CN105030261B - 放射线成像装置和放射线成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及放射线成像装置和放射线成像系统。一种像素包括检测放射线的转换元件，以及该元件和信号线之间的开关。读出单元读出信号线上的信号。读出单元包括重置信号线的电势的重置单元。在其期间读出单元读出信号线上的信号的时间段包括第一时间段，在其期间信号线被重置，并且读出在开关不导通的状态下该信号线上的信号，以及第二时间段，在其期间信号线被重置，并且读出由于所述开关导通而产生的信号线上的信号。处理单元计算第二时间段和第一时间段中读出的信号之间的差。
Description
技术领域
本发明涉及一种放射线成像装置和一种放射线成像系统。
背景技术
具有像素阵列的放射线成像装置已经作为用于借助于诸如X射线的放射线进行医学成像诊断和非破坏性检查的放射线成像装置投入实际使用，在像素阵列中，组合了诸如TFT(薄膜晶体管)的开关和诸如光电转换元件的转换元件。每个开关被布置在转换元件和列信号线之间，并且通过导通开关，通过列信号线从转换元件读出信号。
日本专利公开No.2011-255020公开了一种具有相关双采样单元(CDS单元)的放射线检测装置。该CDS单元包括第一样本保持电路、第二样本保持电路和差分放大器。第一样本保持电路保持信号电荷的残留成分(噪声成分)的样本，并且第二样本保持电路保持信号电荷的样本(噪声成分+信号成分)。差分放大器放大第一样本保持电路的输出和第二样本保持电路的输出之间的差。
在用于从转换元件读出信号的列信号线和该列信号线被布置在其中的列内的多个转换元件的电极之间形成寄生电容。由于这些寄生电容，列信号线和转换元件被电容地耦合，并且因此可能发生串扰。因此，当通过列信号线从一行中的像素的转换元件读出信号时，如果另一行中的像素的转换元件的电极的电势由于光电转换而改变，该列信号线的电势可能由于串扰而改变。这可能导致读出的信号的信噪比减小。
注意，相关双采样(CDS)是用于消除KTC噪声的技术，其基于第一采样实例中的噪声成分与第二采样实例中的噪声成分相同的前提。注意，采用通常的CDS，在针对列信号线或者转换元件的电势的重置操作之后，执行第一采样实例，并且此后，在不再一次执行重置操作的情况下执行第二采样实例。如果在第一采样实例和第二采样实例之间执行重置操作，那么在第一采样实例中采样的噪声成分(KTC噪声)将与在第二采样实例中采样的噪声成分(KTC噪声)不同。因此，在这种情况下，不能消除噪声成分。
发明内容
本发明提供了一种对于减小串扰的影响有利的技术。
本发明的第一方面提供了一种放射线成像装置，包括：像素，该像素包括被配置为将放射线转换为电信号的转换元件，以及被配置为将该转换元件连接到信号线的开关；读出单元，被配置为读出出现在所述信号线上的信号；以及信号处理单元，其中读出单元包括被配置为重置该信号线的电势的重置单元，在其期间该读出单元读出出现在所述信号线上的信号的时间段包括：第一时间段，包括由该重置单元重置该信号线的电势的操作，和其后的读出在该开关不导通状态下出现在该信号线上的信号的操作，以及第二时间段，包括由该重置单元重置该信号线的电势的操作，和其后的读出由于该开关导通出现在该信号线上的信号的操作，并且该信号处理单元计算由读出单元在第二时间段内读出的信号和由读出单元在第一时间段内读出的信号之间的差。
本发明的第二方面提供了一种放射线成像系统，包括：被配置为产生放射线的放射线源；以及根据本发明的第一方面定义的放射线成像装置。
本发明的第三方面提供了一种放射线成像装置，包括：像素，该像素包括被配置为将放射线转换为电信号的转换元件，以及被配置为将该转换元件连接到信号线的开关；读出单元，被配置为读出出现在该信号线上的信号；和信号处理单元，其中读出单元包括被配置为重置信号线的电势的重置单元，在其期间该读出单元读出出现在该信号线上的信号的时间段包括：第一时间段，包括由该重置单元重置该信号线的电势的操作，和其后的两次读出在该开关不导通状态下出现在信号线上的信号的操作，以及第二时间段，包括由该重置单元重置信号线的电势的操作，和其后的由读出单元读出在该开关不导通的状态下出现在所述信号线上的信号的操作，以及其后的读出由于开关导通而出现在信号线上的信号的操作，并且该信号处理单元计算第二时间段中由于所述开关导通而出现在该信号线上的信号和第二时间段中在该开关不导通的状态下出现在该信号线上的信号之间的差，与第一时间段中两次读出的信号之间的差之间的差。
本发明的第四方面提供了一种放射线成像系统，包括：被配置为产生放射线的放射线源；和根据本发明的第三方面定义的放射线成像装置。
根据以下参考附图对示例实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的结构的图。
图2是示出包括放射线成像装置的放射线成像系统的结构的示例的图。
图3是示出根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的修改示例的结构的图。
图4是示出由根据本发明的第一实施例的放射线成像装置执行的操作的图。
图5是示出根据本发明的第一实施例的放射线成像装置中的成像像素和感测像素的结构的平面图。
图6A是沿着图5中的线A–A’取得的横截面图。
图6B是沿着图5中的线B–B’取得的横截面图。
图7是示出根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的结构的图。
图8是示出一个比较示例的图。
图9是示出由根据本发明的第一实施例的放射线成像装置执行的操作的图。
图10是示出根据本发明的第二实施例的放射线成像装置的结构的图。
图11是示出由根据本发明的第二实施例的放射线成像装置执行的操作的图。
图12是示出根据本发明的第三实施例的放射线成像装置的结构的图。
图13是示出根据本发明的第三实施例的放射线成像装置的结构的图。
图14是示出根据本发明的第四实施例的放射线成像装置的结构的图。
图15是示出放射线成像系统的结构的示例的图。
具体实施方式
以下将参考附图，通过本发明的示例性实施例描述本发明。
图1示出了根据本发明的第一实施例的放射线成像装置200的结构。放射线成像装置200具有多个像素，这些像素排列在成像区域IR中，以便形成多个行和多个列。该多个像素包括用于获得放射线图像的多个成像像素101，和用于监视放射线的照射的感测像素121。每一个成像像素101包括将放射线转换为电信号的第一转换元件102，和布置在列信号线106和第一转换元件102之间的第一开关103。每一个感测像素121包括将放射线转换为电信号的第二转换元件122和布置在感测信号线125和第二转换元件122之间的第二开关123。感测像素121可与该多个成像像素101的一部分布置在同一列中。
可以使用将放射线转换为光的闪烁体和将光转换为电信号的光电转换元件形成第一转换元件102和第二转换元件122。该闪烁体通常可被形成为片状，以便覆盖成像区域IR，并且它可被多个像素共享。可替代地，可以使用将放射线直接转换为光的转换元件形成第一转换元件102和第二转换元件122。
第一开关103和第二开关123可以，例如，包括薄膜晶体管(TFT)，其中由诸如非晶硅或者多晶硅(优选地，多晶硅)的半导体形成有源区域。
放射线成像装置200具有多个列信号线106和多个驱动线104。列信号线106对应于成像区域IR中的多个列中的一个列。驱动线104对应于成像区域IR中的多个行中的一个行。驱动线104由行选择单元221驱动。
第一转换元件102的第一电极被连接到第一开关103的第一主电极，并且第一转换元件102的第二电极被连接到偏置线108。此处，一个偏置线108在列方向上延伸，并且公共地连接到在列方向上对齐的多个转换元件102的第二电极。偏置线108从电源电路226接收偏置电压Vs。形成一列的多个成像像素101的第一开关103的第二主电极被连接到一个列信号线106。形成一行的多个成像像素101的第一开关103的控制电极被连接到一个驱动线104。
多个列信号线106被连接到读出单元130。此处，读出单元130可以包括多个感测单元132、多路复用器134和模拟数字转换器(以下称为“AD转换器”)136。列信号线106中的每一个被连接到读出单元130的多个感测单元132中对应的感测单元132。此处，一个列信号线106对应于一个感测单元132。感测单元132包括，例如差分放大器。多路复用器134以预定顺序选择多个感测单元132，并且将来自选择的感测单元132的信号提供给AD转换器136。AD转换器136将提供的信号转换为数字信号，并且输出该信号。
第二转换元件122的第一电极被连接到第二开关123的第一主电极，并且第二转换元件122的第二电极被连接到偏置线108。第二开关123的第二主电极被连接到感测信号线125。第二开关123的控制电极被电连接到驱动线124。放射线成像装置200可以具有多个感测信号线125。一个或多个感测像素121可以被连接到一个感测信号线125。驱动线124由驱动单元241驱动。一个或多个感测像素121可以被连接到一个驱动线124。
感测信号线125被连接到读出单元140。此处，读出单元140可以包括多个感测单元142、多路复用器144和AD转换器146。感测信号线125中的每一个可以被连接到读出单元140的多个感测单元142中的对应感测单元142。此处，一个感测信号线125对应于一个感测单元142。感测单元142包括，例如差分放大器。多路复用器144以预定顺序选择多个感测单元142，并且将来自选择的感测单元142的信号提供给AD转换器146。AD转换器146将提供的信号转换为数字信号，并且输出该信号。
读出单元140(AD转换器146)的输出被提供给信号处理单元224，并且由该信号处理单元224处理。基于读出单元140(AD转换器146)的输出，信号处理单元224输出指示放射线成像装置200上放射线的照射的信息。具体地，信号处理单元224感测放射线成像装置200上放射线的照射，并且计算，例如，放射线的照射量和/或累积照射量。控制单元225基于来自信号处理单元224的信息，控制行选择单元221、驱动单元241和读出单元130。例如，基于来自信号处理单元224的信息，控制单元225控制曝光(对应于成像像素101中的发射放射线的电荷累加)的开始和结束。
图2示出了包括放射线成像装置200的放射线成像系统的结构。除了放射线成像装置200之外，该放射线成像系统还包括控制器1002、接口1003、放射线源接口1004和放射线源1005。
控制器1002可以接收放射线剂量A、照射时间B(ms)、管电流C(mA)、管电压D(kV)和作为将在其中监视放射线的区域的放射线感测区域(ROI)等等的输入。如果附接到放射线源1005的曝光开关被操作，那么从放射线源1005辐射放射线。当从布置在放射线感测区域(ROI)内的感测像素121读出的信号的累积值达到放射线剂量A’时，例如，放射线成像装置200的控制单元225经由接口1003向放射线源接口1004发送曝光停止信号。响应于该信号，放射线源接口1004使得放射线源1005停止辐射放射线。此处，放射线剂量A’可由控制单元225基于放射线剂量A、放射线照射强度、单元之间的通信延迟和处理延迟等确定。当发射放射线的时间达到照射时间B时，不论是否存在曝光停止信号，放射线源1005都停止放射线的发射。
在第一实施例中，不可以读出关于存在感测像素121的位置的图像信息，但是可以通过使用感测像素121周围的成像像素101的输出执行内插处理，获得关于存在感测像素121的位置的图像信息。
在图1所示的结构示例中，由分离的读出单元130和140读出来自成像像素101的信号和来自感测像素121的信号，但是如图3所示，它们可由公共读出单元140读出。
图4示出了根据本发明的第一实施例的放射线成像装置200的操作。在下面的描述中，设Vg1到Vgn是施加到驱动成像像素101的驱动线104的信号，并且设Vd1到Vdn是施加到驱动感测像素121的驱动线124的信号。当提供给栅极的信号处于高电平时，第一开关103和第二开关123导通，并且当提供给栅极的信号处于低电平时，第一开关103和第二开关123截止。
时间段T1是用于等待放射线照射的开始的时间段。具体地，时间段T1从当放射线成像装置200的电源接通并且可以捕获放射线图像时起，直到当放射线源1005的曝光开关被操作，并且放射线的照射被感测时为止。
在时间段T1中，Vd1到Vdn被固定在高电平，并且感测像素121的第二开关123固定在导通状态。由信号处理单元224处理读出单元140从感测像素121读出的信号，并且因此感测放射线照射的开始。当放射线照射的开始被感测时，进入时间段T2。在时间段T1中，为了去除转换元件102中产生的暗电流，希望将第一转换元件102周期地重置为固定电势。在本示例中，驱动线104的电压Vg1到Vgn被依次切换到高电平，并且转换元件102被电连接到列信号线106，列信号线106被固定到恒定电压。这防止了由暗电流产生的电荷长时间累加在转换元件102中。时间段T1的长度根据拍摄方法、拍摄状态等显著地改变，并且例如可以为若干秒到若干分钟。
时间段T2是期间发射放射线的时间段。例如，时间段T2是从当放射线照射的开始被感测时到当放射线的曝光量达到最佳放射线剂量时的时间段。还可以说时间段T2是期间放射线的照射量被监测的时间段。在时间段T2，Vd1到Vdn间歇地被切换到高电平，并且感测像素121的第二开关123间歇地被切换到导通状态。
由信号处理单元224处理读出单元140从感测像素121读出的信号，并且因此感测放射线剂量。在时间段T2中，施加到驱动线104的信号Vg1到Vgn被切换到低电平。因此，产生的电荷在成像像素101的第一转换元件102中累加。时间段T2的长度根据拍摄方法，拍摄状态等显著地改变，并且例如可以为大约1毫秒到大约几百毫秒。
当从被布置在放射线感测区域(ROI)中的感测像素121读出的信号的累积值达到放射线剂量A’时，控制单元225使得放射线成像装置200的操作进入时间段T3。同样，此时，控制单元225经由接口1003向放射线源接口1004发送曝光停止信号。
时间段T3是如下的时间段，在该时间段期间，在放射线照射结束之后，读出由于放射线而累积在成像像素101中的信号。在时间段T3中，Vd1到Vdn被切换到低电平。在时间段T3中，为了防止感测信号线125浮置，优选地将感测信号线125连接到固定电势。
在时间段T3中，Vg1到Vgn被依次切换到高电平，以便扫描多个行。由读出单元140读出累加在成像像素101中的信号。在本示例中，根据时间段T1中被最后施加高电平的行，确定被首先施加高电平的行，从而使得成像像素101的累加时间是相同的。在图4中，时间段T1中被最后施加高电平的行是对应于Vg1的行，因此在时间段T3中，从对应于Vg2的行开始依次施加高电平。
在第一实施例中，作为感测像素121的转换元件的第二转换元件122被连接到感测信号线125，感测信号线125是与用于从成像像素101读出信号的列信号线106分离地提供的信号线，因此成像像素101不被连接到感测信号线125。因此，可以减小感测信号线125的寄生电容，使得可以以高响应性监视放射线的照射。
另外，在第一实施例中，通过提供作为用于感测像素121的开关的第二开关123，可以减少感测信号线125的数目，并且可由感测像素121中的每一个感测放射线的照射。此处，可由感测像素121中的每一个感测放射线的结构或者可在包括至少一个感测像素121的每一个放射线感测区域(ROI)中感测放射线的结构有助于实现更适合的放射线剂量控制和曝光控制。
图5是示出根据本发明的第一实施例的放射线成像装置200中的成像像素101和感测像素121的结构的平面图。此处，该平面图等同于在平行于放射线成像装置200的成像区域IR的表面上的正交投影。图6A是沿着图5中的线A-A’取得的横截面图，并且图6B是沿着图5中的线B-B’取得的横截面图。
如图5和图6A所示，感测像素121包括第二转换元件122和第二开关123。在本示例中，放射线由闪烁体(未示出)转换为光，并且第二转换元件122将光转换为电荷，并且累加电荷。注意，第二转换元件122可以被配置为将放射线直接转换为电荷。第二开关123包括TFT(薄膜晶体管)，该TFT输出对应于第二转换元件122中累加的电荷的电信号。第二转换元件122可以是，例如，PIN光电二极管154。第二转换元件122经由第二开关123连接到感测信号线125。第二转换元件122可被布置位于被布置在绝缘支撑基板100上的第二开关123之上，该绝缘支撑基板100是玻璃基板等，层间绝缘层129介于它们之间。例如，第二转换元件122可由第一电极151、PIN光电二极管154和第二电极157构成。
在第二转换元件122之上，保护膜158、第二层间绝缘层159、偏置线108和保护膜160按所述顺序被布置。平坦化膜和闪烁体(未示出)被布置在保护膜160之上。第二电极157经由接触孔连接到偏置线108。具有透光属性的ITO被用于第二电极157，第二电极157被配置为在闪烁体(未示出)将放射线转换成光之后能够透过光。
如图5和图6B所示，成像像素101包括第一转换元件102和第一开关103。在本示例中，放射线由闪烁体(未示出)转换为光，并且类似于第二转换元件122，第一转换元件102将光转换为电荷，并且累加电荷。注意，第一转换元件102可以被配置为将放射线直接转换为电荷。第一开关103包括TFT(薄膜晶体管)，该TFT输出对应于第一转换元件102内累加的电荷的电信号。第一转换元件102可以是，例如，PIN光电二极管154。第一转换元件102经由第一开关103被连接到列信号线106。第一转换元件102可被布置位于布置在绝缘支撑基板100上的第一开关103之上，绝缘支撑基板100是玻璃基板等，层间绝缘层129介于它们之间。例如，第一转换元件102可由第一电极151、PIN光电二极管154和第二电极157构成。第一转换元件102和第二转换元件122可由，例如，MIS传感器构成。
接着将参考图7到9提供读出单元140的结构和操作的具体示例。图7示出了读出单元140结构的示例。图8示出了比较示例。图9示出了由读出单元140执行的操作的示例。
读出单元140的感测单元142包括放大电路AMP、保持电容器HC和采样开关SW。放大电路AMP包括具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子的差分放大器DA，以及反馈电容器Cf和在第一输入端子和输出端子之间并联设置的重置开关(重置单元)RS。感测信号线125被连接到第一输入端子，并且向第二端子提供参考电势REF。采样开关SW被布置在差分放大器DA(放大电路AMP)的输出端子和保持电容器HC之间。VA是感测像素121的第二电极151的电势，并且VB是差分放大器DA(放大电路AMP)的输出端子的电势。图8和9中的“驱动信号”是被施加到驱动线124的信号。
在放射线照射期间(图4中的时间段T2)，成像像素101的第二电极151的电势改变。与之相伴地，感测信号线125的电势由于经由第二电极151和感测信号线125之间的寄生电容的串扰而改变。因此，如图8(比较示例)所示，差分放大器DA(放大电路AMP)的输出端子的电势VB也改变。在图8中，“串扰成分”指示对应于由于串扰而产生的感测信号线125的电势变化的VB的变化。另外，“放射线成分”指示对应于由第二开关123导通所引起的感测信号线125的电势(即，第二转换元件122中累加的电荷)的变化的VB的变化。“串扰成分”和“放射线成分”被包括在由于采样信号SH被切换到高电平从而使得采样开关SW导通而累加在保持电容器HC中的信号中。
以下将参考图9描述用于减少串扰的影响的操作。首先，重置信号ΦR在时刻t0处被切换到高电平，并且重置开关RS导通。因此，VB被重置到参考电势REF。在重置信号ΦR切换到低电平和重置开关RS截止时(时刻t1)，VB由于串扰开始改变。
接着，由于采样信号SH从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t2为止)，对保持电容器HC执行采样。因此，对应于串扰成分的信号S1被保持在保持电容器HC中。经由多路复用器144和AD转换器146输出信号S1。
接着，重置信号ΦR在时刻t3切换到高电平，并且重置开关RS导通。因此，VB被重置到参考电势REF。在重置信号ΦR切换到低电平并且重置开关RS截止时(时刻t4)，VB再一次由于串扰而开始改变。
接着，在时刻t5到t6，由于驱动线124的电势切换到高电平，第二开关123导通。此时，VB根据累加在第二转换元件122中的电荷的量而改变。另外，即使在第二开关123导通的状态下照射也继续进行，因此电势VB由于串扰继续改变。
接着，由于采样信号SH从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t7为止)，对保持电容器HC执行采样。因此，对应于串扰成分和放射线成分的信号S2被保持在保持电容器HC中。经由多路复用器144和AD转换器146输出信号S2。
通过使得重置开关RS在从时刻t3到时刻t4的时间段导通，感测信号线125的电势被重置到参考电势REF，从而信号S1中的串扰成分和信号S2中的串扰成分的值变为非常接近。因此，信号处理单元224计算信号S2和信号S1之间的差，由此可以检测净放射线成分(放射线的照射量)，或更具体地，减小串扰成分。此处，通过使得图9中的TT1和TT2相等，可以减小信号S1中的串扰成分和信号S2中的串扰成分之间的差。
此处，信号S1是在感测信号线125的电势被重置为参考电势REF之后，不使得第二开关123导通的状态下，出现在感测信号线125上的信号。信号S2是由于在感测信号线125的电势被重置为参考电势REF之后，使得第二开关123导通，而出现在感测信号线125上的信号。
在其期间读出单元140读出出现在感测信号线125上的信号的时间段P包括第一时间段P1和第二时间段P2。第一时间段P1包括由重置开关(重置单元)RS重置感测信号线125的电势的操作(t0到t1)，以及其后的读出在第二开关123不导通的状态下出现在感测信号线125上的信号的操作。第二时间段P2包括由重置开关RS重置感测信号线125的电势的操作(t3到t4)，以及其后的读出由于第二开关123导通而出现在感测信号线125上的信号的操作。
通过如上所述地移除串扰成分，可以高精度地感测放射线的照射量。特别地，在感测放射线照射的开始、感测放射线的累积照射量(放射线剂量)等时，由于该信号在短时间内被读出的事实，信号值是小的。因此，移除串扰成分具有重大的意义。
在图9所示的示例中，为了对信号S1和信号S2采样，重置开关RS在从t0到t1的时间段内并且在从t3到t4的时间段内导通。此处，不可以通过计算信号S1和信号S2之间的差去除在重置开关RS截止时被确定的KTC噪声。然而，通过提供与列信号线106不同的感测信号线125，可以减小感测信号线125的寄生电容，并且因此可以减小KTC噪声。
接着将参考图10和11描述本发明的第二实施例。第二实施例提供了读出单元140的结构和操作的另一个具体示例。图10示出了读出单元140的结构示例。图11示出了由根据第二实施例的读出单元140执行的操作的示例。第二实施例中未提到的项目可以如第一实施例中所述。
在第二实施例中，除了放大电路AMP之外，感测单元142还包括第一采样开关SW1、第二采样开关SW2、第一保持电容器HC1和第二保持电容器HC2。
首先，重置信号ΦR在时刻t0处切换到高电平，并且重置开关RS导通。因此，VB被重置到参考电势REF。在重置信号ΦR切换到低电平并且重置开关RS截止时(时刻t1)，VB由于串扰开始改变。
接着，由于第一采样信号SH1从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t2为止)，对第一保持电容器HC1执行采样。因此，对应于时刻t2处的串扰成分的信号S1被保持在第一保持电容器HC1内。
接着，由于第二采样信号SH2从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t3为止)，对第二保持电容器HC2执行采样。因此，对应于时刻t3处的串扰成分的信号S1’被保持在第二保持电容器HC2内。经由多路复用器144和AD转换器146输出信号S1和S1’。信号S1’和信号S1之间的差S1”对应于时间段TT1中的串扰成分。另外，差S1”是由两个采样实例产生的差，这两个采样实例中的每一个都发生在重置开关RS截止之后，并且因此KTC噪声被移除。
接着，重置信号ΦR在时刻t4切换到高电平，并且重置开关RS导通。因此，VB被重置到参考电势REF。在重置信号ΦR切换到低电平并且重置开关RS截止时(时刻t5)，VB再一次由于串扰而开始改变。
接着，由于第一采样信号SH1从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t6为止)，对第一保持电容器HC1执行采样。因此，对应于时刻t6的串扰成分的信号S2被保持在第一保持电容器HC1中。
接着，在从t7到t8的时间段中，由于驱动线124的电势切换到高电平，第二开关123导通。此时，VB根据第二转换元件122中累加的电荷的量而改变。另外，即使在第二开关123导通的状态下照射也继续进行，因此电势VB由于串扰继续改变。
接着，由于第二采样信号SH2从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t9为止)，对第二保持电容器HC2执行采样。因此，对应于时刻t9处的串扰成分的信号S2’被保持在第二保持电容器HC2中。经由多路复用器144和AD转换器146输出信号S2和S2’。信号S2’和信号S2之间的差S2”对应于时间段TT2中的串扰成分和放射线成分。另外，差S2”是由两个采样实例产生的差，这两个采样实例中的每一个都发生在重置开关RS截止之后，并且因此KTC噪声被移除。
通过使得重置开关RS在从时刻t4到时刻t5的时间段导通，感测信号线125的电势被重置到参考电势REF，从而差S1”中的串扰成分和差S2”中的串扰成分的值变为非常接近。因此，信号处理单元224计算差S2”和差S1”之间的差，由此可以检测净放射线成分(放射线的照射量)，或更具体地，减小串扰成分。另外，差S1”和S2”不包括KTC噪声，并且因此差S2”和差S1”之间的差也不包括KTC噪声。此处，通过使得图11中的TT1和TT2相等，可以减小差S1”中的串扰成分和差S2”中的串扰成分之间的差。
此处，差S1”是在感测信号线125的电势被重置为参考电势REF之后，在不使得第二开关123导通的状态下，出现在感测信号线125上的信号的改变量。差S2”是当在感测信号线125的电势被重置为参考电势REF之后，第二开关123从截止状态改变为导通状态时，出现在感测信号线125上的信号的改变量。
在其期间读出单元140读出出现在感测信号线125上的信号的时间段P包括第一时间段P1和第二时间段P2。第一时间段P1包括由重置开关(重置单元)RS重置感测信号线125的电势的操作(t0到t1)，以及其后的两次读出在第二开关123不导通的状态下出现在感测信号线125上的信号的操作。第二时间段P2包括由重置开关RS重置感测信号线125的电势的操作(t3到t4)，以及其后的读出在第二开关123不导通的状态下出现在感测信号线125上的信号的操作。第二时间段P2还包括读出由于第二开关123导通而出现在感测信号线125上的信号的操作。VA是成像像素101的第二电极151的电势，并且VB是差分放大器DA(放大电路AMP)的输出端子的电势。
图12示出了根据本发明的第三实施例的放射线成像装置200的结构。图13示出了根据本发明的第三实施例的放射线成像装置200内的读出单元130的结构的示例。根据第三实施例的放射线成像装置200不包括感测像素121和从感测像素121读出信号的读出单元140。注意，根据第三实施例的放射线成像装置200不以不包括感测像素121和读出单元140为特征，并且可以包括感测像素121和读出单元140。
第三实施例的放射线成像装置200减小了在从成像像素101读出信号期间出现在列信号线106上的串扰的影响。此处，在从成像像素101读出信号期间，成像区域IR被放射线照射的情况下，出于上面所述的原因，列信号线106的电势可能由于串扰而改变。例如，在将从成像像素101读出信号时不停止放射线的照射的情况下，或者在捕获运动图像的情况下，可能出现这种情况。
读出单元130的感测单元132中的每一个可以具有类似于在第一实施例中描述的读出单元140的感测单元142的结构。即，读出单元130的感测单元132中的每一个包括放大电路AMP、保持电容器HC和采样开关SW。放大电路AMP包括具有第一输入端子、第二输入端子和输出端子的差分放大器DA，以及反馈电容器Cf和在第一输入端子和输出端子之间并联设置的重置开关(重置单元)RS。列信号线106被连接到第一输入端子，并且给第二端子提供参考电势REF。采样开关SW被布置在差分放大器DA(放大电路AMP)的输出端子和保持电容器HC之间。
以下将参考图9描述根据第三实施例的放射线成像装置200的操作。在第三实施例的描述中，图9中的“驱动信号”是被施加到驱动线104的信号。首先，重置信号ΦR在时刻t0被切换到高电平，并且重置开关RS导通。因此，VB被重置到参考电势REF。VB在重置信号ΦR切换到低电平并且重置开关RS截止时(时刻t1)由于串扰开始改变。
接着，由于采样信号SH从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t2为止)，对保持电容器HC执行采样。因此，对应于串扰成分的信号S1被保持在保持电容器HC中。经由多路复用器144和AD转换器146输出信号S1。
接着，重置信号ΦR在时刻t3切换到高电平，并且重置开关RS导通。因此，VB被重置到参考电势REF。在重置信号ΦR切换到低电平并且重置开关RS截止时(时刻t4)，VB再一次由于串扰而开始改变。
接着，在时刻t5到t6，第一开关103由于驱动线104的电势切换到高电平而导通。此时，VB根据第一转换元件102中累加的电荷的量而改变。另外，即使第一开关103导通的状态下照射也继续进行，因此电势VB由于串扰继续改变。
接着，由于采样信号SH从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t7为止)，对保持电容器HC执行采样。因此，对应于串扰成分和放射线成分的信号S2被保持在保持电容器HC中。经由多路复用器134和AD转换器136输出信号S2。
通过使得重置开关RS在从时刻t3到时刻t4的时间段导通，列信号线106的电势被重置到参考电势REF，从而使得信号S1中的串扰成分和信号S2中的串扰成分的值变为非常接近。因此，信号处理单元224计算信号S2和信号S1之间的差，由此可以检测净放射线成分(放射线的照射量)，或更具体地，减小串扰成分。此处，通过使得图9中的TT1和TT2相等，可以减小信号S1中的串扰成分和信号S2中的串扰成分之间的差。
此处，信号S1是在列信号线106的电势被重置为参考电势REF之后，不使得第二开关123导通的状态下，出现在列信号线106上的信号。信号S2是由于在列信号线106的电势被重置为参考电势REF之后，使得第二开关123导通，而出现在列信号线106上的信号。
在其期间读出单元130读出出现在列信号线106上的信号的时间段P包括第一时间段P1和第二时间段P2。第一时间段P1包括由重置开关(重置单元)RS重置列信号线106的电势的操作(t0到t1)，以及其后的读出在第二开关123不导通的状态下出现在列信号线106上的信号的操作。第二时间段P2包括由重置开关RS重置列信号线106的电势的操作(t3到t4)，以及其后的读出由于第二开关123导通而出现在列信号线106上的信号的操作。
图14示出了根据本发明的第四实施例的放射线成像装置200中的读出单元130的结构的示例。在第四实施例中未提到的项目可以如第三实施例中所述。第四实施例的放射线成像装置200减小了在从成像像素101读出信号期间出现在列信号线106上的串扰的影响。
根据第四实施例的读出单元130的感测单元132中的每一个可以具有类似于第二实施例中描述的读出单元140的感测单元142的结构。换言之，除了放大电路AMP之外，读出单元130的感测单元132中的每一个具有第一采样开关SW1、第二采样开关SW2、第一保持电容器HC1和第二保持电容器HC2。
以下将参考图11描述根据第四实施例的放射线成像装置200的操作。在第四实施例的描述中，图11中的“驱动信号”是被施加到驱动线104的信号。首先，重置信号ΦR在时刻t0处切换到高电平，并且重置开关RS导通。因此，VB被重置到参考电势REF。在重置信号ΦR切换到低电平并且重置开关RS截止时(时刻t1)，VB由于串扰而开始改变。
接着，由于第一采样信号SH1从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t2为止)，对第一保持电容器HC1执行采样。因此，对应于时刻t2处的串扰成分的信号S1被保持在第一保持电容器HC1中。
接着，由于第二采样信号SH2从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t3为止)，对第二保持电容器HC2执行采样。因此，对应于时刻t3处的串扰成分的信号S1’被保持在第二保持电容器HC2中。经由多路复用器144和AD转换器146输出信号S1和S1’。信号S1’和信号S1之间的差S1”对应于时间段TT1中的串扰成分。另外，差S1”是由两个采样实例产生的差，这两个采样实例中的每一个都发生在重置开关RS截止之后，并且因此KTC噪声被移除。
接着，重置信号ΦR在时刻t4处切换到高电平，并且重置开关RS导通。因此，VB被重置到参考电势REF。在重置信号ΦR切换到低电平并且重置开关RS截止时(时刻t5)，VB由于串扰再一次开始改变。
接着，由于第一采样信号SH1从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t6为止)，对第一保持电容器HC1执行采样。因此，对应于时刻t6处的串扰成分的信号S2被保持在第一保持电容器HC1中。
接着，在从时刻t7到时刻t8的时间段中，由于驱动线104的电势切换到高电平，第一开关103导通。此时，VB根据第一转换元件102中累加的电荷的量而改变。另外，即使在第一开关103导通的状态下照射也继续进行，因此电势VB由于串扰继续改变。
接着，由于第二采样信号SH2从低电平切换到高电平，并且进一步从高电平切换到低电平(直到时刻t9为止)，对第二保持电容器HC2执行采样。因此，对应于时刻t9处的串扰成分的信号S2’被保持在第二保持电容器HC2中。经由多路复用器134和AD转换器136输出信号S2和S2’。信号S2’和信号S2之间的差S2”对应于时间段TT2中的串扰成分和放射线成分。另外，差S2”是由两个采样实例产生的差，这两个采样实例中的每一个都发生在重置开关RS截止之后，并且因此KTC噪声被移除。
通过使得重置开关RS在从时刻t4到时刻t5的时间段导通，列信号线106的电势被重置到参考电势REF，从而差S1”中的串扰成分和差S2”中的串扰成分的值变为非常接近。因此，信号处理单元224计算差S2”和差S1”之间的差，由此可以检测净放射线成分(放射线的照射量)，或更具体地，减小串扰成分。另外，差S1”和S2”不包括KTC噪声，并且因此差S2”和差S1”之间的差也不包括KTC噪声。此处，通过使得图11中的TT1和TT2相等，可以减小差S1”中的串扰成分和差S2”中的串扰成分之间的差。
此处，差S1”是在列信号线106的电势被重置为参考电势REF之后，不使得第一开关103导通的状态下，出现在列信号线106上的信号的变化量。差S2”是在列信号线106的电势被重置为参考电势REF之后，第二开关123从截止状态改变为导通状态时，出现在列信号线106上的信号的变化量。
在其期间读出单元130读出出现在列信号线106上的信号的时间段P包括第一时间段P1和第一时间段P2。第一时间段P1包括由重置开关(重置单元)RS重置列信号线106的电势的操作(t0到t1)，以及其后的两次读出在第一开关103不导通的状态下出现在列信号线106上的信号的操作。第二时间段P2包括由重置开关RS重置列信号线106的电势的操作(t3到t4)，以及其后的读出在第一开关103不导通的状态下出现在列信号线106上的信号的操作。第二时间段P2还包括读出由于第一开关103导通而出现在列信号线106上的信号的操作。VA是成像像素101的第二电极151的电势，并且VB是差分放大器DA(放大电路AMP)的输出端子的电势。
以下将参考图15描述向放射线成像系统应用放射线成像装置200的示例。由作为放射线源的X射线管6050发射的X射线6060穿过患者或者检查对象6061的胸部6062，并且入射到由上述放射线成像装置200代表的放射线成像装置6040上。接收的X射线包括关于检查对象6061的身体内部的信息。闪烁体216与入射X射线相一致地发光，使用光电转换元件对该光进行光电转换，并且从而获得电信息。该信息被数字地转换、接受作为信号处理装置的图像处理器6070的图像处理，并且可使用作为控制室中的显示装置的显示器6080观察该信息。
另外，该信息可由诸如电话线6090的传输处理装置传输到远程位置，可在另一位置处的医生室等中的作为显示装置的显示器6081上被显示，或者被存储在诸如光盘的存储装置上，并且远程位置处的医生还可以执行诊断。该信息还可以由作为记录装置的胶片处理机6100记录在作为记录介质的胶片6110上。
虽然已经参考示例实施例描述了本发明，但是应当理解本发明并不限于公开的示例实施例。所附权利要求的范围应当被给与最宽泛的解释，从而包括所有这些修改和等同结构与功能。
Claims (14)
1.一种放射线成像装置，其特征在于，包括：
像素，包括被配置为将放射线转换为电信号的转换元件，和被配置为将所述转换元件连接到信号线的开关；
读出单元，被配置为读出出现在所述信号线上的信号；以及
信号处理单元，
其中读出单元包括被配置为重置所述信号线的电势的重置单元，
其中在其期间所述读出单元读出出现在所述信号线上的信号的时间段包括：
第一时间段，在该第一时间段期间，由所述重置单元重置所述信号线的电势，并且在其后，在所述开关不导通的状态下出现在所述信号线上的信号被读出，以及
第二时间段，在该第二时间段期间，由所述重置单元重置所述信号线的电势，并且在其后，由于所述开关导通而出现在所述信号线上的信号被读出，以及
所述信号处理单元计算第二时间段中由所述读出单元读出的信号和第一时间段中由所述读出单元读出的信号之间的差。
2.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其中
所述像素是用于监视放射线的照射的感测像素，
除了所述感测像素之外，所述放射线成像装置还包括用于捕获放射线图像的多个成像像素，以及
所述感测像素与所述多个成像像素的一部分布置在同一列中。
3.根据权利要求2所述的放射线成像装置，其中
所述信号线是感测信号线，经由不同于所述感测信号线的列信号线读出所述多个成像像素的信号。
4.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其中
所述像素是用于捕获放射线图像的成像像素，以及
使用由所述读出单元从所述成像像素读出的信号形成运动图像。
5.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其中
所述读出单元包括差分放大器，所述差分放大器具有第一输入端子、第二输入端子以及输出端子，电信号经由所述信号线被施加到所述第一输入端子，参考电势被施加到第二输入端子，并且所述重置单元包括被配置为连接所述第一输入端子和所述输出端子的开关。
6.一种放射线成像系统，其特征在于，包括：
放射线源，被配置为产生放射线；以及
根据权利要求1所述的放射线成像装置。
7.根据权利要求6所述的放射线成像系统，
其中所述放射线成像系统包括放射线源接口，
其中所述像素包括感测像素，
其中当从布置在放射线感测区域内的感测像素读出的信号的累积值达到预定值时，曝光停止信号被发送到放射线源接口，并且放射线源接口响应于所述曝光停止信号而使放射线源停止辐射放射线。
8.一种放射线成像装置，其特征在于，包括：
像素，包括被配置为将放射线转换为电信号的转换元件，和被配置为将所述转换元件连接到信号线的开关；
读出单元，被配置为读出出现在所述信号线上的信号；以及
信号处理单元，
其中读出单元包括被配置为重置所述信号线的电势的重置单元，
其中在其期间所述读出单元读出出现在所述信号线上的信号的时间段包括：
第一时间段，在该第一时间段期间，由所述重置单元重置所述信号线的电势，并且在其后，在所述开关不导通的状态下出现在所述信号线上的信号被两次读出，以及
第二时间段，在该第二时间段期间，由所述重置单元重置所述信号线的电势，由所述读出单元读出在所述开关不导通的状态下出现在所述信号线上的信号，并且在其后，由于所述开关导通而出现在所述信号线上的信号被读出，以及
其中所述信号处理单元计算第一差和第二差之间的差，所述第一差是第二时间段中由于所述开关导通而出现在所述信号线上的信号和第二时间段中在所述开关不导通的状态下出现在所述信号线上的信号之间的差，并且所述第二差是第一时间段中两次读出的信号之间的差。
9.根据权利要求8所述的放射线成像装置，其中
所述像素是用于监视放射线的照射的感测像素，
除了所述感测像素之外，所述放射线成像装置还包括用于捕获放射线图像的多个成像像素，以及
所述感测像素与所述多个成像像素的一部分布置在同一列中。
10.根据权利要求9所述的放射线成像装置，其中
所述信号线是感测信号线，经由不同于所述感测信号线的列信号线读出所述多个成像像素的信号。
11.根据权利要求8所述的放射线成像装置，其中
所述像素是用于捕获放射线图像的成像像素，以及
使用由所述读出单元从所述成像像素读出的信号形成运动图像。
12.根据权利要求8所述的放射线成像装置，其中
所述读出单元包括差分放大器，所述差分放大器具有第一输入端子、第二输入端子以及输出端子，电信号经由所述信号线被施加到所述第一输入端子，参考电势被施加到第二输入端子，并且所述重置单元包括被配置为连接所述第一输入端子和所述输出端子的开关。
13.一种放射线成像系统，其特征在于，包括：
放射线源，被配置为产生放射线；以及
根据权利要求8所述的放射线成像装置。
14.根据权利要求13所述的放射线成像系统，
其中所述放射线成像系统包括放射线源接口，
其中所述像素包括感测像素，
其中当从布置在放射线感测区域内的感测像素读出的信号的累积值达到预定值时，曝光停止信号被发送到放射线源接口，并且放射线源接口响应于所述曝光停止信号而使放射线源停止辐射放射线。
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