CN111387997A - 成像装置和成像系统 - Google Patents

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Abstract

公开了成像装置和成像系统。成像装置包括：像素区域，该像素区域包括多个像素；以及偏置布线，该偏置布线被放置在像素的光入射侧以经由限定像素区域的第二边将来自电源的偏置供应到像素区域中的像素。偏置布线包括放置在像素周围的第一布线部分和第二布线部分。第一布线部分放置在远离第二边的Y方向上，并且第二布线部分放置在与Y方向正交的X方向上。第一布线部分包括不透光构件。每一像素的第一布线部分的电阻小于每一像素的第二布线部分的电阻。由于第二布线部分而引起的光损失小于由于第一布线部分而引起的光入射的光损失。

Description

成像装置和成像系统
技术领域
本公开涉及成像装置和成像系统。特别地，本公开合适地可适用于捕获对象的放射线图像的放射线成像装置和放射线成像系统。
背景技术
使用诸如X射线之类的放射线用于医疗图像诊断和无损检查的成像装置使用传感器基板，该传感器基板是在其上以二维矩阵布置用于检测放射线的像素的玻璃或其它支撑基板。例如，间接转换传感器基板包括像素以及各种类型的布线，该像素包括在玻璃或其它支撑基板上的由非晶硅(a-Si)制成的光电转换元件和由薄膜晶体管(TFT)组成的开关元件。这样的传感器基板与将入射放射线转换成光的闪烁器(荧光体)组合使用。布线的示例包括用于控制开关元件的控制布线、用于将电信号从光电转换元件中取出的信号布线以及用于使光电转换元件执行光电转换的偏置电压供应到像素区域的内部的偏置布线。例如，日本专利申请公开No.2014-75377的图1示出了传感器基板，在该传感器基板上偏置布线以网格形状垂直地和横向地放置在像素周围。
为了使布线电阻最小化，偏置布线通常由不透射光的金属层而不是透射光的透明导电层制成。在这种情况下，从闪烁器发出的光的一部分被偏置布线阻挡并且剩下的光入射在光电转换元件上。
如果具有高强度的放射线入射到传感器基板的一部分上，即，放射线的量在传感器基板的有效像素区域内变得不均匀，那么可能发生串扰。其中，与以横向方向放置的控制线平行发生的串扰(横向串扰)是麻烦的，特别是在移动图像传感器的高速驱动期间。由于根据从电源供应的偏置电压中的瞬时局部变化发生横向串扰，所以一个有效的措施是降低传感器基板内的偏置布线的电阻以减少前述偏置电压中的变化。
在日本专利申请公开No.2014-75377中讨论的传感器基板中，可以增大偏置布线的线宽以降低偏置布线的电阻。然而，如从光的入射方向看到的，这增大了在偏置布线和像素之间的重叠的面积，使得开口率下降。
换句话说，常规技术难以在维持高开口率的同时实现低串扰。
发明内容
本公开针对成像装置，该成像装置在维持高开口率的同时实现低串扰。
根据本公开的一个方面，像素区域包括以二维矩阵布置的多个像素以及偏置布线，每个像素包括光电转换元件和电连接到光电转换元件的电极中的一个电极的开关元件，偏置布线放置在光电转换元件的光入射侧以从限定像素区域的一边将来自电源的偏置供应到像素区域中的每个像素，偏置布线在远离该一边的第一方向上和与第一方向正交的第二方向上放置在像素周围，偏置布线电连接到光电转换元件的另一个电极，其中，偏置布线包括放置在第一方向上的第一布线部分和放置在第二方向上的第二布线部分，并且其中，基于第一布线部分和第二布线部分的像素的开口率是85％或更大，并且在第二方向上的平均串扰的绝对值是0.39％或更小。
根据本公开的另一方面，成像装置包括像素区域，该像素区域包括以二维矩阵布置的多个像素以及偏置布线，每个像素包括光电转换元件和电连接到光电转换元件的电极中的一个电极的开关元件，偏置布线放置在光电转换元件的光入射侧以从限定像素区域的一边将来自电源的偏置供应到像素区域中的每个像素，偏置布线在远离该一边的第一方向上和与第一方向正交的第二方向上放置在像素周围，偏置布线电连接到光电转换元件的另一个电极，其中，偏置布线包括放置在第一方向上的第一布线部分和放置在第二方向上的第二布线部分，并且其中，每一像素的第一布线部分的电阻小于每一像素的第二布线部分的电阻，并且由于第二布线部分而引起的入射在光电转换元件上的光损失小于由于第一布线部分而引起的入射在光电转换元件上的光损失。
根据本公开，可以在维持高开口率的同时实现低串扰。
参考附图，从以下示例性实施例的描述中本公开的更多特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出根据本公开的第一示例性实施例的放射线成像装置的示意性配置的示例的图。
图2A和图2B是示出图1所示的有效像素区域和读取电路的内部配置的示例的图。
图3是示出用于操作图2A和图2B所示的有效像素区域和读取电路的内部配置的方法的示例的时序图。
图4是示出本公开的第一示例性实施例的图，其示出图2A和图2B所示的有效像素区域中的像素的布局的示例。
图5A和图5B是示出图4所示的截面A-A'中和截面B-B'中的层结构的示例的图。
图6是示出在图4所示的像素的布局中每一像素的第一布线部分和第二布线部分的电阻的概念的图。
图7A和图7B是示出本公开的第一示例性实施例的图，其示出用于评估串扰和串扰的横向分布的方法的示例。
图8是示出本公开的示例性实施例和比较示例中的开口率、电阻和串扰计算的示例的图表。
图9A和图9B是示出根据图8所示的第一比较示例和第二比较示例的有效像素区域中的像素的布局的示例的图。
图10是示出针对如图8中的计算条件所示的电阻的各种组合的串扰计算的示例的图表。
图11A和图11B是用于验证平均串扰和串扰分布对电阻的依赖性的图表。
图12A和图12B是用于描述串扰的生成原理的图。
图13是示出本公开的第二示例性实施例的图，其示出图2A和图2B所示的有效像素区域中的像素的布局的示例。
图14是示出图13所示的截面A-A'中的层结构的示例的图。
图15是示出根据本公开的第三示例性实施例的放射线成像装置的示意性配置的示例的图。
图16是示出其中内置有根据本公开的示例性实施例中的任一个的放射线成像装置的放射线成像系统的示意性配置的示例的图。
具体实施方式
下面将参考附图描述实施本公开的模式(示例性实施例)。在本公开的以下示例性实施例中的每个中，将描述使用放射线执行成像的放射线成像装置被用作根据本公开的成像装置的示例。在本公开的以下示例性实施例中，放射线可以包括α射线、β射线和γ射线，这些射线是由放射性衰变发射的粒子束(包括光子)，以及诸如X射线、粒子束和宇宙射线之类的具有等同或较高能量的束。
首先将描述本公开的第一示例性实施例。
图1是示出根据本公开的第一示例性实施例的放射线成像装置100的示意性配置的示例的图。在以下描述中，图1所示的放射线成像装置100将被称为“放射线成像装置100-1”。
如图1所示，放射线成像装置100-1包括传感器基板110、驱动电路120、读取电路130、信号处理单元140、控制单元150、通信单元160和电源电路170。
传感器基板110包括有效像素区域110a，在该有效像素区域110a中，检测放射线并基于检测到的放射线的量生成电信号的多个像素111被以二维阵列布置。有效像素区域110a通常在二维阵列中包括多个像素111，规模约3000×3000像素这么大。因缺乏空间，图1示意性地示出了9×9像素。在图1所示的示例中，有效像素区域110a由包括第一边110a1、第二边110a2、第三边110a3和第四边110a4的四个边限定。在图1所示的示例中，驱动电路120、读取电路130和电源电路170均连接到限定有效像素区域110a的四个边110a1至110a4中的一个边。
驱动电路120经由控制布线181从有效像素区域110a的第一边110a1连接到有效像素区域110a中的像素111，并且驱动相应的像素111。具体地，驱动电路120经由控制布线181控制有效像素区域110a中的像素111的驱动以输出电信号。
读取电路130经由信号布线182从有效像素区域110a的第二边110a2连接到有效像素区域110a中的像素111。读取电路130从相应的像素111读取电信号并且输出基于电信号的值。
驱动电路120和读取电路130可以是硅(Si)集成电路(IC)芯片。这样的芯片通过膜上芯片/各向异性导电膜(COF/ACF)封装或玻璃上芯片(COG)封装电连接到传感器基板110。驱动电路120和读取电路130可以被分成多个芯片。在图1所示的示例中，读取电路130是三个分离的芯片。然而，本示例性实施例不限于这样的配置。读取电路130可以被配置为单个芯片或被分成不同于三个芯片的芯片。在图1所示的示例中，驱动电路120是单个芯片。然而，本示例性实施例不限于这样的配置，并且驱动电路120可以被配置为多个芯片。
信号处理单元140通过使用从读取电路130获得的值来生成放射线图像。
控制单元150以集中的方式控制整个放射线成像装置100-1的操作并且执行各种类型的处理。
通信单元160与未示出的其它外部装置(诸如，控制计算机)通信。
电源电路170向驱动电路120、读取电路130、信号处理单元140、控制单元150和通信单元160供应电力，并且通过偏置供应线183向有效像素区域110a中的像素111供应偏置电压。在图1所示的示例中，总共有四个偏置供应线183，两个在读取电路130的三个芯片之间，两个在两边。偏置供应线183将电源电路170连接到有效像素区域110a的第二边110a2。换句话说，电源电路170经由偏置供应线183从有效像素区域110a的第二边110a2向有效像素区域110a中的各个像素111供应偏置电压。
图2A和图2B是示出图1所示的有效像素区域110a和读取电路130的内部配置的示例的图。在图2A和图2B中，与图1所示的组件类似的组件由相同标号标出。将省略其详细的描述。
具体地，图2A示出了图1所示的有效像素区域110a和读取电路130的内部配置的示例。更具体地，图2A示出了在图1所示的有效像素区域110a中的像素111之中处于有效像素区域110a的左上方的4×3像素111以及仅一个读取电路130。
如图2A所示，每个像素111包括光电转换元件1111和开关元件1112。光电转换元件1111将从未示出的闪烁器层(具体地，图5A和图5B所示的闪烁器层541)产生的入射光转换成用作电信号的电荷。开关元件1112输出基于电荷的电信号。
在本示例性实施例中，光电转换元件1111是p-本征-n(PIN)光电二极管。可以替代地使用金属-绝缘体-半导体(MIS)二极管。在本示例性实施例中，开关元件1112是包括控制电极(栅电极)和两个主电极(源电极和漏电极)的薄膜晶体管(TFT)。在本示例性实施例中，TFT的沟道层由非晶硅(a-Si)制成。可以替代地使用其它材料。光电转换元件1111的一个电极电连接到开关元件1112的两个主电极中的任一个。光电转换元件1111的另一个电极经由偏置布线112和偏置供应线183电连接到电源电路170。
包括在传感器基板110中的所有像素111共同地连接到偏置布线112。偏置电压通过偏置布线112从电源电路170被供应到每个像素111的光电转换元件1111。偏置布线112被放置在有效像素区域110a内，以在像素111之间(像素111周围)以网格形状垂直地(在Y方向、列方向或第一方向上)和横向地(在X方向、行方向或第二方向上)延伸。具体地，偏置布线112在远离其中电源电路170所电连接的有效像素区域110a的第二边110a2的垂直方向(Y方向、列方向或第一方向)上以及在与垂直方向正交的横向方向(X方向、行方向或第二方向)上放置在像素111周围。在以下描述中，在垂直方向(Y方向、列方向或第一方向)上放置的偏置布线112的布线部分将被称为“第一布线部分1121”。在横向方向(X方向、行方向或第二方向)上放置的布线部分将被称为“第二布线部分1122”。偏置布线112位于光电转换元件1111的光入射侧。偏置布线112和其它线实际上具有电阻。其中，下面将参考图2B描述偏置布线112的电阻。
图2B是从有效像素区域110a提取的2×2像素111的等效电路图，其中强调图2A所示的偏置布线112的电阻。图2B示出了上述的第一布线部分1121和第二布线部分1122。在本示例性实施例中，偏置布线112的电阻将如下被称为：每一像素111的第一布线部分1121的电阻是Rv。每一像素111的第二布线部分1122的电阻是Rh。在以下描述中，Rv＝1Ω并且Rh＝5Ω。然而，本示例性实施例不限于这样的配置。例如，本示例性实施例还可适用于每一像素111的第一布线部分1121的电阻Rv小于每一像素111的第二布线部分1122的电阻Rh的配置。
传感器基板110经由控制线G(1)、G(2)、G(3)、…(下文中统称为控制布线181)电连接到驱动电路120。构成每行的多个像素111中的开关元件1112的控制端子共同地连接到控制布线181。驱动电路120基于从控制单元150供应的控制信号通过控制布线181将用于控制开关元件1112的导通状态的驱动信号逐行地供应到传感器基板110的各个像素111，从而使得像素111输出电信号。
传感器基板110经由信号线Sig(1)、Sig(2)、Sig(3)、...(下文中统称为信号布线182)电连接到读取电路130。构成每列的多个像素111中的开关元件1112的其它主电极(光电转换元件1111未连接的主电极)共同地连接到信号布线182。在开关元件1112处于导通状态时，基于光电转换元件1111中累积的电荷的电信号被输出到信号布线182。电信号由读取电路130读取。
每个读取电路130包括多个放大电路131、多路复用器132、缓冲放大器133和模数(A/D)转换器134。放大电路131均包括积分放大器1311、可变放大器1312、采样保持电路1313(1313a和1313b)以及缓冲放大器1314(1314a和1314b)。基于从控制单元150供应的控制信号RC，积分放大器1311的复位开关被接通，从而积分放大器1311被复位。可变放大器1312放大从积分放大器1311供应的电信号并输出经放大的电信号。采样保持电路1313均包括采样开关和采样电容器。采样保持电路1313基于从控制单元150供应的控制信号SH1和SH2来采样并保持从可变放大器1312供应的电信号。由采样保持电路1313保持的电信号通过缓冲放大器1314从放大电路131输出。
图3是示出用于操作图2A和图2B所示的有效像素区域110a和读取电路130的内部配置的方法的示例的时序图。对于控制布线181，图3仅示出了第n行控制线G(n)和第(n+1)行控制线G(n+1)。
放射线成像装置100-1以下面的方式在放射线曝光时段和读取时段之间交替。最初，在放射线曝光时段的时刻t1至t2中，有效像素区域110a被暴露于放射线。然后放射线成像装置100-1进入读取时段。在时刻t3至t4中，控制信号RC变成高电平，并且复位开关进入导通状态。由此，信号布线182的电位被复位到基准电位Vref。在时刻t5至t6中，控制信号SH1变成高电平。可变放大器1312输出基于在信号布线182上累积的电荷量的信号。此时的输出信号由采样保持电路1313a采样。在时刻t7至t8中，控制信号G(n)的电位变成高电平。第n行中的开关元件1112进入导通状态。电荷从第n行中的光电转换元件1111流到信号布线182，从而改变在信号布线182上的电荷量。在时刻t9至t10中，控制信号SH2变成高电平，并且如时刻t5至t6中那样，可变放大器1312的输出信号由采样保持电路1313b采样。采样保持电路1313a和1313b的信号经由多路复用器132和A/D转换器134输出到信号处理单元140。信号处理单元140将来自采样保持电路1313a和1313b的各个信号之间的差异记录为从第n行中的光电转换元件1111读取的电荷量。在读取时段中，放射线成像装置100-1从第一行顺序地重复前述操作，从而生成基于放射线照射量分布的二维放射线图像。
图4是示出本公开的第一示例性实施例的图，其示出图2A和图2B所示的有效像素区域110a中的像素111的布局的示例。在本示例性实施例中，在相邻像素111之间的像素间距将由P表示。每个像素111是边长为P的正方形。
如图4所示，包括第一布线部分1121和第二布线部分1122的偏置布线112包括金属层532和透明导电层531。金属层532是非透射构件，该非透射构件反射从未示出的闪烁器层(具体地，图5A和图5B所示的闪烁器层541)产生的光并且不透射光。透明导电层531是透射至少部分光的透射构件。具体地，在图4所示的示例中，第一布线部分1121包括作为非透射构件的金属层532，并且第二布线部分1122包括作为非透射构件的金属层532以及作为透射构件的透明导电层531。金属层532在图4中以灰色示出。在图4所示的示例中，作为非透射构件的金属层532在第二布线部分1122中的线宽小于在第一布线部分1121中的线宽(换句话说，在第一布线部分1121中的线宽大于在第二布线部分1122中的线宽)。例如，金属层532包括钼和铝的金属层状结构。透明导电层531由诸如铟锡氧化物(ITO)之类的透明导电氧化物制成。
图2A和图2B所示的光电转换元件1111均包括夹在第一电极522和第二电极526之间的半导体层524。如果用从未示出的闪烁器层(具体地，图5A和图5B所示的闪烁器层541)产生的光照射半导体层524，那么在半导体层524中通过光电转换生成电荷。当在平面图中看时，偏置布线112的金属层532与半导体层524的重叠面积越大，光传输到半导体层524的效率越低。换句话说，重叠面积越大，由于作为非透射构件的金属层532而引起的光损失越大。在本示例性实施例中，指示光传输效率的开口率由以下式子(1)定义：
开口率＝((半导体层524的面积)-(在半导体层524和金属层532之间的重叠的面积))/P2。…(1)
在式子(1)中，P2是如图4所示的每一像素(111)占据的面积。例如，根据本示例性实施例的像素111具有88％的开口率。在本示例性实施例中，如上所述，第二布线部分1122中的金属层532的线宽小于第一布线部分1121中的金属层532的线宽。因此，半导体层524和第二布线部分1122中的金属层532之间重叠的面积小于半导体层524和第一布线部分1121中的金属层532之间重叠的面积。这使得由于偏置布线112的第二布线部分1122而引起的入射在光电转换元件1111上的光损失小于由于偏置布线112的第一布线部分1121而引起的入射在光电转换元件1111上的光损失，因此可以增大开口率。
图5A和图5B是示出图4所示的截面A-A'中和截面B-B'中的层结构的示例的图。具体地，图5A示出了图4所示的截面A-A'中的层结构的示例。图5B示出了图4所示的截面B-B'中的层结构的示例。
开关元件1112包括从基板501起依次堆叠在基板501上的控制电极511、绝缘层512、半导体层513、具有比半导体层513的杂质浓度高的杂质浓度的杂质半导体层514、第一主电极515和第二主电极516。杂质半导体层514在其相应的部分区域处与第一主电极515和第二主电极516接触。在半导体层513与该部分区域接触的区域之间的区域构成开关元件1112的沟道区域。控制电极511电连接到控制布线181。第一主电极515电连接到信号布线182。第二主电极516电连接到光电转换元件1111的第一电极522。在本示例性实施例中，第一主电极515和信号布线182通过使用相同的导电层而整体地形成，并且第一主电极515构成信号布线182的部分。保护层517覆盖开关元件1112、控制布线181和信号布线182。
层间绝缘层520位于基板501和光电转换元件1111的多个第一电极522之间，以便覆盖多个开关元件1112。层间绝缘层520具有接触孔。光电转换元件1111的第一电极522和开关元件1112的第二主电极516经由层间绝缘层520中的接触孔电连接。
光电转换元件1111均包括从层间绝缘层520起依次堆叠在层间绝缘层520上的第一电极522、第一导电类型的杂质半导体层523、半导体层524、第二导电类型的杂质半导体层525和第二电极526。在本示例性实施例中，杂质半导体层523是n型，并且杂质半导体层525是p型。然而，导电类型可以反过来。金属层532经由透明导电层531电连接到光电转换元件1111的第二电极526。
绝缘层527和层间绝缘层528覆盖光电转换元件1111。从层间绝缘层528起依次在层间绝缘层528上堆叠透明导电层531、金属层532、钝化层533、层间绝缘层540和闪烁器层541。
例如，闪烁器层541是将图5A和图5B中的从上方入射的放射线转换成光的荧光体层。本示例性实施例被配置成使得从闪烁器层541产生的光的一部分入射到光电转换元件1111的半导体层524上。如图5A和图5B所示，就来自闪烁器层541的光而言，构成偏置布线112的透明导电层531和金属层532位于光电转换元件1111的入射侧。
图6是示出在图4所示的像素111的布局中每一像素111的第一布线部分1121的电阻Rv和第二布线部分1122的电阻Rh的概念的图。在图6中，每一像素111的第一布线部分1121的电阻Rv对应于在点A和点C之间的电阻。每一像素111的第二布线部分1122的电阻Rh对应于在点A和点B之间的电阻。电阻Rv和Rh各自可以被确定为在各个点之间的金属层532和透明导电层531的电阻的并联。由于由ITO制成的透明导电层531具有比诸如Al之类的金属的电导率低的电导率，所以根据本示例性实施例的电阻Rv和Rh基本上由金属层532的线宽确定。
图7A和图7B是示出本公开的第一示例性实施例的图，其示出用于评估串扰和串扰的横向分布的方法的示例。具体地，图7A示出了用于评估串扰的方法的示例。图7B示出了串扰的横向分布的示例。
首先将描述图7A。在图7A中，与图1所示的组件类似的组件由相同的标号标出。将省略其详细的描述。在图7A中，有效像素区域110a包括大约3000×3000像素111。读取电路130的多个芯片连接到有效像素区域110a的顶边(对应于图1中的“第二边110a2”)。经由在读取电路130之间和读取电路130的两边的多个偏置供应线183从电源电路170供应偏置电压。在有效像素区域110a的最底行(距电源电路170所电连接的顶边(对应于图1中的“第二边110a2”)最远的行)的中心的大约三分之一的区域(具有大约1000像素的宽度)被具有高强度的放射线照射以在该部分的光电转换元件1111中生成大量电荷。这里在像素111之间的串扰的大小由以下式子(2)给出：
串扰(％)＝((从每个像素111读取的电荷量)/(给予放射线照射区域中的每个光电转换元件1111的电荷量))÷(1/3)。…(2)
在式子(2)中，在末尾的(1/3)是从放射线照射区域的宽度是有效像素区域110a的宽度的1/3的事实得到的校正因子。
接下来，将描述图7B。图7B示出了由图7A所示的评估方法获得的串扰的横向分布的示例。即使在光电转换元件1111中生成的电荷量为零，除了放射线照射区域之外的像素111也向读取电路130输出非零电荷。输出的非零电荷具有与从放射线照射区域中的像素111读取的电荷的符号相反的符号。因此，串扰具有负值。本示例性实施例使用以下串扰评估指数A和B：
A：在串扰发生区域(未受到放射线照射的2/3区域)中的平均串扰(％)，其对应于图7B中的“平均值”；以及
B：串扰分布(图7B中的“在最大值与最小值之间的差异”)。
人眼对于明暗灰度级通常具有相当于8位(1/256)的敏感度。为了使串扰视觉上难以分辨，期望至少前述平均串扰A的绝对值(没有负号的值)可以小于0.39％。
图8是示出本公开的每个示例性实施例和比较示例中的开口率、电阻Rv和Rh以及串扰计算的示例的图表。在图8中，第一示例性实施例表示使用图4所示的有效像素区域110a中的像素111的布局的情况。
图9A和图9B是示出根据图8所示的第一比较示例和第二比较示例的有效像素区域110a中的像素111的布局的示例的图。具体地，图9A示出了根据图8所示的第一比较示例的有效像素区域110a中的像素111的布局的示例。图9B示出了根据图8所示的第二比较示例的有效像素区域110a中的像素111的布局的示例。下面将结合第一和第二比较示例的描述来分别描述图9A和图9B。
在图8中，第二示例性实施例表示使用下面要描述的图13所示的有效像素区域110a中的像素111的布局的情况。在图8中，串扰计算包括对像素111的各个布局通过以集成电路为重心的仿真程序(SPICE)仿真而计算出的串扰平均值和串扰分布。在每个情况下，图8所示的电阻Rv和Rh被设置为计算条件。
在图8所示的第一示例性实施例中，作为计算条件，电阻Rv被设置为1Ω并且电阻Rh被设置为5Ω。在第一示例性实施例中，获得88％的开口率、绝对值为0.16％的平均串扰以及0.01％的串扰分布。从第一示例性实施例的结果可以看出可以以兼容的方式实现高开口率和低串扰。
<第一比较示例>
接下来，将参考图9A描述根据第一比较示例的有效像素区域110a中的像素111的布局。在图9A中，与图4所示的组件类似的组件由相同的标号标出。将省略其详细的描述。在图9A所示的第一比较示例中，第一布线部分1121中的金属层532具有与第二布线部分1122中的金属层532相同的线宽。线宽与图4所示的第二布线部分1122中的金属层532相同(细)。透明导电层531与上述相同。在图8所示的第一比较示例中，作为计算条件，电阻Rv被设置为5Ω并且电阻Rh被设置为5Ω。在第一比较示例中，获得93％的开口率、绝对值为0.40％的平均串扰以及0.01％的串扰分布。根据第一比较示例的结果，与第一示例性实施例相比，第一和第二布线部分1121和1122两者中的金属层532的细线宽有助于93％的高开口率。然而，平均串扰的绝对值增大到超过0.39％。简单来说，在第一比较示例中难以实现低串扰。
<第二比较示例>
接下来，将参考图9B描述根据第二比较示例的有效像素区域110a中的像素111的布局。在图9B中，与图4所示的组件类似的组件由相同的标号标出。将省略其详细的描述。在图9B所示的第二比较示例中，第一布线部分1121中的金属层532具有与第二布线部分1122中的金属层532相同的线宽。线宽与图4所示的第一布线部分1121中的金属层532相同(粗)。透明导电层531与上述相同。在图8所示的第二比较示例中，作为计算条件，电阻Rv被设置为1Ω并且电阻Rh被设置为1Ω。在第二比较示例中，获得84％的开口率、绝对值为0.16％的平均串扰以及0.01％的串扰分布。根据第二比较示例的结果，如第一示例性实施例那样，第一和第二布线部分1121和1122两者中的金属层532的粗线宽有助于平均串扰的减小的绝对值。然而，与第一示例性实施例不同，开口率下降到低于85％。简单来说，在第二比较示例中难以实现高开口率。
在本公开的示例性实施例中，基于图8的结果，假定像素111具有85％或更大的开口率并且在横向方向(X方向、行方向或第二方向)上发生的平均串扰的绝对值为0.39％或更小的范围。这可以在将串扰减小到人眼视觉上难以分辨的程度(0.39％或更小)的同时，实现高开口率(85％或更大)。
[电阻Rv和Rh的有效范围]
图10是示出针对如图8中的计算条件所示的电阻Rv和Rh的各种组合的串扰计算的示例的图表。具体地，图10示出了具有编号为#1至#9的电阻Rv和Rh的9种组合的通过SPICE仿真对像素111的N行乘以M列二维矩阵的布局所计算出的串扰的平均值和分布。在计算中，N＝M＝3000。从图10可以看出以下点(A)和(B)：
(A)平均串扰的绝对值由电阻Rv确定并且几乎不受电阻Rh的影响。
(B)串扰分布的大小由电阻Rh确定并且不受电阻Rv的影响。
图11A和图11B是用于验证平均串扰和串扰分布对电阻Rv和Rh的依赖性的图表。具体地，图11A是相对于电阻Rv的图10的编号#1至#3中的串扰的平均值的图。如果电阻Rv是4Ω或更小，那么平均串扰的绝对值是0.39％或更小。电阻Rv越小，平均串扰的绝对值越接近零。
图11B是相对于比率Rh/Rv的图10的编号#3至#9中的串扰分布的图。该分布大约在Rh/Rv>300处具有恒定值。该分布大约在Rh/Rv≤300处减小。
将参考图12A和图12B描述通过使用图11A和图11B验证的依赖性的可能原因。图12A和图12B是用于描述串扰的生成原理的图。具体地，图12A示出了图7A所示的放射线照射区域(N行乘以M列像素矩阵的最底行，即，第N行)的右端附近的放大的等效电路图的示例。在图12A中，与图2A和图2B所示的组件类似的组件由相同标号标出。将省略其详细的描述。图12B示出了图12A所示的等效电路的时序图的示例。
在图12A中，放射线照射区域延伸直到第m列。第(m+1)列和后续列中的像素111没有被放射线照射，但是发生了串扰。施加到第m列中的放射线照射像素和第(m+1)和第(m+2)列中的非放射线照射像素的光电转换元件1111的偏置电压Vs将分别由Vs(m，N)、Vs(m+1，N)和Vs(m+2，N)表示。偏置电压Vs(m，N)、Vs(m+1，N)和Vs(m+2，N)在放射线照射之前具有初始值Vs0。
a-Si光电转换元件1111通常具有大约几伏至10伏的初始值Vs0。取决于光电转换元件1111的极性，初始值Vs0是正值或负值。为了便于描述，在本示例性实施例中，初始值Vs0被描述为正值。在图12B中的时刻t1和t2之间，要被放射线照射的像素111被放射线照射，并且在光电转换元件1111中产生电荷。在时刻t7，控制线G(N)的电位变为高电平。第N行中的像素111的开关元件1112变为导通，并且放射线照射像素(第m列)的偏置电压Vs(m，N)瞬间下降。同时，相邻像素的共同电极经由偏置布线112垂直地和横向地连接。因此，非放射线照射像素的共同电极电位也受影响，并且偏置电压Vs(m+1，N)和Vs(m+2，N)也会瞬间下降。越接近放射线照射像素，偏置电压的下降量越大。
随后，电流从电源电路170流入这些像素111的共同电极中，并且偏置电压Vs(m，N)、Vs(m+1，N)和Vs(m+2，N)逐渐恢复到初始值Vs0。当偏置电压Vs改变(还未恢复到初始值Vs0)时，信号布线182的各个线上的电荷量(未示出)和可变放大器1312的输出也偏离原始值。假设在偏置电压Vs恢复滞后并且仍然偏离初始值Vs0的情况下，读取电路130的采样保持电路1313b在时刻t10操作并且确定信号布线182上的电荷量。在这样的情况下，信号布线182上的电荷量与原始值的偏离量出现在图像中。这导致串扰。
在前述偏置电压Vs的恢复的过程中，电流通过多个电流流入路径流入串扰发生像素(例如，(m+1，N))的共同电极中，多个电流流入路径包括：
(1)经由相同列(第(m+1)列)中的N个像素的第一布线部分1121的“垂直路径”；以及
(2)经由相邻列(第(m+2)列)中的N个像素的第一布线部分1121和像素的第二布线部分1122的“垂直和横向路径”。
电流流入路径还包括经由更右边的列(第(m+3)列和后续列)中的第一布线部分1121和两个或更多个像素的第二布线部分1122的“垂直和横向路径”。
图12A示出了前述路径(1)和(2)。如果“垂直路径”(1)具有小电阻，那么包括偏置电压Vs(m，N)、Vs(m+1，N)和Vs(m+2，N)的所有偏置电压Vs大体上更快地恢复，并且平均串扰减小。因此如前述点(A)所述，平均串扰的绝对值由电阻Rv确定。
另一方面，如果“垂直和横向路径”(2)具有小电阻，那么通过多个垂直第一布线部分1121同时供应电流。这横向地使偏置电压Vs中的局部变化均等以减小在串扰的最大值与最小值之间的差异(分布)。因此，如前述点(B)所述，串扰分布的大小由电阻Rh确定。如果通过使用“垂直路径”和“垂直和横向路径”这两者将电流平滑地供应到串扰发生像素，那么会充分地减小串扰分布。具体地，在专注于作为“垂直和横向路径”的代表的电流流入路径(2)的情况下，期望每一像素的横向电阻(Rh)可以充分地小于(一位数左右)N个像素的垂直电阻(N×Rv)。换句话说，期望以下式子(3)可以被满足：
(Rh)/(N×Rv)≤1/10。...(3)
如果N大约是3000，那么Rh/Rv≤300满足式子(3)的条件。这被认为是图11B中的在Rh/Rv≤300处的分布改善的原因。
因此，在本公开的示例性实施例中，电阻Rv和Rh期望满足1<Rh/Rv≤300。
在本示例性实施例中，考虑到平均串扰的绝对值的减小，在Y方向上的偏置布线112的第一布线部分1121包括具有足够的线宽的金属层532以减小电阻Rv。为了尽可能地减小由于金属层532而引起的入射在光电转换元件1111上的光损失，金属层532设置在像素边界处。同时，即使偏置布线112的第二布线部分1122具有大于Rv的电阻Rh，平均串扰也不会恶化。可以设置电阻Rh/Rv的比率以使得串扰分布具有期望值或更小。在本示例性实施例中，1＜Rh/Rv。考虑到较高开口率，在X方向上的偏置布线112的第二布线部分1122形成为包括线宽小于偏置布线112的第一布线部分1121的线宽的金属层532。
如上所述，根据第一示例性实施例，可以在高开口率的情况下实现低串扰。
接下来，将描述本公开的第二示例性实施例。在以下第二示例性实施例的描述中，将省略与前述第一示例性实施例类似的描述，并且将描述与前述第一示例性实施例的差异。
根据第二示例性实施例的放射线成像装置具有与图1所示的根据第一示例性实施例的放射线成像装置100-1的示意性配置类似的示意性配置。根据第二示例性实施例的有效像素区域110a和读取电路130具有与图2A和图2B所示的根据第一示例性实施例的有效像素区域110a和读取电路130的内部配置类似的内部配置。
图13是示出本公开的第二示例性实施例的图，其示出图2A和图2B所示的有效像素区域110a中的像素111的布局的示例。在图13中，与图4所示的组件类似的组件由相同的标号标出。将省略其详细的描述。再次，在本示例性实施例中，在相邻像素111之间的像素间距将由P表示。每个像素111是边长为P的正方形。
图14是示出图13所示的截面A-A'中的层结构的示例的图。在图14中，与图5A和图5B所示的组件类似的组件由相同的标号标出。将省略其详细的描述。在图14中，图5A和图5B所示的层间绝缘层540和闪烁器层541被省略。
图13所示的有效像素区域110a中的像素111的布局与图4所示的根据第一示例性实施例的有效像素区域110a中的像素111的布局之间的差异在于偏置布线112的第二布线部分1122的层结构。具体地，在第二示例性实施例中，偏置布线112的第二布线部分1122包括作为透光构件的透明导电层531，而没有作为不透光构件的金属层532。甚至在第二示例性实施例中，如第一示例性实施例中那样，偏置布线112的第一布线部分1121包括金属层532。
在第二示例性实施例中，由于偏置布线112的第二布线部分1122包括透明导电层531，而没有作为不透光构件的金属层532，所以可以使得由于第二布线部分1122而引起的入射在光电转换元件1111上的光损失甚至比第一示例性实施例中的光损失小。
如图8所示，第二示例性实施例提供了90％的开口率，该开口率甚至比第一示例性实施例中的开口率高。由于透明导电层531具有比金属层532的电导率低的电导率，所以偏置布线112的电阻为Rv＝300Ω并且Rh＝1Ω，即，电阻Rv高于第一示例性实施例中的电阻Rv。在第二示例性实施例中，串扰分布为0.07％，即，大于第一示例性实施例中的串扰分布。然而，平均串扰的绝对值减小到0.15％，这处于与第一示例性实施例中的平均串扰的绝对值类似的水平。
根据第二示例性实施例，除了前述第一示例性实施例的效果之外，可以进一步增大开口率。
接下来，将描述本公开的第三示例性实施例。在以下第三示例性实施例的描述中，将省略与前述第一和第二示例性实施例类似的描述，并且将描述与前述第一和第二示例性实施例的差异。
图15是示出根据本公开的第三示例性实施例的放射线成像装置100的示意性配置的示例的图。在以下描述中，图15所示的放射线成像装置100将被称为“放射线成像装置100-3”。在图15中，与图1所示的组件类似的组件由相同的标号标出。将省略其详细的描述。
图15所示的放射线成像装置100-3与图1所示的放射线成像装置100-1的不同之处在于：驱动电路120被配置为三个分离的芯片，并且电源电路170经由偏置供应线183电连接到驱动电路120所电连接的有效像素区域110a的第一边110a1，其中偏置供应线183位于包括在三个驱动电路120之间和三个驱动电路120的两边的四个位置处。
如上所述，在根据第三示例性实施例的放射线成像装置100-3中，电源电路170所电连接的有效像素区域110a的边与根据第一示例性实施例的放射线成像装置100-1中的电源电路170所电连接的有效像素区域110a的边相比发生了改变。如图15所示，横向方向将被定义为Y方向(行方向或第一方向)，并且垂直方向将被定义为X方向(列方向或第二方向)。在第三示例性实施例中，放置在Y方向(行方向或第一方向)上的偏置布线112的布线部分用作“第一布线部分1121”。放置在X方向(列方向或第二方向)上的布线部分用作“第二布线部分1122”。因此，电阻Rv和Rh两者的定义与第一示例性实施例中的相同。
在第三示例性实施例中，类似于第一示例性实施例，为了减小平均串扰的绝对值，在Y方向上的偏置布线112的第一布线部分1121形成为包括具有足够的线宽的金属层532以减小电阻Rv。考虑到高开口率，在X方向上的偏置布线112的第二布线部分1122形成为包括具有比偏置布线112的第一布线部分1121中的线宽小的线宽的金属层532或包括透明导电层531而没有金属层532。
根据第三示例性实施例，类似于第一示例性实施例，可以在高开口率的情况下实现低串扰。
根据每个示例性实施例的放射线成像装置100可应用于医疗和无损检查应用。作为示例，下面将参考图16描述内置有前述放射线成像装置100中的任何一个的放射线成像系统。作为用于用放射线来照射放射线成像装置6040(对应于前述放射线成像装置100中的任何一个)的放射线源的X射线管6050生成X射线6060。X射线6060透射穿过被摄体6061或患者的胸部6062，并且入射在放射线成像装置6040上。入射的X射线包含患者或被摄体6061的身体内部的信息。在放射线成像装置6040中，闪烁器层发射与X射线6060的入射相对应的光。光电转换元件对光进行光电转换以获得电信息。电信息被数字转换，并且由用作信号处理单元的图像处理器6070进行图像处理。结果信息可以在用作控制室显示器的显示器6080上观察到。
信息可以由诸如网络6090之类的传递处理单元传递到远程位置。网络6090的示例包括电话线、局域网(LAN)和因特网。因此，信息可以在诸如医生室之类的其它地方显示在作为显示单元的显示器6081上，并且医生可以在远程位置做出诊断。信息还可以被记录在诸如光盘之类的记录介质上，和/或通过胶片处理器6100被记录在用作记录介质的胶片6110上。
本公开的所有前述示例性实施例仅是实施本公开的实施例的示例，并且本公开的技术范围不应被解释为受到限制。在不脱离本公开的技术概念或主要特征的情况下，可以以各种形式实施本公开的示例性实施例。
根据本公开的示例性实施例，可以在高开口率的情况下实现低串扰。
尽管已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应该明白本公开不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种成像装置，其特征在于，该成像装置包括：
像素区域，包括以二维矩阵布置的多个像素，每个像素包括光电转换元件和电连接到光电转换元件的电极中的一个电极的开关元件；以及
偏置布线，放置在光电转换元件的光入射侧，以从限定像素区域的一边将来自电源的偏置供应到像素区域中的每个像素，偏置布线在远离所述一边的第一方向上和与第一方向正交的第二方向上放置在像素周围，偏置布线电连接到光电转换元件的另一个电极，
其中，偏置布线包括放置在第一方向上的第一布线部分和放置在第二方向上的第二布线部分，以及
其中，每一像素的第一布线部分的电阻小于每一像素的第二布线部分的电阻，并且由于第二布线部分而引起的入射在光电转换元件上的光损失小于由于第一布线部分而引起的入射在光电转换元件上的光损失。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其中，1<Rh/Rv≤300，其中，Rv是每一像素的第一布线部分的电阻，并且Rh是每一像素的第二布线部分的电阻。
3.根据权利要求1所述的成像装置，其中，偏置布线的第一布线部分和第二布线部分包括被配置成不透射光的非透射构件，并且非透射构件在第二布线部分中的线宽比在第一布线部分中的线宽小。
4.根据权利要求1所述的成像装置，其中，偏置布线的第一布线部分包括被配置成不透射光的非透射构件，并且偏置布线的第二布线部分包括被配置成透射光的透射构件。
5.根据权利要求4所述的成像装置，
其中，非透射构件是金属层，并且
其中，被配置成透射光的透射构件是透明导电层。
6.根据权利要求1所述的成像装置，还包括：
驱动电路，被配置成驱动像素；以及
读取电路，被配置成从像素读取电信号，
其中，驱动电路和读取电路均连接到限定像素区域的一边。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的成像装置，还包括：
闪烁器层，被配置成将入射放射线转换成光。
8.一种成像系统，其特征在于，该成像系统包括：
根据权利要求1所述的成像装置；以及
信号处理单元，被配置成处理来自成像装置的信号。
9.一种成像装置，其特征在于，该成像装置包括：
像素区域，包括以二维矩阵布置的多个像素，每个像素包括光电转换元件和电连接到光电转换元件的电极中的一个电极的开关元件；以及
偏置布线，放置在光电转换元件的光入射侧，以从限定像素区域的一边将来自电源的偏置供应到像素区域中的每个像素，偏置布线在远离所述一边的第一方向上和与第一方向正交的第二方向上放置在像素周围，偏置布线电连接到光电转换元件的另一个电极，
其中，偏置布线包括放置在第一方向上的第一布线部分和放置在第二方向上的第二布线部分，以及
其中，基于第一布线部分和第二布线部分的像素的开口率是85％或更大，并且在第二方向上的平均串扰的绝对值是0.39％或更小。
10.一种成像系统，其特征在于，该成像系统包括：
根据权利要求9所述的成像装置；以及
信号处理单元，被配置成处理来自成像装置的信号。
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