专利名称：成像装置、放射线成像装置和放射线成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及成像装置，放射线成像装置和放射线成像系统。出于本说明的目的，术语“放射线”还包含电磁波，诸如X射线和γ射线、α射线、β射线。
背景技术：
近年来，已知的平板光电转换装置和放射线成像装置包括区域传感器阵列，在区域传感器阵列中形成在绝缘衬底(诸如玻璃衬底)上的无定型硅或多晶硅膜被用作材料，并且由光电转换元件和薄膜晶体管(TFT)构成的像素为二维阵列布置。在这些装置中，通过以矩阵方式驱动TFT，将已经在光电转换元件中经过光电转换的电荷传输到读取电路单元并且读出。
现在描述根据相关技术的装置。一种已知的平板区域传感器包括传感器阵列，在传感器阵列中由形成在玻璃衬底上的无定型硅PIN光电二极管和TFT构成的像素为二维阵列布置。以矩阵方式驱动该区域传感器。从电源给各个像素的PIN光电二极管的公共电极侧施加偏压。各个像素的栅极连接到公共栅线，并且公共栅线连接到由移位寄存器等构成的栅驱动电路单元。
在另一方面，各个TFT的源极连接到公共信号配线，公共信号配线连接到包括运算放大器、采样保持电路、模拟复用器、缓冲区放大器等的读取电路单元。
由A/D转换器对从读取电路单元输出的模拟信号数字化，并且由以存储器、处理器等构成的图像处理单元进行处理。然后将处理后的信号输出到显示装置(诸如监视器)或存储在记录装置(诸如硬盘)内。
欧洲专利公开号0796000，美国专利号5184018和日本专利特开号2004-031658详细描述了通过使用如上所述的读取电路单元和栅驱动电路，以矩阵方式驱动区域传感器阵列获得图像信号的平板光电转换装置和放射线照像装置。
所有的专利文献不仅描述了区域传感器的基本操作，而且描述了这样的配置，其中读取电路单元包括连接到各个公共信号配线的第一级放大器、复用器等。在某些文献中，读取电路单元还包括多级放大器等。另外，这些文献还公开了由晶体半导体构成的放大器的例子。
发明内容
用于医疗X射线成像系统等的放射线成像装置与消费成像装置相比一般需要功率消耗特性、噪声特性、动态范围特性等方面的更卓越性能。
尤其是，为了实现可以执行荧光镜成像(运动图像)和静止成像两者的医疗X射线成像系统，尽管功率消耗很低，X射线成像系统还得具有低的噪声等级和足够的动态范围。然而，在已知技术的例子中，不一定满足所有这些特性。
为了实现功率消耗的减少和噪声等级的减少，例如，日本专利特开号2004-031658描述了一种配置，其中可以如下改变和控制读取电路单元内的多级放大电路的各个电路区域中的供电电流。
即，为了减少噪声等级，在荧光镜成像(运动图像)中，控制提供给多级放大电路的电流增加，而在静止成像中，控制提供给多级放大电路的电流减小。根据日本专利特开号2004-031658中描述的配置，与在荧光镜成像和静止成像中都提供恒定电流的配置相比，可以减小整体的功率消耗。
然而，一般地，考虑成像所需的时间，即，读取电路单元的激励时间，由于存在关系“荧光镜成像所需的时间＞＞静止成像所需的时间”，在某些情况下效果是不够的。
尤其是，当将上面的配置应用于主要执行荧光镜成像的系统时，由于功率消耗产生的热量是不可忽视的，这导致由于温度增加引起的图像质量下降或由于增加冷却机构装置带来的大小增加的不利影响。
在除了日本专利特开号2004-031658之外的上述专利文献中，未描述功率消耗特性本身的概念。另外，所有上述专利文档都未描述连接到区域传感器阵列的读取电路单元所需的动态范围特性的概念。
如上所述，上述文献中没有一个描述了用于改进功率消耗特性、噪声特性和动态范围特性的概念，并且未公开可以实现该改进的特定配置。
鉴于上述情况作出本发明，并且提供了一种成像装置、一种放射线成像装置和放射线成像系统，其中可以改进功率消耗特性、噪声特性和动态范围特性。
本发明的成像装置包括传感器阵列，其中多个像素在行方向和列方向上以阵列布置，每个像素包括光电转换元件和开关元件；连接到在列方向上提供的多个开关元件的信号配线；以及连接到该信号配线的读取电路单元，其中读取电路单元包括包含第一放大电路的第一操作区域和包含连接到第一操作区域的第二放大电路的第二操作区域，并且第一和第二放大电路的每一个布置为被供以在一个范围内的电，第一放大电路的供电电压范围的最大值大于第二放大电路的供电电压范围的最大值。
本发明的放射线成像装置包括传感器阵列，其中多个像素在行方向和列方向上以阵列布置，每个像素包括将放射线转换为电信号的转换元件以及开关元件；连接到在列方向上提供的多个开关元件的信号配线；以及连接到该信号配线的读取电路单元，其中读取电路单元包括包含第一放大电路的第一操作区域和包含连接到第一操作区域的第二放大电路的第二操作区域，并且第一和第二放大电路的每一个布置为被供以一个范围内的电，第一放大电路的供电电压范围的最大值大于第二放大电路的供电电压范围的最大值。
根据本发明，在成像装置或放射线成像装置中，可以减小读取电路单元的功率消耗，并且另外可以减小整个成像装置或整个放射线成像装置的功率消耗。另外，可以在减小由于功率消耗引起的热产生的同时，以低的噪声等级实现足够的动态范围。
参考附图，从对示例实施例的下列描述中将明了本发明的其他特征。
图1是根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的示意电路图；图2是根据本发明的第一实施例的放射线成像装置中使用的读取电路单元的示意电路图；图3是根据本发明的第一实施例的放射线成像装置中使用的区域传感器阵列的像素的截面图；图4A和4B是示出了根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的操作的图；图5是根据本发明的第二实施例的放射线成像装置中使用的读取电路单元的示意电路图；图6是根据本发明的第三实施例的放射线成像装置中使用的读取电路单元的示意电路图；图7是根据本发明的第四实施例的放射线成像装置的示意电路图；图8是根据本发明的第五实施例的放射线成像装置的示意电路图；图9是根据本发明的第五实施例的放射线成像装置中使用的读取电路单元的示意电路图；图10是根据本发明的第五实施例的放射线成像装置中使用的区域传感器阵列的像素的截面图；图11是根据本发明的第六实施例的放射线成像装置的示意电路图；
图12是根据本发明的第八实施例的X射线成像系统的视图；图13A和13B是示出了将在本发明的放射线成像装置中考虑的问题的图；图14A到14C中的每一个是示出了根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的读取电路单元内使用的放大电路的图；图15是根据本发明的第七实施例的放射线成像装置的示意电路图；和图16是示出了根据本发明的第七实施例的放射线成像装置的操作的图。
具体实施例方式
第一实施例现在将参考图13A和13B描述由本发明人发现的读取电路单元所需的动态范围特性。图13A示出了传感器阵列的像素和连接到信号线的读取电路单元的等效电路。在实际电路中多个像素被连接到每个信号配线，但是为了简单起见在图中被省略了。实际的读取电路单元还包括多个放大器等，但是这些也被省略了。
在图中，Von代表从栅驱动电路单元给TFT(开关元件)的栅极施加的导通状态电压，并且Voff代表从栅驱动电路单元给TFT的栅极施加的截止状态电压。在连接到信号线的运算放大器中，由Vref代表参考电压，并且由Vdd/GND(地)代表电源电压。运算放大器包括电容Cf，并且构成电荷读取电路。图中的Cgs代表TFT的栅-源寄生电容。
图13B是一个时序图，示出了当图13A中所示的等效电路运行时各个部分的信号。首先，当RC信号变为高电平时，运算放大器的开关RC关闭，并且信号配线和放大器的输出重置为Vref。在开关RC变为截止状态之后，TFT返回导通状态，并且存储在光电转换元件内的信号电荷被传输到读取电路单元的电容Cf，并且被转换为电压。
此处，应当注意，当TFT返回导通状态时，寄生电容将近似由下面等式表示的电荷Qc 临时注入读取电路单元。由寄生电容注入的电荷Qc＝Cgs×(Von-Voff)。
根据上面的等式，当第一级放大器的输出电压Vout允许TFT返回导通状态时，临时满足下面的等式。
第一级放大器的输出电压Vout＝Vref-(Qc/Cf)由该等式代表的关系说明在连接到区域传感器阵列的读取电路单元中，为了减小功率消耗而不必要地减小电源电压在将TFT返回导通状态时可能引起放大电路的饱和，并且使得动态范围特性退化。因此，必需谨慎选择读取电路单元的电源电压。
现在将参考附图详细描述本发明的第一实施例。图1是根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的示意图。传感器阵列101包括正-本征-负(PIN)光电二极管102和薄膜晶体管(TFT)103。各个TFT包括栅极、源极和漏极。栅驱动器(驱动电路单元)104给各个TFT103的栅线(驱动配线)提供电压。每个读取电路单元(读取电路单元)105包括第一区域(第一操作区域)106和第二区域(第二操作区域)107，并且被连接到连接于TFT103的源的信号线(信号配线)108。每个第一区域106包括放大器201，并且给第一区域106提供电源电压V1(5V)。给第二区域1107提供电源电压V2(3.3V)。
传感器阵列101包括由PIN光电二极管(光电转换元件)102和TFT(开关元件)103构成的二维阵列像素，它们由无定形硅制成并且被以矩阵方式驱动。将偏压施加到各个像素的PIN光电二极管102的公共电极侧(图中二极管的阴极侧)。各个像素的TFT103的栅极共同连接到栅线(驱动配线)。栅线连接到由移位寄存器等构成的栅驱动器104。各个信号线108连接到在列方向布置为阵列的多个TFT103。
图2是示出了图1中所示的读取电路单元105的特定配置的示意电路图。图4A和4B是示出了第一实施例的动态范围特性的图。读取电路单元105由单片集成电路构成。第一区域106包括运算放大器201、采样和保持电路(S/H)203、模拟复用器202、电荷存储电容Cf和开关RC。第二区域107包括可编程增益放大器211、A/D转换器212和逻辑单元213。给第一区域106内的运算放大器201和模拟复用器202提供电源电压V1。给第二区域107内的可编程增益放大器211、A/D转换器212和逻辑单元213提供电源电压V2。
信号线108连接到在列方向上布置为阵列的多个TFT103的源极或漏极。第一区域106连接到信号线108。第二区域107连接到第一区域106的后级。第一区域106包括连接到信号线108的运算放大器(放大电路)201。第二区域107包括连接到第一区域106的后级的可编程增益放大器(放大电路)211。
电压Von是从栅驱动器104施加到TFT103的栅极的导通状态电压。电压Voff是从栅驱动器104施加到TFT103的栅极的截止状态电压。在连接到信号线108的运算放大器201内，由Vref代表参考电压，并且由V1/GND(地)代表电源电压。运算放大器201包括用于电荷存储的积分电容器Cf，并且组成电荷读取放大器。另外，图中的电容Cgs代表TFT103的栅-源寄生电容。
各个TFT103的源极连接到公共信号线108，并且连接到由运算放大器201、采样和保持电路203、模拟复用器202、可编程增益放大器211、A/D转换器212等构成的读取电路单元105。
模拟信号被A/D转换器212数字化，并且由图像处理单元(未示出)处理，图像处理单元由存储器、处理器等构成。然后，处理后的信号输出到显示装置(诸如监视器)，或存储在记录装置(诸如硬盘(未示出))内。
包括目标信息(subject information)的光从辐射单元入射到区域传感器阵列101上。光电二极管102通过光电转换将光转换为电信号。另外，提供在运算放大器201内的重置开关RC通过重置信号返回导通状态，以便重置运算放大器201的积分电容Cf和各个公共信号线108。随后，给第一线的公共栅线施加传递脉冲，并且连接到第一线的公共栅线的TFT103返回导通状态。因此，通过公共信号线108将光电二极管102内产生的信号电荷传递到读取电路单元105。在连接到各个信号线108的运算放大器201内将传递的电荷转换为电压。
随后，给采样和保持电路203施加采样和保持信号，并且对从运算放大器201输出的电压采样。然后，将采样的电压保持在采样和保持电路203的电容内。在模拟复用器202内对该电压进行串行转换，并且通过可编程增益放大器211作为模拟信号输入A/D转换器212。根据A/D转换器212的分辨率将输入A/D转换器212的模拟信号转换为数字信号，并且作为数字信号输入图像处理单元。
随后，由开关RC再次重置运算放大器201的积分电容器Cf和各个公共信号线108，并且然后给第二线的公共栅线施加传递脉冲。因此，通过TFT103读出第二线的光电二极管102内的电荷。在第三线和后续线的栅线内重复类似操作，从而读出整个传感器阵列的电荷，即，图像输出数据。
图3是第一实施例的传感器阵列101的像素的截面图。在玻璃衬底301上提供光电二极管310、TFT311和配线部分312。光电二极管310包括上部电极层306、n-层307、半导体层309、p-层308、下部电极层305。TFT311包括栅极302、漏极303和源极304。保护层313覆盖光电二极管310、TFT311和配线部分312。在保护层313上提供粘合剂层314。在粘合剂层314上提供荧光体层315。X射线316从荧光体层315的上部入射。荧光体层315不一定提供在粘合剂层314上，并且可以通过汽相沉积等直接形成在保护层313上。可以使用钆基材料(诸如Gd2O2S:Tb或Gd2O3:Tb)或碱性卤化物(诸如碘化铯(CsI))作为主要材料形成荧光体层315。
各个像素的PIN光电二极管310具有这样的结构，其中下部电极层305、无定形硅P-层308、无定形硅半导体层309、无定形硅n-层307和上部电极层306堆叠在玻璃衬底301上。TFT311具有这样的结构，其中堆叠有栅极层(下部电极)302、绝缘层(无定形硅氮化物膜)、无定形硅半导体层、无定形硅n-层、源极层(上部电极)304和漏极层(上部电极)303。沉积在玻璃衬底301上的光电二极管310、TFT311和配线部分312上提供有保护层313，从而覆盖其整个表面。保护层313由，例如，对于将要检测的放射线(X射线)316具有高透射率的无定形硅氮化物膜构成。荧光体层315将X射线316转换为光。光电二极管310将光转换为电信号(电荷)。荧光体层315和光电二极管310形成用于将X射线(放射线)316转换为电信号的转换元件。
图14A是示出了该实施例的放射线成像装置的读取电路单元中使用的放大器的示意图。图14B和14C示出了包括图14A的示意图中所示的放大器的特定电路配置。图14B示出了一个例子，其中望远镜式(telescopic)放大器配置为与MOS晶体管组合在一起。图14C示出了折叠式共源共栅放大器的例子。上述两种放大器中的任一种可用于上述读取电路单元内的具有电源电压V1和V2的任一区域内。根据电源电压、所需特性(增益和动态范围)等选择图14B中所示的放大器或图14C中所示的放大器。读取电路单元中可以使用不同类型的放大器。另外，可以选择除了图14B和14C中所示之外的放大器。
现在参考图1描述该实施例的放射线成像装置的配置。读取电路单元105至少包括运行于电源电压V1(此处为+5V)/GND的第一区域106和运行于电源电压V2(此处为+3.3V)/GND的第二区域107，并且满足关系V1＞V2。在第一区域106中提供放大器201，从而相应于区域传感器阵列101的各个信号线108。
在对该图的描述中，提供了多个读取电路单元105(此处为两个读取电路单元105)，但是这不是必需的。读取电路单元105的数目可以是单个或多个。在该描述中，电源电压V1和V2中的每一个是单个5V或3.3V电源，但是电源电压可以是正和负电压。电源范围满足关系V1(例如，±5V)＞V2(例如，±3.3V)。第一区域106的电源电压范围V1的最大值大于第二区域107的电源电压范围V2的最大值。即，运算放大器201的电源电压范围V1的最大值大于可编程增益放大器211的电源电压范围V2的最大值。
图2示出了在第一实施例的放射线成像装置中使用的读取电路单元105的特定配置，并且详细示出了第一区域106和第二区域107。在该图中，第一级放大器201的一个输入端连接到传感器阵列101的信号线108，在以电源电压V1(此处为5V)驱动的第一区域106内提供第一级放大器201、采样和保持电路203、模拟复用器202等。在以电源电压V2(此处为3.3V)驱动的第二区域107内提供接收来自模拟复用器202的输出的可编程增益放大器211、A/D转换器212和例如处理高速时钟的逻辑单元213等。
在该实施例中，包括第一区域106和第二区域107的读取电路单元105的特征在于读取电路单元105是单片地形成在结晶硅衬底上的集成电路，并且A/D转换器212提供在第二区域107内，以便执行数字输出。
如图中所示，通过提供以电源电压V1驱动的第一区域106和以电源电压V2驱动的第二区域107，与以电源电压V1驱动读取电路单元105的整个部分的情况相比，可以显著降低功率消耗。
另外，当满足关系V1＞V2时，可以增加连接到信号线108的第一级放大器201的增益。因此，可以配置在噪声特性方面有利的读取电路单元105。另外，包括直接连接到可编程增益放大器211的A/D转换器212的配置在噪声特性方面也是有利的。
另外，关系V1＞V2可以防止当TFT返回导通状态时由向第一级放大器的电荷注入引起的饱和，从而实现令人满意的动态范围特性。
在图中，连接到信号线108的第一级放大器201、采样和保持电路203、模拟复用器202提供在第一区域106内，模拟复用器202之后的可编程增益放大器211和A/D转换器212提供在第二区域107内。这是在功率消耗方面有利的配置的例子，但是第一区域106和第二区域107间的边界不限于该例子。另外，如图2中所示，在第二区域107内形成高速逻辑单元213(诸如时钟)在功率消耗方面也是有利的。
为了简单起见，在图2中以相应于两个信号线108(2通道)的电路进行了描述。然而，可以单片地形成相应于64到256个信号线(即，64到256通道)的电路。
在另一方面，不必单片地形成第一区域106和第二区域107。第一区域106和第二区域107可以形成在分开的硅衬底上，并且然后可以混合方式形成集成电路。当以混合方式在单个封装内形成集成电路时，与在分开芯片上形成这些区域的情况相比可以缩短配线。该配置在外部噪声和可靠性方面是有利的。
传感器阵列101的光电转换元件102不限于无定形硅PIN光电二极管。光电转换元件102可以主要由多晶硅或有机材料形成。由光电转换元件102和荧光体层315构成的转换元件可以是直接类型的转换元件，其直接转换诸如X射线的放射线为电荷，并且由，例如，无定形硒、砷化镓、磷化镓、碘化铅、碘化汞、CdTe或CdZnTe制成。
TFT103的材料不限于形成在绝缘衬底上的无定形硅膜。TFT(开关元件)103可以主要由多晶硅或有机材料构成。
现在将参考图4A和4B描述一个实施例。如图4B中所示，由开关RC的导通状态信号将信号线108和放大器201的输出重置为电压Vref。随后，当TFT103返回导通状态时，由寄生电容Cgs注入如下的电荷Qc，并且以下面的等式临时表示第一级放大器201的输出电压Vout。
Qc＝Cgs×(Von-Voff)Vout＝Vref-(Qc/Cf)即，ΔV＝Qc/Cf＝Cgs×(Von-Voff)/Cf相应于寄生电容对输出的影响。假设连接到信号线108的第一级放大器201的动态范围近似为电压V1(此处为5V)。在该情况下，为了读取电路单元105从光电转换元件102读出电荷，在第一区域106的电源电压V1和ΔV之间满足下面的关系V1＞ΔV＝Cgs×(Von-Voff)/Cf另外，为了获得足够的动态范围以便产生满意的图像，满足下面的关系V1/2≥ΔV＝Cgs×(Von-Voff)/Cf
第二实施例图5是根据本发明的第二实施例的放射线成像装置的示意电路图。该实施例的基本配置与图1中所示相同。仅仅是读取电路单元105的内部配置与参考图2描述的第一实施例不同。
该实施例和第一实施例间一个显著的不同是以相应于信号线108的数目的数目提供可编程增益放大器211和A/D转换器212，并且以数字复用器501对经A/D转换后的数字数据进行转换以便输出该数据。取代图2中所示的模拟复用器202提供数字复用器501。数字复用器501将从两个A/D转换器212输出的信号转换为串行信号，并且输出该信号。在第二区域07内给数字复用器501提供电源电压V2。
在该实施例中，单片地形成第一区域106和第二区域107。由连接到信号线108的运算放大器201构成的电荷读取放大器和采样和保持电路203提供在以电源电压V1(此处为5V)驱动的第一区域106内。可编程增益放大器211、A/D转换器212和数字复用器501提供在以电源电压V2(此处为3.3V)驱动的第二区域107内。
该实施例中的A/D转换器212的数目大于第一实施例中的数目，并且因此电路更复杂。然而，由于该实施例的电路可以降低A/D转换的速度，该电路的配置在噪声特性方面更有利。
第三实施例图6是根据本发明的第三实施例的放射线成像装置的示意电路图。该实施例的基本操作与图1中所示相同。仅仅是读取电路单元105的内部配置与参考图2描述的第一实施例和参考图5描述的第二实施例不同。
该实施例与第一和第二实施例间的一个显著不同是单片地形成的读取电路单元105不包括A/D转换器212，并且具有模拟输出的配置。
第二区域107包括可编程增益放大器211、模拟复用器601和被提供以电源电压V2的输出放大器602。模拟复用器601将从可编程增益放大器211输出的信号转换为串行信号，并且将该信号输出到输出放大器602。输出放大器602放大从模拟复用器601输出的信号，以便输出该信号。
第四实施例图7是根据本发明的第四实施例的放射线成像装置的示意电路图。该实施例的基本配置与图1中所示第一实施例的基本配置类似，但是在如下方面不同。
该实施例的配置中显著的一点是除了图1中所示的第一实施例的配置之外，放射线成像装置还包括控制单元701，并且控制单元701可以执行控制，以便改变电源电压V1和/或V2。然而，在该实施例中保持有下面的关系。
·以电源电压V1驱动的第一区域106连接到传感器阵列101的各个信号线108。
·满足关系V1＞V2。
基于来自例如定时器、温度传感器、X射线监视器或读取电路单元105的输出监视器(未示出)的信号，控制单元701可以改变电源电压V1和V2中的至少一个。例如，当X射线剂量小，或当由温度传感器检测的放射线成像装置的温度提升大时，控制单元701控制电源电压V1降低。
第五实施例图8、9和10是根据本发明的第五实施例的放射线成像装置的图和视图。图8是示意电路图，图9是示出了读取电路单元105的细节的示意电路图，并且图10是第五实施例中使用的区域传感器阵列101的像素的截面图。
该实施例的基本操作与第一实施例的图1、2和3中所示类似，但是该实施例在如下方面与第一实施例不同。
更具体地，应当注意，在该实施例中，区域传感器阵列101的光电转换元件是由无定形硅形成的金属-绝缘体-半导体(MIS)光电转换元件801。另外，如图9中所示，应当注意，在运算放大器201的输入端中的未连接到信号线108的输入端的电势可以被改变为VA或VB。
如图9中所示，当驱动包括MIS光电转换元件801的区域传感器阵列101时，可以执行刷新驱动，其中将运算放大器201的未连接到信号线108的输入端的输入电势改变为电压VA或VB。
在该情况下，电源电压V1、电压VA和电压VB满足关系V1≥VA＞VB，并且希望电压VA和电压VB间较大的电势差。从该视角来看，将提供给第一区域106的电源电压V1设置为高于提供给第二区域107的电源电压V2。
现在参考图10的截面图详细描述第五实施例的放射线成像装置内使用的区域传感器阵列101。MIS传感器1001具有分层结构，其中下面电极(金属)层1002、绝缘层1003(诸如无定形硅氮化物膜)、无定形硅半导体层1004、无定形硅n+-层1005、上部电极(金属)层1006和保护层313(诸如无定形硅氮化物膜)以此顺序堆叠在玻璃衬底301上。
由于该实施例描述X射线成像装置的例子，在保护层313上提供荧光体层315，它们之间是粘合剂层314。荧光体层315由钆基材料、碘化铯等制成。荧光体层315不一定被提供在粘合剂层314上，并且可以通过汽相沉积等直接形成在保护层313上。
第六实施例图11是根据本发明的第六实施例的放射线成像装置的示意电路图。在该实施例中，区域传感器阵列101的像素包括PIN光电二极管1101、重置TFT1104、源跟随器TFT1102和传递TFT1103。重置TFT1104重置PIN光电二极管1101和源跟随器TFT1102的栅以便初始化图像。连接到各个像素的传递TFT1103的源极的信号线108连接到以电源电压V1驱动的读取电路单元105的第一区域106。如同上述其他实施例，读取电路单元105还包括以电源电压V2驱动的第二区域107，并且满足关系V1＞V2。
偏压源1108连接到光电二极管1101的阴极。栅驱动器104a给重置TFT1104的栅提供电压。重置TFT1104连接到重置电源电压1105。源跟随器TFT1102连接到源跟随器电源电压1106。栅驱动器104b给传递TFT1103的栅提供电压。信号线108连接到恒流源1107。
当按照栅驱动器104a的控制，重置TFT1104返回导通状态时，重置光电二极管1101的电荷。光电二极管1101通过光电转换产生电荷，并且存储该电荷。源跟随器TFT1102输出相应于存储在光电二极管1101内的电荷量的电压。响应栅驱动器104b的控制，传递TFT1103返回导通状态，并且将从源跟随器TFT1102输出的电压传递到信号线108。
该实施例的配置在这样的方面是有利的，即，在像素中具有源跟随器TFT1102的区域传感器阵列101具有大量输出电荷。
第七实施例图15是根据本发明的第七实施例的放射线成像装置的示意电路图。在图15中，将相同的参考号分配给与上述实施例中描述的组件相同的组件，并且省略对这些组件的详细描述。
该实施例与图8中所示的第五实施例类似，但是在下列方面与第五实施例不同。
在第五实施例中，各个像素包括MIS光电转换元件801和传递TFT103。在本实施例中，各个像素还包括刷新TFT1503。刷新TFT1503刷新MIS光电转换元件，并且初始化图像。如第五实施例，将共同连接到传递TFT103的栅线(第一驱动配线)VgT(n)连接到栅驱动器(第一驱动电路)104。在本实施例中，将共同连接到刷新TFT1503的栅线(第二驱动配线)VgR(n)进一步连接到栅驱动器(第二驱动电路)1504。
图16是示出了本实施例的操作的时序图。如图16中所示，在本实施例中，这样提供驱动信号，使得将导通状态电压同时施加到预定行内的栅线VgR(n)和下一行内的栅线VgT(n+1)。然而，本发明不限于此。可以这样提供驱动信号，使得在不同的定时将导通状态电压施加到预定行内的栅线VgR(n)和下一行内的栅线VgT(n+1)。
在本实施例中，需要注意下列内容。与第五实施例相比，寄生电容CA出现在用于刷新的栅线VgR和信号线108的交叉点处，并且当刷新TFT1503返回导通状态时，由寄生电容CA进一步注入电荷。因此，在本实施例中对关系V1＞V2的满足提供了更明显的效果。
此处，分别由Von1和Voff1代表传递TFT103的导通状态电压和截止状态电压。分别由Von2和Voff2代表刷新TFT1503的导通状态电压和截止状态电压。当在不同的定时将导通状态电压施加到预定行内的栅线VgR(n)和下一行内的栅线VgT(n+1)时，设置V1使得满足下面的关系V1＞ΔV1＝Cgs×(Von1-Voff1)/Cf和V1＞ΔV2＝CA×(Von2-Voff2)/Cf另外，为了获得足够的动态范围以便产生满意的图像，满足下面的关系V1/2≥ΔV1＝Cgs×(Von1-Voff1)/Cf和V1/2≥ΔV2＝CA×(Von2-Voff2)/Cf当将导通状态电压同时施加到预定行内的栅线VgR(n)和下一行内的栅线VgT(n+1)时，设置V1使得满足下列关系V1＞ΔV1+ΔV2＝(Cgs×(Von1-Voff1)/Cf)+(CA×(Von2-Voff2)/Cf)另外，为了获得足够的动态范围以便产生满意的图像，满足下面的关系。
V1/2≥ΔV＝(Cgs×(Von1-Voff1)/Cf)+(CA×(Von2-Voff2)/Cf)本实施例描述了使用MIS光电转换元件的例子，但是本发明不限于此。可替换地，可以使用PIN光电二极管。在该情况下，TFT1503操作从而重置PIN光电二极管以便初始化图像。
第八实施例图12是根据本发明的第八实施例的X射线成像装置的系统图。在该实施例中，将第一到第七实施例中任意一个的放射线成像装置应用于X射线成像系统。该X射线成像系统的特征在于由区域传感器阵列101、栅驱动器104或栅驱动器104a和104b、读取电路单元105等构成的平板放射线成像装置被提供在图像传感器6040内。图像处理器6070控制X射线管(放射线源)6050、图像传感器6040、显示装置6080和通信设备6090。
在X射线室内，X射线管(放射线源)6050产生X射线(放射线)6060，并且以X射线(放射线)6060通过目标6062照射图像传感器6040。图像传感器6040产生目标6062的图像信息。
在控制室内，图像处理器6070可以在显示装置6080上显示该图像信息，或通过通信设备6090将图像信息传递到胶片处理器6100。
在医生室内，胶片处理器6100可以在显示器6081上显示该图像信息，或以激光打印机在胶片6110上打印该图像信息。
第一到第七实施例中任意一个的放射线成像装置的应用可以实现一种具有低功率消耗和优良的噪声特性和动态范围特性的医疗X射线成像系统。
另外，由于低的功率消耗和低产热量，可以实现一种抑止了由于热量引起的图像质量下降的X射线成像系统，它不需要大规模的散热机制，具有高的可靠性，廉价并且具有极佳的图像质量。可以减少功率消耗。另外，可以实现一种适合于在例如具有足够的动态范围、低的噪声等级和抑止了由于功率消耗引起的热量产生的医疗放射线照像X射线成像系统中使用的放射线成像装置。
虽然参考示例实施例描述了本发明，应当理解本发明不限于所公开的示例实施例。下面的权利要求的范围与最宽的解释一致，从而包括所有修改、等同结构和功能。
权利要求
1.一种成像装置，包括传感器阵列，其中多个像素在行方向和列方向上以阵列布置，所述像素中的每一个包括光电转换元件和开关元件；连接到在列方向上提供的多个所述开关元件的信号配线；以及连接到所述信号配线的读取电路单元，其中所述读取电路单元包括包含第一放大电路的第一操作区域和包含连接到第一操作区域的第二放大电路的第二操作区域，并且第一和第二放大电路的每一个布置为被供以在一个范围的供电，第一放大电路的供电电压范围的最大值大于第二放大电路的供电电压范围的最大值。
2.如权利要求1的成像装置，其中第一放大电路连接到所述信号配线，并且具有电荷存储电容Cf；所述开关元件包括栅极、源极和漏极；所述信号配线连接到布置在列方向上的多个所述开关元件的源极或漏极；并且当以Cgs表示所述开关元件的栅和源之间的寄生电容，以Von表示所述开关元件的导通状态电压，并且以Voff表示所述开关元件的截止状态电压时，第一操作区域的供电电压V1满足下面的关系V1＞Cgs×(Von-Voff)/Cf。
3.如权利要求1的成像装置，其中第一操作区域和第二操作区域是提供在单个硅衬底上的集成电路。
4.如权利要求1的成像装置，其中第一操作区域和第二操作区域是提供在分开的硅衬底上的集成电路。
5.如权利要求1的成像装置，其中第一操作区域包括运算放大器作为第一放大电路，该运算放大器的输入端连接到所述信号配线。
6.如权利要求5的成像装置，其中所述运算放大器构成电荷读取放大器，该电荷读取放大器与积分电容器连接。
7.如权利要求5的成像装置，其中第二操作区域至少包括与第一操作区域内的所述运算放大器不同的用作第二放大电路的放大器。
8.如权利要求1的成像装置，其中第二操作区域包括至少一个A/D转换器。
9.如权利要求8的成像装置，其中以相应于所述信号配线的数目的数目提供所述A/D转换器。
10.如权利要求1的成像装置，还包括控制单元，该控制单元可以至少改变第一操作区域的供电电压和/或第二操作区域的供电电压。
11.如权利要求2的成像装置，其中第一操作区域的供电电压V1满足下面的关系V1/2≥Cgs×(Von-Voff)/Cf。
12.一种放射线成像装置，包括传感器阵列，其中多个像素在行方向和列方向上以阵列布置，所述像素中的每一个包括将放射线转换为电信号的转换元件以及开关元件；连接到在列方向上提供的多个开关元件的信号配线；以及连接到所述信号配线的读取电路单元，其中所述读取电路单元包括包含第一放大电路的第一操作区域和包含连接到第一操作区域的第二放大电路的第二操作区域，并且第一和第二放大电路的每一个布置为被供以在一个范围内的电，第一放大电路的供电电压范围的最大值大于第二放大电路的供电电压范围的最大值。
13.一种放射线成像系统，包括如权利要求12的放射线成像装置；和产生放射线的放射源。
全文摘要
一种成像装置，包括传感器阵列，其中多个像素在行方向和列方向上以阵列布置，所述像素中的每一个包括光电转换元件和开关元件；连接到在列方向上提供的多个开关元件的信号配线；以及连接到所述信号配线的读取电路单元，其中读取电路单元包括包含第一放大电路的第一操作区域和包含连接到第一操作区域的第二放大电路的第二操作区域，并且第一和第二放大电路的每一个布置为被供以一个范围内的电，第一放大电路的供电电压范围的最大值大于第二放大电路的供电电压范围的最大值。
文档编号H05G1/00GK101057783SQ200710101269
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月20日 优先权日2006年4月21日
发明者龟岛登志男, 远藤忠夫, 八木朋之, 竹中克郎, 横山启吾 申请人:佳能株式会社