DE4429434C1

DE4429434C1 - Bildsensor

Info

Publication number: DE4429434C1
Application number: DE4429434A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl Ing Hassler; Martin Dr Rer Nat Hoheisel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-08-19
Filing date: 1994-08-19
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2014-08-20
Also published as: JPH0868860A; US5532491A

Description

Für die Anfertigung von Röntgenbildern können hochauflösende Bildsensoren mit einer Matrix von lichtempfindlichen Detektorelementen verwendet werden (Circuits and Devices (Juli 1993), Seiten 38 bis 42). Diese Bildsensoren benötigen eine große Zahl von Ein- und Ausgängen zur Signalverarbeitung.

Ein Bildsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der EP 0 622 851 A1, Fig. 5, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem derartigen Bildsensor die Anzahl der Signalleitungen zu vermindern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Bei dem erfindungsgemäßen Bildsensor ist die Zahl der Ansteuerleitungen reduziert, da über die Polarität der Steuersignale eine Unterscheidung der unterschiedlich gepolten Photodioden vorgenommen wird, so daß sich eine Halbierung der Zahl der Anschlüsse gegenüber dem Fall, in dem Steuersignale nur einer Polarität benutzt werden, ergibt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Bildsensor,

Fig. 2 und 3 den physikalischen Aufbau eines Detektorelemen tes bei dem Bildsensor gemäß Fig. 1, und

Fig. 4 bis 7 Varianten des Bildsensors gemäß Fig. 1.

In der Fig. 1 ist ein Bildsensor mit einer Matrix von lichtempfindlichen Detektorelementen 1, 2, 3, 4 usw. dar gestellt. Beispielsweise enthält der Bildsensor 512 Zeilen und 540 Spalten. Für je zwei benachbarte Zeilen ist eine ge meinsame Ansteuerleitung 5 vorgesehen. Auf der Leitung 5 sind die für einen Bildzyklus notwendigen Pulsfolgen dargestellt. Nach einem Rücksetzlichtimpuls der Zeit t1 werden mit VP1+ nur die Detektorelemente 3, 4 usw. und mit VP1- nur die Detektorele mente 1, 2 usw. geladen, da die Diodenrichtungen gegeneinan der liegen. Danach erfolgt die Röntgenbestrahlung während der Zeit t2. Mit dem positiven Puls VP2+ auf der Leitung 5 werden die Detektorelemente 3, 4 und folgende auf derselben Zeile ausge lesen. Wird auf derselben Leitung der negative Impuls VP2- appliziert, so werden die Detektorelemente 1, 2 ff. angespro chen, weil die Diodenrichtungen - verglichen mit den Detek torelementen 3, 4 - umgekehrt sind. Die Auslesung erfolgt auf den bisherigen Spaltenleitungen. Sowohl das Auslese-IC 6 als auch das Ansteuer-IC 7 müssen für bipolaren Betrieb ausgelegt sein.

Wie die Detektorelemente mit unterschiedlicher Diodenrichtung aufgebaut sein könnten, zeigen die Fig. 2 und 3.

In der Fig. 2 ist der Aufbau eines Detektorelementes für negative VP1- bzw. VP2-Ansteuerung dargestellt. Die Isola tionsschichten, die Passivierung usw. sind nicht gezeigt. Die Fig. 2 zeigt ein Glassubstrat 8, auf dem die Zeilenleitung 9 und die Spaltenleitung 10 aufgebracht ist. Mit 11 ist die Schaltdiode und mit 12 die Photodiode des Detektorelementes 1 bezeichnet. Die Detektorelemente 2 usw. der ersten Zeile sind entsprechend aufgebaut.

Die Fig. 3 zeigt den Aufbau eines Detektorelementes für posi tive VP1- bzw. VP2-Ansteuerung. Die Schaltdiode des Detek torelementes 3 ist mit 13 und die Photodiode mit 14 bezeich net. Die Detektorelemente der zweiten Zeile sind entsprechend aufgebaut.

In Fig. 4 sind auf den Ansteuerleitungen 15, 16, 17 usw. wie der die Pulsfolgen dargestellt. Die Aufladung der Detektor elemente 18, 19, 20, 21 erfolgt - wie vorher geschildert - bipolar mit VP1+ und VP1- vor der Röntgenstrahlung. Mit dem positiven Puls VP2+ auf Linie 15 wird das Detektorelement 18 und jedes übernächste auf derselben Zeile ausgelesen. Wird auf derselben Leitung der negative Ausleseimpuls VP2- appli ziert, so wird das Detektorelement 19 und jedes übernächste angesprochen, weil die Diodenrichtungen - verglichen mit dem Detektorelement 18 - umgekehrt sind. Sowohl das Auslese-IC 6 als auch das Ansteuer-IC 7 müssen auch hier für bipolaren Be trieb ausgelegt sein. Die Auslesezeit verdoppelt sich gegen über der vorigen Lösung bei gleichbleibender Dauer von VP2, so daß sich die Bildrate etwa halbiert.

Ein Nachteil der halbierten Zahl von Ausleseleitungen besteht in der erhöhten parasitären Kapazität durch die doppelte An zahl anliegender Detektorelemente. Dies führt zu erhöhtem Rauschen. Zur Vermeidung wird die Variante gemäß Fig. 5 vor geschlagen. Eine Reduzierung der Zahl der Spaltenanschlüsse wird über Paare von Dioden 26, 27 usw. erst am Rand des Bild sensors vorgenommen. Diese Dioden 26, 27 usw. sind ähnlich wie die Schaltdioden 11, 13, 22, 24 auf einem Substrat aus amorphem Silizium aufgebaut. Sie sind elektrisch mit den Schaltdioden 11, 13, 22, 24 in Serie geschaltet. Dies erhöht den Widerstand und führt zu Verschlechterungen im Zeitverhal ten und Rauschen. Da die Dioden 26, 27 aber weniger häufig vorkommen, können sie großflächiger ausgelegt sein, so daß ihre Durchlaßkennlinien niederohmiger sind und die obenge nannten Verluste klein bleiben können.

In der Fig. 4 sind noch für die Detektorelemente 18 und 20 die Schaltdioden 22 und 24 sowie die Photodioden 23 und 25 dargestellt. Entsprechend sind die weiteren Detektorelemente aufgebaut.

Die Fig. 6 zeigt den Bildsensor gemäß Fig. 1, der zur Spal tenabfrage mit zwei gekoppelten Brückengleichrichtern 28, 29 versehen ist. Damit kann die Zahl der an das Auslese-IC 6 anzuschließenden Spalten zur Kostenreduktion halbiert werden. Die Auslesezeit verdoppelt sich damit. Die Ansteuerung der Brückengleichrichter 28, 29 als Schalter erfolgt über eine potentialfreie Stromquelle. Diodenschalter haben den Vorteil, keine zusätzlichen Maskenschritte zu erfordern, wie bei der nachfolgenden Lösung.

Die Fig. 7 zeigt ebenfalls den Bildsensor gemäß Fig. 1, der zur Spaltenabfrage mit zwei gekoppelten Feldeffekttransisto ren 30, 31 versehen ist. In der Ladephase (VP1+, VP1-) sind alle Feldeffekttransistoren leitend; in der Auslesephase nur einer von einem Paar benachbarter Feldeffekttransistoren.

Claims

1. Bildsensor mit matrixartig angeordneten Detektorelementen (1, 2, 3, 4, 18, 19, 20, 21), die jeweils aus einer Reihen schaltung einer Photodiode (12, 14, 23, 25) mit einer umge kehrt wie die Photodioden (12, 14, 23, 25) gepolten Schaltdiode (11, 13, 22, 24, 26, 27) bestehen und die zwi schen zeilenweise angeordneten Ansteuerleitungen (5, 15, 16, 17) und spaltenweise angeordneten Ausleseleitungen geschaltet sind, wobei die Detektorelemente (1, 2, 3, 4, 18, 19, 20, 21) teils in der einen und teils in der anderen Polarität vorlie gen, dadurch gekennzeichnet, daß an jede Ansteuerleitung (5, 15, 16, 17) Detektorelemente (1, 2, 3, 4, 18, 19, 20, 21) beider Polaritäten angeschaltet sind und daß jede Ansteuerleitung (5, 15, 16, 17) mit bipola ren Signalen beaufschlagt wird, von denen die Signale der einen Polarität zum Auslesen der Detektorelemente (1, 2, 3, 4, 18, 19, 20, 21) der einen Polarität und die Signale der anderen Polarität zum Auslesen der Detektorelemente (1, 2, 3, 4, 18, 19, 20, 21) der anderen Polarität dienen.

2. Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß auf eine Zeile der Matrix mit Detektorelementen (1, 2) der einen Polarität eine Zeile mit Detektorelementen (3, 4) der anderen Polarität folgt.

3. Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß auf eine Spalte der Matrix mit Detektorelementen (18, 20) der einen Polarität eine Spalte mit Detektorelementen (19, 21) der anderen Polarität folgt.

4. Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ausleseleitungen von je zwei benachbarten Spalten über zwei entgegengesetzt gepolte Dioden (26, 27) an einem gemeinsamen Ausleseverstärker liegen.