CN101442603A - 成像设备和射线成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种成像设备，射线成像设备和射线成像系统，能够以简单的结构减小线噪声伪影，而不需要复杂的操作，该成像设备包括：在行和列方向上排列的多个像素，其具有光电转换元件(102)和开关元件(103)；与该列方向中的多个开关元件相连的多条信号布线(110)；与该多条信号布线相连的读出电路(105)；和电源(Vref1，Vref2)，用于向光电转换元件提供电压。通过这种结构，该多个像素被分类为多个组，并且电源被独立地提供给该多个组中的每一组。

Description

成像设备和射线成像设备
本申请是申请号为200710102314.2、申请日为2007年4月27日、发明名称为“成像设备，射线成像设备和射线成像系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种成像设备，一种射线成像设备和一种射线成像系统。本说明书中，辐射包括诸如X射线和γ射线、α射线以及β射线的电磁波。
背景技术
近来，平板型光电转换设备和射线成像设备为人们所熟悉。它们由形成为玻璃等绝缘衬底上的膜的非晶硅和多晶硅制成，并通过二维地排列像素构成，其中像素由区域传感器阵列中的光电转换元件和TFT构成。这些设备一般基于电荷将一个信号传输到读出电路，并通过使用TFT对由光电转换元件进行光电转换所得到的电荷执行矩阵驱动将其读出。
常规的平板型区域传感器具有通过二维排列像素得到的传感器阵列，并且是矩阵驱动的，其中像素由非晶硅的PIN型光电二极管和在玻璃衬底上形成的薄膜晶体管(TFT)构成。偏置电压从一个电源通过该区域传感器的偏置布线施加在每个像素的PIN型光电二极管的公共电极上。每个像素的TFT的栅极按行方向共同连接到驱动布线上，并且每个驱动布线被连接到由移位寄存器等构成的驱动电路上。
另一方面，每个TFT的源极按列方向被共同连接到信号布线上，并且连接到读出电路上，其中该读出电路通过运算放大器、采样保持电路、模拟复用器、缓冲放大器等配置。在读出电路中，从一个公共的电源向运算放大器的一个输入端提供参考电势，其中运算放大器是与每个信号布线对应提供的。
从读出电路输出的模拟信号由AD转换器数字化，由存储器、处理器等配置的图像处理单元处理，并输出到诸如显示器的显示器件上或存储到诸如硬盘的存储器件上。
美国专利申请公开2001-012070号，日本专利特许公开2001-340324号和美国专利6952015中描述了有关平板型光电转换设备利用读出电路和对区域传感器阵列进行矩阵驱动的驱动电路以获得图像信号或有关辐射设备的详细信息。
除了区域传感器的基本结构和操作以外，每个文献还描述了在初级处具有放大器的读出电路的构成，其中该初级处的运算放大器是与每个公共的信号布线对应提供的。一些文献公开了减少或修改结构性误差的配置，其中结构性误差即伪影，诸如线噪声。
发明内容
在用于医疗射线摄影系统等的射线成像设备中，系统的噪声特性能够影响对象的辐射受照剂量。因此，它需要比消费产品更严格的噪声性能。
在这种医疗系统中，相对于用于静态图像射线摄影的装置而言，需要更低的噪声系统以实现能够执行荧光镜射线摄影(＝移动图像射线摄影)的成像系统，而常规技术还不能满足这种需求。
特别地，在各种噪声中，线噪声是由矩阵驱动产生的，在矩阵驱动中，区域传感器和读出电路的配置、复位操作和采样保持操作是通过驱动布线共同执行的，其中驱动布线按行方向被连接到多个开关元件。由于线噪声是一种结构性误差，即一种伪影，因此考虑到人的可见度，它变得比随机噪声更加明显，降低图像质量，或降低诊断能力。
上述的常规技术没有包括对一种射线成像设备的配置的实用的描述，这种设备能够实时地减少在空间低频率具有低强度的线噪声伪影，而不需要以有效像素作为代价。
本发明目的在于提供一种成像设备，一种射线成像设备和一种射线成像系统，其能够获取适合于医疗X射线荧光镜射线摄影系统等的好的射线摄影图像，并且在抑制线噪声伪影的状态下具有足够的射线摄影面积和显示的立即性。
根据本发明的成像设备包括：在行和列方向上排列的多个像素，其具有光电转换元件和开关元件；连接到列方向上的多个开关元件的多条信号布线；连接到该多条信号布线的读出电路；以及用于向光电转换元件提供电压的电源。通过这种配置，该多个像素被分类为多个组，并且向该多个组中的每一组独立提供电源。
根据本发明的射线成像设备包括：在行和列方向上排列的多个像素，其具有转换元件和开关元件，其中转换元件用于将辐射转换成电荷，开关元件用于基于该电荷传输信号；连接到列方向上的多个开关元件的多条信号布线；连接到该多条信号布线的读出电路；以及用于向转换元件提供电压的电源。通过这种配置，这些像素被分类为多个组，并且向该多个组中的每一组独立提供电源。
根据本发明，能够获取令人满意的射线摄影图像，线噪声产生的伪影被抑制。而且，由于电源波动(电源噪声)产生的线噪声伪影也能够通过简单的配置而降低，而不需要利用复杂的操作。
通过下文中参考附图对示范性实施方式的描述，本发明的其它特征将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的第一种实施方式的射线成像设备的电路的示意图。
图2是用于根据本发明的第一种实施方式的射线成像设备的电源的示意图。
图3是图示本发明的第一种实施方式的效果的说明图。
图4是区域传感器阵列的像素的剖视图，其中该区域传感器阵列用在根据本发明的第一种实施方式的射线成像设备中。
图5是根据本发明的第二种实施方式的射线成像设备的电路的示意图。
图6是根据本发明的第三种实施方式的射线成像设备的电路的示意图。
图7是根据本发明的第四种实施方式的射线成像设备的电路的示意图。
图8是根据本发明的第四种实施方式的射线成像设备的时序图。
图9是根据本发明的第五种实施方式的射线成像设备的电路的示意图。
图10是区域传感器阵列的像素的剖视图，其中该区域传感器阵列用在根据本发明的第五种实施方式的射线成像设备中。
图11是根据本发明的第六种实施方式的射线成像设备的电路的示意图。
图12示出了根据本发明的第七种实施方式的射线摄影系统。
图13A和13B是用于描述射线成像设备的问题的说明图。
图14A是用于描述根据本发明的射线成像设备(线噪声源为Vref)的问题的说明图。
图14B是用于描述根据本发明的射线成像设备(线噪声源为Vs)的问题的说明图。
图15是用于描述根据本发明的射线成像设备的问题的电路的示意图。
图16是用于描述根据本发明的射线成像设备的问题的时序图。
具体实施方式
(本发明的第一种实施方式)
图13示出了在射线摄影过程中读取对象的同时发生的线噪声的图像的例子。图13A示出了在显示器上获取的图像。图13B示出了图13A的图像中I和II之间的列分布。横坐标表示图像的列，纵坐标表示传感器的输出数值，换言之，图像的密度。图13中，图像具有相对较高强度和空间频率的线噪声，从而相当严重地降低了图像质量。图像质量的降低可能发生在较低的强度和空间频率的线噪声的情况下。
本发明的发明人已经以经验证明了当下式(1)成立时，结构性线噪声可导致图像质量的视觉上的下降。
spixel/10<sline...(1)
其中spixel表示在黑暗状态下区域传感器阵列的每个输出像素的标准偏差，即随机噪声，sline表示关于每一栅极线的输出像素的平均值的标准偏差，即线噪声。从而，与像素的随机噪声相比，很低强度的线噪声可成为结构性伪影并降低图像质量。
发明人还定量地证明了下面的由区域传感器阵列、读出电路和驱动电路提供的电源波动(电源噪声)的量与线噪声的量之间的关系，如图14A、14B、15和16所示。
图14A是一幅说明图，示出了当提供给读出电路的参考电势中含有波动，即噪声时的线噪声的量。如图14A所示，当电势Vref具有波动Vn1(Vrms)，区域传感器阵列的信号布线的寄生电容为C[F]时，按照下式(2)的波动可视为与运算放大器的噪声增益一致的输出。
Vn1(Vrms)×(Cf+C)/Cf...(2)
如图15和图16所示，在常规技术中，由于电势Vref被共用地提供给读出电路，复位开关RC和采样保持电路SH共同对区域传感器阵列的每个栅极线进行操作，因此式(2)计算得到的量被认为是线噪声。
图14B是一幅说明图，示出了当区域传感器阵列的每一信号布线在传感器偏置布线寄生电容Cs处结合、且传感器偏置电压Vs具有波动时检测到的线噪声。
如图14B所示，当传感器偏置电势Vs具有波动Vn2(Vrms)时，电荷Cs×Vn2(Vrms)被施加到读出电路，并且获得下式(3)中的波动电压ΔVout，作为输出电压Vout。
ΔVout＝Vn2(Vrms)×Cs/Cf...(3)
如图15和图16所示，与上述的电势Vref一样，传感器偏置电势Vs被公共地提供给整个区域传感器阵列。由于复位开关RC和采样保持电路SH共同对区域传感器阵列的每一驱动布线进行操作，将式(3)计算得到的量识别为线噪声。
为了减少线噪声造成的伪影，上述的一些文献公开一些技术，这些技术可被划分为两组。
作为第一种方法，如日本专利特许公开2001-340324号所述，可利用阴影屏蔽像素的输出，或通过分析包含屏蔽图像的图像得到线噪声的数量，从而进行修改。
作为第二种方法，如美国专利6952015所述，为了减小由区域传感器阵列的波动(电源噪声)、读出电路和驱动电路造成的线噪声，向每个电源提供一个低通滤波器。
在任何情况下，一些效果在减少线噪声方面被认可，但在下述方面还不够。在效果的定量方面，常规技术不被认可为是足够的方法。
例如，第一种方法在消除具有高空间频率(以脉冲方式)和相对较高强度的线噪声方面是有效的。然而，要以像素的随机噪声的1/10的精度改善或消除线噪声，线噪声检测过程和运算算法很复杂，并且将该技术应用于诸如荧光镜射线摄影这样的要求立即显示的系统中是困难的。
此外，依照统计学规则，为了高精度地获得像素随机噪声的大约1/10倍的线噪声，需要足够多数量的屏蔽像素。从而能够减少有效像素区域。否则，当不能布置足够多数量的屏蔽像素时，算术运算可能发生误差。
另一方面，第二种方法对于减少来源于区域传感器阵列的电源波动、读出电路和驱动电路的高频线噪声是有效的。然而，如果低通滤波器的频带降低以增强减少噪声的效果，电源的响应可能变得很差，或者对于空间上很低频率的线噪声，诸如电源的1/f噪声，则效果可能不足够。
必须注意到，上述的常规技术没有包括对一种射线成像设备的配置的实用的描述，这种设备能够实时地减少在空间低频率具有低强度的线噪声伪影，而不需要以有效像素作为代价。
下面通过参考附图详细描述实现本发明的第一种方式。
图1是根据本发明的第一种实施方式的射线成像设备的电路的示意图。该设备包括传感器阵列101、作为光电转换元件的PIN型光电二极管102、作为开关元件的薄膜晶体管(TFT)103。TFT 103具有栅极、源极和漏极。驱动电路104向驱动布线提供电压，其中驱动布线公共地连接到在行方向上的多个TFT 103的栅极上。读出电路(读出单元)105连接到信号布线110，其中信号布线连接到列方向上的多个TFT 103的源极。该读出电路105包括运算放大器106、采样保持电路107、复用器108、输出放大器109、用于存储电荷的电容Cf、复位开关RC。
下面通过参考图1描述根据本发明这种实施方式的射线成像设备的结构。与信号布线110相连的读出电路105被分为两个系统(组)，即，偶数组和奇数组。对于每个系统(组)的运算放大器106，可以提供基本上不相关的参考电势Vref1和Vref2。划分运算放大器106的方法不限于偶数和奇数组，但是考虑到视觉特性，偶数和奇数组是更优选的。
传感器阵列101通过以二维阵列方式排列像素构成，并且是矩阵驱动的，这些像素包括在行和列方向上排列的诸如非晶硅等非单晶半导体的PIN型光电二极管(光电转换元件)102和TFT 103。在PIN型光电二极管102的共极侧(图1中，在二极管的阴极侧)，通过偏置布线施加偏置电压Vs。每个像素的TFT 103的栅极共同连接到行方向上的驱动布线，而驱动布线连接到由移位寄存器等构成的驱动电路104上。信号布线110连接到在列方向上的多个TFT 103的源极和漏极中的一个。
对应于多个信号布线110提供多个运算放大器106。在奇数列的运算放大器106的输入端子与信号布线110的电源和参考电压Vref2相连接。参考电压Vref1和Vref2具有相同的电压值，并且是由不相关的独立的电源产生的。通过将电荷存储电容器Cf连接到与信号布线110相连的输入端子，运算放大器106构成电荷读出放大器。参考电压Vref1和Vref2的电源是读出电路105中的运算放大器106的参考电源。
输出放大器109的输出由AD转换器数字化，由未在图1中示出的存储器、处理器等构成的图像处理单元处理，并输出到未在图1中示出的诸如监视器的显示设备上，或存储到诸如硬盘的记录装置上。
包含对象信息的光从射线照射单元进入区域传感器阵列101中。光电二极管102通过光电转换将光转换为电信号。此外，根据复位信号，提供给运算放大器106的复位开关RC被接通，并且运算放大器106的电荷存储电容器Cf和每一信号布线110被复位。然后，传输脉冲被施加到第一行的驱动布线上，并且连接到第一行的驱动布线的TFT 103被接通。因而，基于光电二极管102产生的电荷的信号通过TFT 103和信号布线110被传送到读出电路105。被传送的信号通过与信号布线110相连的读出电路105的运算放大器106转换为电压。
随后，采样保持电路107输入采样保持信号，并采样从运算放大器106输出的电压。然后，被采样的电压被保持在采样保持电路107的电容器中，并且电压通过复用器108被串行转换。输出放大器109放大复用器108的输出信号。
然后，在运算放大器106的电荷存储电容器Cf和每一信号布线110被复位开关RC复位后，传输脉冲被施加到第二行的驱动布线，第二行中的光电二极管102的电荷通过TFT 103和信号布线110被读取到读出电路。类似的操作在第三和以后的行中的栅极线上重复，并且读取整个传感器阵列101的电荷，即图像输出数据。
参考电压Vref1被输入到运算放大器106。当奇数列中的复位开关RC被接通时，奇数列中的运算放大器106和信号布线110被短路，奇数列中的信号布线110被复位到电压Vref1/2。信号布线110的复位电压Vref1/2通过TFT 103被提供给光电二极管102的阳极。参考电压Vref1的电源通过信号布线110和TFT 103向光电二极管102提供一个复位电压。
参考电压Vref2被输入到运算放大器106。当偶数列中的复位开关RC被接通时，偶数列中的运算放大器106和信号布线110被短路，偶数列中的信号布线110被复位到电压Vref2/2。信号布线110的复位电压Vref2/2通过TFT 103被提供给光电二极管102的阳极。参考电压Vref2的电源通过信号布线110和TFT 103向光电二极管102提供复位电压。
传感器阵列101中的多个像素被分为多个系统(组)。例如，对于每个系统(组)它们被分为奇数列和偶数列的系统。对每个系统(组)独立地提供电源。在这个例子中，参考电压Vref1和Vref2的两个电源独立地提供给每个系统(每个组)。参考电压Vref1的电源向奇数列中的系统(组)的光电二极管102提供复位电压。参考电压Vref2的电源向偶数列中的系统(组)的光电二极管102提供复位电压。
图2示出了用于向读出电路105提供参考电势Vref1和Vref2的实际的电源电路的一个例子。用于产生参考电势Vref的电源电路包括电压源201a、电阻器202a、电容器203a和运算放大器204a。参考电势Vref1被输入到奇数列中的运算放大器106。用于产生参考电势Vref2的电源电路包括电压源201b、电阻器202b、电容器203b和运算放大器204b。参考电势Vref2被输入到运算放大器106。
图2中，参考电势Vref1和Vref2连接到带隙参考电压源201a和201b，低通滤波器202a、203a、202b和203b，以及具有足够低噪声的运算放大器204a和204b。在这样结构的电路中，不相关的电势Vref1和Vref2分别被提供给读出电路105的偶数和奇数单元，从而降低线噪声数值sline。根据本发明的其他实施方式，图2中所示的低通滤波器也能够适用于各个电源。
在传感器阵列101和读出电路105中，通过共同连接到该行方向中的TFT 103的驱动布线，信号以行为单位被传送，并且通过共同连接到列方向上的多个TFT 103的信号布线110和读出电路105，以列为单位执行读取过程。如图15所示，当相同的参考电势Vref被提供给所有列中的运算放大器时，参考电势Vref的电源的波动呈现为所有列中的运算放大器的噪声。因此，来自于参考电势Vref的噪声以相同的定时在一行中的所有像素信号中出现，并被认为是线噪声。该线噪声很容易在视觉上降低图像质量。
在本发明的这种实施方式中，由于参考电势Vref1和Vref2的电源是独立的，因此尽管参考电势Vref1的电源发生波动，参考电势Vref2的电源也不会发生波动。另一方面，尽管参考电势Vref2的电源发生波动，参考电势Vref1的电源也不会发生波动。因此，不会有噪声于同一定时在一行的所有像素信号中从参考电源产生，噪声被扩散，从而防止了线噪声。尽管参考电势Vref1和Vref2会发生波动，但波动是可变的，近似于随机噪声，并且噪声在视觉上不显著，从而改善图像质量。
当用于产生参考电势Vref1和Vref2的电源电压的运算放大器204a和204b的1/f噪声较高时，上述的配置尤其有效。图2中，所有的带隙参考电压源201a和201b，低通滤波器202a、203a、202b和203b，以及运算放大器204a和204b在偶数列和奇数列中被独立提供。然而，本发明不限于此应用，还可以只有运算放大器204a和204b被独立地配置在偶数列和奇数列中。参考电势Vref1和Vref2的电源至少有不同的运算放大器204a和204b。
图3是根据本发明的这种实施方式降低线噪声的效果的说明图，并且示出了用于划分读出电路105的系统(组)的个数(即参考电势Vref的电源分组数)与上述线噪声数值sline(相对值)的关系。图3中，与不进行划分的情况相比，当被划分为偶数列和奇数列，并将参考电势Vref1和Vref2提供给运算放大器106时，参考电势Vref1和Vref2的波动造成的线噪声sline原则上被降低到1/v2。而且，当作为划分结果获得四个系统(组)并提供不相关的电源时，它将被降低到1/2。
图4是区域传感器阵列101的像素的剖视图，其中该阵列用于根据本发明的第一种实施方式的射线成像设备。在诸如玻璃的绝缘衬底301上，设置了作为开关元件的TFT 311和布线单元312。光电二极管310包括上电极层306、n型杂质半导体层307、本征半导体层309、p型杂质半导体层308和下电极层305。TFT 311包括栅极302、漏极303和源极304。每个半导体层利用诸如非晶硅这样的非单晶半导体而成形在绝缘衬底301上。保护层313覆盖光电二极管310、TFT 311和布线单元312。粘合层314设置在保护层313上。荧光体层315设置在粘合层314上。诸如X射线的放射线316从上方射入。粘合层314并不总是必要的，荧光体层315可被直接蒸发在保护层313上。
每个像素的光电二极管310具有分层放在绝缘衬底301上的下电极层305、p型杂质半导体层308、本征半导体层309、n型杂质半导体层307和上电极层306。TFT 311具有栅极(下电极)层302、栅绝缘层(氮化非晶硅膜)、本征半导体层、n型杂质半导体层，源极层(上电极)304和漏极303。布线单元312表示信号布线110，并且被连接到每个像素处的TFT 311的源极304。在光电二极管310上，设置有TFT 311、成形在绝缘衬底301上的布线单元312、诸如氮化非晶硅膜的对放射线316具有高透射率的保护层313，并且它们覆盖整个结构。荧光体层315将诸如X射线的放射线316转换为光，光的波长带被光电转换元件检测。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是用于将放射线316转换为电信号的转换元件。
本发明的这种实施方式具有荧光体层(波长转换部件)315，用于通过保护层313之上的粘合层314转换例如X射线316的放射线，以将本发明应用于诸如荧光镜射线摄影的医疗射线摄影系统。
荧光体层315可以用钆系Gd2O2S:Tb和Gd2O3:Tb等，或碘化铯(CsI)等作为主要材料制成。
传感器阵列101的光电二极管102不限于非晶硅的PIN型光电二极管，而还可以是多晶硅或有机材料作为主要材料。由光电二极管102和荧光体层315构成的转换元件可以是直接型转换元件，用于将放射线直接转换为电荷，例如非晶硒、砷化镓、磷化镓、碘化铅、碘化汞、CdTe、CdZnTe。
此外，TFT 103的材料不限于成形于绝缘衬底上的非晶硅，还可以是利用多晶硅和有机材料作为主要材料的TFT(开关元件)
对于利用具有信号布线110的大的寄生电容的大传感器阵列101的射线成像设备，根据本发明的这种实施方式的配置尤其有效。
(本发明的第二种实施方式)
图5是根据本发明的第二种实施方式的射线成像设备的示意图。本发明的这种实施方式与本发明的第一种实施方式类似，但是在下述方面是根本不同的。即，与图1所示的情况不同，在本发明的这种实施方式中，读出电路105的参考电压Vref是从一个共用电源提供的。另一方面，传感器阵列101的偏置布线被分为两个系统(组)，即偶数列和奇数列，并从独立的电源Vs1和Vs2供电。
偏置电压Vs1提供给奇数列中的光电二极管102的阴极。偏置电压Vs2提供给偶数列中的光电二极管102的阴极。偏置电压Vs1和偏置电压Vs1具有相同的电压值。偏置电压Vs1和偏置电压Vs1的电源是不相关和独立的电源电路。偏置电压Vs1和偏置电压Vs1的电源是光电二极管102的偏置电压。同一电源的参考电压Vref输入到所有列中的运算放大器106。
优选地，配置偏置电压Vs1和Vs2的每个电源的实际方法是由至少不同的运算放大器供电，如同参考电压Vref1和Vref2的情况。
本发明的这种实施方式的效果与图3所示的本发明的第一种实施方式相同。通过这种结构，原理上，由偏置布线电势的波动产生的线噪声分量是1/v2。
上述的美国公开出版物2001/012070的图23中也示出了与光电二极管102的阴极相连的偏置布线被划分为多个系统(组)的结构。然而，在美国公开出版物2001/012070的图23中，多个系统(组)的偏置布线是通过开关进行交换的，但最终连接的电源是同一个电源。因此，美国公开出版物2001/012070与本发明的这种实施方式是不同的，并且从美国公开出版物2001/012070的图23无法获取降低线噪声的效果。
(本发明的第三种实施方式)
图6是根据本发明的第三种实施方式的射线成像设备的电路的示意图。下面对本发明的这种实施方式的特征在两个方面进行描述。即，读出电路105被划分为四个系统(组)，并且具有相同电压值的不相关且独立的电源的电压Vref1、Vref2、Vref3和Vref4输入到该四个划分的运算放大器106的每个参考电势端。此外，区域传感器阵列101以偏置布线被划分为四个系统(组)，并且具有相同电压值的不相关且独立的电源的电压Vs1、Vs2、Vs3和Vs4给每个系统(组)的偏置布线供电。
参考电压Vref1被输入到第一列、第五列等的运算放大器106。参考电压Vref2被输入到第二列、第六列等的运算放大器106。参考电压Vref3被输入到第三列、第七列等的运算放大器106。参考电压Vref4被输入到第四列、第八列等的运算放大器106。
偏置电压Vs1被提供到连接在第一列、第五列等的光电二极管102的阴极的偏置布线。偏置电压Vs2被提供到连接在第二列、第六列等的光电二极管102的阴极的偏置布线。偏置电压Vs3被提供到连接在第三列、第七列等的光电二极管102的阴极的偏置布线。偏置电压Vs4被提供到连接在第四列、第八列等的光电二极管102的阴极的偏置布线。
在这种结构中，由读出电路105的参考电源电压Vref1到Vref4造成的线噪声分量被降低到1/2，并且由传感器偏置电源电压Vref1到Vref4的波动造成的线噪声分量也被降低到1/2。在利用具有信号布线110的大的寄生电容的大区域传感器阵列101的射线成像设备中，本发明的这种实施方式的结构与本发明的第一种和第二种实施方式相比更加有效。
(本发明的第四种实施方式)
图7和图8是示出了根据本发明的第四种实施方式的射线成像设备的原理图和时序图。基本结构与根据本发明的第三种实施方式的结构相似，但在下述方面不同。即，本发明的这种实施方式的配置中，参考电势Vref1和Vref2被提供给分为两个系统(组)的读出电路105，并且复位信号RC1、RC2，以及采样保持信号SH1、SH2被分为两个系统(组)用于提供。
参考电压Vref1被输入到奇数列(第一列和第三列等)中的运算放大器106。参考电压Vref2被输入到偶数列(第二列和第四列等)中的运算放大器106。参考电压Vref1和Vref2是具有相同电压值的不相关且独立的电源的电压。
偏置电压Vs1被提供到连接在奇数列(第一列和第三列等)中的光电二极管102的阴极的偏置布线。偏置电压Vs2被提供到连接在偶数列(第二列和第四列等)中的光电二极管102的阴极的偏置布线。偏置电压Vs1和Vs2电压值相同，但是其电源不相关且独立。
对应于多个信号布线110，提供多个复位开关(复位电路)RC。复位开关RC1被输入到奇数列(第一列和第三列等)中的开关RC的控制端子。复位开关RC2被输入到偶数列(第二列和第四列等)中的开关RC的控制端子。复位信号RC1和RC2在进入高电平的定时上不同。对于奇数列和偶数列中的每个系统(组)，复位信号RC1和RC2的开关RC在不同的高电平定时被接通。
对应于多个信号布线110，提供多个采样保持电路107。采样保持信号SH1被输入到奇数列(第一列和第三列等)中的采样保持电路107的控制端子。采样保持信号SH2被输入到偶数列(第二列和第四列等)中的采样保持电路107的控制端子。采样保持信号SH1和SH2在进入高电平的定时上不同。对于奇数列和偶数列中的每个系统(组)，采样保持信号SH1和SH2的采样保持电路107在不同的高电平定时执行采样和保持，并保持一个电压。
X射线在信号XRAY的高电平定时从诸如X射线源的射线照射单元进入射线成像设备。X射线被荧光体层315(图4)转换为具有被光电二极管310检测的波长的光(可见光)。光电二极管310将光转换为电信号(电荷)。然后，奇数列中的开关RC被复位信号RC1的脉冲接通，并且奇数列中的运算放大器106的电荷存储电容Cf和信号布线110被复位到电势Vref1。然后，偶数列中的开关RC被复位信号RC2的脉冲接通，并且偶数列中的运算放大器106的电荷存储电容Cf和信号布线110被复位到电势Vref2。然后，传输脉冲被施加在驱动布线Vg1上，共同连接到该驱动布线Vg1的TFT 103被接通，基于第一行中的光电二极管102产生的电荷的信号通过TFT 103和信号布线110被传输到读出电路105的运算放大器106。运算放大器106将信号布线110的电荷转换为电压。
下一步，施加采样保持信号SH1的脉冲，奇数列中的采样保持电路107采样奇数列中的运算放大器106的输出电压，并保持它。然后，施加采样保持信号SH2的脉冲，偶数列中的采样保持电路107采样偶数列中的运算放大器106的输出电压，并保持它。复用器108将所有列中的采样保持电路107的输出电压转换为串行信号。输出放大器109放大并输出复用器108的输出电压。
然后，根据复位信号RC1和RC2，在奇数列和偶数列中的运算放大器106的电荷存储电容Cf和信号布线110被复位到电势Vref1和Vref2。然后，传输脉冲被施加在驱动布线Vg2上，基于第二行中的光电二极管102的电荷的信号通过TFT 103和信号布线110被读取到读出电路105。类似的操作在Vg3及以后的驱动布线上重复，并且读取整个传感器阵列101的电荷。
如图8中的时序图所示，信号RC1、RC2、SH1和SH2在移位的定时被输入。通过这种结构，每个驱动布线Vg1到Vg4的对信号采样的定时被移位。因此，除了由提供给射线成像设备的电源的波动引起的线噪声外，由通过间隔、机架和交流线传播的外部噪声引起的线噪声也能够被降低。
本发明的这种实施方式将读出电路105的参考电源电压Vref1和Vref2、复位信号RC1和RC2、采样保持信号SH1和SH2的定时设定为偶数列和奇数列的两个系统(组)。然而，通过改变作为多系统(组)的相对相位，减小线噪声的效果能够更好，这是很清楚并且更加优选的。
(本发明的第五种实施方式)
图9和图10是根据本发明的第五种实施方式的射线成像设备的说明图。图9是示出了电路的说明图，图10是区域传感器阵列101的像素的剖视图。基本操作与图7所示的根据本发明的第四种实施方式相似，但在下述方面不同。即，在本发明的这种实施方式中，区域传感器阵列101的光电转换元件是非晶硅的MIS型光电转换元件(MIS型传感器)901。换言之，MIS型光电转换元件901用于图7中所示的PIN型光电二极管102。
用于根据本发明的第五种实施方式的射线成像设备中的传感器阵列101在下文通过参考图10中所示的剖视图更具体地描述。MIS型传感器1001的层结构按照如下次序分层：诸如玻璃的绝缘衬底301、下电极(金属)层1002、绝缘层1003、本征半导体层1004和n+型杂质半导体层1005、上电极(金属)层1006、以及诸如氮化硅膜的保护层313。每个半导体层通过诸如非晶硅这样的非单晶半导体而被设置在绝缘衬底301上。
由于根据本发明的这种实施方式示出了一种辐射照像设备的一个例子，荧光体层315通过粘合层314被设置在保护层313上。荧光体层315可以是钆系和碘化铯等。荧光体层315可以在没有粘合层314的情况下设置，或通过蒸发等直接设置在保护层313上。
(本发明的第六种实施方式)
图11是示出了根据本发明的第六种实施方式的射线成像设备的电路的示意图。本发明的这种实施方式与图5所示的本发明的第二种实施方式基本相同，但在下述方面不同。即，在本发明的这种实施方式中，传感器阵列101的像素由PIN型光电二极管1101、复位TFT1104、源极跟随器TFT 1102和传输TFT 1103构成。每个像素的传输TFT 1103的源极与信号布线110相连。
偏置电压Vs1被连接到奇数列中的PIN型光电二极管1101的阴极。偏置电压Vs2被连接到偶数列中的PIN型光电二极管1101的阴极。复位栅极驱动器104a通过复位驱动布线向复位TFT 1104的栅极提供电压。该复位TFT 1104与复位电源电压1105相连。源极跟随器TFT 1102与源极跟随器电源电压1106相连。传输栅极驱动器104b通过传输驱动布线向传输TFT 1103的栅极提供电压。用于操作源极跟随器TFT 1102的恒流源1107被连接到信号布线110。
当复位TFT 1104通过复位栅极驱动器104a的控制而接通时，PIN型光电二极管1101的电荷被复位。光电二极管1101通过光电转换产生电荷并存储。源极跟随器TFT 1102输出与积聚在光电二极管1101上的电荷量对应的电压。传输TFT 1103在传输栅极驱动器104b的控制下接通，并且将源极跟随器TFT 1102的输出电压传输到信号布线110。
由于带有像素中的源极跟随器TFT 1102的区域传感器阵列101具有大量的输出电荷，因此实现本发明的这种实施方式的结构更加优选。
在像素结构中，希望提供传感器偏置电压Vs1和Vs2的多个系统(组)以减小线噪声，并连接不相关且独立的电源。如本发明的第四种实施方式中指出，希望有这样的结构，其中读出电路105的多个系统(组)的参考电源电压Vref1和Vref2能够被输入，并且不相关且独立的电源被连接。此外，复位电源电压1105和源极跟随器电源电压1106也能够被划分为多个系统，诸如偶数系统和奇数系统，并且不相关且独立的电源能够被连接，以便由电源造成的线噪声能够被更优选地减小。
(本发明的第七种实施方式)
图12示出了根据本发明的第七种实施方式的X射线(放射线)射线摄影系统的系统。本发明的这种实施方式是根据本发明的第一种到第六种实施方式将本发明实施为X射线成像设备的射线成像设备。该X射线成像设备的特征描述如下。即，由传感器阵列101，驱动电路104、104a和104b以及读出电路105等构成的平板型射线成像设备被设置在图像传感器6040中。图像处理器6070控制X射线管(X射线发生设备)6050、图像传感器6040、显示装置6080和通信单元6090。
在X射线室中，X射线管(X射线发生设备)6050产生X射线(放射线)6060，并利用X射线(放射线)6060通过一个对象6062照射图像传感器6040。图像传感器6040产生关于对象6062的图像信息。
在控制室中，图像处理器6070能够在显示装置6080上显示图像信息，或通过通信单元6090将信息传输到胶片处理器6100。
在医生室中，胶片处理器6100能够在显示器6081上显示图像信息，并且在激光打印机上将图像信息打印在胶片6110上。
通过应用根据本发明的第一种到第七种实施方式的射线成像设备，通过获取极好的射线摄影图像，能够实现一种荧光屏射线摄影系统，其成功地抑制线噪声伪影，并且具有足够的射线摄影面积和即时显示。在实施本发明的方式中，射线成像设备能够实现一种射线成像设备，这种设备在由结构和驱动引起的线噪声的特性方面非常好。
通过获取极好的射线照片图像，能够实现一种射线成像系统，具有足够的射线摄影面积和即时显示，这对医疗荧光镜射线摄影系统等很适合，并且线噪声伪影减小。特别地，通过减小由电源的波动(电源噪声)造成的线噪声的伪影，能够实现一种射线成像设备，其中电源的波动由没有利用复杂操作的简单结构的区域传感器阵列、读出电路和驱动电路产生。
上述的本发明的实施方式仅仅表示实施本发明的实际例子，并不限制本发明的技术范围的解释。换言之，本发明可以在技术概念和主要特征的范围内用不同方式实施。
虽然已经参考示范性的实施方式描述了本发明，应该理解本发明不仅限于所公开的示范性的实施方式。下述的权利要求应被赋以最广泛的解释以包含所有这样的修改和等同的结构和功能。

Claims (8)

1、一种成像设备，包括：
在行和列方向上排列的多个像素，每个像素具有转换元件和开关元件，所述转换元件用于将放射线或光转换为电信号，其中所述多个像素被划分成多个组；
与该列方向中的多个开关元件相连的多条信号布线；以及
与该多条信号布线相连的读出电路，其中
所述读出电路包括与所述多条信号布线对应的多个采样保持电路，对于所述多个组中的每个组，所述多个采样保持电路以不同的定时工作。
2、根据权利要求1所述的成像设备，还包括：
连接到所述行方向中的所述多个开关元件的多条驱动布线；以及
连接到所述多条驱动布线的驱动电路，用于以行为单位为所述多条驱动布线提供电压，其中，所述转换元件的所述电信号以行为单位被传送。
3、根据权利要求1所述的成像设备，其中
所述像素被划分为奇数列组和偶数列组，并且按照所述奇数列组和所述偶数列组，所述多个采样保持电路被独立地提供。
4.一种射线成像设备，包括：
根据权利要求1所述的成像设备；以及
用于产生放射线的放射线产生单元。
5.一种成像设备，包括：
在行和列方向上排列的多个像素，每个像素具有转换元件和开关元件，所述转换元件用于将放射线或光转换为电信号，其中所述多个像素被划分成多个组；
与该列方向中的多个开关元件相连的多条信号布线；以及
与该多条信号布线相连的读出电路，其中
所述读出电路包括与所述多条信号布线对应的多个复位电路，对于所述多个组中的每个组，所述多个复位电路以不同的定时工作。
6.根据权利要求5所述的成像设备，还包括：
连接到所述行方向中的所述多个开关元件的多条驱动布线；以及
连接到所述多条驱动布线的驱动电路，用于以行为单位为所述多条驱动布线提供电压，其中，所述转换元件的所述电信号以行为单位被传送。
7.根据权利要求5所述的成像设备，其中
所述像素被划分为奇数列组和偶数列组，并且按照所述奇数列组和所述偶数列组，所述多个复位电路被独立地提供。
8.一种射线成像设备，包括：
根据权利要求5所述的成像设备；以及
用于产生放射线的放射线产生单元。
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