)明的第一種實施方式的射線成像設(shè)備中。圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二種實施方式的射線成像設(shè)備的電路的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三種實施方式的射線成像設(shè)備的電路的示意圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的第四種實施方式的射線成像設(shè)備的電路的示意圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的第四種實施方式的射線成像設(shè)備的時序圖。 圖9是根據(jù)本發(fā)明的第五種實施方式的射線成像設(shè)備的電路的示意圖。
圖10是區(qū)域傳感器陣列的像素的剖視圖，其中該區(qū)域傳感器陣 列用在根據(jù)本發(fā)明的第五種實施方式的射線成像設(shè)備中。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的第六種實施方式的射線成像設(shè)備的電路的 示意圖。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的第七種實施方式的射線攝影系統(tǒng)。
圖13A和13B是用于描述射線成像設(shè)備的問題的說明圖。
圖14A是用于描述根據(jù)本發(fā)明的射線成像設(shè)備(線噪聲源為
Vref)的問題的說明圖。
圖14B是用于描述根據(jù)本發(fā)明的射線成像設(shè)備(線噪聲源為Vs)
的問題的說明圖。
圖15是用于描述根據(jù)本發(fā)明的射線成像設(shè)備的問題的電路的示意圖。
圖16是用于描述根據(jù)本發(fā)明的射線成像設(shè)備的問題的時序圖。
具體實施例方式
(本發(fā)明的第一種實施方式)
圖13示出了在射線攝影過程中讀取對象的同時發(fā)生的線噪聲的 圖像的例子。圖13A示出了在顯示器上獲取的圖像。圖13B示出了圖 13A的圖像中I和II之間的列分布。橫坐標(biāo)表示圖像的列，縱坐標(biāo)表 示傳感器的輸出數(shù)值，換言之，圖像的密度。圖13中，圖像具有相對較高強度和空間頻率的線噪聲，從而相當(dāng)嚴(yán)重地降低了圖像質(zhì)量。圖
像質(zhì)量的降低可能發(fā)生在較低的強度和空間頻率的線噪聲的情況下。
本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)以經(jīng)驗證明了當(dāng)下式(1)成立時，結(jié)構(gòu)性 線噪聲可導(dǎo)致圖像質(zhì)量的視覺上的下降。
spixel/10 < sline .,, (1)
其中spixel表示在黑暗狀態(tài)下區(qū)域傳感器陣列的每個輸出像素的 標(biāo)準(zhǔn)偏差，即隨機噪聲，sline表示關(guān)于每一柵極線的輸出像素的平均 值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即線噪聲。從而，與像素的隨機噪聲相比，很低強度 的線噪聲可成為結(jié)構(gòu)性偽影并降低圖像質(zhì)量。
發(fā)明人還定量地證明了下面的由區(qū)域傳感器陣列、讀出電路和驅(qū) 動電路提供的電源波動(電源噪聲)的量與線噪聲的量之間的關(guān)系， 如圖14A、 14B、 15和16所示。
圖14A是一幅說明圖，示出了當(dāng)提供給讀出電路的參考電勢中含 有波動，即噪聲時的線噪聲的量。如圖14A所示，當(dāng)電勢Vref具有 波動Vnl(Vrms)，區(qū)域傳感器陣列的信號布線的寄生電容為C[F時， 按照下式(2)的波動可視為與運算放大器的噪聲增益一致的輸出。
Vnl (V簡)x (Cf + C) / Cf... (2)
如圖15和圖16所示，在常規(guī)技術(shù)中，由于電勢Vref被共用地 提供給讀出電路，復(fù)位開關(guān)RC和采樣保持電路SH共同對區(qū)域傳感 器陣列的每個柵極線進行操作，因此式(2)計算得到的量被認(rèn)為是線 噪聲。
圖14B是一幅說明圖，示出了當(dāng)區(qū)域傳感器陣列的每一信號布線 在傳感器偏置布線寄生電容Cs處結(jié)合、且傳感器偏置電壓Vs具有波 動時檢測到的線噪聲。
如圖14B所示，當(dāng)傳感器偏置電勢Vs具有波動Vn2 ( Vrms ) 時，電荷CsxVn2 (Vrms)被施加到讀出電路，并且獲得下式(3)中的 波動電壓AVout，作為輸出電壓Vout。
厶Vout = Vn2 (Vrras) x Cs/Cf ... (3)
如圖15和圖16所示，與上述的電勢Vref—樣，傳感器偏置電勢Vs被公共地提供給整個區(qū)域傳感器陣列。由于復(fù)位開關(guān)RC和采樣 保持電路SH共同對區(qū)域傳感器陣列的每一驅(qū)動布線進行操作，將式 (3)計算得到的量識別為線噪聲。
為了減少線噪聲造成的偽影，上述的一些文獻(xiàn)公開一些技術(shù)，這 些技術(shù)可被劃分為兩組。
作為第一種方法，如日本專利特許公開2001-340324號所述，可 利用陰影屏蔽像素的輸出，或通過分析包含屏蔽圖像的圖像得到線噪 聲的數(shù)量，從而進行修改。
作為第二種方法，如美國專利6952015所述，為了減小由區(qū)域傳 感器陣列的波動(電源噪聲)、讀出電路和驅(qū)動電路造成的線噪聲， 向每個電源提供一個低通濾波器。
在任何情況下， 一些效果在減少線噪聲方面被認(rèn)可，但在下述方 面還不夠。在效果的定量方面，常規(guī)技術(shù)不被認(rèn)可為是足夠的方法。
例如，第一種方法在消除具有高空間頻率(以脈沖方式)和相對 較高強度的線噪聲方面是有效的。然而，要以像素的隨機噪聲的1/10 的精度改善或消除線噪聲，線噪聲檢測過程和運算算法很復(fù)雜，并且 將該技術(shù)應(yīng)用于諸如熒光鏡射線攝影這樣的要求立即顯示的系統(tǒng)中是 困難的。
此外，依照統(tǒng)計學(xué)規(guī)則，為了高精度地獲得像素隨機噪聲的大約 1/10倍的線噪聲，需要足夠多數(shù)量的屏蔽像素。從而能夠減少有效像 素區(qū)域。否則，當(dāng)不能布置足夠多數(shù)量的屏蔽像素時，算術(shù)運算可能 發(fā)生誤差。
另 一方面，第二種方法對于減少來源于區(qū)域傳感器陣列的電源波 動、讀出電路和驅(qū)動電路的高頻線噪聲是有效的。然而，如果低通濾 波器的頻帶降低以增強減少噪聲的效果，電源的響應(yīng)可能變得很差， 或者對于空間上很低頻率的線噪聲，諸如電源的1/f噪聲，則效果可 能不足夠。
必須注意到，上述的常規(guī)技術(shù)沒有包括對一種射線成像設(shè)備的配 置的實用的描述，這種設(shè)備能夠?qū)崟r地減少在空間低頻率具有低強度的線噪聲偽影，而不需要以有效像素作為代價。
下面通過參考附圖詳細(xì)描述實現(xiàn)本發(fā)明的第一種方式。
圖l是根據(jù)本發(fā)明的第一種實施方式的射線成像設(shè)備的電路的示
意圖。該設(shè)備包括傳感器陣列101、作為光電轉(zhuǎn)換元件的PIN型光電 二極管102、作為開關(guān)元件的薄膜晶體管(TFT) 103。 TFT103具有 柵極、源極和漏極。驅(qū)動電路104向驅(qū)動布線提供電壓，其中驅(qū)動布 線公共地連接到在行方向上的多個TFT103的柵極上。讀出電路(讀 出單元)105連接到信號布線110,其中信號布線連接到列方向上的多 個TFT 103的源極。該讀出電路105包括運算放大器106、采樣保持 電路107、復(fù)用器108、輸出放大器109、用于存儲電荷的電容Cf、復(fù) 位開關(guān)RC。
下面通過參考圖l描述根據(jù)本發(fā)明這種實施方式的射線成像設(shè)備 的結(jié)構(gòu)。與信號布線110相連的讀出電路105被分為兩個系統(tǒng)(組)， 即，偶數(shù)組和奇數(shù)組。對于每個系統(tǒng)(組)的運算放大器106,可以 提供基本上不相關(guān)的參考電勢Vrefl和Vref2。劃分運算放大器106 的方法不限于偶數(shù)和奇數(shù)組，但是考慮到視覺特性，偶數(shù)和奇數(shù)組是 更優(yōu)選的。
傳感器陣列IOI通過以二維陣列方式排列像素構(gòu)成，并且是矩陣 驅(qū)動的，這些像素包括在行和列方向上排列的諸如非晶硅等非單晶半 導(dǎo)體的PIN型光電二極管(光電轉(zhuǎn)換元件)102和TFT 103。在PIN 型光電二極管102的共極側(cè)(圖1中，在二極管的陰極側(cè))，通過偏 置布線施加偏置電壓Vs。每個像素的TFT 103的柵極共同連接到行方 向上的驅(qū)動布線，而驅(qū)動布線連接到由移位寄存器等構(gòu)成的驅(qū)動電路 104上。信號布線IIO連接到在列方向上的多個TFT 103的源極和漏 極中的一個。
對應(yīng)于多個信號布線IIO提供多個運算放大器106。在奇數(shù)列的 運算放大器106的輸入端子與信號布線110的電源和參考電壓Vref2 相連接。參考電壓Vrefl和Vref2具有相同的電壓值，并且是由不相 關(guān)的獨立的電源產(chǎn)生的。通過將電荷存儲電容器Cf連接到與信號布線110相連的輸入端子，運算放大器106構(gòu)成電荷讀出放大器。參考電 壓Vrefl和Vref2的電源是讀出電路105中的運算放大器106的參考 電源。
輸出放大器109的輸出由AD轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，由未在圖l中示出 的存儲器、處理器等構(gòu)成的圖像處理單元處理，并輸出到未在圖1中 示出的諸如監(jiān)視器的顯示設(shè)備上，或存儲到諸如硬盤的記錄裝置上。
包含對象信息的光從射線照射單元進入?yún)^(qū)域傳感器陣列101中。 光電二極管102通過光電轉(zhuǎn)換將光轉(zhuǎn)換為電信號。此外，根據(jù)復(fù)位信 號，提供給運算放大器106的復(fù)位開關(guān)RC被接通，并且運算放大器 106的電荷存儲電容器Cf和每一信號布線IIO被復(fù)位。然后，傳輸脈 沖被施加到第一行的驅(qū)動布線上，并且連接到第一行的驅(qū)動布線的 TFT 103被接通。因而，基于光電二極管102產(chǎn)生的電荷的信號通過 TFT 103和信號布線110被傳送到讀出電路105。被傳送的信號通過 與信號布線110相連的讀出電路105的運算放大器106轉(zhuǎn)換為電壓。
隨后，采樣保持電路107輸入采樣保持信號，并采樣從運算放大 器106輸出的電壓。然后，被采樣的電壓被保持在采樣保持電路107 的電容器中，并且電壓通過復(fù)用器108被串行轉(zhuǎn)換。輸出放大器109 放大復(fù)用器108的輸出信號。
然后，在運算放大器106的電荷存儲電容器Cf和每一信號布線 110被復(fù)位開關(guān)RC復(fù)位后，傳輸脈沖被施加到第二行的驅(qū)動布線， 第二行中的光電二極管102的電荷通過TFT 103和信號布線110被讀 取到讀出電路。類似的操作在第三和以后的行中的柵極線上重復(fù)，并 且讀取整個傳感器陣列101的電荷，即圖像輸出數(shù)據(jù)。
參考電壓Vrefl被輸入到運算放大器106。當(dāng)奇數(shù)列中的復(fù)位開 關(guān)RC被接通時，奇數(shù)列中的運算放大器106和信號布線110被短路， 奇數(shù)列中的信號布線IIO被復(fù)位到電壓Vrefl/2。信號布線110的復(fù)位 電壓Vrefl/2通過TFT 103被提供給光電二極管102的陽極。參考電 壓Vrefl的電源通過信號布線IIO和TFT 103向光電二極管102提供 一個復(fù)位電壓。參考電壓Vref2被輸入到運算放大器106。當(dāng)偶數(shù)列中的復(fù)位開 關(guān)RC被接通時，偶數(shù)列中的運算放大器106和信號布線110被短路， 偶數(shù)列中的信號布線110被復(fù)位到電壓Vref2/2。信號布線110的復(fù)位 電壓Vref2/2通過TFT 103被提供給光電二極管102的陽極。參考電 壓Vref2的電源通過信號布線110和TFT 103向光電二極管102提供 復(fù)位電壓。
傳感器陣列101中的多個像素被分為多個系統(tǒng)(組)。例如，對于 每個系統(tǒng)(組)它們被分為奇數(shù)列和偶數(shù)列的系統(tǒng)。對每個系統(tǒng)(組) 獨立地提供電源。在這個例子中，參考電壓Vrefl和Vref2的兩個電 源獨立地提供給每個系統(tǒng)(每個組)。參考電壓Vrefl的電源向奇數(shù) 列中的系統(tǒng)(組)的光電二極管102提供復(fù)位電壓。參考電壓Vref2 的電源向偶數(shù)列中的系統(tǒng)(組)的光電二極管102提供復(fù)位電壓。
圖2示出了用于向讀出電路105提供參考電勢Vrefl和Vref2的 實際的電源電路的一個例子。用于產(chǎn)生參考電勢Vref的電源電路包括 電壓源201a、電阻器202a、電容器203a和運算放大器204a。參考電 勢Vrefl被輸入到奇數(shù)列中的運算放大器106。用于產(chǎn)生參考電勢 Vref2的電源電路包括電壓源201b、電阻器202b、電容器203b和運 算放大器204b。參考電勢Vref2被輸入到運算放大器106。
圖2中，參考電勢Vrefl和Vref2連接到帶隙參考電壓源201a 和201b，低通濾波器202a、 203a、 202b和203b，以及具有足夠低噪 聲的運算放大器204a和204b。在這樣結(jié)構(gòu)的電路中，不相關(guān)的電勢 Vrefl和Vref2分別被提供給讀出電路105的偶數(shù)和奇數(shù)單元，從而 降低線噪聲數(shù)值sline。根據(jù)本發(fā)明的其他實施方式，圖2中所示的低 通濾波器也能夠適用于各個電源。
在傳感器陣列101和讀出電路105中，通過共同連接到該行方向 中的TFT103的驅(qū)動布線，信號以行為單位被傳送，并且通過共同連 接到列方向上的多個TFT 103的信號布線110和讀出電路105，以列 為單位執(zhí)行讀取過程。如圖15所示，當(dāng)相同的參考電勢Vref被提供 給所有列中的運算放大器時，參考電勢Vref的電源的波動呈現(xiàn)為所有列中的運算放大器的噪聲。因此，來自于參考電勢Vref的噪聲以相同 的定時在一行中的所有像素信號中出現(xiàn)，并被認(rèn)為是線噪聲。該線噪 聲很容易在視覺上降低圖像質(zhì)量。
在本發(fā)明的這種實施方式中，由于參考電勢Vrefl和Vref2的電 源是獨立的，因此盡管參考電勢Vrefl的電源發(fā)生波動，參考電勢 Vref2的電源也不會發(fā)生波動。另一方面，盡管參考電勢Vref2的電 源發(fā)生波動，參考電勢Vrefl的電源也不會發(fā)生波動。因此，不會有 噪聲于同 一定時在一行的所有像素信號中從參考電源產(chǎn)生，噪聲被擴 散，從而防止了線噪聲。盡管參考電勢Vrefl和Vref2會發(fā)生波動， 但波動是可變的，近似于隨機噪聲，并且噪聲在視覺上不顯著，從而 改善圖像質(zhì)量。
當(dāng)用于產(chǎn)生參考電勢Vrefl和Vref2的電源電壓的運算放大器 204a和204b的1/f噪聲較高時，上述的配置尤其有效。圖2中，所有 的帶隙參考電壓源201a和201b，低通濾波器202a、 203a、 202b和 203b，以及運算放大器204a和204b在偶數(shù)列和奇數(shù)列中被獨立提供。 然而，本發(fā)明不限于此應(yīng)用，還可以只有運算放大器204a和204b,皮 獨立地配置在偶數(shù)列和奇數(shù)列中。參考電勢Vrefl和Vref2的電源至 少有不同的運算放大器204a和204b。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的這種實施方式降低線噪聲的效果的說明圖， 并且示出了用于劃分讀出電路105的系統(tǒng)(組)的個數(shù)(即參考電勢 Vref的電源分組數(shù))與上述線噪聲數(shù)值sline (相對值)的關(guān)系。圖3 中，與不進行劃分的情況相比，當(dāng)被劃分為偶數(shù)列和奇數(shù)列，并將參 考電勢Vrefl和Vref2提供給運算放大器106時，參考電勢Vrefl和 Vref2的波動造成的線噪聲sline原則上被降低到1/v2。而且，當(dāng)作為 劃分結(jié)果獲得四個系統(tǒng)(組)并提供不相關(guān)的電源時，它將被降低到 1/2。
圖4是區(qū)域傳感器陣列101的像素的剖視圖，其中該陣列用于根 據(jù)本發(fā)明的第一種實施方式的射線成像設(shè)備。在諸如玻璃的絕緣襯底 301上，設(shè)置了作為開關(guān)元件的TFT 311和布線單元312。光電二極管310包括上電極層306、 n型雜質(zhì)半導(dǎo)體層307、本征半導(dǎo)體層309、 p型雜質(zhì)半導(dǎo)體層308和下電極層305。 TFT311包括柵極302、漏極 303和源極304。每個半導(dǎo)體層利用諸如非晶硅這樣的非單晶半導(dǎo)體而 成形在絕緣襯底301上。保護層313覆蓋光電二極管310、 TFT 311 和布線單元312。粘合層314設(shè)置在保護層313上。熒光體層315設(shè) 置在粘合層314上。諸如X射線的放射線316從上方射入。粘合層314 并不總是必要的，熒光體層315可被直接蒸發(fā)在保護層313上。
每個像素的光電二極管310具有分層放在絕緣襯底301上的下電 極層305、 p型雜質(zhì)半導(dǎo)體層308、本征半導(dǎo)體層309、 n型雜質(zhì)半導(dǎo) 體層307和上電極層306。 TFT311具有柵極(下電極)層302、柵絕 緣層(氮化非晶硅膜)、本征半導(dǎo)體層、n型雜質(zhì)半導(dǎo)體層，源極層 (上電極)304和漏極303。布線單元312表示信號布線110，并且被 連接到每個像素處的TFT 311的源極304。在光電二極管310上，設(shè) 置有TFT 311、成形在絕緣襯底301上的布線單元312、諸如氮化非 晶硅膜的對放射線316具有高透射率的保護層313，并且它們覆蓋整 個結(jié)構(gòu)。熒光體層315將諸如X射線的放射線316轉(zhuǎn)換為光，光的 波長帶被光電轉(zhuǎn)換元件檢測。光電二極管310將光轉(zhuǎn)換為電信號(電 荷)。熒光體層315和光電二極管310是用于將放射線316轉(zhuǎn)換為電 信號的轉(zhuǎn)換元件。
本發(fā)明的這種實施方式具有熒光體層(波長轉(zhuǎn)換部件)315，用 于通過保護層313之上的粘合層314轉(zhuǎn)換例如X射線316的放射線， 以將本發(fā)明應(yīng)用于諸如熒光鏡射線攝影的醫(yī)療射線攝影系統(tǒng)。
熒光體層315可以用釓系Gd202S:Tb和Gd203:Tb等，或多典化銫 (Csl)等作為主要材料制成。
傳感器陣列101的光電二極管102不限于非晶硅的PIN型光電二 極管，而還可以是多晶硅或有機材料作為主要材料。由光電二極管102 和焚光體層315構(gòu)成的轉(zhuǎn)換元件可以是直接型轉(zhuǎn)換元件，用于將放射 線直接轉(zhuǎn)換為電荷，例如非晶硒、砷化鎵、磷化鎵、碘化鉛、碘化汞、 CdTe、 CdZnTe。此外，TFT103的材料不限于成形于絕緣襯底上的非晶硅，還可 以是利用多晶硅和有機材料作為主要材料的TFT (開關(guān)元件)
對于利用具有信號布線110的大的寄生電容的大傳感器陣列101 的射錢成像設(shè)備，根據(jù)本發(fā)明的這種實施方式的配置尤其有效。
(本發(fā)明的第二種實施方式)
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二種實施方式的射線成像設(shè)備的示意圖。 本發(fā)明的這種實施方式與本發(fā)明的第一種實施方式類似，但是在下述 方面是根本不同的。即，與圖l所示的情況不同，在本發(fā)明的這種實 施方式中，讀出電路105的參考電壓Vref是從一個共用電源提供的。 另一方面，傳感器陣列101的偏置布線被分為兩個系統(tǒng)(組)，即偶 數(shù)列和奇數(shù)列，并從獨立的電源Vsl和Vs2供電。
偏置電壓Vsl提供給奇數(shù)列中的光電二極管102的陰極。偏置電 壓Vs2提供給偶數(shù)列中的光電二極管102的陰極。偏置電壓Vsl和偏 置電壓Vsl具有相同的電壓值。偏置電壓Vsl和偏置電壓Vsl的電源 是不相關(guān)和獨立的電源電路。偏置電壓Vsl和偏置電壓Vsl的電源是 光電二極管102的偏置電壓。同一電源的參考電壓Vref輸入到所有列 中的運算放大器106。
優(yōu)選地，配置偏置電壓Vsl和Vs2的每個電源的實際方法是由至 少不同的運算放大器供電，如同參考電壓Vrefl和Vref2的情況。
本發(fā)明的這種實施方式的效果與圖3所示的本發(fā)明的第一種實施 方式相同。通過這種結(jié)構(gòu)，原理上，由偏置布線電勢的波動產(chǎn)生的線 噪聲分量是l/v2。
上述的美國^>開出版物2001/012070的圖23中也示出了與光電 二極管102的陰極相連的偏置布線被劃分為多個系統(tǒng)(組)的結(jié)構(gòu)。 然而，在美國公開出版物2001/012070的圖23中，多個系統(tǒng)(組)的 偏置布線是通過開關(guān)進行交換的，但最終連接的電源是同一個電源。 因此，美國公開出版物2001/012070與本發(fā)明的這種實施方式是不同 的，并且從美國公開出版物2001/012070的圖23無法獲取降低線噪聲的效果。
(本發(fā)明的第三種實施方式)
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三種實施方式的射線成像設(shè)備的電路的示 意圖。下面對本發(fā)明的這種實施方式的特征在兩個方面進行描述。即， 讀出電路105被劃分為四個系統(tǒng)(組)，并且具有相同電壓值的不相 關(guān)且獨立的電源的電壓Vrefl、 Vref2、 Vref3和Vref4輸入到該四個 劃分的運算放大器106的每個參考電勢端。此外，區(qū)域傳感器陣列101 以偏置布線被劃分為四個系統(tǒng)(組)，并且具有相同電壓值的不相關(guān) 且獨立的電源的電壓Vsl、 Vs2、 Vs3和Vs4給每個系統(tǒng)(組)的偏置 布線供電。
參考電壓Vrefl被輸入到第一列、第五列等的運算放大器106。 參考電壓Vref2被輸入到第二列、第六列等的運算放大器106。參考 電壓Vref3被輸入到第三列、第七列等的運算放大器106。參考電壓 Vref4被輸入到第四列、第八列等的運算放大器106。
偏置電壓Vsl被提供到連接在第一列、第五列等的光電二極管 102的陰極的偏置布線。偏置電壓Vs2被提供到連接在第二列、第六 列等的光電二極管102的陰極的偏置布線。偏置電壓Vs3被提供到連 接在第三列、第七列等的光電二極管102的陰極的偏置布線。偏置電 壓Vs4被提供到連接在第四列、第八列等的光電二極管102的陰極的 偏置布線。
在這種結(jié)構(gòu)中，由讀出電路105的參考電源電壓Vrefl到Vref4 造成的線噪聲分量被降低到1/2，并且由傳感器偏置電源電壓Vrefl 到Vref4的波動造成的線噪聲分量也被降低到1/2。在利用具有信號布 線110的大的寄生電容的大區(qū)域傳感器陣列101的射線成像設(shè)備中， 本發(fā)明的這種實施方式的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明的第一種和第二種實施方式相 比更加有效。
(本發(fā)明的笫四種實施方式)圖7和圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的第四種實施方式的射線成傳^殳 備的原理圖和時序圖?；窘Y(jié)構(gòu)與根據(jù)本發(fā)明的第三種實施方式的結(jié) 構(gòu)相似，但在下述方面不同。即，本發(fā)明的這種實施方式的配置中， 參考電勢Vrefl和Vref2被提供給分為兩個系統(tǒng)(組)的讀出電路105， 并且復(fù)位信號RC1、 RC2，以及采樣保持信號SH1、 SH2被分為兩個 系統(tǒng)(組)用于提供。
參考電壓Vrefl被輸入到奇數(shù)列(第一列和第三列等)中的運算 放大器106。參考電壓Vref2被輸入到偶數(shù)列(第二列和第四列等) 中的運算放大器106。參考電壓Vrefl和Vref2是具有相同電壓值的 不相關(guān)且獨立的電源的電壓。
偏置電壓Vsl被提供到連接在奇數(shù)列(第一列和第三列等)中的 光電二極管102的陰極的偏置布線。偏置電壓Vs2被提供到連接在偶 數(shù)列(第二列和第四列等)中的光電二極管102的陰極的偏置布線。 偏置電壓Vsl和Vs2電壓值相同，但是其電源不相關(guān)且獨立。
對應(yīng)于多個信號布線110，提供多個復(fù)位開關(guān)(復(fù)位電路)RC。 復(fù)位開關(guān)RC1被輸入到奇數(shù)列(第一列和第三列等)中的開關(guān)RC的 控制端子。復(fù)位開關(guān)RC2被輸入到偶數(shù)列(第二列和第四列等)中的 開關(guān)RC的控制端子。復(fù)位信號RC1和RC2在進入高電平的定時上 不同。對于奇數(shù)列和偶數(shù)列中的每個系統(tǒng)(組)，復(fù)位信號RC1和 RC2的開關(guān)RC在不同的高電平定時被接通。
對應(yīng)于多個信號布線110，提供多個釆樣保持電路107。采樣保 持信號SH1被輸入到奇數(shù)列(第一列和第三列等)中的采樣保持電路 107的控制端子。采樣保持信號SH2被輸入到偶數(shù)列(第二列和第四 列等)中的采樣保持電路107的控制端子。采樣保持信號SH1和SH2 在進入高電平的定時上不同。對于奇數(shù)列和偶數(shù)列中的每個系統(tǒng)(組)， 采樣保持信號SH1和SH2的采樣保持電路107在不同的高電平定時 執(zhí)行采樣和保持，并保持一個電壓。
X射線在信號XRAY的高電平定時從諸如X射線源的射線照射 單元進入射線成像設(shè)備。X射線被熒光體層315 (圖4)轉(zhuǎn)換為具有被光電二極管310檢測的波長的光(可見光)。光電二極管310將光轉(zhuǎn) 換為電信號(電荷)。然后，奇數(shù)列中的開關(guān)RC被復(fù)位信號RC1的 脈沖接通，并且奇數(shù)列中的運算放大器106的電荷存儲電容Cf和信號 布線110被復(fù)位到電勢Vrefl。然后，偶數(shù)列中的開關(guān)RC被復(fù)位信 號RC2的脈沖接通，并且偶數(shù)列中的運算放大器106的電荷存儲電容 Cf和信號布線IIO被復(fù)位到電勢Vref2。然后，傳輸脈沖被施加在驅(qū) 動布線Vgl上，共同連接到該驅(qū)動布線Vgl的TFT 103被接通，基 于第一行中的光電二極管102產(chǎn)生的電荷的信號通過TFT 103和信號 布線110被傳輸?shù)阶x出電路105的運算放大器106。運算放大器106 將信號布線110的電荷轉(zhuǎn)換為電壓。
下一步，施加采樣保持信號SH1的脈沖，奇數(shù)列中的采樣保持 電路107采樣奇數(shù)列中的運算放大器106的輸出電壓，并保持它。然 后，施加采樣保持信號SH2的脈沖，偶數(shù)列中的采樣保持電路107采 樣偶數(shù)列中的運算放大器106的輸出電壓，并保持它。復(fù)用器108將 所有列中的采樣保持電路107的輸出電壓轉(zhuǎn)換為串行信號。輸出放大 器109放大并輸出復(fù)用器108的輸出電壓。
然后，根據(jù)復(fù)位信號RC1和RC2，在奇數(shù)列和偶數(shù)列中的運算 放大器106的電荷存儲電容Cf和信號布線110被復(fù)位到電勢Vrefl 和Vref2。然后，傳輸脈沖被施加在驅(qū)動布線Vg2上，基于第二行中 的光電二極管102的電荷的信號通過TFT 103和信號布線IIO凈皮讀取 到讀出電路105。類似的操作在Vg3及以后的驅(qū)動布線上重復(fù)，并且 讀取整個傳感器陣列101的電荷。
如圖8中的時序圖所示，信號RC1、 RC2、 SH1和SH2在移位 的定時被輸入。通過這種結(jié)構(gòu)，每個驅(qū)動布線Vgl到Vg4的對信號采 樣的定時被移位。因此，除了由提供給射線成像設(shè)備的電源的波動引 起的線噪聲外，由通過間隔、機架和交流線傳播的外部噪聲引起的線 噪聲也能夠被降低。
本發(fā)明的這種實施方式將讀出電路105的參考電源電壓Vrefl和 Vref2、復(fù)位信號RC1和RC2、采樣保持信號SH1和SH2的定時設(shè)定為偶數(shù)列和奇數(shù)列的兩個系統(tǒng)(組)。然而，通過改變作為多系統(tǒng) (組)的相對相位，減小線噪聲的效果能夠更好，這是很清楚并且更 加優(yōu)選的。
(本發(fā)明的第五種實施方式)
圖9和圖10是根據(jù)本發(fā)明的第五種實施方式的射線成像設(shè)備的 說明圖。圖9是示出了電路的說明圖，圖10是區(qū)域傳感器陣列101 的像素的剖視圖。基本操作與圖7所示的根據(jù)本發(fā)明的第四種實施方 式相似，但在下述方面不同。即，在本發(fā)明的這種實施方式中，區(qū)域 傳感器陣列101的光電轉(zhuǎn)換元件是非晶硅的MIS型光電轉(zhuǎn)換元件 (MIS型傳感器)901。換言之，MIS型光電轉(zhuǎn)換元件901用于圖7 中所示的PIN型光電二極管102。
用于根據(jù)本發(fā)明的第五種實施方式的射線成像設(shè)備中的傳感器
陣列101在下文通過參考圖10中所示的剖視圖更具體地描述。MIS 型傳感器1001的層結(jié)構(gòu)按照如下次序分層諸如玻璃的絕緣襯底301、 下電極(金屬)層1002、絕緣層1003、本征半導(dǎo)體層1004和n+型雜 質(zhì)半導(dǎo)體層1005、上電極(金屬)層1006、以及諸如氮化硅膜的保護 層313。每個半導(dǎo)體層通過諸如非晶硅這樣的非單晶半導(dǎo)體而被設(shè)置 在絕緣襯底301上。
由于根據(jù)本發(fā)明的這種實施方式示出了一種輻射照像設(shè)備的一
個例子，熒光體層315通過粘合層314被設(shè)置在保護層313上。熒光 體層315可以是釓系和碘化銫等。熒光體層315可以在沒有粘合層314 的情況下設(shè)置，或通過蒸發(fā)等直接設(shè)置在保護層313上。
(本發(fā)明的第六種實施方式)
圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的第六種實施方式的射線成像設(shè)備的 電路的示意圖。本發(fā)明的這種實施方式與圖5所示的本發(fā)明的第二種 實施方式基本相同，但在下述方面不同。即，在本發(fā)明的這種實施方 式中，傳感器陣列101的像素由PIN型光電二極管1101、復(fù)位TFT1104、源極跟隨器TFT 1102和傳輸TFT 1103構(gòu)成。每個像素的傳輸 TFT 1103的源極與信號布線110相連。
偏置電壓Vsl被連接到奇數(shù)列中的PIN型光電二極管1101的陰 極。偏置電壓Vs2被連接到偶數(shù)列中的PIN型光電二極管1101的陰 極。復(fù)位纟冊極驅(qū)動器104a通過復(fù)位驅(qū)動布線向復(fù)位TFT 1104的4冊極 提供電壓。該復(fù)位TFT 1104與復(fù)位電源電壓1105相連。源極跟隨器 TFT 1102與源極跟隨器電源電壓1106相連。傳輸柵極驅(qū)動器104b 通過傳輸驅(qū)動布線向傳輸TFT 1103的柵極提供電壓。用于操作源極 跟隨器TFT 1102的恒流源1107被連接到信號布線110。
當(dāng)復(fù)位TFT 1104通過復(fù)位柵極驅(qū)動器104a的控制而接通時， PIN型光電二極管1101的電荷被復(fù)位。光電二極管1101通過光電轉(zhuǎn) 換產(chǎn)生電荷并存儲。源極跟隨器TFT 1102輸出與積聚在光電二極管 1101上的電荷量對應(yīng)的電壓。傳輸TFT 1103在傳輸柵極驅(qū)動器104b 的控制下接通，并且將源極跟隨器TFT 1102的輸出電壓傳輸?shù)叫盘?布線110。
由于帶有像素中的源極跟隨器TFT 1102的區(qū)域傳感器陣列101 具有大量的輸出電荷，因此實現(xiàn)本發(fā)明的這種實施方式的結(jié)構(gòu)更加優(yōu) 選。
在像素結(jié)構(gòu)中，希望提供傳感器偏置電壓Vsl和Vs2的多個系統(tǒng) (組)以減小線噪聲，并連接不相關(guān)且獨立的電源。如本發(fā)明的第四 種實施方式中指出，希望有這樣的結(jié)構(gòu)，其中讀出電路105的多個系 統(tǒng)(組)的參考電源電壓Vrefl和Vref2能夠被輸入，并且不相關(guān)且 獨立的電源被連接。此外，復(fù)位電源電壓1105和源極跟隨器電源電壓 1106也能夠被劃分為多個系統(tǒng)，諸如偶數(shù)系統(tǒng)和奇數(shù)系統(tǒng)，并且不相 關(guān)且獨立的電源能夠被連接，以便由電源造成的線噪聲能夠被更優(yōu)選 地減小。
(本發(fā)明的第七種實施方式)
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的第七種實施方式的X射線(放射線)射線攝影系統(tǒng)的系統(tǒng)。本發(fā)明的這種實施方式是根據(jù)本發(fā)明的第 一種
到第六種實施方式將本發(fā)明實施為x射線成像設(shè)備的射線成像設(shè)備。
該X射線成像設(shè)備的特征描述如下。即，由傳感器陣列101，驅(qū)動電 路104、 104a和104b以及讀出電路105等構(gòu)成的平板型射線成像設(shè)備 被設(shè)置在圖像傳感器6040中。圖像處理器6070控制X射線管(X射 線發(fā)生設(shè)備)6050、圖像傳感器6040、顯示裝置6080和通信單元6090。 在X射線室中，X射線管(X射線發(fā)生設(shè)備)6050產(chǎn)生X射線 (放射線)6060,并利用X射線(放射線)6060通過一個對象6062
照射圖像傳感器6040。圖像傳感器6040產(chǎn)生關(guān)于對象6062的圖像信 命
在控制室中，圖像處理器6070能夠在顯示裝置6080上顯示圖像 信息，或通過通信單元6090將信息傳輸?shù)侥z片處理器6100。
在醫(yī)生室中，膠片處理器6100能夠在顯示器6081上顯示圖像信 息，并且在激光打印機上將圖像信息打印在膠片6110上。
通過應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的第一種到第七種實施方式的射線成像設(shè) 備，通過獲取極好的射線攝影圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)一種熒光屏射線攝影系 統(tǒng)，其成功地抑制線噪聲偽影，并且具有足夠的射線攝影面積和即時 顯示。在實施本發(fā)明的方式中，射線成像設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)一種射線成像 設(shè)備，這種設(shè)備在由結(jié)構(gòu)和驅(qū)動引起的線噪聲的特性方面非常好。
通過獲取極好的射線照片圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)一種射線成像系統(tǒng)，具 有足夠的射線攝影面積和即時顯示，這對醫(yī)療熒光鏡射線攝影系統(tǒng)等 很適合，并且線噪聲偽影減小。特別地，通過減小由電源的波動(電 源噪聲)造成的線噪聲的偽影，能夠?qū)崿F(xiàn)一種射線成像設(shè)備，其中電 源的波動由沒有利用復(fù)雜操作的簡單結(jié)構(gòu)的區(qū)域傳感器陣列、讀出電 路和驅(qū)動電路產(chǎn)生。
上述的本發(fā)明的實施方式僅僅表示實施本發(fā)明的實際例子，并不 限制本發(fā)明的技術(shù)范圍的解釋。換言之，本發(fā)明可以在技術(shù)概念和主 要特征的范圍內(nèi)用不同方式實施。
雖然已經(jīng)參考示范性的實施方式描述了本發(fā)明，應(yīng)該理解本發(fā)明不僅限于所公開的示范性的實施方式。下述的權(quán)利要求應(yīng)被賦以最廣 泛的解釋以包含所有這樣的修改和等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1、一種成像設(shè)備，包括在行和列方向上排列的多個像素，每個像素具有轉(zhuǎn)換元件和開關(guān)元件，所述轉(zhuǎn)換元件用于將放射線或光轉(zhuǎn)換為電信號，其中所述多個像素被劃分成多個組；與該列方向中的多個開關(guān)元件相連的多條信號布線；以及與該多條信號布線相連的讀出電路，其中所述讀出電路包括與所述多條信號布線對應(yīng)的多個采樣保持電路，對于所述多個組中的每個組，所述多個采樣保持電路以不同的定時工作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，還包括 連接到所述行方向中的所述多個開關(guān)元件的多條驅(qū)動布線；以及 連接到所述多條驅(qū)動布線的驅(qū)動電路，用于以行為單位為所述多條驅(qū)動布線提供電壓，其中，所述轉(zhuǎn)換元件的所述電信號以行為單位 4皮傳送。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的成像設(shè)備，其中所述像素被劃分為奇數(shù)列組和偶數(shù)列組，并且按照所述奇數(shù)列組 和所述偶數(shù)列組，所述多個采樣保持電路被獨立地提供。
4、 一種射線成像設(shè)備，包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備；以及 用于產(chǎn)生放射線的放射線產(chǎn)生單元。
5、 —種成像設(shè)備，包括在行和列方向上排列的多個像素，每個像素具有轉(zhuǎn)換元件和開關(guān) 元件，所述轉(zhuǎn)換元件用于將放射線或光轉(zhuǎn)換為電信號，其中所述多個 像素被劃分成多個組；與該列方向中的多個開關(guān)元件相連的多條信號布線；以及與該多條信號布線相連的讀出電路，其中所述讀出電路包括與所述多條信號布線對應(yīng)的多個復(fù)位電路，對于所述多個組中的每個組，所述多個復(fù)位電路以不同的定時工作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像設(shè)備，還包括 連接到所述行方向中的所述多個開關(guān)元件的多條驅(qū)動布線；以及 連接到所述多條驅(qū)動布線的驅(qū)動電路，用于以行為單位為所述多條驅(qū)動布線提供電壓，其中，所述轉(zhuǎn)換元件的所述電信號以行為單位 被傳送。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像設(shè)備，其中所述像素被劃分為奇數(shù)列組和偶數(shù)列組，并且按照所述奇數(shù)列組 和所述偶數(shù)列組，所述多個復(fù)位電路被獨立地提供。
8. —種射線成像設(shè)備，包括 根據(jù)權(quán)利要求5所述的成像設(shè)備；以及 用于產(chǎn)生放射線的放射線產(chǎn)生單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種成像設(shè)備，射線成像設(shè)備和射線成像系統(tǒng)，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)減小線噪聲偽影，而不需要復(fù)雜的操作，該成像設(shè)備包括在行和列方向上排列的多個像素，其具有光電轉(zhuǎn)換元件(102)和開關(guān)元件(103)；與該列方向中的多個開關(guān)元件相連的多條信號布線(110)；與該多條信號布線相連的讀出電路(105)；和電源(Vref1，Vref2)，用于向光電轉(zhuǎn)換元件提供電壓。通過這種結(jié)構(gòu)，該多個像素被分類為多個組，并且電源被獨立地提供給該多個組中的每一組。
文檔編號H04N5/376GK101442603SQ20081017873
公開日2009年5月27日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者八木朋之, 橫山啟吾, 竹中克郎, 遠(yuǎn)藤忠夫, 龜島登志男 申請人:佳能株式會社