TW424331B - Photoelectric conversion device - Google Patents

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424333 ,, 4 2 43 3 Η α7 .__^_ _Β7__ 五、發明説明（1 ) 發明背景 發明領域 本發明係關於一種光電轉換裝置用以藉由可見光，輻 射等形成一影像，且更特別而言，係關於一種光電轉換裝 置，其可適當的應用至例如靜止相機或X射線影像拾取系 統之二維光電轉換設備。 相關背景技藝 習知之照片大部份爲使用光學相機之銀鹽照片和銀鹽 軟片。半導體技術之發展已引進可攝取移動圖像之影像之 影像拾取裝置之發展，例如攝影機，藉由使用典型的爲 C C D感應器或MO S感應器之S i單晶感應器之實體影 像拾取裝置，但是，這些影像和銀鹽照片比較，在圖素數 目和S/N比上較差。因此，一般仍使用銀鹽照片以獲得 具有高品質之靜止影像。 另一方面，近年來，對於以電腦處理影像，以電子檔 案形式儲存影像，和電子郵件之儲存傳送之需求與日倶增 。在此種狀況下，更需要可輸出可與銀鹽照片相比擬之影 像之數位訊號之電子影像拾取裝置。此種情形不只在一般 照片之領域，且在醫護領域中。 X射線照片在醫護領域中通常視爲銀鹽照片技術之應 用。此種照片乃用於使人體之受影響部份對由X射線源發 出之X射線曝光*以根據X射線透射之資訊而決定是否有' 裂縫或i瘤，其已廣泛且長期使用在醫學診療中。一般而 本紙張尺度通別中囷國家標準（CNS >A4規格（210X297公釐）.4_ ----------„---裝------訂------線 (誚先閲讀背面之注意事項再蛾艿本頁} 42433 1 ^ 42413 3 3 ^ a? _B7__ 五、發明说明（2 ) 言，由受影響部份透射之X射線入射至欲轉換成可見光之 螢光構件，且銀鹽軟片對此可見光曝光β銀鹽軟片具有高 感應性和高解析度之優點，但是卻有需要花費一些時間以 顯影，需要更多之時間和勞力以儲存和管理，無法快速的 傳输資料至遠處等缺點。因此需要一種電子X射線影像拾 取裝置，其可輸出和上述銀鹽照片等效之影像之數位訊號 。達成上述情形之一建議爲藉由使用還原光學系統以形成 影像之方法和使用例如C C D感應器或MO S感應器之單 晶之精巧型光電轉換裝置。但是，此方法只可使用由螢光 構件發出之光之約千分之一，且因此對於以X射線觀察人 體中以儘可能弱之X射線進行之診斷之需求易於受到影響 。因此不易達成藉由使用弱光使用效率之還原光學系铳之 精巧型光電轉換裝置而執行用於醫護之X射線診斷裝置。 爲了符合此種要求，已發展一種影像拾取設備，其使 用利用具有氫合非晶矽（以下稱爲' a — S i ^ )之光電 轉換元件之二維陣列影像拾取裝置之大感應器。此種型式 之影像拾取裝置乃構造成使用濺鍍裝置，或化學蒸氣沉積 裝置（CVD裝置）而將金靥和a-S i以所欲之順序沉 積在具有3 0至5 0 c m側邊之絕緣基底上，約2 0 0 0 X 2 0 0 0個半導體二極體形成在其中，一反向偏壓之電 場施加於此，和在相關二極體中在反向上流動之電荷可由 和二極體同時製造之薄膜電晶體（TFT)所個別偵測。 當反向之電場應用至半導體二極體時，一光流相當於入射· 至半導體層之光量而流動。上述之裝置使用此種現象。但 本紙张尺度適州中因國家標準（CNS ) A4规格ϋΓ(Γχ2^7公釐) ΓΤΙ I I I —I: -I I I 於衣 I I ]; n n ^ I In n n n ^ (誚先w讀背面之注意事項再^本頁j

.f;·^部-ν·ΐ<;;;:ίν·而妓 τ·消軋合竹.ίι,ΞΓ V 在 24i3 愚 3B3 1 a7 _B7_ 五、發明説明（3 ) · 是，所謂的暗電流之電流即使在完全無光存在之狀態下亦 會流動，如此會使雜訊上升，其導致整個系統之偵測能力 的降低，亦即，稱爲S/Ν比之感應性之降低•因此，顯 影點視此暗電流可降低之量而定。 EP- A - 06 642 1揭示一種滿足這些需求之X 射線影像拾取系統之構造例。圖1爲使用在X射線影像拾 取系統中之光電轉換裝置之一例之示意電路圖。圖2爲另 —X射線影像拾取系統之示意方塊圖。 但是，上述之影像拾取系統相對於較高之S/N比， 較佳之操作性，和較低之成本需求仍易於受到影響》其原 因將參考圖1和圖2之影像拾取系統之例說明。 在圖1中，Sll，Sl2，…，Smn (ΠΊ和η爲正整數 )表示光感應器，Τη，τ12，...Τ·〇η (m和η爲正整數 )爲例如薄膜電晶體之開關元件，C i i，C i 2，…，C m » (m和n爲正整數）爲電容元件，和SR 1和SR2爲移 位暫存器。一圖素由光感應器Sll，Sl2，…，或Smn， 電容元件Cii，C12，…，或C«n，和開關元件Tii， T12，…，或丁 mn構成，且此圇素安排在矩陣圖樣中。圖 素之開關元件，T12，…，或Tmn使用於訊號之傳輸 。在每列中之圖素之相關開關元件T i I，T i 2，…，Τ ·η η 之閘極連接至控制線g i，g 2，…g - ( m爲正整數）， 且控制線g!，g2，...go*連接至移位暫存器SR1。在 每行中之相關開關元件T i i，T i 2，...，T 〇 n之主電極連 接至提供於每行之訊號線。在每個圖素中之光感應器s 本纸張尺度適州中园國家桴準（CNS)A4规格（210X297公釐）_g. -----------^------IT------0 (对先閱讀背面之注意事項再功朽本κ} -*·'·1广部中Α^^^.'^^^ι^^^^^η 424331 A7 _B7____ 五、發明说明（4 ) ，S 1 2，...，S m n之電極和電容元件C 1 1，C 1 2，...， C,lin之電極共同連接至開關SWg和開關SWs。在每個 圖素中之光感應器Su，S12，…’ Smn之其它電極和電 容元件Cii，c12，…，Cmn之其它電極連接至非上述開 關元件Tii，τ12，…，或Tmn之主電極之其它電極。每 個訊號線連接至開關Ml，M2 ·…Μη ( η爲正整數） ，且開關Ml，Μ2，...Μη由移位暫存器SR2連續的 驅動，以經由一放大器輸出訊號當成依序之輸出。開關 SWg和SWs分別連接至所需之電源供應Vg和Vs， 且受驅動以在所欲之時間提供所需之電位至光感應器S j j ，Sl2，…，Soin之電極和電容元件Cll，Cl2，…， C m η之電極。 在圖2中，數字6 0 0 1表示光電轉換部份， 6 0 0 2爲類比/數位訊號轉換器用以轉換來自光電轉換 部份6 0 0 1之類比訊號爲數位訊號，6 0 0 3爲減法器 用於固定圖恙之更正> 6004爲記億體，6005爲一 控制器，6006爲一緩衝器，和6007爲一影像處理 器》圖2顯示多數之移位暫存器S R 1串列安排和安排有 用於偵測之多數積體電路I C之例。來自用於偵測之積體 電路I C之輸出乃輸入至在處理電路6 0 0 8中之類比/ 數位訊號轉換器6 0 0 2以數位化。每個數位輸出供應至 用於固定圖樣更正之減法器6 0 0 3以移除不要之固定圖 樣雜訊*而後儲存在記憶體6 0 0 4中。儲存在記憶體 · 6 0 0 4中之資訊由控制器6 0 0 5控制，並經由緩衝器 本紙張尺度適fl丨中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）_ 7 _ --;----.---裝------訂------^線 {誚先閱讀背面之注意事項再功、Μ本Π ) 424331 A7 __ ___B7__ 五、發明説明（5 ) 6 0 0 6傳送至用於訊號處理之影像處理器6 0 0 7以進 行影像處理。 關於第一個問題，當由光電轉換裝置中獲得n xm個 光電轉換元件之資訊片時，其中在每個線上安排又η個光 電轉換元件之m個線，如圖1之例所示，如果η和m不小 於1 0 0 0時，A/D轉換器之運算速度不足》 雖然A/D轉換器在圖1中未顯示，一般情形爲連接 A/D轉換器至V 〇 u t以轉換類比電壓爲數位電壓。在 此構造中*爲了由光電轉換元件之資訊獲得數位化資訊， A/D轉換器需要一些時間以轉換輸出至V 〇 u t之類比 電壓爲數位資訊。當T a d界定當成A/D轉換器需用於 獲得數位資訊之時間時，此裝置需要下述之時間T ( 1線 )以由在一線上之圖素獲得η片之數位資訊，亦即，T ( 1線）3nxTa d。實際上，此裝置進一步需要一時間 以啓動傳送TFT Tx1至Txn和一時間用以連續的 啓動開關Ml之Μη <因此，其需要更多的時間。 此裝置需要下述之時間Τ ( 1框）以獲得一框之資訊 ，亦即 Τ (1 框）gmXnxTa d。如果 n=m = 2000時，至少需要4，000，OOOxTad之時 間以獲得一框之資訊•由於用於A/D轉換器之類比數位 轉換之時間一般爲100ns至1000ns ，因此獲得 —框之資訊需要0 . 4至4秒。有鑒於需要增加S/N比 和改善操作性，必須降低此時間。此乃因爲暗電流之累積 時間變成相當長。而讀取需在對光電轉換元件之曝光完成 本紙乐尺度適中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）_8- --------.---^-------1Τ------^ (誚t閲讀背面之注意事項再硪巧冬頁) 4243?^ ' A7 _B7_ 五、發明説明（6 ) 後才開始。假設讀取花費4秒|在4秒之期間流動之暗電 流會累積在最後讀取之光電轉換元件中。即使使用具有小 暗電流之光電轉換元件，暗電流之累積時間亦太長，因此 會使雜訊上升。此即爲使整個設備之偵測能力降低之原因 ，亦即，會使S/N比降低之原因。當讀取花費4秒時， 此種讀取至少需要4秒。在此例中，病患必須靜止站立且 停止呼吸4秒。因此，在操作性上亟需改進。 使用分成數群之訊號線SIG和多數A/D轉換器以 改善此點之系統爲圖2所示之系統。歐洲專利第 0 4 4 0 2 8 2號案揭示相似於此系統之裝置。.但是，這 些系統難以解決下述之第二和第三問題。 第二問題爲在圖1中，在開關Μ 1至Μη連續啓動之 前，傳送TFT Txln至Txn (X爲由1至m之整 數中選擇之數字）必須啓動以使訊號線SIG之電位穩定 。由於A/D轉換器必須在一開關My ( y爲由1至m之 整數中選擇之數字）打開時轉換類比電壓爲數位訊號，需 用於連續的啓動開關Μ 1至Μη之時間TM爲TM2 η X Ta d。實際上由於A/D轉換器在由開關My切換至開 關M (y + 1 )之後和在Vo u t之電位穩定之前之期間 是無法操作的，因此需要更多的時間。藉由使用如上述圖 2且揭示於歐洲專利第0 4 4 0 2 8 2號案之系統之多數 A/D轉換器可妤解此一問題•但是，所需的是，啓動傳 送TFT Tx 1至Txn以在介於獲得一線之數位資訊 和獲得次一線之數位資訊間之期間使訊號線S I G之電位 本紙乐尺度通中國囷家揉率（CNS ) A4規格（210X297公釐）-9· 裝 訂 線 (誚先閲讀背面之注意事項再填巧本R ) 42樹 t $ 五、發明説明（7 ) 穩定·當時間界定爲Tt f t時，在一線上用以獲得η片 數位資訊之時間Τ ( 1線）表示爲Τ ( 1線）2ΤΜ + T t f t。 第三問題爲，雖然開關Ml至Μη理想的依序在傳送 TFT Txl至Txn已啓動後啓動以穩定訊號線 S I G之電位，實際上，一小的漏電流在訊號線S I G中 流動以在開關Μ 1至Μη之連續切換啓動操作時降低訊號 電荷或增加額外的電荷至原始訊號，藉以降低S/N比。 傳送T F Τ即使在一啓動狀態仍具有一確定的電阻値（所 謂的啓動電阻値），且其會使訊號電荷之移動不穩定。當 時間t比從傅送TFT Tx1至Txn之啓動至由 A/D轉換器經由開關My而類比至數位轉換資訊間之時 間長時，易於發生S/N比之降低。相反的，如果時間t 太短時，傳送T F T之啓動電阻値亦會降低S/N比。亦 即，有一所欲可獲得高S / N比之時間t値》 另一方面，在用以連續啓動開關Μ 1至Μη且用以藉 由A/D轉換器經由開關My而轉換資訊爲數位資料之方 法中，時間t依照每個光電轉換元件S X 1至S X η而不 同。特別的，光電轉換元件S X 1具有從傳送TFT T xl至Τ X η之啓動至由A/D轉換器經由開關Ml而 類比至數位轉換資訊間之短時間t ·而光電轉換元件 Sxn具有從傳送TFT Txl至Txn之啓動至由 A/D轉換器經由開關Μ η而類比至數位轉換資訊間之長· 時間t如此會引起對所有光電轉換元件而言無法在所欲 本紙张尺度述用中园囡家標準（CNS ) Α4坑格（210乂297公釐）-10- ------.---^------1T------^ {«先閱讀背面之注意事項再功8本頁) 或 2 4331 e a? _B7__ 五、發明説明（8 ) 之時間t獲得資訊之情形。第三問題不只爲圖1所顯示之 裝置之問題，且是在開關群或所諝的類比多工器，如歐洲 專利第0 4 4 0 2 8 2號案所掲示之裝置之前，存在於例 如放大器之元件之裝置中會發生之問題。 對於上述第一至第三問題之解答爲一構造，其中提供 有η個A/D轉換器，傳送TFT Txl至Txn啓動 而無需使用開關My，和所又的A/D轉換器在所欲時間 t逝去後操作以轉換資訊爲數位資料》但是，實際上，當 η相當大•例如不小於1 〇 〇 〇時，此種作法相當困難。 即使可完成此種構造，仍必須使用多數昂貴的A/D轉換 器，因此其成本會提高。 發明槪要 本發明之一目的乃在提洪一種高S/N比和良好操作 性之低成本光電轉換裝置，和一低成本系統，其可獲得具 有需要用於X射線影像拾取系統之大面積和高S/N比之 數位資訊。 本發明之另一目的乃在提供一種光電轉換裝置包含： 光電轉換部份包含多數之光電轉換圖素安排在行和列 方向，多數之訊號接線接線在行方向*每個訊號接線連接 安排在相同行中之光電轉換圖素之輸出，和多數之控制接 線接線在列方向•每個控制線連接用以控制安排在相同列 中之光電轉換圖素之訊號输出操作之控制端： 多數之類比記憶機構用以儲存由類比電壓轉換機構而 本纸張尺度適用中园囷家標隼（CNS >六4洗格（210X2D7公釐）-11 . ---------装------IT------^ (誚先閲讀背面之注意事項再蛾艿本頁) ^;;,部中夾^^^·-^-1"'蹩合竹，^印；^ ^2433t A7 _____B7_ 五、發明説明g ) · 得之類比電壓，該類比電壓轉換機構用以根據光電轉換圖 素而轉換一資訊電荷爲類比電壓，每個類比記憶機構連接 至訊號接線：和 多數之A/D轉換機構，其連接至多數之類比開關機 構之輸出，類比開關機構連接至多數之輸出線群，該多數 之輸出線群以分割類比記憶機構之輸出線爲多數群而形成 本發明之另一目的乃在提供上述之光電轉換裝置，其 中該類比轉換機構和該類比記億機構連接至訊號接線- 本發明之另一目的乃在提供上述之光電轉換裝置，其 中當多數之輸出線群由N群输出線構成時，光電轉換圖素 安排在η行中，A/D轉換機構之轉換時間爲Ta d秒， 和經由類比電壓轉換機構用以轉換由光電轉換圖素輸出之 資訊電荷爲類比電壓之時間爲Tt f t秒，N滿足N2n xTad/Ttft 之條件。 本發明之另一目的乃在提供上述之光電轉換裝置*其 中N滿足下述條件： η X Tad/Ttft ^ N<n X Tad/Ttft+1 s 本發明之另一目的乃在提供上述之光電轉換裝置，其 中該光電轉換圖素具有光電轉換元件和用以控制光電轉換 元件之訊號輸出操作之開關元件，且其中光電轉換圖素之' 控制端爲開關元件之控制端。 本紙乐尺度適州中园國家標率（CNS>A<規界（21〇Χ2〇7公釐）-12- --^-------^------ΪΤ------^ (誚先閱讀背面之注意事吼再功寫本I) ’424，” b7 五、發明説明（io ) 圖式簡單說明 <对1閲讀背面之注意事項再硪巧本頁} 圖1爲用以顯示光電轉換裝置之一例之示意電路圖： 圖2爲用以顯示光電轉換裝置之一例之示意方塊圖； 圖3爲用以說明光電轉換裝置之一較佳例之示意電路 圖： 圖4爲用以說明光電轉換裝置之一操作例之示意電路

Brt · 圖5爲用以說明光電轉換裝置之一操作例之示意時間 圖； 圖6爲用以說明光電轉換裝置之另一較佳例之示意電 路圖； 圖7爲用以說明光電轉換裝置之一較佳構造例之示意 佈局圖； 圖8爲用以說明光電轉換裝置之另一較佳例之示意電 路圖： 圖9 A爲用以說明光電轉換裝置之一較佳構造例之示 意平面圖： 圖9 B爲用以說明光電轉換裝置之一較佳構造例之示 意橫截面圖；和 圖10爲用以說明可應用至使用光電轉換裝置之非破 壞性檢視之系統之型式之示意系統構造圖。 主要元件對照 本纸張尺度速用中S國家標芈（CNS ) A4规格（210X297公釐）· 13 - 424331 A7 B7 五、發明説明卩1 ) 〇11，〇12 〇 m d T I I , T 1 2 ,......... Tmn C l J , C 1 2......... C m n SRI ,SR2 Μ 1 , M 2......... Mn 6001 6002 6003 6004 6005 6006 6007 6008 100 10 11 12 13 14 15,16 17 20 21-23 24 光感應器 開關元件 電容元件 移位暫存器 開關 光電轉換部份 類比/數位訊號轉換器 減法器 記億體 控制器 緩衝器 影像處理器 處理電路 圖素群 第一訊號線群 重置開關群 放大器群 取樣保持電路群 類比多工器 放大器 A/D轉換器 第二訊號線群 電路群 類比多工器 本紙張尺度適用中S國家標準（CNS ) A4说格（2)0X297公釐）-14- ---------^------IT------ f. (ti先閲讀背*之注意事項再填寫本玎) 424^331 A7 B7 八沪部中央Kiv;:Ju τ_;/1资合竹"卬t 五、發明説明¢12 ) 25,26 放大器 27 A/D轉換器 30 第三訊號線群 31-33 電路群 34 類比多工器 35,36 放大器 37 A/D轉換器 102 控制器 103 參考電壓產生器 101 移位暫存器 104 脈衝產生器 1 重置開關 2 放大器 3 S/Η電路 4 類比多工器 7 A/D轉換器 1 100,2100,3100,4100 圖素群 6011 矽上感應器基底 6010 彈性電路板 6012 基底 6013 引線板 6014 記憶體 6018 處理電路 6020 碳纖維殼 ---------^------1T------.^ . j (誚先閱讀背面之注意事項再項巧本頁) 本紙张尺度適用中囤國家標隼（CNS ) A4現格（2Ϊ0Χ297公嫠> -15- 4^243» f A7 B7 五、發明説明（13 ) 6060 X光 6050 X光管 6040 光電轉換裝置 6070 影像處理器 6080 顯示器 6090 電話線 6081 顯示器 6110 軟片 6100 軟片處理器 較佳實施例之說明 以下參考圖式說明本發明。 (第一例） 圖3爲依照本發明之第一例之光電轉換裝置之示意電 路圖。 如圖3所示，構成光電轉換部份之圖素元件之圖素元 件群1 0 0乃由非晶矽（a — S i )形成在一絕緣基底上 。一圖素元件（光電轉換圖素）由當成光電轉換元件之一 感應器S和當成開關元件之薄膜電晶體T構成。圖素元件 群1 0 0由，例如，在列方向（在圖3之水平方向）每列 1 3 7 6個元件和在行方向（在圖3之垂直方向）每行 1 376個元件，亦即：全部1893376個圖素元件' 所構成。’安排在相同行之圖素元件中之薄膜電晶體T之輸 本紙张尺度適州中國國家標準（CNS ) A4说格（2丨0X297公釐)~. Ifi-

---------------ΐτ------.^ •- (ϊίίΐ:閲讀背面之注意事項再峨巧本s J 42:43 31^' A7 __B7_ 五、發明説明（14 ) 出共同連接至訊號線s I G，和安排在相同列之薄膜電晶 體T之控制端共同連接至一控制線g。控制線g全部有 1 3 7 6條且連接至移位暫存器1 0 1以依序啓動。當一 控制線g啓動時，連接至控制線g之1 3 7 6條薄膜電晶 體T啓動，藉此，在連接至薄膜電晶體T之光電轉換元件 S中之資訊電荷傳送至相關的訊號線S I G »此訊號線 S I G分成三群訊號線，第一訊號線群1 0 ( 3 5 2條線 )，第二訊號線群20(512條線），和第三訊號線群 3 0 ( 5 1 2 條線）。 第一訊號線群1 0—起連接3 2條虛擬線至3 8 4個 重置開關之重置開關群1 1，3 8 4個放大器之放大器群 1 2，和3 8 4個取樣保持電路（以下以S/Η電路表示 )之取樣保持電路群1 3。3 8 4個S/Η電路之輸出以 3 8 4個輸出線之輸出線群之型式連接至當成類比開關之 類比多工器1 4。類比多工器1 4在經由9條位址線 a d0至a d8之控制下，由384個S/Η電路1 3選 擇一輸出以輸出一電壓。此電壓受引導經由放大器1 5和 1 6以降低其阻抗至一較低値*且類比電壓由一A/D轉 換器1 7經由一連接器1 0 5當成數位資訊輸出至Dout 1 。關於第二訊號線群2 0，類比電壓相似的經由5 1 2個 電路組之電路群2 1至2 3 *類比多工器2 4，放大器 25和26，和A/D轉換器27而輸出至Dout 2當成數 位資訊。關於第三訊號線群3 0，類比電壓相似的經由 5 1 2個電路組之電路群31至33，類比多工器34， I--：--；-----^------IT------.^ {銪先閲讀背而之注意事項再蛾巧本s ) 本纸張尺度通扣中S國家標準（CNS > A4规格< 210X297公釐> -17- A7 B7 五、發明説明（15 ) - » 放大器3 5和3 6，和A/D轉換器3 7而輸出至Dout 3 當成數位資訊。 每個電路由來自控制器1 0 2之訊號r c 0至r c 3 ，smpl，和ad〇至ad8所控制和驅動。此控制器 102產生四種型式之重置訊號icO至rc3·並控制 在行方向中每四個開關之在重置開關群1 1，2 1，和 3 1中之開關，藉以致能四條線之變薄操作或交替操作。 —參考電壓產生器1 0 3在控制器1 0 2之控制下，經由 移位暫存器101供應用於薄膜電晶體Τ之啓動電壓 Vc om和關閉電壓Vs s。移位暫存器1 〇 1.可一條一 條的控制控制線g，在變薄操作中一次執行多數線之啓動 /關閉控制，或啓動位於分散位置上之控制線。一脈衝產 生器1 0 4供應感應器偏壓脈衝至光電轉換元件S之共同 電極。脈衝產生器1 0 4產生四種型式之感應器偏壓脈衝 •，且每四條線供應共同脈衝在共同方向上。如此允許四條 線之變薄操作或交替操作。 以下參考圖4和5說明上述光電轉換裝置之操作例。 圖4典型的顯示在圖3中之圖素元件群100外之一 圖素。在圖4中’參考文字S I G表示在訊號線群1 〇， 2 0，和3 0中之一訊號線S I G，數字1表示在重置開 關群1 1，2 1，和3 1外之一重置開關，數字2表示在 放大器群1 2，2 2，和3 2外之一放大器，數字3表示 在8/^1電路群13’23，和3 3外之一S/Η電路，. 數字4表示在類比多工器1 4，2 4，和3 4外之一類比 ---------幕— *· (請ίι閲請背面之注意事巩再项艿本頁) 訂 線 本紙乐尺度適用中S國家標準（CNS ) A4C格（210Χ297公釐） -18 - 經浐部中央標3?-局®t工消费合作社印¾ 〇物 r Λ7 B7 五、發明説明<6 ) 多工器，和數字7表示在A/D轉換器17 | 27，和 3 7外之一 A/D轉換器。爲了簡化說明起見，在圖4中 省略相關於放大器1 5和1 6之放大器。脈衝1 1 0 1示 意的表示在移位暫存器1 0 1中之一電路，和脈衝 1 1 04示意的表示在脈衝產生器1 0 4中之一電路•在 圖4中，gx (X爲由0至1375間之數字所選擇之整 數）表示在1 3 7 6條控制線外之控制線。再者，參考文 字r c表示重置訊號Γ c〇至r c 3之一。參考文字C表 示形成在訊號線中之電容。此電容C並非形成當成一元件 ，而是表示連接至訊號線之1 3 7 6個薄膜電晶體之雜散 電容。再者•和圖3相同之元件乃以相同的參考文字表示 0 圖5爲以圖4中之控制線gx和訊號r c，smp I ，和a d 〇至a d 8之控制時間之時間圖，和以控制線g x+1(在線gx啓動後次一個）和訊號rc ， smpl ，和a d 0至a d 8之控制時間之時間圖。在脈衝開關部 份上提供之數字表示相關的時間，且一增量表示1 # s之 逝去。 以下參考圖5說明圖4之電路之操作》首先說明在一 列上之1 3 7 6個圖素元件之操作。首先，一啓動脈衝應 用至r c以開關該重置開關1成爲啓動。而後，在電容C 中之電荷初始化。而後，r c轉爲關閉位準以開關重置開 關1爲關閉。而後，一脈衝應用至控制線g X以啓動薄膜-電晶體T，藉此，在光電轉換元件S中之資訊電荷經由薄 ---------裝— J. V (对1閱#'背而之注&箏項再填巧本页>

'1T 線· 本紙張尺度適用中國囡家標隼{ CNS ) Λ4坭格< 210x297公;ft ) . -|g. 4St A7 ΙΪ7 五、發明説明¢7 ) 膜電晶體T傳送至電容C·此乃因爲電容C之電容値大於 在光電轉換元件中之電容値。電容C之電位藉由資訊電荷 而增加。其而後由放大器2放大以輸出當成類比電壓。亦 即，電容C，重置開關1，和放大器2作用當成類比電壓 轉換器以轉換資訊電荷爲類比電壓》另一類比轉換器可使 用一電流積分型放大器以取代放大器2 >在此例中，重置 開關1位於電流積分型放大器之初始電路中（通常在用於 積分電荷累積之電容之兩端）-此方法具有之優點爲不會 因電容C之變化而受到影響》 經漪部中央搮聿局貝工消费合作社印狀 而後，控制線g X轉爲關·閉位準以關閉薄膜電晶體Τ ，而後一脈衝應用至smp1以啓動在S/Η電路3中之 開關SW。如此使得由放大器2輸出之類比電壓受記錄當 成在保持電容C s h中之電壓。此記錄電壓在smp 1之 改變爲關閉位準以關閉開關SW後不會受到由放大器2輸 出而來之類比電壓之改變之影響。因此，S/Η電路3之 輸出保持當成一電壓。此輸出電壓在由輸出當成數位資訊 至Dout之脈衝a d 〇至a d 8所決定的時間由類比多工器 4供應至A/D轉換器7·在S/Η電路3之輸出保持當 成一電壓且資訊在A/D轉換器7中處理之期間，次一薄 膜電晶體T由脈衝r c和g x+ 1啓動•且次一資訊输出 當成類比電壓至放大器2。上述說明在一列上之1 3 7 6 個圖素元件之操作，而來自用於一框之1 3 7 6列之圖素 元件之進一步數位資料，亦即，1 376行XI 376列-=1 89 3 376圖素元件可藉由重複此操作1 376次 本紙张尺度適用中國困家椋準（CNS > A4WL枋（2IOX297公势）-20- 經浐部中央標準局貝工消费合竹杜印裝 i A- ___B7 五、發明説明彳8 ) 以移位欲啓動之控制線g而得。 在圖5中，T t f t表示需用於由g X轉換在光電轉 換元件S中之資訊電荷經由薄膜電晶體T和轉換器（電容 C '重置開關1，和放大器2)爲類比電壓之時間。再者 ，Tt f t1爲需用於由gx + Ι轉換次一資訊電荷之時間 。再者，TM表示須用於操作多工器4和藉由A/D轉換 器7輸出5 1 2個S/Η電路之輸出之數位資訊至Dout之 時間。在此例中，Tt i t=Tt f t_=78/2s，和 TM爲76 . 8# s (在此例中，A/D轉換器之轉換時 間Tad爲150ns) «由此可知，Tt it. >TM且 光電轉換裝置之讀取速度乃由在此例中用於由g x轉換在 光電轉換元件S中之資訊電荷經由薄膜電晶體T和轉換器 (電容C ·重置開關1，和放大器2 )爲類比電壓之時間 。在本例中，訊號線S I G分成三群訊號線。如果訊號線 SIG分成兩群訊號線時，TM至少爲103.2# s ( l376/2xl50ns)，且因此讀取會降低》如果 訊號線SIG分成四群訊號線，則TM只有51.6#s (1376/4xl50ns)，但是由於Ttft爲 78a s，讀取速度亦爲78# s，藉以呈現無改變。因 此，訊號線群數目之增加不會增加讀取速度。爲了獲得具 有良好操作性和低成本之光電轉換裝置|訊號線群之數目 因此需考量各種狀況而定》 在本例中，對於所有圖素而言，每個圖素元件之資訊， 可在78// s之Tt f t之固定時間中獲得。由於 n n n I- —I I 1 I If n n n I n I T n ! n ——I AK· 05. i 結 本紙張尺度通用中囷國家標導（CNS ) Λ4说格（210X29?公ft ) _ 21 · 經浐部中央標萆局只工消费合作讧印裝 *·^·4Π243^3> It A 7 __.____B7 五、發明説明（19 ) T t f t對於所有圖素均爲常數，訊號線S I G之漏電流 之影響，如果有，對於所有圖素而言會變成常數，且因此 其校正相當容易。在薄膜電晶體T關閉後之1 4 A S上之 固定電壓轉換爲數位資訊。即使在g X中之電壓改變影響 在薄膜電晶體之關閉時間上之訊號線S I G，此影響會爲 常數，且可由校正而降低。如果並未提供S/Η電路，且 因此訊號線SIG之電壓在薄膜電晶體關閉後必須轉換成 數位資訊時*和圖5之操作不同的是，藉由A/D轉換器 用以轉換類比電壓爲數位資料之操作無法允許和用於轉換 在光電轉換元件S中之資訊電荷經由類比電壓轉換器（電 容C，重置開關1，和放大器2)爲類比電壓之操作同時 執行。因此，需要長時間（Ttft + TM)且訊號線S I G 之漏電流之影響會根據在此例中之圖素元件而改變。再者 ，在薄膜電晶體關閉時，在訊號線S I G上之g X中之電 壓改變之影響亦會根據圖素元件而不同。 即使本例受到例如輻射雜訊或電源供應雜訊等之突發 雜訊，包括在一列中之圖素元件中之雜訊爲常數。其理由 如下。由於1 3 7 6條訊號線S I G之類比電壓在和 s m p 1轉爲關閉位準以關閉開關SW之同時處理’它們 不會由來自放大器2輸出之類比電壓之改變所影響，且 S/Η電路3之輸出保持當成一電壓。亦即，在—列中之 元件只由同時之雜訊所影響。在本例中，1 89 3 376 個圖素元件乃安排在1 .3 7 6列和1 3 7 6行中，用以讀· 取1 3 / 6行之1 3 7 6條訊號線乃分成三群’且該裝置 ---------篆------ΐτ------.^ (ΐίι閱沭汴而之注态事項4填if:!'本玎> 本紙乐尺度適用中國囡家梂準（CNS M4蚬怙（2IOX297公« ) . 22 經漭部中央橾萆局只工消费合作社印裝 A7 H7

-—------------*~ -_ — --- .- - -——·-«__ I 五、發明説明如） 提供有三個類比開關和三個a/d轉換器。以下說明在行 數目之其它例中之群之數目。 以下說明當η行圖素元件分爲N群時•如何決定N以 達成最大的S/N比·最佳的操作性•和最低之成本。 當η行分成Ν群時，每個群包括至少（η/Ν)訊號 線S I G，且需要不小於（n / N ) X T a d之時間以轉 換輸出爲數位資訊*亦即，其有TM各（n/N) X T a d之關係。於此所有圖素元件之資訊需要儘快的轉換 爲數位資訊以產生具有高S/N比和良好操作性之光電轉 換裝置。因此，用於一行之時間亦需要變小。但是，於此 仍需T t f t以用於圖素元件之資訊之轉換爲訊號線 S I G之類比電壓《由於用以轉換在光電轉換元件S中之 資訊電荷爲類比電壓之操作乃和在圖5所示之本例中以 A/D轉換器轉換類比電壓爲數位資料之操作同時執行， 需用於讀取一行之時間乃由TM和Ttft中選擇較長者。由 上式可知，當N增加時，TM降低。因此，當Ttft会T Μ 時’光電轉換裝置可提供高S/N比和良好操作性。由上 述兩式可獲得下式。

Ttft^(n/N)xTad 修改此式，可得下式。 N^nxTad (1) 本紙张尺度適用中國囷家標率{ CNS > /V)坭格（2〗0x297公;ί ) -23- ---------^------IT------^ -- (1ί5ι聞1ί背面之注念事磧再填巧本玎) 經漓部中央橒隼趵只工消费合作社印裝 A7 _____B7 五、發明説明幻） * 當滿足此式時，可產生具有高S/Ν比和良好操作性 之光電轉換裝置》 以下以數値說明此特殊例·在本例中，N表示三群， η 爲 1376 行，Tad 爲 150ns ( = 0.15//s )’和Tt f t爲78/zs。將這些値代入上式則右側如 下。 1376x 0· 15 (gs)/78 " = 2.646 … 因此，3>2 . 646...，且因此可產生具有高S/ N比和良好操作性之光電轉換裝置。 當N大於3時，例如，N=4，TM變小，51 . 6 μ s，但是用於一行之時間仍爲Tt i t。因此，導致成 本之增加。 爲了達成具有高S/Ν比，良好操作性，和低成本之 光電轉換裝置，最好設定N最接近（nx Tad/Ttft )，並保 持N 2 η X Tad/Ttft之關係•因此，必須決定N以滿足下式 〇 N-l<nxTad/Tt f t 修改此式，可決定N以滿足下式。 N<nxTad/Tt f t + 1 (2) 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規袼< 2]OX297公穿）-24 - ---------^------1T------.^ -' (誚1閱讀背面之注念事項再4ΪΪ?本页) 必之布33K · A7 Η 7 "" Ι· * ' ' ' — I . - - - ' 五、發明説明) 以此數値特別的說明，在本例中之右側如下。 1376x〇 . 15jus/78 扛 s + l = 3 · 646*.· 因此，3<3 _ 646...，且因此當N=3時，可獲 得具有高S/N比，良好操作性，和低成本之光電轉換裝 置。 因此當此裝置滿足同時包括上式（1 )和式（2 )之 下式時，可獲得有髙S/N比，良好操作性，且低成本之 光電轉換裝置。 nxTad/Tt f t^N<nxTad/Tt f t + 1

經"部中央標準局β工消费合作社印W 式（2 )並不是用於特定薄膜電晶體和A/D轉換器 之效能之條件。因此，藉由，例如使用低成本和高速（例 如Ta d = l 〇〇n s )之A/D轉換器，可達成具有高 S/N比和良好操作性之光電轉換裝置。但是，在此例中 最好能滿足式（2)。 (第二例） 圖6爲依照本發明之第二例之光電轉換裝置之示意電 路圖。 未紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2IOX 297公犮) 25- 經碎部中央樣隼局只工消f合作枉印裝 424^331 * A7 _B7 五、發明説明钐） ~ 本例和第一例之不同點在於在第一列和第一行中之每 個光電轉換元件之一電極連接至G N D電位和在第一列和 第一行中之光電轉換元件使用當成參考元件。當光電轉換 元件之一電極保持在GND電位時，光電轉換元件變成對 光不反應。但是，此光電轉換元件受到訊號線S I G之漏 電流之影響和受到在薄膜電晶體之關閉時在訊號線SIG 上之g X中電壓改變之影響。高S/N比之資訊可藉由將 由第一列元件所獲得之資訊減去其它圖素元件之資訊而得 。此時’ 1 3 7 6個資訊片可受到儲存以使用當成用於來 自相關行之圖素元件之資訊之校正値。但是，第一列之 1 3 7 6個資訊片受到儲存以使用當成用於每個圖素元件 之資訊之校正値，以簡化此電路。此乃因爲本例乃構造成 使每個圖素之訊號線SIG之漏電流之影響和在薄膜電晶 體之關閉時在訊號線S I G上之g X中電壓改變之影響爲 常數。其理由說明於第一例中。由於記憶體只儲存 1 3 7 6片資訊之平均，此記憶體可爲小尺寸低成本之記 億體。 當由第一行元件所獲得之資訊使用當成用於來自相關 列之圖素元件之資訊之校正値時，藉由將其從每個圖素元 件之資訊中減去可獲得此資訊。其理由如下。輻射雜訊和 電源雜訊，其可爲S/N比下降之原因，亦會影響在第一 行中之元件，且無光學資訊包括在第一行之裝置中。因此 ，藉由將每個圖素元件之資訊減去第一行元件之資訊而得-具有高S/N比之每個圖素元件.之光學資訊。此乃因爲在 ---------^------1T------球’ > (-?|-?51閱請背而之注Λ.Ϊ.·事項洱访巧本玎) 本紙張尺度適^中國國家標準（CNS ) Λ4规格（2丨〇¥297公兑) 經漭部中央標!ί-扃貝工消费合作杜印髮 * A7 _____B 7 五，發明説明自4 ) —列中之元在本例中受到固定的雜訊。其理由亦說明於第 —例中》 本例使用之構造爲在第一列和第一行中之每個光電轉 換元件之一電極連接至G N D電位和它們使用當成參考元 件《但是’本發明並不限於此，光電轉換元件亦可適用於 參考元件，例如，在第一列和第一行中之光電轉換元件在 如同其它圖素元件相同的連接下連接但不會受到光之影響 之構造中。例如，—黑色有機膜設置在所欲之圖素元件上 以遮蔽該圖素元件。在用於偵測X射線之光電轉換裝置之 例中’例如鉛板之構件可在物體受到X射線曝光前或後設 置。在兩或多列和在兩或多行中之圖素元件可使用當成參 考元件以取代在一列或一行中者β例如，可使用許多列和 許多行，如1 0 0列和1 0 0行·>藉由使參考元件本身之 雜訊平均，此構造具有使光學遮蔽簡化之效果和降低由於 在用於讀取之轉換器之各種特性中之變化和圖素元件之漏 電流中之變化之影響而引起之錯誤。這些效果亦可僅以在 列方向或在行方向中之參考元件而達成。 (第三例） 圖7和8爲依照本發明之第三例之光電轉換裝置之示 意構造圖和不意電路圖。 圖7爲光電轉換裝置之示意構造圖，其爲藉由結四個 板A，Β，C，和D而無間隙所構成之大面積光電轉換裝-置。在圖中，數字1 100，2100，3100，和 ---------t------IT------0 (对先閱讀汴而之汰|項吞填^?本玎) 本紙张尺度適用中固國家栋準（CNS )八4#兄格（210X2W公兑）-27- 經"部中央標準局只工消费合作社印裝 妓，， A7 __j___ ΙΠ 五、發明説明如） 4 1 0 0表示在相關板中之圖素元件群。c P 2表示由重 置開關’放大器，S/Η電路，和類比多工器所構成之 I c。每個I C包括128組重置開關，放大器，S/H 電路，和四分之一類比多工器。四分之一類比多工器亦即 1 2 8輸入類比多工器，其爲由可操控5 1 2輸入之大類 比多工器所構成之四個I C中之類比多工器。CP 1表示 移位暫存器I C，和1 3 7 6級之大移位暫存器乃由串聯 連接1 1個移位暫存器I C而構成。DB 2表示由控制器 ’參考電壓產生器，和脈衝產生器所構成之P C B (印刷 電路板），和DB1表示由用以供應訊號和電源至CP1 之接線所構成之PCB。CRL表示用以控制每個板之控 制電路》 板Α之CP2包括1 1個I C，其分成三群，由右側 起，分別包括3，4，和4個1C，且352，512， 和5 1 2條訊號線S I G分別連接至每個群。最右I C包 括GND線之輸入當成3 2條虛擬線。此電路和在第一例 和第二例中者相同。 板B爲板A之鏡射構造（左至右反向構造）。板C和 板A相同，和板D具有和板B相同的構造*因此，板A和 板C之結合和板B和板D之結合在四個板間之接觸點上繞 著中央具有點對稱構造。四個板互相結合，藉以構成一大 板。但是，爲了便於結合起見，在板間會產生一列（或一 行）之圖素元件之間隙 圖8*爲光電轉換裝置之示意電路圖。作用當成緩衝器 ---------^------1Τ------^ ;r {-ri?l閱#'背面之注念事項再填本玎) 本紙乐尺度適用中國國家摞率（CNS ) Α4ίϋ <210X29·?公犮) · 28 - 經濟部中央標¢-/¾月工消费合作杜印裝 nxTt f t/Tad^N<nxTad/Tt.f t + 1 由此可知，此裝置爲具有高S/N比和良好操作性之 低成本光電轉換裝置。 相似的，在下部份中之兩板提供有作用當成緩衝器之 六個A/D轉換器和六個記憶體，且記憶體之輸出提供當 成來自數位多工器之一數位輸出D 2。在下部份中之兩板 操作當成是一中間板。 圖9 Α和圖9 Β爲本發明應用至用於X射線偵測之光 電轉換裝置之一應用之示意平面圖和示意截面圖。 多數之光電轉換元件和T F T形成在a — S i感應器 基底6 Ο 1 1中，且安裝有用於偵測之移位暫存器SR1 或積體電路I C之彈性電路板6 0 1 0乃連接至基底 6 0 1 1 β彈性電路板6 Ο 1 0之其它側連接至電路板 PCB1 (SR1群）或連接至電路板PCB2 (1C群 at ___—_B7 五、發明説明鉍） 之六個A/D轉換器和六個記億體提供於兩板中，板A和 B，且記億體之輸出提供當成來自數位多工器之一數位輸 出D 1。此記億體以下稱爲F I F0 (先進先出）型記億 體，其中首先進入之資訊首先輸出·在上部份中之兩板操 作當成是一中間板》此中間板構造成使群之數目N= 3， 行之數目 n=1376x2 = 2752，Tad = Ο · 15/is ，和Tt f 。其條件滿足下式 本紙乐尺度適用中困國家栳準（CNS > Α4坭枋（210X29?公筇）-29- ---------装------1T--^-----β -- ί計九別请背而之ϊχΐϊ梦項洱楨寫本玎) / 經^部中决榡聿局月工消^合作社印^ Α7 Η 7 五、發明説明妗） · )。上述之多數a—Si感應器基底6011結合在一基 礎6 0 1 2上以構成大的光電轉換裝置|和安裝一鉛板 6 0 1 3以在處理電路6 0 1 8中用以防止記憶體 6 0 1 4免於受到X射線》用於轉換X射線爲可見光之螢 光材料6030，例如，Cs I .，乃應用或結合在a -S i感應器基底601 1上。如圖9B所示，整體安裝在 碳纖維殻6020中。 圖1 0爲本發明之光電轉換裝置應用至X射線診斷系 統之應用例》 在X射線管6 0 5 0中產生之X射線6.0 6 0通過病 患6 0 6 2或欲觀察者6 0 6 1之胸部以進入光電轉換裝 置6 0 4 0，其中安裝有螢光材料。入射之X射線包括病 患6 0 6 1之身體內之資訊。螢光材料回應X射線之入射 而引入照明，且此光以光電轉換轉換爲電資訊》此資訊轉 換爲數位資料，且此數位資料在影像處理器6 0 7 0中受 到影像處理以在安排在控制室中之顯示器6 0 8 0中觀察 0 此資訊亦可經由例如電話線6 0 9 0之傳輸機構傅輸 至一遠處以顯示在顯示器6 0 8 1上》或儲存在例如在其 它地方上之醫生室中之光碟之儲存機構中，藉此，在遠處 之醫生亦可進行診斷。此資訊亦可以軟片處理器6 1 0 0 記憶在軟片6110上。 本發明並不限於上述之例之圖素構造，而是圖素亦可· 以其它構造安排，只要它們可分別滿足多數之圖素可安排 本纸張尺度遢用中國國家標率（CNS ) 格（210x297^^ ) L 30 - ---------^------1T-----1^ {^1«1谇背而之注念事項^填^"本\=0 143 3t ”： A7 __Η 7 五、發明説明细） 在列和行方向中，在相關行中之圖素（光電轉換圖素）之 輸出可分別連接至多數訊號線•和在相關列中用於控制圖 素之訊號輸出操作之控制端可連接至多數之控制線等條件 即可《光電轉換元件亦未特別限於上述之例。再者，上例 乃構造成類比轉換機構連接至每個訊號線，但是，類比轉 換機構亦可提供於每個圖素。 如上詳述，本發明可提供具有高S/N比和良好操作 性之低成本光電轉換裝置，和可在一大面積中獲得數位資 訊且具有需用於X射線拾取系統等之高S/N比之低成本 系統。 ---------^------1T------0 f J (ΐίίιΜ^ίϊ·* 之:1¾ 事項再填巧本页) 經嬈部中央標聿局只工消费合作社印裝 本紙乐尺度適用中®國家標準< CNS ) M#兄格（2丨0X297公耷）-31 -

Claims (1)

1. 經濟部中央標率局員工消費合作社印装 六、申請專利範圍 . 一種光電轉換裝置包含： 光電轉換部份包含多數之光電轉換圖素安排在行和列 方向’多數之訊號接線接線在行方向.每個訊號接線連接 安排在相同行中之光電轉換圖素之輸出，和多數之控制接 線接線在列方向，每個控制線連接用以控制安排在相同列 中之光電轉換圖素之訊號輸出操作之控制端； 多數之類比記憶機構用以儲存由類比電壓轉換機構而 得之類比電壓，該類比電壓轉換機構用以根據光電轉換圖 素而轉換一資訊電荷爲類比電壓，每個類比記億機構連接 至訊號接線；和 多數之A/D轉換機構，其連接至多數之類比開關機 構之輸出’類比開關機構連接至多數之輸出線群，該多數 之輸出線群以分割類比記憶機構之輸出線爲多數群而形成 〇 2. 如申請專利範圍第1項之光電轉換裝置，其中該 類比轉換機構和該類比記憶機構連接至訊號接線》 3. 如申請專利範圍第1項之光電轉換裝置，其中當 多數之輸出線群由N群輸出線構成時，光電轉換圖素安排 在η行中，A/D轉換機構之轉換時間爲T a d秒，和經 由類比電壓轉換機構用以轉換由光電轉換圖素輸出之資訊 電荷爲類比電壓之時間爲Tt f t秒，N滿足Ν2ηχ Tad/Tt f t之條件。 4 .如申請專利範圍第3項之光電轉換裝置，其中N · 滿足下述條件： 本紙張尺度逋用中國國家捸準（CNS > A4洗格（210X297公釐） I—ftiv I— if I—I—I—nn n I {請先»讀背面之注意Ϋ項再填窝本買) 訂 線 •29- 六、申請專利範圍 η X Tad/Ttft έ N<n x Tad/Ttft + 1 ° 5 .如申請專利範圍第1項之光電轉換裝置，其中該 光電轉換圖素具有光電轉換元件和用以控制光電轉換元件 之訊號輸出操作之開關元件，且其中光電轉換圖素之控制 端爲開關元件之控制端。 -------^------.1T------^ (請先«讀背^,/注意事碩再填寫本頁) 經濟部中央橾窣局負工消费合作社印製 本纸張尺度逍用t國國家標準（CNS } A4洗格（210X297公釐） -30-