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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung lichtempfindlicher
Vorrichtungen mit einer Matrix aus lichtempfindlichen Punkten von der
Art, die insbesondere durch Techniken der Beschichtung mit Halbleitermaterialien
hergestellt werden, und sie hat zum Ziel, eine Remanenzwirkung, die
in Höhe
der lichtempfindlichen Punkte erzeugt wird, zu verringern oder sogar
zu unterdrücken.
Die Erfindung betrifft insbesondere (aber nicht ausschließlich) die
Steuerung von Vorrichtungen, die zur Erfassung von Röntgenbildern
verwendet werden. Sie betrifft auch eine lichtempfindliche Vorrichtung, die
die Anwendung dieses Verfahrens ermöglicht.
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Die
Techniken des Aufbringens von Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel
wasserstoffhaltiges, amorphes Silicium (aSiH), in dünnen Schichten
auf isolierende Träger,
zum Beispiel aus Glas, ermöglichen
es, Matrizen von lichtempfindlichen Punkten herzustellen, die ausgehend
von einer sichtbaren Strahlung oder nahezu sichtbaren Strahlung
ein Bild erzeugen können.
Um diese Matrizen zur Erfassung von Röntgenbildern zu verwenden,
genügt
es, zwischen die Röntgenstrahlung
und die Matrix einen Szintillatorschirm zu bringen, um die Röntgenstrahlung
in eine Lichtstrahlung in dem Wellenlängenbereich umzuwandeln, für den die
lichtempfindlichen Punkte empfindlich sind.
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Die
diese Matrizen bildenden lichtempfindlichen Punkte enthalten im
allgemeinen ein lichtempfindliches Element, das einem Element zugeordnet ist,
welches eine Schalterfunktion erfüllt.
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Das
lichtempfindliche Element besteht üblicherweise aus einer Diode,
die in Reihe mit dem Schaltelement angeordnet ist. Das Schaltelement kann
zum Beispiel eine sogenannte Schaltdiode sein, deren "geschlossener" oder "leitender" Zustand der Vorspannung
entspricht, die sie in den leitenden Zustand versetzt, und deren "offener" oder "gesperrter" Zustand ihrer Sperr-Vorspannung entspricht.
Die beiden Dioden sind mit entgegengesetzten Leitrichtungen in einer
sogenannten "Kopf-bei-Fuß"-Konfiguration geschaltet.
Eine solche Anordnung ist bekannt, zum Beispiel durch die französische Patentanmeldung
86 14058 (Veröffentlichungsnummer
2 605 166), in der eine Matrix von lichtempfindlichen Punkten von
der Art mit zwei Dioden in "Kopf-bei-Fuß"-Konfiguration, ein
Verfahren zum Lesen der lichtempfindlichen Punkte und eine Art,
eine solche lichtempfindliche Vorrichtung herzustellen, beschrieben
sind.
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1 stellt
ein vereinfachtes Schema einer lichtempfindlichen Vorrichtung 1 dar,
die eine Matrix 2 aufweist, die in klassischer Weise aufgebaut
ist. Die Matrix 2 weist lichtempfindliche Punkte P1 bis
P9 auf, die je von einer lichtempfindlichen Diode Dp und einer Schaltdiode
Dc gebildet werden, die in einer Kopf-bei-Fuß-Konfiguration
in Reihe geschaltet sind. Die Matrix weist Zeilenleiter Y1 bis Y3
auf, die sich mit Spaltenleitern X1 bis X3 kreuzen, mit einem lichtempfindlichen
Punkt an jeder Kreuzung, der zwischen einem Zeilenleiter und einem
Spaltenleiter verbunden ist. Die lichtempfindlichen Punkte P1 bis
P9 sind so gemäß Zeilen
L1 bis L3 und Spalten CL1 bis CL3 angeordnet.
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Im
Beispiel der 1 sind nur 3 Zeilen
und 3 Spalten dargestellt, die 9 lichtempfindliche Punkte definieren,
aber eine solche Matrix kann eine wesentlich größere Kapazität haben,
die bis zu einigen Millionen Punkte gehen kann. Es ist zum Beispiel üblich, solche
Matrizen mit lichtempfindlichen Punkten herzustellen, die gemäß 2000 Zeilen
und 2000 Spalten angeordnet sind (in einer Fläche in der Größenordnung
von 40 cm × 40
cm), oder auch gemäß einer einzigen
Zeile und mehreren Spalten angeordnet sind, um eine Erfassungsleiste
zu bilden, oder auch gemäß einer
einzigen Zeile und einer einzigen Spalte angeordnet sind, um einen
einzigen lichtempfindlichen Punkt zu bilden.
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Die
lichtempfindliche Vorrichtung weist eine Zeilensteuerschaltung 3 auf,
deren Ausgänge
SY1, SY2, SY3 mit den Zeilenleitern Y1, Y2 bzw. Y3 verbunden sind.
Die Zeilensteuerschaltung 3 weist verschiedene Elemente
(nicht dargestellt), wie zum Beispiel eine Taktgeberschaltung, Schaltkreise,
Schieberegister, auf, die es ihr ermöglichen, eine sequentielle
Adressierung der Zeilenleiter Y1 bis Y3 durchzuführen. Die lichtempfindliche
Vorrichtung weist weiter eine Spannungsquelle 4 auf, die
an die Zeilensteuerschaltung 3 eine Spannung VP liefert,
die dazu dient, die Amplitude von Impulsen zu definieren, die an
die Zeilenleiter angelegt werden.
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In
jedem lichtempfindlichen Punkt P1 bis P9 sind die beiden Dioden
Dp, Dc entweder über
ihre Anode oder über
ihre Kathode miteinander verbunden, wie im dargestellten Beispiel.
Die Anode der Fotodiode Dp ist mit einem Spaltenleiter X1 bis X3
verbunden, und die Anode der Schaltdiode Dc ist mit einem Zeilenleiter
Y1 bis Y3 verbunden.
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In
der Bilderfassungsphase oder der Bildaufnahmephase, d.h. dem Belichten
der Matrix 2 mit einem sogenannten "Nutz"-Lichtsignal,
sind die beiden Dioden Dp, Dc jedes lichtempfindlichen Punkts P1 bis
P9 in Sperrrichtung vorgespannt, und in diesem Zustand bilden sie
je einen Kondensator. Es ist anzumerken, dass die beiden Dioden
Dp, Dc allgemein so gestaltet sind, dass der von der Fotodiode Dp
dargestellte Kondensator der stärkere
ist (zum Beispiel 50 mal stärker).
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Wenn
die Fotodiode Dp einem Nutz-Lichtsignal ausgesetzt wird, werden
durch das Belichten des lichtempfindlichen Punkts P1 bis P9, zu
dem sie gehört,
Ladungen in ihr erzeugt. Diese Ladungen, deren Menge von der Belichtungsstärke abhängt, akkumulieren
sich in einem Punkt "A" in dem am Verbindungspunkt
der beiden Dioden Dp, Dc gebildeten (schwimmenden) Knoten. Das Lesen
der lichtempfindlichen Punkte P1 bis P9 erfolgt Zeile für Zeile, gleichzeitig
für alle
lichtempfindlichen Punkte, die mit dem gleichen Zeilenleiter Y1
bis Y3 verbunden sind. Zu diesem Zweck legt die Zeilensteuerschaltung 3 an jeden
adressierten Zeilenleiter Y1 bis Y3 einen sogenannten Leseimpuls
einer gegebenen Amplitude an; die nicht adressierten Zeilenleiter
werden auf einer Bezugsvorspannung Vr oder Ruhevorspannung gehalten,
die zum Beispiel die Masse ist, und die die gleiche Vorspannung
sein kann wie diejenige, die an die Spaltenleiter X1 bis X3 angelegt
wird.
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Die
mögliche
Akkumulierung von Ladungen im Punkt "A" eines
lichtempfindlichen Punkts P1 bis P9 führt an diesem Punkt zu einer
Verringerung der Spannung, d.h. zu einer Verringerung der Sperr-Vorspannung
der Fotodiode Dp. Bei manchen Betriebsarten hat das Anlegen des
Leseimpulses an einen Zeilenleiter Y1 bis Y3 zur Wirkung, den Vorspannungspegel,
den dieser Zeilenleiter vor der Belichtung mit dem Nutz-Lichtsignal
hatte, auf die Vorspannung des Punkts "A" aller
mit diesem Zeilenleiter verbundenen lichtempfindlichen Punkte zurückzusetzen;
daraus folgt ein Fluss eines Stroms proportional zu den im entsprechenden
Punkt "A" akkumulierten Ladungen
in jedem der Spaltenleiter X1 bis X3.
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Die
Spaltenleiter X1 bis X3 sind mit einer Leseschaltung CL verbunden,
die im Beispiel eine Integrierschaltung 5 und eine Multiplexerschaltung 6 aufweist,
die zum Beispiel aus einem Schieberegister mit parallelgeschalteten
Eingängen
und in Reihe geschaltetem Ausgang besteht, das vom Typ C.C.D sein
kann (aus dem Englischen "Charge
Coupled Device").
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Jeder
Spaltenleiter ist mit einem negativen Eingang "-" eines
Verstärkers
G1 bis G3 verbunden, der als Integrator montiert ist. Ein Integrationskondensator
C1 bis C3 ist zwischen den negativen Eingang "-" und
einen Ausgang S1 bis S3 jedes Verstärkers montiert. Der zweite
Eingang "+" jedes Verstärkers G1
bis G3 ist mit einer Vorspannung verbunden, die im Beispiel die
Bezugsvorspannung Vr ist, Vorspannung, die anschließend allen
Spaltenleitern X1 bis X3 aufgezwungen wird. Jeder Verstärker weist
ein Nullrückstellungs-Schaltelement
I1 bis I3 auf (das zum Beispiel aus einem MOS-Transistor besteht), das
mit jedem Integrationskondensator C1 bis C3 parallelgeschaltet ist.
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Die
Ausgänge
S1 bis S3 der Verstärker
sind mit den Eingängen
E1 bis E3 des Multiplexers 6 verbunden. Diese klassische
Anordnung ermöglicht
es, "in Reihe" und zeilenweise
(L1 bis L3) am Ausgang SM des Multiplexers 6 Signale zu
liefern, die den in den Punkten "A" aller lichtempfindlichen
Punkte P1 bis P9 akkumulierten Ladungen entsprechen.
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Es
ist anzumerken, dass es auch bekannt ist, um die Schaltfunktion
zu erfüllen,
die im Beispiel der 1 von der Schaltdiode Dc erfüllt wird,
einen Transistor zu verwenden; dieser letztere weist im Vergleich
mit der Diode eine größere Verbindungskomplexität auf, aber
er bietet Vorteile in der Qualität
seines "leitenden" Zustands, Vorteile,
die im weiteren Verlauf der Beschreibung erläutert werden.
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2 stellt
schematisch eine lichtempfindliche Vorrichtung 1' dar, die sich
von derjenigen der 1 hauptsächlich dadurch unterscheidet,
dass sie eine Matrix 20 aufweist, in der die Schaltdioden
Dc durch Transistoren T ersetzt sind, die ebenfalls durch Dünnschichttechniken
(TFT) erhalten werden.
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Im
in 2 als Beispiel gezeigten Schema ist in jedem lichtempfindlichen
Punkt P1 bis P9 der Transistor T über seine Source S mit der
Kathode der Fotodiode Dp verbunden, d.h. mit dem Punkt "A", sein Gate G ist mit dem Zeilenleiter
Y1 bis Y3 verbunden, zu dem der lichtempfindliche Punkt gehört, und sein
Drain D ist mit dem Spaltenleiter X1 bis X3 verbunden, zu dem der
lichtempfindliche Punkt gehört. Die
Anoden aller Fotodioden Dp sind zusammengefasst und mit einem Ausgang
SP4 der Zeilensteuerschaltung 3 verbunden. Der Ausgang
SP4 liefert eine sogenannte Vorspannung VpL, negativ in Bezug auf die
Bezugsvorspannung VR oder Masse, in der Größenordnung von zum Beispiel –5 Volt,
die dazu dient, die Sperr-Vorspannung der Fotodioden Dp zu bilden; die
Zeilensteuerschaltung 3 empfängt zum Beispiel diese Vorspannung
von einer Speisequelle 4'.
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In
dieser Konfiguration liefert die Zeilensteuerschaltung 3 an
ihren Ausgängen
SY1 bis SY3 Signale oder Impulse mit der gleichen Synchronisierung wie
im Fall der 1, Signale, die gleichzeitig
alle Transistoren T der gleichen Zeile L1 bis L3 in den "leitenden" Zustand versetzen.
Das Versetzen eines Transistors T in den "leitenden" Zustand bewirkt in jedem lichtempfindlichen
Punkt das Anlegen der Bezugsspannung VR an die Kathode der Fotodiode
Dp: Daraus folgt in an sich bekannter Weise entweder eine ursprüngliche
Sperr-Vorspannung der Fotodiode (in Vorausplanung einer Phase der
Bildaufnahme), oder das Rückstellen
auf den ursprünglichen Sperr-Vorspannungspegel
(bei einer Lesephase), mit Fließen
eines Stroms in den Spaltenleitern X1 bis X3, der die Menge der
in den zur adressierten Zeile L1 bis L3 gehörenden lichtempfindlichen Punkten
P1 bis P9 akkumulierten Ladungen darstellt. Der restliche Betrieb
ist gleich dem bereits beschriebenen.
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Die
Proportionalität
zwischen dem am Ausgang des Multiplexers 6 gelieferten
Wert und der Stärke
des Nutz-Lichtsignals, das von einem lichtempfindlichen Punkt aufgefangen
wird, kann durch verschiedene Ursachen verändert werden, von denen die
Remanenzphänomene
besonders schädlich sind,
insbesondere weil sie beim Messen der Belichtung eines lichtempfindlichen
Punkts nach einer Bildaufnahme einen Zusammmenhang mit der Belichtung
dieses gleichen lichtempfindlichen Punkts bei einer vorhergehenden
Bildaufnahme herstellen können.
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Die
wichtigste Remanenzursache im Fall der Matrizen, deren lichtempfindliche
Punkte ausgehend von Halbleitermaterialien hergestellt werden, und noch
spezieller im Fall von amorphem Silicium (aSi), liegt hauptsächlich in
einer starken Dichte von tiefen Zuständen im verbotenen Band des
Materials: Zum Beispiel beim amorphen Silicium erzeugt die Abwesenheit
eines kristallinen Gitters Fallen, die bei einer Bildaufnahme erzeugte
Ladungen zurückhalten
können.
Unter diesen Umständen
kann das Halbleitermaterial in gewisser Weise ein Bild "speichern", das einer gegebenen
Belichtung entspricht, und während des
Lesens des folgenden Bilds, oder sogar mehrerer folgender Bilder,
ein Bild betreffende Ladungen wiederherstellen.
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Um
den oben angegebenen Remanenzfehler zu verringern oder sogar zu
beseitigen, schlägt
die Erfindung vor, einen Strom zu erzeugen, der es ermöglicht,
die in der Struktur des Halbleitermaterials vorhandenen Fallen (oder
tiefen Zustände)
zu füllen oder
zu sättigen,
damit diese Fallen sich dann mit einer Statistik leeren, die mit
dem vorhergehenden Bild nichts mehr gemein hat, was zu einer vollständigen Abwesenheit
eines Zusammenhangs und somit zur Abwesenheit einer Remanenz führt.
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Die
Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Steuerung einer lichtempfindlichen
Vorrichtung, die eine Matrix von lichtempfindlichen Punkten aufweist, wobei
die lichtempfindlichen Punkte in mindestens einer Zeile und mindestens
einer Spalte angeordnet sind und je ein Schaltelement in Reihe mit
einer Fotodiode mit einem gemeinsamen Punkt aufweisen, wobei das
Verfahren einerseits darin besteht, die Matrix während einer Bildaufnahmephase,
während
der in jedem lichtempfindlichen Punkt in Abhängigkeit von seiner Belichtung
erzeugte Ladungen eine Vorspannung der Fotodiode verändern, einem Nutz-Lichtsignal
auszusetzen, und andererseits darin besteht, die lichtempfindlichen
Punkte in einer Lesephase zu lesen, die nach der Bildaufnahmephase auftritt,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem mindestens einmal vor
der Bildaufnahmephase darin besteht, zunächst die lichtempfindlichen Punkte
der Matrix einem Löschungs-Lichtstrom
einer solchen Stärke
und einer solchen Dauer auszusetzen, dass die von ihm erzeugten
Ladungen die Spannung der gemeinsamen Punkte so weit verändern, bis
sie den Spannungsknick der Fotodioden erreicht, um diese in Durchlassrichtung
leitend zu machen, und dann alle Fotodioden in Sperrrichtung vorzuspannen,
damit die lichtempfindlichen Punkte die Ladungen während der
Bildaufnahmephase erzeugen und akkumulieren können.
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Es
ist anzumerken, dass das erfindungsgemäße Verfahren es außerdem auf
einfache Weise erlaubt, die Wirksamkeit des Lesens der lichtempfindlichen
Punkte zu verbessern, insbesondere wenn die dort akkumulierten Ladungen
einen geringen Wert haben. Eine Lösung für dieses Problem ist aus einer französischen
Patentanmeldung Nr. 88 12126, veröffentlicht unter der Nummer
2 636 800, bekannt. Diese Lösung
betrifft den Fall, in dem die lichtempfindlichen Punkte je aus einer
Fotodiode bestehen, die in Reihe mit einer Diode geschaltet ist,
die als Schaltelement dient, und die beiden in einer Kopf-bei-Fuß-Konfiguration
angeordnet sind, wie im Beispiel der 1.
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Diese
Patentanmeldung schlägt
vor, durch eine zusätzliche
Belichtung sogenannte Antriebsladungen zu erzeugen, die in jedem
lichtempfindlichen Punkt den "Signal"-Ladungen hinzugefügt werden, die
durch eine Belichtung mit dem Nutz-Lichtsignal erzeugt werden. Diese
zusätzliche
Belichtung kann durch verschiedene Arten von Lichtquellen erhalten werden,
zum Beispiel durch eine Lichttafel oder durch ein Netz von Elektrolumineszenzdioden,
wie es in der französischen
Patentanmeldung Nr. 2 598 250 beschrieben ist.
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Wieder
unter Bezugnahme auf 1 kann, wenn die Matrix 2 auf
einem lichtdurchlässigen
Isoliersubstrat 7 (in durchgezogenen Strichen dargestellt)
aus Glas oder Quarz, wie zum Beispiel in der oben erwähnten Anmeldung
Nr. 2.605.166 beschrieben, hergestellt wird, eine zusätzliche
Lichtquelle SL (gestrichelt gezeichnet) auf das Substrat 7 entgegengesetzt
zur Matrix 2 aufgelegt werden, um keinen Schirm für das Nutz-Lichtsignal
zu bilden. Wenn man zum Beispiel annimmt, dass das Substrat 7 sich
in der Ebene der Figur befindet, ist die Lichtquelle SL in einer
tieferen Ebene als die der Figur angeordnet. Natürlich kann die Vorrichtung
der 2 auch eine solche zusätzliche Lichtquelle (in 2 nicht
dargestellt) aufweisen.
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Die
Antriebsladungen, die zu den vom Nutz-Lichtsignal erzeugten Ladungen
hinzugefügt werden,
ermöglichen
es, die schädliche
Wirkung (bei den sehr geringen Werten) zu minimieren, die von den
mittelmäßigen Qualitäten erzeugt
wird, die eine Schaltdiode aufweist, die als Schalter im "geschlossenen" Zustand, d.h. im "leitenden" Zustand verwendet
wird. Dies beruht insbesondere auf einer Nicht-Linearität in der
Strom-Spannungskennlinie
der Dioden, in ihrem Leitmodus in Durchlassrichtung. Diese Lösung, die
einen Lichtblitz verwendet, um die Antriebsladungen zu erzeugen,
hat aber den Nachteil, auch ein lautes Geräusch zu verursachen (zum optischen
Blitz gehörend).
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorteil, es auf einfache Weise zu ermöglichen, Antriebsladungen hinzuzufügen, mit
dem gleichen Ziel, wie es von der Patentanmeldung Nr. 2 605 166
verfolgt wird, aber mit einem elektrischen Verfahren, das ein wesentlich
schwächeres
Geräusch
erzeugt als ein optisches Verfahren.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
ausführlichen
Beschreibung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und
sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, in denen:
die 1 und 2 lichtempfindliche
Vorrichtungen darstellen, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt
werden kann;
die 3a bis 3e ein
Steuerungsdiagramm bilden, das den Betrieb der Vorrichtungen der 1 und 2 unter
der Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens
darstellt.
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Indem
man die lichtempfindliche Vorrichtung der 1 als Beispiel
nimmt, bei der jeder lichtempfindliche Punkt P1 bis P9 eine Schaltdiode
Dc aufweist, um die Schalterfunktion zu erfüllen, stellt 3a Signale
dar, die an einen Zeilenleiter Y1 bis Y3 angelegt werden, zum Beispiel
an den ersten Leiter Y1; und 3d stellt
die Veränderungen
einer Spannung VA im Punkt "A" mit Schwimmpotential
der lichtempfindlichen Punkte dar, zum Beispiel des ersten lichtempfindlichen
Punkts P1.
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Im
nicht einschränkend
zu verstehenden, beschriebenen Beispiel liegt ein Betriebszyklusanfang nach
einem Zeitpunkt t1, der das Ende eines Leseimpulses IL kennzeichnet,
der an den ersten Zeilenleiter Y1 angelegt wurde. Dieser Leseimpuls
IL hat in einem Zeitpunkt t0 des Beginns einer Lesephase PHL eines
vorhergehenden Betriebszyklus begonnen, und er hat es ermöglicht,
die lichtempfindlichen Punkte P1 bis P3 zu lesen, die während einer
Bildaufnahmephase dieses vorhergehenden Zyklus belichtet wurden.
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Unter
Berücksichtigung
der Durchlassrichtungen der Dioden Dc, Dp jedes lichtempfindlichen Punkts
P1 bis P9 des in 1 gezeigten Beispiels hat der
Leseimpuls IL ein positives Vorzeichen in Bezug auf die Bezugsspannung
VR, und eine Amplitude VP2. Er versetzt die Schaltdiode Dc in den
Leitzustand in Durchlassrichtung, und diese letztere lädt den von
der Fotodiode Dp gebildeten Kondensator derart, dass die Spannung
VA im Punkt "A" zuerst auf einen
Wert VA1 übergeht,
der der Knickspannung der Schaltdiode Dc entspricht, und dann bis
auf einen Wert VA2 im wesentlichen gleich VP2 abzüglich des Werts
der Knickspannung der Schaltdiode Dc ansteigt. Die Ladung des von
der Fotodiode Dp gebildeten Kondensators bewirkt beim Spaltenleiter
X1 den Fluss eines Stroms, der den im Punkt "A" akkumulierten
Ladungen entspricht.
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Im
Zeitpunkt t1, in dem der Leseimpuls IL endet und in dem die Spannung
auf dem Zeilenleiter Y1 zum Ruhewert zurückkehrt, d.h. zur Bezugsspannung
Vr, wird die Schaltdiode Dc in Sperrrichtung vorgespannt und bildet
einen Kondensator: Die Spannung VA im Punkt "A" verringert
sich durch kapazitive Teilung auf einen Wert VA3.
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Natürlich empfangen
alle Zeilenleiter Y1 bis Y3 nacheinander einen Leseimpuls IL während dieser
Lesephase PHL, die in einem Zeitpunkt t1' endet, und die Entwicklung des Stroms
VA im Punkt "A" der lichtempfindlichen
Punkte aller Zeilen L1 bis L3 der Matrix 1 ist gleich der
oben beschriebenen.
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Gemäß einem
Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein "Löschungs-Lichtstrom" genannter Lichtstrom
FE, der in 3c dargestellt ist, vor jeder
Durchführung
einer Bildaufnahme an alle lichtempfindlichen Punkte P1 bis P9 der
Matrix 2 angelegt.
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Der
Löschungs-Lichtstrom
FE wird an alle lichtempfindlichen Punkte P1 bis P9 in einem Zeitpunkt
t2 angelegt, der auf den Zeitpunkt t1' des Endes der Lesephase des vorhergehenden
Zyklus folgt. Dieser Löschungs-Lichtstrom
muss eine ausreichende Stärke
und Dauer haben, damit die von ihm erzeugten Ladungen, die in den
Punkten "A" mit Schwimmpotential
akkumuliert werden, die Spannung VA an diesen Punkten "A" (und somit die Vorspannung der Fotodioden
Dp) ändern,
bis die Fotodioden Dp in ihren Leitzustand in Durchlassrichtung versetzt
werden.
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Diese
Wirkung des Anlegens des Löschungs-Lichtstroms
FE ist in 3d zu sehen, in der man sieht,
dass die Spannung VA ausgehend vom Zeitpunkt t2 (in Richtung einer
Verringerung) bis zu einem Zeitpunkt t3 variiert, in dem sie die
Bezugsspannung Vr erreicht, und wo sie das Vorzeichen ändert, um
wieder bis auf einen Wert VcP anzusteigen (im dargestellten Beispiel
negativ), der der Knickspannung der lichtempfindlichen Diode Dp
entspricht. Ausgehend von einem Zeitpunkt t4, in dem der Wert VcP
entsprechend der Knickspannung der Fotodiode Dp erreicht ist, führt diese
letztere einen Strom in ihrer Durchlassrichtung. Ab dem Zeitpunkt t4
behält
dann die Spannung VA am Punkt "A" bis zu einem Zeitpunkt
t5, in dem das Anlegen des Löschungs-Lichtstroms FE endet
und in dem auch der Strom in der Fotodiode Dp aufhört zu fließen, im
Wesentlichen den gleichen Wert bei.
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Der
Strom, der dem Leitendwerden der Diode Dp in Durchlassrichtung entspricht,
hat die Tendenz, wie oben erklärt
wurde, die "Fallen" zu sättigen, die
im Halbleitermaterial (zum Beispiel aSiH) vorhanden sind, und neigt
so dazu, die Spuren einer vorhergehenden Bildaufnahme zu "löschen" und jeden Zusammenhang zwischen dieser
vorhergehenden Bildaufnahme und einer künftigen Bildaufnahme zu vermeiden.
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Die
die Erzeugung des Löschungs-Lichtstroms
ermöglichende
Lichtquelle ist selbst vom klassischen Typ. Sie kann zum Beispiel
aus einer Lichtquelle wie zum Beispiel der oben erwähnten, zusätzlichen
Lichtquelle SL bestehen, d.h. aus einer Lichttafel, oder aus einem
Netz von Elektrolumineszenzdioden, und sie kann auch gegen das durchsichtige Substrat 7 (1)
entgegengesetzt zur Matrix 2 angeordnet sein (es ist anzumerken,
dass die Lichtquelle SL auch auf der Seite der Matrix 1 angeordnet
sein könnte,
unter der Voraussetzung, dass sie der guten Belichtung der Matrix 2 durch
das Nutz-Lichtsignal bei einer Bildaufnahme nicht schadet). Die
Steuerung der Lichtquelle SL kann in an sich klassischer Weise,
zum Beispiel ausgehend von einem Signal, das von einem Ausgang Ssl
der Zeilensteuerschaltung 3 (1) geliefert
wird, durchgeführt
werden. Natürlich
kann die lichtempfindliche Vorrichtung der 2 auch eine
Lichtquelle SL (nicht in 2 dargestellt) aufweisen, die
unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben angeordnet ist.
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Wieder
unter Bezugnahme auf die 3a bis 3e ist
es notwendig, damit die lichtempfindlichen Punkte P1 bis P9 während einer
Bildaufnahme Ladungen erzeugen und akkumulieren können, die Fotodioden
Dp in den Zustand der Sperr-Vorspannung zu versetzen. Zu diesem
Zweck besteht das erfindungsgemäße Verfahren
darin, an alle Zeilenleiter Y1 bis Y3 einen Spannungsimpuls anzulegen,
der Vorspannungsimpuls IP genannt wird (in 3a dargestellt)
und eine Amplitude VP1 aufweist, der in Bezug auf die Bezugsspannung
VR positiv ist, d.h. das gleiche Vorzeichen wie der Leseimpuls IL
aufweist.
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Ein
Vorspannungsimpuls IP kann von der Zeilensteuerschaltung 3 an
alle Zeilenleiter Y1 bis Y3 entweder gleichzeitig für alle Leiter
oder Zeile für
Zeile angelegt werden. Es ist dann aber notwendig, dass alle Zeilenleiter
Y1 bis Y3 und somit alle lichtempfindlichen Punkte P1 bis P9 den
Vorspannungsimpuls IP vor der Bildaufnahmephase empfangen.
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In
einem Zeitpunkt t6, in dem ein Vorspannungsimpuls IP beginnt (3a),
der vom ersten Zeilenleiter Y1 empfangen wird, ändert die Spannung VA im Punkt "A" aller mit diesem Leiter verbundenen lichtempfindlichen
Punkte ihr Vorzeichen und geht auf den Wert VA1 über, der die Knickspannung
der Schaltdiode Dc ist. Diese letztere wird dann wieder in den Leitzustand
in Durchlassrichtung versetzt, und da die Fotodiode Dp wieder in
Sperrrichtung vorgespannt wurde, wird ihr Kondensator von der Schaltdiode
Dc geladen: Folglich steigt die Spannung VA an, um in einem Zeitpunkt
t7, in dem der Vorspannungsimpuls IP endet, einen Wert zu erreichen,
der der Amplitude Vp1 dieses Vorspannungsimpulses minus des Werts
der Knickspannung der Schaltdiode Dc entspricht, in einer Weise,
die an sich derjenigen vergleichbar ist, die bereits für den Zeitintervall
zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1 beschrieben wurde.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bietet einen sehr wichtigen Vorteil, der in der Möglichkeit
besteht, Antriebsladungen auf einfache Weise und mit großer Qualität (geringes
Geräusch)
zu erzeugen. Hierzu genügt
es, den Vorspannungsimpulsen IP eine Amplitude VP1 zu verleihen,
die unter der Amplitude VP2 der Leseimpulse IL liegt.
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Indem
man nämlich
zum Beispiel einerseits annimmt, dass die Spannung VA im Punkt "A" kurz vor einer Bildaufnahmephase den
Wert VA3 hat, der im Zeitpunkt t1 angezeigt wird (was der Fall wäre, wenn
der Vorspannungsimpuls IP die gleiche Amplitude VP2 wie der Leseimpuls
IL hätte),
und andererseits annimmt, dass diese Bildaufnahme keine Belichtung
des ersten lichtempfindlichen Punkts P1 liefert, und wenn man mögliche Driften
und Dunkelströme
ignoriert, hat die Spannung VA am Punkt "A" nach der
Bildaufnahme den Wert VA3 beibehalten: Folglich erzeugt das spätere Anlegen
eines Leseimpulses IL nicht die Ladung des von der Fotodiode gebildeten Kondensators
(wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt ist), und es wird keine Ladung
zum entsprechenden Spaltenleiter, d.h. dem ersten Spaltenleiter X1, übertragen.
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Wenn
dagegen die Amplitude VP1 des Vorspannungsimpulses IP geringer ist
als die Amplitude VP2 des Leseimpulses IL, verleiht sie im Zeitpunkt
t7 der Spannung VA im Punkt "A" vor der Bildaufnahme einen
Wert VA5, der niedriger ist als der Wert VA3, der vom Leseimpuls
IL verliehen wird: Folglich erhält man
mit dem Anlegen eines Leseimpulses IL einen Strom auf dem ersten
Spaltenleiter X1, Strom, der eine sogenannte Antriebsladung darstellt,
deren Stärke
proportional zur Differenz VA3 – VA5
ist.
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Diese
Erklärungen
zeigen, dass ein Vorspannungsimpuls IP mit einer Amplitude VP1 geringer
als die Amplitude VP2 des Leseimpulses Antriebsladungen erzeugen
kann, deren Wert von der Differenz zwischen den Amplituden VP1 und
VP2 abhängt.
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Die
lichtempfindliche Vorrichtung 1 der 1 kann zur
Erzeugung von Antriebsladungen eine zweite Spannungsquelle 13 aufweisen,
die an die Zeilensteuerschaltung 3 eine Spannung liefert,
die den Wert der Amplitude VP1 des Vorspannungsimpulses IP hat; die
von der ersten Quelle 4 gelieferte Spannung hat zum Beispiel
den Wert der Amplitude VP2 des Leseimpulses IL. Die Zeilensteuerschaltung 3 kann
so in an sich bekannter Weise die eine oder die andere der beiden
Spannungen wählen
und sie zu den geeigneten Zeitpunkten in Form von Impulsen an die
Zeilenleiter Y1 bis Y3 liefern.
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Die
Antriebsladungen können
sich insbesondere in den Fällen
geringer Belichtungswerte als nützlich
erweisen, und dies insbesondere für lichtempfindliche Punkte,
deren Schaltelement eine Diode ist, aufgrund der Nicht-Linearität in der Strom-Spannungskennlinie
im Durchlassmodus, den eine Diode aufweist.
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Wenn
es nicht nützlich
ist, Antriebsladungen zu verwenden, zum Beispiel bei sehr starken
Lichtsignalen, und wenn das Schaltelement der lichtempfindlichen
Punkte ein Transistor ist, wie im Fall der Matrix 20 der 2,
genügt
es, den Vorspannungs- und Leseimpulsen IP, IL die gleiche Amplitude
zu verleihen, um die Erzeugung dieser Antriebsladungen zu vermeiden.
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Aber
selbst im Fall der Matrix 20, die Transistoren als Schaltelement
verwendet, kann, wenn diese Antriebsladungen notwendig sind,' auch die lichtempfindliche
Vorrichtung der 2 eine zweite Spannungsquelle 13' aufweisen,
die an die Zeilensteuerschaltung 3 eine zweite Vorspannung
VpP liefert, die niedriger ist als die erste Vorspannung VpL; die
Zeilensteuerschaltung 3 kann so zwischen den beiden Spannungen
VpL und VpP diejenige wählen, die über ihren
Ausgang SP4 an die Anoden der Fotodioden Dp anzulegen ist, je nachdem,
ob der "leitende" Zustand der Transistoren
T zur Erzeugung einer ursprünglichen
Vorspannung oder für
eine Lesephase gesteuert wird.
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Unter
der Annahme (wiederum im Fall der lichtempfindlichen Vorrichtung
der 1), dass der Vorspannungsimpuls IP die (schwächste) Amplitude VP1
hat, behält
die Spannung VA im Punkt "A" den Wert VA5 zumindest
bis zu einem Zeitpunkt t8 bei, in dem eine Bildaufnahmephase auftritt,
die in 3b durch ein Rechteck Phi dargestellt
ist. Wenn ausgehend vom Zeitpunkt t8 der lichtempfindliche Punkt
P1 einer Belichtung durch ein "Nutz"-Lichtsignal ausgesetzt
wird, bewirken die dann erzeugten und im Punkt "A" akkumulierten
Ladungen (wie im in 3d dargestellten Beispiel) eine
Verringerung der Spannung VA in diesem Punkt. Diese Verringerung
ist kontinuierlich (wenn die Belichtung konstant ist), und sie endet
in einem Zeitpunkt t9, der das Ende der Bildaufnahmephase kennzeichnet.
Die Spannung VA im Punkt "A" besitzt zu diesem
Zeitpunkt zum Beispiel einen Wert VA4, der bis zu einem Zeitpunkt
t10 beibehalten wird.
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Im
Zeitpunkt t10 wird ein Leseimpuls IL an den ersten Zeitenleiter
Y1 angelegt. Er kennzeichnet den Beginn einer Lesephase PHL, die
dazu dient, die in der Bildaufnahmephase PHi erzeugten Ladungen zu
lesen. Man findet im Punkt "A" eine Entwicklung der
Spannung VA gleich derjenigen, die bereits für den Zeitintervall beschrieben
wurde, der zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 liegt: Die Spannung
VA geht mit dem Anlegen des Leseimpulses IL auf den Wert VA1 über; wenn
dann die Schaltdiode Dc im leitenden Zustand ist, lädt sie den
von der Fotodiode Dp gebildeten Kondensator, was einen Strom im
Spaltenleiter X1 bestimmt; die Spannung VA steigt dann bis auf ihren
maximalen Wert VA2 an. In einem Zeitpunkt t11, in dem der Leseimpuls
IL endet, geht die Spannung VA auf den Wert VA3 über (wie im Zeitpunkt t1).
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Anschließend werden
nacheinander während
des Rests der Lesephase PHL, deren Ende in einem Zeitpunkt t12 auftritt,
(nicht dargestellte) Leseimpulse an die Zeilenleiter Y2, Y3 angelegt.
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3e stellt
den "offenen" und den "geschlossenen" Zustand der Nullrückstellungsschalter I1,
I2, I3, dar, die nur dann den Integrationsvorgang durch die Verstärker G1,
G2, G3 erlauben, wenn sie im "offenen" Zustand sind. 3e stellt
den Zustand dar, dass diese Schalter I1 bis I3 nur während der
Lesephasen PHL im "offenen" Zustand sind, und
dass folglich nur die Ströme
berücksichtigt
werden, die während
der Lesephasen in den Spaltenleitern X1 bis X3 fließen.
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Die
verschiedenen Zeitintervalle zwischen den Zeitpunkten t1' und t12 entsprechen
verschiedenen Stufen einer vollständigen Betriebsfolge einer lichtempfindlichen
Vorrichtung, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
gesteuert wird. Das Ende der Lesephase im Zeitpunkt t12 kennzeichnet
den Beginn einer möglichen
folgenden Betriebsfolge.
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Es
ist anzumerken, dass, wenn der Pegel der tolerierbaren Restremanenz
sehr niedrig ist, es möglich
ist, ihn noch zu verbessern, indem mehrere Löschvorgänge in einer gleichen Betriebsfolge durchgeführt werden,
d.h. man kann zwischen den Zeitpunkten t2 und t7 die lichtempfindlichen
Punkte P1 bis P9 der Matrix mehrere Male dem Löschungs-Lichtstrom FE aussetzen,
wobei jedes Anlegen eines Löschungs-Lichtstroms vom Anlegen
eines Vorspannungsimpulses IP gefolgt wird.
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Die
vorliegende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgte unter
Bezugnahme auf Matrizen 2, 20 mit lichtempfindlichen
Punkten P1 bis P9, deren Schaltdioden Dc und Fotodioden Dp mit gegebenen
Leitrichtungen montiert sind, wie sie in den 1 und 2 gezeigt
sind. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann aber ebenso gut angewandt werden, wenn diese Dioden Dc, Dp
mit entgegengesetzten Leitrichtungen zu denen montiert werden, die in
diesen Figuren dargestellt sind. Hierzu genügt es, das Vorzeichen der Leseimpulse
IL und der Vorspannungsimpulse IP sowie der Vorspannungen umzukehren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist auch auf die Steuerung von lichtempfindlichen Vorrichtungen
anwendbar, die zur Erfassung von Röntgenbildern verwendet werden.
Diese lichtempfindlichen Vorrichtungen müssen dann einen Szintillator
aufweisen, um eine einfallende Strahlung, insbesondere eine Röntgenstrahlung,
in eine Lichtstrahlung in dem Wellenlängenbereich umzuwandeln, für den die
Fotodioden Dp empfindlich sind. Wenn man als Beispiel die Vorrichtung 1 der 1 nimmt,
kann ein solcher Szintillator aus einer Schicht 9 (in 1 durch
ein gestricheltes Viereck symbolisch dargestellt) einer szintillierenden
Substanz, zum Beispiel aus Cäsiumjodid (Csl)
bestehen; diese szintillierende Schicht 9 wird über der
Matrix 2 so aufgebracht, dass sie zwischen dieser und der
einfallenden Röntgenstrahlung
liegt. Die lichtempfindliche Vorrichtung 1' der 2 kann auch
einen Szintillatorschirm 9 (nicht dargestellt) aufweisen,
der in gleicher Weise wie derjenige der 1 angeordnet
ist.
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Es
ist anzumerken, dass das erfindungsgemäße Verfahren in dem Fall in
besonders interessanter Weise anwendbar ist, in dem der Szintillator 9 aus Cäsiumjodid
(Csl) besteht, da diese szintillierende Substanz für ihre sehr
schwache intrinsische Remanenz bekannt ist. Das Koppeln eines Szintillators
aus Cäsiumjodid
mit einer Matrix 2, 20, deren Fotodioden Dp aus
wasserstoffhaltigem, amorphem Silicium (aSiH) bestehen, unter der
Steuerung durch das erfindungsgemäße Verfahren, das die Eigenremanenz des
wasserstoffhaltigen, amorphen Siliciums beseitigt, ermöglicht den
Erhalt von Röntgenbildern
sehr hoher Qualität.