成像裝置及用以驅(qū)動成像裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的一個方式涉及一種包括閃爍器的成像裝置及一種用以驅(qū)動成像裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)療實踐中，已廣泛使用一種使用照相技術(shù)的醫(yī)療診斷成像裝置。在使用醫(yī)療診斷成像裝置的情況下，以X光來照射病人的特定部分(例如，骨頭或肺部)，將X光膠片暴露于穿過特定部分的X光，且使X光膠片顯影以可視化特定部分內(nèi)部的狀態(tài)。
[0003]由于使用X光膠片的方法需要用于X光膠片的儲存空間且它的維護是麻煩的，因此正在發(fā)展圖像的數(shù)字化。作為用以數(shù)字化圖像的方法，已知一種使用包括通過被X光照射而發(fā)射光的材料(光激發(fā)材料)的成像板的方法。通過使用掃描儀檢測從成像板發(fā)射的光，能獲得數(shù)字化的圖像。
[0004]成像板為一種涂上光激發(fā)磷光體且與X光膠片相比對X光吸收差異具有更高靈敏度的板。能抹除X光照射的數(shù)據(jù)，以便能再次使用成像板。然而，成像板所獲得的數(shù)據(jù)是模擬的，其需要進行數(shù)字化的步驟。
[0005]基于上述理由，最近能夠直接獲得數(shù)字數(shù)據(jù)的平板檢測器(例如，專利文獻I)受到矚目。平板檢測器具有兩個系統(tǒng)，直接和間接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。在直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，使用X光檢測元件將X光直接轉(zhuǎn)換為電荷。在間接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，使用閃爍器將X光轉(zhuǎn)換為可見光且使用光二極管將光轉(zhuǎn)換為電荷。在這兩個系統(tǒng)中，平板檢測器包括排列成矩陣的多個像素電路。
[0006][專利文獻I]日本專利申請公開第Hl1-311673號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在使用X光的診斷性成像中，考慮到X光對人體的影響，對病人的X光暴露時間最好盡可能地短。也就是說，需要一種能夠通過以相對較短時間的X光照射來獲得圖像數(shù)據(jù)的成像裝置。
[0008]因此，本發(fā)明的一個方式是提供一種能夠以相對較少量的X光來獲得圖像數(shù)據(jù)的成像裝置。另一目的在于提供一種用以驅(qū)動該成像裝置的方法。
[0009]本發(fā)明的一個方式為一種成像裝置，其使用X光來獲得圖像且包括排列成具有多個列和多個行的矩陣并與閃爍器重疊的像素電路。通過在像素電路中使用具有極小截止態(tài)電流(off-state current)的晶體管，能盡可能地降低從累積周期的末尾到讀取周期中讀取完最后一行期間來自電荷累積部的電荷的泄漏。于是，在所有像素電路中能基本上同時地進行累積操作，且通過使累積操作與X光照射同步能降低X光照射量。
[0010]本發(fā)明的一個方式為一種成像裝置，包括閃爍器及排列成具有多個列和多個行的矩陣并與閃爍器重疊的多個像素電路。每一個像素電路包括光電二極管、電荷累積部、第一晶體管、第二晶體管、及第三晶體管。第一晶體管的源極和漏極之一電連接于光電二極管。第一晶體管的源極和漏極中的另一個電連接于電荷累積部。第二晶體管的柵極電連接于電荷累積部。第二晶體管的源極和漏極之一電連接于第三晶體管的源極和漏極之一。至少第一晶體管包括由氧化物半導體形成的溝道形成區(qū)。重置該電荷累積部的操作是在多個像素電路中基本上同時地進行的，由光電二極管累積電荷的操作是在多個像素電路中基本上同時地進行，且讀取信號的操作是對多個像素電路中的每個行順序地進行。
[0011]注意，在本說明書等中，使用如“第一”和“第二”的序數(shù)詞以避免在組件之間混淆且不在數(shù)值上限制組件。
[0012]再者，本發(fā)明的另一個方式為一種成像裝置，包括閃爍器及排列成具有多個列和多個行的矩陣并與閃爍器重疊的多個像素電路。像素電路各包括光學傳感器元件、電荷累積部、第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、及第四晶體管。第一晶體管的源極和漏極之一電連接于光學傳感器元件。第一晶體管的源極和漏極中的另一個電連接于電荷累積部。第二晶體管的柵極電連接于電荷累積部。第二晶體管的源極和漏極之一電連接于第三晶體管的源極和漏極之一。第四晶體管的源極和漏極之一電連接于電荷累積部。至少第一晶體管和第四晶體管各包括由氧化物半導體形成的溝道形成區(qū)。重置該電荷累積部的操作基本上是在多個像素電路中同時地進行的，由光學傳感器元件累積電荷的操作基本上在多個像素電路中同時地進行，且讀取信號的操作是對多個像素電路中的每個行順序地進行。
[0013]針對光學傳感器元件，能使用光電二極管。另外，光學傳感器元件能具有包括一對電極及i型非晶硅層的結(jié)構(gòu)。
[0014]第二晶體管及/或第三晶體管可以是一種包括由氧化物半導體形成的溝道形成區(qū)的晶體管。
[0015]此外，本發(fā)明的另一個方式為一種用以驅(qū)動成像裝置的方法，該成像裝置包括閃爍器及多個像素電路，多個像素電路排列成具有多個列和多個行的矩陣并與閃爍器重疊。用以驅(qū)動成像裝置的方法包括:第一步驟，執(zhí)行基本上同時地重置包括在多個像素電路的每一個中的電荷累積部的操作；第二步驟，以X光來照射閃爍器，使得包括在多個像素電路的每一個中的光學傳感器元件是以從閃爍器發(fā)射的光來照射的；第三步驟，執(zhí)行基本上同時地由光學傳感器元件在電荷累積部中累積電荷的操作；及第四步驟，對多個像素電路中的每個行順序地執(zhí)行讀取信號的操作。第二步驟與第三步驟同步。
[0016]本發(fā)明的一個方式能提供一種能夠以相對少量X光照射來獲得圖像數(shù)據(jù)的成像裝置。另外，本發(fā)明的一個方式能提供一種用以驅(qū)動成像裝置的方法。
【附圖說明】
[0017]圖1示出成像裝置；
圖2A和2B示出像素電路的配置；
圖3A至3C示出像素電路的操作的時序圖；
圖4A和4B示出像素電路的配置；
圖5示出像素電路的配置；
圖6A至6C不出積分器電路；
圖7A和7B是示出全局快門系統(tǒng)和卷簾快門系統(tǒng)中的操作的時序圖；
圖8是排列成矩陣的多個像素電路的電路圖； 圖9是排列成矩陣的多個像素電路的電路圖；
圖10是排列成矩陣的多個像素電路的電路圖；
圖11是排列成矩陣的多個像素電路的電路圖；
圖12A和12B是像素電路的布局的俯視圖和截面圖；
圖13A和13B是像素電路的布局的俯視圖和截面圖。
【具體實施方式】
[0018]以下將參考附圖來詳細說明本發(fā)明的實施方式。注意，本發(fā)明并不限于下面的說明，且所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易了解能在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下以各種方式來修改模式和細節(jié)。再者，本發(fā)明并不被視為限于實施方式的說明。注意，在用以示出實施方式的所有附圖中，相同的部分或具有類似功能的部分由相同符號表示，且可省略其重復的說明。
[0019]實施方式I
在本實施方式中，參考附圖來說明本發(fā)明的一個方式的一種成像裝置。
[0020]圖1所示的成像裝置100包括具有光學傳感器的傳感器襯底101和將諸如X光的福射轉(zhuǎn)換為可見光的閃爍器102。傳感器襯底101和閃爍器102彼此重疊。X光104從X光源103穿過對象106發(fā)射到閃爍器102，且被轉(zhuǎn)換為可見光105。該可見光由包括在傳感器襯底101中的光學傳感器感測，由此獲得圖像數(shù)據(jù)。
[0021]閃爍器102由吸收如X光或γ光的射線的能量以發(fā)射可見光的物質(zhì)或包含該物質(zhì)的材料形成。例如，已知如Gd2O2S:TKGd2O2S:Pr、Gd202S:Eu JPBaFCl = Eu的材料及其中分散有這些材料中的任一種的樹脂或陶瓷。
[0022]傳感器襯底101包括排列成矩陣的多個像素電路。像素電路的實例示出在圖2A中。像素電路200包括光電二極管220、第一晶體管201、第二晶體管202、及第三晶體管203，且充當光學傳感器。
[0023]光電二極管220的陽極電連接于第一布線211 (RS);光電二極管220的陰極電連接于第一晶體管201的源極和漏極之一；第一晶體管201的源極和漏極中的另一個電連接于布線205 (FD);第一晶體管201的柵極電連接于第二布線212 (TX);第二晶體管202的源極和漏極之一電連接于第四布線214(GND);第二晶體管202的源極和漏極中的另一個電連接于第三晶體管203的源極和漏極之一；第二晶體管202的柵極電連接于布線205 (FD);第三晶體管203的源極和漏極中的另一個電連接于第五布線215 (OUT);及第三晶體管203的柵極電連接于第三布線213 (SE)。
[0024]光電二極管220為一種光學傳感器元件并產(chǎn)生相應于入射在像素電路上的光量的電流。由光電二極管220產(chǎn)生的電荷由第一晶體管201累積在布線205 (FD)中。第二晶體管202輸出相應于布線205 (FD)的電位的信號。第三晶體管203在讀取時控制像素電路的選擇。
[0025]注意，布線205 (FD)為電荷保持節(jié)點，即，用于保持其量隨光電二極管220所接收的光量而改變的電荷的電荷累積部。實際上，電荷累積部是電連接于布線205(FD)的第一晶體管201的源區(qū)或漏區(qū)附近的耗盡層電容、布線205 (FD)的布線電容、電連接于布線205 (FD)的第二晶體管202的柵極電容、等等。
[0026]第一布線211 (RS)是用于重置布線205 (FD)的信號線。像素電路200中的第一布線211 (RS)也是用于在布線205 (FD)中進行電荷累積的信號線。第二布線212 (TX)是用于控制第一晶體管201的信號線。第三布線213 (SE)是用于控制第三晶體管203的信號線。第四布線214(GND)是用于設(shè)定參考電位(例如，GND)的信號線。第五布線215(OUT)是用于讀取在像素電路200中獲得的數(shù)據(jù)的信號線。
[0027]像素電路可具有圖2B所示的配置。像素電路210包括與圖2A的像素電路200相同的組件，但與像素電路200的不同之處在于光電二極管220的陽極電連接于第一晶體管201的源極和漏極之一，且光電二極管220的陰極電連接于第一布線211 (RS)。
[0028]注意，第五布線215(OUT)可連接至示出在圖6A、6B、或6C中的積分器電路。該電路能使讀取信號的S/N比增加，這使得有可能感測更微弱的光，也就是說，增加成像裝置的靈敏度。
[0029]圖6A示出使用運算放大器電路(亦稱為op-amp)的積分器電路。運算放大器電路的反向輸入端通過電阻器R而連接至第五布線215(0UT)。運算放大器電路的非反向輸入端是接地的。運算放大器電路的輸出端通過電容器C而連接至運算放大器電路的反向輸入端。
[0030]在此，假設(shè)運算放大器電路為理想的運算放大器電路。換言之，假設(shè)輸入阻抗為無限大(輸入端不汲取任何電流)。由于非反向輸入端的電位和反向輸入端的電位在穩(wěn)定狀態(tài)下是相等的，因此反向輸入端的電位會被認為是接地電位。
[0031]滿足了等式(I)至(3)，其中Vi是第五布線215 (OUT)的電位，Vo是運算放大器電路的輸出端的電位，il是流過電阻器R的電流，而i2是流過電容器C的電流。
[0032]Vi = il.R(I)i2 = C.dVo/dt (2)il+i2 = 0(3)
[0033]在此，當在時間t = O處使電容器C中的電荷放電時，在時間t = t處運算放大器電路的輸出端的電位Vo就由等式⑷表示。
[0034]Vo = -(1/CR) f Vidt (4)
[0035]換言之，在較長的時間t (積分時間)下，待讀取的電位(Vi)能被提高并作為輸出信號Vo被輸出。再者，時間t的延長對應于熱噪聲等的平均化且會提高輸出信號Vo的S/N比。
[0036]在實際的運算放大器電路中，即使當信號不輸入至輸入端時偏壓電流仍流過，使得在輸出端產(chǎn)生了輸出電壓且在電容器C中累積了電荷。因此連接與電容器C并聯(lián)的電阻器是有效的，如此能使電容器C放電。
[0037]圖6B示出包括具有與圖6A不同的結(jié)構(gòu)的運算放大器電路的積分器電路。運算放大器電路的反向輸入端通過電阻器R和電容器Cl而連接至第五布線215(0UT)。運算放大器電路的非反向輸入端是接地的。運算放大器電路的輸出端通過電容器C2而連接至運算放大器電路的反向輸入端。
[0038]在此，假設(shè)運算放大器電路為理想的運算放大器電路。換言之，假設(shè)輸入阻抗為無限大(輸入端不汲取任何電流)。由于非反向輸入端的電位和反向輸入端的電位在穩(wěn)定狀態(tài)下是相等的，因此反向輸入端的電位會被認為是接地電位。
[0039]滿足了等式(5)至(7)，其中Vi是第五布線215 (OUT)的電位，Vo是運算放大器電路的輸出端的電位，il是流過電阻器R和電容器Cl的電流，而i2是流過電容器C2的電流。
[0040]Vi = (1/Cl) f ildt+il.R(5)i2 = C2.dVo/dt (6)
il+i2 = 0(7)