CN115317004A - 放射线摄像装置和放射线摄像系统 - Google Patents

放射线摄像装置和放射线摄像系统 Download PDF

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CN115317004A CN202210440119.5A CN202210440119A CN115317004A CN 115317004 A CN115317004 A CN 115317004A CN 202210440119 A CN202210440119 A CN 202210440119A CN 115317004 A CN115317004 A CN 115317004A
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冈田英之
藤吉健太郎
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Abstract

本发明提供一种放射线摄像装置和放射线摄像系统。所述放射线摄像装置包括：多个像素组、偏置源以及感测单元。每个像素组包括以下像素，所述像素包括用于将放射线转换为电荷的转换元件。每个偏置源经由偏置线向像素的转换元件提供偏置电位，其中，所述感测单元在至少部分重叠的定时处对第一信号值和第二信号值进行采样并且基于所述第一信号值和所述第二信号值确定是否存在放射线照射，所述第一信号值指示流过第一偏置线的电流并且所述第二信号值指示流过第二偏置线的电流，所述第一偏置线连接到包括开关元件接通的像素的第一像素组，而所述第二偏置线连接到所述开关元件断开的第二像素组。所述第一偏置线和所述第二偏置线具有基本相同的时间常数。

Description

放射线摄像装置和放射线摄像系统
技术领域
本发明涉及一种放射线摄像装置和放射线摄像系统。
背景技术
使用由半导体材料形成的平板检测器(FPD)的放射线摄像装置广泛用于医学图像诊断和无损检查。日本专利申请特开No.2014-168203讨论了一种放射线摄像装置，所述放射线摄像装置在使用放射线照射放射线摄像装置时，利用流过用于向像素提供偏置电位的偏置线的电流(偏置电流)感测是否存在放射线照射，以与放射线生成装置同步。日本专利申请特开No.2014-168203中讨论的放射线摄像装置分别从相同的像素获得开关元件导通时流动的偏置电流和开关元件不导通时流动的偏置电流作为有效值和噪声值，并且基于有效值和噪声值检测是否存在放射线照射。
日本专利申请特开No.2014-168203讨论了通过基于有效值和噪声值检测是否存在放射线照射来减少噪声的影响。然而，在日本专利申请特开No.2014-168203中讨论的技术在以高精度感测是否存在放射线照射方面仍然需要更多的改进。
发明内容
本发明旨在提供一种有利于以更高精度感测是否存在放射线照射的技术。
根据本发明的一个方面，提供一种放射线摄像装置，所述放射线摄像装置包括：多个像素组和多个偏置源，被布置为使得所述像素组与所述偏置源彼此一一对应；驱动电路；以及感测单元。所述多个像素组中的每一组包括以下像素：所述像素包括被配置为将放射线转换为电荷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元件。所述多个偏置源中的每一者被配置为，经由多条电独立偏置线中的至少一条，向所述对应像素组中的所述像素的所述转换元件提供偏置电位。所述驱动电路被配置为，控制所述像素的所述开关元件。所述感测单元被配置为，在至少部分重叠的定时处，对第一信号值和第二信号值进行采样，其中，所述第一信号值指示流过多条偏置线中的第一偏置线的电流并且所述第二信号值指示流过多条偏置线中的第二偏置线的电流，所述第一偏置线连接到包括所述多个像素组中所述开关元件通过驱动电路接通的像素的第一像素组，而所述第二偏置线连接到所述多个像素组中所述开关元件断开的第二像素组。所述感测单元还被配置为，基于所述第一信号值和所述第二信号值，确定是否存在放射线照射。所述第一偏置线和所述第二偏置线具有基本相同的时间常数。
本发明的其他特征通过以下参照附图对示例性实施例的描述将变得显而易见。
附图说明
图1是图示使用根据本发明示例性实施例的放射线摄像装置的放射线摄像系统的配置示例的图。
图2是图示图1中所示的放射线摄像装置的配置示例的图。
图3是图示图1中所示的放射线摄像装置的操作的流程图。
图4是图示图1中所示的放射线摄像装置的驱动定时的示意图。
图5A和图5B是图示在图1中所示的放射线摄像装置检测放射线时的驱动定时的示意图。
图6是图示在图1中所示的放射线摄像装置检测放射线时的驱动定时的详细图。
图7是图示图1中所示的放射线摄像装置的驱动定时的示意图。
图8是图示图1中所示的放射线摄像装置的配置示例的示意图。
图9是图示图1中所示的放射线摄像装置的比较配置示例的示意性配置图。
图10是图示图8中所示的放射线摄像装置的偏置线的配置示例的示意图。
图11A和图11B是图示图10中所示的偏置线的层配置的示例的示意性剖视图。
图12是图示图2中所示的偏置源的配置的变型例的图。
图13是图示图2中所示的放射线摄像装置的配置的变型例的图。
图14是图示在图13中所示的放射线摄像装置检测放射线时的驱动定时的示意图。
图15是图示图6中详细图示的驱动定时的变型例的图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述示例性实施例。以下示例性实施例并不旨在限制权利要求中阐述的发明。虽然将示例性实施例描述为包括多个特征，但是并非所有这些特征对于本发明都是必不可少的，并且这些特征可以适当地组合。在附图中，相同或相似的部件由相同的附图标记表示，并且将省略其冗余描述。如示例性实施例中所采用的，放射线不仅可包括诸如α射线、β射线和γ射线等由放射性衰变发射的粒子(包括光子)形成的射束，还可包括诸如X射线、粒子束和宇宙射线等具有等效或更高能量的射束。
本发明的示例性实施例已经实现，用来解决发明人通过其详尽研究发现的新问题。根据发明人的研究，发现电流可能由于放射线照射以外的、诸如对放射线摄像装置施加冲击等原因而流过偏置线。如果由于噪声而有大电流流过，则尽管没有放射线照射，仍可能错误地感测到放射线照射。日本专利申请特开No.2014-168203讨论了通过基于有效值和噪声值检测是否存在放射线照射来减少噪声的影响。然而，当放射线摄像装置受到冲击时出现的具有高频分量的噪声可能无法减少。本示例性实施例旨在提供有利于以高精度感测是否存在放射线照射的技术。
将参照图1至图10描述根据本发明第一示例性实施例的放射线摄像装置。图1是图示使用根据本示例性实施例的放射线摄像装置100的放射线摄像系统SYS的配置示例的图。根据本示例性实施例的放射线摄像系统SYS可包括放射线摄像装置100、控制计算机120、放射线生成装置130和放射线控制装置140。
放射线生成装置130基于放射线控制装置140的控制，使放射线摄像装置100暴露于放射线中。控制计算机120可控制整个放射线摄像系统SYS。控制计算机120还获得由从放射线生成装置130经由被摄体照射到放射线摄像装置100的放射线形成的放射线图像。
放射线摄像装置100包括检测单元110、电源单元105、感测单元106和控制单元107。检测单元110包括像素单元101、读取电路102、参考电源103和偏置电源单元104。像素单元101包括用于检测放射线的多个像素的二维阵列。读取电路102从像素单元101读取电荷信息。参考电源103向读取电路102提供参考电压。偏置电源单元104向在像素单元101中排列的像素的转换元件提供偏置电位。电源单元105向包括参考电源103和偏置电源单元104的各种电源供电。感测单元106从偏置电源单元104获得电流信息。更具体而言，感测单元106从偏置电源单元104获得与流过偏置线以供偏置电源单元104向像素单元101中的像素提供偏置电位的电流有关的信息。感测单元106对从偏置电源单元104输出的电流信息进行算术运算，并且输出包括入射在像素单元101上的放射线强度的时间变化的放射线信息。诸如现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)和处理器的数字信号处理电路可用作感测单元106。感测单元106可以包括诸如采样-保持电路和运算放大器的模拟电路。虽然在图1所示的配置中，感测单元106包括在放射线摄像装置100中，但是控制计算机120可以具有感测单元106的功能。在这种情况下，可将图1中所示的放射线摄像装置100和控制计算机120中起感测单元106作用的部分统称为本示例性实施例的“放射线摄像装置”。下面将参照图2详细描述检测单元110。控制单元107控制整个放射线摄像装置100，包括放射线摄像装置100的驱动。控制单元107基于用户设置通过使用由控制计算机120指定的驱动方法来控制检测单元110。可以使用从感测单元106输出的放射线信息来改变检测单元110的驱动方法。
图2是图示放射线摄像装置100的检测单元110的配置示例的等效电路图。为了便于描述，图2图示了包括6行×6列像素PIX的像素单元101。然而，实际放射线摄像装置100的像素单元101可包括更多像素。例如，17英寸的放射线摄像装置100可包括约2800行×2800列的像素PIX。
像素单元101是包括以矩阵排列的多个像素PIX的二维检测器。像素PIX包括用于将放射线转换为电荷的转换元件S(S11至S66)以及用于将转换元件S连接到信号线Sig以输出与电荷对应的电信号的开关元件T(T11至T66)。在本示例性实施例中，转换元件S是间接转换元件，每个间接转换元件包括光电转换元件和波长转换器，所述波长转换器用于将放射线转换为光电转换元件可检测到的波长带的光。波长转换器位于光电转换元件的放射线入射侧上。主要由诸如非晶硅的半导体材料制成并布置在诸如玻璃基板的绝缘基板上的金属-绝缘体-半导体(MIS)光电二极管可以用作用于将光转换为电荷的光电转换元件。例如，不仅MIS光电二极管而且正-本征-负(positive-intrinsic-negative,PIN)光电二极管也可以用作光电转换元件。直接将放射线转换为电荷的直接转换元件可以用作转换元件S。此外，具有控制端子和两个主端子的晶体管可以用于开关元件T。在本示例性实施例中，薄膜晶体管(TFT)用作开关元件T。
转换元件S的电极中的一者与开关元件T的两个主端子中的一者电连接。转换元件S的另一电极经由偏置线Bs与偏置电源单元104的偏置源203电连接。沿行方向(图中横向方向)排列的多个开关元件T(例如，开关元件T11、T13和T15)的控制端子共同电连接到第一行驱动线Vg1-1。用于控制开关元件T的导通状态的驱动信号经由驱动线Vg1-1从驱动电路214提供。驱动电路214经由沿行方向布置的多条驱动线Vg来控制像素PIX的开关元件T。沿列方向(图中垂直方向)排列的开关元件T(例如，开关元件T11、T21、T31、T41、T51和T61)中的每一者的两个主端子中的另一者电连接到第一列信号线Sig1。当开关元件T导通时，与转换元件S中的电荷对应的电信号经由信号线Sig输出到读取电路102。信号线Sig1至Sig6可将从多个像素PIX输出的电信号并行逐列地传输到读取电路102。
读取电路102包括与各信号线Sig对应的放大电路206。放大电路206并行放大从像素单元101输出的电信号。放大电路206均包括用于放大输出电信号的积分放大器205、用于放大从积分放大器205输出的电信号的可变放大器204、用于对放大的电信号进行采样和保持的采样-保持电路207以及缓冲放大器209。积分放大器205包括用于放大从像素PIX读取的电信号并输出放大的电信号的运算放大器、积分电容器和复位开关。积分放大器205的放大率可通过改变积分电容器的值来改变。从像素PIX输出的电信号被输入到积分放大器205的反相输入端子，来自参考电源103的参考电位Vref被输入到非反相输入端子，并且放大的电信号被从输出端子输出。积分电容器位于积分放大器205的反相输入端子与输出端子之间。采样-保持电路207针对各放大电路206配设，并且均包括采样开关和采样电容器。读取电路102还包括多路复用器208，所述多路复用器208用于将从放大电路206并行读取的电信号作为串行图像信号依序输出。作为从缓冲放大器209输出的模拟电信号的图像信号由模数(A/D)转换器210转换为数字图像数据，并且数字图像数据被输出到图1中所示的控制计算机120。
电源单元105(在图2中省略)将来自电池或外部的电力变换为各种电源，并且向图2中所示的放大器电路206的参考电源103和偏置电源单元104提供电力。参考电源103将参考电位Vref提供给积分放大器205的非反相输入端子。偏置电源单元104的偏置源203经由偏置线Bs向每个转换元件S的两个电极中的另一者提供共用偏置电位Vs。偏置电源单元104的偏置源203将包括流过偏置线Bs的电流量的时间变化的电流信息输出到感测单元106。在本示例性实施例中，偏置源203均包括电流-电压转换电路215作为用于输出电流信息的电路。电流-电压转换电路215包括运算放大器和电阻器。然而，偏置源203的配置并不限于此。例如，偏置源203均可以包括使用分流电阻器的电流-电压转换电路。偏置源203还均可以包括用于将电流-电压转换电路的输出电压转换为数值的A/D转换电路，并且以数值的形式输出电流信息。偏置源203可以将与提供给(流过)偏置线Bs的电流量对应的适当物理量输出到感测单元106。用于提供偏置电位Vs1的偏置电源电路217与偏置源203a的电流-电压转换电路215的非反相输入端子连接。偏置线Bsa连接到偏置源203a的电流-电压转换电路215的反相输入端子。用于提供偏置电位Vs2的偏置电源电路217与偏置源203b的电流-电压转换电路215的非反相输入端子连接。偏置线Bsb连接到偏置源203b的电流-电压转换电路215的反相输入端子。
驱动电路214基于从图1中所示的控制单元107输入的控制信号D-CLK、OE和DIO，向各驱动线Vg输出驱动信号。驱动信号具有用于使开关元件T进入导通(on)状态的导通电压Vcom或用于使开关元件T进入非导通(off)状态的非导通电压Vss。驱动电路214由此控制开关元件T的接通和断开并且驱动像素单元101。控制信号D-CLK是用作驱动电路214的移位寄存器的移位时钟。控制信号DIO是移位寄存器传送的脉冲。控制信号OE是用于控制移位寄存器的输出端的信号。通过使用这些控制信号D-CLK、DIO和OE来设置驱动持续时间和扫描方向。
控制单元107还通过向读取电路102发出控制信号RC、SH和CLK来控制读取电路102的组件的操作。控制信号RC控制积分放大器205中的复位开关的操作。控制信号SH控制采样-保持电路207的操作。控制信号CLK控制多路复用器208的操作。
图3是图示根据本示例性实施例的放射线摄像装置100的操作示例的流程图。如上所述，放射线摄像装置100的组件由控制单元107控制。
用户设置放射线图像的成像条件，然后在步骤S301中，感测单元106首先从与从偏置源203获得的与流过偏置线Bs的电流有关的信息中获得放射线信息，并且确定放射线照射是否开始。可以通过使用包括从放射线信息获得在像素PIX的转换元件S中累积的电荷量的方法来确定放射线照射的开始。在这种情况下，如果根据电荷量确定的放射线强度超过预定阈值，则确定放射线照射开始。如果感测单元106确定放射线照射没有开始(在步骤S301中为“否”)，则处理进入步骤S302。在步骤S302中，控制单元107使驱动电路214进行复位驱动(下文中可称为伪读取)，以通过暗电流去除在像素PIX的转换元件S中累积的电荷。从初始行(第0行)到最后一行(第(Y-1)行)依次进行伪读取，并且在最后一行之后返回初始行。
如果感测单元106确定放射线照射开始(在步骤S301中为“是”)，则处理进入步骤S303。在步骤S303中，控制单元107确定放射线照射是否结束。如果从确定放射线照射开始已经过去预定时间，则可以确定放射线照射结束。另一选择是，控制单元107可以从感测单元106获得的放射线信息获得在像素PIX的转换元件S中累积的电荷量。在这种情况下，如果根据电荷量确定的放射线强度低于预定阈值，则确定放射线照射结束。如果确定放射线照射没有结束(在步骤S303中为“否”)，则处理进入步骤S304。在步骤S304中，为了获得放射线图像，驱动电路214断开像素PIX的开关元件T。从而进行用于累积从放射线转换的信号的驱动(下文中可以称为累积)。如果确定放射线照射结束(在步骤S303中为“是”)，则处理进入步骤S305。在步骤S305中，驱动电路214和读取电路102进行用于读取在像素PIX的转换元件S中累积的电荷的驱动(下文中可以称为实际读取)。可从在像素单元101中排列的像素PIX的初始行到最后一行依序进行实际读取。在实际读取最后一行之后，一系列成像操作结束。
图4是图示放射线摄像装置100的驱动定时的示意图。控制单元107使驱动电路214重复驱动(伪读取)，以使开关元件S依序从像素单元101的初始行(第0行)导通到最后一行(第(Y-1)行)，直到放射线照射开始为止。如果伪读取在放射线照射开始之前到达最后一行，则驱动电路214从初始行重复伪读取。
如果感测单元106感测到(确定)放射线照射的开始，则控制单元107转变到驱动(累积)以经由驱动电路214断开所有行的像素PIX中的开关元件T，以获得放射线图像。下面将描述确定是否存在放射线照射的细节。累积持续直到确定放射线照射结束为止。如果放射线照射结束，则控制单元107控制驱动电路214和读取电路102依序使开关元件T从初始行导通到最后一行，并且进行从像素PIX读取信号的实际读取。
图5A图示了根据本示例性实施例感测到放射线摄像装置100的放射线照射开始时的驱动定时。作为比较示例，图5B图示了在由于冲击而发生故障的情况下的驱动定时。这里，将确定放射线照射开始的放射线摄像装置100的行称为行ys。
图5A是图示图4中所示的确定放射线照射开始的行ys附近的放大图。图5A图示从偏置源203输出的、供感测单元106输出包括入射在像素单元101上的放射线强度的时间变化的放射线信息的电流信息。感测单元106从与从偏置源203获得的流过偏置线Bs的电流有关的信息中获得放射线信息，并且确定放射线照射是否开始。在图5A中，放射线照射在行ys-1的扫描与行ys的扫描之间开始。在行ys的扫描期间，与流过偏置线Bs的电流有关的信息超过确定阈值，并且感测单元106确定放射线照射开始。基于该确定结果，控制单元107使像素单元101转变到累积操作从而获得放射线图像。
图5B是图示在根据比较示例的放射线摄像装置在行ys的伪读取期间经受冲击的情况下图4中的行ys附近的放大图。一般来说，需要轻质放射线摄像装置来提高便携性和实用性。例如，放射线摄像装置的外壳倾向于选择诸如碳等轻质材料而不是传统金属。然而，这会降低外壳的刚性，并且有利于将冲击和压力传递到内部的电路基板。同样地，电路基板的尺寸正在减小并且密度正在增加。例如，有采用小尺寸大容量的陶瓷电容器以及在少量基板上集成多个电路的趋势。如果冲击或压力作用在这样的电路基板上，则陶瓷电容器可能因此以压电方式产生电压噪声，且噪声会通过电路之间的干扰传播到各种电路并容易引起故障。换言之，放射线摄像装置的电路可能更容易受到冲击和压力。在图5B中所示的示例中，如果放射线摄像装置在扫描行ys以进行伪读取时受到冲击并且与流过偏置线Bs的电流有关的信息超过确定阈值，则感测单元106错误地确定放射线照射启动。控制单元107基于所述确定，使像素单元101转变到累积操作。
接下来，将参照图6描述根据本示例性实施例的感测单元106确定放射线照射开始的详细操作。在本示例性实施例中，放射线摄像装置100关于流过偏置线Bs的偏置电流可具有以下特征：
(1)在放射线照射期间，与每单位时间照射的放射线的量成比例的电流流过偏置线Bs。在图6中，将该电流示为“第一信号”。该电流在像素PIX的开关元件T接通(导通)时比在开关元件T断开(非导通)时要高。然而，在图中，为了简便起见，将电流示为恒定电流。
(2)如果将使用放射线照射的像素PIX的开关元件T导通，则与开关元件T导通之前在像素PIX的转换元件S中累积的电荷量成比例的电流流过偏置线Bs。在图6中，将该电流示为“第二信号”。
(3)当像素PIX的开关元件T接通或断开时，电流流过偏置线Bs。该电流可称为开关噪声(未示出)。
(4)如果对放射线摄像装置100施加冲击或磁场，则与施加噪声的频率对应的电流流过偏置线Bs。该电流称为外部噪声，并且在图6中示为“外部噪声”。例如，由于从商业电源生成的电磁场的影响，因此50至60Hz左右的电流可流过偏置线Bs。如果对放射线摄像装置100施加冲击，则几Hz至几KHz的电流可流过偏置线Bs。
(5)即使在没有磁场或没有施加向放射线摄像装置100施加的冲击的情况下，电流也会因放射线摄像装置100自身引起的电磁波和感测单元106的内部噪声而流过偏置线Bs。该电流称为系统噪声(未示出)。
图6中的“偏置电流”图示为使得第一信号、第二信号和外部噪声(以及开关噪声和系统噪声)时刻恒定。然而，图6仅概念性地图示了这些信号和噪声出现的定时，并且信号和噪声不一定时刻恒定。
为了感测放射线照射，或者更具体而言，放射线照射的开始，可简单地将由流过偏置线Bs的电流产生的信号的采样值用作感测信号。然而，这可能导致图5B中如上所述的错误确定。为了减小由于冲击或磁场造成的外部噪声的影响，根据本示例性实施例的放射线摄像装置100的感测单元106因此通过使用以下技术来计算放射线信息并感测放射线照射。
在本示例性实施例中，如图2中所示，偏置电源单元104包括多个偏置源203。像素单元101中的像素PIX构成多个像素组。更具体而言，像素组和偏置源203被布置为彼此一一对应。多个偏置源203经由各偏置源203的电独立偏置线Bs向像素PIX的转换元件S提供偏置电位。在图2中所示的配置中，偏置源203a经由偏置线Bsa向包括像素PIXa的像素组提供偏置电位。偏置源203b经由偏置线Bsb向包括像素PIXb的像素组提供偏置电位。
感测单元106基于从偏置源203a和203b输出以流过偏置线Bsa和Bsb的电流的信号获得放射线信息，并且感测放射线照射。例如，如果放射线信息或放射线信息的积分值超过预定阈值，则感测单元106确定放射线摄像装置100被放射线照射。
如图6中所示，将驱动电路214的驱动周期称为时间TI。换言之，放射线摄像装置100以时间TI的间隔进行复位操作(伪读取)。时间TI包括时间TH和时间TL。时间TH是指驱动电路214提供高电平驱动信号的时间(下文中可以称为接通时间)。时间TL是指驱动电路214提供低电平驱动信号的时间(下文中可以称为断开时间)。例如，在本示例性实施例中，控制单元107控制驱动电路214，使得时间TH等于时间TL(即，时间TH＝时间TL)。更具体而言，在复位操作开始时，驱动电路214将驱动线Vg的驱动信号从低电平切换到高电平。在经过时间TH之后，驱动电路214将驱动线Vg的驱动信号恢复为低电平。在经过相同量的时间TL之后，然后，驱动电路214开始下一次复位操作。例如，可以将时间TH和TL设置为16μs(即，时间TH＝时间TL-16μs)。
此外，如图6中所示，将感测单元106对从偏置源203a和203b流过偏置线Bsa和Bsb的电流进行采样的时段称为时间TS。在本示例性实施例中，时间TH等于时间TS，因此感测单元106在驱动线Vg将高电平驱动信号提供给对应像素PIX的开关元件T的时段期间，对指示从偏置源203a和203b流过偏置线Bsa和Bsb的电流的信号值进行采样。在图6中所示的定时图中，将时间TH、TL和TS设置为TI/2(即，时间TH＝时间TL＝时间TS＝TI/2)。然而，该值并非限制性的。可以将时间TH和TL设置为任何值或比率。
时间TH和TS不相同。时间TS可以设置为比时间TH更短的时段，并且感测单元106可以在时间TH的时段内进行多个采样操作。
在本示例性实施例中，偏置电源单元104包括如上所述的两个偏置源203a和203b。因此，感测单元106可同时获得两个从偏置源203a和203b输出以在单个时间TS中流过偏置线Bsa和Bsb的电流信号。在两个像素组中，将包括开关元件T由驱动电路214接通的像素PIX的像素组称为第一像素组。将指示流过与第一像素组连接的偏置线Bs的电流的信号值称为有效值S。在两个像素组中，将包括所有开关元件T均断开的像素PIX的像素组称为第二像素组。将指示流过与第二像素组连接的偏置线Bs的电流的信号值称为噪声值N。将与第一像素组连接的偏置线Bs称为第一偏置线，并且将与第二像素组连接的偏置线Bs称为第二偏置线。
如图6中所示，感测单元106可以在同一定时处对有效值S和噪声值N进行采样。由于获得有效值S和噪声值N没有时间差，因此前述第二信号仅包括在开关元件T导通的有效值S中，而不是包括在有效值S和噪声值N两者中。相比之下，无论开关元件T的导通状态如何，有效值S和噪声值N两者中都包括基本相同量的第一信号和基本相同量的外部噪声。因此，感测单元106可基于有效值S和噪声值N或者更具体而言基于有效值S与噪声值N之间的差，消除外部噪声。由此，可仅取得第二信号作为放射线信息。
在图2中所示的配置中，从两个偏置源203a和203b输出的电流信息具有通过将流过各偏置线Bsa和Bsb的电流转换为电压而获得的模拟值。因此，感测单元106被配置为将两者均为模拟值的有效值S与噪声值N之间的差转换为数值，并且基于得到的数值计算用于确定是否存在放射线照射的放射线信息。然而，这并不是限制性的。例如，可以在偏置源203与感测单元106之间布置用于对各偏置源203中的电流-电压转换电路215的输出进行A/D转换的A/D转换器。
在这种情况下，感测单元106可以基于从偏置源203a和203b输出的有效值S与噪声值N的A/D转换数值之间的差，来计算放射线信息。
现在，将通过第y次(y是任意自然数)复位操作(伪读取)获得的两个采样值称为有效值S(y)和噪声值N(y)。用于感测放射线照射的放射线信息将由X(y)表示。感测单元106可以通过由下方等式(1)表达的计算来计算放射线信息X(y)：
X(y)＝S(y)-N(y) 等式(1)
等式(1)表示流过与包括开关元件T接通的像素PIX的像素组(第一像素组)连接的偏置线Bs的电流与流过与所有开关元件T都断开的像素组(第二像素组)连接的偏置线Bs的电流之间的减法处理。如果像素PIX的输出特性彼此不同，则可以如下方等式(2)表达、使用基于像素PIX的变化加权的信号值S(y)和N(y)来计算放射线信息X(y)：
X(y)＝a×S(y)-b×N(y) 等式(2)
其中，a和b为权重因数。
如果感测单元106感测到放射线照射开始，则控制单元107使所有开关元件T不导通，从而像素PIX累积因放射线产生的信号。然后，控制单元107在放射线照射结束时进行实际读取。在图2中所示的配置中，用于将像素PIX分成各个像素组的两条驱动线连接到在每一行中排列的像素PIX。在图2中所示的配置中，像素PIX包括在行方向上相邻的像素PIXa和PIXb。像素PIXa和像素PIXb属于多个像素组中各个不同的像素组，并且与多条驱动线Vg中各个不同的驱动线Vg连接。在日本专利申请特开No.2014-168203中讨论的电路图中，存在Y条驱动线Vg。在本示例性实施例中，存在2Y条驱动线Vg。假设驱动周期或时间TI与日本专利申请特开No.2014-168203中的相同，如果通过使开关元件T连续地从初始行(第0行)导通到最后一行(第(Y-1)行)来进行实际读取，则将花费两倍的较长时间来读取所有行的信号。如图7中所示，在实际读取期间，控制单元107因此控制驱动电路214以使两条驱动线Vg同时导通，以防止实际读取时间因驱动线Vg的增加而增加。具体而言，如图2中所示，在多个像素PIX中，排列在每一列中的像素共享同一信号线Sig。在获得放射线图像数据的过程中，驱动电路214可因此通过同时接通像素PIXa和PIXb的开关元件T来防止实际读取时间的增加。
在本示例性实施例中，由于配设了两个偏置源203，因此在同一定时处对有效值S和噪声值N进行采样。因此，可配设一种放射线摄像装置100和放射线摄像系统SYS，无需与放射线生成装置130同步信号，即可对因向外壳施加压力或冲击而生成的噪声具有高鲁棒性并且可获得高质量的图像信息。
在本示例性实施例中，将放射线摄像装置100描述为包括两个偏置源203。然而，放射线摄像装置100可以包括三个或更多个偏置源203。在这种情况下，可从流过三条或更多条偏置线Bs的电流中适当地对有效值S和噪声值N进行采样。虽然在图2中所示的配置中，属于两个像素组的像素PIX在行方向上交替排列，而在列方向上相邻的像素PIX包括在两个像素组的同一像素组中，但这不是限制性的。属于各像素组的像素PIX可以以任何适当的顺序排列。
在本示例性实施例中，如图6中所示，在同一定时处对有效值S和噪声值N进行采样。然而，这不是限制性的。如果只有一个偏置源203，则仅可在分别不同的定时处对有效值S和噪声值N进行采样。由于感测单元106获得有效值S和采样值N使得采样定时至少部分重叠，因此与只有一个偏置源203的情况相比，可减少外部噪声的影响。
各像素组中包括的像素PIX的数量之间的差可以是10％或更小。例如，各像素组中包括的像素PIX的数量可以相同。像素组中包括相同数量的像素PIX可使流过偏置线Bs的外部噪声、切换噪声和系统噪声的量统一，以在感测单元106感测是否存在放射线照射时减少噪声的影响。
偏置线Bsa和Bsb的时间常数可对放射线信息的计算精度和图像质量有显著影响。影响之一是串扰。串扰是由于从一个像素读取的信号受到在不同定时处读取的另一像素的信号的影响所致。在读取另一个像素的信号的过程中，可能会经由偏置线Bs的寄生电容在一个像素的信号中出现电位变化，并且这种变化可能无法在所述一个像素的读取之前恢复。无法恢复的程度可叠加在原本要读取的信号上。可能的叠加量取决于偏置线Bs的时间常数。如果偏置线Bsa和Bsb具有显著不同的时间常数，则可能的串扰量可能会有很大差异，并且可能会影响获得的放射线图像的图像质量。另一影响是对包括流过偏置线Bs的电流量的时间变化的电流信息的影响。如果偏置线Bsa和Bsb具有显著不同的时间常数，则流过偏置线Bs的电流量可能会有很大差异，并且获得的电流信息可能会受到影响。这可能会影响放射线照射开始的确定精度。
因此希望偏置线Bsa和Bsb或第一偏置线和第二偏置线具有基本相同的时间常数。将参照图8描述作为放射线摄像装置100的检测单元110的配置示例的示意性配置。如图8中所示，构成像素单元101的像素PIXa和PIXb、驱动线Vg、信号线Sig和偏置线Bs布置在绝缘基板803上。同时，构成读取电路102的集成电路(IC)和构成偏置电源单元104的IC布置在印刷电路板801上。读取电路102经由柔性电路板802电连接到绝缘基板803上的信号线Sig。偏置电源单元104经由柔性电路板802电连接到绝缘基板803上的偏置线Bs。现在，关注柔性电路板802中的一者。如图8中所示，偏置线Bsa和Bsb构成一对偏置线组。其中一组位于连接到与柔性电路板802连接的信号线Sig的布线组的一端。另一组位于另一端。另一选择是，如图9中所示，偏置线Bsa可以位于信号线Sig的布线组的一端，而偏置线Bsb位于另一端。然而，在图9中所示的布局中，从柔性电路板802到像素PIX的偏置线Bsa和Bsb的布线长度可变化，因此布线电阻和电容可变化。与图9中所示的布局相比，图8中所示的布局有助于使从像素PIX连接到柔性电路板802的偏置线Bsa和Bsb的长度统一。这样能够减小偏置线Bsa与Bsb的时间常数之间的差。
接下来，将参照图10描述图8中所示的偏置线Bsa和Bsb的配置示例。偏置线Bsa包括多个单独布线部分1006、引线布线部分1003和连接布线部分1001。单独布线部分1006是用于与第一像素组中沿列方向排列的多个像素PIXa的转换元件S连接的布线部分。引线布线部分1003是用于电连接多个单独布线部分1006的布线部分。连接布线部分1001是将引线布线部分1003连接到柔性电路板802的布线部分。偏置线Bsb包括多个单独布线部分1007、引线布线部分1004和连接布线部分1002。单独布线部分1007是用于与第二像素组中沿列方向排列的多个像素PIXb的转换元件S连接的布线部分。引线布线部分1004是用于电连接多个单独布线部分1007的布线部分。连接布线部分1002是用于将引线布线部分1004连接到柔性电路板802的布线部分。
接下来，将参照图11A和图11B描述图10中所示的偏置线Bs的剖面结构。图11A是沿图10的线A-A’截取的剖面视图。图11B是沿图10的线B-B’截取的剖面视图。每条偏置线包括第一布线层1118、第二布线层1115和第三布线层1112。第一布线层1118是可构成驱动线Vg并且在行方向上延伸的布线层。第二布线层1115是可构成信号线Sig并且在列方向上延伸的布线层。第三布线层1112是可构成连接布线部分1001、连接布线部分1002、引线布线部分别1003、引线布线部分1004、单独布线部分1006和单独布线部分1007的布线层。第二布线层1115可位于第一布线层1118上，其间具有绝缘层1117和绝缘层1116。第三布线层1112可位于第二布线层1115上，其间具有绝缘层1114和绝缘层1113。除了第三布线层1112连接到柔性电路板802的位置，第三布线层1112可由绝缘层1111覆盖、绝缘和保护。第一布线层1118、第二布线层1115和第三布线层1112可通过图10中所示的接触孔1005电连接。
如图10、图11A和图11B中所示，偏置线Bsa和Bsb的对应层具有相同的宽度、厚度和长度。偏置线Bsa和Bsb中的接触孔的数量也相同。这样可使偏置线Bsa和Bsb的时间常数基本相同。具体而言，偏置线Bsa的引线布线部分1003的层和偏置线Bsb的引线布线部分1004的层合意地具有相同的宽度、厚度和长度，并且具有相同数量的接触孔。此外，偏置线Bsa的连接布线部分1001的层和偏置线Bsb的连接布线部分1002的层合意地具有相同的宽度、厚度和长度，并且具有相同数量的接触孔。换言之，偏置线Bsa的引线布线部分1003和连接布线部分1001合意地与偏置线Bsb的引线布线部分1004和连接布线部分1002具有基本相同的电阻和电容。
接下来，将描述基本相同的范围。由串扰引起的图像伪影的大小与偏置线Bsa和Bsb的时间常数之间的差Δτ与像素PIX的相关时间常数τ的比率成比例。像素PIX的相关时间常数τ由下方等式(3)表达：
τ＝τON+τsig+τbs 等式(3)
其中，τON是像素PIX的开关元件T接通时开关元件T的时间常数，τsig是信号线Sig的时间常数，而τbs是偏置线Bs的时间常数。
假设像素单元101中的信号线Sig的时间常数τsig相同并且像素单元101内开关元件T接通时开关元件T的时间常数τON相同，则时间常数之间的差Δτ由下方等式(4)表达：
Δτ＝|τbsa-τbsb| 等式(4)
时间常数之间的差Δτ与时间常数τ的比率由下方等式(5)表达：
Δτ/τ＝|(Rbsa·Cbsa-Rbsb·Cbsb)|/CSRON 等式(5)
其中，Rbsa是偏置线Bsa的电阻，Cbsa是偏置线Bsa的电容，Rbsb是偏置线Bsb的电阻，Cbsb是偏置线Bsb的电容，CS是每个像素PIX中转换元件S的电容，而RON是开关元件T接通时开关元件T的电阻。
已证明，如果由等式(5)表达的Δτ/τ为0.1％或更小，则放射线图像中的串扰相关伪影在放射线诊断时不会成为问题。因此，Δτ/τ为0.1％或更小的范围是根据本示例性实施例的基本相同的范围。
虽然偏置源203均包括其中包括运算放大器和电阻器作为图2中所示的用于输出电流信息的电路的电流-电压转换电路215，但是这种配置并不是限制性的。例如，如图12中所示，共用偏置电源电路1217可以连接到偏置源1213a的电流-电压转换电路1215的非反相输入端子和偏置源1213b的电流-电压转换电路1215的非反相输入端子。这样使得可从偏置电源电路1217进入的噪声分量在两个系统之间共有。由于可通过减法处理减少共有噪声分量，因此可提高确定精度。电流-电压转换电路1215的输出端子可以是到差分放大器1216的输入，从而用于输出电流信息的电路输出模拟信号之间的差。
接下来，将参照图13描述图2中所示的放射线摄像装置100的检测单元110的配置示例的变型例。图13是图示放射线摄像装置100的检测单元110的配置示例的变型例的等效电路图。图13中所示的检测单元110的配置与图2所示的不同之处在于像素单元101的配置和读取电路102中的放大电路206的配置。具体而言，包括在各个不同像素组中、连接到各个不同的驱动线Vg并且在行方向上相邻的像素PIXa和PIXb共享信号线Sig。因此，信号线Sig的数量与图2的配置相比减少了一半。读取电路102中包括的放大电路206的数量与图2中所示的配置相比也相应地减少了一半。因此，虽然图13中所示的配置包括与日本专利申请特开No.2014-168203中讨论的配置相比规模增大的驱动电路214，但是读取电路102中的放大电路206可减少。这样能够抑制由于包括驱动电路214和读取电路102的整个放射线摄像装置100中IC数量的增加引起的成本增加，并且能够减少像素单元101内部的布线。
像素PIXa和PIXb经由电独立偏置线Bs连接到不同的偏置源203。如以上参照图6所述，在感测是否存在放射线照射的过程中，有效值S和噪声值N因此可在同一定时处采样。此外，与上述图2中所示的配置一样，用于获得有效值S和噪声值N的像素PIX被布置为彼此相邻。即使局部冲击作为噪声施加到放射线摄像装置100的外壳，也可以视为在同一定时处将相同的噪声施加到像素PIX的间距。图13中所示的配置可因此通过参照图6描述的操作来减少噪声并更准确地感测放射线照射的开始。
图14是图示图13中所示的检测单元110的驱动定时的示意图。用于在伪读取期间感测是否存在放射线照射的驱动类似于参照图6描述的驱动。因此将省略其描述。在本示例性实施例中，相邻像素PIXa和PIXb连接到同一信号线Sig。在实际读取期间，由于从两个像素读取的信号彼此相加，因此两行中的开关元件T无法同时接通。因此，在获得放射线图像数据时，驱动电路214如图14中所示在不同的定时处接通与同一信号线Sig的像素PIX连接的开关元件T。由此，可读出在各个像素PIX中累积的电荷。
在本变型例中，由于配设了两个偏置源203，因此在同一定时处对有效值S和噪声值N进行采样。因此，可配设一种放射线摄像装置100和放射线摄像系统SYS，无需与放射线生成装置130同步信号，即可对因向外壳施加压力或冲击而生成的噪声具有高鲁棒性并且可获得高质量的图像信息。此外，通过在沿行方向相邻的像素PIX之间共享用于输出信号的信号线Sig，可减少读取电路102中的放大电路206的数量。这样能够抵消因驱动电路214的电路规模增加引起的成本增加。
接下来，将参照图15描述用于防止因驱动线Vg的数量增加而导致伪读取帧速率下降的方法。如上面参照图3描述，驱动电路214的驱动周期TI包括两个时段，即接通时间(时间TH)和断开时间(时间TL)。多条驱动线Vg包括第一驱动线(例如，驱动线Vg1-1)和与第一驱动线不同的第二驱动线(例如，驱动线Vg1-2)。在确定是否存在放射线照射过程中，驱动电路214使与驱动线Vg1-1连接的开关元件T从接通变为断开，并且经过规定时间之后，使与驱动线Vg1-2连接的开关元件T接通。
相比之下，根据本变型例的放射线摄像装置100的检测单元110包括多个(在本变型例中为两个系统)偏置源203，因此可在时间TH期间同时对有效值S和噪声值N进行采样。换言之，在本变型例的配置中，不一定需要断开时间(时间TL)。因此，在确定是否存在放射线照射过程中，驱动电路214控制定时，以使连接到驱动线Vg1-1的开关元件T从接通变为断开时的定时与连接到驱动线Vg1-2的开关元件T从断开变为接通时的定时重叠。
众所周知，当开关元件T接通或断开时，电流流过偏置线Bs。这种电流称为开关噪声。如图15中所示，可通过使一个像素行中的开关元件T的驱动信号的下降与下一像素行中的开关元件T的驱动信号的上升同步来消除开关噪声。换言之，图15中所示的检测单元110的驱动在开关元件T的开关噪声高的情况下有效。
此外，图15中所示的驱动在伪读取期间不需要断开时间(时间TL)，并且可通过设置时间TI＝时间TH来减少每行的驱动周期。与日本专利申请特开No.2014-168203中讨论的配置相比，根据本变型例的放射线摄像装置100的配置增加了驱动线Vg。但是，配设多个偏置源203可在伪读取期间减少作为驱动时段的时间TI，因此可维持逐行读取一帧的时间。
即使通过图15中所示的驱动，由于配设了两个偏置源203，因此也在相同定时处对有效值S和噪声值N进行采样。因此，可配设一种放射线摄像装置100和放射线摄像系统SYS，无需与放射线生成装置130同步信号，即可对因向外壳施加压力或冲击而生成的噪声具有高鲁棒性并且可获得高质量的图像信息。此外，可如上所述减少在伪读取期间由于开关元件T的接通和断开而产生的开关噪声，并且可提高放射线照射开始的确定精度。此外，在伪读取期间时间TL的省略可提高采样率，以获得流过偏置线Bs用以确定是否存在放射线照射的电流。由此改进关于确定是否存在放射线照射的时间分辨率。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
本发明并不限于前述示例性实施例，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改和改变。因此所附权利要求公开本发明的范围。
通过上述手段，提供了有利于以更高的精度感测是否存在放射线照射的技术。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应给予随附权利要求的范围最宽泛的解释，以涵盖所有此类变型和等效结构和功能。

Claims (18)

1.一种放射线摄像装置，所述放射线摄像装置包括：
多个像素组和多个偏置源，其中，所述像素组被配置为与所述偏置源彼此一一对应；
驱动电路；以及
感测单元，
其中，所述多个像素组中的每一组包括以下像素：所述像素包括被配置为将放射线转换为电荷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元件，
其中，所述多个偏置源中的每一者被配置为，经由多条电独立偏置线中的至少一条，向所述对应像素组中的所述像素的所述转换元件提供偏置电位，
其中，所述驱动电路被配置为，控制所述像素的所述开关元件，并且
其中，所述感测单元被配置为，在至少部分重叠的定时处，对第一信号值和第二信号值进行采样，所述第一信号值指示流过所述多条偏置线中的第一偏置线的电流并且所述第二信号值指示流过所述多条偏置线中的第二偏置线的电流，所述第一偏置线连接到包括所述多个像素组中所述开关元件通过所述驱动电路接通的像素的第一像素组，而所述第二偏置线连接到所述多个像素组中所述开关元件断开的第二像素组，
其中，所述感测单元还被配置为，基于所述第一信号值和所述第二信号值，确定是否存在放射线照射，并且
其中，所述第一偏置线和所述第二偏置线具有基本相同的时间常数。
2.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述感测单元被配置为，在同一定时处对所述第一信号和所述第二信号进行采样。
3.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，
其中，布置有所述多个像素组的像素单元包括以矩阵排列的多个像素，
其中，用于所述驱动电路控制所述开关元件的多条驱动线沿行方向布置，
其中，所述多个像素包括沿所述行方向相邻的第一像素和第二像素，并且
其中，所述第一像素和所述第二像素包括在所述多个像素组中各个不同的像素组中并且连接到所述多条驱动线中各条不同的驱动线。
4.根据权利要求3所述的放射线摄像装置，
其中，所述信号线由所述多个像素中沿每一列布置的像素共享，并且
其中，所述驱动电路被配置为，在获得放射线图像数据时，同时接通所述第一像素和所述第二像素的所述开关元件。
5.根据权利要求3所述的放射线摄像装置，其中，所述第一像素和所述第二像素共享所述信号线。
6.根据权利要求4所述的放射线摄像装置，其中，所述驱动电路被配置为，在获得放射线图像数据时，在不同定时处接通所述多个像素中与同一信号线连接像素的开关元件。
7.根据权利要求3所述的放射线摄像装置，其中，所述多个像素中沿列方向相邻的像素包括在所述多个像素组中的同一像素组中。
8.根据权利要求3所述的放射线摄像装置，
其中，所述多条驱动线包括第一驱动线和与所述第一驱动线不同的第二驱动线，并且
其中，所述驱动电路被配置为，在确定是否存在所述放射线照射的过程中，进行控制以使连接到所述第一驱动线的所述开关元件从接通变为断开时的定时与连接到所述第二驱动线的所述开关元件从断开变为接通时的定时重叠。
9.根据权利要求3所述的放射线摄像装置，
其中，所述多条驱动线包括第一驱动线和与所述第一驱动线不同的第二驱动线，并且
其中，所述驱动电路被配置为，在确定是否存在所述放射线照射的过程中，将连接到所述第一驱动线的所述开关元件从接通变为断开，并且在此后经过预定时间之后，使连接到所述第二驱动线的所述开关元件接通。
10.根据权利要求9所述的放射线摄像装置，其中，包括连接到所述第一驱动线的所述开关元件的所述像素和包括连接到所述第二驱动线的所述开关元件的所述像素包括在所述多个像素组中各个不同的像素组中。
11.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述多个像素组对应于两个像素组。
12.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述感测单元被配置为，基于所述第一信号值与所述第二信号值之间的差，确定是否存在所述放射线照射。
13.根据权利要求12所述的放射线摄像装置，
其中，所述第一信号值和所述第二信号值分别为模拟值，并且
其中，所述感测单元被配置为，基于通过对作为所述第一信号值和所述第二信号值的所述模拟值之间的差进行模拟-数字转换而获得的数值，确定是否存在所述放射线照射。
14.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，所述多个像素组中的所述各个像素组中包括的像素数之间的差为10％或更少。
15.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，
其中，所述多个像素组、所述信号线和所述多个偏置线布置在绝缘基板上，
其中，读取电路和所述多个偏置源布置在印刷电路板上，基于所述转换元件中的电荷的电信号经由所述信号线被输出到所述读取电路，
其中，所述多条偏置线和多条信号线经由柔性电路板连接到所述印刷电路板，并且
其中，所述第一偏置线和所述第二偏置线构成一对偏置线组，一组位于连接到所述柔性电路板的信号线的布线组的一端，另一组位于另一端。
16.根据权利要求15所述的放射线摄像装置，
其中，所述多条偏置线中的每一者包括单独布线部分、引线布线部分和连接布线部分，所述单独布线部分是被配置为连接到在所述像素组中沿列方向排列的多个像素的转换元件的布线部分，所述引线布线部分是被配置为电连接多个单独布线部分的布线部分，所述连接布线部分是被配置为连接所述引线布线部分和所述柔性电路板的布线部分，并且
其中，所述第一偏置线的所述引线布线部分和所述连接布线部分的电阻和电容与所述第二偏置线的所述引线布线部分和所述连接布线部分的电阻和电容基本相同。
17.根据权利要求1所述的放射线摄像装置，其中，在Δτ/τ为0.1％或更小的情况下，所述第一偏置线和所述第二偏置线具有基本相同的时间常数，Δτ/τ由以下等式表达：
Δτ/τ＝|(Rbsa·Cbsa-Rbsb·Cbsb)|/CS·RON,
其中，Rbsa为所述第一偏置线的电阻，Cbsa为所述第一偏置线的电容，Rbsb为所述第二偏置线的电阻，Cbsb为所述第二偏置线的电容，CS为所述转换元件的电容，而RON为在所述开关元件接通时所述开关元件的电阻。
18.一种放射线摄像系统，所述放射线摄像系统包括：
根据权利要求1-17任一项所述的放射线摄像装置；以及
放射线生成装置，被配置为使用放射线照射所述放射线摄像装置。
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