專利名稱：放射線攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合在醫(yī)療診斷或工業(yè)用非破壞檢查中使用的放射線攝像裝置。在本說(shuō)明書(shū)中，在放射線中也包含X射線、γ射線等電磁波或α射線、β射線。
背景技術(shù)：
以往，在設(shè)置在醫(yī)院內(nèi)的X射線攝影系統(tǒng)中存在對(duì)患者照射X射線，把對(duì)患者進(jìn)行了透射的X射線在膠片上曝光的膠片攝影方式；和把對(duì)患者進(jìn)行透射的X射線變換為電信號(hào)來(lái)進(jìn)行數(shù)字圖象處理的圖象處理方式。
在圖象處理方式之一中，存在具有把X射線變換為可見(jiàn)光的熒光體和把可見(jiàn)光變換為電信號(hào)的光電變換裝置的放射線攝像裝置。對(duì)患者進(jìn)行透射的X射線照射到熒光體上，通過(guò)光電變換裝置把用熒光體變換為可見(jiàn)光的患者體內(nèi)信息作為電信號(hào)而輸出?；颊叩捏w內(nèi)信息如果變換為電信號(hào)，就用AD轉(zhuǎn)換器對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字變換，能把用于進(jìn)行記錄、顯示、打印、診斷等的X射線圖象信息作為數(shù)字值處理。
最近，對(duì)光電變換裝置使用非晶硅半導(dǎo)體薄膜的放射線攝像裝置正在實(shí)用化。
圖24是對(duì)MIS型光電變換元件101和開(kāi)關(guān)元件102的材料使用非晶硅半導(dǎo)體薄膜而構(gòu)成的以往的光電變換襯底的俯視圖，包含連接它們的布線進(jìn)行表示。
圖25是圖24所示的A-B間的剖視圖。在以后的說(shuō)明中，為了簡(jiǎn)化，MIS光電變換元件只稱作光電變換元件。
如圖25所示，光電變換元件101和開(kāi)關(guān)元件102(非晶硅TFT，以下只稱作TFT)形成在同一襯底103上，光電變換元件101的下部電極與TFT102的下部電極(柵電極)由同一第一金屬薄膜層104形成，另外，光電變換元件102的上部電極與TFT102的上部電極(源電極、漏電極)由同一第二金屬薄膜層105形成。
另外，第一和第二金屬薄膜層104、105在圖24所示的光電變換電路內(nèi)的柵極驅(qū)動(dòng)用布線106和矩陣信號(hào)布線107上也共有形成。在圖24中，作為象素?cái)?shù)，記載了2×2的合計(jì)4象素，圖的陰影部表示光電變換元件101的受光面。另外，109是向光電變換元件101提供偏壓的電源線，110是用于連接光電變換元件101和TFT102的接觸孔。
如果使用以非晶硅半導(dǎo)體為主要材料的圖24所示的結(jié)構(gòu)，就能在同一襯底上制作光電變換元件101、TFT102、柵極驅(qū)動(dòng)用布線106和矩陣信號(hào)布線107，能容易并以廉價(jià)提供大面積的光電變換電路部。
下面，參照?qǐng)D26說(shuō)明光電變換元件101的器件動(dòng)作。圖26的a～c是用于說(shuō)明圖24、圖25所示的光電變換元件101的器件動(dòng)作的能帶圖。
圖26的a、b分別表示更新模式和光電變換模式下的動(dòng)作，橫軸表示圖25所示的各層的膜厚方向的狀態(tài)。在此，M1是由例如Cr等的第一金屬薄膜層104形成的下部電極(G電極)。另外，非晶體氮化硅(a-SiNx)絕緣薄膜層111是同時(shí)阻止空穴和電子通過(guò)的絕緣層，有必要為不引起隧道效應(yīng)程度的厚度，通常以50nm以上形成。
氫化非晶硅(a-SiH)薄膜層112是有意用不摻雜的本征半導(dǎo)體層(i層)形成的光電變換半導(dǎo)體層。另外，N+層113是為了阻止空穴對(duì)氫化非晶硅薄膜層112的注入而形成的由N型氫化非晶硅薄膜層等非單晶半導(dǎo)體構(gòu)成的單一導(dǎo)電型載流子的注入阻止層。另外，M2是例如由Al等第二金屬薄膜層105形成的上部電極(D電極)。
在圖25中，上部電極即D電極未完全覆蓋N+層113，但是D電極和N+層113之間自由進(jìn)行電子的移動(dòng)，所以D電極和N+層113總是相同電位，下面，以該事實(shí)為前提進(jìn)行說(shuō)明。在光電變換元件101的器件動(dòng)作中，根據(jù)向D電極或G電極的電壓外加方法，存在更新模式和光電變換模式等2種工作模式。
當(dāng)為圖26a所示的更新模式時(shí)，對(duì)D電極、G電極提供負(fù)的電位，圖中的黑圈表示的i層112中的空穴通過(guò)電場(chǎng)向D電極引導(dǎo)。與此同時(shí)，由圖中的白圈表示的電子注入i層112中。此時(shí)，一部分空穴與電子在N+層113、i層112中再結(jié)合、消失。如果該狀態(tài)持續(xù)充分長(zhǎng)的時(shí)間，則空穴從i層112放出。
為了從所述的狀態(tài)變?yōu)閳D26a所示的光電變換模式，對(duì)D電極、G電極提供正的電位。據(jù)此，i層112中的電子瞬間導(dǎo)入D電極中。可是，因?yàn)镹+層113作為注入阻止層工作，所以空穴不導(dǎo)入i層112中。在該狀態(tài)下，如果光入射i層112，則吸收光，產(chǎn)生空穴電子對(duì)。該電子對(duì)通過(guò)電場(chǎng)向D電極引導(dǎo)。而空穴在i層112內(nèi)移動(dòng)，到達(dá)i層112和非晶體氮化硅(a-SiNx)絕緣薄膜層111的界面，但是不能在該絕緣層111內(nèi)移動(dòng)，所以停留在i層112內(nèi)。此時(shí)，電子向D電極移動(dòng)，空穴向i層內(nèi)的絕緣層界面移動(dòng)，所以為了保持光電變換元件101內(nèi)的電中性，電流從G電極流出。該電流與由光產(chǎn)生的空穴電子對(duì)對(duì)應(yīng)，所以與入射的光成比例。
如果圖26b所示的光電變換模式的狀態(tài)保持某期間后，再變?yōu)閳D26a的更新模式的狀態(tài)，則停留在i層112內(nèi)的空穴如上所述，引導(dǎo)到D電極，產(chǎn)生與該空穴對(duì)應(yīng)的電流。該空穴的量與在光電變換模式期間入射的光的總量對(duì)應(yīng)。此時(shí)，與注入i層112內(nèi)的電子量對(duì)應(yīng)的電流也流過(guò)，但是該量大致一定，所以扣除、檢測(cè)就可以了。即光電變換元件101在以實(shí)時(shí)輸出入射的光量的同時(shí)，也能檢測(cè)在某期間中入射的光的總量。
可是，由于某種理由，當(dāng)光電變換模式的期間變長(zhǎng)時(shí)或入射的光的照度強(qiáng)時(shí)，有時(shí)盡管有光的入射，但是沒(méi)有電流流過(guò)。這是因?yàn)槿鐖D26c所示，在i層112內(nèi)停留多個(gè)空穴，由于該空穴，i層112內(nèi)的電場(chǎng)減小，不能引導(dǎo)產(chǎn)生的電子，在i層112內(nèi)與空穴再結(jié)合。把該狀態(tài)稱作光電變換元件101的飽和狀態(tài)。在該狀態(tài)下，如果光的入射狀態(tài)變化，則有時(shí)電流不穩(wěn)定地流過(guò)，但是如果再變?yōu)楦履Ｊ?，則i層112內(nèi)的空穴被放出，在下一光電變換模式中，產(chǎn)生與光成比例的電流。
另外，在所述的說(shuō)明中，在更新模式下，放出i層112內(nèi)的空穴時(shí)，理想上是放出全部的空穴，但是只放出一部分的空穴也是有效的，取得與所述相等的電流，沒(méi)有什么問(wèn)題。即在接著的光電變換模式下的檢測(cè)機(jī)會(huì)中，如果未變?yōu)閳D26c的飽和狀態(tài)就可以了，如果決定更新模式下D電極對(duì)G電極的電位、更新模式期間和N+層113的注入阻止層的特性，就可以了。
另外，在更新模式下，向i層112的電子注入不是必要條件，D電極對(duì)G電極的電位并不限定為負(fù)。因?yàn)楫?dāng)多個(gè)空穴停留在i層112中時(shí)，即使D電極對(duì)G電極的電位為正的電位，i層112內(nèi)的電場(chǎng)也作用于把空穴向D電極引導(dǎo)的方向。另外，注入阻止層即N+層113的特性也同樣，把電子注入i層112中并不是必要條件。
圖27是具有光電變換元件101和TFT102的象素的一個(gè)象素部分的以往的光電變換電路圖。
在圖27中，光電變換元件101包含由i層構(gòu)成的電容成分Ci和由注入阻止層構(gòu)成的電容成分CSiN。另外，i層和注入阻止層的接合點(diǎn)(圖27中的節(jié)點(diǎn)N)在光電變換元件101變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)時(shí)即D電極和節(jié)點(diǎn)N之間(i層)變?yōu)闆](méi)有(小)電場(chǎng)的狀態(tài)時(shí)，由光生成的電子和空穴再結(jié)合，空穴載流子無(wú)法存儲(chǔ)在N部。
即節(jié)點(diǎn)N的電位無(wú)法比D電極的電位高。為了使該飽和狀態(tài)的動(dòng)作具體化，在圖27中，把二極管(D1)與電容成分Ci并聯(lián)。即光電變換元件101具有電容成分Ci、電容成分CSiN、二極管D1等三個(gè)構(gòu)成要素。
圖28是表示圖27所示的象素的一個(gè)象素部分的光電變換電路的動(dòng)作的定時(shí)圖表。下面，參照?qǐng)D27、圖28，說(shuō)明由光電變換元件101和TFT102構(gòu)成的象素的電路動(dòng)作。
首先，說(shuō)明更新動(dòng)作。
在圖27中，把Vs設(shè)定為9V，把Vref設(shè)定為3V。更新動(dòng)作使開(kāi)關(guān)SW-A為Vref，使開(kāi)關(guān)SW-B為Vg(on)，開(kāi)關(guān)SW-C為導(dǎo)通。通過(guò)變?yōu)樵摖顟B(tài)，D電極偏置為Vref(6V)，G電極偏置為GND電位，節(jié)點(diǎn)N最大偏置為Vref(6V)。在此，最大是指通過(guò)這次的更新動(dòng)作以前的光電變換動(dòng)作，節(jié)點(diǎn)N已經(jīng)積蓄到Vref以上的電位時(shí)，通過(guò)二極管D1偏置為Vref。而當(dāng)通過(guò)以前的光電變換動(dòng)作，節(jié)點(diǎn)N的電位為Vref以下時(shí)，通過(guò)本更新動(dòng)作，不偏置為Vref的電位。在實(shí)際的使用時(shí)，如果在過(guò)去重復(fù)多次光電變換動(dòng)作，則節(jié)點(diǎn)N通過(guò)本更新動(dòng)作事實(shí)上偏置為Vref(6V)。
接著，節(jié)點(diǎn)N偏置為Vref后，開(kāi)關(guān)SW-A切換到Vs一側(cè)。據(jù)此，D電極偏置為Vs(9V)。通過(guò)該更新動(dòng)作，存儲(chǔ)在光電變換元件101的節(jié)點(diǎn)N中的空穴載流子流向D電極一側(cè)。
下面，說(shuō)明X-ray射線的照射期間。
如圖28所示，把X射線照射為脈沖狀。透射檢測(cè)體的X射線照射在熒光體F1上，變換為可見(jiàn)光。來(lái)自熒光體F1的可見(jiàn)光照射到半導(dǎo)體層(i層)上，進(jìn)行光電變換。由光電變換生成的空穴載流子存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)N中，使電位上升。TFT102為斷開(kāi)狀態(tài)，所以G電極一側(cè)的電位也上升同樣的部分。
wait期間設(shè)置在更新期間和X-ray射線照射期間之間。并不特別進(jìn)行任何動(dòng)作，當(dāng)由于更新動(dòng)作之后的暗電流等，光電變換元件101的特性處于不穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，為了在緩和之前不進(jìn)行任何動(dòng)作而設(shè)置的待機(jī)期間。當(dāng)光電變換元件101在更新動(dòng)作之后沒(méi)有不穩(wěn)定的特性時(shí)，就沒(méi)必要特別設(shè)定wait期間。
下面，說(shuō)明傳輸動(dòng)作。
傳輸動(dòng)作使開(kāi)關(guān)SW-B為Vg(on)一側(cè)，為T(mén)FT102為導(dǎo)通狀態(tài)。據(jù)此，通過(guò)X-ray射線照射而存儲(chǔ)的空穴載流子的量(Sh)所對(duì)應(yīng)的電子載流子(Se)從C2一側(cè)通過(guò)TFT102流向G電極一側(cè)，使讀出電容C2的電位上升。此時(shí)，Se和Sh的關(guān)系為Se＝Sh×CSiN(CSiN+Ci)。讀出電容C2的電位同時(shí)通過(guò)放大器放大輸出。TFT102只在足以傳輸信號(hào)電荷的時(shí)間中導(dǎo)通，然后斷開(kāi)。
最后，說(shuō)明復(fù)位動(dòng)作。
復(fù)位動(dòng)作使開(kāi)關(guān)SW-C導(dǎo)通，讀出電容C2復(fù)位到GND電位，準(zhǔn)備下次的傳輸動(dòng)作。
圖29是以往的光電變換裝置的二維電路圖。
在圖29中，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，只記載著3×3＝9象素。S1-1～S3-3是光電變換元件，T1-1～T3-3是開(kāi)關(guān)元件(TFT)，G1～G3是用于使TFT(T1-1～T3-3)導(dǎo)通/斷開(kāi)的選通布線，M1～M3是信號(hào)布線，Vs是用于向光電變換元件S1-1～S3-3提供存儲(chǔ)偏壓，或提供更新偏壓的布線。
光電變換元件S1-1～S3-3的涂黑的一側(cè)的電極是G電極，相對(duì)一側(cè)是D電極。另外，D電極與Vs線的一部分共有，但是為了便于使光入射，把薄的N+層作為D電極利用。把光電變換元件S1-1～S3-3、TFT(T1-1～T3-3)、選通布線G1～G3、信號(hào)布線M1～M3、Vs線總稱為光電變換電路部100。
Vs線通過(guò)電源Vs或電源Vref偏置，它們通過(guò)VSC的控制信號(hào)切換。SR1是向選通布線G1～G3提供驅(qū)動(dòng)用的脈沖電壓的晶體管，從外部提供使TFT(T1-1～T3-3)導(dǎo)通的電壓。此時(shí)提供的電壓由電源Vg(on)決定。
讀出用電路部200把光電變換電路部100內(nèi)的信號(hào)布線M1～M3的并行信號(hào)輸出放大，進(jìn)行串行變換輸出。
RES1～RES3是把信號(hào)布線M1～M3復(fù)位的開(kāi)關(guān)，A1～A3是把信號(hào)布線M1～M3的信號(hào)放大的放大器，CL1～CL3是把由放大器A1～A3放大的信號(hào)暫時(shí)存儲(chǔ)的采樣保持電容，Sn1～Sn3是用于進(jìn)行采樣保持的開(kāi)關(guān)，B1～B3是緩沖放大器，Sr1～Sr3是用于把并行信號(hào)進(jìn)行串行變換的開(kāi)關(guān)，SR2是對(duì)Sr1～Sr3提供用于串行變換的脈沖的移位寄存器，Ab是輸出串行變換的信號(hào)的緩沖放大器。
圖30是表示圖29所示的光電變換裝置動(dòng)作的定時(shí)圖表。下面，使用該定時(shí)圖表，說(shuō)明圖29的光電變換裝置的動(dòng)作。
控制信號(hào)VSC用于向Vs線即光電變換元件S1-1～S3-3的D電極提供兩種偏壓。D電極在控制信號(hào)VSC為“Hi”時(shí)，變?yōu)閂ref(V)，在控制信號(hào)VSC為“Lo”時(shí)，變?yōu)閂s(V)。讀取用電源Vs(V)、更新用電源Vref(V)分別是直流電源。
首先，說(shuō)明更新期間的動(dòng)作。
移位寄存器SR1的信號(hào)都為“Hi”，并且讀出用電路部200的CRES信號(hào)為“Hi”的狀態(tài)。如果這樣，則開(kāi)關(guān)用的全部TFT(T1-1～T3-3)導(dǎo)通，并且讀出用電路部200內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件RES1～RES3也導(dǎo)通，全部光電變換元件S1-1～S3-3的D電極變?yōu)镚ND電位。而且，如果控制信號(hào)VSC變?yōu)椤癏i”，則全部光電變換元件S1-1～S3-3的D電極變?yōu)槠贸筛掠秒娫碫ref的狀態(tài)(負(fù)電位)。據(jù)此，全部光電變換元件S1-1～S3-3變?yōu)楦履Ｊ?，進(jìn)行更新。
下面，說(shuō)明光電變換期間。
如果控制信號(hào)VSC切換為“Lo”的狀態(tài)，則全部光電變換元件S1-1～S3-3的D電極變?yōu)槠脼樽x取用電源Vs的狀態(tài)(正電位)。如果這樣，則光電變換元件S1-1～S3-3變?yōu)楣怆娮儞Q模式。在該狀態(tài)下，移位寄存器SR1的信號(hào)都為“Lo”，并且讀出用電路部200的CRES信號(hào)為″Lo″的狀態(tài)。據(jù)此，開(kāi)關(guān)用的全部TFT(T1-1～T3-3)都斷開(kāi)，并且讀出用電路部200內(nèi)的開(kāi)關(guān)元件RES1～RES3也斷開(kāi)，全部光電變換元件S1-1～S3-3的G電極在直流變?yōu)殚_(kāi)路狀態(tài)，但是光電變換元件S1-1～S3-3具有電容成分作為構(gòu)成要素，所以保持著電位。
此時(shí)，因?yàn)楣馕慈肷涞焦怆娮儞Q元件S1-1～S3-3，所以不產(chǎn)生電荷。即不流過(guò)電流。在該狀態(tài)下，如果使光源工作為脈沖狀，則光照射到各光電變換元件S1-1～S3-3的D電極(N+電極)上，產(chǎn)生所謂的光電流。關(guān)于光源，圖中雖然未記載，但是例如果是復(fù)印機(jī)，則是熒光燈、LED、鹵素?zé)舻?。如果是X射線攝影裝置，則顧名思義是X射線源，此時(shí)可以使用X射線可視變換用的閃爍器。另外，通過(guò)光而產(chǎn)生的光電流作為電荷存儲(chǔ)在各光電變換元件S1-1～S3-3中，光源關(guān)閉后也保持。
下面，說(shuō)明讀出期間。
按第一行的光電變換元件S1-1～S1-3，接著是第二行的光電變換元件S2-1～S2-3，接著是第三行的光電變換元件S3-1～S3-3的順序進(jìn)行讀出動(dòng)作。
首先，為了讀出第一行的光電變換元件S1-1～S1-3，從移位寄存器SR1向開(kāi)關(guān)元件(TFT)T1-1～T1-3的選通布線G1提供選通脈沖。此時(shí)，選通脈沖的高電平是從外部提供的電壓V(on)。據(jù)此，TFT(T1-1～T1-3)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，存儲(chǔ)在光電變換元件S1-1～S1-3中的信號(hào)電荷傳輸給信號(hào)布線M1～M3。
在圖29中雖然未記載，但是在信號(hào)布線M1～M3中附加有讀出電容，信號(hào)電荷通過(guò)TFT(T1-1～T1-3)傳輸給讀出電容。例如，信號(hào)布線M1的附加的讀出電容是連接在信號(hào)布線M1上的各TFT(T1-1～T1-3)的柵源間的電極間電容(Cgs)的總和(三個(gè)的部分)，相當(dāng)于圖27的C2。另外，傳輸給信號(hào)布線M1～M3的信號(hào)電荷由放大器A1～A3放大。而且，通過(guò)使CRES信號(hào)導(dǎo)通，傳輸給采樣保持電容CL1～CL3，使CRES信號(hào)斷開(kāi)，并且保持。
接著，從移位寄存器SR2按Sr1、Sr2、Sr3的順序外加脈沖，采樣保持電容CL1～CL3中保持的信號(hào)按采樣保持電容CL1、CL2、CL3的順序從放大器Ab輸出。作為結(jié)果，光電變換元件S1-1、S1-2、S1-3的一行的光電變換信號(hào)依次輸出。第二行的光電變換元件S2-1～S2-3、第三行的光電變換元件S3-1～S3-3的讀出動(dòng)作也同樣進(jìn)行。
如果通過(guò)第一行的SMPL信號(hào)，在采樣保持電容CL1～CL3中采樣保持信號(hào)布線M1～M3的信號(hào)，則通過(guò)CRES信號(hào)把信號(hào)布線M1～M3復(fù)位到GND電位，然后，能在選通布線G2上外加選通脈沖。即能在把第一行的信號(hào)用移位寄存器SR2進(jìn)行串行變換動(dòng)作時(shí)，同時(shí)把第二行的光電變換元件S2-1～S2-3的信號(hào)電荷用移位寄存器SR1傳輸。
根據(jù)以上的動(dòng)作，能輸出從第一行到第三行的全部光電變換元件S3-1～S3-3的信號(hào)電荷。
所述X射線攝像裝置的動(dòng)作是通過(guò)進(jìn)行更新動(dòng)作，照射X射線，然后進(jìn)行讀出動(dòng)作，用于取得一個(gè)靜止圖象的動(dòng)作。另外，當(dāng)取得連續(xù)的動(dòng)畫(huà)圖象時(shí)，只按想取得的動(dòng)畫(huà)圖象的個(gè)數(shù)重復(fù)圖30所示的定時(shí)圖表就可以了。
可是，當(dāng)要用象素?cái)?shù)多的X射線攝像裝置取得動(dòng)畫(huà)圖象時(shí)，有必要進(jìn)行幀頻率的改善。當(dāng)光電變換元件的根新動(dòng)作全部通過(guò)光電變換元件公共的Vs線進(jìn)行時(shí)，必須為1幀設(shè)置1次的更新期間。這在取得動(dòng)畫(huà)圖象時(shí)，產(chǎn)生幀頻率減小，即動(dòng)作速度變慢的問(wèn)題。
一般來(lái)說(shuō)，作為在胸部的單純攝影中必要的頻譜，是攝影區(qū)域?yàn)?0cm的正方形以上，象素間隔為200μm以下。假如攝影區(qū)域?yàn)?0cm的正方形，象素間隔為200μm，制作X射線攝像裝置時(shí)，光電變換元件的數(shù)量為400萬(wàn)個(gè)。統(tǒng)一更新這么多的象素時(shí)，更新時(shí)流過(guò)的電流增大，所以X射線攝像裝置的GND或電源線的電壓變動(dòng)增大，無(wú)法進(jìn)行穩(wěn)定的攝像。
根據(jù)要求的圖象，在這些電壓變動(dòng)部分緩和之前，有必要設(shè)置X射線的照射等待時(shí)間。雖然圖30中未記載，但是圖28中的wait相當(dāng)于此。即統(tǒng)一更新光電變換裝置是，不僅對(duì)1幀設(shè)置一次的更新期間，1幀還需要1次的wait期間。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于所述問(wèn)題的存在，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)能抑制GND或電源線的電壓變動(dòng)，并取消各幀的待機(jī)期間，進(jìn)行穩(wěn)定且高速的動(dòng)畫(huà)攝影的放射線攝像裝置。
為了解決所述課題，實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，放射線攝像裝置的特征在于包括把包含使入射的放射線變換為電信號(hào)的變換元件和傳輸所述電信號(hào)的開(kāi)關(guān)元件的象素配置成二維狀，具有把所述象素連接在行方向上的控制布線、通過(guò)所述開(kāi)關(guān)元件讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的信號(hào)布線的變換電路部；依次驅(qū)動(dòng)所述多條控制布線的驅(qū)動(dòng)用電路部；與所述多條信號(hào)布線連接，按每一行讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的讀出用電路部；所述讀出用電路部包括對(duì)進(jìn)行讀出的所述變換元件外加第一偏壓，按每一行進(jìn)行更新的更新器件；使用至少一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)，對(duì)所述信號(hào)布線外加第二偏壓，進(jìn)行復(fù)位的復(fù)位器件。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，放射線攝像裝置的特征在于包括把包含使入射的放射線變換為電信號(hào)的變換元件和傳輸所述電信號(hào)的第一開(kāi)關(guān)元件的象素配置成二維狀，具有把所述象素連接在行方向上的控制布線、通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)元件讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的信號(hào)布線的變換電路部；依次驅(qū)動(dòng)所述多條控制布線的驅(qū)動(dòng)用電路部；與所述多條信號(hào)布線連接，按每一行讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的讀出用電路部；所述讀出用電路部在初級(jí)部具備電流積分型的運(yùn)算放大器；在所述運(yùn)算放大器的倒相端子和輸出端子之間設(shè)置用于對(duì)從所述變換元件通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)元件傳輸?shù)碾娦盘?hào)積分的電容元件、用于把所述電容元件復(fù)位的第二開(kāi)關(guān)元件；而在所述運(yùn)算放大器的非倒相端子上設(shè)置有有選擇地供給第一偏壓和第二偏壓等至少兩個(gè)偏壓的偏壓供給器件；使用所述第一開(kāi)關(guān)元件和所述第二開(kāi)關(guān)元件對(duì)進(jìn)行讀出的所述變換元件外加第一偏壓，按每一行進(jìn)行更新的更新器件；使用所述第二開(kāi)關(guān)元件對(duì)所述電容元件外加第二偏壓，進(jìn)行復(fù)位的復(fù)位器件。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，放射線攝像系統(tǒng)的特征在于包括對(duì)被檢查者或被檢查物照射放射線的放射線源、檢測(cè)所述放射線的所述放射線攝像裝置、對(duì)從所述放射線攝像裝置輸出的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字變換并進(jìn)行圖象處理的圖象處理裝置、顯示由所述圖象處理裝置處理的圖象的顯示裝置。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在放射線攝像裝置的驅(qū)動(dòng)方法中，放射線攝像裝置包括把包含使入射的放射線變換為電信號(hào)的變換元件和傳輸所述電信號(hào)的開(kāi)關(guān)元件的象素配置成二維狀，具有把所述象素連接在行方向上的控制布線、通過(guò)所述開(kāi)關(guān)元件讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的信號(hào)布線的變換電路部；依次驅(qū)動(dòng)所述多條控制布線的驅(qū)動(dòng)用電路部；與所述多條信號(hào)布線連接，按每一行讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的讀出用電路部；其特征在于包含對(duì)用所述讀出用電路部進(jìn)行讀出的所述變換元件外加第一偏壓，按每一行進(jìn)行更新的更新處理；使用至少一個(gè)復(fù)位部件，對(duì)所述信號(hào)布線外加第二偏壓，進(jìn)行復(fù)位的復(fù)位處理。
本發(fā)明具有所述的技術(shù)手段，所以通過(guò)驅(qū)動(dòng)用電路部(移位寄存器)，按每一行傳輸讀出來(lái)自任意一條控制布線的變換元件的電信號(hào)后，在傳輸讀出下一控制布線的電信號(hào)前，能按每一行對(duì)結(jié)束讀出的控制布線的變換元件進(jìn)行更新，所以在取得連續(xù)的動(dòng)畫(huà)圖象時(shí)，能避免設(shè)置更新期間。據(jù)此，能增大取得動(dòng)畫(huà)圖象時(shí)的幀頻率，能謀求動(dòng)畫(huà)攝影的高速化。此外，通過(guò)按每一行更新變換元件，與統(tǒng)一對(duì)全部變換元件進(jìn)行更新時(shí)相比，能減小更新時(shí)的暗電流(過(guò)渡電流)，能抑制GND或電源線的電壓變動(dòng)，并且可以不設(shè)置用于緩和該電壓變動(dòng)的等待時(shí)間。


下面簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖。
圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的放射線攝像裝置的1象素部分的等價(jià)電路圖。
圖2是表示圖1所示的X射線攝像裝置的1象素部分的電路動(dòng)作的定時(shí)圖表。
圖3是實(shí)施形態(tài)1的X射線攝影裝置的等價(jià)電路圖。
圖4是表示圖3所示的X射線攝像裝置的動(dòng)作的定時(shí)圖表。
圖5是在實(shí)施形態(tài)1的X射線攝像裝置中連續(xù)(直流)照射X射線時(shí)的定時(shí)圖表。
圖6是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的放射線攝像裝置的1象素部分的等價(jià)電路圖。
圖7是實(shí)施形態(tài)2的X射線攝像裝置的等價(jià)電路圖。
圖8是從實(shí)施形態(tài)2的X射線攝像裝置的透視模式(動(dòng)畫(huà)模式)向攝影模式(靜止畫(huà)面模式)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行攝影的定時(shí)圖表。
圖9是圖8的透視模式的定時(shí)圖表。
圖10是圖8的透視模式的其他定時(shí)圖表。
圖11是圖8的攝影模式的定時(shí)圖表。
圖12是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的放射線攝像裝置的1象素部分的等價(jià)電路圖。
圖13是表示圖12所示的放射線攝像裝置的1象素部分的電路動(dòng)作的定時(shí)圖表。
圖14是實(shí)施形態(tài)3的X射線攝像裝置的等價(jià)電路圖。
圖15是表示圖14所示的X射線攝像裝置動(dòng)作的定時(shí)圖表。
圖16是在實(shí)施形態(tài)3的X射線攝像裝置中連續(xù)(直流)照射X射線時(shí)的定時(shí)圖表。
圖17是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的X射線攝像裝置的1象素部分的等價(jià)電路圖。
圖18是實(shí)施形態(tài)4的X射線攝像裝置的等價(jià)電路圖。
圖19是從實(shí)施形態(tài)4的X射線攝像裝置的透視模式(動(dòng)畫(huà)模式)向攝影模式(靜止畫(huà)面模式)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行攝影的定時(shí)圖表的簡(jiǎn)圖。
圖20是圖19的透視模式的定時(shí)圖表。
圖21是圖19的透視模式的其他定時(shí)圖表。
圖22是圖19的攝影模式的定時(shí)圖表。
圖23是表示本發(fā)明的X射線攝像裝置向X射線診斷系統(tǒng)的應(yīng)用例的概略圖。
圖24表示以往例，是對(duì)光電變換元件和開(kāi)關(guān)元件的材料使用非晶硅半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的光電變換襯底的俯視圖。
圖25是圖24的A-B間的剖視圖。
圖26是用于說(shuō)明圖24、圖25所示的光電變換元件的器件動(dòng)作的能帶圖。
圖27表示以往例，是具有光電變換元件和TFT的象素的1象素部分的光電變換電路圖。
圖28是表示圖27所示的象素的1象素部分的光電變換電路動(dòng)作的定時(shí)圖表。
圖29是以往的光電變換裝置的二維電路圖。
圖30是表示圖29所示的光電變換裝置動(dòng)作的定時(shí)圖表。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的放射線攝像裝置的實(shí)施形態(tài)。須指出的是，作為放射線攝像裝置，與具有形成與以往例同樣的對(duì)MIS型光電變換元件和開(kāi)關(guān)元件的半導(dǎo)體材料使用非晶硅半導(dǎo)體薄膜的光電變換元件陣列的襯底的裝置為例，加以說(shuō)明。
(實(shí)施形態(tài)1)圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的放射線攝像裝置的1象素部分的等價(jià)電路圖。
如圖1所示，光電變換元件101包含作為半導(dǎo)體光電變換層的由氫化非晶硅等的i層構(gòu)成的電容成為Ci、由非晶體氮化硅等的絕緣層(兩導(dǎo)電型的載流子的注入阻止層)構(gòu)成的電容成分CSiN。另外，i層和絕緣層的接合點(diǎn)(圖中的節(jié)點(diǎn)N)在光電變換元件101變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)時(shí)，即D電極和節(jié)點(diǎn)N之間(i層)變?yōu)闆](méi)有(小)電場(chǎng)的狀態(tài)時(shí)，由光生成的電子和空穴再結(jié)合，所以空穴載流子無(wú)法在N部存儲(chǔ)。
即節(jié)點(diǎn)N的電位無(wú)法比D電極的電位高。為了使該飽和狀態(tài)的動(dòng)作具體化，在圖1中，把二極管(D1)與電容成分Ci并聯(lián)。即光電變換元件101具有電容成分Ci、電容成分CSiN、二極管D1等三個(gè)構(gòu)成要素。
TFT102是薄膜晶體管(Thin Film Transistor)，是開(kāi)關(guān)元件。Vs是用于向光電變換元件101的D電極提供偏壓的電源。另外，C2是附加在信號(hào)布線上的讀出電容。
FL是用于把X射線波長(zhǎng)變換為可見(jiàn)區(qū)域波形的波長(zhǎng)變換用的熒光體，配置在直接或間接與TFT102緊貼的位置。對(duì)熒光體FL的母體材料使用Gd2O2S或Gd2O3等，對(duì)發(fā)光中心使用Tb3+或Eu3+等稀土類元素。另外，也使用對(duì)母體材料應(yīng)用CsI:Tl或CsI:Na等、CSI的熒光體。
開(kāi)關(guān)SW-C是把讀出電容C2(信號(hào)布線)復(fù)位到復(fù)位偏壓(reset)的復(fù)位開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)SW-E是用于把光電變換元件(G電極)更新為更新偏壓V(refresh)的開(kāi)關(guān)，分別由RC1信號(hào)、RC2信號(hào)控制。另外，Vg(on)是使TFT102導(dǎo)通，用于把信號(hào)電荷向讀出電容C2傳輸?shù)碾娫矗琕g(off)是用于使TFT102斷開(kāi)的電源，開(kāi)關(guān)SW-D是切換電源Vg(on)和電源Vg(off)的開(kāi)關(guān)。
另外，當(dāng)更新光電變換元件101時(shí)，通過(guò)使開(kāi)關(guān)SW-E導(dǎo)通，在使更新偏壓導(dǎo)通的同時(shí)，必須使開(kāi)關(guān)SW-D為電源Vg(on)一側(cè)。
圖2是表示圖1所示的X射線攝像裝置的1象素部分的電路動(dòng)作的定時(shí)圖表。
下面，參照?qǐng)D1、圖2說(shuō)明具有光電變換元件101和TFT102的象素的1象素部分的電路動(dòng)作。
首先，說(shuō)明X-ray照射期間。
如圖2所示，把X射線照射為脈沖狀。透射被檢測(cè)體的X射線照射到熒光體FL上，變換為可見(jiàn)光。來(lái)自熒光體FL的可見(jiàn)光照射到半導(dǎo)體層(i層)上，進(jìn)行光電變換。由光電變換產(chǎn)生的空穴載流子存儲(chǔ)在i層和絕緣層(注入阻止層)的界面，使節(jié)點(diǎn)N的電位上升。因?yàn)門(mén)FT102為斷開(kāi)的狀態(tài)，所以G電極一側(cè)的電位也上升相同的部分。須指出的是，在X-ray射線的照射期間中，使開(kāi)關(guān)SW-D在V(off)一側(cè)，使開(kāi)關(guān)SW-C和開(kāi)關(guān)SW-E為斷開(kāi)。
下面，說(shuō)明傳輸動(dòng)作。
傳輸動(dòng)作使開(kāi)關(guān)SW-D為Vg(on)一側(cè)，使TFT102為導(dǎo)通狀態(tài)。據(jù)此，通過(guò)X-ray射線照射而存儲(chǔ)的空穴載流子的量(Sh)所對(duì)應(yīng)的電子載流子(Se)從C2一側(cè)通過(guò)TFT102流向G電極一側(cè)，使讀出電容C2的電位上升。此時(shí)，Se和Sh的關(guān)系為Se＝Sh×CSiN(CSiN+Ci)。
讀出電容C2的電位主要以連接在信號(hào)布線上的全部TFT102的電極間電容構(gòu)成的電容構(gòu)成，所以與光電變換元件101的電容相比，充分大。因此，電荷傳輸后的讀出電容C2的電位上升部分(ΔVC2)比G電極的電位下降部分(ΔVG)小很多。即傳輸后的讀出電容C2的電位是V(reset)+ΔVC2，可是表現(xiàn)幾乎接近V(reset)的電位。同時(shí)讀出電容C2的電位通過(guò)放大器放大輸出。在圖1中，以最基本的形式表示了放大器(AMP)，但是，作為放大電路起作用。復(fù)位偏壓V(reset)不是信號(hào)成分，所以另外取消，只把純粹的信號(hào)成分ΔVC2作為信號(hào)處理。
下面，說(shuō)明更新動(dòng)作。
在圖2的定時(shí)圖表中，在圖1所示的等價(jià)電路圖中，Vs＝9(V)，Vg(reset)＝2(V)，V(refresh)＝6(V)，并且表示電容成分Ci和CSiN相等時(shí)的D電極、G電極、節(jié)點(diǎn)N的電位。
更新動(dòng)作通過(guò)RC1信號(hào)使開(kāi)關(guān)SW-C為斷開(kāi)狀態(tài)，通過(guò)RC2信號(hào)使開(kāi)關(guān)SW-E為導(dǎo)通狀態(tài)，使開(kāi)關(guān)SW-D為Vg(on)一側(cè)。如果這樣，則光電變換元件101的G電極從傳輸信號(hào)時(shí)的電位(V(reset)+ΔVC2V(reset)＝2(V))上升到更新偏壓V(refresh)＝6V。與此同時(shí)，節(jié)點(diǎn)N的電位也上升，但是不超過(guò)Vs＝9V。通過(guò)使節(jié)點(diǎn)N的電位上升，存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)N中的信號(hào)電荷(空穴栽流子)的一部分向D電極一側(cè)放出，進(jìn)行光電變換元件101的更新動(dòng)作。
下面，說(shuō)明復(fù)位動(dòng)作。
復(fù)位動(dòng)作在開(kāi)關(guān)SW-D為Vg(on)一側(cè)的狀態(tài)下，通過(guò)RC1信號(hào)使開(kāi)關(guān)SW-C為導(dǎo)通狀態(tài)，通過(guò)RC2信號(hào)使開(kāi)關(guān)SW-E為斷開(kāi)狀態(tài)。如果這樣，則光電變換元件101的G電極和信號(hào)布線C2復(fù)位到復(fù)位偏壓V(reset)。與此同時(shí)，節(jié)點(diǎn)N的電位從更新動(dòng)作時(shí)的電位(在圖2中，9V)衰減。該衰減量ΔVN在電容成分Ci和電容成分CSiN的電容相等時(shí)變?yōu)閂(refresh)與V(reset)的電位差的1/2，在本說(shuō)明中，減少2V。另外，節(jié)點(diǎn)N的衰減量ΔVN決定下次的光電變換動(dòng)作中存儲(chǔ)的空穴載流子的量。
在此，在表示以往例的圖28中設(shè)置有wait期間，但是在圖2的定時(shí)圖表中不設(shè)置。下面，參照?qǐng)D3、圖4說(shuō)明其理由。
圖3是實(shí)施形態(tài)1的X射線攝像裝置的等價(jià)電路圖。在圖3中，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，把在光電變換電路部10中配置成二維狀的象素只記載3×3＝9象素部分。
圖3所示的S1-1～S3-3是光電變換元件，T1-1～T3-3是開(kāi)關(guān)元件(TFT)，G1～G3是用于使TFT(T1-1～T3-3)導(dǎo)通/斷開(kāi)的選通布線，M1～M3是信號(hào)布線，Vs是用于向光電變換元件提供存儲(chǔ)偏壓的布線。
光電變換元件S1-1～S3-3的涂黑一側(cè)的電極是G電極，相對(duì)一側(cè)是D電極。另外，D電極與Vs線的一部分共有，但是為了便于使光入射，把薄的N+層作為D電極利用。把光電變換元件S1-1～S3-3、TFT(T1-1～T3-3)、選通布線G1～G3、信號(hào)布線M1～M3、Vs線總稱為光電變換電路部10。
Vs線通過(guò)電源Vs偏置。SR1是向選通布線G1～G3提供驅(qū)動(dòng)用的脈沖電壓的移位寄存器，使TFT(T1-1～T3-3)導(dǎo)通的電壓vg(on)和使TFT(T1-1～T3-3)斷開(kāi)的電壓Vg(off)從外部提供給驅(qū)動(dòng)用電路部(移位寄存器SR1)。
讀出用電路部20把光電變換電路部10內(nèi)的信號(hào)布線M1～M3的并行信號(hào)輸出放大，進(jìn)行串行變換，輸出。
RES1～RES3是把信號(hào)布線M1～M3復(fù)位到復(fù)位偏壓V(reset)的開(kāi)關(guān)。在圖3中，把復(fù)位偏壓V(reset)用0V(GND)來(lái)表示。A1～A3是把信號(hào)布線M1～M3的信號(hào)放大的放大器，CL1～CL3是把由放大器A1～A3放大的信號(hào)暫時(shí)存儲(chǔ)的采樣保持電容，Sn1～Sn3是用于進(jìn)行采樣保持的開(kāi)關(guān)，B1～B3是緩沖放大器，Sr1～Sr3是用于把并行信號(hào)進(jìn)行串行變換的開(kāi)關(guān)，SR2是對(duì)Sr1～Sr3提供用于串行變換的脈沖的移位寄存器，Ab是輸出串行變換的信號(hào)的緩沖放大器。
另外，RES11～RES33是用于通過(guò)TFT(T1-1～T3-3)把光電變換元件101的G電極更新為更新偏壓V(refresh)的開(kāi)關(guān)，在開(kāi)關(guān)RES11～RES33的單側(cè)連接更新偏壓V(refresh)。
圖4是表示圖3所示的X射線攝像裝置的動(dòng)作的定時(shí)圖表，表示2幀部分的動(dòng)作。使用該定時(shí)圖表說(shuō)明圖3的光電變換裝置的動(dòng)作。
首先，說(shuō)明光電變換期間。
全部光電變換元件S1-1～S3-3的D電極處于偏置為讀取用電源Vs(正電位)的狀態(tài)。移位寄存器SR1的信號(hào)都為″Lo″，開(kāi)關(guān)用全部TFT(T-1～T3-3)斷開(kāi)。在該狀態(tài)下，如果光源接通為脈沖狀則光照射到各光電變換元件S1-1～S3-3的D電極(N+電極)上，在光電變換元件S1-1～S3-3的i層內(nèi)生成電子和空穴的載流子。電子通過(guò)讀取用電源Vs向D電極移動(dòng)，但是空穴存儲(chǔ)在光電變換元件S1-1～S3-3內(nèi)的i層和絕緣層的界面上，在電源斷開(kāi)后也保持。
下面，說(shuō)明讀出期間。
按第一行的光電變換元件S1-1～S1-3，接著是第二行的光電變換元件S2-1～S2-3，接著是第三行的光電變換元件S3-1～S3-3的順序進(jìn)行讀出動(dòng)作。
首先，為了讀出第一行的光電變換元件S1-1～S1-3，從移位寄存器SR1向開(kāi)關(guān)元件(TFT)T1-1～T1-3的選通布線G1提供選通脈沖。此時(shí)，選通脈沖的高電平是從外部提供的電壓Vg(on)。據(jù)此，TFT(T1-1～T1-3)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，存儲(chǔ)在光電變換元件S1-1～S1-3中的信號(hào)電荷傳輸給信號(hào)布線M1～M3。
在圖3中雖然未記載，但是在信號(hào)布線M1～M3中附加有讀出電容，信號(hào)電荷通過(guò)TFT(T1-1～T1-3)傳輸給讀出電容。例如，附加在信號(hào)布線M1中的讀出電容是連接在信號(hào)布線M1上的各TFT(T1-1～T3-1)的柵源間的電極間電容(Cgs)的總和(三個(gè)的部分)，相當(dāng)于圖1的C2。另外，傳輸給信號(hào)布線M1～M3的信號(hào)電荷由放大器A1～A3放大。而且，通過(guò)使SMPL信號(hào)導(dǎo)通，傳輸給采樣保持電容CL1～CL3，使SMPL信號(hào)斷開(kāi)，并且保持。
如果通過(guò)第一行的SMPL信號(hào)，把信號(hào)布線M1～M3的信號(hào)采樣保持在采樣保持電容CL1～CL3中，則光電變換元件S1-1～S1-3的信號(hào)從光電變換電路部10輸出。因此，在讀出用電路部20內(nèi)，在通過(guò)開(kāi)關(guān)Sr1～Sr3進(jìn)行串聯(lián)變換時(shí)，能進(jìn)行光電變換電路部10內(nèi)的光電變換元件S1-1～S1-3的更新工作和信號(hào)布線M1～M3的復(fù)位動(dòng)作。
光電變換元件S1-1～S1-3的更新工作通過(guò)RC2信號(hào)使開(kāi)關(guān)RES11～RES33為導(dǎo)通狀態(tài)，在TFT(T1-1～T3-1)的選通布線上外加電壓Vg(on)，把光電變換元件S1-1～S1-3的G電極更新的更新偏壓V(refresh)。然后，轉(zhuǎn)移到復(fù)位動(dòng)作。
接著，復(fù)位動(dòng)作在TFT(T1-1～T3-1)的選通布線上外加電壓Vg(on)的狀態(tài)下，使開(kāi)關(guān)RES11～RES33為斷開(kāi)，使開(kāi)關(guān)RES1～RES3導(dǎo)通，把信號(hào)布線M1～M3的讀出電容和光電變換元件S1-1～S1-3的G電極復(fù)位到復(fù)位偏壓V(reset)，在此復(fù)位到GND電位。
復(fù)位動(dòng)作結(jié)束后，能在選通布線G2上外加選通脈沖。即在通過(guò)移位寄存器SR2把第一行的信號(hào)進(jìn)行串行變換動(dòng)作時(shí)，在光電變換電路部10中，同時(shí)更新光電變換元件S1-1～S1-3，把信號(hào)布線M1～M3復(fù)位，把第二行的光電變換元件S2-1～S2-3的信號(hào)電荷用移位寄存器SR1傳輸給信號(hào)布線M1～M3。通過(guò)以上的動(dòng)作，能輸出從第一行到第三行的全部光電變換元件S1-1～S3-3的信號(hào)電荷。
通過(guò)重復(fù)所述光電變換期間和讀出期間，能取得連續(xù)的動(dòng)畫(huà)圖象。
本實(shí)施形態(tài)中表示的定時(shí)圖表與表示以往例的圖30的定時(shí)圖表的不同之處在于不設(shè)置更新期間，該更新期間的部分具有能增大取得動(dòng)畫(huà)圖象時(shí)的幀頻率的優(yōu)點(diǎn)。另外，在以往例中，統(tǒng)一更新全部的光電變換元件，所以有必要設(shè)置用于緩和更新時(shí)的暗電流成分引起的GND或電源等的變動(dòng)的wait期間。在本實(shí)施形態(tài)中，因?yàn)橐愿餍袉挝贿M(jìn)行更新，一度更新的光電變換元件的數(shù)量相當(dāng)少，所以沒(méi)必要特別設(shè)置wait期間，只這部分就能增大動(dòng)畫(huà)的幀頻率。
在上述的本實(shí)施形態(tài)的X射線攝像裝置中，表示了X射線的照射為脈沖狀的例子，但是也能進(jìn)行連續(xù)(直流)的X射線的照射。下面，說(shuō)明此時(shí)的實(shí)施例。
圖5是表示在實(shí)施形態(tài)1的X射線攝像裝置中連續(xù)(直流)照射X射線時(shí)的定時(shí)圖表。
此時(shí)的光電變換期間是更新結(jié)束后到開(kāi)始傳輸之前的期間。在實(shí)際的醫(yī)療用X射線攝像裝置中，光電變換電路部由N行×M列的多個(gè)象素構(gòu)成。例如，對(duì)第一行的光電變換元件，除了自己的光電變換元件的傳輸、更新、復(fù)位的從第二行到第N行的N-1行部分的讀出期間變?yōu)閷?shí)質(zhì)上的光電變換期間。對(duì)其他行的光電變換元件也是同樣，除了自己的光電變換元件的傳輸、更新、復(fù)位的N-1行部分的讀出期間變?yōu)閷?shí)質(zhì)上的光電變換期間。
例如，對(duì)第100行的光電變換元件，從第101行到第N行的讀出期間和下一幀的第一行到第99行的讀出期間的合計(jì)，即N-1行部分的讀出期間變?yōu)閷?shí)質(zhì)上的光電變換期間。即當(dāng)以直流照射X射線時(shí)，該光電變換期間跨2幀，但是光電變換期間都變?yōu)橄嗤圆划a(chǎn)生任何特異。
當(dāng)連續(xù)(直流)照射X射線時(shí)，能省略圖2所示的X射線照射期間或圖4所示的光電變換期間，所以存在能進(jìn)一步增大動(dòng)畫(huà)的幀頻率的優(yōu)點(diǎn)。另外，與脈沖照射方法相比，能減弱X射線的強(qiáng)度，所以也有能減輕對(duì)X射線源的管球的負(fù)擔(dān)。因?yàn)闆](méi)必要把X射線的高壓電源控制為脈沖狀，所以也有減輕X射線源的負(fù)擔(dān)的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施形態(tài)2)圖6是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的X射線攝像裝置的一象素部分的等價(jià)電路圖。在圖1所示的實(shí)施形態(tài)1的等價(jià)電路圖中，光電變換元件101的D電極以一定電 Vs偏置，而在本實(shí)施形態(tài)中，采用能通過(guò)開(kāi)關(guān)SW-F切換電 Vs和電壓Vref的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施形態(tài)的特征在于能選擇從G電極一側(cè)還是從D電極一側(cè)提供用于進(jìn)行光電變換元件101的更新動(dòng)作的外加電壓。例如取得一個(gè)靜止圖象時(shí)，選擇從D電極一側(cè)提供更新用偏壓的方法，即用圖28的定時(shí)圖表工作，而當(dāng)取得多個(gè)靜止圖象時(shí)，選擇從G電極一側(cè)提供更新用偏壓的方法，即用圖2所示的定時(shí)圖表工作。在本實(shí)施例中，在一個(gè)X射線攝像裝置中，能實(shí)現(xiàn)以往的拍攝靜止圖象的模式(攝影模式或靜止畫(huà)面模式)、驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫(huà)圖象的模式(透視模式或動(dòng)畫(huà)模式)等雙方的攝影。
圖7是實(shí)施形態(tài)2的X射線攝像裝置的等價(jià)電路圖。
在圖7的等價(jià)電路圖中，與圖3不同之處在于能通過(guò)VSC控制信號(hào)把傳感器的偏壓線切換為電壓Vs和Vref。
圖8是從實(shí)施形態(tài)2的X射線攝像裝置的透視模式(動(dòng)畫(huà)模式)向攝影模式(靜止畫(huà)面模式)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行攝影時(shí)的定時(shí)圖表簡(jiǎn)圖。
另外，圖9是表示圖7所示的X射線攝像裝置的透視模式動(dòng)作的定時(shí)圖表。即在透視模式中，重復(fù)圖8的定時(shí)動(dòng)作。該期間中，攝影者為了求出用于拍攝靜止圖象的被拍攝體(患者)的位置或角度，監(jiān)視患者的透視圖象。一般來(lái)說(shuō)，該期間中的X射線量照射得弱。攝影者如果對(duì)裝置發(fā)出曝射要求信號(hào)(拍攝靜止圖象的意思信號(hào))，就從透視模式向攝影模式轉(zhuǎn)移。圖11表示攝影模式的動(dòng)作定時(shí)。另外，透視模式和攝影模式的流程并不如圖8所示，攝影模式只局限于1次，按照拍攝的被拍攝體的攝影構(gòu)圖，可以按透視模式→攝影模式→透視模式→攝影模式…重復(fù)。
圖10是圖8的透視模式的定時(shí)圖表，但是為表示與圖9不同情況的例子的定時(shí)圖表。與圖9的不同點(diǎn)是不把X射線照射為脈沖狀。據(jù)此，能同時(shí)進(jìn)行讀出期間和光電變換期間，所以有能增大透視模式的工作頻率的優(yōu)點(diǎn)。另外，不使X射線工作為脈沖狀，所以有能減輕對(duì)X射線發(fā)生源的負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)把本發(fā)明的X射線攝像裝置應(yīng)用于透視裝置中時(shí)，在透視模式下，一邊通過(guò)TFT從讀出用電路部20的開(kāi)關(guān)一側(cè)進(jìn)行更新，一邊取得連續(xù)圖象，通過(guò)透視結(jié)束定位，轉(zhuǎn)移到靜止畫(huà)面攝影模式時(shí)，通過(guò)進(jìn)行來(lái)在開(kāi)關(guān)SW-F的更新，能取得高S/N比的靜止圖象。即一般來(lái)說(shuō)，來(lái)自開(kāi)關(guān)SW-F一側(cè)的更新比來(lái)自TFT一側(cè)的更新的更新效率高，S/N比也好。當(dāng)S/N比差，也拍攝好的透視定位圖象時(shí)，采用來(lái)自讀出用電路部20的開(kāi)關(guān)一側(cè)的更新，當(dāng)拍攝S/N比高、要求高圖象質(zhì)量的靜止畫(huà)面時(shí)，理應(yīng)采用來(lái)自開(kāi)關(guān)SW-F一側(cè)的更新。
(實(shí)施形態(tài)3)圖12是實(shí)施形態(tài)3的X射線攝像裝置的1象素部分的等價(jià)電路圖。須指出的是，關(guān)于與圖1所示的X射線攝像裝置同樣的結(jié)構(gòu)，采用相同符號(hào)，以下主要說(shuō)明不同的構(gòu)成要素。
圖12所示的開(kāi)關(guān)SW-G是為了向運(yùn)算放大器(AMP)的非倒相端子(+)提供復(fù)位偏壓V(reset)或更新偏壓V(refresh)的任意一方的偏壓而有選擇地切換的開(kāi)關(guān)。Cf是用于通過(guò)TFT102存儲(chǔ)(積分)來(lái)自光電變換元件101的信號(hào)電流的電容元件，連接在運(yùn)算放大器的倒相端子(-)和輸出端子Vout之間。開(kāi)關(guān)SW-H與電容元件Cf并聯(lián)，用于把積分的信號(hào)電荷復(fù)位，或通過(guò)TFT102把光電變換元件101復(fù)位的開(kāi)關(guān)，由RC信號(hào)控制。
Vg(on)是用于使TFT102導(dǎo)通，把信號(hào)電荷向電容元件Cf傳輸?shù)碾娫?，Vg(off)是用于使TFT102斷開(kāi)的電源。另外，開(kāi)關(guān)SW-D是用于切換電源Vg(on)和電源Vg(off)的開(kāi)關(guān)。
另外，當(dāng)更新光電變換元件101時(shí)，使開(kāi)關(guān)SW-G在復(fù)位偏壓V(reset)一側(cè)，使開(kāi)關(guān)SW-E導(dǎo)通的同時(shí)，必須使開(kāi)關(guān)SW-D在電源Vg(on)一側(cè)。
圖13是表示圖12所示的X射線攝像裝置的一象素部分的電路動(dòng)作的定時(shí)圖表。
下面，參照?qǐng)D12、圖13，說(shuō)明具有光電變換元件101和TFT102的象素的一個(gè)象素部分的電路動(dòng)作。
首先，關(guān)于X-ray射線照射期間的動(dòng)作，與所述實(shí)施形態(tài)1同樣，所以省略說(shuō)明，但是X-ray射線照射期間中的開(kāi)關(guān)SW-D在V(off)一側(cè)，開(kāi)關(guān)SW-G在V(reset)一側(cè)，并且使開(kāi)關(guān)SW-H斷開(kāi)。
下面，說(shuō)明傳輸期間。
傳輸動(dòng)作使開(kāi)關(guān)SW-D在電源Vg(on)一側(cè)，使TFT102為導(dǎo)通狀態(tài)。通過(guò)該操作，與通過(guò)X-ray射線照射而存儲(chǔ)的空穴載流子的量(Sh)對(duì)應(yīng)的電子載流子(Se)從C2一側(cè)通過(guò)TFT102流向G電極一側(cè)。據(jù)此，電荷存儲(chǔ)在電容元件Cf中，運(yùn)算放大器的輸出端子一側(cè)的電位只變化(下降)信號(hào)部分。這是Se和Sh的關(guān)系為Se＝Sh×CSiN/(CSiN+Ci)。在此，讀出電源C2的電位因?yàn)橛眠\(yùn)算放大器的非倒相端子(+)的V(reset)的偏壓虛擬接地，所以不變化。
下面，說(shuō)明更新動(dòng)作。
在圖13的定時(shí)圖表中，在圖12所示的等價(jià)電路圖中，Vs＝9(V)，Vg(reset)＝2(V)，V(refresh)＝6(V)，并且表示電容成分Ci和CSiN相等時(shí)的D電極、G電極、節(jié)點(diǎn)N的電位。
更新動(dòng)作通過(guò)RC信號(hào)使開(kāi)關(guān)SW-H為導(dǎo)通狀態(tài)，使開(kāi)關(guān)SW-D為Vg(0n)一側(cè)，使開(kāi)關(guān)SW-G為V(refresh)一側(cè)。通過(guò)該操作，光電變換元件101的G電極從傳輸信號(hào)時(shí)的電位(V(reset)＝2(V))上升到更新偏壓V(refresh)＝6(V)。與此同時(shí)，節(jié)點(diǎn)N的電位也上升，但是不超過(guò)Vs＝9V。通過(guò)使節(jié)點(diǎn)N的電位上升，存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)N中的信號(hào)電荷(空穴載流子)的一部分向D電極一側(cè)放出，進(jìn)行光電變換元件101的更新動(dòng)作。
下面，說(shuō)明復(fù)位動(dòng)作。
復(fù)位動(dòng)作使開(kāi)關(guān)SW-D為Vg(on)一側(cè)的狀態(tài)，并且使開(kāi)關(guān)SW-H保持導(dǎo)通一側(cè)的狀態(tài)，使開(kāi)關(guān)SW-G從V(refresh)一側(cè)變?yōu)閂(reset)。根據(jù)該操作，把光電變換元件101的G電極復(fù)位倒復(fù)位偏壓V(reset)。同時(shí)，連接在運(yùn)算放大器的輸出端子上的電容元件Cf復(fù)位到復(fù)位偏壓V(reset)。即在電容元件Cf的兩端子的電位差變?yōu)?的復(fù)位動(dòng)作中，節(jié)點(diǎn)N的電位從更新動(dòng)作時(shí)的電位(在圖13中9V)衰減。該衰減量ΔVN在電容成分Ci和電容成分CSiN的電容相等時(shí)，變?yōu)閂(refresh)與V(reset)的電位差的1/2，在本說(shuō)明中，減少2V。另外，節(jié)點(diǎn)N的衰減量ΔVN決定下次的光電變換動(dòng)作中存儲(chǔ)的空穴載流子的量。
在此，在表示以往例的圖28中設(shè)置有wait期間，但是在圖13的定時(shí)圖表中不設(shè)置。下面，參照?qǐng)D14、圖15說(shuō)明其理由。
圖14是實(shí)施形態(tài)3的X射線攝像裝置的等價(jià)電路圖。在圖14中，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，把在光電變換電路部10中配置成二維狀的象素只記載3×3＝9象素部分。
讀出用電路部21讀取來(lái)自光電變換電路部10的并行信號(hào)輸出，進(jìn)行串行變換、輸出。A1～A3分別是連接信號(hào)布線M1～M3和倒相端子(-)的運(yùn)算放大器。在倒相端子(-)和輸出端子之間分別連接著電容元件Cf1～Cf3。電容元件Cf1～Cf3在TFT102導(dǎo)通時(shí)，把基于來(lái)自光電變換元件101的輸出信號(hào)的電流積分，變換為電壓量。RES41～RES43是把電容元件Cf1～Cf3復(fù)位到復(fù)位偏壓V(reset)的開(kāi)關(guān)，與電容元件Cf1～Cf3并聯(lián)。
SW-res是用于把運(yùn)算放大器A1～A3的非倒相端子復(fù)位到復(fù)位偏壓V(reset)(在圖14中，復(fù)位到0V)的開(kāi)關(guān)，另外，SW-ref是用于把運(yùn)算放大器A1～A3的非倒相端子更新為更新偏壓V(refresh)的開(kāi)關(guān)。這些開(kāi)關(guān)由“REFRESH”信號(hào)控制?！癛EFRESH”信號(hào)為“Hi”時(shí)，開(kāi)關(guān)SW-ref導(dǎo)通，為″Lo″時(shí)，開(kāi)關(guān)SW-res導(dǎo)通，這些開(kāi)關(guān)不同時(shí)導(dǎo)通。
圖15是表示圖14所示的X射線攝像裝置動(dòng)作的定時(shí)圖表，表示2幀部分的動(dòng)作。下面，使用該定時(shí)圖表對(duì)圖14的光電變換裝置的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
首先，說(shuō)明電信號(hào)光電變換期間。
全光電變換元件S1-1～S3-3的D電極處于偏置為讀取用電源Vs(正電位)的狀態(tài)。移位寄存器SR1的信號(hào)都為″Lo″，開(kāi)關(guān)用的全部TFT(T1-1～T3-3)為斷開(kāi)。在該狀態(tài)下，如果光源工作為脈沖狀，則光照射到各光電變換元件S1-1～S3-3的D電極(N+電極)，光電變換元件S1-1～S3-3的i層內(nèi)生成電子和空穴的載流子。電子通過(guò)讀取用電源Vs向D電極移動(dòng)，空穴存儲(chǔ)在光電變換元件S1-1～S3-3的i層和絕緣層的界面上，X射線斷開(kāi)后也會(huì)保持。
下面，說(shuō)明讀出期間。
按第一行的光電變換元件S1-1～S1-3，接著是第二行的光電變換元件S2-1～S2-3，接著是第三行的光電變換元件S3-1～S3-3的順序進(jìn)行讀出動(dòng)作。
首先，為了讀出第一行的光電變換元件S1-1～S1-3，從移位寄存器SR1向開(kāi)關(guān)元件(TFT)T1-1～T1-3的選通布線G1提供選通脈沖。此時(shí)，選通脈沖的高電平是從外部提供的電壓Vg(on)。據(jù)此，TFT(T1-1～T1-3)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，存儲(chǔ)在光電變換元件S1-1～S1-3中的信號(hào)電荷通過(guò)TFT(T1-1～T1-3)作為電流流過(guò)，流入連接在運(yùn)算放大器A1～A3上的電容元件Cf1～Cf3，并進(jìn)行積分。
在圖14中雖然未記載，但是在信號(hào)布線M1～M3中附加有讀出電容，信號(hào)電荷通過(guò)TFT(T1-1～T1-3)傳輸給讀出電容?？墒牵盘?hào)布線M1～M3由運(yùn)算放大器A1～A3的非倒相端子(+)的復(fù)位偏壓(GND)虛擬接地，所以沒(méi)有傳輸動(dòng)作引起的電位變動(dòng)，處于保持在GND的狀態(tài)。即上述的信號(hào)電荷傳輸給電容元件Cf1～Cf3。
運(yùn)算放大器A1～A3的輸出端子按照光電變換元件S1-1～S1-3的信號(hào)量，按圖4所示變化。TFT(T-1～T3-1)同時(shí)導(dǎo)通，所以運(yùn)算放大器A1～A3的輸出同時(shí)變化。即變?yōu)椴⑿休敵?。在該狀態(tài)下，通過(guò)使“SMPL”信號(hào)導(dǎo)通，運(yùn)算放大器A1～A3的輸出信號(hào)傳輸給采樣保持電容CL1～CL3，使SMPL信號(hào)斷開(kāi)，并且暫時(shí)保持。
接著，從移位寄存器SR2按開(kāi)關(guān)Sr1、Sr2、Sr3的順序外加脈沖，保持在采樣保持電容CL1～CL3中的信號(hào)按采樣保持電容CL1、CL2、CL3的順序從放大器Ab輸出。作為結(jié)果，光電變換元件S1-1、S1-2、S1-3的一行的光電變換信號(hào)依次進(jìn)行串行變換輸出。第二行的光電變換元件S2-1～S2-3的讀出動(dòng)作、第三行的光電變換元件S3-1～S3-3的讀出動(dòng)作也同樣進(jìn)行。
如果通過(guò)第一行的SMPL信號(hào)，在采樣保持電容CL1～CL3中采樣保持運(yùn)算放大器A1～A3的信號(hào)，則光電變換元件S1-1～S1-3的信號(hào)從光電變換電路部10輸出。因此，在讀出用電路部21內(nèi)，通過(guò)開(kāi)關(guān)Sr1～Sr3進(jìn)行串行變換時(shí)，能進(jìn)行光電變換電路部21內(nèi)的光電變換元件S1-1～S1-3的更新動(dòng)作和電容元件Cf1～Cf3的復(fù)位動(dòng)作。
光電變換元件S1-1～S1-3的更新動(dòng)作是通過(guò)使“REFRESH”信號(hào)為″Hi″，開(kāi)關(guān)SW-ref導(dǎo)通，并且通過(guò)“RC”信號(hào)，使開(kāi)關(guān)RES41～RES43為導(dǎo)通狀態(tài)，通過(guò)在TFT(T1-1～T3-1)的選通布線上外加Vg(on)而實(shí)現(xiàn)。即通過(guò)更新動(dòng)作，使光電變換元件S1-1～S1-3的G電極更新為更新偏壓V(refresh)。然后，轉(zhuǎn)移到復(fù)位動(dòng)作。
接著，復(fù)位動(dòng)作在TFT(T1-1～T3-1)的選通布線上外加電壓Vg(on)的狀態(tài)下，并且使開(kāi)關(guān)RES41～RES43的開(kāi)關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)，使“REFRESH”為″Lo″。根據(jù)該動(dòng)作，光電變換元件S1-1～S1-3的G電極復(fù)位倒復(fù)位偏壓V(reset)＝GND，同時(shí)把存儲(chǔ)在電容元件Cf1～Cf3中的信號(hào)復(fù)位。
復(fù)位動(dòng)作結(jié)束后，能在選通布線G2上外加選通電壓。即在把第一行的信號(hào)通過(guò)移位寄存器SR2進(jìn)行串行變換動(dòng)作時(shí)，同時(shí)更新光電變換元件S1-1～S1-3，把電容元件Cf1～Cf3復(fù)位，然后能用移位寄存器SR1把第二行光電變換元件S2-1～S2-3的信號(hào)電荷傳輸給信號(hào)布線M1～M3。根據(jù)以上的動(dòng)作，能輸出從第一行到第三行的全部光電變換元件S1-1～S3-3的信號(hào)電荷。
通過(guò)重復(fù)所述的光電變換期間和讀出期間，能取得連續(xù)的動(dòng)畫(huà)圖象。
本實(shí)施形態(tài)所示的定時(shí)圖表與表示以往例的圖30的定時(shí)圖表的不同之處在于不設(shè)置更新期間，該更新期間的部分具有能增大取得動(dòng)畫(huà)圖象時(shí)的幀頻率的優(yōu)點(diǎn)。另外，在以往例中，統(tǒng)一更新全部的光電變換元件，所以有必要設(shè)置用于緩和更新時(shí)的暗電流成分引起的GND或電源等的變動(dòng)的wait期間。在本實(shí)施形態(tài)中，因?yàn)橐愿餍袉挝贿M(jìn)行更新，一度更新的光電變換元件的數(shù)量相當(dāng)少，所以沒(méi)必要特別設(shè)置wait期間，只這部分就能增大動(dòng)畫(huà)的幀頻率。
在上述的本實(shí)施形態(tài)的X射線攝像裝置中，表示了X射線的照射為脈沖狀的例子，但是也能進(jìn)行連續(xù)(直流)的X射線的照射。下面，說(shuō)明此時(shí)的實(shí)施例。
圖16是表示在實(shí)施形態(tài)3的X射線攝像裝置中連續(xù)(直流)照射X射線時(shí)的定時(shí)圖表。
此時(shí)的光電變換期間是更新結(jié)束后到開(kāi)始傳輸之前的期間。在實(shí)際的醫(yī)療用X射線攝像裝置中，光電變換電路部由N行×M列的多個(gè)象素構(gòu)成。例如，對(duì)第一行的光電變換元件，除了自己的光電變換元件的傳輸、更新、復(fù)位的從第二行到第N行的N-1行部分的讀出期間變?yōu)閷?shí)質(zhì)上的光電變換期間。對(duì)其他行的光電變換元件也是同樣，除了自己的光電變換元件的傳輸、更新、復(fù)位的N-1行部分的讀出期間變?yōu)閷?shí)質(zhì)上的光電變換期間。
例如，對(duì)第100行的光電變換元件，從第101行到第N行的讀出期間和下一幀的第一行到第99行的讀出期間的合計(jì)即N-1行部分的讀出期間變?yōu)閷?shí)質(zhì)上的光電變換期間。即當(dāng)以直流照射X射線時(shí)，該光電變換期間跨2幀，但是光電變換期間都變?yōu)橄嗤?，所以不產(chǎn)生任何特異。
當(dāng)連續(xù)(直流)照射X射線時(shí)，能省略圖2所示的X射線照射期間或圖4所示的光電變換期間，所以存在能進(jìn)一步增大動(dòng)畫(huà)的幀頻的優(yōu)點(diǎn)。另外，與脈沖照射方法相比，能減弱X射線的強(qiáng)度，所以也有能減輕對(duì)X射線源的管球的負(fù)擔(dān)。因?yàn)闆](méi)必要把X射線的高壓電源控制為脈沖狀，所以也有減輕X射線源的負(fù)擔(dān)的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施形態(tài)4)圖17是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的X射線攝像裝置的一象素部分的等價(jià)電路圖。在圖12所示的實(shí)施形態(tài)3的等價(jià)電路圖中，光電變換元件101的D電極以一定電壓Vs偏置，而在本實(shí)施形態(tài)中，采用能通過(guò)開(kāi)關(guān)SW-F切換電壓Vs和電壓Vref的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施形態(tài)的特征在于能選擇從G電極一側(cè)還是從D電極一側(cè)提供用于進(jìn)行光電變換元件101的更新動(dòng)作的外加電壓。例如取得一個(gè)靜止圖象時(shí)，選擇從D電極一側(cè)提供更新用偏壓的方法，即用圖28的定時(shí)圖表工作，而當(dāng)取得多個(gè)靜止圖象時(shí)，選擇從G電極一側(cè)提供更新用偏壓的方法，即用圖13或圖16所示的定時(shí)圖表工作。在本實(shí)施例中，在一個(gè)X射線攝像裝置中，能實(shí)現(xiàn)以往的拍攝靜止圖象的模式(攝影模式或靜止畫(huà)面模式)、驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫(huà)圖象的模式(透視模式或動(dòng)畫(huà)模式)等雙方的攝影。
圖18是實(shí)施形態(tài)4的X射線攝像裝置的等價(jià)電路圖。
在圖18的等價(jià)電路圖中，與圖14的不同之處在于能通過(guò)VSC控制信號(hào)把傳感器的偏壓線切換為電壓Vs和Vref。
圖19是從實(shí)施形態(tài)4的X射線攝像裝置的透視模式(動(dòng)畫(huà)模式)向攝影模式(靜止畫(huà)面模式)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行攝影時(shí)的定時(shí)圖表簡(jiǎn)圖。
另外，圖20是表示圖18所示的X射線攝像裝置的透視模式動(dòng)作的定時(shí)圖表。即在透視模式中，重復(fù)圖19的定時(shí)動(dòng)作。該期間中，攝影者為了求出用于拍攝靜止圖象的被拍攝體(患者)的位置或角度，監(jiān)視患者的透視圖象。一般來(lái)說(shuō)，該期間中的X射線量照射得弱。攝影者如果對(duì)裝置發(fā)出曝射要求信號(hào)(拍攝靜止圖象的意思信號(hào))，就從透視模式向攝影模式轉(zhuǎn)移。圖22表示攝影模式的動(dòng)作定時(shí)。另外，透視模式和攝影模式的流程并不如圖19所示，攝影模式只局限于1次，可以按照拍攝的被拍攝體的攝影構(gòu)圖，可以按透視模式→攝影模式→透視模式→攝影模式…重復(fù)。
圖21是圖19的透視模式的定時(shí)圖表，但是為表示與圖20不同情況的例子的定時(shí)圖表。與圖20的不同點(diǎn)是不把X射線照射為脈沖狀。據(jù)此，能同時(shí)進(jìn)行讀出期間和光電變換期間，所以有能增大透視模式的工作頻率的優(yōu)點(diǎn)。另外，不使X射線工作為脈沖狀，所以有能減輕對(duì)X射線發(fā)生源的負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)把本發(fā)明的X射線攝像裝置應(yīng)用于透視裝置中時(shí)，在透視模式下，一邊通過(guò)TFT從讀出用電路部21的開(kāi)關(guān)一側(cè)進(jìn)行更新，一邊取得連續(xù)圖象，通過(guò)透視結(jié)束定位，轉(zhuǎn)移到靜止畫(huà)面攝影模式時(shí)，通過(guò)進(jìn)行來(lái)在開(kāi)關(guān)SW-F的更新，能取得高S/N比的靜止圖象。即一般來(lái)說(shuō)，來(lái)自開(kāi)關(guān)SW-F一側(cè)的更新比來(lái)自TFT一側(cè)的更新的更新效率高，S/N比也好。當(dāng)S/N比差，也拍攝好的透視定位圖象時(shí)，采用來(lái)自讀出用電路部21的開(kāi)關(guān)一側(cè)的更新，當(dāng)拍攝S/N比高、要求高圖象質(zhì)量的靜止畫(huà)面時(shí)，理應(yīng)采用來(lái)自開(kāi)關(guān)SW-F一側(cè)的更新。
(實(shí)施形態(tài)5)圖23是表示本發(fā)明的放射線攝像裝置向X射線診斷系統(tǒng)的應(yīng)用例的概略圖。
由X射線管6050產(chǎn)生的X射線6060對(duì)患者進(jìn)行透射或被檢查者6061的胸部6062，入射到放射線攝像裝置(攝像傳感器)6040。在入射的X射線中包含被檢查者6061的身體內(nèi)部的信息。與X射線的入射對(duì)應(yīng)，用熒光體變換為可見(jiàn)光，再對(duì)它進(jìn)行光電變換，取得電信號(hào)。對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字變換，通過(guò)圖象處理器6070進(jìn)行圖象處理，用控制室的顯示器6080觀察。
另外，該圖象信息能通過(guò)電路線6090等傳輸設(shè)備傳輸給遠(yuǎn)方，能在醫(yī)生室等其他地方在下顯示器6081上顯示，或在光盤(pán)等保存設(shè)備中保存，遠(yuǎn)方的醫(yī)生也能進(jìn)行診斷。另外，該圖象信息能通過(guò)膠片處理器6110記錄在膠片上。
在以上的實(shí)施形態(tài)中，以X射線攝像系統(tǒng)為例進(jìn)行了說(shuō)明，但是也能應(yīng)用于把α、β、γ射線等放射線變換為光，對(duì)該光進(jìn)行光電變換的裝置中。
本發(fā)明的光電變換元件陣列能在通常的檢測(cè)可見(jiàn)光或紅外光的攝像裝置中使用。作為本發(fā)明中能使用的開(kāi)關(guān)元件，希望使用通過(guò)氫化非晶硅等非單晶半導(dǎo)體形成溝道的薄膜晶體管，其形態(tài)并不局限于下柵極交錯(cuò)型，也可以是上柵極交錯(cuò)型，上柵極共面型。
根據(jù)所述實(shí)施形態(tài)的放射線攝像裝置，通過(guò)按每一行對(duì)變換元件依次進(jìn)行更新，能增大取得動(dòng)畫(huà)圖象時(shí)的幀頻率，所以能謀求動(dòng)畫(huà)攝影時(shí)的高速化。另外，與統(tǒng)一對(duì)全部變換元件進(jìn)行更新時(shí)相比，能減小更新時(shí)的暗電流(過(guò)渡電流)，能抑制GND或電源線的電壓變動(dòng)，并且可以不設(shè)置用于緩和該電壓變動(dòng)的等待時(shí)間。
所述實(shí)施形態(tài)的其他特征在于用非晶硅半導(dǎo)體形成變換元件和開(kāi)關(guān)元件，所以能在同一襯底上，在相同步驟中，以非常簡(jiǎn)單的工藝形成變換元件和開(kāi)關(guān)元件。因此，能提供成品率高、非常廉價(jià)的X射線攝像裝置。另外，取得的動(dòng)畫(huà)圖象作為光電變換的電信號(hào)取出，所以數(shù)字化是容易的。該數(shù)字信號(hào)在進(jìn)行記錄、顯示，進(jìn)行被檢查者或被檢查物的診斷時(shí)，與處理模擬信息時(shí)相比，在時(shí)間和成本方面都能以非常高的效率進(jìn)行。而且，在將來(lái)的高齡化社會(huì)、IT社會(huì)中，能創(chuàng)造出比現(xiàn)在更高質(zhì)量的醫(yī)療環(huán)境。
權(quán)利要求
1.一種放射線攝像裝置，其特征在于包括把包含使入射的放射線變換為電信號(hào)的變換元件和傳輸所述電信號(hào)的開(kāi)關(guān)元件的象素配置成二維形狀，具有把所述象素連接在行方向上的控制布線和通過(guò)所述開(kāi)關(guān)元件讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的信號(hào)布線的變換電路部；依次驅(qū)動(dòng)所述多條控制布線的驅(qū)動(dòng)用電路部；和與所述多條信號(hào)布線連接，并按每一行讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的讀出用電路部；所述讀出用電路部包含對(duì)進(jìn)行了讀出的所述變換元件外加第一偏壓，按每一行來(lái)進(jìn)行更新的更新器件；和使用至少一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)對(duì)所述信號(hào)布線外加第二偏壓，來(lái)進(jìn)行復(fù)位的復(fù)位器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述讀出用電路部還包括對(duì)讀出到所述信號(hào)布線上的電信號(hào)進(jìn)行放大的放大器件；暫時(shí)存儲(chǔ)所放大的電信號(hào)的存儲(chǔ)器件；和對(duì)所存儲(chǔ)的電信號(hào)進(jìn)行串行變換的串行變換器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述讀出用電路部在進(jìn)行了所述讀出之后，使所述開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，并且把所述復(fù)位開(kāi)關(guān)切換到所述第一偏壓一側(cè)，據(jù)此來(lái)驅(qū)動(dòng)所述更新器件，對(duì)所述變換元件按每一行進(jìn)行更新，然后，通過(guò)把所述復(fù)位開(kāi)關(guān)切換到所述第二偏壓一側(cè)，來(lái)驅(qū)動(dòng)所述復(fù)位器件，對(duì)所述信號(hào)布線進(jìn)行復(fù)位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述變換元件和所述開(kāi)關(guān)元件包含非晶硅而形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線攝像裝置，其特征在于在同一襯底上通過(guò)同一步驟形成所述變換元件和所述開(kāi)關(guān)元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述變換元件包括被作為下部電極形成在襯底上的第一金屬薄膜層；形成在該第一金屬薄膜層上，阻止電子和空穴通過(guò)的由非晶體氮化硅構(gòu)成的絕緣層；形成在該絕緣層上的由氫化非晶硅構(gòu)成的光電變換層；形成在該光電變換層上，阻止空穴注入的N型注入阻止層；和作為上部電極而形成在該注入阻止層上的透明導(dǎo)電層或形成在該注入阻止層的一部分上的第二金屬薄膜層；所述開(kāi)關(guān)元件包括與所述變換元件形成在同一襯底上，并且作為下部電極而形成在所述襯底上的第一金屬薄膜層；形成在該第一金屬薄膜層上的由非晶體氮化硅構(gòu)成的柵絕緣層；形成在該柵絕緣層上的由氫化非晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體層；形成在該半導(dǎo)體層上的N型歐姆性接觸層；和作為源/漏電極而形成在該歐姆性接觸層上的透明導(dǎo)電層或第二金屬薄膜層；在更新模式下，對(duì)所述變換元件，在把空穴從所述光電變換層向所述第二金屬薄膜層引導(dǎo)的方向上提供電場(chǎng)；在光電變換模式下，對(duì)所述變換元件，在使通過(guò)入射所述光電變換層的放射線而產(chǎn)生的空穴停留在該光電變換層中，把電子向所述第二金屬薄膜層引導(dǎo)的方向上提供電場(chǎng)；通過(guò)所述光電變換模式，把存儲(chǔ)在所述光電變換層中的所述空穴或被引導(dǎo)到所述第二金屬薄膜層上的所述電子作為光信號(hào)來(lái)檢測(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線攝像裝置，其特征在于還包括進(jìn)行所述放射線的波長(zhǎng)變換的波長(zhǎng)變換體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述波長(zhǎng)變換體以Gd2O2S、Gd2O3、CsI中的任意一種為主要成分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線攝像裝置，其特征在于還包括對(duì)所述變換元件外加偏壓的偏壓布線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述變換元件至少具有兩個(gè)電極，在第一電極上連接著所述開(kāi)關(guān)元件，在第二電極上連接著所述偏壓布線；在動(dòng)畫(huà)模式下，通過(guò)用所述讀出用電路把所述復(fù)位開(kāi)關(guān)切換到所述第一偏壓，并且使所述開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，來(lái)進(jìn)行所述光電變換元件的更新動(dòng)作；在靜止畫(huà)面模式下，通過(guò)用連接在所述偏壓布線上的第二開(kāi)關(guān)元件切換偏壓，來(lái)進(jìn)行所述變換元件的更新動(dòng)作。
11.一種放射線攝像裝置，其特征在于包括把包含使入射的放射線變換為電信號(hào)的變換元件和傳輸所述電信號(hào)的第一開(kāi)關(guān)元件的象素配置成二維形狀，具有把所述象素連接在行方向上的控制布線和通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)元件來(lái)讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的信號(hào)布線的變換電路部；依次驅(qū)動(dòng)所述多條控制布線的驅(qū)動(dòng)用電路部；與所述多條信號(hào)布線連接，按每一行讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的讀出用電路部；所述讀出用電路部在初級(jí)部具備電流積分型的運(yùn)算放大器；在所述運(yùn)算放大器的倒相端子和輸出端子之間設(shè)置有用于對(duì)通過(guò)所述第一開(kāi)關(guān)元件從所述變換元件傳輸?shù)碾娦盘?hào)進(jìn)行積分的電容元件；和用來(lái)使所述電容元件復(fù)位的第二開(kāi)關(guān)元件；而在所述運(yùn)算放大器的非倒相端子上設(shè)置有有選擇地提供第一偏壓和第二偏壓等至少兩個(gè)偏壓的偏壓供給器件；使用所述第一開(kāi)關(guān)元件和所述第二開(kāi)關(guān)元件對(duì)進(jìn)行了讀出的所述變換元件外加第一偏壓，按每一行來(lái)進(jìn)行更新的更新器件；和使用所述第二開(kāi)關(guān)元件對(duì)所述電容元件外加第二偏壓來(lái)進(jìn)行復(fù)位的復(fù)位器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述讀出用電路部還包括暫時(shí)儲(chǔ)存通過(guò)所述電流積分型運(yùn)算放大器從所述變換元件中讀出的所述電信號(hào)的存儲(chǔ)器件；和對(duì)所儲(chǔ)存的電信號(hào)進(jìn)行串行變換的串行變換器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述讀出用電路部在進(jìn)行所述讀出后，在使所述第一開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通的同時(shí)，使所述第二開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通，并且驅(qū)動(dòng)所述偏壓供給器件，來(lái)向所述運(yùn)算放大器的非倒相端子提供所述第一偏壓，據(jù)此，按每一行對(duì)所述變換元件進(jìn)行更新，然后，在使所述第二開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通的狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)所述偏壓供給器件，來(lái)向所述非倒相端子提供所述第二偏壓，據(jù)此，對(duì)所述電源元件進(jìn)行復(fù)位。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述變換元件和所述第一開(kāi)關(guān)元件被形成為包含非晶硅。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射線攝像裝置，其特征在于在同一襯底上通過(guò)同一步驟形成有所述變換元件和所述第一開(kāi)關(guān)元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述變換元件包括作為下部電極而形成在襯底上的第一金屬薄膜層；形成在該第一金屬薄膜層上，阻止電子和空穴通過(guò)的由非晶體氮化硅構(gòu)成的絕緣層；形成在該絕緣層上的由氫化非晶硅構(gòu)成的光電變換層；形成在該光電變換層上，阻止空穴注入的N型注入阻止層；和作為上部電極而形成在該注入阻止層上的透明導(dǎo)電層或形成在該注入阻止層的一部分上的第二金屬薄膜層；所述第一開(kāi)關(guān)元件包括與所述變換元件形成在同一襯底上，并且作為下部電極而形成在所述襯底上的第一金屬薄膜層；形成在該第一金屬薄膜層上的由非晶體氮化硅構(gòu)成的柵絕緣層；形成在該柵絕緣層上的由氫化非晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體層；形成在該半導(dǎo)體層上的N型歐姆性接觸層；和作為源/漏電極而形成在該歐姆性接觸層上的透明導(dǎo)電層或第二金屬薄膜層；在更新模式下，對(duì)所述變換元件，在把空穴從所述光電變換層引導(dǎo)到所述第二金屬薄膜層的方向上提供電場(chǎng)；在光電變換模式下，對(duì)所述變換元件，在使通過(guò)入射所述光電變換層的放射線而產(chǎn)生的空穴停留在該光電變換層中，把電子引導(dǎo)到所述第二金屬薄膜層的方向上提供電場(chǎng)；通過(guò)所述光電變換模式，把儲(chǔ)存在所述光電變換層中的所述空穴或被引導(dǎo)到所述第二金屬薄膜層的所述電子作為光信號(hào)來(lái)檢測(cè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射線攝像裝置，其特征在于還包括進(jìn)行所述放射線的波長(zhǎng)變換的波長(zhǎng)變換體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述波長(zhǎng)變換體以Gd2O2S、Gd2O3、CsI中的任意一種為主要成分。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射線攝像裝置，其特征在于還包括對(duì)所述變換元件外加偏壓的偏壓布線。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的放射線攝像裝置，其特征在于所述變換元件至少具有兩個(gè)電極，在第一電極上連接著所述第一開(kāi)關(guān)元件，在第二電極上連接著所述偏壓布線；在動(dòng)畫(huà)模式下，通過(guò)使所述第一開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通來(lái)進(jìn)行所述變換元件的更新動(dòng)作；在靜止畫(huà)面模式下，通過(guò)切換連接在所述偏壓布線上的偏壓，來(lái)進(jìn)行所述變換元件的更新動(dòng)作。
21.一種放射線攝像系統(tǒng)，其特征在于包括對(duì)被檢查者或被檢查物照射放射線的放射線源；檢測(cè)所述放射線的權(quán)利要求1所述的放射線攝像裝置；對(duì)從所述放射線攝像裝置輸出的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字變換并進(jìn)行圖象處理的圖象處理裝置；和顯示由所述圖象處理裝置處理的圖象的顯示裝置。
22.一種放射線攝像系統(tǒng)，其特征在于包括對(duì)被檢查者或被檢查物照射放射線的放射線源；檢測(cè)所述放射線的權(quán)利要求11所述的放射線攝像裝置；對(duì)從所述放射線攝像裝置輸出的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)字變換并進(jìn)行圖象處理的圖象處理裝置；和顯示由所述圖象處理裝置處理的圖象的顯示裝置。
23.一種放射線攝像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于該放射線攝像裝置包括把包含使入射的放射線變換為電信號(hào)的變換元件和傳輸所述電信號(hào)的開(kāi)關(guān)元件的象素配置成二維形狀，具有把所述象素連接在行方向上的控制布線和通過(guò)所述開(kāi)關(guān)元件來(lái)讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的信號(hào)布線的變換電路部；依次驅(qū)動(dòng)所述多條控制布線的驅(qū)動(dòng)用電路部；與所述多條信號(hào)布線連接，按每一行讀出來(lái)自所述變換元件的電信號(hào)的讀出用電路部；該驅(qū)動(dòng)方法包含對(duì)用所述讀出用電路部進(jìn)行了讀出的所述變換元件外加第一偏壓，按每一行進(jìn)行更新的更新處理；和使用至少一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)對(duì)所述信號(hào)布線外加第二偏壓，來(lái)進(jìn)行復(fù)位的復(fù)位處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種放射線攝像裝置，通過(guò)驅(qū)動(dòng)用電路部(SR1)，按每一行傳輸、讀出來(lái)自一條控制布線(G1)的變換元件(S1－1～S1－3)的電信號(hào)后，在傳輸、讀出下一控制布線的電信號(hào)之前，按每一行對(duì)結(jié)束了讀出的變換元件進(jìn)行更新，在取得連續(xù)的動(dòng)畫(huà)圖象時(shí)，無(wú)需設(shè)置更新期間。另外，通過(guò)按每一行來(lái)更新變換元件，與統(tǒng)一更新全部變換元件時(shí)相比，更新時(shí)的暗電流(過(guò)渡電流)小能抑制GND或電源線的電壓變動(dòng)，并且消除各幀的待機(jī)期間，進(jìn)行穩(wěn)定且高速的動(dòng)畫(huà)攝影。
文檔編號(hào)H04N5/376GK1505389SQ20031011838
公開(kāi)日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日
發(fā)明者遠(yuǎn)藤忠夫 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社