TW406194B - Rediation detecting device and rediation detecting method - Google Patents

Description

40619^7 _B7_ 五、發明説明（1 ) 發明背景= 發明領域= 本發明係關於輻射檢測裝置及輻射檢測方法，特別係 有關適合用於以閃煉器（或磷光器）所代表之波長轉換器 使包含X射線之輻射的波長轉換爲可由感測元件檢測之波 長範圍內之波長來檢測例如影像之資訊之輻射檢測裝置及 輻射檢測方法。 相關背景技術 當藉由在利用X射線或諸如此類者之輻射診斷設備及 X射線照像設備中之光感測器來直接檢測例如X射線之輻 射時，因爲缺少對輻射有高敏感度之光感測器故此類設備 之效率會變差。因此之故考慮聯合使用能使輻射轉換爲可 見光之閃煉器及光感測器。 經濟部中央標準局負工消费合作社印| (請先閲讀賞面之注意事項再蛾耗本頁) 閃煉器之特徴係所謂發光螢幕之餘暉特徵。其代表著 附隨於輻射曝光中之閃煉器光發射產生並以特定的函數關 係衰減，如圖1所示，並且慢成分之時間常數爲幾百毫秒 。爲了修正餘暉衰減作爲對策，在第5，331，682 號美國專利中，檢測大量的信號樣本以經由複雜計算程序 計算出補償値，而從信號中減去補償値。此外，因爲此計 算，延遲會發生直到起初衰減成分可以忽略爲止。 另一方面，例如在第5，262，649號美國專利 中提議以由薄膜半導體所組成之光感測器聯合利用X射線 本紙張尺度遴用中國國家標準（CNS ) A4祝格（2丨0X 297公釐） · 4 - 406^94 五、發明説明（2 ) 或諸如此類者之X射線照像設備及輻射診斷設備之閃煉器 。在此公報中，說明了介於根據由薄膜半導體與電晶體所 組成之感測器之時間常數、設備之讀取速率、以及S/N (信號/噪音）比間之關係。在第5，262，649號 美國專利中，介紹了 X射線連績發射之螢光幕模式，以及 X射線只發射短時間週期之照像模式的讀取方法，並且所 有的感測器同時儲存信號。 無論如何，爲了檢測大量的信號以計算出補償値，並 且計算從信號中減去補償値，例如第5，33 1，682 號美國專利中所說明般，需要昂貴的信號處理電路及算術 單元。此外，既然延遲產生直到起初衰減成分可以忽略爲 止，因此從檢測器中取出信號需要等待延遲時間。 經濟部中央梂準局貝工消费合作杜印製 在第5，262，649號美國專利中，介紹了X射 線連續地發射之螢光幕模式，以及X射線只發射短時間週 期之照像模式。在照像模式，不須考慮閃煉器之光發射及 衰減之時間常數。因此之故，當X射線輻射完成後開始讀 取時，由於閃煉器之光衰減時間常數，在高暗電流下起初 讀取線讀取信號，並且在讀取線之最未邊讀取出具有累積 暗電流之信號。因此之故，由於閃煉器之延遲衰減特徵使 混合於信號中之暗電流根據線之讀取順序而大大地變動。 在第5，262，649號美國專利中，介紹了X射 線診斷設備或輻射治療設備，其使用包含著由a-Si: Η (非晶質氫化矽）所組成之感測器及薄膜電晶體之大螢 幕感測器面板，並且導出介於由感測器之電容與薄膜電晶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（210X297公釐） -5 · 4061^94 五、發明説明（3 ) 體之ON電阻相乘所得之時間常數》S/N比及畫面頻率 間之關係，其係真實時間影像感測器所需要的。無論如何 ，此關係乃基於X射線係連續地發射，並且不考慮如前所 述之閃煉器的衰減特徵之假設。此公報也未考量當X射線 係間歇地發射時之讀取設計。 因爲時間足夠所以在照像模式或諸如此類者之例子中 閃煉器之衰減特徵並未成爲値得考慮的問題。在具有許多 畫面之完整移動影像的例子中例如在循環器官系統之診斷 中，無論如何，光之殘餘成分被認爲會如同雜訊般發生影 響0 在該例子中，無論如可，並未提議聯合閃煉器之衰減 特徵與時間常數之讀取特徵，該時間常數係由例子中之感 測器面板中之感測器電容及薄膜電晶體之ON電阻所組成 發明槪述 本發明之目的係在輻射診斷設備或諸如此類者之輻射 檢測裝置中，其能藉由間歇曝光於輻射例如X射線而減底 曝光劑量，採用考慮閃煉器衰減特徴之讀取方法以讀出所 需的S/N比之信號，該信號在噪音中降低並在散射中窄 化。 本發明之另一目的係導出在輻射連續地發射之檢査、 診斷及治療中用以獲得考慮閃煉器之衰減特徵的最佳信號 對噪音（S/N)比之關係。 請― 先 閱 讀 背- 面 之 注

I 金 裝 訂 線 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印装 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4祝格（210X297公釐） -6 - 經濟部中央樣準局貞工消费合作社印製 4Q6194t _ B7_ 五、發明説明（4 ) 上述目的可利用下文所說明之本發明來達成。 根據本發明，因此提供輻射檢測裝置，具有使輻射轉 換爲光電可轉換光之波長轉換器以及多數個以矩陣形式排 列之像素，其中像素包含用以使光轉換爲電信號之感測元 件及連接於感測元件上之傳送用的薄膜電晶體（T F T ) 以便像素連續地傳送信號，檢測裝置包含： 用以在至少η X r :之延遲後導通在傳送用的TFT s 中首先被導通之T F T的機構，其中r i係波長轉換器之特 徵時間常數，而η係In (SN)，其中SN係所需信號 對噪音比，在輻射停止後，藉以傳送儲存於相對應像素中 之信號。 根據本發明，亦提供輻射檢測裝置，包含使輻射轉換 爲光電可轉換光之波長轉換器以及多數個以矩陣形式排列 之像素，其中像素包含用以使光轉換爲電信號之感測元件 及連接於感測元件上之傳送用的薄膜電晶體（T F T )以 便從像素連續地傳送信號，其中檢測裝置滿足下面的關係 式： (aXTi + zSXrz) S1/FPS :以及 SN=exp ( a + β ) 其中S Ν係整個裝置之所需的信號對噪音比，F P S係在 輻射檢測裝置讀取時每秒之畫面數目，或讀取所需時間之 倒數：r t係波長轉換器之建立及衰減之時間常數；r 2係 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公漦) Zt~. ~一 ----------^------tF—·-----^ { t先聞讀背面之注f項再填寫本頁) 經濟部中央搮準局貝工消费合作社印装 ^06194 A7 _B7_ 五、發明说明（5 ) 由感測元件之電容與傳送用的T F T之Ο N電阻相乘所得 之時間常數；α係〔（在感測元件中光信號之儲存時間） /ττ〕之倍數，或1 n (SNi)其中SNx係波長轉換 器所需之信號對噪音比：並且万係傳送用的T F T導通時 間之時間常數之倍數，或1 n ( S N 2 )其中S N 2係用以 傳送儲存於感測元件之電容中之信號的T F Τ所需之信號 對噪音比。 根據本發明，更進一步地提供輻射檢測方法，其中使 用使輻射轉換爲光電可轉換光之波長轉換器以及多數個以 矩陣形式排列之像素，其中像素包含用以使光轉換爲電信 號之感測元件及連接於感測元件上之傳送用的薄膜電晶體 (TFT)以便從像素連續地傳送信號，此方法包含： 在至少（η X r :)之延遲後導通在傳送用的TFT s 中首先被導通T F T，其中τ :係波長轉換器之特徵時間常 數，而η係In (SN)其中SN係所需信號對噪音比， 在輻射停止後，藉以傳送儲存於相對應像素中之信號。 根據本發明，仍然更進一步地提供輻射檢測方法，使 用使輻射轉換爲光電可轉換光之波長轉換器以及以矩陣形 式排列之像素，其中像素包含用以使光轉換爲電信號之感 測元件及連接於感測元件上之傳送用的薄膜電晶體（ T F T )以便從像素連續地傳送信號，此方法包含滿足下 面的關係式： (aX7：i + /Sxr2) S1/FPS ;以及 SN=exp { α β ) ， ----------^------ir—·-----^ {請先W讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 本紙張尺度逍用中國困家標率（CNS ) A4洗格（210X297公釐） _ 8 _ 輕濟部中央樣準局I工消费合作社印装 _B7 406194 __ 五、發明説明（6 ) 其中S N係整個裝置之所需的信號對噪音比，F P S係在 輻射檢測裝置讀取時每秒之畫面數目，或讀取所需時間之 倒數：Γ i係波長轉換器之建立及衰減之時間常數；Γ 2係 由感測元件之電容與傳送用的T F T之Ο N電阻相乘所得 之時間常數；α係〔（在感測元件中光信號之儲存時間） /rt〕之倍數，或In (SNi).其中SNi係波長轉換 器所需之信號對噪音比；並且/9係傳送用的T F T導通時 間之時間常數之倍數，或In (SN2)其中SN2係用以 傳送儲存於感測元件之電容中之信號的T F T所需之信號 對噪音比。 圖示簡單說明： 圖1係閬明閃煉器之餘暉特徵的例子。 圖2係閲明輻射檢測裝置之圖解建構的例子之電路圖 〇 圖3 A係闡明光電轉換電路部分之例子的平面圖。 圖3 B係沿著圖3A之3 B — 3 B線之剖面圖。 圖4係閲明光電轉換部分之例午的電路圖。 圖5係闡明輻射檢測裝置之讀取操作時間之例子的時 間表。 圖6係闡明感測器輸出之信號對噪音比之例子。 圚7A、 7B、 7C、 7D及7E係閫明在讀出移動 影像時讀取操作時間之例子的時間表。 圖8係閩明介於T F T之傳送時間及所傳送信號之數 本紙張尺度適用中國困家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ^iT!1 ^ *- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) ， 經濟部中央揉準局員工消费合作社印*. 406194 A7 _B7_ 五、發明説明（7 ) 量間之關係的例子。 主要元件對照表 11 X射線源 12 輻射 13 實驗者 14 閃煉器 15 控制電路 16 中央處理單元 17 程式記憶器 100 輻射檢測裝置 101 光電轉換部分 102 移位電阻器 103 移位電阻器 104 運算放大器 105 轉換電路部分 10 6 電源 107 讀取電路部分 10 8 單元 10 9 像素 301 薄膜感測元件 302 薄膜電晶體 303 玻璃基底 3 0 4 薄金靥層 本紙張尺度適用中國國家揲準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -10- ---------^------tr—.-----^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 A7 406ί8由 五、發明説明（8 ) 3 0 5 上電極 3 0 6 閘極驅動線 3 0 7 矩陣信號線 3 0 9 上電極 3 1 0 接觸孔 3 1 1 絕緣膜 3 1 2 半導體膜 3 1 3 歐姆接觸層 3 1 4 交叉區域 3 1 5 絕緣層 較佳實施例之說明 本發明經由考量有關於波長轉換器例如閃煉器之波長 轉換的時間常數而達成具有較高精確度及穩定度之資訊讀 取。 更精確地說，根據本發明，在使用於利用在指定脈衝 期間內所發射之輻射的照像中之輻射檢測裝置或方法中， 檢測裝置包含使輻射遭受波長轉換之波長轉換器（例如， 使輻射轉換爲具有可見光波長之射線，並且具有發光螢幕 之餘暉特徵之時間常數的閃煉器）以及含有以矩陣形式排 列之像素和經由導通至少一排指定之薄膜電晶體（傳送用 的TFT s )來驅動之光電轉換電路部分，其中像素包含 具有指定電容之薄膜感測元件及具有指定ON電阻並連接 於各別薄膜感測元件之薄膜電晶體（傅择用的TFT); 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 · ---------β------IT.—·-----^ - 1 t t (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 4061^4 五、發明説明（9 ) 並且輻射檢測方法使用這些各別部分，其中檢測裝置或方 法係改爲在延遲至少（η X r :)後導通薄膜電晶體〔r 1 係波長轉換器之特徵時間常數（閃煉器之發光螢幕之餘暉 特徵）〕，在輻射停止後，藉以傳送儲存於它們的相對應 薄膜感測元件中之信號，前述目的可經由設計滿足下面關 係之系統而達成： η = 1 n ( S Ν ): η x r 1' = 1 η ( S Ν ) X τ ι 其中S Ν係系統所需的信號對噪音比。

經濟部中央樣準局員工消费合作社印I 根據本發明，在使用於輻射照像中之輻射檢測裝置或 方法中，輻射診斷設備或輻射治療設備利用輻射，檢測裝 置包含使輻射遭受波長轉換之波長轉換器（例如，使輻射 轉換爲具有可見光波長之射線，並且具有發光螢幕之餘暉 特徵之時間常數的閃谏器）：以及含有以矩陣形式排列之 像素和經由導通至少一排指定之薄膜電晶體（傳送用的 TFT s )來驅動之光電轉換電路部分，其中像素包含具 有指定電容之薄膜感測元件及具有指定Ο N電阻並連接於 各別薄膜感測元件之薄膜電晶體；並且輻射檢測方法使用 這些各別部分，系統所需之信號對噪音比（SN)可經由 滿足下面的關係式而獲得： -12- (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家搮準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 __ 五、發明説明（10)

其中Γ 1係波長轉換器之特徵時間常數（閃煉器之光發射之 建立及衰減）；τ2係由薄膜感測元件之電容C與薄膜電晶 體之ON電阻R相乘而得之時間常數：F P S係在輻射檢 測裝置讀取時每秒之畫面數目，或讀取所需時間之倒數； α係〔（在感測器中光信號之儲存時間）/(閃煉器之光 發射之建立及衰減之時間常數7 i)〕之倍數，或 1 n ( SNi)其中SNi係波長轉換器（閃煉器）所需之 信號對噪音比；並且点係薄膜電晶體（TFT)導通時間 之時間常數之倍數，或1 n (SN2)其中31^2係用以傳 送儲存於薄膜感測元件之電容中之信號的T F T所需之信 號對噪音比，藉此可達成前述目的。 根據本發明，如前所述，藉著採用考量波長轉換器之 特徵例如閃煉器之衰減特徵之讀取方法可讀出所需的S/ N比之信號，其在雜訊中減低並在散射中窄化，使得我們 經由間歇地曝光於輻射或X射線而降低曝光劑量。 此外，經由導出在輻射連續地發射之檢査、診斷及治 療中用以獲得考慮閃煉器之衰減特徵的最佳信號對噪音（ S/N)比之關係可容易地設計出具有所需S/N比之輻 射檢測裝置。 根據本發明，舉例而言，由具有多數個薄膜電晶體及 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐) " ----------¥------訂-----漆 -- (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局負工消費合作杜印裂 4061^_ 五、發明説明（11 ) 含有以矩陣形式二維地排列於絕緣基底上之a_Si (非 晶質矽）之薄膜感測器之大螢幕感測器面板，及排列於大 螢幕感測器面板表面上之波長轉換器例如閃煉器所組成之 輻射檢測裝置可藉著使由感測器之電容C與薄膜電晶體之 ON電阻R相乘而得之時間常數r、讀取率、S/N及波 長轉換器例如閃煉器之衰減特徵相關聯於輻射時間而容易 地設計成具有所需S/N比之輻射檢測裝置。 下文中將參照圖示詳細地說明本發明。 〔第一實施例〕 圖2係集中於用以說明此實施例之輻射檢測裝置 1 00之電路圖。在圖2中，實驗者1 3與閃煉器14或 諸如此類者間之關係以圖解方式閨示。 如圖2中所示，根據此實施例之輻射檢測裝置具有閃 煉器14作爲使輻射12轉換爲光電可轉換光波長轉換器 ，以及排列爲矩陣形式之像素1 0 9，其中像素包含使光 轉換爲電信號之感測元件S 1 — 1至S 3 — 3，該感測元 件之單元以編號1 0 8表示於圖2中，以及傳送用的 TFTs (薄膜電晶體）T1 — 1至T3-3，其連接於 各別像素上以便連續地從像素傅送信號。 在此實施例中，爲了獲得所需之信號對噪音比SN， 檢測裝置更進一步地包含用以在至少（η X r i)之延遲後 導通介於傳送用的TFTs T1-1至T3—3間首先 被導通之TFT之機構（圖2中之移位電阻器（102) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. 、tr 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4^ ( 210X297公釐） · 14 · 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印裝 _40619^7 五、發明説明（12 ) ，該延遲係由用以延遲至少（η X τ i )之機構（例如，圖 12中之控制電路15、 CPU16及程式記憶器17) 所造成，其中r 1係閃煉器1 4之發光螢幕的餘暉特徵之時 間常數，並且η係In (SN)，在停止照射輻射12後 ，藉以傅送儲存於它相對應像素中之信號。 輻射檢測裝置1 0 0包含閃煉器1 4以使輻射1 2轉 換成可見光，光電轉換部分1 0 1，其中像素包含用以接 數可見光並轉換爲電信號之具有a - S i作爲半導體層之 薄膜感測元件S 1 — 1至S 3 — 3以及用以傅送藉由在矩 陣信號線Μ 1至M3邊上之薄膜感測元件S 1 — 1至S 3 -3而光電轉換之信號電荷之具有a — S i作爲半導體層 之薄膜電晶體（傳送用的TFTs)，該像素係二維地排 列成矩陣形狀，以及用以驅動薄膜電晶體T 1 一 1至T 3 一 3之閘極線G1至G3之移位電阻器102。在此實施 例中，爲了簡化之故以3x3矩陣表示像素》 在傳送時較薄膜電晶體之電極間電容係數（C g s ) 3倍大之電容係數加入矩陣信號線Μ 1。無論如何，在圖 2中，它並未表示爲電容元件•相同地應用至其他矩陣信 號線M2及M3。圖2中之光電轉換電路部分1 0 1包含 薄膜感測元件（下文中也稱爲*光電轉換元件·）S 1-1至S 3 — 3，薄膜電晶體（下文中也稱爲 ' 開關元件^ )Τ1 一 1至Τ3 — 3，閘極驅動線G1至G3以及矩陣 信號線Ml至M3。這些可排列於未顯示出之絕緣基底上 。移位電阻器（SR1) 102作爲用P打開或關閉開關 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐) -15· ---------^------ir------^ 一- (請先閲讀背面之注意事項再4^本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 4061S4 at B7 五、發明説明（13 ) 元件T1一1至T3—3之驅動電路。 參考字元L 1至L 3表示用以放大並阻抗轉換從矩陣 信號線Μ 1至μ 3而來之信號電荷之運算放大器。在圖2 中’它們表示爲形成電壓跟隨電路之緩衝放大器。參考字 元S η 1至S η 3代表用以從運算放大器L 1至L 3讀取 輸出之傳送開關，即分別從矩陣信號線Μ 1至M3而來之 輸出並且將它們傳送至電容C L 1至C L 3。藉由讀取開 關S r 1至S r 3透過形成電壓跟隨電路之緩衝放大器 B1至B3以讀出讀取電容CL1至CL3。 編號1 0 3代表用以打開或關閉讀取開關S r 1至 Sr3之移位電阻器（SR2)。從讀取電容CLl至 C L 3而來之平行信號藉由讀取開關S r 1至S r 3及移 位電阻器（SR2)103轉換爲連載信號，輸入含有最 未電壓跟隨電路之運算放大器1 0 4中並且更進一步地在 A/D轉換電路部分1 〇 5中數位化。參考字元RE S 1 至RE S 3代表用以重設儲存於加至矩陣信號線Ml至 M3之各別電容（3 C g s )中之信號成分之重設開關， 並且信號成分藉著從C R E S端之脈衝而重設爲所需的重 設電位（在圖2中重設至GND之接地電位）。 編號1 0 6代表用以施加偏壓至光電轉換元件S 1 — 1至S 3 - 3之電源。讀取電路部分1 0 7包含緩衝放大 器L1至L3，傳送開關Snl至Sn3，讀取電容 CL1至CL3，緩衝放大器B1至B3，讀取開關 S r 1至S r 3，移位電阻器SR2，最未運算放大器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4祝格（210X297公釐） -16- ----„-----私衣II (I先閲讀I面之注意事項再球^?•本f) 訂 線 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印装 406194a7 五、發明説明（14 ) 104，以及重設開關RES1至RES3。在圖中，符 號、SMPI^代表SMPL脈之SMPL端。 圖3 A係閨明光電轉換電路部分之例子的平面圖，其 中光電轉換元件及開關元件係以薄非晶質矽半導體膜 3 1 2所製成。圖3B係沿著圓3A之3B — 3B線的剖 面圖。薄膜感測元件3 0 1及薄膜電晶體（非晶質矽 TFT :下文中僅稱爲''TFT# .) 302皆形成於相同 的玻璃基底3 0 3上。每一薄膜感測元件3 0 1之下電極 及每一TFT 3 0 2之下電極（閘電極）皆由相同的第一 薄金屬層3 0 4所形成。薄膜感測元件3 0 1之上電極 305、309及TFTS302之上電極（源及汲電極 )皆由相同的第二薄金屬層所形成。第一及第二薄金屬層 也形成在光電轉換電路部分之閘極驅動線3 0 6及矩陣信 號線307。在圖3A中閨明2x2之4個像素。在圖 3 A中，影線區域表示薄膜感測元件之光接收面。上電極 305、 309係用以施加偏壓至各別薄膜感測元件之電 源供應線。編號3 1 0代表用以使薄膜感測元件3 0 1連 接至TFT3 0 2之接觸孔。薄膜感測元件3 0 1之剖面 具有和TFT302相同之MIS結構。薄膜感測元件 3 0 1及TFT 3 0 2之絕緣膜3 1 1係由一起形成之絕 緣膜所構成。閘極驅動線3 0 6及矩陣信號線3 0 7之交 叉區域3 1 4之間具有絕緣膜3 1 1，薄非晶質矽半導體 膜3 1 2及歐姆接觸層（n+層）3 1 3。編號3 1 5代表 作爲保護膜之絕緣層例如氮化矽（S i N)，其係於薄膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4洗格（210X297公釐） -17 · I n 11111I n I ϋ I 111 -I n I ^ ^ . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印装 406194 ^_ 五、發明説明（15 ) 感測元件3 0 1及TFT3 0 2形成後才形成。 圖4係和圖2中之光電轉換電路部分同等之電路圖。 爲了方便之故以正方形表示由薄膜感測元件及T F T所構 成之像素。 偏壓透過分隔爲4系統（Vs 1至V s 4)之偏壓線 而施加於各別的薄膜感測元件上，並且可分別在4系統中 導通感測器之重設。 圖4閨明像素排列爲η X m矩陣之例子。既然感測器 偏壓分隔爲4系統，排之數目m係4的倍數。 將說明根據第一實施例之輻射檢測裝置之操作》圖5 係閩明在輻射照射時如圖2所示之輻射檢測裝置之操作例 子的時間表。將參照圖示詳細地說明操作。 藉由導通CRE S端及電晶體RE S 1至RE S 3使 在X射線源1 1僅輻射Τ時間後存留於線Ml、M2及 M3中之電荷移走，藉以使線Ml、M2、M3成爲接地 電位。 從X射線源11發射出且穿透實驗者13例如結構或 人體之X射線1 2進入閃煉器1 4，藉以使閃煉器根據所 穿透之X射線量而發射光。 從閃煉器1 4發射出之光進入在輻射檢測裝置1 〇 〇 中之各別的光電轉換元件S 1 — 1、S1 — 2......至 S3 - 3，並且根據入射至各別光電轉換元件S1 — 1至 S 3 - 3上之光量而產生之信號電荷會聚集。 信號電荷儲存於形成在光電轉換元件S 1 — 1至S 3 ---------Λ------,-ιτ------線 ί t . -ί (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙张尺度適用中國困家梯準（CNS ) A4it格（210X297公釐） -18 - 406194 B7 五、發明説明（16) 一 3中之電容成分內僅持續特定時間週期·藉著導通開關 元件T1一1至T1一3持續時間t1，該時間係根據從 移位電阻器（SR1) 102而來之閘極脈衝信號G1， 使儲存於第一線之光電轉运元件S 1 _ 1至S 1 — 3中之 信號電荷傳送至分別形成於矩陣信號線Μ 1至M3中之電 容成分（電容係數開關元件Τ1-1至Τ3-3之CgS 的3倍大）。在圖5中，Ml至Μ.3代表傳送儲存於各別 光電轉換元件中之信號量變動處。更精確地說，在第一線 之光電轉換元件S 1_ 1至S 1 — 3中，輸出位階如下： S 1 — 2>S 1-1 >S 1 — 3。從矩陣信號線Ml至 M3輸出之信號分別由運算放大器L 1至L 3放大。 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印裝 (请先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 隨後，在讀取電路部分內之開關元件S η 1至S η 3 係導通持續時間t 2，該時間係根據SMPL脈衝如圖5 所示，藉以使信號分別傳送至讀取電容C L 1至C L 3。 在讀取電容C L 1至C L 3中之信號分別藉緩衝放大器 B 1至B 3而阻抗轉換。隨後，根據從移位電阻器（ SR2) 103而來之移位脈衝Spl使讀取開關Sri 至S r 3連續地導通，藉以使傳送至讀取電容CL 1至 C L 3中之平行信號電荷轉換爲連載信號並讀出。假設移 位脈衝Spl、 Sp2及Sp3之脈衝寬度彼此相等並等 於 t3(即 Spl = Sp2 = Sp3=t3)，則連載轉 換並讀出之所需時間爲t 3 X 3。連續轉換之信號係從最 未運算放大器1 0 4輸出並藉由A/D轉換電路部分 105而更進一步地數位化。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4祝格（2丨0X297公釐） · 19 · A7 406194b7 __ 五、發明説明（17 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖5中所示之V 0 u t代表输入A/D轉換電路部分 10 5前之類比信號。如圖5中所示，從第一線之S 1 -1至S 1 — 3而來之平行信號，即矩陣信號線Ml至M3 之信號電位之平行信號係在正比於其位階之Vo u t信號 上連載地轉換。 最後，藉著導通CRES端持續時間t 4以施加 CR E S脈衝，透過各別的重設開關RE S 1至RE S 3 使矩陣信號線Ml至M3之信號電位重設爲特定的重設電 位（接地電位），藉以準備從第二線之光電轉換元件S 2 一 1至S 2 - 3而來之信號電荷的次一傳送。在此之後， 以相同於第一線之方法重複地讀出第二及第三線之光電轉 換信號。 此時，感測器儲存信號直到T F T s之閘極電壓導通 。據此，在首先被導通以便傳送感測器信號之G 1的導通 時間與最後被導通之G 3的導通時間之間有偏差，使得每 一線上之閃煉器之光發射衰減之影響不同。此將參照圖6 來說明。圖6係閨明在停止輻射後感測器輸出如何變動。 經濟部中夬揉準局負工消费合作杜印製 在圖6中，衰減成分係視爲圖中所示之信號成分S， 因爲衰減成分被認爲係儲存於感測器輸出在座標軸上衰減 之區域中的信號成分。舉例而言，當在關閉輻射後之 Tm 1消逝時間中導通傳送用的TFT s以讀出所儲存之 信號電荷時，可讀出業已儲存之S >成分作爲信號•無論 如何，在Tm 1上及之後所聚集之N >成分係保留爲未傳 送之成分，因爲它尙未儲存。據此，此保留成分得稱爲其 •20- 本紙張尺度適用中國困家揉準（CNS } A4«L格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 406194 g 五、發明説明（18 ) 它噪音成分N <而非信號成分。 也就是說，在軸射關閉後閘極較先導通之傳送用的 T F T s之線之感測器在停止輻射後於較短的時間內開始 傳送。因此之故，它們的信號對噪音比（S >/N〜）係 低的。另一方面，閘極較後導通（例如，在Tm 2時）之 線之感測器的信號對噪音比（S/.N)係高的。因此之故 ，信號對噪音比隨著線而變動，導致系統之信號對噪音比 降低。 無論如何，系統所需之信號對噪音比（SN)可藉由 使相當於系統所需之信號對噪音比（S N )的時間預先設 定爲閃煉器之衰減時間常數r :直到傳送用的T F T s之閘 極被導通之時間 假設就在停止輻射前閃煉器所發射之光量係1，則在 停止輻射後之η X r i消逝時間時閃煉器所發射之光量係 expC — nXrd 。據此，系統所需之SN可設爲1/ SN=exp (― η)及 In (SN)=n。 據此，藉由預設在停止輻射後直到首先導通傳送用的 TFT s以讀取感測器信號之時間爲Tm2 = n X ri或更 長，如圖6中所示，可獲得所需的SN。 茲將簡短說明在此實施例中用以產生至少（η X r i) 延遲之機構。 作爲用以控制直到傳送用的TFT s首先導通之延遲 時間爲至少η X r :之機構，在輻射源1 1之照射完成之時 藉由例如微電腦（c P U )驅動控制程式以開始計數，例 本紙張尺度適用中國困家標準（CNS > A4规格（210X297公釐） .21 _ ' ----------&------ir------Μ. w · (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局負工消费合作社印装 406194 五、發明説明（19 ) 如圖2所示之電路，並且在至少η X r i之延遲後驅動移位 電阻器S R 1之G 1輸出，等諸如此類者。因此，此控制 可藉著習知的技術而輕易地實現。 藉著提供同步信號線及介於移位電阻器S R 1與輻射 源1 1間之延遲電路可容易地賁現在延遲電路中延遲從輻 射源11而來之照射之完成信號並隨後輸入它入作爲移位 電阻器之開始信號。 〔第二實施例〕 在此實施例中，將說明在連續讀出許多畫面影像以形 成移動影像之情形中獲得所需的S N之例子。 雖然在圖2中之光電轉換電路部分中之輻射檢測裝置 之像素係排列爲3 X 3矩陣，但在此實施例中將說明像素 形成爲m (線）xn (排）矩陣之情形。在此例子中，通 常以每秒3 0個晝面來讀取感測器陣列。此時，每個畫面 之掃瞄時間係1/30(秒），即33毫秒。 圖7 A至7 E係讀取移動輻射影像之時間表。如圖 7 A中所示，照射係連續地導通的》 圖7 B閨明信號之讀取或儲存係連續地導通之例子。 圖7 C闈明在讀出整個陣列後，於次一讀取開始前（ 由圖中之斷線所代表）提供靜止時間Q之例子。靜止時間 可預先設定爲至少多t f 一 t X · q其中t f係每個畫面之 掃描時間，tx係每排之讀取時間，並且q係讀取排之數目 (^ η )。 ---------&------1Τ------0 1 · 一 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度通用中國國家橾準《CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -22- 406194 b7__ 五、發明説明（2〇) 圖7 D閨明每一排係於特定的時間讀取，但靜止時間 介於各排之讀取時間之間（當儲存正導通時）之例子。 圖7 E閩明靜止時間介於各排之讀取時間之間如圖 7 D中所示之例子》無論如何，在此靜止時間中，在每排 中之儲存也未被導通。藉著例如導通（重新）驅動以移走 在從感測器放電（充電）後之保留成分可更進一步地增強 S / N 比。 有關於在辐射檢測器中系統之讀取之基本參數包含下 面的四個參數： (1 )系統所需之S N ; (2 )根據每一像素中之感測器及開關C R時間常數 Γ 2 ： (3)裝置所需之掃描速度（畫面之數目）：以及 (4 )當在曝光於X射線時之建立及曝光於X射線後 之衰減時閃煉器之光發射之時間常數γ:» 將更詳細地說明參數（1)至（4)。 經濟部中央揉準局負工消費合作社印装 (請先閲讀背面之注意^項再填寫本頁) (1 )藉由傳送過開關之信號量S及傳送後剩下之信 號量N而定義出從感測器面板來之信號的S N。 (2 )藉由使使一像素中之感測器之儲存電容C與開 關（TFT)之ON電阻R相乘而獲得CR時間常數τ2。 (3 )掃描速度（畫面數目）係每秒η排（必需q< η排）之掃描操作（畫面數目）之數目。在正常的監視器 中，它係30畫面/秒。 (4 )在曝光於輻射時閃煉器之光.發射之建立及在曝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -23 - 經濟部中喪標準局男工消费合作社印製 406194 B7 五、發明説明（21 ) 光於輻射後閃煉器之光發射之衰減係顯示倍數一指數（ Σ a t °)變化。無論如何，在本發明中它被定義爲以根據 時間常數7：:所表示之指數函數。 圖8係閩明介於TFT之傳送時間，與被傳送信號及 傳送後剩下信號量間之關係，並且顯示在光電轉換元件（ 例如圖2中之S 1 — 1至S3 — 3)內之電容中所儲存之 信號電荷係定義爲1之例子中之被傳送量。參照圖8考量 前述之參數。當以時間常數r 2之石倍導通傳送時（其中召 =t/r2) ，當參數（1 )與參數（2 )聯合時信號成分 S之傳送量得表示爲S=1—exp(—点）如圖8所示 。在傳送後所剩下之成分N2係表示爲N2 = e X p ( —点 )如圖8所示。當傳送信號成分定義爲S時，S會成爲 l-N2=l-exp (一/3)。既然 exp ( — /3) <<1，因此當標準化時S得稱爲幾乎等 於1。 另一方面，既然SN2 — S/N2，SN2得表示爲S /Nz-l'/exp ( —冷）。據此，SN2之倒數成爲1 /SN2(-点）=N2。也就是說，在傳送後所剩下之成 分N2變爲SN2之倒數，或沒等於1 nSN2。 茲將參照圖6考慮基於參數（4 )之輸出之散射。 1 )在根據光發射之建立從光發射之時間t後具有光 發射時間常數r i之閃煉器之輸出S係表示爲S = S。·（ i—exp (_α))其中So係當飽和時之感測器輸出， 並且α係t / r 1。 . 本紙張尺度適用中B國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ----------裝-- '» (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 406194 a? __B7__ 五、發明説明（22 ) 2)由於閃煉器之光發射之衰減延遲而得之輸出變化 係表示爲 S = S〇· exp (-α)。 當閃煉器之建立及衰減之時間常數係0時，也就是說 ，變化瞬間造成，則沒有噪音•無論如何，既然閃煉器具 有時間常數，噪音以e xp ( — α)之比例產生•此時 ，輸出S得稱爲幾乎等於1。在實際的讀取中，儲存時間 幾乎是畫面數目之倒數。當例如畫面數目係3 0畫面/秒 /時*儲存時間係3 3毫秒。因此之故，當閃煉器之時間 常數係毫秒數量級時達成良好的近似。 也就是說，l/SNisexp(—α)滿足所需之S N i。 外界所需之系統S N變爲來自T F T之時間常數之 S N 2 = e X p (沒）及來自閃煉器之時間常數之SN1 = e χρ (α)之合成的SN。 此合成的SN之倒數可設定爲l/SN=exp(-a — β )。 經濟部中央標準扃貝工消费合作社印装 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 用以傳送感測器信號之TFT之時間係；δχ r2，並且 從閃煉器而來之光被感測器接收以儲存信號於其中之時間 爲axr:。axrx及/3ΧΤ2之全部時間不能超過1畫 面之時間。 據此，滿足下面的關係式。

(aXz"i + ySxr2) S1/FPS 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） · 25 - 經濟部中央揉準局負工消費合作社印裝 406194 五、發明説明（23 ) 其中FPS係在輻射感測器讀取時每秒畫面之數目：『：係 在閃煉器之照射時及照射後光發射之建立及衰減之時間常 數；r2係由感測器電容與TFT之ON電阻相乘而得之時 間常數：α係〔（在感測器中之光信號之儲存時間）/( 閃煉器之光發射之建立及衰減之時間常數）〕的倍數；並 且沒係傳送用的T F Τ被導通時間之時間常數之倍數。 據此，當藉由例如使用微電腦之控制系統預光設定每 個畫面之感測器之掃描時間爲至少（α X r 1 + yS X r 2 )時，可容易地獲得具有所需信號對噪音比，SN= 1 η (α + /S )，之輻射檢測裝置。順便一提，假設閃煉器所 需之信號對噪音比SNpa得以In (SNi)來代表， 然而/3得表示爲In (SN2)，其中SN2係用以傳送儲 存於感測元件之電容中之信號之T F T所需的信號對噪音 比。 如前所述，當在輻射照像設備、輻射診斷設備及輻射 治療設備之系統中介於必需S N及讀取速率間之關係也預 先設定爲最佳化時，可提供#種具有滿意的信號對噪音比 之輻射檢測裝置，其中已考慮磷光器之餘暉特徵之時間常 數及來自薄膜感測元件與薄膜電晶體之時間常數。 根據本發明，也可提供能穩定讀取之輻射檢測方法及 裝置。 再者，根據本發明，因爲可根據展示需要而容易地完 成設計所以可提供較低成本之輻射檢測裝置及方法。 在本發明中，輻射並不限於X射線.、α射線、Θ射線 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4洗格（210X297公釐） _ 26 - —；---；------裝— (請先S讀背面之注意事項再填寫本頁) 钉 線 406194 a7 _ B7 五、發明説明（24 ) 、.r射線及諸如此類者也得應用於系統中，其中經由波長 轉換器而波長轉換之資訊係藉著光電轉換元件而以電信號 之形式輸出。無論如何，所需要的是應用本發明於使用X 射線之系統，該系統在一般使用上係廣泛的•作爲波長轉 換器，最好係使用具有在從光源來之光入射而成之波長轉 換特徵中之時間常數之閃煉器（或碟光器）。 當然，在附隨之申請專利範圍之範圍及精神內得合適 地修改本發明。 I----^------裝------1T------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作杜印製 本紙张尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公簸） -27-

Claims (1)

14

.知 406194 ¥請曰期 87 隹 11 日 2Α Β 案 鍵 87119502 颧 別 Φ/Τ , Μ(Β Υ<^> 以上各攔由本局填註） A4 C4 專利説明書 40C19 -、S名稱 中 文 鞴射檢測裝置及輻射檢拥方法 英 文 Mediation detecting device and rediation detecting Method 姓 名 國 籍 0 111 夫 (1)日本 0 日本 裝 發明 ⑴日本國東京都大田H下九子三丁目三〇番二號 佳能股份有限公司内 住、居所 (23日本圃東京都大田Β下九子三丁目三〇番二號 佳能胶份有限公司内 '訂 姓 名 (名稱） (1) 經濟部中央橾率Λ貝工消费含作社印*. 線 三、申請人 國 籍 住、居所 (事務所） 代表人 姓 名 ⑴曰本 ⑴日本囲東京都大田B下九子三丁目三〇番二號 ⑴御手洗》士夫 本纸张尺度遑用中國國家樣準_ ( Cns ) Α4洗格（210X297公釐） 406194 (由本局資) 承辦人代碼 大 麵 I PC分類 A6 B6 本案已向： 國（地區）申請專利，申請曰期： 案號 日本 1997 年 11 月 28 日 9-328618 □有□無主張優先權 Ξ有主張優先楢 有關微生物已寄存於： 寄存曰期： 寄存號碑： (請先閲讀之注意事項再填寫本頁各欄) 經濟部中央橾率局貝工消费合作社印装 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -3-