CN104124256B - 一种像素aec平板探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种像素AEC平板探测器，包括：像素阵列，包括多个正常像素单元及若干个AEC像素单元，所述多个正常像素单元形成阵列，所述若干个AEC像素单元以取代该阵列中的正常像素的方式分布于该阵列中，所述正常像素单元由一个薄膜晶体管开关及一个光电二极管组成，所述AEC像素单元由一个光电二极管组成；栅极驱动信号控制电路；正常像素信号读出电路；AEC信号控制处理系统；图像信息采集系统；以及图像信息处理系统。利用本发明的像素AEC平板探测器可以精确检测曝光开始时间、自动控制曝光结束时间、以及自动控制曝光剂量。本发明结构简单，适用于工业生产。

Description

一种像素AEC平板探测器

技术领域

本发明涉及一种DR数字平板系统，特别是涉及一种像素AEC平板探测器。

背景技术

AEC，全称Automatic Exposure Control，意为自动曝光控制，它是一种被用在X射线成像系统中的图像曝光剂量控制技术。其目的是为了在保障图像质量的前提下减少病人所承受的X射线辐照剂量。通常一个AEC装置被放置在被诊断病体与平板探测器之间，当然也有AEC装置被放置在平板探测器之下。AEC装置检测到穿过被诊断病体的X射线后，产生一个电信号，由于该电信号正比于平板探测器所接收到的X射线总剂量，所以它被用来标识平板探测器所接收的X射线辐照量是否达标，一旦该电信号认为曝光剂量已经足够，AEC装置将立即发出曝光结束指令，高压发生器接收到指令后立即停止曝光。

自动曝光摄影的出现使得医生只需要根据被照体的厚度、生理及病理特征给定合适电压条件，DR系统就能准确地自动控制X射线剂量获得适当的感光量，保证优质的摄影效果。AEC技术的应用，让医生不需要丰富的临床经验就能够较快地熟练有效的使用DR系统。它不仅有效地减少了多数基层医院因医生操作不当或技术不高而导致的需要重复进行X射线检查的难题，大大地降低了医护人员和患者所接受的X射线辐射剂量，而且同时还能保证获得优质的影像，使临床诊断的效果得到充分的保障。

目前实现AEC的常见独立装置是电离室探测器，例如在U,S,Pat.No.5680430“Method and apparatus for controlling and optimizing output of an x-raysource”一文中，其利用电离室探测器来控制X射线发生器的输出，以达到优化到达X射线接收器的射线辐照强度，并同时利用电离室探测器所产生的电信号来进行自动曝光控制；U.S.Pat.No.7359482“X-ray detector system”所展示的移动X射线探测器系统中辐照剂量的监控就是由电离室来完成，通过将其放置在X射线探测器上面实时监测X射线的辐照量。在DR系统中，按照放置位置又分为前置电离室探测器和后置电离室探测器，前者是电离室探测器被放置在被诊断病体与平板探测器之间，电离室被分为几个相互独立的子电离室，其目的是为了提高前置电离室探测器的可靠性，因为子电离室既能够输出独立的曝光控制信号，也能够输出结合曝光控制信号。但是前置电离室探测器最大的缺点就是导致穿过电离室的X射线发生丢失或者衰减，进而引起下方的平板探测器发生局部信号丢失，所以构建前置电离室探测器必须保证其对X射线的影响不足以在平板探测器生成的图像中显现电离室的影像。后置电离室探测器是把电离室探测器放置于平板探测器之下，这种电离室不会影响到平板探测器的入射X射线，但是X射线穿过平板探测器之后，射线数量大大减少，射线被衰减，对电离室探测器而言，电离室的厚度需要被大幅增加来提高电离室探测器的灵敏度，但是这将使整个成像系统变得更笨重。

另一种行业内常用的方法是放置一个光敏传感器，来收集从图象倍增管输出处的图像门中泄露出来的一部分光，通过评估亮度等级来进行自动曝光控制。但是这种方法只适用于使用图像倍增管的X射线探测系统，而且其最大的缺陷是将光收集器件放置于成图路径上，在一些特定的成图条件下光收集器会引起图像干扰。除此之外，这种AEC方法也不适用于固态大面积X射线探测器，这是因为固态大面积X射线探测器系统不像图像倍增管X射线探测器系统那样，有一个微型化的光图像化器件，依靠此器件，光可以很容易的被收集，例如，U.S.Pat.No.4996413“Apparatus and Method for Reading Data from AnImage Detector”就不能使用这种AEC方法，其图像探测器正是大面积固态X射线探测器类型。

大面积固态X射线探测器现在已经成为X射线探测领域的主体，与其搭配的全新AEC方法也已经被开发或者在专利中被阐述。下面将展示几种美国专利局所收录的最新AEC方法。

U.S.Pat.No.5751783“Detector for Automatic Exposure Control On An X-ray Imaging System”展示了一种阵列光传感器AEC。阵列光传感器被置于图像探测器背面，检测透过图像探测器的X射线或者可见光，然后产生AEC电信号。在此专利设计里面，共有16个相同大小的阵列传感器，每一个阵列传感器监控的图像探测器区域大小形状是相同的，并单独输出一个区域电信号，通过选择性的自由组合独立的区域电信号，图像探测器的被监控区域大小和形状也就可以自由选择，这种自由调节性能够很好地适应病人检查时的特殊需求，当几个阵列传感器被选中后，其各自产生的独立区域电信号被集成后就可以直接用来控制X射线曝光系统，但是，该集成信号是模拟信号，所以更好的选择是将其数字化通过一个A/D转换器，而后数字化的电信号被传输到曝光空气系统来控制X射线曝光剂量。这中阵列传感器AEC设计方案，AEC装置与图像探测器是相互独立地，相较于电离室AEC，其体积小，重量轻，可以完成重点区域重点监测的任务，但从实际的效果来看，这种后置阵列传感器式AEC会带来背散射和图像反射伪影问题，尤其是当图像探测器是非晶硅平板探测器时，其对图像质量的影响比较突出。

US.Pat.No.8536534专利中展示了一种新的AEC方法，这种AEC是针对平板探测系统特殊设计的，和其他所有的AEC最大的不同之处是它不需要一个额外独立的辐射探测元器件来产生AEC信号，它将传统的AEC元器件集成到图像探测器中，即用一些被特殊设计的图像探测器像素单元作为AEC信号源，这种AEC方法可以探测辐照开始时间、辐照结束时间、和辐照总剂量。在此专利中，共有6种实现AEC功能的像素单元结构，不过所有的结构设计目的是一致的。AEC像素单元均是在正常像素单元的基础之上进行特殊改造设计得到的，而正常像素单元是由一个TFT开关和一个Photodiode像素电容构成，所以此专利设想，将TFT设为关合状态，用photodiode作为辐照探测器，当Photodiode感应到入射光时，光电效应产生的电荷立即被读出，造成电信号，标识辐照开始，等到电荷读出控制系统认为光电效应产生的电荷已经达到阈值，即辐照量足以保证完美的图像质量，AEC控制系统向X射线高压发生器发出曝光结束信号结束曝光。其第一种AEC像素单元结构设计是将TFT的source和drain极短路连接，使TFT短路，其他不做任何改变，使像素电容处于永久读出状态，但是这种电路结构必然导致坏线；第二种结构是将TFT开关与photodiode像素电容断路，像素电容有一套独立的读出电路，不和正常像素单元共用一套读出电路，此种设计不引入坏线，但是无用TFT依旧被保存，降低像素单元开口率；第三种设计是在AA区之外独立设计AEC感光探测器，其方向平行于正常像素单元的dataline，这种设计不需要牺牲正常像素单元，但是复杂化图像探测器的电路结构设计以及制造工艺；第四种AEC像素单元只有photodiode像素电容，其和正常像素单元共用一套读出电路，结果是必然引入坏线，降低图像质量；第五种方法是短路连接TFT开关的source和drain极，AEC像素单元和正常像素单元共用一套读出电路，结果必然导致坏线，但是其AEC电信号由坏线行(列)与相邻正常行(列)电信号的差值充当。第六种结构采用AEC像素单元独立gateline设计，AEC像素单元保持正常像素单元的构造，但是有独立的gateline读出扫描驱动系统，这种结构设计可以避免坏线，但是不可避免的增加图像探测器layout和制程的复杂度，同时降低该行(列)像素单元的开口率。对于所有不同结构的AEC像素单元，其另外一个通病是系统噪声的升高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种像素AEC平板探测器，以实现一种可以精确检测曝光开始时间、自动控制曝光结束时间、以及自动控制曝光剂量的像素AEC平板探测器。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种像素AEC平板探测器，至少包括：

像素阵列，包括多个正常像素单元及若干个AEC像素单元，所述多个正常像素单元形成阵列，所述若干个AEC像素单元以取代该阵列中的正常像素的方式分布于该阵列中，所述正常像素单元由一个薄膜晶体管开关及一个光电二极管组成，所述AEC像素单元由一个光电二极管组成；

栅极驱动信号控制电路，连接于各正常像素单元，用于控制各薄膜晶体管开关的关闭与开启；

正常像素信号读出电路，连接于各正常像素单元，用于读出正常像素单元产生的电荷信号；

AEC信号控制处理系统，连接于各AEC像素单元，用于在接收到从AEC像素单元读出的电荷时向图像信息采集系统发送曝光开始信号，并在AEC像素单元读出的电荷数达到预设阈值时向图像信息采集系统发出曝光终止信号；

图像信息采集系统，连接于所述正常像素信号读出电路及所述栅极驱动信号控制电路，用于在接收到所述曝光开始信号通过所述栅极驱动信号控制电路控制各薄膜晶体管开关关闭以开始积累电荷，并在接收到所述曝光终止信号后向像素AEC平板探测器发出读出信号进行电荷的读出；

图像信息处理系统，连接于所述图像信息采集系统，用于图像信息处理。

作为本发明的像素AEC平板探测器的一种优选方案，同一列AEC像素单元与正常像素单元共用一条反向电压电源线，同一列的正常像素单元共用一条第一读出数据线，同一列的AEC像素单元共用一条第二读出数据线。

作为本发明的像素AEC平板探测器的一种优选方案，所述AEC像素单元中的光电二极管的面积大于所述正常像素单元中的光电二极管的面积。

作为本发明的像素AEC平板探测器的一种优选方案，所述AEC像素单元为PIN光电二极管。

作为本发明的像素AEC平板探测器的一种优选方案，所述AEC像素单元包括：

衬底；

第一保护膜层，结合于所述衬底表面；

金属膜层，形成于所述第一保护膜层表面；

第二保护膜层，形成于所述金属膜层表面，并具有露出所述金属膜层的第一窗口及第二窗口；

光电二极管膜层，形成于所述第二保护膜的第一窗口中；

上电极膜层，形成于所述光电二极管膜层表面；

第三保护膜层，形成于所述上电极膜层表面，并具有第一通孔及第二通孔；

反向电源金属膜，通过第一通孔连接于所述上电极膜层；

电荷读出线路金属膜，通过第二通孔及第二窗口连接于所述金属膜层。

优选地，所述第一保护膜层、第二保护膜层及第三保护膜层为SiNx保护膜层。

优选地，所述光电二极管膜层的材料为非晶硅。

优选地，所述反向电源金属膜及电荷读出线路金属膜为ITO透明导电层。

如上所述，本发明提供一种像素AEC平板探测器，至少包括：像素阵列，包括多个正常像素单元及若干个AEC像素单元，所述多个正常像素单元形成阵列，所述若干个AEC像素单元以取代该阵列中的正常像素的方式分布于该阵列中，所述正常像素单元由一个薄膜晶体管开关及一个光电二极管组成，所述AEC像素单元由一个光电二极管组成；栅极驱动信号控制电路，连接于各正常像素单元，用于控制各薄膜晶体管开关的关闭与开启；正常像素信号读出电路，连接于各正常像素单元，用于读出正常像素单元产生的电荷信号；AEC信号控制处理系统，连接于各AEC像素单元，用于在接收到从AEC像素单元读出的电荷时向图像信息采集系统发送曝光开始信号，并在AEC像素单元读出的电荷数达到预设阈值时向图像信息采集系统发出曝光终止信号；图像信息采集系统，连接于所述正常像素信号读出电路及所述栅极驱动信号控制电路，用于在接收到所述曝光开始信号通过所述栅极驱动信号控制电路控制各薄膜晶体管开关关闭以开始积累电荷，并在接收到所述曝光终止信号后向像素AEC平板探测器发出读出信号进行电荷的读出；图像信息处理系统，连接于所述图像信息采集系统，用于图像信息处理。本发明的像素AEC图像探测器具有如下优点：

1、高度集成化，本发明的AEC不再是一个独立的、附加的探测器系统模块，通过面板半导体技术，AEC被集成到图像探测器像素矩阵中，为平板探测器系统的进一步简洁化、微型化打下基础；

2、易实现、高可操作性，本发明的AEC是在现有图像探测器的像素单元基础之上，进行简单的结构变更，即将原像素单元的TFT/PD结构变成单独PD(光电二极管)结构，而PD的N极有一条独立的数据线相连来读出电荷，此种设计变更简单易行，不会引起图像探测器面板的整体半导体制程工艺的任何改变；

3、高灵敏度、高真实度AEC，本发明的辐照探测由PIN结构的光电二极管探测完成，并且由于AEC像素单元的光电二极管和正常像素单元的光电二极管几乎完全一致，故其量子效率可以真实地反映正常像素的量子效率；

4、未引入大量的人为坏线，只是单纯的已知单体人为坏点，对相邻正常像素点不造成影响，对图像质量影响极小。

附图说明

图1显示为本发明的DR系统结构图示意图。

图2显示为没有像素AEC的标准二维像素矩阵非晶硅图像探测器电路结构示意图。

图3显示为正常像素单元(包括薄膜晶体管开关及光电二极管)的截面结构图示意图。

图4显示为本发明的像素AEC平板探测器的电路结构示意图。

图5显示为本发明的AEC像素单元的截面结构图示意图。

图6显示为本发明的像素AEC平板探测器的多像素单元的布局示意图。

图7显示为本发明的像素AEC平板探测器的工作时序图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如4～图5所示，本实施例提供一种像素AEC平板探测器，至少包括：

像素阵列，包括多个正常像素单元及若干个AEC像素单元，所述多个正常像素单元形成阵列，所述若干个AEC像素单元以取代该阵列中的正常像素的方式分布于该阵列中，所述正常像素单元由一个薄膜晶体管开关及一个光电二极管组成，所述AEC像素单元由一个光电二极管组成；

栅极驱动信号控制电路，连接于各正常像素单元，用于控制各薄膜晶体管开关的关闭与开启；

正常像素信号读出电路，连接于各正常像素单元，用于读出正常像素单元产生的电荷信号；

AEC信号控制处理系统，连接于各AEC像素单元，用于在接收到从AEC像素单元读出的电荷时向图像信息采集系统发送曝光开始信号，并在AEC像素单元读出的电荷数达到预设阈值时向图像信息采集系统发出曝光终止信号；

图像信息采集系统，连接于所述正常像素信号读出电路及所述栅极驱动信号控制电路，用于在接收到所述曝光开始信号通过所述栅极驱动信号控制电路控制各薄膜晶体管开关关闭以开始积累电荷，并在接收到所述曝光终止信号后向像素AEC平板探测器发出读出信号进行电荷的读出；

图像信息处理系统，连接于所述图像信息采集系统，用于图像信息处理。

作为示例，同一列AEC像素单元与正常像素单元共用一条反向电压电源线，同一列的正常像素单元共用一条第一读出数据线，同一列的AEC像素单元共用一条第二读出数据线。

作为示例，所述AEC像素单元中的光电二极管的面积大于所述正常像素单元中的光电二极管的面积。

作为示例，所述AEC像素单元为PIN光电二极管。

作为示例，所述AEC像素单元包括：

衬底；

第一保护膜层，结合于所述衬底表面；

金属膜层，形成于所述第一保护膜层表面；

第二保护膜层，形成于所述金属膜层表面，并具有露出所述金属膜层的第一窗口及第二窗口；

光电二极管膜层，形成于所述第二保护膜的第一窗口中；

上电极膜层，形成于所述光电二极管膜层表面；

第三保护膜层，形成于所述上电极膜层表面，并具有第一通孔及第二通孔；

反向电源金属膜，通过第一通孔连接于所述上电极膜层；

电荷读出线路金属膜，通过第二通孔及第二窗口连接于所述金属膜层。

优选地，所述第一保护膜层、第二保护膜层及第三保护膜层为SiNx保护膜层。

优选地，所述光电二极管膜层的材料为非晶硅。

优选地，所述反向电源金属膜及电荷读出线路金属膜为ITO透明导电层。

如图1～图7所示，下面具体阐述本发明的结构和原理：

本发明的主题是针对医用非晶硅X射线平板探测器设计一种全新的、先进的AEC(自动曝光控制)技术，这里将其命名为pixel AEC，像素AEC。其核心思想是立足于现有的非晶硅TFT/PD阵列面板技术，抛弃传统的AEC元器件独立设计思想，将AEC元器件集成到非晶硅TFT/PD阵列面板中，将AEC功能通过非晶硅TFT/PD(薄膜晶体管开关/光电二极管)阵列面板来实现，达到实时、精确地控制曝光剂量的目的。具体设计内容是改变阵列中一些特定位置像素单元的TFT/PD结构，删除TFT，只保留PD，将PD光敏元件作为AEC传感器，给其设计独立的电荷读出电路。

本发明的一个完整的、具有pixel AEC功能的非晶硅平板探测器系统如图1所示，X射线高压发生器27被X射线发生器电源控制系统28加载高压，X射线管阳极发射X射线，X射线穿过被检测物体30后，到达闪烁体26，在光电效应作用下，X射线被闪烁体26转化为可见光并照射到非晶硅2-D像素矩阵平板探测器25，同样在光电效应作用下，平板探测器25内的PIN结构光电二极管(PD)将可见光转化为光生电子-空穴对，由于光电二极管两端反向电压(P极约-6V)的作用，TFT/PD结构像素(如图3所示)中的光生电子聚集到N极，空穴聚集到P极，而单PD结构AEC像素(如图5所示)中的光生电子经过其独立的电荷读出电路被实时地转移到AEC信号控制处理系统25，通过分析计量电荷数，AEC信号控制系统生成曝光开始信号，并将其传递给图像采集系统23，图像采集系统23收到曝光开始信号后向TFT gate电极发出电信号(-10V)，断开TFT，使每个像素电容PD开始积累光生电荷，当AEC信号控制处理系统22从曝光开始累计的电荷到达预设的阈值时，AEC信号控制处理系统22及时发出曝光结束电信号到X射线发生器电源控制系统28，令其断开X射线高压发生器27的电源，结束曝光，与此同时AEC信号控制处理系统22也向图像信息采集系统23发出曝光结束信号，图像信息采集系统23收到曝光结束信号50ms后立即向平板探测器26发出开始读取像素数据指令，像素数据经过像素数据读出电路19被转移到图像信息采集系统23，而后又被转移到图像信息处理系统24，然后图像显示系统29将显示出被检测物体30的X射线图。

本发明的核心是像素AEC平板探测器。

正常的无AEC功能探测器电路结构如图2所示，像素面板是由多个正常像素单元15A构成，每个典型的像素单元15A包含两个部分：TFT薄膜晶体管开关和PD光电二极管感光器。光电二极管接收可见光，并将其转化为电子-空穴对，而后又存储这些光生电荷。TFT开关是用来读出PD中的光生电荷。对于同一行像素，它们共用一条栅极驱动信号线2，栅极驱动信号线2和TFT开关的栅极相连，而对于同一列像素，他们共用一条源极数据线5和一条PD反向电压电源线11，read源极数据线5与TFT开关的漏极相连，反向电压电源线与PD光电二极管的P极相连，反向电压由电源Vcom21提供，约-6V。当图像信号采集系统23发出采集指令时，高电平栅极驱动信号使每一行像素的TFT开关被逐次闭合，每行每个像素PD中存储的电荷经由各自的数据线5被读出到图像信号采集系统23。

正常像素单元15A由一个TFT开关和一个PD光电二极管构成，其截面结构如图3所示，最下层是TFT开关的金属栅电极2，金属栅电极是在绝缘衬底1上使用物理气相沉积法PVD生长一层金属薄膜，然后湿刻，获得如图3所示外形的金属栅电极2，通常栅电极金属薄膜所用材料为钼(Mo)，绝缘衬底为无碱性玻璃。金属栅电极2形成后，一层绝缘薄膜3生长覆盖整个像素单元，位于栅极2顶部的绝缘薄膜是TFT开关的栅极绝缘介质，绝缘薄膜3通常是通过等离子体增强化学气相沉积法PECVD形成，其材质通常是SiNx。TFT薄膜晶体管的沟道层4同样是利用等离子体增强化学气相沉积法PECVD在绝缘体薄膜3之上形成一层非晶硅薄膜，而后利用干刻工艺技术获得如图3所示的非晶硅活性岛，即沟道层4。TFT开关的源漏金属层是在沟道层4之上形成的，通过物理气相沉积法PVD，一层金属薄膜覆盖生长整个像素区域，而后依照MASK湿刻，获得源极5和漏极6，通常源极5和漏极6的材料为铝Al或者铜Cu，本发明中使用的是钼/铝/钼三叠层合金。在源漏金属层之上是一层TFT保护膜7，通过PECVD工艺技术在整个像素区域覆盖生长SiNx，然后再使用干刻法获得TFT保护膜7及光电二极管via。光电二极管半导体层8是在TFT保护膜7之上通过PECVD技术沉淀生长获得，该光电二极管是PIN结构，依照从下到上，逐层生长n+非晶硅半导体层，本征非晶硅半导体层和p+非晶硅半导体层。通常PIN光电二极管层的厚度在10μm左右。本征非晶硅半导体层作为PIN光电二极管中光电效应的生发层，其上下端电极由n+和p+非晶硅半导体层负责，n+非晶硅半导体层通过光电二极管via与下电极，即TFT开关的漏极6相连，p+非晶硅半导体层作为PIN光电二极管的P极与上电极相连，通常上电极为一层ITO金属膜9，这层金属膜是通过PVD沉淀生长，而后湿刻获得如图3所示外形的ITO金属膜9，然后再使用干刻刻蚀获得如图3所示外形的光电二极管半导体层8，该PIN岛的面积所占整体像素面积的比例即为该像素的开口率，PIN岛的面积越大，光电效应的区域越大，光生电荷的数量越多，整体像素的灵敏度也就越高。ITO金属膜9形成之后，一层SiNx保护膜在其上部通过PECVD沉淀生长覆盖整个像素区域，生长完成后，利用干刻刻蚀得到上电极via，最终的SiNx保护层10如图3所示。在此后PVD再沉淀生长一层ITO金属膜11，覆盖上电极的ITO金属膜即为上电极9与PIN光电二级管反向电压电源的连接孔，PVD后，湿刻刻蚀获得如图3所示外形的ITO金属膜11。多层的SiNx覆盖在TFT开关的源漏金属层5，6、非晶硅沟道层4之上取得了良好的物理强度保护，但是SiNx是透光的，如果有光透射到非晶硅沟道层4，光电效应将产生大量的光生电荷，严重破坏TFT的开关作用，故必须保证没有光能够照射到非晶硅沟道层4，所以在ITO金属膜11刻蚀获得后，PVD沉淀生长一层遮光金属膜12，覆盖整个像素区域，而后湿刻刻蚀获得如图3所示外形的遮光金属膜12。到此一个完整的多膜层像素单元基本结束，但是裸露的金属薄膜易被腐蚀破坏，所以最后要再PECVD沉淀生长一层SiNx保护膜13，覆盖整个像素区域。这就是一个完整的正常像素制造过程。

正如上文所述，本发明的关键是AEC像素单元，所用方法是改造正常像素单元，具体是在面板布局中删除TFT开关，只留下PD光电二极管。

图4展示了改造后的示例面板电路结构图，AEC像素单元15B取代了原有的正常像素单元15A，AEC像素单元15B依旧和同一列的正常像素单元15A共用一条反向电压电源线11，电源线11与电源Vcom21相连，而read数据线14独立于正常像素单元的read数据线5，此设计的最大亮点就是避免了其他专利中共用数据线设计所带来的整条图像坏线，只是独立的几个人造坏点，对图像质量的影响非常小。AEC信号控制处理系统22实时地接收从AEC像素单元15B读出的点荷，暗场环境时，AEC像素单元15B中的PIN光电二极管无光电效应，理想状态下，从AEC像素单元15B中读出的电荷数为零，AEC信号控制处理系统22实时接收到的电信号为零，而当有入射光照射进来时，PIN光电二极管发生光电效应，AEC信号控制处理系统22立即接收到大量的电荷并立刻发出曝光开始信号到图像信息采集系统23，图像采集系统23发出断开TFT开关指令给栅极驱动信号控制电路20，TFT断开后，正常像素单元15A开始累积电荷，曝光持续一段时间后，当AEC信号控制处理系统22识别到AEC像素单元15B读出的电荷数达到系统中设置的阈值，AEC信号控制处理系统22立刻发出曝光终止信号到图像采集系统23和X射线高压发生器电源控制系统28，图像采集系统23据此向栅极驱动信号控制电路发出开始读取图像信息的指令，gate线2逐行关闭正常像素单元TFT开关，像素存储的信息，即光生电荷从正常像素信号读出电路19被读出到图像信息采集系统23，而后经过初步处理的电荷信号被转移到图像信息处理系统24。

图5显示为本发明的AEC像素单元15B的纵截面图。其多层膜的制程和正常像素单元15A的相同，不同点是膜层的变化，这是由于AEC像素单元15B只有一个PIN光电二极管，没TFT开关，故如图5所示，AEC像素单元15B的底层是一层SiNx保护膜3，无TFT金属栅电极2，SiNx保护膜3通过PECVD沉淀生长获得，覆盖整个像素区域。在SiNx保护膜3之上生长的是源漏金属膜层6，由于无TFT，不需要半导体沟道层，所以源漏金属膜层无源极和漏极之分，PVD沉淀生长结束后，湿刻刻蚀最后获得如图5所示外形的源漏金属膜层6。之后是一层PECVD沉淀生长的SiNx保护膜层7，覆盖整个像素区域，干刻刻蚀后获得一个PIN光电二极管via。此后的AEC像素单元15B的PIN光电二极管膜层8、上电极膜层9和SiNx保护膜层10等的制程和正常像素单元15A的一致，如前所述。不同之处是AEC像素单元的PIN光电二极管，又叫PIN岛，所占的像素单元的面积大于正常像素单元的，即开口率比较大，灵敏度更高。由于PIN光电二极管的材料相同，它们单位面积的量子效率是一样的，所以本发明使用单位面积的电荷数作为AEC控制处理系统的参考信号，与预设的阈值比较。SiNx保护膜10沉积生长结束后，干刻刻蚀得到两个via，一个为PIN光电二极管上极板与反向电源Vcom连接的via，另一个为PIN光电二极管的下极板与读出电路连接的via。刻蚀清洗完毕后，PVD沉淀生长ITO金属膜层，而后湿刻工艺刻蚀获得如图5所示形状的反向电源ITO金属膜11和光电二极管电荷读出线路的ITO金属膜14。最后，同样为了保护裸露的金属层，PECVD沉淀生长一层SiNx保护膜层，覆盖整个像素区域。

图6显示为多像素单元的布局平面图，图中包含3个正常的像素单元15A，开口率为76.5％，和1个AEC像素单元15B，由于叠层构造以及尽可能小的数据线电阻，正常像素单元read数据线采用栅极金属膜-SiNx保护膜-源漏金属膜的三叠层结构，而AEC像素单元的read数据线为单层ITO金属膜结构。

图7展示了整个像素AEC平板探测器的工作时序图，等待曝光阶段，栅极驱动信号是高电位Vgh所有像素的TFT处于闭合状态，即数据读出状态或者叫恒定清空状态，如前所述，理论上PD光电二极管中无任何电荷，但是由于非晶硅半导体材料的固有特性，大量的缺陷态，并且光电二极管两端存在电势差，就导致了暗电流，所以数据线上有电流，AEC信号控制处理系统22和图像信息采集系统23会有电荷被采集到，但相同时间段内采集到的电荷数基本恒定。当X射线高压发生器27被加载高电压后，发射X射线，X射线穿过被检测物体30到达闪烁体26，被转化为可见光，如前所述，当AEC像素单元的光生电荷数高于AEC信号控制处理系统22的曝光开始阈值时，AEC信号控制处理系统22发出曝光开始信号到图像信号采集系统23，图像采集系统23控制gate驱动信号电路关断TFT，此时栅极电压为Vgl，电荷开始在正常像素光电二极管中积累，经过一定时间的累积，当AEC信号控制处理系统22认为曝光剂量已经足够，即AEC像素单元在这段时间内的单位面积光生电荷数达到曝光结束的阈值，AEC信号控制处理系统22发出结束曝光信号，X射线高压发生器被切断电源，图像信号采集系统接收到信号后一段时间，向gate驱动信号电路发出采集信号，gate控制线被逐行打开，此时栅极电压为Vgh，正常像素单元累积的光生电荷被读出到图像信息采集系统23。

如上所述，本发明提供一种像素AEC平板探测器，至少包括：像素阵列，包括多个正常像素单元及若干个AEC像素单元，所述多个正常像素单元形成阵列，所述若干个AEC像素单元以取代该阵列中的正常像素的方式分布于该阵列中，所述正常像素单元由一个薄膜晶体管开关及一个光电二极管组成，所述AEC像素单元由一个光电二极管组成；栅极驱动信号控制电路，连接于各正常像素单元，用于控制各薄膜晶体管开关的关闭与开启；正常像素信号读出电路，连接于各正常像素单元，用于读出正常像素单元产生的电荷信号；AEC信号控制处理系统，连接于各AEC像素单元，用于在接收到从AEC像素单元读出的电荷时向图像信息采集系统发送曝光开始信号，并在AEC像素单元读出的电荷数达到预设阈值时向图像信息采集系统发出曝光终止信号；图像信息采集系统，连接于所述正常像素信号读出电路及所述栅极驱动信号控制电路，用于在接收到所述曝光开始信号通过所述栅极驱动信号控制电路控制各薄膜晶体管开关关闭以开始积累电荷，并在接收到所述曝光终止信号后向像素AEC平板探测器发出读出信号进行电荷的读出；图像信息处理系统，连接于所述图像信息采集系统，用于图像信息处理。本发明的像素AEC图像探测器具有如下优点：

1、高度集成化，本发明的AEC不再是一个独立的、附加的探测器系统模块，通过面板半导体技术，AEC被集成到图像探测器像素矩阵中，为平板探测器系统的进一步简洁化、微型化打下基础；

2、易实现、高可操作性，本发明的AEC是在现有图像探测器的像素单元基础之上，进行简单的结构变更，即将原像素单元的TFT/PD结构变成单独PD(光电二极管)结构，而PD的N极有一条独立的数据线相连来读出电荷，此种设计变更简单易行，不会引起图像探测器面板的整体半导体制程工艺的任何改变；

3、高灵敏度、高真实度AEC，本发明的辐照探测由PIN结构的光电二极管探测完成，并且由于AEC像素单元的光电二极管和正常像素单元的光电二极管几乎完全一致，故其量子效率可以真实地反映正常像素的量子效率；

4、未引入大量的人为坏线，只是单纯的已知单体人为坏点，对相邻正常像素点不造成影响，对图像质量影响极小。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种像素AEC平板探测器，其特征在于，至少包括：

像素阵列，包括多个正常像素单元及若干个AEC像素单元，所述多个正常像素单元形成阵列，所述若干个AEC像素单元以取代该阵列中的正常像素的方式分布于该阵列中，其中，所述AEC像素单元与所述正常像素单元处于同一平面层，所述正常像素单元由一个薄膜晶体管开关及一个光电二极管组成，所述AEC像素单元由一个光电二极管组成，

其中，同一列AEC像素单元与正常像素单元共用一条反向电压电源线，同一列的正常像素单元共用一条第一读出数据线，同一列的AEC像素单元共用一条第二读出数据线；

栅极驱动信号控制电路，连接于各正常像素单元，用于控制各薄膜晶体管开关的关闭与开启；

正常像素信号读出电路，连接于各正常像素单元，用于读出正常像素单元产生的电荷信号；

AEC信号控制处理系统，连接于各AEC像素单元，用于在接收到从AEC像素单元读出的电荷时向图像信息采集系统发送曝光开始信号，并在AEC像素单元读出的电荷数达到预设阈值时向图像信息采集系统发出曝光终止信号；

图像信息采集系统，连接于所述正常像素信号读出电路及所述栅极驱动信号控制电路，用于在接收到所述曝光开始信号通过所述栅极驱动信号控制电路控制各薄膜晶体管开关关闭以开始积累电荷，并在接收到所述曝光终止信号后向像素AEC平板探测器发出读出信号进行电荷的读出；

图像信息处理系统，连接于所述图像信息采集系统，用于图像信息处理。

2.根据权利要求1所述的像素AEC平板探测器，其特征在于：所述AEC像素单元中的光电二极管的面积大于所述正常像素单元中的光电二极管的面积。

3.根据权利要求1所述的像素AEC平板探测器，其特征在于：所述AEC像素单元为PIN光电二极管。

4.根据权利要求3所述的像素AEC平板探测器，其特征在于：所述AEC像素单元包括：

衬底；

第一保护膜层，结合于所述衬底表面；

金属膜层，形成于所述第一保护膜层表面；

第二保护膜层，形成于所述金属膜层表面，并具有露出所述金属膜层的第一窗口及第二窗口；

光电二极管膜层，形成于所述第二保护膜的第一窗口中；

上电极膜层，形成于所述光电二极管膜层表面；

第三保护膜层，形成于所述上电极膜层表面，并具有第一通孔及第二通孔；

反向电源金属膜，通过第一通孔连接于所述上电极膜层；

电荷读出线路金属膜，通过第二通孔及第二窗口连接于所述金属膜层。

5.根据权利要求4所述的像素AEC平板探测器，其特征在于：所述第一保护膜层、第二保护膜层及第三保护膜层为SiNx保护膜层。

6.根据权利要求4所述的像素AEC平板探测器，其特征在于：所述光电二极管膜层的材料为非晶硅。

7.根据权利要求4所述的像素AEC平板探测器，其特征在于：所述反向电源金属膜及电荷读出线路金属膜为ITO透明导电层。