DE60033753T2

DE60033753T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Fehlererkennung in einem diskreten Bildelementdetektor

Info

Publication number: DE60033753T2
Application number: DE60033753T
Authority: DE
Inventors: Scott A. Sussex Bielski; Lawrence Richard Hartland Skrenes; Yusuf A. Woodside Haque
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 2000-08-16
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: EP1088516A2; DE60033753D1; US6407770B1; EP1088516A3; CA2316746A1; JP2001153957A; EP1088516B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet digitaler Bildgebungsvorrichtungen, wie zum Beispiel digitaler Röntgenbildgebungssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Technik zum Testen von Abschnitten einer Treiberschaltung in digitalen Detektoranordnungen des in direkten digitalen Röntgensystemen verwendeten Typs.
Bei vielen Bildgebungsvorrichtungen wird zunehmender Wert auf direkte digitale Bildgebungstechniken gelegt. In Röntgensystemen werden beispielsweise gerade Techniken zur Detektion von Intensitäten von auf eine digitale Detektoroberfläche während Untersuchungen auftreffender Strahlung entwickelt. Im Verlauf von Untersuchungen emittiert eine Röntgenquelle Strahlung, welche ein Aufnahmegegenstand, wie zum Beispiel einen menschlichen Patienten durchläuft. Die Röntgenstrahlung wird jedoch durch die verschiedenen Gewebe und Strukturen innerhalb des Aufnahmegegenstandes beeinflusst, was zu Intensitätsschwankungen an dem Detektor führt, welcher hinter dem Aufnahmegegenstand in Bezug auf die Quelle angeordnet ist. Durch Identifizieren von Intensitäten der resultierenden Strahlung an einer großen Anzahl von Stellen, die in einer Matrix angeordnet sind, ermöglicht der Detektor die Erfassung eines Datensatzes, welcher verwendet werden kann, um ein brauchbares Bild des Aufnahmegegenstandes zu rekonstruieren.
In digitalen Detektoren für Röntgensysteme ist eine Detektoroberfläche in eine Matrix von Bildelementen oder Pixeln unterteilt, wobei Reihen und Spalten von Pixeln nebeneinander organisiert sind, um die gesamte Bildfläche auszubilden. Wenn der Detektor Strahlung ausgesetzt wird, treffen Photonen auf einen sich über der Bildfläche erstreckenden Szintillator auf. Eine Serie von Detektorelementen ist an Zeilen- und Spaltenkreuzungspunkten ausgebildet, wobei jeder Kreuzungspunkt einem die Bildmatrix ausbildenden Pixel entspricht. In einem Detektortyp besteht jedes Element aus einer Photodiode und einem Dünnfilmtransistor. Die Kathode der Diode ist mit der Source des Transistors verbunden, und die Anoden aller Dioden sind mit einer negativen Vorspannungsquelle verbunden. Die Gates der Transistoren in einer Zeile sind miteinander verbunden und die Zeilenelektrode ist mit einer Scan-Elektronik verbunden. Die Drains der Transistoren in jeder Spalte sind miteinander verbunden, und jede Spaltenelektrode ist mit einer zusätzlichen Auslese-Elektronik verbunden. Ein sequentielles Scannen der Reihen und Spalten ermöglicht dem System die gesamte Anordnung oder Matrix von Signalen für eine anschließende Signalverarbeitung und Darstellung zu erfassen.
Im Einsatz werden die an den Pixelstellen des Detektors erzeugten Signale abgetastet und digitalisiert. Die digitalen Werte werden an eine Verarbeitungsschaltung übertragen, wo sie gefiltert, skaliert und weiter verarbeitet werden, um den Bilddatensatz zu erzeugen. Der Datensatz kann dann zum Speichern des resultierenden Bildes verwendet werden, um das Bild beispielsweise auf einem Computermonitor darzustellen, um das Bild auf einen herkömmlichen photographischen Film zu übertragen, und so weiter. Auf dem Gebiet der medizinischen Bildgebung werden derartige Bilder von den behandelnden Ärzten und Radiologen verwendet, um die physischen Zustände eines Patienten zu bewerten und eine Erkrankung und Verletzung zu diagnostizieren.
In digitalen Detektoren des vorstehend beschriebenen Typs können Probleme aufgrund von Kurzschlüssen entstehen, welche zwischen Elementen der Detektorschaltung vorliegen oder sich entwickeln können. Insbesondere können sowohl während der Herstellungs- als auch Montageschritte, die bei der Produktion der Detektoren und der zugehörigen Schaltung eingesetzt werden, elektrische Kurzschlüsse zwischen den Leitern benachbarter Zeilen oder zwischen Zeilen von Vorspannungszuführungen, einschließlich Massepotentialquellen auftreten. Derartige Kurzschlüsse können zu Bildgebungsdefekten führen, welche erheblich die Brauchbarkeit des Detektors einschränken. In bestimmten Fällen kann eine frühe Erkennung derartiger Defekte eine Ersetzung oder Reparatur der Detektorsschaltung ermöglichen, oder kann die Notwendigkeit anzeigen, einen gesamten Abschnitt der Detektorschaltung zu ersetzen.
Obwohl derartige Kurzschlüsse mittels verschiedener Prozeduren erkannt werden können, sind die herkömmlichen Techniken zweitaufwendig und schwierig zu implementieren. Es bleibt daher ein Bedarf nach effizienten, schnellen und zuverlässigen Techniken bestehen, die zur Erkennung von Kurzschlüssen und ähnlichen Defekten in der Scan-Treiberschaltung ausgelegt sind. Es besteht ein spezieller Bedarf nach einer Technik, welche in direkten digitalen Detektorschaltungen, wie zum Beispiel denen, die in digitalen Röntgen-Bildgebungssystemen eingesetzt werden, implementiert werden kann.
US 4 756 015 offenbart einen bekannten Röntgen-Zeilenscanner mit einer Reihe benachbarter Detektoren und einem Komparator zum Erkennen, ob ein Detektor eine Fehlfunktion zeigt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik zur Erkennung potentieller Kurzschlüsse und weiterer Defekte in einer Scan-Treiberschaltung bereit, die dafür ausgelegt ist, auf diese Notwendigkeiten zu reagieren. Die Technik ist besonders gut zur Implementation in einer Schaltung in Verbindung mit digitalen Detektoren geeignet, die eine Anordnung von Zeilen und Spalten aufweist und die in der Lage ist, Signale zu erzeugen, die auf die mehreren durch die Zeilen und Spalten definierten Pixel auftreffende Strahlung repräsentiert. Die in der Technik verwendete Struktur ist so ausgelegt, dass sie deren Implementation in einer oder mehreren integrierten Zeilentreiberschaltungen ermöglicht. Die Technik verwendet in vorteilhafter Weise eine Anordnung von Transistoren, welche speziell zum Testen auf Kurzschlüsse in Zeilenausgangstreibern ausgelegt sind, um dadurch die Notwendigkeit einer extern gleichzeitigen Prüfung unter gleichzeitiger individueller Freigabe jeder Zeile des Detektors zu reduzieren oder eliminieren. Ferner können "offene" Testausgangssignale elektrisch in der Struktur, wie zum Beispiel mittels Wired-NOR-Funktionsgruppen verknüpft werden. Dieses minimiert die Anzahl von Eingangssignalen weiter, die durch eine Subsystemsteuerelektronik zu überwachen ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine allgemeine schematische Ansicht eines digitalen Röntgen-Bildgebungssystems ist, das eine Zeilentreibertestanordnung gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung verwendet;
2 eine Schaltbild-Darstellung eines digitalen Detektorsystems zur Verwendung in einem Bildgebungssystem des in 1 dargestellten Typs ist;
3 eine Schaltbild-Darstellung eines Abschnitts der in 2 dargestellten Detektorschaltung ist, die spezieller die Schaltung zum Scannen von Zeilen und Auslesen von Spalten des Detektors darstellt;
4 eine schematische Darstellung einer Schaltung zum Anlegen verschiedener Potentiale an die Zeilen des Detektors ist;
5 eine Schaltbild-Darstellung einer Schaltung zum Testen von Zeilen-Treiberelektronik ist, um mögliche Kurzschlüsse in der Elektronik in einem Detektor des in den vorstehenden Figuren dargestellten Typs zu erkennen; und
6 eine graphische Darstellung einer Serie von Testimpulsen in einem exemplarischen Test auf Kurzschlüsse in einer digitalen Detektorschaltung ist, welche die Anordnung der 5 verwendet.
In den Zeichnungen stellt 1 ein Bildgebungssystem in der Form eines digitalen Röntgen-Systems 10 dar. Das Bildgebungssystem 10 enthält eine Röntgenstrahlungsquelle 12, die angrenzend an einen Kollimator 14 positioniert ist. Der Kollimator 14 ermöglicht, dass ein Strahlungsstrom 16 in einen Bereich eintritt, in welchem ein Aufnahmegegenstand, wie zum Beispiel ein menschlicher Patient 18 positioniert ist. Ein Teil der Strahlung 20 verläuft durch oder um den Aufnahmegegenstand herum und trifft auf einen digitalen Röntgendetektor auf, der im Wesentlichen bei dem Bezugszeichen 22 dargestellt ist. Wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, wandelt der Detektor 22 die auf seiner Oberfläche empfangenen Röntgen-Photonen in Photonen niedrigere Energie und anschließend in elektrische Signale um, welche erfasst und verarbei tet werden, um ein Bild der Merkmale in dem Aufnahmegegenstand zu rekonstruieren.
Die Quelle 12 wird durch eine Energieversorgungs/Steuer-Schaltung 24 gesteuert, welche sowohl Energie als auch Steuersignale für Überprüfungssequenzen liefert. Ferner ist der Detektor 22 mit einer Detektorsteuerung 26 verbunden, welche die Erfassung der in dem Detektor erzeugten Signale kontrolliert. Die Detektorsteuerung 26 kann auch verschiedene Signalverarbeitungs- und Filterungsfunktionen wie zum Beispiel für die Anpassung dynamischer Bereiche, die Verschachtelung digitaler Bilddaten und so weiter durchführen. Sowohl die Energieversorgungs/Steuer-Schaltung 24 als auch die Detektorsteuerung 26 reagieren auf Signale aus einer Systemsteuerung 28. Im Wesentlichen kontrolliert die Systemsteuerung 28 den Betrieb des Bildgebungssystems, um Untersuchungsprotokolle auszuführen und um die erfassten Bilddaten zu verarbeiten. Demzufolge enthält die Systemsteuerung 28 typischerweise einen universellen oder anwendungsspezifischen Computer in Verbindung mit einer Speicherschaltung, Schnittstellenschaltungen und so weiter. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Systemsteuerung 28 mit einer Anzeigeeinrichtung/Drucker 30 und mit einer Bedienerarbeitsstation 32 verknüpft. In einer typischen Systemkonfiguration ermöglicht die Anzeigeeinrichtung/Drucker 30 die Ausgabe rekonstruierter Bilder zur Verwendung durch einen behandelnden Arzt oder Radiologen. Die Bedienerarbeitsstation 32 ermöglicht von einem Arzt oder einem Radiologen anzuordnende Untersuchungen, ermöglicht zu prüfende Systemkonfigurationen und so weiter.
2 ist eine Schaltbild-Darstellung funktionaler Komponenten des digitalen Detektors 22. 2 repräsentiert auch eine Bildgebungs-Detektorsteuerung oder IDC 34, welche typischerweise innerhalb der Detektorsteuerung 26 konfiguriert wird. Die IDC 34 enthält eine CPU oder einen digitalen Signalprozessor sowie Speicherschaltungen zum Kontrollieren einer Erfassung gemessener Signale aus dem Detektor. Die IDC 34 ist über Zwei-Wege-Glasfaserleiter mit der Detektorsteuerschaltung 36 in dem Detektor 22 verbunden. Die IDC 34 tauscht dadurch Kontrollsignale für Bilddaten mit dem Detektor während des Betriebs aus.
Die Detektorsteuerschaltung 36 empfängt Gleichstrom-Energie aus einer Energiequelle, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 38 dargestellt ist. Die Detektorsteuerschaltung 36 ist dafür konfiguriert, dass sie Zeittakt- und Steuerbefehle für Zeilen- und Spaltentreiber erzeugt, die zum Senden erfasster Signale während einer Datenerfassungsphase des Betriebs verwendet werden. Die Schaltung 36 überträgt daher Energie und Steuersignale an die Bezugs/Regler-Schaltung 40 und empfängt digitale Bildpixeldaten aus der Schaltung 40.
Der Detektor 22 besteht aus einem Szintillator, der die auf der Detektoroberfläche während der Untersuchungen empfangenen Röntgen-Photonen in Photonen niedrigerer Energie (Licht) umwandelt. Eine Anordnung von Photodetektoren, wandelt dann die Lichtphotonen in elektrische Signale um, welche repräsentativ für die Photonenanzahl oder die Intensität der auf die einzelnen Pixelbereiche der Oberfläche auftreffenden Strahlung sind. Wie nachstehend beschrieben, wandelt die Ausleseelektronik die sich ergebenden analogen Signale in digitale Werte um, die mittels allgemein bekannter Bildverarbeitungstechniken verarbeitet, gespeichert und angezeigt werden können. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Anordnung der Photodetektoren auf einer einzigen Basis aus amorphem Silizium ausgebildet. Die Anordnungselemente sind in Zeilen und Spalten organisiert, wobei jedes Element aus einer Photodiode und einem Dünnfilmtransistor besteht. Die Kathode jeder Diode ist mit der Source des Transistors verbunden und die Anoden aller Dioden sind mit einer negativen Vorspannung verbunden. Die Gates der Transistoren in jeder Reihe sind miteinander verbunden und die Zeilenelektroden sind mit der nachstehend beschriebenen Scan-Elektronik verbunden. Die Drains der Transistoren in jeder Spalte sind miteinander verbunden und eine Elektrode für jede Spalte ist mit einer Ausleseelektronik verbunden. Die nachstehend beschriebene Technik ermöglicht das Testen des Detektors und der Zeilen-(oder Spalten-) Treiberelektroniken auf Fehlfunktionen wie zum Beispiel Kurzschlüsse.
In der in 2 dargestellten speziellen Ausführungsform enthält ein Zeilenbus 42 mehrere Leiter, um das Auslesen aus den verschiedenen Spalten des Detektors sowie das Deaktivieren von Zeilen und Anlegen einer Ladungskompensationsspannung an ausgewählte Zeilen zu ermöglichen. Ein Spaltenbus 44 enthält zusätzliche Leiter zum Kontrollieren des Auslesens aus den Spalten, während die Zeilen sequentiell freigegeben werden. Der Zeilenbus 42 ist mit einer Serie von Zeilentreibern 46 gekoppelt, wovon jeder die Freigabe einer Reihe von Zeilen in dem Detektor kontrolliert. In ähnlicher Weise sind Ausleseelektroniken 48 mit dem Spaltenbus 44 gekoppelt, um das Auslesen aller Spalten des Detektors zu kontrollieren.
In der dargestellten Ausführungsform sind Zeilentreiber 46 und Ausleseelektroniken 48 mit einer Detektorplatte 50 gekoppelt, welche in mehrere Sektionen 52 unterteilt sein kann. Jede Sektion 52 ist mit einem der Zeilentreiber 46 gekoppelt und enthält eine Anzahl von Zeilen. In ähnlicher Weise ist jeder Spaltentreiber 48 ist mit einer Reihe von Spalten ge koppelt. Die vorstehend erwähnte Photodioden- und Dünnfilmstransistor-Anordnung definiert dadurch einer Reihe von Pixeln oder diskreten Bildelementen 54, welche in Zeilen 56 und Spalten 58 angeordnet sind. Die Zeilen und Spalten definieren eine Bildmatrix 60 mit einer Höhe 62 und einer Breite 64.
Es sollte angemerkt werden, dass die spezielle Konfiguration der Detektorplatte 50, und die Unterteilung der Platte in Zeilen und Spalten, die von Zeilen- und Spaltentreibern angesteuert werden, verschiedenen alternativen Konfigurationen unterliegt. Insbesondere können mehr oder weniger Zeilen- und Spaltentreiber verwendet werden, und Detektorplatten mit unterschiedlichen Matrixabmessungen können dadurch definiert werden. Ferner kann die Detektorplatte ferner in Regionen mit mehreren Sektionen unterteilt werden, wie zum Beispiel entlang einer vertikalen oder horizontalen Mittellinie.
3 stellt etwas detaillierter ein Paar von in 2 dargestellten Zeilentreibern 46 gekoppelt mit der Detektorplatte 50 dar. Wie vorstehend erwähnt, empfangen die Zeilentreiber 46 verschiedene Kontrollsignale aus der Bezugs/Regler-Schaltung 40 zur Freigabe von Zeilen in der Detektorplatte. In der dargestellten Ausführungsform enthält jeder Zeilentreiber 46 ein Paar von Zeilentreiber-Chips oder RDCs 66 und 68. Jeder RDC ist so konfiguriert, dass er die Freigabe von mehreren Zeilen des Detektors kontrolliert. Die Bezugs/Regler-Schaltung 40 empfängt verschiedene Steuer- und Kontrollsignale für den Betrieb der RDCs wie zum Beispiel Scan-Modus und Kontrollsignale, Ladungskompensations-Kontrollsignale, Freigabetaktsignale und so weiter. In einer derzeit bevorzugten Konfiguration enthält die Schaltung 40 Steuerlogik, die zum Steuern der RDCs konfiguriert ist. Die Schaltung 40 gibt die Befehle auf mehreren Leitern in den Zeilenbus 42 (siehe 2) aus. In der Schaltbilddarstellung von 3 sind drei derartiger Leiter dargestellt, welche einen V_ON-Leiter 70, einen V_OFF-Leiter 72 und einen V_COMP-Leiter 74 beinhalten. Jeder von den Leitern ist mit jedem RDC gekoppelt. Weitere (nicht dargestellte) Leiter können vorgesehen sein, um Ausgangssignale der RDCs zur Freigabe, Sperre und Ladungskompensation der einzelnen Zeilen des Detektors zu kontrollieren.
Wie vorstehend erwähnt, ist jeder Zeilentreiber mit mehreren Zeilenelektroden, wie zum Beispiel einer in 3 dargestellten Zeilenelektrode 76, gekoppelt. Jede Zeilenelektrode überquert eine Serie von Spaltenelektroden, wovon eine einzelne Spaltenelektrode 78 in 3 dargestellt ist. Wie vorstehend erwähnt, sind (in 3 nicht dargestellte) Photodioden und Dünnfilmtransistoren vorgesehen und mit jeder Zeilen- und Spaltenelektrode gekoppelt, um die Detektorplattenanordnung auszubilden. Jede Spaltenelektrode ist mit einem ARC-(analogen Auslesechip)-Verstärker 80 gekoppelt, welcher das an der Photodiode jeder Zeilen- und Spaltenkreuzung erzeugte Signal während Auslesesequenzen ausliest.
Das Auslesen gemessener Signale aus dem Detektor läuft wie folgt ab. Mehrere Scan-Modi können zum Auslesen von Daten aus dem Detektor oder für den Test der Betreibbarkeit des Detektors gewählt werden. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform sind vier derartiger Auslese- oder Scan-Modi vorgesehen. In einem ersten oder Hochauflösungs-Modus wird nur eine Zeile pro Zeiteinheit freigegeben. Während jede Zeile der Platte somit sequentiell zum Auslesen freigegeben wird, werden die Spalten in dem Detektor gelesen und dadurch progressiv alle Signale aus der Anordnung ausgelesen. Weitere Scan-Modi können vorsehen, dass unterschiedliche Zahlen von Zeilen gleichzeitig in Gruppen ausgelesen werden, wobei die Gruppen sequentiell gescannt werden.
Verschiedene Defekte oder Anomalien können in der vorstehend beschriebenen Platte und Treiberschaltung auftreten. Beispielsweise können möglicherweise ernsthafte Defekte Unterbrechungen oder Kurzschlüsse, wie zum Beispiel zwischen Zeilenelektroden, Zeilenelektroden und Vorspannungspotentialquellen und dergleichen beinhalten. Derartige Defekte können durch die nachstehend beschriebenen Techniken detektiert werden.
Insbesondere können verschiedene Schwierigkeiten in der Platte und der zugeordneten Elektronik sowohl während der Herstellung als auch während des anschließenden Betriebs auftreten. Beispielsweise können benachbarte Zeilen der Platte miteinander sowohl innerhalb der Platte als auch innerhalb der Leitungen oder Bahnen, welche die gewünschten Potentiale zu den einzelnen Zeilenelementen führen, kurzgeschlossen sein. Ebenso können die Zeilenleiter oder die zugeordnete Elektronik zu den Vorspannungsversorgungen, einschließlich Masse kurzgeschlossen sein. Derartige Kurzschlüsse können signifikante Anomalien in den erfassten Daten so bewirken, dass das Aussehen von einer oder mehreren gesamten Zeilen oder von Daten nicht der entsprechenden empfangenen Strahlung an den entsprechenden Pixelstellen entspricht. Um derartige Anomalien zu vermeiden, ermöglicht die vorliegende Technik die Detektion von derartigen Kurzschlüssen und anderen Defekten. In einer vorliegenden Ausführungsform ist eine Testschaltung bevorzugt direkt in den RDCs vorgesehen. Alternativ kann eine ähnliche Schaltung in zugeordneten Chips oder Modulen vorgesehen sein.
4 stellt einen Teilabschnitt der in den vorstehend diskutierten Zeilentreibern verwendeten Festkörpersteuerschaltung 84 dar. Gemäß Darstellung in 4 kann das Ausgangssignal aus der Schaltung einen der Freigabespannung entsprechenden Wert V_ON, einen dem "Aus"-Zustand entsprechenden Wert V_OFF oder einen dem Kompensationsspannungszustand entsprechenden Wert V_COMP, haben. Die Transistoren der Schaltung 84 sind mit entsprechenden Schaltungsquellen beispielsweise über Leiter 70, 72 und 74 (siehe 3) gemäß Darstellung durch die Bezugszeichen 86, 88 und 90 gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform sind drei Transistoren 92, 94 und 96 miteinander gemäß Darstellung gekoppelt. Insbesondere ist der Transistor 92 ein p-Kanal MOSFET, dessen Gate mit einer Steuerleitung 28 gekoppelt ist, dessen Source mit der Spannung V_ON (gemäß Darstellung durch das Bezugszeichen 86) gekoppelt ist, und dessen Drain mit einer Ausgangsleitung 108 gekoppelt ist. Der Transistor 94 ist ein n-Kanal MOSFET, dessen Gate mit einer Steuerleitung 100 gekoppelt ist, dessen Source mit der Spannung V_OFF (bei dem Bezugszeichen 88) gekoppelt ist, und dessen Drain mit der Ausgangsleitung 108 gekoppelt ist. Schließlich ist der Transistor 96 ebenfalls ein n-Kanal MOSFET, dessen Gate mit einer dritten Steuerleitung 102 gekoppelt ist, dessen Source mit der Spannung V_COMP (bei dem Bezugszeichen 90) gekoppelt ist, und dessen Drain mit der Ausgangsleitung 108 gekoppelt ist.
Die Steuerleitungen 98, 100 und 102 sind mit stromaufwärts liegenden Steuerlogikvorrichtungen gekoppelt und übertragen Steuersignale an die Transistoren zum Auswählen der Spannung auf der Ausgangsleitung 108, welche an eine spezielle Zeilenelektrode übertragen wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere derartiger Schaltungen in jedem RDC zum Ansteuern entsprechender Zeilen des Detektors enthalten. Wie der Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, wird, wenn ein logisches "L"-Signal (Low) an die Steuerleitung 98 übertragen wird, der Transistor 98 in einen leitenden Zustand versetzt, was die Freigabespannung V_ON an die Ausgangsleitung 108 anlegt. Natürlich schaltet während dieser Zeit die Steuerlogik die Transistoren 94 und 96 aus. Ein logisches "H"-Signal (High) auf der Steuerleitung 100 schaltet den Transistor 94 in einen leitenden Zustand, um die logisch niedrige oder Aus-Spannung V_off an die Zeilenelektrode anzulegen. Schließlich versetzt ein logisches "H"-Signal an der Steuerleitung 102 den Transistor 96 in einen leitenden Zustand, um die Kompensationsspannung V_comp an die Zeilenelektrode anzulegen. Wie vorstehend erwähnt, ist stromabwärts von der Schaltung entlang der Zeilenelektrode eine Reihe von (nicht dargestellten) Transistoren angeordnet, die jeweils einer von der Zeilenelektrode überquerten Spalte entsprechen. Die Ausgangsleitung 108 ist mit dem Gate der Transistoren gekoppelt, um die gewünschten Freigabesignale oder Ladungskompensationssignale zu erzeugen.
5 stellt eine Schaltung zur Detektion von Anomalien in der Zeilentreiberschaltung, wie zum Beispiel von Kurzschlüssen zwischen Zeilen, und zwischen Zeilen und Vorspannungsquellen dar. Im Wesentlichen beinhaltet die Technik das Zurücksetzen interner Bauelemente des RDC, und das Verschieben eines einzelnen Bits durch ein Schieberegister des Bauelements, während der zugeordnete Ausgang in einen "Ein"-Zustand zwischen jeder Datenverschiebung versetzt wird, das heißt, das Freigeben einer einzelnen Zeile zu einem Zeitpunkt während andere Zeilen "Aus" sind. Unter der Annahme, dass keine Schlüsse zu den anderen Ausgangsignalen (welche in dem "Aus"-Vorspannungszustand bleiben) oder zu den Vorspannungsversorgungen (außer der "Ein"-Vorspannung) vorliegen, schwingt das aktive Ausgangssignal auf die positive "Ein"-Vorspannung ein. Innerhalb der RDC befindet sich zugeordnet zu jeder Zeilentreiberausgangsstufe eine Drei-Transistor-Spannungsmessschaltung, wovon drei derartige Schaltungen in 5 dargestellt sind. Wenn der positive Ausgangsignalhub Hub der angesteuerten Zeile einen innerhalb eines Gate/Source-(Ausschalt)-Schwellenwertes eines zugeordneten p-Kanal MOSFET liegt, findet eine Änderung im Zustand eines Wired-NOR-Testausgangssignals statt. Wenn irgendein Kurzschluss vorliegt, hätte das aktive Ausgangssignal keinen ausreichenden Hub schwingen, um den MOSFET auszuschalten, was dazu führt, dass das Testausgangssignal den Zustand nicht ändert, und eine Anzeige des Kurzschlusszustandes liefert. Von der Auswirkung her arbeitet in der dargestellten Ausführungsform die Testschaltung als ein Spannungskomparator mit Offset. Wenn die getesteten Übergänge korrekt sind, ändert sich der Zustand der Komparatoren (p-Kanal MOSFETs) in einer erwarteten Weise.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform ist die insgesamt mit den Bezugszeichen 120 bezeichnete Testschaltung auf dem RDC zugeordnet zu der Gruppe von Zeilen vorgesehen. Die Testschaltung 120 enthält eine Zeilenmessschaltung für jede Zeile des zugeordneten Teilabschnittes des Detektors, wie es durch die Bezugszeichen 122, 124 und 126 dargestellt wird. Jede Zeilenmessschaltung enthält eine Gruppe von drei Festkörperbauelementen zum Detektieren von Kurzschlüssen der zugeordneten Zeile. Die Zeilenmessschaltung ist zwischen hohen und niedrigen Potentialen gemäß Darstellung durch die Bezugszeichen 128 beziehungsweise 129 angeschlossen.
Insbesondere weisen gemäß der dargestellten Anordnung jeder Zeilenmessschaltung die Zeilenmessschaltungen ein Paar von p-Kanal MOSFETs 132 und 134 und einen n-Kanal MOSFET 136 auf. Das erste Bauelement 132 hat sein mit 138 in 5 bezeichnetes Gate mit einer Ausgangsleitung für eine zugeordnete Zeile gekoppelt. Beispielsweise wäre das Gate 138 der Schaltung 122 mit einer Ausgangsleitung wie zum Beispiel der Leitung 108 von 4 verbunden. Die Source 140 des Bauelementes ist mit dem Bus 128 mit hohem Potential gekoppelt. Die Drain 142 des Bauelementes 132 ist mit dem Gate 144 des zweiten Bauelements 134 gekoppelt. Die Source 146 dieses Bauelements ist mit der Busleitung mit hohem Potential gekoppelt. Die Drain des Bauelementes 134 ist mit einer Wired-OR-Busleitung 130 verbunden.
Das Gate des dritten Bauelements 136 ist mit einer Vorspannungsquelle gekoppelt, welche als eine Testfreigabe dient. Die Leitung 150 ist daher der Testelektronik zugeordnet, um ein Testfreigabe-Vorspannungssignal an das Bauelement 136 zu liefern, wenn ein Zeilentest gewünscht ist, wie zum Beispiel während der Herstellung oder der Fehlersuche an der Detektorschaltung. Die Drain 152 des Bauelementes 136 ist mit der Drain 142 des Bauelementes 132 und gemeinsam mit dem Gate 144 des Bauelementes 134 gekoppelt. Die Source 154 des Bauelementes 136 ist mit einem gewünschten Potential wie zum Beispiel der negativsten verfügbaren Spannungsversorgung gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Busleitung 128 mit hohem Potential mit einem Zeilenfreigabepotential wie zum Beispiel 12 Volt gekoppelt. Die an die Source 154 des Bauelementes 136 angelegte negative Vorspannung kann jede geeignete negative Spannung wie zum Beispiel -12 Volt sein. Wiederum funktioniert die Leitung 130 als ein Wired-OR-Logiksignal.
Die Serie von Zeilenmessschaltungen ist mit einer Testfreigabevörrichtung 156 verbunden, welche im Wesentlichen als eine Stromquelle während des Betriebs dient. In der dargestellten Ausführungsform ist das Bauelement 156 ein n-Kanal MOSFET mit einem Gate 158, das mit der Testfreigabeschaltung für den Empfang eines Testvorspannungssignals zur selben Zeit wie das Gate 150 des Bauelementes 136 gekoppelt ist. Die Drain 160 des Bauelementes 158 ist mit der Wired-OR-Signalleitung 130 gekoppelt. Die Source 162 des Bauelementes 156 ist mit einer Quelle mit niedrigem Potential, bevorzugt demselben Potential wie die Quelle 154 des Bauelementes 136 gekoppelt. Es sollte angemerkt werden, dass mittels des vorstehenden Aufbaus ein einziges Bauelement 156 in der Lage ist, alle Zeilenmessschaltungen für einen Zeilentreiberchip zu bedienen. In der dargestellten Ausführungsform sind 128 Zeilenmessschaltungen parallel zueinander und mit einer nur einzigen Testfreigabevorrichtung 156 gekoppelt vorgesehen.
Ein Ausgangssignal der resultierenden Signale während des Tests der Schaltung von 5 wird über eine Wired-OR-Signalleitung 130 bereitgestellt. Zwei Eingänge sind für ein NAND-Gatter 164, nämlich die Wired-OR-Signalleitung 130 und ein Testfreigabesignal am Eingang 166 in 5 vorgesehen. Das Ausgangssignal aus dem NAND-Gatter 164 wird einem RDC-Testausgang IC-PAD 168 zugeführt, welcher in einer bevorzugten Ausführungsform ein Open-Collector-Bauelement ist, welches es ermöglicht, dass mehrere RDCs zu einem gemeinsamen Eingangssignal für eine CPU verknüpft werden, die zum Analysieren der Testergebnisse verwendet wird. Ein Hochzieh-Widerstand 170 ist zwischen dem Ausgang des Open-Drain-Elementes 168 und einem Bezugspotential, wie zum Beispiel 5 Volt vorgesehen. Schließlich wird das Ausgangssignal aus dem Bauelement 168 an eine Analyseschaltung übertragen, wie zum Beispiel an die zum Ansteuern der Zeilen des Detektors verwendete CPU.
Im Betrieb wird ein Testfreigabe-Vorspannungssignal an die Schaltung von 5 angelegt, um die Bauelemente 136 jeder Zeilenmessschaltung über das Gate 150 anzusteuern, sowie um das Testfreigabe-Vorspannungssignal an das Gate 158 des Bauelements 156 und an dem Eingang 166 des NAND-Gatters 164. Danach wird jede Zeile des RDC zu einem "Ein"-Zustand gemäß vorstehender Beschreibung unter Bezugnahme auf 4 freigegeben. Wenn alle dem RDC zugeordneten Zeilen aus sind (bei der V_Off-Vorgabevorspannung) sind alle Bauelemente 132 der Schaltung 5 eingeschaltet, was dazu führt, dass alle Bauelemente 134 der Testschaltung ausgeschaltet sind. Demzufolge bleibt das Ausgangssignal an der Wired-OR-Signalleitung 130 auf der niedrigen Spannung V_COMP. Andererseits wird, wenn eine einzige Zeile freigegeben wird, das Bauelement 132 der zugeordneten Zeilenmessschaltung ausgeschaltet, und das Bauelement 134 in derselben Messschaltung nimmt einen leitenden Zustand aufgrund des Umstandes an, dass ein Gate durch das Bauelement 136 auf das V_COMP-Potential heruntergezogen wird. Das Ausgangssignal an der Signalleitung 130 wird dann auf das Potential des Busses 128 gezogen, was einen korrekt arbeitenden Ausgangstreiber anzeigt. Ferner wird, wenn das Ausgangssignal an dem Bus 130 ein höheres Potential annimmt, und das Testfreigabesignal an dem Eingang 166 zu dem NAND-Gatter 164 geliefert wird, ein geeignetes Testausgangssignal an das Open-Collector-Bauelement 168 liefert, welches von einer stromab gelegenen Schaltung gelesen werden kann.
Wenn aufgrund der vorstehenden Testsequenz das Testausgangsignal seine Zustände nicht ändert, wird eine Detektoon eines Problems bei der speziellen Zeile oder dem Zeilentrei ber angenommen. Ferner ist die vorliegende Anordnung für die Detektion von Schlüssen zwischen Zeilen der Detektorplatte und zugehöriger Elektronik sowie zwischen Zeilen und anderer Schaltkreisen wie zum Beispiel Vorspannungsversorgungen geeignet. Insbesondere wäre in dem Falle eines Zeilen-zu-Zeilen-Schlusses ein Spannungsabfall von dem angenommenen Pegel detektierbar, der größer als die Gate-Schwellenwerttoleranz des Elementes 132 derselben Messschaltung ist. Weitere Schlüsse würden einen Abfall als Reaktion erzeugen, welcher in ähnlicher Weise detektiert werden könnte.
6 stellt graphisch eine Reihe von Zeilentreibern eines RDC dar, die gemäß der vorliegenden Technik unter Verwendung einer Schaltung wie der in 5 dargstellten getestet werden. Gemäß Darstellung in 6 besteht die mit dem Bezugszeichen 174 bezeichnete Testsequenz aus einer Reihe von Ausgangsimpulsen, welche entlang einer vertikalen Achse 176 dargestellt werden können. Zu spezifischen Zeitintervallen 178 läuft die Testsequenz durch die von der getesteten RDC angesteuerten Zeilen weiter. In 6 wird das vorstehend diskutierte Testfreigabesignal angelegt, und bleibt während der gesamten Testsequenz gemäß Darstellung durch die Spur 180 angelegt. Die Zeilen werden dann sequentiell beginnend mit einer ersten Zeile gemäß Darstellung bei der Spur 182 für eine mit P₁ bezeichnete Zeile freigegeben. Das Testausgangsignal wird während dieser Sequenz gemäß Darstellung durch die Spur 184 in 6 überwacht. Jedem anschließenden Zeilenfreigabeschritt geht eine Sperre der zuvor freigegebenen Zeile voraus. Somit erzeugt jeder nachfolgende Zeilenfreigabeschritt eine Spur, welche als 186, 188 und so weiter für jede nachfolgende Zeile dargestellt werden kann.
Wie vorstehend dargestellt, wird eine Änderung im Zustand erwartet, sobald jede nachfolgende Zeile freigegeben wird, wie es durch die Impulse 190 in 6 angezeigt wird. Eine Toleranz 192 gleich dem Gate-zu-Source-Schwellenwert des Zeilentreiberelementes ist bevorzugt niedriger als die detektierbare Änderung im Zustand im Falle eines Kurzschlusses der Zeile. Derartige Kurzschlüsse werden in niedrigeren als erwarteten Anstiegen in dem Ausgangssignalpegel gemäß Anzeige bei dem Bezugszeichen 194 in 6 manifestiert. In dem dargstellten Beispiel sind die Zeilen P₃ und P₄ wahrscheinlich miteinander kurzgeschlossen. Demzufolge sank nach der Freigabe dieser Zeilen das durch die Spur 184 vorgegebene Testausgangsignal nicht ab, wie es für einen normalen Test erwartet worden wäre. Eine ähnliche Veränderung gegenüber dem erwarteten Ergebnis würde in der Testspur 184 in dem Falle von Kurzschlüssen zwischen einer Zeile und Vorspannungsversorgungen auftreten.
Wie der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, kann die vorstehend beschriebene Schaltung zusammen mit der Treiberschaltung in einer wirtschaftlichen und kompakten Weise implementiert werden, wobei die Testschaltung selbst nur eine minimale Fläche in der Gesamtkonstruktion belegt. Ferner enthält die Testschaltung, welche eine individuelle Verifikation jedes einzelnen Zeilentreibers in einem sehr einfachen Prozess ermöglicht, eine minimale Anzahl individueller Komponenten für die ausgeführten Aufgaben. Durch die Testsequenz tragen die Zeilentestschaltungen nur sehr wenig zu den Kosten der Zeilentreiber bei minimaler Wahrscheinlichkeit durch die Testschaltung induzierter Ausfälle bei.
Es sollte angemerkt werden, dass die vorstehende Struktur und Prozedur verschiedenen Modifikationen und Verbesserungen unterworfen werden kann, um die Brauchbarkeit der Schaltung bei der Detektion verschiedener Arten von Defekte weiter zu verbessern. Beispielsweise kann eine ähnliche Testschaltung eingebaut werden, um selektiv Treiberschaltungen auf Defekte wie zum Beispiel Schlüsse zu Vorspannungsleitungen mit hoher Spannung oder anderen Versorgungselementen in einem Mehrfachpegeltreiber zu testen. Ebenso kann die Schaltung mit verschiedenen anderen Bauelementen als den digitalen Detektoren zum Testen auf Kurzschlüsse und andere Defekte verwendet werden. Derartige Bauelemente können jede Anwendung beinhalten, in welchen Zeilen, Spalten, Leitungen oder ähnliche Reihen von Schaltungen angesteuert werden, wie zum Beispiel Festkörperanzeigen, thermische Faxgeräte und so weiter.

Claims

Testschaltung für einen diskrete Bildelemente aufweisenden Detektor (22), wobei der Detektor mit einer Treiberschaltung (46, 48) gekoppelte Zeilen- und Spaltenelektroden (76, 78) für an Stellen des Detektors erzeugte Abtastsignale enthält, wobei die Testschaltung (120) aufweist: mehrere Zeilentest-Schaltungsmodule (122, 124, 126) zum Freigeben von Zeilen des Detektors, wobei jedes von den Testschaltungsmodulen (122, 124, 126) einen Satz von Festkörperbauelementen (132, 134, 136) enthält, die mit einer Zeilen-Treiberschaltung für eine entsprechende Zeile des Detektors gekoppelt sind; eine mit den Testschaltungsmodulen gekoppelte Testfreigabe (150), um Testsequenzen für die Zeilen freizugeben; und ein mit den Testschaltungsmodulen und der Testfreigabe gekoppeltes Vergleichsmodul (164, 168), um während der Testsequenzen erzeugte Signale mit Referenzsignalen zu vergleichen.
Testschaltung nach Anspruch 1, wobei der Satz der Festkörperbauelemente (132, 134, 146) zwischen hohen und niedrigen Seiten (128, 130) eines Vorspannungszuführungsbusses angeschlossen ist.
Testschaltung nach Anspruch 2, wobei die Testfreigabe (150) mit der niedrigen Seite des Vorspannungszuführungsbusses gekoppelt ist.
Testschaltung nach Anspruch 1, wobei die Testschaltungsmodule und die Testfreigabe auf einer gemeinsamen Auflage mit einer Zeilentreiberschaltung (46) angeordnet sind.
Verfahren zum Detektieren von Defekten in einem diskrete Bildelemente aufweisendem Detektorsystem, wobei das Detektorsystem eine Detektorplatte (50) mit Zeilen (56) und Spalten (58) von Elektroden (76, 78) und eine Detektionsschaltung an Zeilen- und Spaltenkreuzungen zum Erzeugen von Signalen, eine mit den Spaltenelektroden gekoppelten Spalten-Treiberschaltung zum Abtasten der Signale, und eine mit den Zeilenelektroden gekoppelte Zeilentreiberschaltung (46, 48) enthält, um ein Abtasten der Signale zu ermöglichen, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Freigeben (180) einer Testsequenz von mehreren Zeilen (182, 186, 188) über eine Testfreigabeschaltung (150); sequentielles Freigeben von Zeilen (184, 186, 188) über Zeilentestschaltungen (122, 124, 126), wobei eine Zeilen-Testschaltung (122, 124, 126) für jede Zeile des Detektors vorgesehen ist; und Vergleichen von Ausgangssignalen (184) aus den Testschaltungen mit einem Bezugssignal, um zu ermitteln, ob jede zum Test freigegebene Zeile defekt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Testsequenz für die mehreren Zeilen (182, 186, 188) durch ein einziges Testfreigabesignal (150, 180) freigegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei jede Zeilen-Testschaltung (122, 124, 126) mit einer entsprechenden Zeilen-Treiberschaltung (46) gekoppelt ist, und durch ein Ausgangssignal aus dem entsprechenden Zeilentreiber freigegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei jede Zeilen-Testschaltung (122, 124, 126) mehrere Festkörperbauelemente (132, 134, 136) enthält, die zwischen hohen und niedrigen Seiten (128, 130) eines Versorgungsbusses angeschlossen sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Testfreigabeschaltung (150) mit der niedrigen Seite des Versorgungsbusses gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bezugssignal (166) ein an die Testfreigabeschaltung angelegtes Testfreigabesignal ist.