CN104584535B - 电流/电压转换电路和成像装置 - Google Patents

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Abstract

一种成像装置10，包括通过以二维矩阵形式布置包括在一个像素或多个像素中的成像元件单元20而形成的成像面板11。每个成像元件单元20包括将入射的电磁波转换为电流的成像元件30以及将来自成像元件的电流转换为电压的电流/电压转换电路40A。

Description

电流/电压转换电路和成像装置
技术领域
本公开涉及电流/电压转换电路以及包括这种电流/电压转换电路的成像装置。更具体地，本公开涉及可以适用于X射线平板检测器的电流/电压转换电路以及包括这种电流/电压转换电路的成像装置(X射线平板检测器)。
背景技术
能够通过用X射线照射活体或物质并基于透射的X射线成像技术来检测和可视化透射的X射线来识别活体或物质的内部状态。在透射的X射线成像技术中，使用感光板(photographic plate)或照相胶片(photograph film)来检测透射的X射线。但是，近年来，X射线平板检测器的发展已经取得蓬勃进展(见例如日本专利申请特开No.2010-098621)。关于X射线平板检测器，存在直接转换系统和间接转换系统，在该直接转换系统中，将X射线直接转换为电信号，且在该间接转换系统中，将X射线转换为光信号，然后将其转换为电信号。在任一系统中，都可以实现无胶片成像，且变得能够进行图片质量改善和诊断支持。另外，优点是，例如，有助于电子存档和联网且预计在各种领域中使用。
图50中示出了X射线平板检测器中包括的成像元件和电流/电压转换电路的例子的等效电路图。在此，以二维矩阵形式在X和Y方向上布置的多个(M×N个)成像元件230将入射的X射线直接(直接转换系统)或间接(间接转换系统)转换为电流。在X方向上布置的多个(M个)成像元件230经由开关电路232和行布线233而连接到一个电流/电压转换电路240。电流/电压转换电路240按顺序将来自每个成像元件的电流转换为电压。在图50中，附图标记231指示成像元件230具有的寄生电容(电容值：Cpd)。电流/电压转换电路240是公知的电流/电压转换电路(一种积分电路)，其包括运算放大器241、电容器部分242(电容值：Cint)和具有复位开关电路244的短路电路243。向运算放大器241的同相输入部分输入参考电压VRef。另外，运算放大器241的反相输入部分被连接到行布线233。电容器部分242和短路电路243并行连接，且连接到运算放大器241的反相输入部分和输出部分。
当启动电流/电压转换电路240时，将开关电路232置于断开状态，且将复位开关电路244置于接通状态，由此穿过电容器部分242的电势被设置为等于VRef。然后，将复位开关电路244置于断开状态，且X射线入射在成像元件230上。成像元件230将输入的电磁波转换为电流。将该电流存储在寄生电容230中，作为电荷Qin。当将开关电路232置于接通状态时，在寄生电容231中存储的电荷Qin经由行布线233传输到电流/电压转换电路240中的电容器部分242。由V0来表示从电流/电压转换电路240输出的输出电压，最终获得V0＝Qin/Cint。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开No.2010-098621
发明内容
本发明要解决的问题
注意，在图50所示的传统成像元件230和电流/电压转换电路240中，在X方向上布置的多个(M个)成像元件230经由行布线233连接到一个电流/电压转换电路240。因此，行布线233的寄生电容Cline变得与成像元件的数量(M)成比例。从电流/电压转换电路240输出的电压信号中的噪声被放大到[1+(Cline+∑Cpd-m)/Cint]倍。在其中行布线233的寄生电容Cline大的传统系统中，难以获得高的S/N比。注意，“∑Cpd-m”指的是M个成像元件230的寄生电容231的总数。另外，由于在敏感度上高的行布线233的布线长度长，因此还存在无力对抗外部干扰的问题。
因此，本公开的目的是提供一种电流/电压转换电路，其可以给出高的S/N比，且有力对抗外部干扰，以及提供一种成像装置，包括这种电流/电压转换电路。
对问题的解决方案
用于实现该目的的根据本公开的一种成像装置包括通过以二维矩阵形式布置包括在一个像素或多个像素中的成像元件单元而形成的成像面板，并且
每个成像元件单元包括：
成像元件，被配置为将输入的电磁波转换为电流；以及
电流/电压转换电路，被配置为将来自所述成像元件的电流转换为电压。
用于实现该目的的根据本公开的第一方面的一种电流/电压转换电路，是连接到成像元件的电流/电压转换电路，其被配置为将入射的电磁波转换为电流，且被配置为将来自所述成像元件的电流转换为电压，所述电流/电压转换电路包括：
运算放大器，包括连接到所述电流/电压转换电路的输出部分的输出部分，且包括第一输入部分和第二输入部分；
电容器部分，第一端连接到所述运算放大器的输出部分，且第二端连接到所述运算放大器的第二输入部分；以及
第一开关电路和第二开关电路，被配置为互补地操作，
所述运算放大器的第一输入部分连接到第一电源，以及
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源。注意，“第一开关电路和第二开关电路互补地操作”指的是，当第一开关电路处于接通状态时，第二开关电路被置于断开状态，且当第一开关电路处于断开状态时，第二开关电路被置于接通状态。这在以下描述中也是如此。
用于实现该目的的根据本公开的第二方面的电流/电压转换电路是连接到成像元件的电流/电压转换电路，其被配置为将入射的电磁波转换为电流，且被配置为将来自所述成像元件的电流转换为电压，所述电流/电压转换电路包括：
场效应晶体管；
电容器部分；以及
第一开关电路和第二开关电路，被配置为互补地操作，
所述电容器部分的第一端连接到所述场效应晶体管的一个源极/漏极区，且所述电容器部分的第二端连接到所述场效应晶体管的栅极电极，
所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区连接到第一电源和所述电流/电压转换电路的输出部分，以及
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源。
发明的效果
根据本公开的成像面板中的每个成像元件单元包括一个成像元件和一个电流/电压转换电路。另外，与一个成像元件对应地提供根据本公开的第一方面或第二方面的电流/电压转换电路。因此，不像其中对于多个成像元件提供一个电流/电压转换电路的传统技术，不会发生诸如由于行布线导致的从电流/电压转换电路输出的电压信号中的噪声的问题。因此，可以获得高S/N比，且可以试图减少电磁波的辐射量。另外，也能够提供有力抵抗外部干扰的成像元件单元。
附图说明
图1是在实施例1中的成像装置的一部分的等效电路图。
图2A和2B是用于说明在实施例1中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图3A和3B是接着图2B的用于说明在实施例1中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图4A和4B是接着图3B的用于说明在实施例1中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图5是图示实施例1中的成像装置包括的成像元件单元中的各个节点处的电势的示图。
图6是图示连接到输出布线的实施例1和实施例3中的成像装置中包括的M个成像元件单元中耗散的功率的总和。
图7是在实施例2中的成像装置的一部分的等效电路图。
图8是在实施例3中的成像装置的一部分的等效电路图。
图9A和9B是用于说明在实施例3中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图10A和10B是接着图9B的用于说明在实施例3中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图11A和11B是接着图10B的用于说明在实施例3中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图12是图示实施例3中的成像装置包括的成像元件单元中的各个节点处的电势的示图。
图13是在实施例4中的成像装置的一部分的等效电路图。
图14是用于说明在实施例4中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图15是接着图14的用于说明在实施例4中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图16是接着图15的用于说明在实施例4中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图17是接着图16的用于说明在实施例4中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图18是接着图17的用于说明在实施例4中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图19是接着图18的用于说明在实施例4中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图20是接着图19的用于说明在实施例4中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图21是图示实施例4中的成像装置包括的成像元件单元中的各个开关电路的操作的示图。
图22是图示实施例4中的成像装置包括的成像元件单元中的各个节点处的电势的示图。
图23是在实施例5中的成像装置的一部分的等效电路图。
图24A和24B是用于说明在实施例5中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图25A和25B是接着图24B的用于说明在实施例5中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图26是接着图25B的用于说明在实施例5中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图27是在实施例6中的成像装置的一部分的等效电路图。
图28A和28B是用于说明在实施例6中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图29A和29B是接着图28B的用于说明在实施例6中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图30是接着图29B的用于说明在实施例6中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图31是在实施例7中的成像装置的一部分的等效电路图。
图32是用于说明在实施例7中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图33是接着图32的用于说明在实施例7中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图34是接着图33的用于说明在实施例7中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图35是接着图34的用于说明在实施例7中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图36是接着图35的用于说明在实施例7中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图37是接着图36的用于说明在实施例7中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图38是接着图37的用于说明在实施例7中的成像装置中包括的成像元件单元的操作的等效电路图。
图39是图示实施例8中的成像面板的配置例子和其中对应于一个像素的成像元件单元与布线层接合的状态的示图。
图40A和40B是成像元件的概念剖面图。
图41是成像元件单元的示意剖面图。
图42A和42B是当从上和从下看成像元件单元时获得的成像元件单元的示意图。
图43是成像元件单元的改进的概念剖面图。
图44是图示成像装置(X射线平板检测器)的配置例子的示意剖面图。
图45是图示成像装置(X射线平板检测器)的配置例子的改进的示意剖面图。
图46是在图45所示的成像装置(X射线平板检测器)的配置例子的改进中的成像元件单元的放大图。
图47是图示成像装置(X射线平板检测器)的配置例子的不同改进的示意剖面图。
图48是图示成像装置(X射线平板检测器)的配置例子的另一不同改进的示意剖面图。
图49是在图48所示的成像装置(X射线平板检测器)的配置例子的另一不同改进中的通过从上看PET基底的凹-凸形部分的一部分而获得的示意图。
图50是示出了传统X射线平板检测器中包括的成像元件和电流/电压转换电路的例子的等效电路图。
具体实施方式
此后，将参考附图基于实施例来描述本公开。但是，本公开不局限于这些实施例，而各种数值和材料是示例。注意，说明遵循如下描述的顺序。
1.关于根据本公开的成像装置、根据本公开的第一方面和第二方面的电流/电压转换电路以及全部的描述
2.实施例1(根据本公开的成像装置和根据本公开的第一方面的电流/电压转换电路)
3.实施例2(实施例1的改进)
4.实施例3(实施例1的不同改进)
5.实施例4(实施例1的另一不同改进)
6.实施例5(根据本公开的成像装置和根据本公开的第二方面的电流/电压转换电路)
7.实施例6(实施例5的改进)
8.实施例7(实施例5的不同改进)
9.实施例8(实施例1到所实施例7的改进)以及其它
[关于根据本公开的成像装置、根据本公开的第一方面和第二方面的电流/电压转换电路以及全部的描述]
根据本公开的一种成像装置可能包括
电流/电压转换电路，包括运算放大器和电容器部分，
所述运算放大器包括连接到所述电流/电压转换电路的输出部分的输出部分，且包括第一输入部分和第二输入部分，以及
所述电容器部分的第一端连接到所述运算放大器的输出部分，且所述电容器部分的第二端连接到所述运算放大器的第二输入部分和所述成像元件的输出部分。注意，具有这种形式的根据本公开的成像装置在某些情况下为了简便而被称为“根据本公开的第一方面的成像装置”。在此，第一输入部分对应于同相输入部分，且第二输入部分对应于反相输入部分。这在根据本公开的第一方面的上述电流/电压转换电路中也成立。
能够提供具有如下形式的根据本公开的第一方面的成像装置。电流/电压转换电路还包括具有复位开关电路的短路电路，且电容器部分与短路电路并行连接。
能够提供根据本公开的第一方面的成像装置或包括具有以下形式的优选形式的根据本公开的第一方面的电流/电压转换电路。通过来自成像元件的电流来将电荷存储在电容器部分中。
能够提供根据本公开的第一方面的成像装置或根据本公开的第一方面的电流/电压转换电路。
所述电流/电压转换电路包括多个电容器部分和一个切换开关电路，以及
所述多个电容器部分的每个经由所述切换开关电路而连接到所述运算放大器的输出部分和所述运算放大器的第二输入部分。根据这种配置，能够容易地改变电流/电压转换电路的敏感性。
另外，包括优选形式和配置的根据本公开的第一方面的成像装置包括
所述电流/电压转换电路还包括第一开关电路和第二开关电路，
所述运算放大器的第一输入部分连接到第一电源，
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源，以及
所述第一开关电路和所述第二开关电路互补地操作。根据本公开的第一方面的成像装置或具有这种配置的根据本公开的第一方面的电流/电压转换电路还包括
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分和执行与所述第一开关电路相同的操作的第三开关电路，以及
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述运算放大器的输出部分，或者
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路和第六开关电路，
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述运算放大器的输出部分，
所述第二电容器部分的第二端经由所述第四开关电路而连接到所述运算放大器的第二输入部分，且经由所述第五开关电路而连接到所述第一电源，以及
所述第六开关电路被连接在所述电容器部分的第二端和所述第一开关电路和所述运算放大器的第二输入部分之间。注意，在这些配置中，基于来自成像元件的电流的电荷也被存储在第二电容器部分中。
另外，根据本公开的第一方面的成像装置或包括上述优选形式和配置的根据本公开的第一方面的电流/电压转换电路包括：所述电流/电压转换电路还包括连接到运算放大器的输出部分和电流/电压转换电路的输出部分的缓冲器电路。具体地，缓冲器电路的输入部分连接到运算放大器的输出部分，且缓冲器电路的输出部分连接到电流/电压转换电路的输出部分，且进一步连接到输出布线。
或者，根据本公开的成像装置包括
所述电流/电压转换电路包括场效应晶体管和电容器部分，
所述电容器部分的第一端连接到所述场效应晶体管的一个源极/漏极区，且所述电容器部分的第二端连接到所述场效应晶体管的栅极电极和所述成像元件的输出部分，以及
所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区连接到第一电源和所述电流/电压转换电路的输出部分。注意，具有这种形式的根据本公开的成像装置在某些情况下为了简便而被称为“根据本公开的第二方面的成像装置”。
能够提供具有如下形式的根据本公开的第二方面的成像装置。电流/电压转换电路还包括具有复位开关电路的短路电路，且电容器部分与短路电路并行连接。
能够提供根据本公开的第二方面的成像装置或包括具有以下形式的优选形式的根据本公开的第二方面的电流/电压转换电路。通过来自成像元件的电流来将电荷存储在电容器部分中。
根据本公开的第二方面的成像装置或包括上述优选形式的根据本公开的第二方面的电流/电压转换电路包括
所述电流/电压转换电路包括多个电容器部分和一个切换开关电路，以及
所述多个电容器部分的每个经由所述切换开关电路而连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区和所述栅极电极。根据这种配置，能够改变电流/电压转换电路的敏感性。
另外，包括上述形式和配置的根据本公开的第二方面的成像装置包括
所述电流/电压转换电路还包括第一开关电路和第二开关电路，
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源，以及
所述第一开关电路和所述第二开关电路互补地操作。根据本公开的第二方面的成像装置或具有这种配置的根据本公开的第二方面的电流/电压转换电路还包括
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分和执行与所述第一开关电路相同的操作的第三开关电路，以及
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区，或者
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路和第六开关电路，
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区，
所述第二电容器部分的第二端经由所述第四开关电路而连接到所述场效应晶体管的栅极电极，且经由所述第五开关电路而连接到第三电源，以及
所述第六开关电路被连接在所述电容器部分的第二端和所述第一开关电路和所述场效应晶体管的栅极电极之间。注意，在这些配置中，基于来自成像元件的电流的电荷也被存储在第二电容器部分中。
另外，能够提供根据本公开的第二方面的成像装置或包括具有以下配置的上述优选形式和配置的根据本公开的第二方面的电流/电压转换电路。所述电流/电压转换电路还包括连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区和所述电流/电压转换电路的输出部分的缓冲器电路。换句话说，在通过以二维矩阵形式布置M×N个成像元件单元而形成的成像面板中，布置N个输出布线，且M个成像元件单元连接到每个输出布线。
另外，能够提供根据本公开的第一方面或第二方面的成像装置或包括具有如下配置的上述优选形式和配置的根据本公开的第一方面或第二方面的电流/电压转换电路：成像元件单元被整体成形，即，该成像元件和电流/电压转换电路被整体成形。
另外，能够提供包括具有如下形式的上述形式和配置的根据本公开的第一方面或第二方面的成像装置：还包含包括布线的布线层，且每个成像元件单元经由焊接凸点(solder bump)而连接到在布线层中形成的布线。注意，在这种形式中，包括布线的布线层、电流/电压转换电路和成像元件被例如按顺序层叠，且成像元件被置于电磁波的入射侧。
在通过以二维矩阵形式布置M×N个成像元件单元的成像面板中，(4096,4096)、(3072,3072)和(2048,2048)可以被示例为(M,N)的值。另外，43cm×43cm、32cm×32cm和21cm×21cm可以被示例为成像面板的外部形状的尺寸。
如上所述，通过以二维矩形形式布置M×N个成像元件单元来形成根据本公开的成像装置中的成像面板。布置在X方向上延伸的N个输出布线，且M个成像元件单元连接到每个输出布线。另外，布置在Y方向上延伸的M个驱动布线，且N个成像元件单元连接到每个驱动布线。换句话说，以矩阵形式(格子形式)整体布置M个驱动布线和N个输出布线。在驱动布线和输出布线的交叉区域中布置成像元件单元。驱动布线连接到公知驱动电路，且输出布线连接到公知信号处理电路。
注意，在成像元件包括多个像素的情况下，一个成像元件单元可以包括m0个像素(其中，m0是至少2和1×103或更小的整数)。
包括上述优选形式和配置的根据本公开的第一方面或第二方面的成像装置可以具有如下形式：其中，电磁波穿过荧光材料层(闪烁剂层(scintillator layer))且入射在成像元件上，或该成像装置可以具有如下形式：其中，电磁波直接入射在成像元件上。在前者情况下，CaWO4、CdWO4、CsI:Tl、Gd2O2S:Tb、ZnS:Ag和(Gd,M,Eu)2O3可以被示例为荧光材料层(闪烁剂层)中包括的荧光材料。在此，“M”是稀土元素。电磁波(例如具体地X射线)被转换为例如在300nm到800nm的范围内的紫外线、可见光和红外线。在成像装置中的每个成像元件单元可以具有透镜以聚集穿过荧光材料层(闪烁剂层)并入射到成像元件上的光。成像元件可以包括例如公知的光电二极管。在后者的情况下，成像元件可以具有包括诸如例如非晶硒半导体的半导体晶体的电磁波转换层，以使得入射在电磁波转换层上的电磁波在电磁波转换层中生成空穴-电子对且让电流流动。
诸如上述根据本公开的成像装置和根据本公开的第一方面或第二方面的电流/电压转换电路中包括的电路和部件之类的组件本身可以是公知的电路和部件。诸如驱动成像装置或成像元件单元的电路和部件之类的组件也可以是公知的电路和部件。
实施例1
实施例1涉及一种成像装置，更具体地涉及根据本公开的第一方面的成像装置和根据本公开的第一方面的电流/电压转换电路。在图1中图示了实施例1中的成像装置的一部分的等效电路图(连接到一个输出布线的三个成像元件单元的等效电路图)。注意，该电流/电压转换电路等效于电荷/电压转换电路。
实施例1中的成像装置(具体地，X射线平板检测器)10包括成像面板11，在该成像面板11中，以二维矩阵形式布置一个像素或多个像素(在实施例1中，具体地是一个像素)中包括的每个成像元件单元20(也见图39)，
且每个成像元件单元20包括
(a)成像元件30，其将入射的电磁波(具体地，X射线)转换为电流(电荷)，以及
(b)电流/电压转换电路40A，其将来自成像元件30的电流(电荷)转换为电压。注意，X射线平板检测器和通用的配置及结构可以被制成公知的配置和结构。
电流/电压转换电路40A是一种积分电路。电流/电压转换电路40A包括运算放大器41和电容器部分42，且还包括具有复位开关电路44的短路电路43。在此，运算放大器41包括连接到电流/电压转换电路40A的输出部分的输出部分41C、第一输入部分(同相输入部分)41A和第二输入部分(反相输入部分)41B。电容器部分42的第一端连接到运算放大器41的输出部分41C，且电容器部分42的第二端连接到运算放大器41的第二输入部分41B和成像元件30的输出部分(阴极)。另外，电容器部分42与短路电路43并行连接。
电流/电压转换电路40A还包括第一开关电路45和第二开关电路46。
运算放大器41的第一输入部分41A连接到第一电源。
成像元件30的输出部分经由第一开关电路45而连接到电容器部分42的第二端，且经由第二开关电路46而连接到第二电源。
第一开关电路45和第二开关电路46互补地操作。注意，当第一开关电路45处于接通状态时，第二开关电路46被置于断开状态。当第一开关电路45处于断开状态时，第二开关电路46被置于接通状态。在实施例1到实施例4中，第一电源和第二电源包括同一电源22。从电源22输出参考电压VRef。
另外，实施例1中的电流/电压转换电路40A连接到将入射的电磁波(具体地，X射线)转换为电流(电荷)的成像元件30。实施例1中的电流/电压转换电路40A是将来自成像元件30的电流(电荷)转换为电压的电流/电压转换电路。实施例1中的电流/电压转换电路40A包括
(A)运算放大器41，包括连接到电流/电压转换电路40A的输出部分的输出部分41C、和第一输入部分41A以及第二输入部分41B，
(B)电容器部分42，在第一端处被连接到运算放大器41的输出部分41C，且在第二端处被连接到运算放大器41的第二输入部分41B，以及
(C)第一开关电路45和第二开关电路46，互补地操作。
运算放大器41的第一输入部分41A连接到第一电源。
成像元件30的输出部分经由第一开关电路45而连接到电容器部分42的第二端，且经由第二开关电路46而连接到第二电源。注意，电流/电压转换电路40A还包括
(D)短路电路43，具有复位开关电路44。
电容器部分42与短路电路43并行连接。
由成像元件30将入射的电磁波转换为电流。通过来自成像元件30的电流来将电荷存储在电容器部分42中。另外，电流/电压转换电路40A还包括连接到电流/电压转换电路40A的输出部分和运算放大器41的输出部分41C的缓冲器电路47。换句话说，缓冲器电路47的输入部分连接到运算放大器41的输出部分41C，且缓冲器电路47的输出部分经由输出开关电路48而连接到电流/电压转换电路40A的输出部分，且进一步连接到输出布线21。由运算放大器的电源23来驱动该运算放大器41。
输出布线21连接到未示出的图像处理部分。图像处理部分包括例如A/D转换部分、信号处理部分和显示控制部分。A/D转换部分将电压信号转换为数字信号。信号处理部分对数字信号执行信号处理。显示控制部分对经过信号处理的图像信息实施显示控制。图像处理部分可以包括例如个人计算机。
成像元件单元20被整体成形。换句话说，成像元件30和电流/电压转换电路40A被整体形成。注意，将在实施例8中描述成像元件单元的具体配置和结构。另外，对于诸如成像装置10和电流/电压转换电路40A中包括的电路和部件的组件本身，可以使用公知电路和部件。同样对于诸如驱动成像装置10或成像元件单元20的电路和部件的组件，可以使用公知的电路和部件。因此，将省略详细描述。
此后，将参考图2A、图2B、图3A、图3B、图4A和图4B以及图5和图6来描述实施例1中的成像装置和电流/电压转换电路的操作，其中，图2A、图2B、图3A、图3B、图4A和图4B是电流/电压转换电路的等效电路图，图5图示了在实施例1中的成像装置中包括的成像元件单元中的各个节点处的电势，且图6图示了连接到输出布线的M个成像元件单元中耗散的总共功率。注意，在图5、图12和图22中，在白色箭头之间夹着的电势对应于运算放大器41的偏移电压。
[步骤-100：复位模式]
首先，执行电容器部分42的初始化。具体地，在来自运算放大器的电源23的电流IRef被供应给运算放大器41并驱动运算放大器41的状态下，复位开关电路44被置于接通状态(见图2A)。因此，电容器部分42经由短路电路43而被置于短路状态，且电容器部分42被复位。换句话说，在电容器部分42的每个端处的电势变为参考电压VRef。如果经过预定时间且完成电容器部分42的复位，则将复位开关电路44置于断开状态(见图2B)。注意，在[步骤-100]，通过将第一开关电路45置于断开状态并将第二开关电路46置于接通状态来将成像元件30从电流/电压转换电路40A断开连接，且将成像元件30的输出部分(阴极)与电源22连接。因此，即使电磁波(具体地，X射线)入射在成像元件30上，也不在电容器部分42中存储电荷。另外，缓冲器电路47处于截止状态，且不驱动缓冲器电路47，且输出开关电路48处于断开状态，且电流/电压转换电路40A与输出布线21断开连接。在所有成像元件单元中同时执行[步骤-100]到[步骤-110]。
在[步骤-100]，在第二开关电路46中生成噪声。将该噪声存储在成像元件30具有的寄生电容31中(电容值：Cpd)，作为电荷(＝k·T/Cpd)。在此，“k”是波兹曼常数，且“T”是绝对温度。在下个[步骤-110]的开始时，该电荷(k·T/Cpd)被增加(Cpd/Cint)倍，且被存储在电容器部分42中。注意，“Cint”是电容器部分42的电容值。
[步骤-110：采样模式]
然后，通过将第一开关电路45置于接通状态并将第二开关电路46置于断开状态来将成像元件30从电源22断开连接，且将成像元件30的输出部分连接到电流/电压转换电路40A的第二输入部分41B和电容器部分42的第二端。因此，由成像元件30将入射的电磁波转换为电流，且通过来自成像元件30的电流来将电荷存储在电容器部分42中。
在该[步骤-110]，运算放大器41生成的输入参考噪声NZ1被增加(Cpd/Cint)倍，且被存储在电容器部分42中。
[步骤-120：保持模式]
在当经过预定时间时的时间点，通过将第一开关电路45置于断开状态并将第二开关电路46置于接通状态(见图3B)来将成像元件30从电流/电压转换电路40A断开连接，且将成像元件30的输出部分(阴极)与电源22连接。因此，即使电磁波(具体地，X射线)入射在成像元件30上，也不在电容器部分42中存储电荷。例如，在该[步骤-120]，来自运算放大器的电源23的电流(0.5×IRef)被供应给运算放大器41。因此，可以驱动运算放大器41，且能够试图减少在整个电流/电压转换电路40A中的功率耗散。在[步骤-120]，保持电容器部分42中存储的电荷，直到完成自从[步骤-110]的下述[步骤-130]。
在连接到沿X方向延伸的一个输出布线21的M个成像元件单元中按顺序执行[步骤-120]和接下来的步骤。具体地，M个成像元件单元20连接到输出布线21。来自按顺序的第一成像元件单元20、第二成像元件单元20、第三成像元件单元20、……、第m个成像元件单元20、第(m+1)个成像元件单元20、……、第M个成像元件单元20的输出电压V0被输出到输出布线21。另外，在N个输出布线21中，执行将输出电压V0连续输出到输出布线21。另外，同时驱动连接到沿Y方向延伸的一个驱动布线(未示出)的N个成像元件单元。
在该[步骤-120]，运算放大器41生成的输入参考噪声被包括在下述在[步骤-130]生成的输入参考噪声中。因此，需要考虑在[步骤-120]的输入参考噪声。
[步骤-130：输出模式]
如果轮到成像元件单元20输出，则将缓冲器电路47和输出开关电路48置于接通状态(见图4A)。因此，电流/电压转换电路40A连接到输出布线21，且基于电容器部分42中存储的电荷的输出电压V0被输出到输出布线21。换句话说，基于入射的电磁波的能量的输出电压V0被输出到输出布线21。
在该[步骤-130]，运算放大器41生成的输入参考噪声NZ2和缓冲器电路47生成的输入参考噪声NZ3经由缓冲器电路47的输出电阻器的低通滤波器组件和输出布线21的寄生电容而出现在输出布线21的输出端子21A上。
[步骤-140：睡眠模式]
然后，缓冲器电路47和输出开关电路48被置于断开状态，且停止从运算放大器的电源23向运算放大器41的电流的供应(见图4B)。在该[步骤-140]，在成像元件单元20中耗散的功率变得近似为0。
通过以下公式(1-1)来给出作为各个模式中的噪声总和的在一个操作时间段中的噪声NZ0。注意，α表示在[步骤-130]由缓冲器电路47的输出电容器的低通滤波器组件和输出布线21的寄生电容导致的衰减，且存在关系0<α<<1。
NZ0 2＝(k·T/Cpd)×(Cpd/Cint)2
+NZ1 2×(Cpd/Cint)2
+(NZ2 2+NZ3 2)×α2 (1-1)
在[步骤-110]生成的输入参考噪声NZ1是在用电流IRef驱动运算放大器41的状态下的噪声。在[步骤-130]生成的输入参考噪声NZ2是在用电流0.5×IRef驱动运算放大器41的状态下的噪声。因此，关系式
输入参考噪声NZ1<输入参考噪声NZ2
成立。在此，假设
NZ2＝β×NZ1
但是，通常，MOS晶体管电路中生成的噪声的较大部分与(电流值)1/2成反比。因此，假设
1<β<21/2
公式(1-1)可以被重写为：
NZ0 2＝(k·T/Cpd)×(Cpd/Cint)2
+NZ1 2×{(Cpd/Cint)2+β2×α2}
+NZ3 2×α2 (1-2)
如果在此假设α2≈0，则公式(1-2)变为以下公式(1-3)。
NZ0 2＝(k·T/Cpd)×(Cpd/Cint)2
+NZ1 2×(Cpd/Cint)2 (1-3)
以此方式，在[步骤-130]发现，即使用0.5×IRef的电流驱动运算放大器41，也不会加重噪声的出现。因此，可以降低整个电流/电压转换电路40A中耗散的功率，而不加重噪声的出现。注意，如果可以允许噪声出现，也能够用低于0.5×IRef的电流来驱动运算放大器41。
另外，由图6中的实线指示连接到输出布线且在实施例1中的成像装置中包括的M个成像元件中耗散的功率总和。在[步骤-120]到[步骤-140]，其中M个成像元件单元在完成了M个成像元件单元公共的[步骤-100]和[步骤-110](即，其中，M个成像元件同时操作)之后连续以第一成像元件单元20、第二成像元件单元20、第三成像元件单元20、……、第m成像元件单元20、第(m+1)成像元件单元20、……、第M成像元件单元20的顺序操作，M个成像元件单元20中耗散的功率的总和当第一成像元件单元20在[步骤-120]到[步骤-140]操作时最大，且当第M成像元件单元20在[步骤-120]到[步骤-140]操作时最小。换句话说，能够试图减少M个成像元件单元中耗散的功率的总和。
另外，实施例1中的成像面板中的每个成像元件单元包括一个成像元件和一个电流/电压转换电路。另外，提供实施例1中的电流/电压转换电路以对应于一个成像元件。因此，不像传统技术，不会发生诸如由行布线导致的电流/电压转换电路中的噪声出现的问题。因此，可以获得高S/N比，且可以试图减少电磁波(X射线)的辐射量。另外，也能够提供有力抵抗外部干扰的成像元件单元。
注意，如果X射线入射在传统电流/电压转换电路240中的成像元件230上，则成像元件230将入射的电磁波转换为电流，如前所述。将该电流存储在寄生电容231中，作为电荷Qin。在成像元件230中的pn结部分的偏压是0伏特或更小的情况下，入射的电磁波不被转换为电流。因此，在传统的电流/电压转换电路中，成像元件230获得的存储电荷量的最大值Qin-max被限制为
Qin-max＝Cpd×VRef
换句话说，运算放大器241的输入电压的动态范围被VRef限制。换句话说，当运算放大器241的电源电压是Vcc时，来自运算放大器241的输出电压的动态范围被(Vcc-VRef)限制。因此，如果运算放大器241的输入电压的动态范围通过使得参考电压VRef为高值而增加，来自运算放大器241的输出电压的动态范围减少。存在难以获得运算放大器241的输入电压的动态范围和来自运算放大器241的输出电压的动态范围之间的适当平衡的问题。
另外，通常即使在没有用X射线照射成像元件的状态下，也经常在成像元件的pn结部分中出现暗电荷。暗电荷被观察为输出偏移电压。能够通过从当用X射线照射成像元件时获得的输出电压中减去输出偏移电压来掌握纯粹存储的电荷的量。但是，当图50所示的传统电流/电压转换电路中的成像元件230用具有对应于电荷Qin的能量的X射线照射时，成像元件230的偏压与(VRef–Qin/Cint)成比例地变化。由于暗电荷涉及pn结部分中的空穴层的深度，因此暗电荷取决于成像元件230的偏压而变化。因此，在传统技术中，即使从当用X射线照射成像元件时获得的输出电压中减去输出偏移电压，也不能完全消除由暗电荷导致的输出偏移电压。因此，难以准确掌握存储的电荷量，即用来照射成像元件的X射线的能量。
另一方面，当X射线入射在实施例1中的成像元件30上时，成像元件30将入射的电磁波转换为电流。但是，不将该电流存储在寄生电容31中，而存储在电容器部分42中作为电荷。因此，由成像元件30获得的存储电荷量的最大值不受寄生电容31的电容值约束。基于电容器部分42中存储的电荷Qin的输出电压V0可以通过
V0＝Qin/Cint
来获得。但是，运算放大器41的输入电压的动态范围和来自运算放大器41的输出电压的动态范围仅受(Vcc–VRef)约束。能够容易地获得输入电压的动态范围和输出电压的动态范围的适当并存。另外，成像元件的偏压不取决于Qin，但被固定为运算放大器的第一输入部分(同相输入部分)的电压(参考电压VRef)。因此，成像元件中的暗电荷变为常数，且变得能够通过从在用电磁波照射成像元件单元20的情况下获得的来自成像元件单元20的输出电压中减去在不用电磁波照射成像元件单元20的情况下获得的来自成像元件单元20的输出电压来掌握不包括黑电流的影响的来自成像元件的纯粹电荷。
实施例2
实施例2是实施例1的改进。图7中示出了等效电路图。在实施例2中的成像装置或电流/电压转换电路40B中，电流/电压转换电路40B包括多个电容器部分(在所示的例子中，三个电容器部分42A、42B和42C)和多个切换开关电路(在所示的例子中，三个切换开关电路51A、51B和51C)。多个电容器部分42A、42B和42C分别经由切换开关电路51A、51B和51C而连接到运算放大器41的输出部分41C，且连接到运算放大器41的第二输入部分41B。根据这种配置，能够容易地改变电流/电压转换电路41的敏感性。
除了以上描述的点以外，实施例2中的成像装置或电流/电压转换电路的配置和结构可以与实施例1中描述的成像装置或电流/电压转换电路的配置和结构类似。因此，将省略详细描述。另外，实施例2中的配置可以被应用于实施例3到实施例8。
实施例3
实施例3也是实施例1的改进。在图8中图示了等效电路图(连接到一个输出布线的两个成像元件单元的等效电路图)。实施例3中的成像装置的电流/电压转换电路40C还包括第二电容器部分52和执行与第一开关电路45相同的操作的第三开关电路53。第二电容器部分52的第一端经由第三开关电路53而连接到运算放大器41的输出部分41C。另外，第二电容器部分52的第一端连接到缓冲器电路47的输入部分。
除了以上描述的点以外，实施例3中的成像装置或电流/电压转换电路的配置和结构可以与实施例1到实施例2中描述的成像装置或电流/电压转换电路的配置和结构类似。因此，将省略详细描述。在实施例3中，与稍后描述的实施例1相比，能够通过增加第二电容器部分作为运算放大器的负载电容来试图进一步减少电流/电压转换电路中耗散的功率。
此后，将参考图9A、图9B、图10A、图10B、图11A和图11B以及图12来描述实施例3中的成像装置和电流/电压转换电路的操作，其中，图9A、图9B、图10A、图10B、图11A和图11B是电流/电压转换电路的等效电路图，图12图示了在实施例3中的成像装置中包括的成像元件单元中的各个节点处的电势。
[步骤-300：复位模式]
首先，执行电容器部分42的初始化。具体地，以与实施例1中的[步骤-100]相同的方式来通过将复位开关电路44置于接通状态且将第三开关电路53置于断开状态来复位电容器部分42(见图9A)。如果经过预定时间且完成电容器部分42的复位，则将复位开关电路44置于断开状态(见图9B)。在所有成像元件单元中同时执行[步骤-300]到[步骤-310]。
在[步骤-300]，在第二开关电路46中出现噪声。将该噪声存储在成像元件30具有的寄生电容31(电容值：Cpd)中，作为电荷(＝k·T/Cpd)。在下个[步骤-310]的开始时，该电荷(＝k·T/Cpd)被增加(Cpd/Cint)倍，且被存储在电容器部分42中。
[步骤-310：采样模式]
然后，将第三开关电路53置于接通状态，且另外，将第一开关电路45置于接通状态，且将第二开关电路46置于断开状态。以与实施例1中的[步骤-110]相同的方式，由成像元件30将入射的电磁波转换为电流。通过来自成像元件30的电流来将电荷存储在电容器部分42中，并进一步存储在第二电容器部分52(见图10A)。在作为运算放大器41的负载电容的第二电容器部分52的第一端处的电势变为参考电压VRef和电容器部分42的两端之间的电势差的和。
在该[步骤-310]，运算放大器41生成的输入涉及的噪声NZ1被增加(Cpd/Cint)倍，且被存储在电容器部分42中。另外，在第三开关电路53中生成噪声。将该噪声存储在第二电容器部分52中，作为电荷(＝k·T/Cdum)。注意，“Cdum”是第二电容器部分52的电容值。
[步骤-320：保持模式]
在当经过了预定时间时的时间点，将第一开关电路45置于断开状态，且将第二开关电路46置于接通状态。因此，成像元件30与电流/电压转换电路40C断开，且成像元件30的输出部分(阴极)与电源22相连接。将第三开关电路53置于断开状态。另外，停止从运算放大器的电源23向运算放大器41的电流的供应(见图10B)。因此，与实施例1相比，能够试图进一步减少整个电流/电压转换电路40C中耗散的功率。在连接到一个输出布线21的M个成像元件单元中连续执行[步骤-320]和接下来的步骤。
[步骤-330：输出模式]
如果轮到成像元件单元20输出，则将缓冲器电路47和输出开关电路48置于接通状态(见图11A)。因此，电流/电压转换电路40C连接到输出布线21，且基于第二电容器部分52中存储的电荷(输入电荷量)的输出电压V0被输出到输出布线21。换句话说，基于入射的电磁波的能量的输出电压V0被输出到输出布线21。
在该[步骤-330]，缓冲器电路47生成的输入参考噪声NZ3经由缓冲器电路47的输出电阻器的低通滤波器组件和输出布线21的寄生电容而出现在输出布线21的输出端子21A上。
[步骤-340：睡眠模式]
然后，将缓冲器电路47和输出开关电路48置于断开状态(见图11B)。在该[步骤-340]，在成像元件单元20中耗散的功率变得近似为0。
通过以下公式(3-1)来给出作为各个模式中的噪声总和的在一个操作时间段中的噪声NZ0。
NZ0 2＝(k·T/Cpd)×(Cpd/Cint)2
+NZ1 2×(Cpd/Cint)2
+k·T/Cdum
+NZ3 2×α2 (3-1)
如果假设在此α2≈0，公式(3-1)变为以下公式(3-2)。
NZ0 2＝(k·T/Cpd)×(Cpd/Cint)2
+NZ1 2×(Cpd/Cint)2
+k·T/Cdum (3-2)
将公式(1-3)和公式(3-2)相比较，噪声在实施例3中增加了k·T/Cdum。另外，执行从[步骤-320]到[步骤-330]的重要切换，缓冲器电路47从断开状态切换为接通状态。因此，有必要在缓冲器电路47的输入部分中的电容中存储电荷。从第二电容器部分52供应该电荷。应该基于可允许的噪声来确定第二电容器部分52的电容值Cdum为适当的值。
另外，由图6中的虚线指示连接到输出布线且在实施例3中的成像装置中包括的M个成像元件中耗散的功率总和。在[步骤-320]到[步骤-340]，其中M个成像元件单元在完成了M个成像元件单元公共的[步骤-300]和[步骤-310](即，其中，M个成像元件同时操作)之后连续以第一成像元件单元20、第二成像元件单元20、第三成像元件单元20、……、第m成像元件单元20、第(m+1)成像元件单元20、……、第M成像元件单元20的顺序操作，M个成像元件单元中耗散的功率的总和近似为“0”，除了缓冲器电路在[步骤-330]的操作以外。与实施例1相比，能够试图进一步减少M个成像元件单元中耗散的功率的总和。
实施例4
实施例4也是实施例1的改进。在图13中图示了等效电路图(连接到一个输出布线的一个成像元件单元的等效电路图)。实施例4中的成像装置的电流/电压转换电路40D还包括第二电容器部分54、第三开关电路553、第四开关电路554、第五开关电路555和第六开关电路556第二电容器部分54的第一端经由第三开关电路553而连接到运算放大器41的输出部分41C。第二电容器部分54的第二端经由第四开关电路554而连接到运算放大器41的第二输入部分41B，且经由第五开关电路555而连接到电源22。另外，第六开关电路556被连接在电容器部分42的第二端以及第一开关电路45和运算放大器41的第二输入部分41B之间。
除了以上描述的点以外，实施例4中的成像装置或电流/电压转换电路的配置和结构可以与实施例1到实施例2中描述的成像装置或电流/电压转换电路的配置和结构类似。因此，将省略详细描述。在实施例4中，相比于稍后描述的实施例1，能够试图通过增加第二电容器部分并为第二电容器部分提供其中使得第二电容器部分用作运算放大器的负载电容的模式和其中第二电容器部分与电容器部分并行连接的模式来进一步减少电流/电压转换电路中耗散的功率并减少噪声。
此后，将参考图14到20和21以及22来描述实施例4中的成像装置和电流/电压转换电路的操作，其中，图14到20是电流/电压转换电路的等效电路图，图21指示了实施例4中的成像装置中包括的成像元件单元中的各个开关电路的操作，且图22指示了在实施例4中的成像装置中包括的成像元件单元中的各个节点处的电势。
[步骤-400：复位模式]
首先，执行电容器部分42的初始化。具体地，以与实施例1中的[步骤-100]相同的方式来通过将复位开关电路44、第三开关电路553、第四开关电路554和第六开关电路556置于接通状态且将第五开关电路555和输出开关电路48置于断开状态来复位电容器部分42(见图14)。在所有成像元件单元中同时执行[步骤-400]到[步骤-420]。
在该[步骤-400]，在第二开关电路46中出现噪声。将该噪声存储在成像元件30具有的寄生电容31(电容值：Cpd)中，作为电荷(＝k·T/Cpd)。在下个[步骤-410]的开始时，该电荷(＝k·T/Cpd)被增加{(Cpd/(Cint+Cdum)}×{(Cdum/(Cint+Cdum)}倍，且被存储在电容器部分42中，且被增加{(Cpd/(Cint+Cdum)}×{(Cint/(Cint+Cdum)}倍，且被存储在第二电容器部分54中。注意，“Cdum”是第二电容器部分54的电容值。
[步骤-410：预采样模式]
如果经过预定时间且完成电容器部分42的复位，将复位开关电路44置于断开状态，第一开关电路45被置于接通状态，且第二开关电路46被置于断开状态(见图15)。在[步骤-410]，在[步骤-400]存储在寄生电容31中的噪声(电荷)被划分，且被存储在电容器部分42和第二电容器部分54中。如之后所述，传输到电容器部分42的噪声被添加到输入电荷。但是，传输到第二电容器部分54的噪声不被添加到输入电荷。在该[步骤-410]，运算放大器41生成的输入参考噪声NZ1被增加{(Cpd/(Cint+Cdum)}×{(Cint/(Cint+Cdum)}倍，且被存储在第二电容器部分54中。
[步骤-420：采样模式]
然后，将第四开关电路554置于断开状态，且将第五开关电路555置于接通状态(见图16)，且电磁波入射在成像元件30上。因此，由成像元件30将入射的电磁波转换为电流，且通过来自成像元件30的电流来将电荷存储在电容器部分42中。与跨越电容器部分42的电势差对应的电荷被存储在作为运算放大器41的负载电容的第二电容器部分54中。换句话说，第二电容器部分54的第一端处的电势变为参考电压VRef和跨越电容器部分42的电势差的和。运算放大器41的电流/电压转换增益取决于电容器部分42的电容值Cint。
在该[步骤-420]，运算放大器41生成的输入参考噪声NZ2被增加(Cpd/Cint)倍，且被存储在电容器部分42和第二电容器部分54中。另外，第三开关电路553和第五开关电路555中生成的噪声被存储在第二电容器部分54中作为电荷(＝k·T/Cdum)。
[步骤-430：保持模式]
在当经过了预定时间时的时间点，将第一开关电路45置于断开状态，且将第二开关电路46置于接通状态。因此，成像元件30与电流/电压转换电路40D断开，且成像元件30的输出部分(阴极)与电源22相连接。将第三开关电路553置于断开状态。另外，停止从运算放大器的电源23向运算放大器41的电流的供应(见图17)。因此，与实施例1相比，能够试图进一步减少整个电流/电压转换电路40D中耗散的功率。在连接到一个输出布线21的M个成像元件单元中连续执行[步骤-430]和接下来的步骤。
[步骤-440：预输出模式]
如果轮到成像元件单元20输出，则恢复从运算放大器的电源23到运算放大器41的电流的供应。另外，第五开关电路555和第六开关电路556被置于断开状态，且复位开关电路44和第四开关电路554被置于接通状态(见图18)。因此，运算放大器41的第二输入部分41B和输出部分41C处的电势变为VRef。因此，另外，在从稍后描述的[步骤-450]到[步骤-460]的过渡之前，可以将每个节点处的电势设置为预定值。
[步骤-450：输出模式]
然后，将复位开关电路44置于接通状态，且将第三开关电路553置于接通状态。另外，将缓冲器电路47和输出开关电路48置于接通状态(见图19)。因此，电流/电压转换电路40D连接到输出布线21，且基于第二电容器部分54中存储的电荷(输入电荷量)的输出电压V0被输出到输出布线21。换句话说，基于入射的电磁波的能量的输出电压V0被输出到输出布线21。具体地，参考电压VRef和电容器部分42的第一端处的电压的和被输出到输出布线21作为输出电压V0。
在该[步骤-450]，运算放大器41和缓冲器电路47生成的输入参考噪声NZ3和NZ4经由缓冲器电路47的输出电阻器的低通滤波器组件和输出布线21的寄生电容而出现在输出布线21的输出端子21A上。
[步骤-460：睡眠模式]
然后，缓冲器电路47和输出开关电路48被置于断开状态，且停止从运算放大器的电源23向运算放大器41的电流的供应(见图20)。在该[步骤-460]，在成像元件单元20中耗散的功率变得近似为0。
通过以下公式(4-1)来给出作为各个模式中的噪声总和的在一个操作时间段中的输出电压V0中的噪声NZ0。
NZ0 2＝
(k·T/Cpd)×[{Cpd/(Cint+Cdum)}×{Cint/(Cint+Cdum)}]2
+NZ1 2×[{Cpd/(Cint+Cdum)}×{Cint/(Cint+Cdum)}]2
+NZ2 2×(Cpd/Cint)2
+k·T/Cdum
+(NZ3 2+NZ4 2)×α2 (4-1)
如果在此假设α2≈0和Cint<<Cdum，则
{Cint/(Cint+Cdum)}]2≈0,
因此，公式(4-1)变为以下公式(4-2)。
NZ0 2＝NZ2 2×(Cpd/Cint)2+k·T/Cdum (4-2)
将公式(3-2)和公式(4-2)相比较，理解在实施例4中，噪声降低了(k·T/Cpd)×(Cpd/Cint)2。
实施例4中的噪声减少的实质是，在[步骤-400]在第二开关电路46中生成的噪声所导致的电荷(＝k·T/Cpd)在[步骤-410]被划分且被存储在电容器部分42和第二电容器部分54中。换句话说，基于第二电容器部分54中存储的电荷(输入电荷量)的输出电压V0被输出到输出布线21。但是，此时，仅与第二开关电路46中生成的噪声中包括的{Cint/(Cint+Cdum)对应的噪声与输出电压V0一起被输出，且于第二开关电路46中生成的噪声中包括的{Cdum/(Cint+Cdum)对应的噪声被丢弃。因此，并非必需为第二电容器部分54提供其中使得第二电容器部分54用作运算放大器41的负载电容的模式和其中第二电容器部分54与电容器部分42并行连接的模式。还能够采用其中提供两个电容器部分且使得电容器部分之一用作运算放大器41的负载电容和使用电容器部分的另一个作为与电容器部分42并行连接的电容器部分的形式。
作为实施例1、实施例3和实施例4中的各个模式中的噪声总和的在一个操作时间段中的噪声NZ0被如下放在一起：
NZ0 2
＝(k·T/Cpd)×(Cpd/Cint)2+NZ1 2×(Cpd/Cint)2 (1-3)
＝(k·T/Cpd)×(Cpd/Cint)2+NZ1 2×(Cpd/Cint)2+k·T/Cdum (3-2)
＝NZ2 2×(Cpd/Cint)2+k·T/Cdum (4-2)
Cpd的值取决于半导体制造工艺中的成像元件的面积，且现在假设Cpd的值是2pF。另外，Cint的值是取决于成像装置中的系统设置的值(电流/电压转换增益)，且现在假设Cint是0.2pF。另外，Cdum是可以被任意设置的值，且现在假设Cdum是2pF。另外，假设T＝300°K，且波兹曼系数k＝1.38×10-23m2·kg·s-2·K-1。将这些值带入公式(1-3)和公式(4-2)，遵循
NZ0 2:
2.07×10-7+NZ1 2×100 (1-3)
2.07×10-9+NZ2 2×100 (4-2)
通常，不那么难以使得(NZ1 2×100)的值和(NZ2 2×100)的值为10-7的幂。因此，与公式(1-3)相比，可以使得公式(4-2)中的噪声的总和的值更小。
在[步骤-400：复位模式]，还能够将第一开关电路45置于接通状态，且将第二开关电路46置于断开状态，而不是将第一开关电路45置于断开状态且将第二开关电路46置于接通状态。换句话说，当在[步骤-400]将第一开关电路45置于断开状态且将第二开关电路46置于接通状态的情况下在[步骤-410：预采样模式]将第一开关电路45置于接通状态且将第二开关电路46置于断开状态时，成像元件30的输出部分处的电势从VRef改变为(VRef+运算放大器41的偏压)。作为对应于电势改变的电荷向电容器部分42和第二电容器部分54的传输的结果，担心动态范围将变窄。另一方面，在[步骤-400]将第一开关电路45置于接通状态且将第二开关电路46置于断开状态的情况下，在[步骤-410]第一开关电路45和第二开关电路46的状态中不存在变化。换句话说，在从[步骤-400]到[步骤-410]的过渡时，在成像元件30的输出部分处的电势中不存在变化。因此，不担心动态范围将会变窄。注意，在该情况下，公式(4-1)的第一项中的(k·T/Cpd)变为[k·T/Cpd+(运算放大器41中生成的输入参考噪声)2]。但是，最终，该公式变为公式(4-2)，于是噪声不特别增加。
实施例5
实施例5涉及根据本公开的一种成像装置，更具体地涉及根据本公开的第二方面的成像装置和根据本公开的第二方面的电流/电压转换电路。在图23中图示了实施例5中的成像装置的一部分的等效电路图(连接到一个输出布线的两个成像元件单元的等效电路图)。
实施例5中的成像装置(具体地，X射线平板检测器)110包括成像面板111，在该成像面板111中，以二维矩阵形式布置一个像素或多个像素(在实施例5中，具体地是一个像素)中包括的每个成像元件单元120，且每个成像元件单元120包括
(a)成像元件30，其将入射的电磁波(具体地，X射线)转换为电流(电荷)，以及
(b)电流/电压转换电路140A，其将来自成像元件30的电流(电荷)转换为电压。
电流/电压转换电路140A包括场效应晶体管141和电容器部分142。电容器部分142的第一端连接到场效应晶体管141的一个源极/漏极区。电容器部分142的第二端连接到场效应晶体管141的栅极电极和成像元件30的输出部分。场效应晶体管141的该一个源极/漏极区连接到第一电源123和电流/电压转换电路140A的输出部分。另外，电流/电压转换电路140A还包括具有复位开关电路144的短路电路143。电容器部分142与短路电路143并行连接。
电流/电压转换电路140A还包括第一开关电路145和第二开关电路146。
成像元件30的输出部分经由第一开关电路145而连接到电容器部分142的第二端，且经由第二开关电路146而连接到第二电源122。
第一开关电路145和第二开关电路146互补地操作。
另外，实施例5中的电流/电压转换电路140A连接到将入射的电磁波(具体地，X射线)转换为电流(电荷)的成像元件30。实施例5中的电流/电压转换电路140A是将来自成像元件30的电流(电荷)转换为电压的电流/电压转换电路。实施例5中的电流/电压转换电路140A包括
(A)场效应晶体管141，
(B)电容器部分142，以及
(C)互补地操作的第一开关电路145和第二开关电路146。
电容器部分142的第一端连接到场效应晶体管141的该一个源极/漏极区，且电容器部分142的第二端连接到场效应晶体管141的栅极电极。
场效应晶体管141的该一个源极/漏极区连接到第一电源123和电流/电压转换电路140A的输出部分。
成像元件30的输出部分经由第一开关电路145而连接到电容器部分142的第二端，且经由第二开关电路146而连接到第二电源122。注意，电流/电压转换电路140A还包括
(D)短路电路143，具有复位开关电路144。
电容器部分142与短路电路143并行连接。
由成像元件30将入射的电磁波转换为电流。通过来自成像元件30的电流来将电荷存储在电容器部分142中。另外，电流/电压转换电路140A还包括连接到场效应晶体管141的该一个源极/漏极区和电流/电压转换电路140A的输出部分的缓冲器电路147。换句话说，缓冲器电路147的输入部分连接到场效应晶体管141的该一个源极/漏极区，且缓冲器电路147的输出部分经由输出开关电路148而连接到电流/电压转换电路140A的输出部分，且进一步连接到输出布线21。
成像元件单元120被整体成形。换句话说，成像元件30和电流/电压转换电路140A被整体形成。注意，将在实施例8中描述成像元件单元的具体配置和结构。另外，对于诸如成像装置110和电流/电压转换电路140A中包括的电路和部件的组件本身，可以使用公知电路和部件。同样对于诸如驱动成像装置110或成像元件单元120的电路和部件的组件，可以使用公知的电路和部件。因此，将省略详细描述。
此后，将参考图24A、图24B、图25A、图25B、图26来描述实施例5中的成像装置和电流/电压转换电路的操作，其中，图24A、图24B、图25A、图25B和图26是电流/电压转换电路的等效电路图。
[步骤-500：复位模式]
首先，执行电容器部分142的初始化。具体地，将第一电源123置于接通状态，且将复位开关电路144置于接通状态(见图24A)。因此，电容器部分142经由短路电路143而被置于短路状态，且电容器部分142被复位。如果经过预定时间且完成电容器部分142的复位，将复位开关电路144置于断开状态。注意，在[步骤-500]，通过将第一开关电路145置于断开状态并将第二开关电路146置于接通状态来将成像元件30与电流/电压转换电路140A断开连接，且将成像元件30的输出部分(阴极)与第二电源122连接。因此，即使电磁波(具体地，X射线)入射在成像元件30上，也不在电容器部分142中存储电荷。另外，缓冲器电路147处于截止状态，且不驱动缓冲器电路147，且输出开关电路148处于断开状态，且电流/电压转换电路140A与输出布线21断开连接。在所有成像元件单元中同时执行[步骤-500]到[步骤-510]。
[步骤-510：采样模式]
然后，通过将复位开关电路144置于断开状态并将第一开关电路145置于接通状态、且将第二开关电路146置于断开状态，来将成像元件30的输出部分与第二电源122断开，且将成像元件30的输出部分与场效应晶体管141的该一个源极/漏极区和电容器部分142的第二端连接(见图24B)。因此，由成像元件30将入射的电磁波转换为电流，且通过来自成像元件30的电流来将电荷存储在电容器部分142中。
[步骤-520：保持模式]
在当经过了预定时间时的时间点，通过将第一开关电路145置于断开状态并将第二开关电路146置于接通状态(见图25A)来将成像元件30与电流/电压转换电路140A断开连接，且成像元件30的输出部分(阴极)与第二电源122连接。因此，即使电磁波(具体地，X射线)入射在成像元件30上，也不在电容器部分142中存储电荷。在连接到一个输出布线21的M个成像元件单元中顺序地执行[步骤-520]和接下来的步骤。
M个成像元件单元120连接到输出布线21。按顺序来自第一成像元件单元120、第二成像元件单元120、第三成像元件单元120、……、第m个成像元件单元120、第(m+1)个成像元件单元120、……、第M个成像元件单元120的输出电压V0被输出到输出布线21。另外，在N个输出布线21中，执行将输出电压V0到输出布线21的连续输出。在[步骤-520]，保持电容器部分142中存储的电荷，直到完成自从[步骤-510]的下述[步骤-530]。
[步骤-530：输出模式]
如果轮到成像元件单元120输出，则将缓冲器电路147和输出开关电路148置于接通状态(见图25B)。因此，电流/电压转换电路140A连接到输出布线21，且基于电容器部分142中存储的电荷的输出电压被输出到输出布线21。换句话说，基于入射的电磁波的能量的输出电压被输出到输出布线21。
[步骤-540：睡眠模式]
然后，将缓冲器电路147和输出开关电路148置于断开状态，且将第一电源123置于断开状态(见图26)。
实施例5中的成像面板中的每个成像元件单元包括一个成像元件和一个电流/电压转换电路。另外，提供实施例5中的电流/电压转换电路以对应于一个成像元件。因此，不像传统技术，不会发生诸如由行布线导致的电流/电压转换电路中的噪声出现的问题。可以获得高S/N比，且可以试图减少电磁波(X射线)的辐射量。另外，也能够提供有力抵抗外部干扰的成像元件单元。
同样还在实施例5到实施例7中，能够以与实施例2的描述相同的方式使用如下配置：电流/电压转换电路包括多个电容器部分和一个切换开关电路，且该多个电容器部分的每个经由该切换开关电路连接到场效应晶体管的该一个源极/漏极区和栅极电极。
实施例6
实施例6是实施例5的改进。在图27中图示了等效电路图(连接到一个输出布线的两个成像元件单元的等效电路图)。实施例6中的成像装置的电流/电压转换电路140B还包括第二电容器部分152和执行与第一开关电路145相同的操作的第三开关电路153。第二电容器部分152的第一端经由第三开关电路153而连接到场效应晶体管141的该一个源极/漏极区。另外，第二电容器部分152的第一端连接到缓冲器电路147的输入部分。
除了以上描述的点以外，实施例6中的成像装置或电流/电压转换电路的配置和结构可以与实施例5中的成像装置或电流/电压转换电路的配置和结构类似。因此，将省略详细描述。
此后，将参考图28A、图28B、图29A、图29B、图30来描述实施例6中的成像装置和电流/电压转换电路的操作，其中，图28A、图28B、图29A、图29B、图30是电流/电压转换电路的等效电路图。
[步骤-600：复位模式]
首先，执行电容器部分142的初始化。具体地，以与实施例5中的[步骤-500]相同的方式来通过将第一电源123置于接通状态、将复位开关电路144置于接通状态且将第三开关电路153置于断开状态来复位电容器部分142(见图28A)。如果经过预定时间且完成电容器部分142的复位，则将复位开关电路144置于断开状态。在所有成像元件单元中同时执行[步骤-600]到[步骤-610]。
[步骤-610：采样模式]
然后，将第三开关电路153置于接通状态，且另外，将第一开关电路145置于接通状态，且将第二开关电路146置于断开状态。以与实施例5中的[步骤-510]相同的方式，由成像元件30将入射的电磁波转换为电流。通过来自成像元件30的电流来将电荷存储在电容器部分142中，并进一步存储在第二电容器部分152(见图28B)。第二电容器部分152的第一端处的电势变为[(Qin/Cint)+Vgs]。注意，Vgs是场效应晶体管141的栅极和源极之间。
[步骤-620：保持模式]
在当经过了预定时间时的时间点，将第一电源123置于断开状态，将第一开关电路145置于断开状态，且将第二开关电路146置于接通状态。因此，成像元件30与电流/电压转换电路140B断开，且成像元件30的输出部分(阴极)与第二电源122相连接。将第三开关电路153置于断开状态(见图29A)。在连接到一个输出布线21的M个成像元件单元中连续执行[步骤-620]和接下来的步骤。
[步骤-630：输出模式]
如果轮到成像元件单元120输出，则将缓冲器电路147和输出开关电路148置于接通状态(见图29B)。因此，电流/电压转换电路140B连接到输出布线21，且基于第二电容器部分152中存储的电荷(输入电荷量)的输出电压被输出到输出布线21。换句话说，基于入射的电磁波的能量的输出电压被输出到输出布线21。
[步骤-640：睡眠模式]
然后，将缓冲器电路147和输出开关电路148置于断开状态(见图30)。
实施例7
实施例7也是实施例5的改进。在图31中图示了等效电路图(连接到一个输出布线的两个成像元件单元的等效电路图)。实施例7中的成像装置的电流/电压转换电路140C还包括第二电容器部分154、第三开关电路1553、第四开关电路1554、第五开关电路1555和第六开关电路1556。第二电容器部分154的第一端经由第三开关电路1553而连接到场效应晶体管141的该一个源极/漏极区。第二电容器部分154的第二端经由第四开关电路1554而连接到场效应晶体管141的栅极电极，且经由第五开关电路1555而连接到第三电源。另外，第六开关电路1556被放置在电容器部分142的第二端和第一开关电路145和场效应晶体管141的栅极电极之间。注意，在实施例7中，第二电源和第三电源是相同的电源，且它们被统称为第二电源122。
除了以上描述的点以外，实施例7中的成像装置或电流/电压转换电路的配置和结构可以与实施例5中的成像装置或电流/电压转换电路的配置和结构类似。因此，将省略详细描述。
此后，将参考图32到38来描述实施例7中的成像装置和电流/电压转换电路的操作，其中，图32到38是电流/电压转换电路的等效电路图。
[步骤-700：复位模式]
首先，执行电容器部分142的初始化。具体地，以与实施例5中的[步骤-500]相同的方式来通过将第一电源123置于接通状态、将复位开关电路144、第三开关电路1553、第四开关电路1554和第六开关电路1556置于接通状态且将第五开关电路1555和输出开关电路148置于断开状态来复位电容器部分142(见图32)。在所有成像元件单元中同时执行[步骤-700]到[步骤-720]。在[步骤-700]，在第二开关电路146中生成噪声。
[步骤-710：预采样模式]
如果经过预定时间且完成电容器部分142的复位，将复位开关电路144置于断开状态，将第一开关电路145置于接通状态，且将第二开关电路146置于断开状态(见图33)。在该[步骤-710]，在[步骤-700]存储在寄生电容31中的噪声(电荷)被划分，且被存储在电容器部分142和第二电容器部分154中。
[步骤-720：采样模式]
然后，将第四开关电路1554置于断开状态，且将第五开关电路1555置于接通状态(见图34)，且电磁波入射在成像元件30上。因此，由成像元件30将入射的电磁波转换为电流，且将电荷存储在电容器部分142中，且进一步通过来自成像元件30的电流来将电荷存储在第二电容器部分154中。与跨越电容器部分142的电势差对应的电荷被存储在第二电容器部分154中。
[步骤-730：保持模式]
在当经过了预定时间时的时间点，将第一开关电路145置于断开状态，且将第二开关电路146被置于接通状态。因此，成像元件30与电流/电压转换电路140C断开，且成像元件30的输出部分(阴极)与第二电源122相连接。将第三开关电路1553置于断开状态(见图35)。在连接到一个输出布线21的M个成像元件单元中连续执行[步骤-730]和接下来的步骤。
[步骤-740：预输出模式]
如果轮到成像元件单元20输出，则将第五开关电路1555和第六开关电路1556置于断开状态，且将复位开关电路144和第四开关电路1554置于接通状态(见图36)。另外，在从稍后描述的[步骤-750]到[步骤-760]的过渡之前，可以将每个节点处的电势设置为预定值。
[步骤-750：输出模式]
然后，将复位开关电路144置于断开状态，且将第三开关电路1553置于接通状态。另外，将缓冲器电路147和输出开关电路148置于接通状态(见图37)。因此，基于第二电容器部分154中存储的电荷(输入电荷量)的输出电压V0被输出到输出布线21。换句话说，基于入射的电磁波的能量的输出电压V0被输出到输出布线21。
[步骤-760：睡眠模式]
然后，将缓冲器电路147和输出开关电路148置于断开状态，且将第一电源123置于断开状态(见图38)。
实施例8
在实施例8中，将描述成像元件的细节。图39中图示了成像面板11、111和其中对应于一个像素的成像元件单元20、120与布线层60接合的状态的配置例子。注意，在一些附图中，成像元件单元20、120统一用附图标记20来表示。
如前所述，成像元件单元20、120包括成像元件30(例如，光电二极管)和电流/电压转换电路40、140。成像元件单元20、120是以一个像素作为单位用树脂将成像元件30和电流/电压转换电路40、140整体成形而获得的微型光接收芯片(minute light receivingchip)。具体地，成像元件20、120采用边长是200μm或更小的矩形的平面形状。另外，形成作为突起形状焊接端子的焊接凸点61用于成像元件单元20、120。换句话说，在成像元件单元20、120的接合面上形成焊接凸点61。电流/电压转换电路40、140经由焊接凸点61连接到布线层60。在布线层60中形成将电流/电压转换电路40、140连接到外部处理部分(例如A/D转换部分等)的布线63。成像元件单元20、120通过采用像素作为单位而通过焊接凸点61与布线层60进行FC接合(倒装芯片接合(flip chip bonding))。布线层60包括例如柔性印刷布线板。当将芯片表面电连接到基底时，不像布线接合，在FC接合中不通过布线来执行连接。在FC接合中，通过以阵列布置的焊接凸点来执行连接。根据这种配置，变得能够使得成像面板11、111的面积大，且另外，变得能够便宜地制造成像面板11、111。
图40A是部件的概念剖面图。在直接转换系统的X射线平板检测器(FPD)中，成像元件30具有如下结构：偏压电极32、由诸如非晶硒半导体(a-Se)的半导体晶体形成的X射线转换层33和像素电极34被层叠。从X射线生成装置(未示出)发射的X射线通过诸如活体之类的物体(未示出)而传输，然后穿过偏压电极32，且入射在X射线转换层33上。在X射线转换层33中，生成对应于入射的X射线量的电荷(空穴和电子的对)。向偏压电极32给予正电势。因此，具有负电荷的电子e移动到偏压电极32侧，且具有正电荷的空穴h移动到像素电极34侧。像素电极34连接到第一开关电路45和第二开关电路46。移动到像素电极34侧的空穴h经由第一开关电路45对电容器部分42充电。
图40B是部件的概念剖面图。在间接转换系统的X射线平板检测器(FPD)中，成像元件30具有如下结构：闪烁剂层35、光电二极管36和像素电极37被层叠。从X射线生成装置(未示出)发射的X射线通过诸如活体的物体(未示出)而传输，然后穿过偏压电极32，且入射在闪烁剂层35上。在闪烁剂层35中，入射的X射线被转换为光信号。光信号是强还是弱被光电二极管36转换为表示电荷是大还是小的电信号。像素电极37连接到第一开关电路45和第二开关电路46。生成的电荷经由第一开关电路45对电容器部分42充电。
图41图示了其中成像元件20、120接合到布线层60的状态。注意，图41图示的成像元件单元20、120包括光接收IC(集成电路)70，其中成像元件30和电流/电压转换电路40、140被形成为一个芯片。
成像元件单元20、120还包括在光接收IC 70旁边的光遮蔽膜71、布线72、通孔73、凸点下金属(UBM)75和76、和焊接凸点61。在此，光遮蔽膜71覆盖光接收IC 70的除了光接收面70’以外的面。光接收IC 70通过光接收IC的焊接凸点74焊接接合，且经由光接收IC的焊接凸点74和凸点下金属75而连接到布线72。注意，凸点下金属62、75和76是变为焊接凸点的底层金属的金属层，以防止焊料的扩散并保证与焊料的良好结合。凸点下金属62、75和76包括例如镍(Ni)等。另外，布线72连接到通孔73的第一端。通孔73的第二端连接到凸点下金属76。注意，基于通孔填充电镀方法，用导电金属来填充通孔73。
成像元件单元20、120经由布线63上形成的焊接凸点61和凸点下金属62而FC接合到布线层60。对于布线63，在布线63的焊接位置上提供凸点下金属62。在布线63的表面上形成光遮蔽膜64。另外，在布线层60中形成多层布线63。
如果电磁波(X射线)入射在成像元件单元20、120的光接收面70’上，则光接收IC70中的成像元件(未示出)将电磁波转换为电流信号，且光接收IC 70中的电流/电压转换电路(未示出)将电流信号转换为电压信号。成像元件单元20、120中生成的电压信号在接下来的阶段中经由布线层60中的布线63被发送到处理部分。
图42A是当从上方观察成像元件单元20、120时获得的成像元件单元20、120的示意图。成像元件20、120是具有每边中是例如200μm或更小的矩形平面形状的微型芯片。另外，光接收面70’采取每边中是例如100μm或更小的矩形形状。图42B是当从下方观察成像元件单元20、120时获得的成像元件单元20、120的示意图。例如，在成像元件单元20、120的背部上形成十二个焊接凸点61。每个焊接凸点61具有例如15μm或更小的直径。光接收IC 70是具有每边中是例如150μm或更小的矩形平面形状的微型芯片。注意，成像元件单元20、120具有例如20μm或更小的厚度(排除焊接凸点61的厚度)。但是，这些数值是示例。
图43是成像元件单元的改进的概念剖面图。在成像元件单元的改进中，成像元件单元具有两层结构。换句话说，将成像元件30布置在入射了电磁波的上层中，且将电流/电压转换电路40、140布置在下层中。
在此，成像元件单元20、120除了成像元件30和电流/电压转换电路40、140还包括布线72A和72B、凸点下金属75、76和78和光接收IC的焊接凸点74和77。成像元件30通过光接收IC的焊接凸点74焊接接合，且经由光接收IC的焊接凸点74和凸点下金属75而连接到布线72A。另外，电流/电压转换电路40、140通过光接收IC的焊接凸点77焊接接合，且经由光接收IC的焊接凸点77和凸点下金属78而连接到布线72B。布线72A和布线72B彼此连接。布线72B还连接到通孔73。通孔73连接到凸点下金属76。注意，基于通孔填充电镀方法，用导电金属来填充通孔73。成像元件单元20、120经由焊接凸点61和凸点下金属62而FC接合到布线层60。
在成像元件单元20、120中，以此方式将成像元件单元30布置在入射了光的上层中。因此，能够使得一个芯片上的光接收面积大，且变得能够改善光接收效率。另外，可以使得成像元件单元的间距窄。因此，变得能够增加每单位面积可以被接合的成像元件单元的数量，且变得能够改善成像面板的分辨率。例如，当成像元件单元20、120被FC接合到布线层60时的接合间隔是420μm或更小。
在图44中图示了间接转换系统的成像装置(X射线平板检测器)10、110的配置例子。成像装置(X射线平板检测器)10、110包括具有厚度为0.7mm的玻璃的第一基底81和具有厚度为0.7mm的玻璃的第二基底82。第一基底81和第二基底82的外缘部分被密封部件83密封。在第一基底81和第二基底82之间布置具有闪烁剂层35的成像元件单元20、120。如上所述，成像元件单元20、120被FC接合到布线层60。在第一基底81的与成像元件单元20、120相对的面上形成闪烁剂层35。
在传统成像装置(X射线平板检测器)中，在玻璃基底上形成TFT阵列、成像元件等，然后通过使用真空工艺在成像元件阵列上形成闪烁剂层。
另一方面，在图44中所示的成像装置(X射线平板检测器)10、110中，成像元件30和电流/电压转换电路40、140被整体成形。以像素作为单位，在布线层60上布置形成有焊接凸点61的成像元件单元20、120的光接收IC 70，且用焊接凸点61来FC接合该光接收IC 70。由此，能够容易地应对增加的面积。另外，由于基于FC接合来进行制造，因此不需要大规模、昂贵的接合装置，且能够不贵地制造(量产)具有大面积的成像装置(X射线平板检测器)。
如果第一基底81和第二基底82的每个包括膜，则能够给成像装置(X射线平板检测器)10、110提供灵活性。例如，第一基底81可以包括聚乙烯-对苯二酸盐膜(PET膜)，且第二基底82可以包括具有热阻的聚酰亚胺膜。
通常从诸如X射线生成装置之类的点光源发射X射线。由于高温汽化制造来产生传统成像装置(X射线平板检测器)，因此使用平玻璃板，且传统成像装置不能被弯曲。随着照射位置移动得更远离用X射线照射的中心位置，X射线行进直到X射线到达成像装置的照射面的距离改变。因此，在用大面积来进行成像的情况下，在用X射线照射的中心位置中且在中心位置周围的位置中获得准确的图像信息。但是，随着照射位置移动得更远离中心位置和中心位置周围的位置，该图像变得不清楚。因此，在通过使用传统成像装置来用大面积进行成像的情况下，在多个不同位置中进行成像，且通过用图像处理耦合多个成像视图之间的结合点，来生成一个视图。
另一方面，根据本公开的成像装置可以被弯曲。因此，变得能够弯曲该成像装置以使得从X射线源到成像装置的照射面的到达距离尽可能地相等。因此，不像传统成像装置，即使在用大面积进行成像的情况下，不需要在多个位置中进行成像，且不需要进行耦合多个成像视图的工作。变得能够容易地通过进行成像一次来获得准确的图像信息。
在图45中图示了成像装置(X射线平板检测器)10、110的改进。在该改进中，在成像元件单元20、120的光接收面上形成透镜。具体地，成像元件单元20、120被FC接合到布线层60，然后通过使用例如分配器来在每个成像元件单元20、120上进行透明树脂84的灌注(plotting)工作(树脂填充工作)。可以通过使用透明树脂84来形成透镜。在图46中图示了一个成像元件单元20、120的放大图。从闪烁剂层35发射的光由透明树脂84折射，且在成像元件单元20、120的光接收面70’上聚焦。因此，可以改善光接收效率。
在图47中图示了成像装置(X射线平板检测器)10、110的不同改进。在该改进中，在每个成像元件单元20、120上方放置透镜部分85。对于通过对玻璃、塑料等成形而获得的透镜部分85，形成用于透镜部分的焊接凸点86。透镜部分85被FC结合到布线层60以覆盖成像元件单元20、120。透镜部分85将从闪烁剂层35发射的光聚焦到成像元件单元20、120的光接收面上。注意，重要的是将透镜部分85的中心光轴与成像元件单元20、120的光接收面的中心对齐。在该情况下，透镜部分85经由透镜部分的焊接凸点86被焊接接合到布线层60，且随后，该位置被焊料的自对齐效应自动地校正。注意，自对齐效应意思是其中通过焊料的表面张力而移动一个部件，且该部件被自动移动到例如焊盘(land)的中心附近的现象。根据焊料的自对齐效应的动作，能够仅通过穿过回流熔炉的通道、以例如±1μm或更小的误差、将透镜部分85的中心光轴与成像元件单元20、120的光接收面的中心对齐。能够自动地校正这些位置。
在图48中图示了成像装置(X射线平板检测器)10、110的另一不同改进。在该改进中，在成像元件单元的光接收面上方放置具有凸面部分和凹面部分的基底。具体地，在闪烁剂层35和成像元件单元20、120之间提供PET基底87。在PET基底87的与成像元件单元20、120相反的面上每个成像元件单元20、120形成凹面-凸面形状。换句话说，在PET基底87的与成像元件单元20、120相反的面上形成凸面部分88A和凹面部分88B。在图49中图示了通过从成像元件单元侧观看PET基底87的凹面-凸面形部分的一部分而获得的视图。放置凸面部分88A以完全反射从闪烁剂层35发射的光且将该完全反射的光聚焦到成像元件单元20、120的光接收面上。另外，在两个凸面部分88A之间形成的凹面部分88B和布线层60之间形成具有大直径的用于接合的焊接凸点89。PET基底87经由用于接合的焊接凸点89而接合到布线层69。注意，凸面部分88A的尖端部分和成像元件单元20、120的光接收面的定位变得重要。但是，在凹面部分88B和布线层60之间形成用于接合的焊接凸点89。因此，通过焊料的对齐效应来自动校正位置。换句话说，根据进行焊料的自对齐效应，能够仅通过穿过回流熔炉的通道、将凸面部分88A的尖端部分与成像元件单元20、120的光接收面的中心对齐。能够自动地校正这些位置。
到此，已经基于优选实施例来描述了本公开。但是，本公开不限于这些实施例。实施例中的电流/电压转换电路、成像装置或成像元件单元的配置和结构是示例。可以适当地改变这些配置和结构。
注意，本公开可以采用此后描述的配置。
[1]<<成像装置>>
一种成像装置，包括通过以二维矩阵形式布置包括在一个像素或多个像素中的成像元件单元而形成的成像面板，
每个成像元件单元包括
成像元件，被配置为将入射的电磁波转换为电流；以及
电流/电压转换电路，被配置为将来自所述成像元件的电流转换为电压。
[2]在[1]中所述的成像装置，其中，一个成像元件单元包括m0个像素(其中，m0是至少2和1×103或更小的整数)。
[3]在[1]或[2]中所述的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路包括运算放大器和电容器部分，
所述运算放大器包括连接到所述电流/电压转换电路的输出部分的输出部分，且包括第一输入部分和第二输入部分，以及
所述电容器部分的第一端连接到所述运算放大器的输出部分，且所述电容器部分的第二端连接到所述运算放大器的第二输入部分和所述成像元件的输出部分。
[4]在[3]中所述的成像装置，其中
电流/电压转换电路还包括具有复位开关电路的短路电路，以及
所述电容器部分与短路电路并行连接。
[5]在[3]或[4]中所述的成像装置，其中，通过来自所述成像元件的电流来将电荷存储在所述电容器部分中。
[6]在[3]到[5]的任一中所述的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路包括多个电容器部分和一个切换开关电路，以及
所述多个电容器部分的每个经由所述切换开关电路而连接到所述运算放大器的输出部分和所述运算放大器的第二输入部分。
[7]在[3]到[6]的任一中所述的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第一开关电路和第二开关电路，
所述运算放大器的第一输入部分连接到第一电源，
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源，以及
所述第一开关电路和所述第二开关电路互补地操作。
[8]在[7]中所述的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分和执行与所述第一开关电路相同的操作的第三开关电路，以及
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述运算放大器的输出部分。
[9]在[7]中所述的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路和第六开关电路，
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述运算放大器的输出部分，
所述第二电容器部分的第二端经由所述第四开关电路而连接到所述运算放大器的第二输入部分，且经由所述第五开关电路而连接到所述第一电源，以及
所述第六开关电路被连接在所述电容器部分的第二端和所述第一开关电路和所述运算放大器的第二输入部分之间。
[10]在[3]到[9]的任一中所述的成像装置，其中，所述电流/电压转换电路还包括连接到所述运算放大器的输出部分和所述电流/电压转换电路的输出部分的缓冲器电路。
[11]在[1]中所述的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路包括场效应晶体管和电容器部分，
所述电容器部分的第一端连接到所述场效应晶体管的一个源极/漏极区，且所述电容器部分的第二端连接到所述场效应晶体管的栅极电极和所述成像元件的输出部分，以及
所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区连接到第一电源和所述电流/电压转换电路的输出部分。
[12]在[11]中所述的成像装置，其中
电流/电压转换电路还包括具有复位开关电路的短路电路，以及
所述电容器部分与短路电路并行连接。
[13]在[11]或[12]中所述的成像装置，其中，通过来自所述成像元件的电流来将电荷存储在所述电容器部分中。
[14]在[11]到[13]的任一中所述的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路包括多个电容器部分和一个切换开关电路，以及
所述多个电容器部分的每个经由所述切换开关电路而连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区和所述栅极电极。
[15]在[11]到[14]的任一中所述的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第一开关电路和第二开关电路，
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源，以及
所述第一开关电路和所述第二开关电路互补地操作。
[16]在[15]中所述的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分和执行与所述第一开关电路相同的操作的第三开关电路，以及
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区。
[17]在[15]中所述的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路和第六开关电路，
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区。
所述第二电容器部分的第二端经由所述第四开关电路而连接到所述场效应晶体管的栅极电极，且经由所述第五开关电路而连接到第三电源，以及
所述第六开关电路被连接在所述电容器部分的第二端和所述第一开关电路和所述场效应晶体管的栅极电极之间。
[18]在[11]到[17]中所述的成像装置，其中，所述电流/电压转换电路还包括连接到所述运场效应晶体管的所述一个源极/漏极区和所述电流/电压转换电路的输出部分的缓冲器电路。
[19]在[1]到[18]中所述的成像装置，其中，所述成像元件单元被整体成形。
[20]在[1]到[19]的任一中所述的成像装置，其中所述成像元件和电流/电压转换电路被层叠。
[21]在[20]中所述的成像装置，其中，在成像元件单的光接收面上形成透镜。
[22]在[20]中所述的成像装置，其中，在成像元件单的光接收面上方形成透镜。
[23]在[20]中所述的成像装置，其中，在成像元件单元的光接收面上方放置具有凸面部分和凹面部分的基底。
[24]在[1]到[23]的任一中所述的成像装置，其中
形成用于成像元件单元的焊接凸点，以及
成像元件单元经由所述焊接凸点而接合到布线层。
[25]在[24]中所述的成像装置，还包括第一基底和第二基底，其中
在第二基底上形成布线层，
在第一基底上形成闪烁剂层，以及
在布线层和闪烁剂层之间放置多个成像元件单元。
[26]<<电流/电压转换电路：第一方面>>
一种电流/电压转换电路，连接到被配置为将入射的电磁波转换为电流的成像元件，并且被配置为将来自所述成像元件的电流转换为电压，所述电流/电压转换电路包括：
运算放大器，包括连接到所述电流/电压转换电路的输出部分的输出部分，且包括第一输入部分和第二输入部分；
电容器部分，第一端连接到所述运算放大器的输出部分，且第二端连接到所述运算放大器的第二输入部分；以及
第一开关电路和第二开关电路，被配置为互补地操作，
所述运算放大器的第一输入部分连接到第一电源，以及
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源。
[27]在[26]中所述的电流/电压转换电路，还包括具有复位开关电路的短路电路，以及
所述电容器部分与短路电路并行连接。
[28]<<电流/电压转换电路：第二方面>>
一种电流/电压转换电路，连接到被配置为将入射的电磁波转换为电流的成像元件，并且被配置为将来自所述成像元件的电流转换为电压，所述电流/电压转换电路包括：
场效应晶体管；
电容器部分；以及
第一开关电路和第二开关电路，被配置为互补地操作，
所述电容器部分的第一端连接到所述场效应晶体管的一个源极/漏极区，且所述电容器部分的第二端连接到所述场效应晶体管的栅极电极，
所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区连接到第一电源和所述电流/电压转换电路的输出部分，以及
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源，以及
[29]在[28]中所述的电流/电压转换电路，还包括具有复位开关电路的短路电路，其中
所述电容器部分与短路电路并行连接。
[30]在[26]到[29]的任一中所述的电流/电压转换电路，其中，通过来自所述成像元件的电流来将电荷存储在所述电容器部分中。
[31]在[26]到[30]的任一中所述的电流/电压转换电路，其中，所述电流/电压转换电路与所述成像元件整体成形。
附图标记列表
10,110 成像装置(X射线平板检测器)
11,111 成像面板
20,120 成像元件单元
21 输出布线
21A 输出布线的输出端子
22 电源(第一电源和第二电源)
23 运算放大器的电源
122 第二电源或第三电源
123 第一电源
30 成像元件
31 成像元件的寄生电容
32 偏压电极
33X 射线转换层
34,37 像素电极
35 闪烁剂层
36 光电二极管
40A,40B,40C,40D,140A,140B,140C 电流/电压转换电路(电荷/电压转换电路)
41 运算放大器
41A 第一输入部分(同相输入部分)
41B 第二输入部分(反相输入部分)
41C 输出部分
141 场效应晶体管
42,42A,42B,42C,142 电容器部分
43,143 短路电路
44,144 复位开关电路
45,145 第一开关电路
46,146 第二开关电路
47,147 缓冲器电路
48,148 输出开关电路
51A,51B,51C 切换开关电路
52,54,152 第二电容器部分
53,553,1553 第三开关电路
554,1554 第四开关电路
555,1555 第五开关电路
556,1556 第六开关电路
60 布线层
61 焊接凸点
62,75,76 凸点下金属
63,72 布线
64,71 光遮蔽膜
70 光接收IC
70’用于光接收IC的光接收面
73 通孔
74 用于光接收IC的焊接凸点
81 第一基底
82 第二基底
83 密封部件
84 透明树脂
85 透镜部分
86 用于透镜部分的焊接凸点
87 PET基底
88A 凸面部分
88B 凹面部分
89 用于接合的焊接凸点

Claims (20)

1.一种成像装置，包括：
多个成像元件单元，以二维矩阵形式布置，
每个成像元件单元包括成像元件，被配置为将入射的电磁波转换为电流，以及
每个成像元件单元包括电流/电压转换电路，被配置为将来自所述成像元件的电流转换为电压。
2.根据权利要求1的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路包括运算放大器和电容器部分，
所述运算放大器包括连接到所述电流/电压转换电路的输出部分的输出部分，且包括第一输入部分和第二输入部分，以及
所述电容器部分的第一端连接到所述运算放大器的输出部分，且所述电容器部分的第二端连接到所述运算放大器的第二输入部分和所述成像元件的输出部分。
3.根据权利要求2的成像装置，其中，通过来自所述成像元件的电流来将电荷存储在所述电容器部分中。
4.根据权利要求2的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路包括多个电容器部分和一个切换开关电路，以及
所述多个电容器部分的每个经由所述切换开关电路而连接到所述运算放大器的输出部分和所述运算放大器的第二输入部分。
5.根据权利要求2的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第一开关电路和第二开关电路，
所述运算放大器的第一输入部分连接到第一电源，
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源，以及
所述第一开关电路和所述第二开关电路互补地操作。
6.根据权利要求5的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分和执行与所述第一开关电路相同的操作的第三开关电路，以及
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述运算放大器的输出部分。
7.根据权利要求5的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路和第六开关电路，
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述运算放大器的输出部分，
所述第二电容器部分的第二端经由所述第四开关电路而连接到所述运算放大器的第二输入部分，且经由所述第五开关电路而连接到所述第一电源，以及
所述第六开关电路被连接在所述电容器部分的第二端以及所述第一开关电路和所述运算放大器的第二输入部分之间。
8.根据权利要求2的成像装置，其中，所述电流/电压转换电路还包括连接到所述运算放大器的输出部分和所述电流/电压转换电路的输出部分的缓冲器电路。
9.根据权利要求1的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路包括场效应晶体管和电容器部分，
所述电容器部分的第一端连接到所述场效应晶体管的一个源极/漏极区，且所述电容器部分的第二端连接到所述场效应晶体管的栅极电极和所述成像元件的输出部分，以及
所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区连接到第一电源和所述电流/电压转换电路的输出部分。
10.根据权利要求9的成像装置，其中，通过来自所述成像元件的电流来将电荷存储在所述电容器部分中。
11.根据权利要求9的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路包括多个电容器部分和一个切换开关电路，以及
所述多个电容器部分的每个经由所述切换开关电路而连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区和所述栅极电极。
12.根据权利要求9的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第一开关电路和第二开关电路，
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源，以及
所述第一开关电路和所述第二开关电路互补地操作。
13.根据权利要求12的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分和执行与所述第一开关电路相同的操作的第三开关电路，以及
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区。
14.根据权利要求12的成像装置，其中
所述电流/电压转换电路还包括第二电容器部分、第三开关电路、第四开关电路、第五开关电路和第六开关电路，
所述第二电容器部分的第一端经由所述第三开关电路而连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区，
所述第二电容器部分的第二端经由所述第四开关电路而连接到所述场效应晶体管的栅极电极，且经由所述第五开关电路而连接到第三电源，以及
所述第六开关电路被连接在所述电容器部分的第二端以及所述第一开关电路和所述场效应晶体管的栅极电极之间。
15.根据权利要求9的成像装置，其中，所述电流/电压转换电路还包括连接到所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区和所述电流/电压转换电路的输出部分的缓冲器电路。
16.根据权利要求1的成像装置，其中，所述成像元件单元被整体成形。
17.一种电流/电压转换电路，连接到被配置为将入射的电磁波转换为电流的成像元件，并且被配置为将来自所述成像元件的电流转换为电压，所述电流/电压转换电路包括：
运算放大器，包括连接到所述电流/电压转换电路的输出部分的输出部分，且包括第一输入部分和第二输入部分；
电容器部分，第一端连接到所述运算放大器的输出部分，且第二端连接到所述运算放大器的第二输入部分；以及
第一开关电路和第二开关电路，被配置为互补地操作，
所述运算放大器的第一输入部分连接到第一电源，以及
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源。
18.一种电流/电压转换电路，连接到被配置为将入射的电磁波转换为电流的成像元件，并且被配置为将来自所述成像元件的电流转换为电压，所述电流/电压转换电路包括：
场效应晶体管；
电容器部分；以及
第一开关电路和第二开关电路，被配置为互补地操作，
所述电容器部分的第一端连接到所述场效应晶体管的一个源极/漏极区，且所述电容器部分的第二端连接到所述场效应晶体管的栅极电极，
所述场效应晶体管的所述一个源极/漏极区连接到第一电源和所述电流/电压转换电路的输出部分，以及
所述成像元件的输出部分经由所述第一开关电路而连接到所述电容器部分的第二端，且经由所述第二开关电路而连接到第二电源。
19.根据权利要求17或18的电流/电压转换电路，其中，通过来自所述成像元件的电流来将电荷存储在所述电容器部分中。
20.根据权利要求17或18的电流/电压转换电路，其中，所述电流/电压转换电路与所述成像元件整体成形。
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