TW569440B - Charge amount detection circuit and two-dimensional image sensor using same - Google Patents

Charge amount detection circuit and two-dimensional image sensor using same Download PDF

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Description

569440 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____B7_ 五、發明說明（1 ) 【發明領域】 本發明係關於使用於X線感測器等畫像感測器等之電 荷量檢出電路及使用其次二次元畫像感測器。 【發明之背景】 茲將一般性2元次元行列構造之畫像感測器之槪略構 成，使用第1 3圖及說明本發明所用之圖之第1圖至第9 圖說明如下。此畫像感測器係例如將檢出X線作爲使其發 揮作用，就可使用X線診斷裝置等。 第1圖所示畫像感測器4 8 ,係在玻璃基板5 0上係 由光電變換層5 4及偏壓電極5 2形成所構成。光電變換 層5 4係例如由非晶質硒（以下記爲a — S e )之薄膜等 所形成，偏壓電極52係通過X線之金屬膜，例如由金等 導體膜形成。玻璃基板50之光電變換層54側之面，形 成有配置於行列上之畫素電極5 6、儲存電容1 7 (畫素 電容）17及開關元件18、掃描線（行）10及資料線 (列）1 2。並且，掃描線1 0及資料線1 2係分別連接 於掃描驅動器（閘驅動器）1 4及讀取電路1 6。 像這樣，畫像感測器4 8係具有將光電變換層5 4積 蓄電容17作爲主體之X線等光子變換爲電荷儲存之光電 變換部，與從其光電變換部讀取電荷訊號之讀取電路（w 荷量檢出電路）16之構成。 畫素電極5 6係經由開關元件1 8連接於資料線1 2 ，開關元件1 8之開關動作係從掃描驅動器1 4經由掃fg (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .·------- 丨訂---------線丨---- .---；------------- 569440 A7 B7 五、發明說明（2) 線1 0所供給之電壓進行。因此，作爲開關元件1 8 —般 所使用之薄膜電晶體（以外記爲TFT)時，TFT之源 極係在畫素電極5 6，汲極係連接在資料線1 2 ,閘係連 接在掃描線1 0。按，於以下作爲開關元件1 8使用 T F T者加以說明。 第2圖係於第1圖之A — A線箭頭符號剖面圖。經由 絕緣膜5 8與畫素電極5 6對向之位置設有補助電極6 0 ，與畫素電極5 6之間構成儲存電容1 7。此補助電極 6 0係所有畫素2 2配線成變成共通之基準電位（Vref ) 。又，偏壓電極5 2係對於畫素電極5 6可施加高電壓， 例如可施加數千伏特。 在如上述之畫像感測器4 8 ,若X線光子6 8爲從偏 壓電極5 2側射入時，透過偏壓電極5 2之X線光子6 8 係於光電變換層5 4發生電子與正孔之成對。於此，在偏 壓電極5 2施加正之電壓時正孔爲施加負之電壓時，電子 爲向畫素電極5 6側移動而達到對應於位於光子6 8之射 入位置之畫素電極5 6。達到畫素電極5 6之正孔，或電 子係由儲存電容1 7所保持。於儲存電容1 7所保持之正 或負之電荷（以下稱爲訊號電荷），係若由TFT所成之 開關元件18變成ON時就流出於資料線丄2，由連接於 資料線1 2之讀取電路1 6讀取其電荷量（訊號電荷量） 〇 若掃描驅動器14對於既定之一條掃描線1〇輸出高 之電壓時，連接於掃描線10之所有FTF就變成N〇狀 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 « I ϋ I ϋ n^-Γο- ti ϋ ϋ I ϋ I ^1 ·ϋ ϋ ϋ I ϋ ^1 —τ ^1 ϋ ί . 569440 A7 __B7 五、發明說明（3) 態，保持於各儲存電容1 7之訊號電荷爲將分別流出於所 對應之資料線1 2。因掃描驅動器1 4依序輸出高之電壓 ，就可讀取所有畫素電極56之資料，進行一片畫像資料 〇 使用關於上述畫像感測器4 8之讀取電路1 6說明如 下。第3圖係表示使用於電荷量之讀取量之電荷檢出放大 器（Charge Sensitive Amplifier ,以下稱爲 CSA) 20 之 基本構造之電路圖。演算放大器2 0 a之反相輸入與輸出 係經由回饋電容2 Ob互相連接，以構成回饋電容。又， 與回饋電容2 0 b並聯連接有重置開關2 0 c ,將放電儲 存於回饋電容2 0 b之電荷就可重置。資料線1 2係連接 於演算放大器2 0 a之反相輸入，非反相輸入係連接於屬 於基準電位之GND。 第4圖係由FTF所成之開關元件18,與包括儲存 電容17之畫素2 2每一個之讀取之等値電路圖，第5圖 係表示於第4圖之讀取動作之時間及C S A 2 0之輸出電 位之圖表。於第4圖，畫素2 2係連接於屬於第i行之掃 描線1 0之掃描線1 0 i及第j列之資料線1 2 j之畫素 。按，Cdl係表示資料線12 j之電容。於第5圖，G (i )係表示輸出於掃描線1 0 i之電壓，又，R s t係 表示輸出於重置開關2 0 c之重置訊號。 讀取動作係首先重置開關2 0 c ON時而開始（A期 間）。藉此，在其以前之動作係放電儲存於回饋電容 20b之電荷而重置，CSA20之輸出電位係變成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 訂------- .!線 _0----,——Ί — i.------------- 569440 Α7 Β7 五、發明說明（4) G N D亦即變成0。接著，R s t變成低之後（〇期間） 、在G ( i )輸出高電壓而TFT之開關元件1 8就變成 ON,儲存於儲存電容1 7之訊號電荷（一 Q)將流出於 資料線12j 。演算放大器20a,係流出於資料線 1 2 j流出之電荷（- Q )動作成集聚於所有回饋電容 2 Ob之輸入側之電極，其結果，在回饋電容2 〇b之輸 出側之電極，係以等量出現逆極性之電荷（+ Q ) 。@果 ，在CSA20之輸出將出現屬於對應於訊號電荷之電荷 Q以回饋電容2 0 b之電容値所除之電位（B期間）。藉 讀取此電位就可將訊號電荷量作爲電位檢出。其後，在此 行之G ( i )輸出低電位之後暫時（C期間），爲了下一 行之讀取動作所需之Rs t就再次重置，隨其CSA 2 0 之輸出電位將返回到GND。 兹就相關所謂雙重取樣（Correlated Double Sampling :以下稱爲C D S )之電位讀取方法簡單地說明如下。倘 若第4圖所示讀取電路系爲完全時，在C期間被讀取之電 位係應該相當於訊號電荷量。然而，實際上，於重置後之 D期間，CSA20之輸出電位不會完全變成GND,而 存在有偏壓。作爲偏壓之原因，則具有演算放大器2 0 a 本身所具之閃爍雜訊或偏壓，重置開關2 〇 c或TFT ( 開關元件1 8 )之開閉所發生之場貫通（field through )現 象。所謂場貫通現象係本質上附隨於Μ 0 S開關之現象， 在〇Ν時，閘·源極間電容與閘.汲極間電容所拘束之頻 道電荷爲因降低閘電壓就解除其拘束，而流出於汲極與源 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 丨--------訂----- -----線— -------:---：------------- 569440 A7 ____ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5) 極之電路側之現象。 上述CDS,係由第5圖之smp 1與smp 2所示 時間將CSA20之電位分別讀取，藉求取smp2所讀 取之電位與於smp 1所讀取電位之差，就可正確地求取 在smp 1與s a p2間期間之CSA20之電位變動量 。藉進行CDS,在D期間存在之偏壓去除，亦即，於D 期間之偏壓爲0之理想電路系，在C期間只有一次讀取電 位時可視爲等値處理。按，CDS因與本發明不具直接關 係，所以，於以下爲了使說明簡單，於C D S可視爲等値 處理之理想電路系，將讀取只有在C期間進行一次之情形 加以說明。 於第1 3圖，係表示訊號電荷爲直到作爲數位資料輸 出爲止之1輸入對應之讀取電路（稱爲單位讀取電路）之 電路構成圖。C S A之輸出係視其需要在電壓放大電路（ 主放大器）（MA)所放大，被取樣保持電路（S/H) 所取樣保持。被保持之資料電壓係經由多工器被變換爲輸 入於AD (類比數位）變換器（ADC)之數位値，由資 料閂鎖電路（DL)所保持。按，多工器係爲了對於一個 ADC分配複數之輸入端子所使用，並非電路之本質者。 因此，例如，各輸入端子係對應於1對1構成ADC時就 變成不需要。 MA係若CSA之輸出電壓爲小時，爲了其以後之電 路動作放大達到所需充分大之電壓範圍所用者。 屬於X線攝影裝置之一般用途之靜止畫像攝影（攝影 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -J. '--------訂·ί 象. 1 I ammmm ϋ ϋ I ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ ·ϋ ϋ ^1 ϋ I ^1 ·ϋ _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8- 569440 A7 __ B7 五、發明說明（6) 模態）時，所照射X線之線量爲充分地大。因此，其資料 之訊號電荷量也大，因在CSA出現充分大的電壓，所以 ，MA不一定需要。但是，爲了得到動畫像所需之攝影（ 透視模態）時，從秒單位到分單位之期間，必須持續照射 X線，爲了抑制X線之總照射量使用較攝影模態弱2位數 之X線。因此，在透視模態之訊號電荷量係較攝影模態極 小，而需要MA。按，於第1 3圖係將MA以一方塊表示 ，但是依放大率有時也使用2段以上之構成。 於第6圖，表示典型MA之構成例。該圖係使用運用 放大器之反相放大電路者，依電阻Rb與R a之比（Rb /Ra)決定放大率。 第7圖，係表示對於a - Se光電變換層之X線量（ X線強度）訊號電荷量之例。按，縱軸之絕對値係依光電 變換層之膜厚、所施加之偏壓電壓、畫素尺寸而改變。直 線A係訊號電荷量，直線B係量子雜訊。此例時，0 . 1 //R之X線量其訊號電荷量係只發生8 0 0 0 e - r m s 左右，但是總量爲3 0 //R時曉得會發生 1, 000, 000e — rms左右之訊號電荷量。按， 1R (倫琴Ron t egen),係對於1 cm3之空氣 產生單位電荷所需之X線放射線量，相當於2.58x 10 — 4C/Kg。又，e - rms 係以 rms ( root means squar平方二次方平均，根平均二次方）所表示之電 子數，換言之，所產生（檢出）電子數之期待値。於此， 0 · 1 // R若想到透視模態之最低線量，3 0 v R係於攝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -線— -------;---^------------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 569440 A7 ________ B7 五、發明說明（7) 影模態之最低線量時，在透視模態所發生之訊號電荷量， 曉得對於攝影模態之其約略1/1 0 0左右之大小。將此 換算爲出現於c S A 2 0輸出之電壓時，若將回饋電容 20b成爲10pF時，分別將變成〇 · 128mV、 1 6mV。此時，將ΜΑ之倍率藉設定爲1 〇 〇倍左右， 就可將取樣保持電路S/Η以後之動作電壓範圍變成與攝 影模態約略相同。 然而，所發生之量子雜訊，係對於訊號電荷量以 1 / 2之傾斜增加，線量變成愈強雜訊就變成愈小。一般 ，在攝影模態係使用透視模態之3 0 0倍左右之線量，此 時，攝影模態之量子雜訊係表示對於透視模態之量子雜訊 相對性地成1 / 1 7變小。相反地，曉得於透視模態之雜 訊，係對於攝影模態需要遠爲嚴格之對策。 茲就由讀取電路16所發生之雜訊說明如下。 構成CSA (電荷檢出放大器）2 0之演算放大器 2 0 a，係其本身會發生雜訊。其主要原因係構成演算放 大器2 0 a之元件所發生之熱雜訊，成爲伸高到高頻率之 白色雜訊而出現於電路。雜訊功率因成正比於電路之頻率 頻帶之平方根，所以藉截斷不需要之高頻帶頻率成分就可 減低輸出雜訊。例如，從C S A到取樣保持電路之電路系 之頻率頻帶爲10MHz時與l〇〇kHz比較時，若其 他條件爲相同時，雜訊功率係前者將變成後者之1 〇倍大 。因此，.電路系之頻率頻帶爲不需要地擴大，換言之，對 於電路動作不需要之高頻帶頻率成分爲截斷較宜。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） -10· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I · ϋ ϋ ϋ ϋ ·1 ·-1 «ϋ ·1 1%. · ϋ Αϋ ϋ ^1 I I ^1 ^1 ϋ ϋ ϋ ·ϋ ^1 Βϋ ^1 ^1 ^1 ϋ ϋ ^1 ϋ mmtm 1 11 ·1 I ϋ* ϋ - 569440 A7 ___ B7 五、發明說明（8) 爲了截斷不需要之高頻帶頻率成分時，只有使用低通 濾波器（LPF)即可。作爲設LPF之位置，係雜訊理 論上，儘量設於電路上游時效果就大。因此，如第8圖所 示單位讀取電路，可考慮設於C S A與MA之間。 茲於第9圖表示屬於最單純之L P F之一次L P F構 造。像這樣，一次LPF係由電阻R與電容所構成，需要 於PLF之面積將直接變成LSI面積之增大分量。然而 ，感測器之畫素節距，係醫療用X線裝置時，爲從1 5 0 // m到1 0 0以m左右，資料線或掃描線之數目爲多到從 1000條到3000條。於第13圖或第18圖所示之 單位讀取電路，因必須依各資料線設置，所以，容許於各 單位讀取電路之空間寬度也受限於此大小以下。在受限制 之此空間欲設LPF並非易事，又即使可設，因其增大分 量晶片大小之增大爲不可避免之事，所以，其分量將導致 製造成本之增加。 【發明槪要】 本發明之目的，係提供一種因設LPF儘量將晶片大 小之增大壓縮，且藉其也可儘量抑制晶片成本增大之電荷 量檢出電路及使用其之二次元畫像感測器。 爲了達成上述目的，本發明之電荷量檢出電路，係在 電荷檢出放大器之後段裝設低通濾波器，再在其後段裝設 電壓放大電路之電荷量檢出電路，其特徵爲構成低通濾波 器電路元件之一部，爲兼用爲構成電壓放大電路元件之一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂_丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -線 ----,——Ί — — .------------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -11 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 569440 A7 B7 五、發明說明（9) 部。 因上述構成，構成低通濾波器電路元件之一部，爲兼 用爲構成電壓放大電路元件之一部。因此，只有其被兼用 之元件分量，可縮小晶片大小。所以，因設低通濾波器電 路就可儘量壓縮晶片大小之增大，並且，藉此也可儘量抑 制晶片大小之增大。 k 又，本發明之二次元畫像感測器，其特徵爲：具有 上述電荷量檢出電路。 本發明之再另外目的、特徵、及優異之點，係由以下 之說明就可充分淸楚。又，本發明之益處，係參照以下之 附圖就可明白。 【實施例之說明】 茲就本發明一實施例依據第1圖至第12圖說明如下 〇 關於本發明之電荷量檢出電路，係作爲第1圖所示讀 取電路.（電荷量讀取電路）1 6，使用於畫像感測器4 8 所使用者。關於本實施形態之畫像感測器4 8或讀取電路 1 6等之構成，係已如使用第1圖至第9圖所說明。所以 ，省略其說明。 首先，說明本發明之槪念構成如下。亦即，於本發明 之讀取電路16,係將構成LPF (低通濾波器）之元件 ，可與構成電壓放大電路（MA)之元件共用。藉此，就 可減少構成L P F之元件。 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
569440 A7 B7 五、發明說明（1G) 於第10 (a)圖，表示其一個槪念圖。於該圖，由 電阻Ra與電容Ca,構成LPF。又，在該圖所示演算 放大器OA及電容Ca、Cb構成MA。Ca與Cb係決 定ΜΑ之放大率。亦即，Ca係構成LPF之電容同時也 是構成MA之電容。LPF之時間常數係Ra · Ca, ΜΑ之放大率將成爲Ca/Cb。藉共用Ca,裝設 LPF導致之電路增加將只變成R a。於此，演算放大器 〇A之非反相輸入端子係由假想短路之槪念位於G N D位 準。因此，屬於反相輸入端子之電壓之第1〇 (a)之b 點之電壓也變成GND,作爲演算放大器〇A之動作，
Ra與Ca之連接部電壓之第1〇(a)圖a點之電壓爲 被放大一 Ca/Cb倍而輸出。亦即，若將第1〇 (a) 圖之電路以方塊圖表示時就表示如第10 (b)圖。但是 ，於本構成之電路，Ca爲由構成LPF之電容，與構成 Μ A之電容所共用，所以，嚴格地等値電路係表示如第 10 (c)圖。於第1〇 (a)圖構成之電路，Ra與 Ca,係串聯地連接於輸入與GND之間，Ra與Ca係 構成與第9圖等値之LPF。 茲將更具體之構成說明如下。亦即，於第11圖表示 一構成例。於該圖，由電阻R1與電容Cl、C2構成 LPF。又，由該圖所示演算放大器OA及電容C1、 C2、C3構成MA。如該圖所示，於此構成例，成爲可 切換爲C. 3插入於電路狀態與不插入之狀態。切換係以開 關S W 2之控制訊號C T 2進行。亦即，開關之控制係從 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
ϋ .1 ϋ ^ I — I I I I ϋ H I ϋ I I I Ί ϋ 1 I ϋ n n I n ϋ n 1 I -13 - 569440 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（11) 控制電路之控制訊號輸入進行，例如，於該圖，若CT2 爲高時開關S W 2係位於a側，若爲低時則連接於b側， 控制成是否將C 3插入於電路。更具體地，例如，透視模 態（動畫攝影）時將CT2成爲高，攝影模態（靜止畫攝 影）時將CT2成爲低等方法控制即可。C 2係與C 1値 爲相同電容，經常插入於電路。開關SW1係對於C 1被 充電而放電電荷使電路成爲起始狀態所用之開關，使電路 動作時係在0 F F狀態使用。本開關係與本發明無直接關 係所以以後之說明將省略。 CT2爲低時，因SW2爲連接於b側所以LPF之 時間常數將變成C2 · Rl, MA之放大率將變成C2/ C1。假如設定爲C2 = C1時，此時之放大率將變成1 〇 CT2爲高時，因SW2爲連接於a側，C3係與 C 2並聯連接。所以LP F之時間常數將變成C 2 + C 3 •R1,放大率將變成（C2 + C3)/C1。 像這樣，訊號位準小需要以MA之放大時，因LPF 之時間常數將變大，所以，減低輸出雜訊同時，將可得到 所需之電壓放大。將倍率成爲1使用時爲上述之攝影模態 之情形。如上述，攝影模態時之訊號電荷量因透視模態時 具數十倍以上，所以即使L P F效果小卻依條件也可得到 充分之S/N(訊號對雜訊比）。爲了即使於透視模態也 可檢出訊號，演算放大器0A原本需要充分小之內在雜訊 之特性，只要使用這種低雜訊之演算放大器，即使無 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 訂i _線丨·-------·---„------------ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） -14- 569440 A7 --- B7 五、發明說明（12) L P F或效果小也會變成較訊號電荷量充分小之雜訊量所 致。又，LPF之時間常數較所需爲大時，S/N反而會 惡化係如上述。 茲於第12圖表示另外構成例。於該圖，由電阻R1 與電容C2、C3、C4構成LPF。又，該圖所示演算 放大器0A及電容Cl、C2、C3、C4構成MA。如 該圖所示，於此構成係構成爲可將MA之放大率切換爲多 段。若SW2與SW3皆連接於a側時，MA之放大率將 變成（C2+C3+C4)/C1。又，其時LPF之時 間常數將變成（C2 + C3 + C4) R1。按，只有 SW2爲a側時放大率係（C2 + C3) / C 1而時間常 數爲變成（C2 + C3) R1,只有SW3爲a側時放大 率係（C2 + C4) /C1而時間常數爲變成（C2 + C4) R1。又，SW2、SW3皆爲b側時，放大率爲 C2/C1而時間常數將變成C2·R1。 像這樣，此例係放大率爲可在C2/C1、 （C2+ C3)/C1、（C2 + C4)/C1、（C2 + C3 + C4)/C1之間切換，因應放大率，時間常數爲分別可 切換爲如下C2.R1、 （C2+C3)/Rl、 （C2 +C4)/R1、 （C2+C3+C4)/Ri。需要提 高放大率時爲訊號電荷量爲小時，該時LPF之時間常數 爲變大。藉此，訊號量愈小時可將雜訊量變小。按，與第 1 1圖之構成同樣如攝影模態時欲將放大率成爲1時，只 要設定爲C2=C1即可。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·· 11—丨丨丨—tr·—丨丨丨丨丨丨· *5^丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 569440 A7 B7 五、發明說明（13) 按，於本發明，電荷量檢出電路係在電荷檢出放大器 後段裝設低通濾波器，並且，在其後段裝設電壓放大電路 之電路，構成低通濾波器電路之元件也可兼用爲構成電壓 放大電路元件一部之構成。 又，電荷量檢出電路，係於上述構成，低通濾波器電 路係一次之濾波器電路，也可以將其兼用之元件爲電容之 構成。 又，電荷量檢出電路，係於上述構成，低通濾波器電 路係一次之濾波器電路，其所兼用之元件也可爲電阻之構 成。 又，電荷量檢出電路，係於上述構成，電壓放大電路 之倍率爲可從外部之控制訊號控制，並且，對應於其放大 率也可構成爲低通濾波器電路之時間常數也會發生變化。 又，電荷量檢出電路，係於上述構成，構成在電荷檢 出放大器與其後段之電壓放大電路之演算放大器之反相輸 入端子之間成串聯構成電阻（第1 2圖之R 1 )與電容（ 第12圖之C2),在該反相輸入端子再連接有1個以上 之電容（C3、C4),該電容之另方電極也可經由開關 與C 2並聯連接於電路之構成。 又，電荷量檢出電路，也可於上述構成，C3、C1 爲被設定爲同値之構成。 本發明之一次性效果，係在訊號讀出LSI成爲可容 易構成LPF，藉此，可容易製造低雜訊之訊號讀出 L S I。又，二次性係因設L P F來抑制晶片大小之增大 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨 J----------· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
-16- 569440 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（14) ，可壓縮成本之增高。 於本發明，如動畫攝影時資料之訊號電荷量小，必須 增大放大率時，就增大LPF之時間常數使雜訊量變小， 另者，如靜止畫攝影時資料之訊號電荷量充分地大，放大 率也可以小時，因使L P F之時間常數變小，可將S / N 維持爲最佳値。所以，不管攝影狀況可進行雜訊爲少S/ N良好之高品質之訊號電荷檢出。 又，若LPF之時間常數大時，依在取樣保持電路將 Μ A之輸出取樣之時間，則也會發生電壓不能充分地達到 穩常狀態之情形。若取充分長到取樣爲止之時間時雖然會 達成穩常狀態，但是具有讀取資料所花之時間會發生其分 量會變長之缺點。又，若時間變長時，因洩漏電流等引起 之訊號電壓之喪失率也會增加，從其點也會降低S/N。 本發明因不會將L P F之時間常數不必要地變大，所以從 其點也具有效果。 又，本發明之電荷量檢出電路，除了上述構成之外， 也可構成爲隨著上述電壓放大電路之放大率之增大，而上 述低通濾波器電路之時間常數也增大。 一般地，低通濾波器電路，係減低雜訊量之效果雖然 並非直接性地大，但是具有欲檢出之電壓發生誤差之副作 用。尤其，在電阻與電容所成之一次濾波器電路，對於脈 衝輸入存在有履歷特性，依各脈衝微妙地變化時間常數。 其變化之大小係尤其依存於電容構造，不能一槪而言，但 是時間常數愈變大變化也變大。於此舉一例說明時，由雙 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -17- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
569440 A7 B7 經濟部智慧財轰局員工消費合泎注印裂 五、發明說明（15) 聚矽構造之電容與C-MOS構造之電阻時，對於8//s 之中心値正負1 %左右，或觀測其以上之變動係常見之事 。於電荷量檢出電路之此變動因對於訊號電壓之衰減率發 生影響，所以對於欲檢出之電壓發生誤差，亦即發生雜訊 。亦即，低通濾波器電路，係其時間常數愈大，從頻率頻 帶之觀點雖然會減低雜訊，但是因上述機構所發生之雜訊 係相反地具有增加雜訊之副作用。 攝影動畫之透視模態時，屬於訊號量與雜訊之比之S / N原本就小，所以，依低通濾波器電路之雜訊減低效果 之S/N上升之效果爲壓倒性地大。但是，如攝影靜止畫 之攝影模態，原本之S / N爲與透視模態做比較遠爲大時 ，依時間常數之大小，與其由低通濾波器電路之S / N之 上升不如由上述機構所發生之雜訊之S/N劣化者有時變 大之情形發生。因此，於透視模態係將低通濾波器電路之 時間常數充分變大，攝影模態時不必要使時間常數變大之 巧思。 依據上述本發明之構成，隨著上述電壓放大電路之放 大率之增大，上述低通濾波器電路之時間常數也會增大。 因此，如動畫攝影時，必須將訊號電荷量爲小放大率變大 時，增大低通濾波器電路之時間常數變小使雜訊量變小， 另者，如靜止畫攝影時，資料之訊號電荷量充分地大，也 可以將電壓放大電路之放大率變小時，藉使低通濾波器電 路之時間常數變小，就可將S / N維持在最佳値。所以， 依上述構成效果之外，不管攝影狀況，就可進行雜訊變少 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·# 一 *0, 1111111 線丨· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） •18- 569440 A7 __ B7 五、發明說明（16) 而S/N良好之高品質之訊號電荷檢出。 本發明之電荷量檢出電路，係可再具有：將如上述所 檢出之訊號電荷取樣及保持所用之取樣保持電路（S/H )、或將所保持之訊號電荷變換爲類比數位（AD)所用 之類比數位變換器（ADC)、對於分配1個類比數位變 換器分配複數輸入所用之多工器、保持被變換爲數位値之 訊號電荷所用之資料閂鎖電路（D L )等。 於發明之詳細說明項所說明之具體實施態樣或實施例 ，係畢竟爲使本發明之技術內容明白者，並不能那樣地只 限定於具體例而狹義地被解釋，在本發明之精神與下面所 記載之申請專利範圍內，可進行種種變更實施者。 圖式之簡單說明 第1圖係表示關於具有本發明之電荷量檢出電路之X 線感測器構造之斜視圖。 第2圖係表示X線感測器構造於第1圖之A — A線箭 頭符號剖面圖。 第3圖係表示電荷檢出電放大器之基本電路構成之電 路圖。 第4圖係表示對應於1資料線之畫素及電荷檢出放大 器之等値電路構成之電路圖。 第5圖係表示訊號電荷之讀取動作之說明圖。 第6圖係表示使用演算放大器之典型電壓放大電路構 成之電路圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 訂------- ——線1·----·——·1.—— ：------------- -19 - 569440 A7 ________ B7 五、發明說明（17) 第7圖係表示a — S e光電變換層之變換特性一例之 圖表。 第8圖係表示裝設L P F之1輸入對應之單位讀取電 路之電路構成之方塊圖。 第9圖係表示一次低通濾波器電路構成之電路圖。 第1 0 ( a )圖係表示一次低通濾波器電路及電壓放 大電路構成之電路圖。 第10 (b)圖係將第1〇(a)圖之構成以方塊圖 地表示之電路圖。 第10 (C)圖係將第10 (a)圖構成之嚴格等値 電路以方塊圖地表示之電路圖。 第11圖係表示一次低通濾波器電路及電壓放大電路 構成之電路圖。 第1 2圖係表示一次低通濾波器電路及電壓放大電路 構成之電路圖。 第13圖係表示以往1輸入對應之單位讀取電路之電 路構成之方塊圖。 【符號之說明】 10:掃描線，10j :掃描線，12:資料線， 12 j :資料線，14:掃描驅動器，16:讀取電路， 17:儲存電容，18:開關元件，20:電荷檢出放大 器，2 0 a :演算放大器，20b ··重置開關，22 :畫 素，48:畫像感測器，50:玻璃基板，52:偏壓電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 丨·--------訂---------線 _·-------·----------------- -20- 569440 A7 _B7 五、發明說明（18) 極，54:光電變換層，56:畫素電極，58:絕緣膜 ,60:補助電極，68:X線光子，ADC:AD變換 器，Cdl:電容，CSA:電荷檢出放大器，CT2: 控制訊號，DL:資料閂鎖電路，G(i):電壓， LPF:低通濾波器電路，MA:電壓放大電路，OA: 演算放大器，Rst :重置訊號，S/Η:取樣保持電路 ，S W 1 , S W 2 , SW3:開關。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·· 訂---------線-· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 -

Claims (1)

  1. 569440 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 mi^ la 第利申請案 中文申請專利範圍修正本 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 民國91年7月.日修正 1 . 一種電荷量檢出電路，其係包括： 設於後段之上述電荷檢出放大器之低通濾波器電路， 與 設於上述低通濾波器電路後段之電壓放大電路， 構成上述低通濾波器電路之元件一部爲由構成上述電 壓放大電路之元件一部兼用； 隨著上述電壓放大電路放大率之增大，上述低通濾波 器電路之時間常數也會增大； 構成上述電壓放大電路兀件之一部，並且，設複數個 而互相並聯地連接有也兼用爲上述低通濾波器電路一部元 件之電容， 又，包括將上述電容之至少一個，切換爲插入於電荷 量檢出電路之狀態與不插入狀態之切換開關。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 _如申請專利範圍第1項之電荷量檢出電路，其中.. 構成上述電壓放大電路元件之一部，並且兼用上述低通濾 波器電路一部之元件爲電容。 3 .如申請專利範圍第2項之電荷量檢出電路，其中 上述電壓放大電路，係包括演算放大器，與作爲連接於上 述演算放大器之反相輸入端子之上述兼用元件之電容， 上述低通濾波器電路，係包括有電阻，與和作爲上述 電阻成串聯連接之上述兼用元件之電容。 本紙張尺度適用中國國家橾率（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 569440 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 .如申請專利範圍第1項之電荷量檢出電路，其中 由上述切換開開將連接於上述切換開關之電容不插入於電 荷量檢出電路時， 上述電壓放大電路之放大率爲1。 5 ·如申請專利範圍第1項或第4項之電荷量檢出電 路，其中係構成上述電壓放大電路元件一部，並且，也兼 用上述低通濾波器電路一部元件之電容，爲設有複數個， 互相並聯地連接， 又，將至少上述電容之一個，設有複數個切換爲插入 於電荷量檢出電路之狀態與不插入狀態之切換開關， 上述各個切換開關，爲分別切換爲互相不同之複數個 上述電容之插入狀態。 6 .如申請專利範圍第1項至第4項之任一項之電荷 量檢出電路，其中上述電壓放大電路係包括演算放大器， 與設於上述演算放大器之反相輸入端子與輸出端子間之回 饋電容。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 .如申請專利範圍第1項至第4項之任一項之電荷 量檢出電路，其中包括上述將儲存於上述回饋電容之電容 加以放電重置之重置開關。 8 .如申請專利範圍第1項至第4項之任一項之電荷 量檢出電路，其中包括保持從上述電壓放大電路所輸出之 訊號電荷所用之取樣保持電路，與 將由上述取樣保持電路所保持之訊號電荷變換爲類比 數位所用之類比數位變換器，與 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 〇 569440 A8 B8 C8 D8 r、申請專利乾圍 對於上述類比數位變換器之1個分配複數輸入所用之 多工器，與 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 保持被變換爲數位値之上述訊號電荷所用之資料閂鎖 電路。 9 · 一種二次元畫像感測器，其係包括： 電荷檢出放大器，與· 設於上述電荷檢出放大器後段之低通濾波器電路，與 設於上述低通濾波器電路後段之電壓放大電路， 構成上述低通濾波器電路元件之一部包括兼用構成上 述電壓放大電路元件一部之電荷量檢出電路； 隨著上述電壓放大電路放大率之增大，上述低通濾波 器電路之時間常數也會增大； 構成上述電壓放大電路元件之一部，並且，設複數個 而互相並聯地連接有也兼用爲上述低通濾波器電路一部元 件之電容， 又，包括將上述電容之至少一個，切換爲插入於電荷 量檢出電路之狀態與不插入狀態之切換開關。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 〇 .如申請專利範圍第9項之二次元畫像感測器， 其中包括光子變化成電荷而儲存之光電變換部， 上述電荷量檢出電路係讀取從上述光電變換部之電荷 〇 1 1 .如申請專利範圍第1 〇項之二次元畫像感測器 ，其中上述光電變換部，係包括保持從光子所變換之電荷 之畫素電極。 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 569440 A8 B8 C8 D8 夂、申請專利範圍 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之二次元晝像感測器 ，其中包括將由上述畫素電極所保持之電荷，傳輸到上述 電荷量檢出電路之資料線，與將上述畫素電極連接於上述 資料線之開關元件， 上述畫素電極係將所保持之電荷，因上述開關元件爲 變成Ο N而流出於上述資料線。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之二次元畫像感測器 ，其中包括供給使上述開關元件動作所用之電壓之掃描線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（21〇X：297公釐） -4 -
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