專(zhuān)利名稱(chēng)：射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備及驅(qū)動(dòng)該設(shè)備的方法
背景技術(shù)：
在此說(shuō)明書(shū)中，輻射包括例如X射線(xiàn)的電磁波、阿爾法射線(xiàn)、β射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)，將根據(jù)這些射線(xiàn)進(jìn)行描述。
相關(guān)
背景技術(shù)：
安裝于醫(yī)院等中的X射線(xiàn)照相系統(tǒng)被劃分為模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)，在模擬系統(tǒng)中一個(gè)物體受到X射線(xiàn)輻照，X射線(xiàn)在穿透該物體后到達(dá)一塊膠片而將該膠片曝光，在數(shù)字系統(tǒng)中穿透物體的X射線(xiàn)被轉(zhuǎn)換為例如被存儲(chǔ)的電信號(hào)。
已知一種作為數(shù)字系統(tǒng)的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備是由一種用于將X射線(xiàn)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光的熒光物和一個(gè)用于將可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換器組成的。X射線(xiàn)穿透物體后該熒光物被X射線(xiàn)輻照并且將X射線(xiàn)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光以便提供關(guān)于該物體內(nèi)部的信息。光電轉(zhuǎn)換器將可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換為一個(gè)電信號(hào)并且輸出此信號(hào)。具有所轉(zhuǎn)換電信號(hào)的形式，準(zhǔn)備被記錄、顯示、打印或用于診斷的該X射線(xiàn)圖象信息能夠在被一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化后被作為數(shù)字值處理。
使用非晶硅半導(dǎo)體薄膜作為光電轉(zhuǎn)換器的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備最近已經(jīng)被投入實(shí)際使用。


圖13是一個(gè)光電轉(zhuǎn)換基底例子的頂視圖，其中金屬絕緣物半導(dǎo)體(MIS)類(lèi)型的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和開(kāi)關(guān)設(shè)備是使用一種非晶硅半導(dǎo)體薄膜作為它們的材料而形成的。圖13中也闡述用于連接設(shè)備的布線(xiàn)。圖14是沿著圖13的線(xiàn)14-14所取剖面圖。在以下說(shuō)明書(shū)中，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，該MIS類(lèi)型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備將被簡(jiǎn)單地稱(chēng)為“光電轉(zhuǎn)換設(shè)備”。
光電轉(zhuǎn)換設(shè)備301和開(kāi)關(guān)設(shè)備302(非晶硅TFT，今后簡(jiǎn)單地稱(chēng)為“TFT”)被形成于一個(gè)基底303上。每個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的低電極和每個(gè)TFT的低電極(門(mén)電極)由一個(gè)公共層即第一金屬薄膜層304形成。每個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的高電極和每個(gè)TFT的高電極(源電極和漏電極)也由一個(gè)公共層即第二金屬薄膜層305形成。光電轉(zhuǎn)換電路段中的門(mén)驅(qū)動(dòng)布線(xiàn)306和矩陣信號(hào)布線(xiàn)307也由第一和第二金屬薄膜層形成。層313是一層N+層，層312是一層本征半導(dǎo)體層，及層311是一層例如由SiNx組成的絕緣層?？倲?shù)為2×2即4的象素被闡述于圖13中。圖13中的陰影線(xiàn)區(qū)域表示光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中的光接收面。用于向光電轉(zhuǎn)換設(shè)備加電的電源線(xiàn)309也被提供。該光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和TFT通過(guò)觸點(diǎn)孔彼此相連。
單個(gè)地形成的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的設(shè)備操作將通過(guò)例子進(jìn)行描述。
圖15A至15C是用于解釋圖13和14中所示光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的設(shè)備操作的能帶圖。
圖15A至15C分別顯示刷新模式和光電轉(zhuǎn)換模式中的操作，并且顯示圖14中所示各層的薄膜厚度方向內(nèi)的狀態(tài)。M1層是由第一金屬薄膜層(例如Cr膜)形成的低電極(G電極)。a-SiNx層是一個(gè)絕緣層，用于阻止電子和空穴兩者的通道。a-SiNx層的厚度必須足夠大以便防止隧道效應(yīng)。通常a-SiNx層的厚度被設(shè)置為500?；蚋唷-SiNx層是由本征半導(dǎo)體i層形成的光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層。N+層是N型阻止注入層，用于阻止空穴注入a-Si層。M2層是由第二金屬薄膜層(例如Al膜)形成的高電極(D電極)。
在圖13中所示結(jié)構(gòu)中，N+層沒(méi)有完全被D電極覆蓋，但D電極和N+層始終處于同等電位，因?yàn)殡娮幽軌蜃杂傻卦谒鼈冎g移動(dòng)。以下說(shuō)明書(shū)是基于此理解的。
此光電轉(zhuǎn)換設(shè)備具有兩種操作模式對(duì)應(yīng)于將電壓施加于D電極和G電極上的不同方式的刷新模式和光電轉(zhuǎn)換模式。
在刷新模式中，例如一個(gè)相對(duì)于加于G電極上電位的負(fù)電位被加于D電極上，以及如圖15A中所示，i層中由黑圓標(biāo)記標(biāo)示的空穴由電場(chǎng)驅(qū)使向著D電極移動(dòng)。與此同時(shí)，由白圓標(biāo)記標(biāo)示的電子被注入i層。此時(shí)在N+層和i層內(nèi)的部分空穴和部分電子重新彼此組合而消失。如果該設(shè)備被保持于此狀態(tài)中足夠長(zhǎng)時(shí)間，則i層內(nèi)的空穴將被從此層中肅清。
為將該設(shè)備從此模式設(shè)置為圖15B中所示模式，一個(gè)相對(duì)于加于G電極上電位的正電位被加于D電極上。然后i層中的電子被瞬時(shí)地驅(qū)使向著D電極移動(dòng)。然而空穴并未被驅(qū)使向著i層移動(dòng)，因?yàn)镹+層起著注入阻止層的作用。當(dāng)此狀態(tài)中光線(xiàn)進(jìn)入i層中時(shí)，光線(xiàn)被吸收以便生成電子-空穴對(duì)。這些電子被電場(chǎng)驅(qū)使向著D電極移動(dòng)，而空穴則穿透i層移動(dòng)而到達(dá)i層與a-SiNx層絕緣層的界面。由于空穴不能移動(dòng)入絕緣層，它們停留于i層中。此時(shí)隨著電子向著D電極的移動(dòng)和空穴向著i層的絕緣層界面的移動(dòng)，一個(gè)電流自G電極中流出以便保持光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的電氣中性。此電流對(duì)應(yīng)于由光線(xiàn)生成的電子-空穴對(duì)，因此正比于進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的光量。在該設(shè)備已經(jīng)被保持于圖15B中所示光電轉(zhuǎn)換模式的狀態(tài)中一定周期后，它進(jìn)入圖15A中所示刷新模式中的狀態(tài)。停留于i層內(nèi)的空穴如上所述地被驅(qū)使向著D電極移動(dòng)，及一個(gè)對(duì)應(yīng)于此空穴流動(dòng)的電流在流動(dòng)。此空穴量對(duì)應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換模式期間進(jìn)入的整個(gè)光量。此時(shí)一個(gè)對(duì)應(yīng)于注入于i層內(nèi)的電子量的電流也在流動(dòng)。然而此數(shù)量是近似地不變的，并且能夠從總量中減去以便獲得檢測(cè)結(jié)果。也即，此光電轉(zhuǎn)換設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)地輸出進(jìn)入該設(shè)備的光量，并且也能檢測(cè)一定周期內(nèi)進(jìn)入的整個(gè)光量。
然而，在光電轉(zhuǎn)換模式周期由于某些原因增加的情況下或者在照射在設(shè)備上的光的照明強(qiáng)度高的情況下，有可能在光線(xiàn)進(jìn)入設(shè)備時(shí)無(wú)法獲得所需電流。這是因?yàn)?，如圖15C中所示，許多空穴積累于i層內(nèi)，這些空穴使i層中的電場(chǎng)減弱，因而使所生成的電子不是被驅(qū)使移動(dòng)而是重新與i層中的空穴組合。此狀態(tài)被稱(chēng)為光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的飽和狀態(tài)。如果在此狀態(tài)中改變光線(xiàn)的入射狀態(tài)，則在某些情況下電流可能開(kāi)始不穩(wěn)定地流動(dòng)。然而，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備被重新設(shè)置為刷新模式時(shí)，i層內(nèi)的空穴被肅清。在以后的光電轉(zhuǎn)換模式中，一個(gè)正比于光量的電流重新流動(dòng)。
在以上所述操作中，從理想化的觀點(diǎn)看，希望在刷新模式中i層中的所有空穴都被肅清。然而，只肅清一部分空穴對(duì)于獲得等于以上所述電流的電流是沒(méi)有問(wèn)題的、有效的和足夠的。也即，在下一個(gè)檢測(cè)時(shí)候避開(kāi)光電轉(zhuǎn)換模式中圖15C中所示狀態(tài)可能是足夠的，以及能夠確定刷新模式中相對(duì)于G電極電位的D電極電位，刷新模式周期和N+層的注入阻止層的特性。此外，在刷新模式中將電子注入i層并不是一個(gè)必要條件，以及相對(duì)于G電極電位的D電極電位并不限于負(fù)值。這是因?yàn)?，在相?dāng)數(shù)量空穴停留于i層內(nèi)的情況下，即使相對(duì)于G電極電位的D電極電位是正的，i層內(nèi)的電場(chǎng)也會(huì)在一個(gè)方向內(nèi)作用而使空穴向著D電極移動(dòng)。此外，N+層的注入阻止層對(duì)電子注入i層的限制特性不是必要條件。
圖16顯示一個(gè)對(duì)應(yīng)于一個(gè)象素的傳統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換電路，它由一個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和一個(gè)TFT組成。
在圖16中，光電轉(zhuǎn)換設(shè)備由一個(gè)由i層所形成的電容部件Ci和一個(gè)由注入阻止層所形成的電容部件Csin所組成。在對(duì)應(yīng)于i層與注入阻止層之間的結(jié)合點(diǎn)上(圖16中的節(jié)點(diǎn)N)，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備飽和時(shí)也即在D電極和節(jié)點(diǎn)N(i層)之間不存在電場(chǎng)(只是減小的電場(chǎng))時(shí)，由光線(xiàn)生成的電子和空穴重新彼此組合。因此，在此狀態(tài)中，空穴載體無(wú)法存儲(chǔ)于部分N中。也即，在任何情況下節(jié)點(diǎn)N電位都不會(huì)超過(guò)D電極電位。為表示此飽和狀態(tài)中的操作，一個(gè)二極管(D1)并聯(lián)地連至圖16中的Ci。也即圖16中的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備由三個(gè)部件Ci、Csin和D1表示。
圖17是用于顯示圖16中所示一個(gè)象素的電路的操作的時(shí)序圖。
下面參照?qǐng)D16和17描述由光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和TFT組成的一個(gè)象素的電路的操作。
首先描述一個(gè)刷新操作。
假設(shè)Vs是9V及Vref是3V。為開(kāi)始刷新操作，開(kāi)關(guān)SW-A被設(shè)置為應(yīng)用Vref，開(kāi)關(guān)SW-B被設(shè)置為應(yīng)用Vg(on)，以及開(kāi)關(guān)SW-C被接通。在此狀態(tài)中，D電極被加電為Vref(6V)，G電極被接為GND電位，以及節(jié)點(diǎn)N最多被加電為Vref(6V)。以下將解釋增加“最多”的理由。如果節(jié)點(diǎn)N處電位已經(jīng)被當(dāng)今刷新操作之前的光電轉(zhuǎn)換操作加至等于或高于Vref的電平，則在當(dāng)今刷新操作中通過(guò)D1將節(jié)點(diǎn)N加電為Vref。然而，如果由于以前光電轉(zhuǎn)換操作的結(jié)果使節(jié)點(diǎn)N處的電位為Vref或更小，則當(dāng)今刷新操作不將節(jié)點(diǎn)N加電為電位Vref。可以說(shuō)，在實(shí)際使用中，如果光電轉(zhuǎn)換操作在事先被重復(fù)一定次數(shù)，則此刷新操作實(shí)際上將節(jié)點(diǎn)N加電為Vref(6V)。在將節(jié)點(diǎn)N加電為Vref(6V)后，SW-A被改變至Vs側(cè)。因此D電極被加電為Vs(9V)。通過(guò)此刷新操作，積累于光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的節(jié)點(diǎn)N處的空穴載體被徹底地肅清至D電極側(cè)。
以下將描述X射線(xiàn)輻照周期。X射線(xiàn)被以脈沖方式發(fā)射，如圖17中所示。一個(gè)熒光物1001被穿透一個(gè)物體的X射線(xiàn)所輻照。熒光物1001將X射線(xiàn)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光。來(lái)自熒光物的可見(jiàn)光被輻射至半導(dǎo)體層(i層)以便由光電轉(zhuǎn)換操作轉(zhuǎn)換為一個(gè)電信號(hào)。由光電轉(zhuǎn)換操作產(chǎn)生的空穴載體積累于節(jié)點(diǎn)N處以便增加此節(jié)點(diǎn)的電位。由于TFT是斷開(kāi)的，G電極處的電位被相應(yīng)地增加。
在刷新周期與X射線(xiàn)輻照周期之間設(shè)置一個(gè)等待周期。在此周期內(nèi)不完成具體操作，以及該設(shè)備處于一種無(wú)操作狀態(tài)，以便從一種可能由于緊接著刷新操作之后的暗電流所引起的特性不穩(wěn)定狀態(tài)中解脫出來(lái)。如果該光電轉(zhuǎn)換設(shè)備不可能具有緊接著刷新操作之后的特性不穩(wěn)定狀態(tài)，則不必要特地設(shè)置等待周期。
以下將描述一個(gè)傳送操作。為開(kāi)始進(jìn)行傳送操作，開(kāi)關(guān)SW-B被設(shè)置為連接于Vg(on)側(cè)，從而接通TFT。對(duì)應(yīng)于由X射線(xiàn)輻照所積累的空穴載體(Sh)數(shù)量的電子載體(Se)被驅(qū)使自C2側(cè)通過(guò)TFT流向D電極，從而增加讀電容C2處的電位。Se和Sh之間的關(guān)系由Se＝Sh×Csin/(Csin+Ci)表示。與此同時(shí)，C2處的電位被一個(gè)放大器放大以便輸出。TFT被維持于接通狀態(tài)中一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間以便傳送足夠數(shù)量的電荷信號(hào)，然后它被切斷。
最后，進(jìn)行一個(gè)復(fù)位操作。為開(kāi)始進(jìn)行復(fù)位操作，開(kāi)關(guān)SW-C被接通。電容C2然后被復(fù)位至GND電位，從而為下一個(gè)傳送操作作準(zhǔn)備。
圖18是一個(gè)傳統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換器的兩維電路圖。為便于解釋?zhuān)魂U述對(duì)應(yīng)于3×3＝9個(gè)象素的那部分轉(zhuǎn)換器。光電轉(zhuǎn)換設(shè)備由S1-1至S3-3標(biāo)示；開(kāi)關(guān)設(shè)備(TFT)由T1-1至T3-3標(biāo)示；用于將TFT接通和切斷的門(mén)布線(xiàn)由G1-1至G3-3標(biāo)示；及信號(hào)布線(xiàn)由M1至M3標(biāo)示。Vs線(xiàn)是用于將一個(gè)存儲(chǔ)電壓或刷新電壓施加于光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上的布線(xiàn)。由實(shí)心矩形表示的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備電極是G電極，而其對(duì)面的電極是D電極。Vs線(xiàn)的部分供D電極使用。為便于光線(xiàn)進(jìn)入，使用一層薄N+層以形成D電極。S1-1至S3-3、T1-1至T3-3、G1至G3、M1至M3和Vs線(xiàn)這些部件組被集合地稱(chēng)為光電轉(zhuǎn)換電路段(101)。
Vs線(xiàn)由一個(gè)Vs電源106A或一個(gè)Vref電源106B加電，它們通過(guò)使用一個(gè)控制信號(hào)VSC來(lái)加以選擇。移位寄存器102被用于提供驅(qū)動(dòng)脈沖電壓至布線(xiàn)G1至G3。用于將TFT接通的電壓由一個(gè)外部提供的電源(VG(on))所確定。在一個(gè)提供的讀電路段107中來(lái)自光電轉(zhuǎn)換電路段101中布線(xiàn)M1至M3的平行信號(hào)輸出被放大和轉(zhuǎn)換為一個(gè)串行信號(hào)以供輸出。
在讀電路段107中提供開(kāi)關(guān)RES1至RES3，用于將以下部件復(fù)位M1至M3、用于把來(lái)自M1至M3的信號(hào)放大的放大器A1至A3、用于暫時(shí)存儲(chǔ)由放大器A1至A3放大的信號(hào)的采樣和保持電容CL1至CL3、用于采樣和保持的開(kāi)關(guān)Sn1至Sn3、緩存放大器B1至B3、用于將平行信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)的開(kāi)關(guān)Sr1至Sr3、用于將供平行至串行轉(zhuǎn)換用的脈沖提供給開(kāi)關(guān)Sr1至Sr3的移位寄存器103以及用于輸出轉(zhuǎn)換的串行信號(hào)的緩存放大器104。
圖19是用于顯示圖18中所示光電轉(zhuǎn)換器的操作的時(shí)序圖。將參照?qǐng)D19的時(shí)序圖描述圖18中所示光電轉(zhuǎn)換器的操作。一個(gè)或兩個(gè)不同電壓通過(guò)控制信號(hào)VSC施加于光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的Vs線(xiàn)上，即光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的D電極上。當(dāng)VSC為“Hi”時(shí)D電極具有電位VREF(V)，而當(dāng)VSC為“Lo”時(shí)電位為VS(V)。DC電源106A和106B分別提供讀電源電壓VS(V)和刷新電源電壓VREF(V)。
現(xiàn)在描述刷新周期內(nèi)的操作。所有來(lái)自移位寄存器102的信號(hào)都被設(shè)置為“Hi”，及讀電路段中的信號(hào)CRES被設(shè)置為“Hi”。所有開(kāi)關(guān)TFT(T1-1至T3-3)都被接通，讀電路段中的開(kāi)關(guān)設(shè)備RES1至RES3也都被接通，及所有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的G電極處被設(shè)置為GND電位。當(dāng)信號(hào)VSC變?yōu)椤癏i”時(shí)，所有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的D電極被加上刷新電源電壓VREF(負(fù)電位)。因此所有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備S1-1至S3-3都被設(shè)置于刷新模式中，從而進(jìn)行刷新。
以下描述光電轉(zhuǎn)換周期中的操作。VSC被變?yōu)椤癓o”及所有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的D電極被加上讀電源電壓VS(正電位)。因此該光電轉(zhuǎn)換設(shè)備被設(shè)置于光電轉(zhuǎn)換模式中。在此狀態(tài)中，所有來(lái)自移位寄存器102的信號(hào)都被設(shè)置為“Lo”，及讀電路段中的信號(hào)CRES也被設(shè)置為“Lo”。因此所有開(kāi)關(guān)TFT(T1-1至T3-3)都被切斷及讀電路段中的開(kāi)關(guān)設(shè)備RES1至RES3也被切斷。所有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的G電極都被設(shè)置于DC開(kāi)路狀態(tài)。然而，每個(gè)G電極處的電位被保持著，因?yàn)楣怆娹D(zhuǎn)換設(shè)備也起一個(gè)電容的作用。此時(shí)沒(méi)有光線(xiàn)進(jìn)入每個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，因此在光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中不生成電荷，即沒(méi)有電流。當(dāng)在此狀態(tài)中一個(gè)光源以脈沖方式被接通，每個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的D電極(N+電極)被光線(xiàn)輻照，因而一個(gè)所謂光電流流過(guò)該設(shè)備。雖然沒(méi)有被顯示于圖18中，該光源是例如一個(gè)熒光燈、LED或復(fù)印機(jī)中所用碘鎢燈(halogen lamp)。在使用X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備的情況下，該光源當(dāng)然是X射線(xiàn)源。在此情況下，可以使用一個(gè)用于將X射線(xiàn)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光的閃爍器。由光線(xiàn)造成流動(dòng)的光電流積累為每個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中的電荷，在光源切斷后該電荷仍然被保持。
其次描述讀周期內(nèi)的操作。讀操作按照以下順序完成對(duì)應(yīng)于S1-1至S1-3的第一線(xiàn)、對(duì)應(yīng)于S2-1至S2-3的第二線(xiàn)和對(duì)應(yīng)于S3-1至S3-3的第三線(xiàn)。首先，自S1-1至S1-3中讀取第一線(xiàn)信號(hào)，該移位寄存器SR1提供一個(gè)門(mén)脈沖給連至開(kāi)關(guān)設(shè)備(TFT)T1-1至T1-3的門(mén)布線(xiàn)G1。此時(shí)被提供的門(mén)脈沖的高電平是外部提供的電壓Vcom。因此TFT T1-1至T1-3被接通，以及積累于S1-1至S1-3中的電荷信號(hào)被傳送至信號(hào)布線(xiàn)M1至M3。讀電容(圖18中未示出)被加至信號(hào)布線(xiàn)M1至M3上及電荷信號(hào)通過(guò)TFT被傳送至讀電容。例如，被加至信號(hào)布線(xiàn)M1上的讀電容是連至信號(hào)布線(xiàn)M1的TFTT1-1、T2-1和T3-1的門(mén)-源電極間電容(Cg)(三個(gè)電容)之和，并且對(duì)應(yīng)于圖16中所示C2。傳送至信號(hào)布線(xiàn)M1至M3的電荷信號(hào)被放大器A1至A3放大。然后信號(hào)CRES被接通以便將電荷傳送至采樣和保持電容CL1至CL3。當(dāng)信號(hào)CRES被切斷時(shí)，所傳送電荷被保持于電容CL1至CL3上。隨后移位寄存器103將一個(gè)脈沖加于開(kāi)關(guān)Sr1、Sr2和Sr3上以使各開(kāi)關(guān)按照Sr1、Sr2和Sr3的順序一個(gè)接一個(gè)地接收脈沖。保持于電容CL1至CL3上的信號(hào)然后按照CL1、CL2和CL3的順序從放大器104輸出。由光電轉(zhuǎn)換操作為第一線(xiàn)自S1-1、S1-2和S1-3中獲取的信號(hào)隨后被連續(xù)地輸出。用于自S2-1至S2-3中讀取第二線(xiàn)信號(hào)的操作及用于自S3-1至S3-3中讀取第三線(xiàn)信號(hào)的操作以相同方式完成。
如果使用第一線(xiàn)采樣信號(hào)將布線(xiàn)M1至M3上的信號(hào)采樣和保持于CL1至CL3上，則布線(xiàn)M1至M3能夠由信號(hào)CRES復(fù)位至GND電位，其后隨以施加于布線(xiàn)G2上的門(mén)脈沖。也即，當(dāng)?shù)谝痪€(xiàn)信號(hào)的平行至串行轉(zhuǎn)換是由移位寄存器SR2完成時(shí)，來(lái)自光電轉(zhuǎn)換設(shè)備S2-1至S2-3的第二線(xiàn)電荷信號(hào)能夠同時(shí)被移位寄存器SR1傳送。
能夠用以上所述讀操作將所有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上的對(duì)應(yīng)于第一至第三線(xiàn)的電荷信號(hào)輸出。
為獲得一系列移動(dòng)圖象，圖19的時(shí)序圖中所示操作可以按照對(duì)應(yīng)于準(zhǔn)備獲得的移動(dòng)圖象的數(shù)量的次數(shù)加以重復(fù)。
然而，為獲得具有增加數(shù)量的象素的移動(dòng)圖象，必須進(jìn)一步改進(jìn)幀頻。
在通過(guò)對(duì)所有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備都公共的Vs線(xiàn)完成刷新操作的情況下，必須為每一幀提供一個(gè)刷新周期。這將產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，即在攝取電影圖象時(shí)幀頻將很小，即速度將減慢。
一般而言，作為一個(gè)胸腔的簡(jiǎn)單攝取圖象的規(guī)范的設(shè)計(jì)，要求一個(gè)圖象攝取面積不小于40平方cm及象素間距不大于200μm。例如，當(dāng)圖象攝取面積是40平方cm及象素間距是200μm時(shí)，光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的總量是4,000,000。當(dāng)如此大量的圖象攝取設(shè)備準(zhǔn)備集合地和同時(shí)地被刷新時(shí)，刷新時(shí)的電流更大。因此，在GND和X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備的電源線(xiàn)處的電壓變動(dòng)較大。在一個(gè)具體圖象攝取例子中，在一個(gè)促使電壓變動(dòng)穩(wěn)定的周期內(nèi)，必須在X射線(xiàn)輻照之前提供等待周期。這是圖17中所示W(wǎng)AIT周期。也即，為同時(shí)地和集合地刷新光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，不但必須在一個(gè)幀內(nèi)提供一個(gè)刷新周期，而且必須在一個(gè)幀內(nèi)提供一個(gè)等待周期。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是必須為一個(gè)讀操作一次刷新所有圖象攝取設(shè)備，因此電影圖象攝取將是困難的。
以下將在本發(fā)明實(shí)施例中詳細(xì)地描述它們。
圖3是用于顯示在刷新周期內(nèi)圖1中所示光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中節(jié)點(diǎn)N、G電極和TFT的門(mén)電極處的電位的時(shí)序圖；圖4是一個(gè)包括于代表本發(fā)明第一實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備中的光電轉(zhuǎn)換電路段的兩維電路圖；圖5是用于顯示圖4中所示光電轉(zhuǎn)換器的操作的時(shí)序圖；圖6是一個(gè)用于代表本發(fā)明第二實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖；圖7是一個(gè)用于代表本發(fā)明第三實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖；圖8是一個(gè)用于代表本發(fā)明第四實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備的對(duì)應(yīng)于一個(gè)象素的部分的等效電路圖；圖9是一個(gè)包括于代表本發(fā)明第四實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備中的光電轉(zhuǎn)換電路段的兩維電路圖；圖10是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的透視模式和照相模式的原理時(shí)序圖；圖11是一個(gè)圖10中所示透視模式的時(shí)序圖；圖12是一個(gè)圖10中所示透視模式的時(shí)序圖(顯示與圖11中所示時(shí)序不同的時(shí)序例子)；圖13是一個(gè)傳統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換器的頂視圖，其中使用一個(gè)非晶硅半導(dǎo)體薄膜在一個(gè)基底上形成光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和開(kāi)關(guān)設(shè)備；圖14是沿著圖13的線(xiàn)14-14所取剖面圖；圖15A、15B和15C是用于解釋圖13和14中所示光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作的能帶圖；圖16是一個(gè)由一個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和一個(gè)TFT組成的傳統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換電路的對(duì)應(yīng)于一個(gè)象素的部分的電路圖；圖17是一個(gè)用于顯示圖16中所示對(duì)應(yīng)于一個(gè)象素的電路的操作的時(shí)序圖；圖18是一個(gè)包括于傳統(tǒng)X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備中的光電轉(zhuǎn)換電路段的兩維電路圖；
圖19是一個(gè)用于顯示圖18中所示光電轉(zhuǎn)換電路段的操作的時(shí)序圖；及圖20是一個(gè)用于顯示代表本發(fā)明第五實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取系統(tǒng)的應(yīng)用的圖。
如此獲得的移動(dòng)圖象具有增大的幀頻，因?yàn)閄射線(xiàn)輻照之前的等待時(shí)間減少了。
以下參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明各實(shí)施例。(實(shí)施例1)圖1是一個(gè)用于代表本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備的對(duì)應(yīng)于一個(gè)象素的部分的等效電路圖。光電轉(zhuǎn)換設(shè)備由一個(gè)用i層形成的電容部件Ci和一個(gè)用注入阻止層形成的電容部件Csin所代表。在對(duì)應(yīng)于i層與注入阻止層之間的結(jié)合點(diǎn)上(圖1中的節(jié)點(diǎn)N)，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備飽和時(shí)也即在D電極和節(jié)點(diǎn)N(i層)之間不存在電場(chǎng)(只是減小的電場(chǎng))時(shí)，由光線(xiàn)生成的電子和空穴重新彼此組合。因此，在此狀態(tài)中，空穴載體無(wú)法存儲(chǔ)于部分N中。也即，在任何情況下節(jié)點(diǎn)N電位都不會(huì)超過(guò)D電極電位。為表示此飽和狀態(tài)中的操作，一個(gè)二極管(D1)并聯(lián)地連至圖1中所示Ci。也即圖1中的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備由三個(gè)部件Ci、Csin和D1表示。
熒光物1001被提供，以便用于波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，即將一個(gè)X射線(xiàn)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光波長(zhǎng)。Gd2O2、Gd2O3等用作熒光物的基本材料。稀土元素例如Tb3+或Eu3+被用于發(fā)射中心處。選代地，使用CsI的熒光物例如CsITl或CsIN作為基本材料。
一個(gè)電源Vs被提供以便在光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的D電極上加上一個(gè)偏壓。一個(gè)薄膜半導(dǎo)體(TFT)被提供用作開(kāi)關(guān)設(shè)備。一個(gè)讀電容C2被加至信號(hào)布線(xiàn)上。一個(gè)普通半導(dǎo)體能夠被用作開(kāi)關(guān)設(shè)備。然而此實(shí)施例中的TFT的使用是優(yōu)選的，因?yàn)橛捎赥FT中放射性射線(xiàn)的吸收而造成的噪音較小。
開(kāi)關(guān)SW-C是一個(gè)用于將C2復(fù)位至GND電位的開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)SW-C由信號(hào)RC控制。還提供用于刷新光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的電源Vg(on1)，用于接通TFT以便傳送電荷信號(hào)至C2的電源Vg(on2)，及用于切斷TFT的電源Vg(off)。
也提供用于在Vg(on1)和Vg(on2)之間進(jìn)行切換的開(kāi)關(guān)SW-E和用于在Vg(off)和Vg(on1)或Vg(on2)之間進(jìn)行切換的開(kāi)關(guān)SW-D。一個(gè)電容Cg形成于TFT的門(mén)電極和漏電極(光電轉(zhuǎn)換設(shè)備一側(cè))之間。
圖2是用于顯示圖1中所示一個(gè)象素的電路的操作的時(shí)序圖。
將參照?qǐng)D1和2描述由光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和TFT組成的一個(gè)象素的電路的操作。
首先描述一個(gè)X射線(xiàn)輻照周期。如上所述，X射線(xiàn)以脈沖方式發(fā)射。熒光物1001被穿透一個(gè)物體的X射線(xiàn)所輻照。熒光物1001將X射線(xiàn)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光。來(lái)自熒光物的可見(jiàn)光被輻射至半導(dǎo)體層(i層)以便由光電轉(zhuǎn)換操作轉(zhuǎn)換為一個(gè)電信號(hào)。由光電轉(zhuǎn)換操作產(chǎn)生的空穴載體積累于i層與絕緣層(注入設(shè)備層)之間的界面處以便增加節(jié)點(diǎn)N處的電位。由于TFT是斷開(kāi)的，G電極側(cè)的電位被相應(yīng)地增加。在X射線(xiàn)輻照周期內(nèi)，SW-D被設(shè)置為連至V(off)側(cè)及SW-C被斷開(kāi)。
接著描述一個(gè)傳送周期。如下所述地完成傳送操作。SW-D被操作以便允許接通TFT，及SW-E被設(shè)置為連至Vg(on2)側(cè)，從而攔通TFT。對(duì)應(yīng)于由X射線(xiàn)輻照所積累的空穴載體(Sh)數(shù)量的電子載體(Se)被驅(qū)使自C2側(cè)通過(guò)TFT流向G電極側(cè)，從而增加讀電容C2處的電位。Se和Sh之間的關(guān)系由Se＝Sh×Csin/(Csin+Ci)表示。與此同時(shí)，C2處的電位被一個(gè)放大器放大以便輸出。TFT被維持于接通狀態(tài)中一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間以便傳送足夠數(shù)量的電荷信號(hào)，然后它被切斷。
現(xiàn)在描述一個(gè)刷新操作。
圖3是用于顯示節(jié)點(diǎn)N、G電極和TFT的門(mén)電極處的電位的時(shí)序圖。
現(xiàn)在通過(guò)例子描述該操作，假設(shè)Vs＝9(V)、Vg(off)＝-5(V)、Vg(on1)＝12(V)和Vg(on2)＝30(V)。
為開(kāi)始刷新操作，SW-D被操作以便允許接通TFT，及SW-E被設(shè)置為連至Vg(on1)側(cè)，及SW-C被接通。當(dāng)給定一個(gè)電位差ΔV＝35V將TFT的門(mén)電壓自Vg(off)＝-5(V)增加至Vg(on1)＝30(V)時(shí)，35V電壓加于電容Cg、Csin和Ci上從而使電荷瞬時(shí)地分布開(kāi)(電荷分離)。G電極處電位的增加和節(jié)點(diǎn)N處電位的增加由電容Cg、Csin和Ci決定。然而，節(jié)點(diǎn)N處的電位不超過(guò)9V，因?yàn)榇嬖诙O管D1。當(dāng)一個(gè)電壓例如Vg(on1)被加上以便將節(jié)點(diǎn)N處的電位增加至超過(guò)9V時(shí)，空穴載體被驅(qū)使向著D電極側(cè)移動(dòng)以供刷新之用，而節(jié)點(diǎn)N電位被維持為9V。一度由于電荷分離而增加的G電極處電位隨后衰減至GND電位，其衰減時(shí)間常數(shù)由TFT的接通電阻Ron和光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的電容((Csin//Ci)串聯(lián)的電容Csin和Ci的總電容)所確定。與此同時(shí)，節(jié)點(diǎn)N處的電位也和G電極處同樣地衰減。相對(duì)于G電極衰減量ΔVG的節(jié)點(diǎn)N衰減量ΔVN被表達(dá)如ΔVn/ΔVg＝Csin/(Csin+Ci)。節(jié)點(diǎn)N處的電位衰減量ΔVN確定下一個(gè)光電轉(zhuǎn)換操作所積累的空穴載體數(shù)量。節(jié)點(diǎn)N、G電極和TFT的門(mén)電極處的電位被顯示于圖3的時(shí)序圖中。
最后描述一個(gè)復(fù)位操作。為開(kāi)始進(jìn)行復(fù)位操作，開(kāi)關(guān)SW-C被接通。電容C2然后被復(fù)位至GND電位，從而為下一個(gè)傳送操作作準(zhǔn)備。
圖2中沒(méi)有顯示對(duì)應(yīng)于圖17中所示的等待周期。以下將參照?qǐng)D3和4解釋其理由。
圖4是一個(gè)包括于本發(fā)明第一實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備中的光電轉(zhuǎn)換器的兩維電路圖。為便于描述，只闡述對(duì)應(yīng)于3×3＝9個(gè)象素的那部分轉(zhuǎn)換器。光電轉(zhuǎn)換設(shè)備由S1-1至S3-3標(biāo)示；開(kāi)關(guān)設(shè)備(TFT)由T1-1至T3-3標(biāo)示；用于將TFT接通和切斷的門(mén)布線(xiàn)由G1-1至G3-3標(biāo)示；及信號(hào)布線(xiàn)由M1至M3標(biāo)示。Vs線(xiàn)是用于將一個(gè)存儲(chǔ)電壓施加于光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上的布線(xiàn)。由實(shí)心矩形表示的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備電極是G電極，而其對(duì)面的電極是D電極。Vs線(xiàn)的部分供D電極使用。為便于光線(xiàn)進(jìn)入，使用一層薄N+層以形成D電極。為改進(jìn)進(jìn)入效率，可以使用例如一種由銦錫氧化物(ITO)組成的透明電極。S1-1至S3-3、T1-1至T3-3、G1至G3、M1至M3和Vs線(xiàn)這些部件組被集合地稱(chēng)為光電轉(zhuǎn)換電路段(101)。Vs線(xiàn)由一個(gè)Vs電源106A加電。移位寄存器102被用于提供驅(qū)動(dòng)脈沖電壓至布線(xiàn)G1至G3。用于將TFT接通的電壓由外部提供。作為這個(gè)電源，使用兩個(gè)外部電源VG(on1)和VG(on2)，它們由開(kāi)關(guān)SW-E選擇。該電壓被應(yīng)用線(xiàn)連續(xù)地改變以便完成逐行刷新操作。在一個(gè)提供的讀電路段107中來(lái)自光電轉(zhuǎn)換電路段101中布線(xiàn)M1至M3的平行信號(hào)輸出被放大和轉(zhuǎn)換為一個(gè)串行信號(hào)以供輸出。優(yōu)選地，一個(gè)讀電路包括IC芯片以便實(shí)現(xiàn)高速處理。在讀電路段107中提供開(kāi)關(guān)RES1至RES3，用于將以下部件復(fù)位M1至M3、用于把來(lái)自M1至M3的信號(hào)放大的放大器A1至A3、用于暫時(shí)存儲(chǔ)由放大器A1至A3放大的信號(hào)的采樣和保持電容CL1至CL3、用于采樣和保持的開(kāi)關(guān)Sn1至Sn3、緩存放大器B1至B3、用于將平行信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)的開(kāi)關(guān)Sr1至Sr3、用于將供平行至串行轉(zhuǎn)換用的脈沖提供給開(kāi)關(guān)Sr1至Sr3的移位寄存器103以及用于輸出轉(zhuǎn)換的串行信號(hào)的緩存放大器104。
圖5是用于顯示圖4中所示光電轉(zhuǎn)換器的操作的時(shí)序圖。
以下參照?qǐng)D5的時(shí)序圖描述圖4中所示光電轉(zhuǎn)換器的操作。
首先描述光電轉(zhuǎn)換周期。所有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的D電極都處于接受讀電源電壓VS(正電壓)的狀態(tài)中。所有來(lái)自移位寄存器102的信號(hào)都是“Lo”及所有開(kāi)關(guān)TFT(T1-1至T3-3)都被切斷。當(dāng)在此狀態(tài)中一個(gè)光源以脈沖方式被接通，每個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備被光線(xiàn)輻照，以及在光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的i層中產(chǎn)生電子和空穴載體。電子被Vs驅(qū)使向著D電極移動(dòng)，而空穴則積累于光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中的i層與絕緣層之間的界面處，并且即使在X射線(xiàn)源被切斷后也仍然被保持住。
接著描述一個(gè)讀周期。
一個(gè)讀操作按照以下順序完成對(duì)應(yīng)于S1-1至S1-3的第一線(xiàn)、對(duì)應(yīng)于S2-1至S2-3的第二線(xiàn)和對(duì)應(yīng)于S3-1至S3-3的第三線(xiàn)。首先，自S1-1至S1-3中讀取第一線(xiàn)信號(hào)，該移位寄存器SR1提供一個(gè)門(mén)脈沖給連至開(kāi)關(guān)設(shè)備(TFT)T1-1至T1-3的門(mén)布線(xiàn)G1。此時(shí)被提供的門(mén)脈沖的高電平是外部提供的電壓Vg(on2)。因此TFT T1-1至T1-3被接通，以及積累于S1-1至S1-3中的電荷信號(hào)被傳送至信號(hào)布線(xiàn)M1至M3。讀電容(圖4中未示出)被加至信號(hào)布線(xiàn)M1至M3上及電荷信號(hào)通過(guò)TFT被傳送至讀電容。例如，被加至信號(hào)布線(xiàn)M1上的讀電容是連至信號(hào)布線(xiàn)M1的TFT T1-1、T2-1和T3-1的門(mén)-源電極間電容(Cg)(三個(gè)電容)之和，并且對(duì)應(yīng)于圖1中所示C2。傳送至信號(hào)布線(xiàn)M1至M3的電荷信號(hào)被放大器A1至A3放大。然后信號(hào)CRES被接通以便將電荷傳送至采樣和保持電容CL1至CL3。當(dāng)信號(hào)CRES被切斷時(shí)，所傳送電荷被保持于電容CL1至CL3上。隨后移位寄存器103將一個(gè)脈沖加于開(kāi)關(guān)Sr1、Sr2和Sr3上以使各開(kāi)關(guān)按照Sr1、Sr2和Sr3的順序一個(gè)接一個(gè)地接收脈沖。保持于電容CL1至CL3上的信號(hào)然后按照CL1、CL2和CL3的順序從放大器104輸出。隨后由光電轉(zhuǎn)換操作為第一線(xiàn)自S1-1、S1-2和S1-3中獲取的信號(hào)被連續(xù)地輸出。用于自S2-1至S2-3中讀取第二線(xiàn)信號(hào)的操作及用于自S3-1至S3-3中讀取第三線(xiàn)信號(hào)的操作以相同方式完成。
如果使用第一線(xiàn)采樣信號(hào)將布線(xiàn)M1至M3上的信號(hào)采樣和保持于CL1至CL3上，則來(lái)自S1-1至S1-3的信號(hào)被從光電轉(zhuǎn)換電路段101中輸出。因此，當(dāng)平行至串行轉(zhuǎn)換是由讀電路段107中的開(kāi)關(guān)Sr1至Sr3完成時(shí)，能夠完成用于刷新S1-1至1-3的操作和用于將段101中的布線(xiàn)M1至M3復(fù)位的操作。
如下描述地完成S1-1至S1-3的刷新操作。開(kāi)關(guān)RES1至RES3被信號(hào)CRES接通以便將加于門(mén)布線(xiàn)的電壓Vg(on1)施加于TFT上。電壓Vg(on1)被設(shè)置為高于電壓Vg(on2)。此后當(dāng)開(kāi)關(guān)RES1至RES3被保持于導(dǎo)電狀態(tài)中時(shí)，TFT被切斷以便將信號(hào)布線(xiàn)M1至M3的讀電容復(fù)位至GND電位。在將布線(xiàn)M1至M3復(fù)位之后，能夠?qū)㈤T(mén)脈沖加于線(xiàn)G2上。也即，當(dāng)移位寄存器SR2完成第一線(xiàn)信號(hào)的平行至串行轉(zhuǎn)換時(shí)，移位寄存器SR1能夠與此同時(shí)地完成光電轉(zhuǎn)換電路段101中光電轉(zhuǎn)換設(shè)備S1-1至S1-3的刷新操作、布線(xiàn)M1至M3的復(fù)位及第二線(xiàn)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備S2-1至S2-3上的電荷信號(hào)的被傳送至布線(xiàn)M1至M3。
所有第一線(xiàn)至第三線(xiàn)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上的電荷信號(hào)能夠用以上所述操作被輸出。
有可能通過(guò)重復(fù)以上所述光電轉(zhuǎn)換周期和讀周期的一個(gè)過(guò)程而獲得一系列移動(dòng)圖象。如這個(gè)實(shí)施例的時(shí)序圖中所示，該刷新周期不是獨(dú)立地被設(shè)置，以使在獲得移動(dòng)圖象的情況下設(shè)置的幀頻能夠被有效地增加。同時(shí)刷新所有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的傳統(tǒng)方法要求設(shè)置一個(gè)等待周期，用于減少由于刷新時(shí)生成的暗電流分量所引起的GND和電源波動(dòng)。相反，在此實(shí)施例中完成逐線(xiàn)刷新。因此同時(shí)被刷新的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的數(shù)量要小得多，從而不需要特地設(shè)置一個(gè)等待周期，這意味著能夠增加移動(dòng)圖象幀頻。(實(shí)施例2)圖6是一個(gè)顯示用于代表本發(fā)明第二實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。當(dāng)圖2的時(shí)序圖顯示以脈沖方式輻射X射線(xiàn)的方法時(shí)，圖6的時(shí)序圖顯示以恒定強(qiáng)度輻射X射線(xiàn)的方法。在此情況下，光電轉(zhuǎn)換周期被定義為完成刷新的時(shí)刻與開(kāi)始傳送的時(shí)刻之間的周期。醫(yī)學(xué)用途的實(shí)際X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備具有大量象素(N行×M列)。例如，第一行中的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備具有的光電轉(zhuǎn)換周期大體上等于第二至第N條線(xiàn)即總共N-1條線(xiàn)的讀周期之和，即除用于在它們自身中完成傳送、刷新和復(fù)位的周期以外的周期。其他行中的每一行中的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備具有一個(gè)以相同方式確定的光電轉(zhuǎn)換周期，即除用于在它們自身中完成傳送、刷新和復(fù)位的周期以外的用于讀取N-1條線(xiàn)的周期。例如，第100條線(xiàn)中的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備所具有的一個(gè)光電轉(zhuǎn)換周期大體上等于第101條至第N條線(xiàn)的讀周期與下一幀中第一條至第99條線(xiàn)的讀周期之和，即總共N-1條線(xiàn)的讀周期。也即，在其特征為以恒定強(qiáng)度輻射X射線(xiàn)的這個(gè)實(shí)施例中光電轉(zhuǎn)換周期可以自一幀伸展至另一幀。然而，所有光電轉(zhuǎn)換設(shè)備都具有相同光電轉(zhuǎn)換周期并且沒(méi)有不正常條件結(jié)果。
在此實(shí)施例中，X射線(xiàn)輻照周期即圖2或5中所示光電轉(zhuǎn)換周期能夠被去除，以便進(jìn)一步有利地增加幀速率。此外，與脈沖輻射方法比較，能夠減少X射線(xiàn)強(qiáng)度以便減輕對(duì)X射線(xiàn)源和電源的負(fù)擔(dān)。(實(shí)施例3)圖7是一個(gè)顯示用于代表本發(fā)明第三實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。當(dāng)圖6的時(shí)序圖中所示實(shí)施例中的布線(xiàn)M1至M3在光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的刷新操作之后被復(fù)位時(shí)，圖7中所示實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備刷新操作和布線(xiàn)M1至M3的復(fù)位操作是同時(shí)完成的。刷新操作的必要條件與復(fù)位操作的條件相同，以及通過(guò)使用控制信號(hào)CRES(控制信號(hào)RC)來(lái)接通圖1中所示開(kāi)關(guān)SW-C或圖4中所示開(kāi)關(guān)RES1至RES3。因此刷新操作和復(fù)位操作能夠彼此同時(shí)地完成。由于在此實(shí)施例中X射線(xiàn)也是以恒定強(qiáng)度輻射的，一行中的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備所具有的光電轉(zhuǎn)換周期大體上等于N-1條線(xiàn)的讀周期之和，即除用于在它們自身中完成傳送、刷新和復(fù)位的周期以外的周期，如同第二實(shí)施例。
在此實(shí)施例中，圖6中所示復(fù)位周期能夠被去除，以便能夠比第二實(shí)施例進(jìn)一步有利地增加幀速率。此外，與第一實(shí)施例比較，能夠減少X射線(xiàn)強(qiáng)度以便減輕對(duì)X射線(xiàn)源和電源的負(fù)擔(dān)，如同第二實(shí)施例。(實(shí)施例4)圖8是一個(gè)用于代表本發(fā)明第四實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備的對(duì)應(yīng)于一個(gè)象素的部分的等效電路圖。雖然在圖1中所示電路中光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的D電極處于恒定電壓VS下，圖8中所示電路中的開(kāi)關(guān)SW-F能夠選擇性地施加電壓VS和電壓Vref。此實(shí)施例的特征在于允許選擇自G電極側(cè)或自D電極側(cè)施加光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的刷新電壓。例如，在要攝取一個(gè)靜止圖象的情況下，自D電極側(cè)施加刷新電壓的方法用于完成例如圖7時(shí)序圖中所示操作。在要獲得多個(gè)靜止圖象的情況下，自G電極側(cè)施加刷新電壓的方法用于完成例如圖2時(shí)序圖中所示操作。在此實(shí)施例中，能夠使用一個(gè)X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備在攝取一個(gè)靜止圖象的模式(照相模式或靜止圖象模式)和獲取移動(dòng)圖象的模式(透視模式或移動(dòng)圖象模式)中的每一個(gè)模式中完成照相。圖9是一個(gè)代表本發(fā)明第四實(shí)施例的X射線(xiàn)圖象攝取設(shè)備中的兩維電路圖。圖9中所示電路與圖4中所示電路的不同之處在于能夠利用控制信號(hào)VSC將傳感器電源線(xiàn)在電壓VS與電壓Vref之間切換。圖10是一個(gè)用于顯示在照相中自透視模式(移動(dòng)圖象模式)過(guò)渡到照相模式(靜止圖象模式)的原理時(shí)序圖。圖11是一個(gè)用于顯示圖9中所示電路的透視模式中的操作的時(shí)序圖。也即，在透視模式中，圖10中所示時(shí)序操作被重復(fù)。在透視模式的周期內(nèi)，一個(gè)照相師監(jiān)視物體(病人)的透視圖象以便確定該物體的位置和角度從而完成一個(gè)靜止圖象的照相。通常在此周期內(nèi)，該物體用相對(duì)低的劑量率的X射線(xiàn)輻照。當(dāng)該照相師輸入一個(gè)曝光請(qǐng)求信號(hào)(一個(gè)表達(dá)照相師將靜止圖象照相的愿望的信號(hào))至該設(shè)備時(shí)，促使模式從透視模式過(guò)渡至照相模式。照相模式中的操作時(shí)序與圖19中所示的相同。根據(jù)此實(shí)施例，當(dāng)在要求獲得移動(dòng)圖象而進(jìn)行快速刷新的情況下完成G電極側(cè)電壓的逐線(xiàn)控制時(shí)，在對(duì)靜止圖象進(jìn)行照相的情況下完成D電極側(cè)電壓的控制。有利的是，如果完成此加電操作，則能夠設(shè)置一個(gè)高刷新電壓從而保證一個(gè)大的動(dòng)態(tài)范圍。
如圖9中所示，一次只設(shè)置一個(gè)的透視模式和照相模式的依次關(guān)系并不是唯一的。例如，能夠交替地設(shè)置透視模式和照相模式，重復(fù)地自透視模式換至照相模式，回至透視模式，然后再照相模式，這取決于將物體照相的組合方式。
圖12是一個(gè)與圖11中所示時(shí)序不同的透視模式時(shí)序圖，其不同處在于不是以脈沖方式輻射X射線(xiàn)。在圖12中所示時(shí)序的情況下，讀周期和光電轉(zhuǎn)換周期能夠被并發(fā)地設(shè)置以便允許有利地增加透明模式中的操作頻率。此外，由于X射線(xiàn)源不被用作以脈沖方式輻射X射線(xiàn)，因此能夠減少X射線(xiàn)源的負(fù)載。
在將本發(fā)明應(yīng)用于透視設(shè)備的情況下，可以如此安排以便于在透視模式中通過(guò)完成來(lái)自TFT門(mén)的刷新操作而獲得一個(gè)連續(xù)圖象，以及當(dāng)在完成透視操作定位后過(guò)渡至一個(gè)靜止圖象照相模式時(shí)，便于完成來(lái)自SW-F側(cè)的刷新操作從而獲得一個(gè)高S/N靜止圖象。通常來(lái)自SW-F側(cè)的刷新操作的刷新效率高于來(lái)自TFT側(cè)的刷新效率，以及由前者完成的S/N也較高。在將一個(gè)不需要高S/N的透視定位圖象進(jìn)行照相的情況下使用來(lái)自TFT門(mén)的刷新操作是合理的。此外，在將一個(gè)需要高S/N及改進(jìn)的圖象質(zhì)量的靜止圖象進(jìn)行照相的情況下使用來(lái)自SW-F側(cè)的刷新操作是合理的。
(實(shí)施例5)圖20顯示使用一個(gè)射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備將本發(fā)明應(yīng)用于X射線(xiàn)診斷系統(tǒng)的例子。
X射線(xiàn)管6050中生成的X射線(xiàn)6060穿透一個(gè)病人的胸部6062或一個(gè)物體6061，并且進(jìn)入一個(gè)具有安裝于其上的熒光物的光電轉(zhuǎn)換器6040。進(jìn)入轉(zhuǎn)換器的X射線(xiàn)具有關(guān)于病人6061身體內(nèi)部的信息。該熒光物發(fā)射對(duì)應(yīng)于射入于其上的X射線(xiàn)的光線(xiàn)。此光線(xiàn)被光電轉(zhuǎn)換操作轉(zhuǎn)換為電信息。此信息被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式并且經(jīng)受由圖象處理器6070所完成的圖象處理。在圖象處理之后，該信息能夠在控制室內(nèi)通過(guò)顯示器6080進(jìn)行觀察。
此外，此信息能夠被一個(gè)傳送裝置例如一條電話(huà)線(xiàn)6090傳送至遠(yuǎn)處，以便顯示于醫(yī)生房間等內(nèi)的顯示屏6081上或者存于存儲(chǔ)裝置例如光盤(pán)上以供醫(yī)生在遠(yuǎn)處診斷之用。該信息也能由一個(gè)膠片處理器6100記錄于膠片6110上。
權(quán)利要求
1.一種射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，包括一個(gè)基底；多個(gè)象素，它們之中每一個(gè)都由一個(gè)MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和一個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備組成，這些象素被兩維地排列于基底上；連至開(kāi)關(guān)設(shè)備的控制電極的多條控制布線(xiàn)；用于從MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備讀取信號(hào)的多條信號(hào)布線(xiàn)；及第二開(kāi)關(guān)設(shè)裝置，用于切換一個(gè)偏壓以將開(kāi)關(guān)設(shè)備接通至一個(gè)第一偏壓和一個(gè)第二偏壓中的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，其中第一偏壓是一個(gè)供刷新操作用的偏壓，該刷新操作用于肅清殘留于MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中的載體，及第二偏壓是一個(gè)傳送偏壓，用于將積累于MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中的電荷信號(hào)傳送至信號(hào)布線(xiàn)中的相應(yīng)的一個(gè)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，其中公共地連至控制布線(xiàn)中的一個(gè)的開(kāi)關(guān)設(shè)備被第二偏壓接通以便完成傳送操作，且連至該控制布線(xiàn)的開(kāi)關(guān)設(shè)備隨后被第一偏壓接通以便完成相對(duì)于每條線(xiàn)的刷新操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，其中一種非晶硅半導(dǎo)體用作MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和開(kāi)關(guān)設(shè)備的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，其中該開(kāi)關(guān)設(shè)備包括一個(gè)薄膜半導(dǎo)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，其中MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備由一層形成為低電極的第一金屬薄膜層、一層非晶硅氮化物絕緣層(a-SiNx)、一層加氫處理非晶硅光電轉(zhuǎn)換層(a-SiH)、一層用于阻止注入空穴的N型注入阻止層及作為高電極被放置于透明導(dǎo)電層或注入阻止層的一部分上的第二金屬薄膜層所組成，這些層按照所述順序被安排于基底上；開(kāi)關(guān)設(shè)備由一層形成為低門(mén)電極的第一金屬薄膜層、一層非晶硅氮化物門(mén)絕緣層(a-SiNx)、一層加氫處理非晶硅半導(dǎo)體層(a-SiH)、一層N型電阻觸點(diǎn)層及形成為源和漏電極的透明導(dǎo)電層或第二金屬薄膜層所組成，這些層按照所述順序被安排于基底上；在刷新模式中，一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)方向內(nèi)被加于MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上以驅(qū)使空穴自光電轉(zhuǎn)換層移向第二金屬薄膜層；在光電轉(zhuǎn)換模式中，一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)方向內(nèi)被加于MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上以使由于光線(xiàn)進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換層而生成的載體停留于光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)，及驅(qū)使也由光線(xiàn)生成的電子載體移向第二金屬薄膜層；以及光電轉(zhuǎn)換模式中積累于光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)的空穴載體或者被驅(qū)使移向第二金屬薄膜層的電子載體被檢測(cè)為光信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，還包括一個(gè)用于完成輻射波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，其中第一偏壓高于第二偏壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，還包括一個(gè)用于將偏壓施加于光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上的偏壓布線(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，還包括一個(gè)用于改變加于偏壓線(xiàn)上的偏壓的第三開(kāi)關(guān)裝置，其中包括至少一個(gè)由第三開(kāi)關(guān)裝置切換的第三偏壓是一個(gè)用于第二刷新操作的偏壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，其中第二刷新操作供靜止圖象用。
12.一種用于驅(qū)動(dòng)根據(jù)權(quán)利要求2的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備的方法，包括借助第一偏壓完成刷新操作，以便肅清殘留于MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中的載體；及借助第二偏壓將積累于MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中的電荷信號(hào)傳送至信號(hào)布線(xiàn)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，其中相對(duì)于每個(gè)傳感器行完成刷新操作，以便獲得移動(dòng)圖象，從而在已經(jīng)相對(duì)于第n傳感器行完成信號(hào)傳送操作之后，完成第n傳感器行的刷新操作。
14.一種用于驅(qū)動(dòng)根據(jù)權(quán)利要求10的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備的方法，包括一種透視模式，其中第一偏壓被加于光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上以便刷新該設(shè)備；及一種照相模式，其中第三偏壓被加于光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上以便刷新該設(shè)備。
15.一種射線(xiàn)照相圖象攝取系統(tǒng)包括一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1的射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備；通過(guò)輻射對(duì)射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備進(jìn)行輻照的輻照裝置；一個(gè)信號(hào)處理電路，用于處理來(lái)自射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備的信號(hào)；記錄裝置，用于記錄來(lái)自信號(hào)處理電路的信號(hào)；一個(gè)顯示裝置，用于顯示來(lái)自信號(hào)處理電路的信號(hào)；及傳送處理裝置，用于傳送來(lái)自信號(hào)處理電路的信號(hào)。
全文摘要
提供一種射線(xiàn)照相圖象攝取設(shè)備，包括一個(gè)基底；多個(gè)象素，它們之中每一個(gè)由一個(gè)MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和一個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備組成，這些象素被兩維地排列于基底上；連至開(kāi)關(guān)設(shè)備的控制電極的多條控制布線(xiàn)；用于從MIS型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備中讀取信號(hào)的多條信號(hào)布線(xiàn)；及用于將開(kāi)關(guān)設(shè)備接通至第一偏壓和第二偏壓中的至少一個(gè)而切換偏壓的第二開(kāi)關(guān)設(shè)單元。
文檔編號(hào)H04N3/15GK1391288SQ0212273
公開(kāi)日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2002年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月7日
發(fā)明者遠(yuǎn)藤忠夫 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社