CN111643102A - 一种平板探测装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平板探测装置及系统，包括平板探测器和多个采样电路，平板探测器包括多个探测单元；其中，一列探测单元与一个采样电路电连接；采样电路包括补偿电路和采样放大电路。通过设置有补偿电路，使探测单元在复位阶段中不仅接收采样放大电路输出的复位信号还可以接收补偿电路输出的补偿信号，从而对平板探测器中各探测单元均充分复位，进而可以使各探测单元在探测阶段中接收光信号之前的初始电位均相同，改善由于各探测单元的初始电位不同导致平板探测装置生成的图像均一性不良的问题。

Description

一种平板探测装置及系统
技术领域
本发明涉及医疗电子领域，特别涉及一种平板探测装置及系统。
背景技术
数字化X线摄影(Digital Radiography，简称DR)，是上世纪90年代发展起来的X线摄影新技术，以其更快的成像速度、更便捷的操作、更高的成像分辨率等显著优点，成为数字X线摄影技术的主导方向，并得到世界各国的临床机构和影像学专家认可。DR的技术核心是平板探测器，平板探测器是一种精密和贵重的设备，对成像质量起着决定性的作用，熟悉探测器的性能指标有助于我们提高成像质量和减少X线辐射剂量。
发明内容
本发明实施例提供一种平板探测装置及系统，可以提高成像质量。
因此，本发明实施例提供了一种平板探测装置，包括：平板探测器和多个采样电路；
所述平板探测器包括多个探测单元；其中，一列所述探测单元与一个所述采样电路电连接；
所述采样电路包括采样放大电路和补偿电路；
所述探测单元用于在探测阶段中，接收光信号并将接收的所述光信号转换为探测信号，以及在扫描信号端的第一信号的控制下将所述探测信号提供给所述采样放大电路；在复位阶段中，在扫描信号端的第二信号的控制下接收所述采样放大电路输出的复位信号和所述补偿电路输出的补偿信号进行复位；
所述采样放大电路用于在探测阶段中，将接收的所述探测信号处理后提供给采样输出端；在复位阶段中，向所述探测单元输出复位信号；
所述补偿电路用于在复位阶段中，向所述探测单元输出补偿信号。
可选地，所述探测单元包括：光电二极管、存储电容和控制晶体管；
其中，所述光电二极管的第一端与偏置电压端电连接，所述光电二极管的第二端与所述控制晶体管的第一端电连接；
所述存储电容的第一端与所述偏置电压端电连接，所述存储电容的第二端与所述光电二极管的第二端电连接；
所述控制晶体管的控制端与所述扫描信号端电连接，所述控制晶体管的第二端与所述采样放大电路电连接；
所述补偿电路包括第一补偿开关；所述第一补偿开关的第一端与补偿信号端电连接，所述第一补偿开关的控制端与触发信号端电连接，所述第一补偿开关的第二端与所述控制晶体管的第二端电连接。
可选地，所述第一补偿开关包括第一晶体管；
所述第一晶体管的第一端与所述补偿信号端电连接，所述第一晶体管的控制端与所述触发信号端电连接，所述第一晶体管的第二端与所述控制晶体管的第二端电连接。
可选地，所述补偿电路还包括第二补偿开关；所述第二补偿开关的第一端与所述补偿信号端电连接，所述第二补偿开关的控制端与所述触发信号端电连接，所述第二补偿开关的第二端与所述控制晶体管的第二端电连接。
可选地，所述第二补偿开关包括第二晶体管；所述第二晶体管的第一端与所述补偿信号端电连接，所述第二晶体管的控制端与所述触发信号端电连接，所述第二晶体管的第二端与所述控制晶体管的第二端电连接；所述第二晶体管与所述第一晶体管的类型不同。
可选地，所述第二晶体管为N型场效应晶体管，所述第一晶体管为P型场效应晶体管。
可选地，所述复位信号和所述补偿信号均为固定电压信号，且复位信号和所述补偿信号的电压相同。
可选地，所述采样放大电路包括电荷灵敏前置放大器和数据选择器；
其中，所述电荷灵敏前置放大器的第一输入端与所述探测单元电连接，所述电荷灵敏前置放大器的第二输入端与所述数据选择器的输出端电连接；
所述数据选择器的第一输入端与复位信号端电连接，所述数据选择器的第二输入端与第一参考电压端电连接。
可选地，所述电荷灵敏前置放大器包括运算放大器、可变电容和复位开关；
其中，所述运算放大器的反相输入端与所述控制开关的第二端电连接，所述运算放大器的同相输入端与所述数据选择器的输出端电连接，所述运算放大器的输出端与所述采样输出端电连接；
所述可变电容的第一端与所述运算放大器的反相输入端电连接，所述可变电容的第二端与所述运算放大器的输出端电连接；
所述复位开关的第一端与所述运算放大器的反相输入端电连接，所述复位开关的第二端与所述运算放大器的输出端电连接。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的一种平板探测装置及系统，包括平板探测器和多个采样电路，平板探测器包括多个探测单元；其中，一列探测单元与一个采样电路电连接；采样电路包括补偿电路和采样放大电路。通过设置有补偿电路，使探测单元在复位阶段中不仅接收采样放大电路输出的复位信号还可以接收补偿电路输出的补偿信号，从而对平板探测器中各探测单元均充分复位，进而可以使各探测单元在探测阶段中接收光信号之前的初始电位均相同，改善由于各探测单元的初始电位不同导致平板探测装置生成的图像均一性不良的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的相关技术中一种平板探测装置及其采样电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种平板探测装置的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种平板探测装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种平板探测装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种平板探测装置的信号时序图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“电连接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
需要注意的是，附图中各图形的尺寸和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
如图1所示，为相关技术中一种平板探测器及其采样电路，包括：多个光电二极管PD、多个电容Cst、多个控制开关K、数据选择器、运算放大器、可变电容Cf以及复位开关T；其中一个光电二极管PD、一个电容Cst和一个控制开关K组成感光电路，运算放大器、可变电容Cf以及复位开关T组成电荷灵敏前置放大器。平板探测器在待机状态中感光电路中电容Cst中会存储电荷，因此平板探测器在采图之前会不断打开各行感光电路中的控制开关K，从而将感光电路中电容Cst中存储的电荷清空，进而使平板探测器确保根据各感光电路采集电信号生成的图像中各像素点的灰度值的准确性。然而，由于电荷灵敏前置放大器的带负载能力不足，使得控制开关K导通时电荷灵敏前置放大器对于感光电路中存储电容Cst的充电能力不足，导致各行感光电路中电容Cst的电位被拉低。对于同样的光信号，电容Cst的初始电位越低，其对应生成的图像的灰度值就越高。具体地，从上到下各行感光电路中电容Cst的初始电位会越来越低，进而导致平板探测器采图生成的图像呈现上暗下亮的情况。
本发明实施例提供的一种平板探测装置，如图2-4所示，包括平板探测器100和多个采样电路200；
平板探测器100包括多个探测单元110；其中，一列探测单元110与一个采样电路200电连接；
采样电路200包括补偿电路210和采样放大电路220；
探测单元110用于在探测阶段中，接收光信号并将接收的光信号转换为探测信号，以及在扫描信号端Gate1～Gaten的第一信号的控制下将探测信号提供给采样放大电路220；在复位阶段中，在扫描信号端Gate1～Gaten的第二信号的控制下接收采样放大电路220输出的复位信号和补偿电路210输出的补偿信号进行复位；
采样放大电路220用于在探测阶段中，将接收的探测信号处理后提供给采样输出端Out；在复位阶段中，向探测单元110输出复位信号；
本发明实施例提供的平板探测装置，设置有补偿电路，使探测单元在复位阶段中不仅接收采样放大电路输出的复位信号还可以接收补偿电路输出的补偿信号，从而对平板探测器中各探测单元均充分复位，进而可以使各探测单元在探测阶段中接收光信号之前的初始电位均相同，改善由于各探测单元的初始电位不同导致平板探测装置生成的图像均一性不良的问题。
在具体实施时，在本发明实施例中，由于探测单元110在复位阶段中接收采样放大电路220输出的复位信号和补偿电路210输出的补偿信号进行复位，则可以将复位信号和补偿信号均设置为固定电压信号，且复位信号和补偿信号的电压相同。
在具体实施时，对于平板探测装置所需要设置的其他结构，例如与采样输出端Out电连接用于根据探测信号生成图像的图像处理模块，对各信号端提供信号的驱动模块，其具体实施方式可以与相关技术中相同，在此不做赘述。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图3与图4所示，探测单元可以包括：光电二极管PD、存储电容Cst和控制晶体管K；
其中，光电二极管PD的第一端与偏置电压端VBIAS电连接，光电二极管PD的第二端与控制晶体管K的第一端电连接；
存储电容Cst的第一端与偏置电压端VBIAS电连接，存储电容Cst的第二端与光电二极管PD的第二端电连接；
控制晶体管K的控制端与扫描信号端Gate1～Gaten电连接，控制晶体管K的第二端与采样放大电路220电连接；
补偿电路210可以包括第一补偿开关；第一补偿开关的第一端与补偿信号端VC电连接，第一补偿开关的控制端与触发信号端STV电连接，第一补偿开关的第二端与控制晶体管K的第二端电连接。具体地，第一补偿开关可以包括第一晶体管TN；第一晶体管TN的第一端与补偿信号端VC电连接，第一晶体管TN的控制端与触发信号端STV电连接，第一晶体管TN的第二端与控制晶体管K的第二端电连接。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图3与图4所示，补偿电路210还可以包括第二补偿开关；第二补偿开关的第一端与补偿信号端VC电连接，第二补偿开关的控制端与触发信号端STV电连接，第二补偿开关的第二端与控制晶体管K的第二端电连接。第二补偿开关可以包括第二晶体管TP；第二晶体管TP的第一端与补偿信号端VC电连接，第二晶体管TP的控制端与触发信号端STV电连接，第二晶体管TP的第二端与控制晶体管K的第二端电连接。
在具体实施时，在复位阶段中，对各扫描信号端Gate1～Gaten加载第一信号，以使各行探测单元110中的控制晶体管K导通，以使采样放大电路220输出的复位信号通过控制晶体管K被输入到存储电容Cst。并且，通过对触发信号端STV加载导通信号，以使补偿电路210中至少一个补偿开关导通，以使补偿信号通过补偿开关和控制晶体管K被输入到存储电容Cst，从而清空存储电容Cst中的电荷，并使各行探测单元110中的存储电容Cst的电位均相同。
在具体实施时，在本发明实施例中，对于补偿电路210设置的两个补偿开关，可以使第二晶体管TP与第一晶体管TN的类型不同，例如可以使第一晶体管TN为N型场效应晶体管，第二晶体管TP为P型场效应晶体管，或者相反。从而可以使补偿电路210将补偿信号端VC的补偿信号充分地提供给探测单元110。
作为一个示例，如图3与图4所示，第一晶体管TN可以为N沟道增强型场效应管，第二晶体管TP可以为P沟道增强型场效应管，并且第一晶体管TN的衬底与接地端Gnd电连接，第二晶体管TP的衬底与电源电压端VDD电连接。在具体实施时，可以通过控制对触发信号端STV加载的信号来控制第一晶体管TN和第二晶体管TP的导通与截止。具体地，当触发信号端STV的信号的电压小于电源电压端的信号的电压VDD时，第一晶体管TN和第二晶体管TP输入与输出间都呈高阻态，补偿电路210截止。当触发信号端STV的信号的电压大于电源电压端的信号的电压VDD时，则第一晶体管TN和第二晶体管TP至少会有一个导通，当补偿信号端VC的信号的电压V_com、电源电压端的信号的电压VDD以及第一晶体管TN的阈值电压VN满足0<V_com<VDD-VN时，第一晶体管TN导通；当补偿信号端VC的信号的电压V_com、电源电压端的信号的电压VDD以及第二晶体管TP的阈值电压VP满足|VP|<V_com<VDD时，第二晶体管TP导通。
具体地，在本发明实施例提供的平板探测装置中，上述控制晶体管K可以是薄膜晶体管(TFT，Thin Film Transistor)，也可以是金属氧化物半导体场效应管(MOS，MetalOxide Scmiconductor)，在此不作限定，上述第一晶体管和第二晶体管可以为金属氧化物半导体场效应管。并且根据上述各晶体管的类型不同以及各晶体管的控制端的信号的不同，将各晶体管的控制端作为栅极，并可以将上述晶体管的第一端作为源极，第二端作为漏极，或者将晶体管的第一端作为漏极，第二端作为源极，在此不作具体区分。
在具体实施时，在本发明实施例中，如图3与图4所示，采样放大电路220可以包括电荷灵敏前置放大器221和数据选择器222；
其中，电荷灵敏前置放大器221的第一输入端与探测单元110电连接，电荷灵敏前置放大器221的第二输入端与数据选择器222的输出端电连接；
数据选择器222的第一输入端与复位信号端REF电连接，数据选择器222的第二输入端与第一参考电压端VS电连接。具体地，电荷灵敏前置放大器21可以包括运算放大器、可变电容Cf和复位开关T；其中，运算放大器的反相输入端与控制晶体管K的第二端电连接，运算放大器的同相输入端与数据选择器222的输出端电连接，运算放大器的输出端与采样输出端Out电连接；可变电容Cf的第一端与运算放大器的反相输入端电连接，可变电容Cf的第二端与运算放大器的输出端电连接；复位开关T的第一端与运算放大器的反相输入端电连接，复位开关T的第二端与运算放大器的输出端电连接。
在具体实施时，由于复位信号和补偿信号均为固定电压信号，且复位信号和补偿信号的电压相同，则可以将复位信号端REF与补偿信号端VC设置为同一端。
在具体实施时，数据选择器222还可以具有更多输入端，例如第三输入端、第四输入端，这些输入端分别与更多的参考电压端电连接，例如第三输入端与第二参考电压端电连接，第四输入端与第三参考电压端电连接。并且，不同的参考电压端的电压不同，可以使数据选择器具有更多的可供选择的外部接入电压。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种平板探测器系统，包括上述任一种平板探测装置。
下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。需要说明的是，本实施例中是为了更好的解释本发明，但不限制本发明。下面以图2所示的平板探测装置和图3所示的探测单元与采样电路为例，结合图5所示的信号时序图对本发明实施例提供的上述平板探测装置的工作过程进行描述，下述描述中以1表示高电平，0表示低电平。需要说明的是，1和0是逻辑电平，其仅是为了更好的解释本发明实施例的具体工作过程，而不是具体的电压值。需要说明的是，图5中Gate1～Gaten表示第一行探测单元对应的扫描信号端的信号至第n行探测单元对应的扫描信号端的信号。具体地，选取第一行探测单元对应的复位第一阶段t1和复位第二阶段t2进行说明。
在复位第一阶段t1之前，平板探测器处于待机阶段，其探测单元中的存储电容Cst会存储负电荷。数据选择器222将复位信号端REF与运算放大器的同相输入端导通，则运算放大器的反相输入端的电压为接近复位信号端REF的复位信号电压。
在复位第一阶段t1，Gate1＝1，STV＝0。
Gate1＝1，则控制晶体管K导通。STV＝0，即触发信号端STV的电压小于电源电压端的电压VDD，第一晶体管TN和第二晶体管TP均截止。导通的控制晶体管K将存储电容Cst存储的负电荷提供至可变电容Cf的第一端，使可变电容Cf的第一端的电位降低，导致可变电容Cf两端存在电压差。数据选择器222将复位电压端REF与运算放大器的同相输入端导通，根据运算放大器特性，运算放大器的反相输入端的电压会被拉升恢复至接近复位信号端REF的电压，即对探测单元110提供复位信号，从而对存储电容Cst进行复位。
在复位第二阶段t2，Gate1＝1，STV＝1。
Gate1＝1，则控制晶体管K保持导通。STV＝1，即触发信号端STV的电压大于电源电压端的电压VDD，第一晶体管TN和第二晶体管TP至少一个导通，复位电压端REF的电压通过第一晶体管TN和第二晶体管TP至少其中之一和控制晶体管K被提供给存储电容Cst，以对存储电容Cst进一步复位。
对于第二行探测单元，其复位第一阶段t3的工作过程可以与第一行探测单元对应的复位第一阶段t1的工作过程基本相同，其复位第二阶段t4的工作过程可以与第一行探测单元对应的复位第二阶段t2的工作过程基本相同。对于第三行探测单元至第n行探测单元同理，其具体工作过程在此不做赘述。
本发明实施例提供的一种平板探测装置及系统，包括平板探测器和多个采样电路，平板探测器包括多个探测单元；其中，一列探测单元与一个采样电路电连接；采样电路包括补偿电路和采样放大电路。通过设置有补偿电路，使探测单元在复位阶段中不仅接收采样放大电路输出的复位信号还可以接收补偿电路输出的补偿信号，从而对平板探测器中各探测单元均充分复位，进而可以使各探测单元在探测阶段中接收光信号之前的初始电位均相同，改善由于各探测单元的初始电位不同导致平板探测装置生成的图像均一性不良的问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种平板探测装置，其特征在于，包括：平板探测器和多个采样电路；
所述平板探测器包括多个探测单元；其中，一列所述探测单元与一个所述采样电路电连接；
所述采样电路包括采样放大电路和补偿电路；
所述探测单元用于在探测阶段中，接收光信号并将接收的所述光信号转换为探测信号，以及在扫描信号端的第一信号的控制下将所述探测信号提供给所述采样放大电路；在复位阶段中，在扫描信号端的第二信号的控制下接收所述采样放大电路输出的复位信号和所述补偿电路输出的补偿信号进行复位；
所述采样放大电路用于在探测阶段中，将接收的所述探测信号处理后提供给采样输出端；在复位阶段中，向所述探测单元输出复位信号；
所述补偿电路用于在复位阶段中，向所述探测单元输出补偿信号。
2.如权利要求1所述的平板探测装置，其特征在于，所述探测单元包括：光电二极管、存储电容和控制晶体管；
其中，所述光电二极管的第一端与偏置电压端电连接，所述光电二极管的第二端与所述控制晶体管的第一端电连接；
所述存储电容的第一端与所述偏置电压端电连接，所述存储电容的第二端与所述光电二极管的第二端电连接；
所述控制晶体管的控制端与所述扫描信号端电连接，所述控制晶体管的第二端与所述采样放大电路电连接；
所述补偿电路包括第一补偿开关；所述第一补偿开关的第一端与补偿信号端电连接，所述第一补偿开关的控制端与触发信号端电连接，所述第一补偿开关的第二端与所述控制晶体管的第二端电连接。
3.如权利要求2所述的平板探测装置，其特征在于，所述第一补偿开关包括第一晶体管；
所述第一晶体管的第一端与所述补偿信号端电连接，所述第一晶体管的控制端与所述触发信号端电连接，所述第一晶体管的第二端与所述控制晶体管的第二端电连接。
4.如权利要求2所述的平板探测装置，其特征在于，所述补偿电路还包括第二补偿开关；所述第二补偿开关的第一端与所述补偿信号端电连接，所述第二补偿开关的控制端与所述触发信号端电连接，所述第二补偿开关的第二端与所述控制晶体管的第二端电连接。
5.如权利要求4所述的平板探测装置，其特征在于，所述第二补偿开关包括第二晶体管；所述第二晶体管的第一端与所述补偿信号端电连接，所述第二晶体管的控制端与所述触发信号端电连接，所述第二晶体管的第二端与所述控制晶体管的第二端电连接；所述第二晶体管与所述第一晶体管的类型不同。
6.如权利要求5所述的平板探测装置，其特征在于，所述第二晶体管为N型场效应晶体管，所述第一晶体管为P型场效应晶体管。
7.如权利要求1-6任一项所述的平板探测装置，其特征在于，所述复位信号和所述补偿信号均为固定电压信号，且复位信号和所述补偿信号的电压相同。
8.如权利要求1-6任一项所述的平板探测装置，其特征在于，所述采样放大电路包括电荷灵敏前置放大器和数据选择器；
其中，所述电荷灵敏前置放大器的第一输入端与所述探测单元电连接，所述电荷灵敏前置放大器的第二输入端与所述数据选择器的输出端电连接；
所述数据选择器的第一输入端与复位信号端电连接，所述数据选择器的第二输入端与第一参考电压端电连接。
9.如权利要求8所述的平板探测装置，其特征在于，所述电荷灵敏前置放大器包括运算放大器、可变电容和复位开关；
其中，所述运算放大器的反相输入端与所述控制开关的第二端电连接，所述运算放大器的同相输入端与所述数据选择器的输出端电连接，所述运算放大器的输出端与所述采样输出端电连接；
所述可变电容的第一端与所述运算放大器的反相输入端电连接，所述可变电容的第二端与所述运算放大器的输出端电连接；
所述复位开关的第一端与所述运算放大器的反相输入端电连接，所述复位开关的第二端与所述运算放大器的输出端电连接。
10.一种平板探测器系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的平板探测装置。
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