專利名稱：圖像傳感器以及包括該圖像傳感器的x射線圖像感測模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示例實施例涉及圖像傳感器和圖像感測模塊，例如，涉及X射線圖像傳感器和/或包括X射線圖像傳感器的X射線圖像感測模塊。
背景技術(shù)：
可以通過將X射線照射到膠片上然后顯影該膠片來獲得X射線圖像。使用膠片的X射線圖像需要相對大量的膠片、顯影液、顯影機、以及用于存儲膠片的場所。正在開發(fā)用于獲得數(shù)字X射線圖像的數(shù)字X射線圖像傳感器以使得數(shù)字X射線圖像可以存儲在包括硬盤、光盤(CD)以及其它信息媒體機制的數(shù)字存儲媒體中。

發(fā)明內(nèi)容
示例實施例涉及能夠獲得圖像的圖像傳感器和/或圖像感測模塊。其它方面將在下面的描述中被部分地闡明，以及從該描述中將部分地明顯，或者可以通過示例實施例的實踐而學(xué)習(xí)到。根據(jù)示例實施例，一種圖像傳感器包括被配置為放大由感測單元感測到的電荷的電荷感測放大器。所述電荷感測放大器包括輸入端、放大端、輸出端、連接在輸入端和放大端之間的第一電容器、連接在輸入端和放大端之間的第一開關(guān)、連接在放大端和輸出端之間的第二電容器、以及連接在輸出端和參考電壓端之間的第二開關(guān)。所述電荷感測放大器的輸入端可以包括反相輸入端和非反相輸入端，以及所述放大端可以被配置為輸出通過放大反相輸入端和非反相輸入端之間的電壓差獲得的放大電壓。所述反相輸入端可以連接到感測單元，以及所述非反相輸入端可以連接到參考電壓端。所述第一電容器和第一開關(guān)可以連接在反相輸入端和放大端之間，以及所述第二開關(guān)可以連接在非反相輸入端和輸出端之間。所述的圖像傳感器還可以包括連接到第二開關(guān)的延遲單元。所述第一開關(guān)可以被配置為通過接收重置信號而導(dǎo)通，以及所述第二開關(guān)可以被配置為通過接收延遲重置信號而導(dǎo)通，該延遲重置信號通過對延遲單元中的重置信號進行延遲而獲得。所述第一開關(guān)和第二開關(guān)可以被配置為分別通過接收重置信號和延遲重置信號而導(dǎo)通，以及所述第二開關(guān)可以被配置為與第一開關(guān)相比導(dǎo)通更長時間段。所述第二電容器可以具有大于第一電容器的電容的電容。
所述圖像傳感器還可以包括被配置為將輸出端的輸出電壓轉(zhuǎn)換成為數(shù)字圖像信息的圖像控制単元。所述圖像控制單元可以包括計數(shù)器。所述圖像控制單元還可以包括連接在輸出端和計數(shù)器之間的比較器。一種圖像感測模塊可以包括具有多個單像素的像素陣列。單像素的每ー個可以包括電荷感測放大器中的ー個。所述單像素可以彼此異步地操作。根據(jù)示例實施例，一種圖像傳感器包括感測單元，以及被配置為放大由感測單元感測到的電荷的電荷感測放大器。所述電荷感測放大器可以包括連接到感測單元的反相輸入端、被配置為接收參考電壓的非反相輸入端、被配置為輸出通過放大反相輸入端和非反相輸入端之間的電壓差獲得的放大電壓的放大端、輸出端、連接在反相輸入端和放大端之間的第一電容器、連接在反相輸入端和放大端之間的第一開關(guān)、連接在放大端和輸出端之 間的第二電容器、以及連接在輸出端和反相輸入端之間的第二開關(guān)。所述感測単元可以包括光電導(dǎo)體、光電ニ極管、和光電倍增管中的ー個。所述圖像傳感器還可以包括連接到第二開關(guān)的延遲單元。所述延遲単元可以被配置為接收重置信號并輸出延遲重置信號。所述第二開關(guān)可以被配置為響應(yīng)于延遲重置信號而導(dǎo)通。所述第一開關(guān)可以被配置為響應(yīng)于重置信號而導(dǎo)通。所述第二開關(guān)可以被配置為響應(yīng)于延遲重置信號而導(dǎo)通的持續(xù)時間比第一開關(guān)被配置為響應(yīng)于重置信號導(dǎo)通的持續(xù)時間更長。所述第二電容器的電容可以大于第一電容器的電容。所述第一開關(guān)和第一電容器可以并聯(lián)連接在反相輸入端和放大端之間。所述圖像傳感器可以包括被配置為將輸出端的輸出電壓轉(zhuǎn)換成為數(shù)字圖像信息的圖像控制單元。根據(jù)示例實施例，ー種X射線圖像感測模塊被配置為使用直接光子計數(shù)模式并且包括電連接到X射線感測単元的至少ー個圖像感測芯片。所述至少ー個圖像感測芯片包括具有多個單像素的像素陣列。所述像素陣列的單像素的每ー個包括被配置為放大由X射線感測單元感測到的電荷的電荷感測放大器。所述電荷感測放大器包括輸入端、放大端、輸出端、連接在輸入端和放大端之間的第一電容器、連接在輸入端和放大端之間的第一開關(guān)、連接在放大端和輸出端之間的第二電容器、以及連接在輸出端和輸入端之間的第二開關(guān)。所述X射線圖像感測模塊還可以包括連接到第二開關(guān)的延遲單元。所述延遲単元可以被配置為接收重置信號并輸出延遲重置信號。所述第二開關(guān)可以被配置為響應(yīng)于延遲重置信號而導(dǎo)通。所述第一開關(guān)可以被配置為響應(yīng)于重置信號而導(dǎo)通。所述第二開關(guān)可以被配置為響應(yīng)于延遲重置信號而導(dǎo)通的持續(xù)時間比第一開關(guān)被配置為響應(yīng)于重置信號而導(dǎo)通的持續(xù)時間更長。所述第二電容器的電容可以大于第一電容器的電容。所述第一開關(guān)和第一電容器可以并聯(lián)連接在反相輸入端和放大端之間。所述X射線圖像感測模塊還可以包括被配置為將輸出端的輸出電壓轉(zhuǎn)換成為數(shù)字圖像信息的圖像控制単元。ー種X射線圖像處理裝置，可以包括定義圖像區(qū)域的機體，包圍所述圖像區(qū)域的多個如權(quán)利要求20所述的X射線圖像感測模塊，被配置為固定圖像區(qū)域中的目標(biāo)對象的支架単元，以及被配置為基于由所述多個X射線圖像感測模塊生成的數(shù)字圖像信息來生成目標(biāo)對象的圖像的圖像處理單元。根據(jù)示例實施例，一種電荷感測放大器可以包括包括放大端和至少ー個輸入端的放大單元、連接在至少ー個輸入端中的ー個和放大端之間的第一電容器、輸出端、連接在放大端和輸出端之間的第一開關(guān)、參考電壓端、以及連接在輸出端和參考電壓端之間的第二開關(guān)。 所述第一電容器和第一開關(guān)可以并聯(lián)連接在反相輸入端和放大輸入端之間。所述第二電容器的電容可以大于第一電容器的電容。延遲單元可以連接到第二開關(guān)。所述延遲単元可以被配置為接收具有第一脈沖寬度的重置信號并輸出用于導(dǎo)通第二開關(guān)的延遲重置信號。所述延遲重置信號可以具有比第·一脈沖寬度大的第二脈沖寬度。所述放大単元可以是包括反相輸入端和非反相輸入端的運算放大器(OP-AMP)。所述第一電容器可以連接在反相輸入端和放大端之間。所述第一開關(guān)可以連接在反相輸入端和放大端之間。所述參考電壓端可以連接到非反相輸入端，以及所述放大端可以被配置為基于反相輸入端和非反相輸入端之間的差值電壓輸出放大電壓。所述第一電容器和第一開關(guān)可以并聯(lián)連接在輸入端和放大輸入端之間。所述第二電容器的電容可以大于第一電容器的電容。延遲單元可以連接到第二開關(guān)。所述延遲単元可以被配置為接收具有第一脈沖寬度的重置信號并輸出用于導(dǎo)通第二開關(guān)的延遲重置信號。所述延遲重置信號可以具有比第一脈沖寬度大的第二脈沖寬度。所述電荷感測放大器還可以包括連接到輸出端并且被配置為將輸出端的輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信息的圖像控制単元。所述圖像控制單元可以包括被配置為基于計數(shù)輸出端的輸出電壓來生成數(shù)字圖像信息的計數(shù)器。所述電荷感測放大器可以包括連接在輸出端和圖像控制単元之間的比較器。比較器可以被配置為向圖像控制單元輸出比較結(jié)果并且所述比較結(jié)果可以基于比較輸出端的輸出電壓與閾值電壓。所述比較器可以包括反相端和非反相端。所述反相端可以連接到閾值電壓電源。所述非反相輸入端可以連接到輸出端。根據(jù)示例實施例，ー種像素可以包括連接到電荷感測放大器的感測單元。所述電荷感測放大器可以包括包含放大端和輸入端的放大單元。一種圖像感測模塊可以包括包含像素陣列的芯片和電連接到芯片的感測單元。所述芯片可以被配置為基于由感測單元生成的電流生成數(shù)字信息。


從以下結(jié)合附圖的非限定實施例的描述中這些和/或其他方面將變得清晰并更容易理解，其中遍及不同的附圖相似的參考標(biāo)號指示相同的部分。附圖不一定按比例，而是重點在于示出本發(fā)明構(gòu)思的原理。在附圖中圖1是根據(jù)示例實施例的圖像傳感器的電路圖；圖2是根據(jù)示例實施例的、操作圖1中示出的圖像傳感器的方法的流程圖3是示出當(dāng)執(zhí)行圖2中示出的方法時生成的重置信號、延遲重置信號、放大電壓、以及輸出電壓的波形的圖；圖4是根據(jù)示例實施例的、操作圖1中示出的圖像傳感器的方法的流程圖；圖5是圖4中示出的初始化操作的詳細流程圖；圖6是示出根據(jù)通用圖像傳感器的外部條件中的變化的、輸出電壓中的變化的圖；圖7是示出根據(jù)依照示例實施例的、相對于圖像傳感器的外部條件中的變化的、輸出電壓中的變化的圖； 圖8是根據(jù)示例實施例的圖像傳感器的電路圖；圖9是示出當(dāng)操作圖8中示出的圖像傳感器時生成的放大電壓、輸出電壓、脈沖電流、重置信號、以及延遲重置信號的波形的圖；圖10是根據(jù)示例實施例的圖像傳感器的電路圖；圖11是根據(jù)示例實施例的圖像感測模塊的剖視圖；圖12是沿圖11中示出的線XI1-XII ’的剖視圖；以及圖13是根據(jù)示例實施例的X射線成像裝置的示意性透視圖。圖14是與根據(jù)示例實施例的圖像傳感器中的延遲單元的非限制性示例對應(yīng)的電路圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考示出ー些示例實施例的附圖更完整地描述示例實施例。然而，示例實施例可以實現(xiàn)為許多不同的形式并且不應(yīng)該被看作局限于此處闡述的實施例；而是，提供這些示例實施例以使得本公開是徹底和完整的，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員完全地傳達發(fā)明構(gòu)思的示例實施例的范圍。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的厚度被放大。附圖中相似的參考數(shù)字表示相似的元件，并且從而會略去它們的描述。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)元件被稱為“連接”或“耦接”到另ー個元件吋，它可以直接“連接”或“耦接”到該另ー個元件，或者可以存在插入元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接連接”或“直接耦接”到另ー個元件時，不存在插入的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括相關(guān)列出的項中的ー個或多個的任意和所有組合。用于描述元件或?qū)又g的關(guān)系的其它詞語應(yīng)當(dāng)按照類似的方式來解釋(例如，“在…之間”對“直接在…之間”，“相鄰”對“直接相鄰”，“在...上”對“直接在...上”)。這里使用的術(shù)語僅用于描述特定實施例的目的，而不意欲限制示例實施例。這里使用的単數(shù)形式“一”、“ー個”和“該”意欲也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明顯指示。還應(yīng)該理解，這里使用的術(shù)語“包括”、“包括的”、“包含”和/或“包含的”指定所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或分量的存在，但是不排除ー個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、分量和/或它們的組合的存在或添加。此處參照作為示例實施例的理想化實施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的剖視圖描述示例實施例。因而，例如，作為制造エ藝和/或容差的結(jié)果而偏離例圖的形狀是可能發(fā)生的。從而，附圖中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的并且它們的形狀不g在示出設(shè)備的區(qū)域的實際形狀，并且不g在限制示例實施例的范圍。
如此處使用的，在元件列表之前的諸如“至少ー個”的表達修改整個元件列表而不修改該列表的單個元件。除非特別定義，否則這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有示例實施例所屬的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的含義。還應(yīng)當(dāng)理解，諸如在通常使用的詞典中定義的那些術(shù)語應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與相關(guān)領(lǐng)域的背景下的含義一致的含義，并且不應(yīng)當(dāng)在理想化或過度正式的意義上解釋，除非這里明確說明。圖1是根據(jù)示例實施例的圖像傳感器IOOa的電路圖。參照圖1，圖像傳感器IOOa可以包括感測單元110和電荷感測放大器200。感測單元110可以感測包括在光信號中的光子并且可以生成對應(yīng)于感測到的光子的脈沖電流1C。例如，在使用光子計數(shù)模式的圖像傳感器中，感測單元110可以是用于通過接收X射線生成電流的光電導(dǎo)體。然而，示例實施例不限于此。例如，在使用間接模式的圖像傳感器中，感測單元110可以是光電ニ極管并且可以包括閃爍器。可替換地，感測單元 110可以包括稱接到閃爍器的光電倍增管(photomultiplier)而不是光電導(dǎo)體或光電ニ極管。如果感測單元110是光電導(dǎo)體，則光電導(dǎo)體可以包含CdTe、a_Se、HgI2、GaAs或其組合。如果感測單元110是光電ニ極管，則光電ニ極管可以包含S1、GaAs或其組合。如果感測單元110包括閃爍器(scintillator),則閃爍器可以包括Csl。然而,示例實施例不限于此。電荷感測放大器200可以感測并放大由感測單元110感測到的電荷。更詳細地，電荷感測放大器200可以包括放大單元210，用于經(jīng)由輸入端IN接收通過感測單元110生成的脈沖電流I。、對脈沖電流I。進行放大、并經(jīng)由放大端A輸出放大電壓VA。此外，電荷感測放大器200還可以包括第一電容器Cl、第一開關(guān)SW1、第二電容器C2、第二開關(guān)SW2、以及延遲單元220。在電荷感測放大器200中，第一電容器Cl可以連接在輸入端IN和放大端A之間。第一電容器Cl可以存儲由感測單元110感測到的電荷。所存儲的電荷可以由放大單元210放大并且可以輸出為放大電壓vA。例如,第一電容器Cl可以具有小于大約10毫微微法拉(fF)的電容。在電荷感測放大器200中，第一開關(guān)SWl可以連接在輸入端IN和放大端A之間。第一開關(guān)SWl可以釋放存儲在第一電容器Cl中的電荷。更詳細地，可以通過接收重置信號R導(dǎo)通第一開關(guān)SWl，從而可以使輸入端IN和放大端A短路。因而，可以釋放存儲在第一電容器Cl中的電荷。當(dāng)未接收到重置信號R時可以關(guān)斷第一開關(guān)SW1。在電荷感測放大器200中，第二電容器C2可以連接在放大端A和輸出端OUT之間。第二電容器C2可以存儲對應(yīng)于由噪聲引起的放大端A的電壓變化的電荷，并且輸出端OUT的輸出電壓VOUT的變化可以減少。更詳細地，第二電容器C2可以存儲對應(yīng)于由當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)SWl關(guān)斷時生成的重置噪聲引起的放大端A的電壓變化的電荷。第二電容器C2可以具有大于第一電容器Cl的電容的電容。例如，第二電容器C2可以具有從大約IOfF到大約IOOfF范圍內(nèi)的電容。第二開關(guān)SW2可以連接在電荷感測放大器200中的輸出端OUT和參考電壓端Vkef之間。如果第二開關(guān)SW2導(dǎo)通，則輸出端OUT可以保持在從參考電壓端Vkef接收到的參考電壓。更詳細地，可以通過接收延遲重置信號R’導(dǎo)通第二開關(guān)SW2，從而輸出端OUT可以保持在參考電壓而不考慮當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)SWl關(guān)斷時生成的重置噪聲。當(dāng)未接收延遲重置信號R’時第二開關(guān)SW2可以關(guān)斷。延遲單元220可以連接到第二開關(guān)SW2。更詳細地，延遲單元220可以接收重置信號R并且可以生成井向第二開關(guān)SW2發(fā)送延遲重置信號R’。例如，如果重置信號R具有第一脈沖寬度，則延遲重置信號R’可以具有大于第一脈沖寬度的第二脈沖寬度。因此，與第ー開關(guān)SWl相比，第二開關(guān)SW2可以導(dǎo)通更長時間段。圖像傳感器IOOa可以包括用于控制圖像傳感器的操作的控制邏輯250。應(yīng)當(dāng)理解，控制邏輯250可以是硬件結(jié)構(gòu)，其被具體地配置為生成并發(fā)送重置信號R以導(dǎo)通第一開關(guān)SWl并且向延遲單元220發(fā)送重置信號R。例如，控制邏輯250可以是控制電路或微處理器，但是示例實施例不限于此。圖2是根據(jù)示例實施例的、操作圖1中示出的圖像傳感器IOOa的方法的流程圖。圖3是示出當(dāng)執(zhí)行圖2中示出的方法時生成的重置信號R、延遲重置信號R’、放大電壓\、 以及輸出電壓Votit的波形的圖。參照圖1到圖3，第一開關(guān)SWl和第二開關(guān)SW2分別響應(yīng)于重置信號R和延遲重置信號R’而導(dǎo)通(操作S2)。如果第一開關(guān)SWl導(dǎo)通，則可以釋放存儲在第一電容器Cl中的電荷。因此，放大電壓Va降低,從而輸出電壓Votjt也降低。同時,如果第二開關(guān)SW2導(dǎo)通,貝Ij輸出端OUT可以保持在參考電壓。如圖1、圖3和圖8-圖10所示，根據(jù)示例實施例，可以由控制器250和/或延遲單元220根據(jù)圖像傳感器的操作速度來調(diào)整重置信號R和延遲重置信號R’的持續(xù)時間。因而，重置信號R和延遲重置信號R’的持續(xù)時間可以從大約IOns到大約s的范圍，但是示例實施例不限于此。然后，第一開關(guān)SWl關(guān)斷(操作S3)。如果第一開關(guān)SWl關(guān)斷，則重置噪聲會生成。因為第二開關(guān)SW2保持在參考電壓，所以與由重置噪聲引起的放大端A的電壓變化對應(yīng)的電荷可以存儲在第二電容器C2中。之后，第二開關(guān)SW2關(guān)斷(操作S4)。因為對應(yīng)于由重置噪聲引起的放大端A的電壓變化的電荷存儲在第二電容器C2中，所以輸出端OUT的輸出電壓Vott的變化可以降低。如果執(zhí)行操作S2到操作S4，則可以重置存儲電荷的第一電容器Cl和第二電容器C2。然后，可以執(zhí)行操作SI。在操作SI中，感測單元110可以感測和放大電荷。可以從放大端A輸出放大電荷作為放大電壓VA。由于放大電壓VA,輸出端OUT的輸出電壓Vott升高?？梢杂杀容^器130比較輸出電壓Vqut與閾值電壓(參見圖10)，并且可以由圖像控制單元120的計數(shù)器計數(shù)(參見圖10)。下面將參照圖10描述該比較和計數(shù)操作。然后，只要循環(huán)沒有終止于操作S5，就可以在操作S2到S4中重置存儲在第一電容器Cl和第二電容器C2中的電荷，并且可以在操作SI中再次感測和放大電荷。雖然未在圖2中示出，但是在操作SI之前，可以執(zhí)行初始化操作I (參見圖4和圖5)。在這種情況下，操作S2到操作S4可以包括在初始化操作I中?，F(xiàn)在將參照圖4和圖5詳細描述初始化操作I。圖4是根據(jù)示例實施例的、操作圖1中示出的圖像傳感器IOOa的方法的流程圖。圖5是圖4中示出的初始化操作的詳細流程圖。
參照圖1和圖4，執(zhí)行供電操作P以向圖像傳感器IOOa供電。控制邏輯250可以被配置為控制從電源(未示出)提供給圖像傳感器IOOa的電量，但是示例實施例不限于此。然后，執(zhí)行初始化操作I。初始化操作I可以是用于重置可能保持在圖像傳感器IOOa的第一電容器Cl和第二電容器C2中的電荷的操作。在執(zhí)行初始化操作I之后，可以運行感測和放大循環(huán)(SAL)。感測和放大循環(huán)(SAL)可以包括圖2中示出的操作SI到操作S5。也就是說，在感測和放大循環(huán)(SAL)中，可以重復(fù)用于感測和放大電荷的操作SI，以及由操作SI引起的用于重置存儲在第一電容器Cl和第二電容器C2中的電荷的操作S2到S4。圖5詳細地示出初始化操作I。參照圖1和圖5，在執(zhí)行供電操作P之后，第一開關(guān)SWl和第二開關(guān)SW2導(dǎo)通(操作S2’)。如果第一開關(guān)SWl導(dǎo)通，則可以釋放可能保持在第一電容器Cl中的電荷。然后，第一開關(guān)SWl關(guān)斷(操作S3’)。如果第一開關(guān)SWl關(guān)斷，則重置噪聲會生成。因為第二開關(guān)SW2保持在參考電壓，所以對應(yīng)于由重置噪聲引起的放大端A的電壓變化的電荷可以存儲在第二電容器C2中。 之后，第二開關(guān)SW2關(guān)斷(操作S4’)。因為第二電容器C2存儲對應(yīng)于由重置噪聲引起的放大端A的電壓變化的電荷，所以輸出端OUT的輸出電壓VOUT的變化可以降低。操作S2’到操作S4’可以分別對應(yīng)于圖2中示出的操作S2到S4，并且包括在感測和放大循環(huán)(SAL)中。也就是說，示出在感測和放大循環(huán)(SAL)中用于釋放圖像傳感器IOOa的第一電容器Cl和第二電容器C2的電荷的操作S2到操作S4(參見圖2)也可以在供電操作P之后執(zhí)行的初始化操作I (參見圖4)中執(zhí)行。圖6是示出根據(jù)通用圖像傳感器的外部條件中的變化的、輸出電壓中的變化的圖。圖7是示出取決于根據(jù)示例實施例的圖像傳感器的外部條件中的變化的、輸出電壓中的變化的圖。參照圖6，在通用圖像傳感器中，根據(jù)外部條件中的變化(例如，過程、電壓、或溫度)，輸出電壓大大地改變(大約55mV)。輸出電壓中的變化會因為由放大器的増益引起的輸入補償電壓以及因為生成重置噪聲而發(fā)生。因為重置噪聲甚至被輸入到放大器的輸入端、被放大、并且影響輸出電壓，所以輸出電壓具有大的分布。如果輸出電壓不保持在參考電壓并且根據(jù)外部條件中的變化而改變，則傳感器可能無法準確地執(zhí)行感測操作從而圖像質(zhì)量可能退化。然而，在根據(jù)示例實施例的圖像傳感器中，如圖7所示，輸出電壓根據(jù)外部條件(例如，過程、電壓、或溫度)中的變化相對輕微地改變(大約3mV)。因此，不論外部條件中的變化如何，輸出電壓都可以保持在參考電壓從而可以獲得高質(zhì)量圖像。圖8是根據(jù)示例實施例的圖像傳感器IOOb的電路圖。圖像傳感器IOOb可以根據(jù)圖1中示出的圖像傳感器IOOa來修改。此處將不提供圖1和圖8的實施例的重復(fù)描述。參照圖8，放大單元210可以實現(xiàn)為運算放大器(OP-AMP)。在這種情況下，放大單元210的輸入端IN可以包括反相輸入端-和非反相輸入端+，并且放大單元210可以輸出通過放大反相輸入端-和非反相輸入端+之間的電壓差獲得的放大電壓\。放大單元210的反相輸入端-可以連接到感測單元110并且可以接收由感測單元110生成的脈沖電流Ic。第一電容器Cl可以連接在反相輸入端-和放大端A之間并且可以基于脈沖電流Ic來存儲電荷。第一開關(guān)SWl可以連接在反相輸入端-和放大端A之間，并且可以釋放存儲在第一電容器Cl中的電荷。放大單元210的非反相輸入端+可以連接到參考電壓端VREF。第二開關(guān)SW2可以連接在輸出端OUT和非反相輸入端+之間。因此，如果第二開關(guān)SW2導(dǎo)通，則輸出端OUT可以保持在參考電壓。圖9是示出當(dāng)操作圖8中示出的圖像傳感器IOOb時生成的放大電壓Va、輸出電壓Vott、脈沖電流I。、重置信號R、以及延遲重置信號R’。參照圖8和圖9，作為初始化操作I的結(jié)果，輸出電壓VOUT保持在參考電壓并且放大電壓\保持在通過將參考電壓與放大單元210的偏移電壓Voffset相加獲得的電壓。在那之后，如果感測單元110生成脈沖電流I。，則電荷被存儲在第一電容器Cl中并被放大，從而放大電壓Va和輸出電壓Votit增加(參見圖2中示出的操作SI)。然后，第一開關(guān)SWl和第二開關(guān)SW2導(dǎo)通(參見圖2中示出的操作S2)。如果第一開關(guān)SWl導(dǎo)通,貝U存儲在第一電容器Cl中的電荷被釋放,從而放大電壓Va和輸出電壓Vott 降低。在那之后，第一開關(guān)SWl關(guān)斷(參見圖2中示出的操作S3)，從而重置噪聲會生成。當(dāng)重置噪聲正在生成時，第二開關(guān)SW2經(jīng)由延遲單元220接收延遲重置信號R’從而被連續(xù)地導(dǎo)通。因此，輸出端OUT可以保持在參考電壓。此外，因為第二電容器C2連接在放大端A和輸出端OUT之間，所以即使當(dāng)放大電壓Va由于重置噪聲而改變時，對應(yīng)于放大電壓Va中的變化的電荷也可以存儲在第二電容器C2中。因此，可以防止輸出端OUT的輸出電壓VOUT由于第一開關(guān)SWl的開關(guān)操作而大大改變。圖10是根據(jù)示例實施例的圖像傳感器IOOc的電路圖。圖像傳感器IOOc可以根據(jù)圖8中示出的圖像傳感器IOOb來修改。此處將不提供圖8和圖10的實施例的重復(fù)描述。參照圖10，圖像傳感器IOOc還可以包括比較器130。圖像控制單元120可以將輸出端OUT的輸出電壓VOUT轉(zhuǎn)換成為數(shù)字圖像信息。在使用光子計數(shù)模式的圖像傳感器中，圖像控制単元120可以包括計數(shù)器，并且該計數(shù)器可以對基于由感測單元110感測到的電荷生成的輸出電壓VOUT進行計數(shù)，從而生成數(shù)字圖像信息?？蛇x地，圖像傳感器IOOc還可以包括連接在圖像控制単元120和輸出端OUT之間的比較器130。比較器130可以比較輸出端OUT的輸出電壓VOUT與閾值電壓，并且可以向圖像控制単元120發(fā)送比較結(jié)果。圖11是根據(jù)示例實施例的圖像感測模塊10的剖視圖。圖12是沿圖11中示出的線XI1-XII’的剖視圖。參照圖11和圖12，圖像感測模塊10可以是使用直接光子計數(shù)模式的X射線圖像感測模塊。直接光子計數(shù)模式可以是用于基于通過使用光電導(dǎo)體生成的電流來獲得圖像模式，并且光電導(dǎo)體可以通過接收X射線來直接生成電流。另ー方面，間接模式可以是用于基于通過使用閃爍器(scintillator)和諸如光電ニ極管的光電傳感器生成的電流來獲得圖像的模式。閃爍器可以通過接收X射線生成光子，而諸如光電ニ極管的光電傳感器可以通過接收光子生成電流。在直接光子計數(shù)模式中，圖像感測模塊10可以包括X射線感測単元110和圖像感測芯片170?？商鎿Q地，感測單元110可以包括耦接到閃爍器的光電倍增管而不是光電導(dǎo)體或光電ニ極管。X射線感測単元110可以通過接收X射線生成電流。X射線感測単元110可以經(jīng)由通路(via) V和襯墊P電連接到圖像感測芯片170。圖像感測芯片170可以基于由X射線感測単元110生成的電流生成數(shù)字圖像信息。圖像感測芯片170可以包括包含多個單像素PX的像素陣列PA。單像素PX中的每ー個可以包括圖1、圖8或圖10中示出的圖像傳感器100a、100b、或100c。應(yīng)當(dāng)注意，單像素PX中的每ー個包括電荷感測放大器200。在使用光子計數(shù)模式的X射線圖像感測模塊中，因為單像素PX彼此異步地操作，所以單像素PX中的每ー個都必須包括電荷感測放大器200，以便個別地處理單像素PX的圖像感測操作。圖像傳感器100a、100b、或100c可以通過僅使用簡單電路配置(圖1中示出的第二電容器C2、第二開關(guān)SW2、以及延遲單元220)來實現(xiàn)相關(guān)雙取樣(correlation double sampling,Q)S)。因此,個別地使用⑶S的單像素可以彼此異步地操作，從而可以獲得高質(zhì)量數(shù)字X射線圖像。圖13是根據(jù)示例實施例的X射線成像裝置300的示意性透視圖。參照圖13，X射線成像裝置300可以包括圖像區(qū)域310、多個X射線圖像感測模塊10、以及圖像處理單元330。圖像區(qū)域310是用于容納目標(biāo)對象的區(qū)域，并且被提供以獲得目標(biāo)對象的圖像?？梢酝ㄟ^X射線成像裝置300的機體B定義圖像區(qū)域310。支架單元320可以包括在圖像區(qū)域310中以固定目標(biāo)對象。X射線圖像感測模塊10的每ー個可以接收發(fā)射穿過目標(biāo)對象的X射線并且可以將X射線轉(zhuǎn)換成為數(shù)字圖像信息。X射線圖像感測模塊10的每ー個可以是圖11中示出的圖像感測模塊10，從而此處將不提供X射線圖像感測模塊10的重復(fù)描述。圖像處理單元330可以基于由X射線圖像感測模塊10生成的數(shù)字圖像信息來生成目標(biāo)對象的圖像。如上所述，根據(jù)示例實施例的圖像傳感器可以抵抗(和/或基本上抵抗)外部條件和內(nèi)部電路的各種類型的噪聲。因此，可以獲得高質(zhì)量圖像。圖像傳感器可以通過僅使用簡單電路配置來實現(xiàn)⑶S。因此，彼此異步地操作的單像素可以個別地使用CDS，從而可以獲得高質(zhì)量數(shù)字X射線圖像。雖然已經(jīng)參照圖11-圖13描述根據(jù)示例實施例的X射線圖像感測模塊，但是示例實施例不限于此。根據(jù)示例實施例的圖像傳感器可以應(yīng)用于被配置為檢測除X射線之外的電磁光譜的其他部分(例如，可見光、紅外線，等)的輻射傳感器和/或醫(yī)學(xué)成像儀器。圖14是與根據(jù)示例實施例的圖像傳感器中的延遲單元的非限制性示例對應(yīng)的電路圖。參照圖14，圖像傳感器的延遲單元220可以在部分C中包括兩個PMOS晶體管和ー個NMOS晶體管，并且如部分B所示的反相器可以添加到延遲單元。參照圖14中的延遲単元的部分C，可以控制施加于上部PMOS晶體管的偏壓Vbias以使得電流I可以增加或減少，從而調(diào)整延遲時間。雖然圖14示出延遲的ー個示例，但是根據(jù)示例實施例的圖像傳感器不局限于圖14中示出的延遲單元。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚其他延遲單元配置可以充分發(fā)揮作用并且可以替代到根據(jù)示例實施例的圖像傳感器中。盡管已經(jīng)具體示出并描述了ー些示例實施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由以下權(quán)利要求書的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出形式和細節(jié)上的變化。一些示例實施例內(nèi)的特征或方面的描述應(yīng)當(dāng)通常被認為是可以用在其它實施例中其它相似的特征或方面 。
權(quán)利要求
1.一種圖像感測裝置，包括感測單元，以及連接到該感測單元的電荷感測放大器，其中所述電荷感測放大器被配置為從該感測單元接收信號并放大該信號，其中所述電荷感測放大器包括輸入端和輸出端，其中第一電容器和第二電容器電連接在所述輸入端和輸出端之間，其中第一開關(guān)電連接在所述輸入端和輸出端之間。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，其中所述電荷感測放大器還包括放大端；以及連接在所述輸出端和參考電壓端之間的第二開關(guān)，以及其中所述第一電容器電連接在所述輸入端和放大端之間，所述第二電容器電連接在所述放大端和輸出端之間，以及所述第一開關(guān)電連接在所述輸入端和放大端之間。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像感測裝置，其中所述電荷感測放大器的輸入端包括反相輸入端和非反相輸入端，以及所述放大端被配置為輸出對通過對反相輸入端和非反相輸入端之間的電壓差進行放大獲得的放大電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像感測裝置，其中所述反相輸入端連接到所述感測單元，以及所述非反相輸入端連接到所述參考電壓端。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像感測裝置，其中所述第一電容器和第一開關(guān)連接在所述反相輸入端和放大端之間，以及所述第二開關(guān)連接在所述非反相輸入端和輸出端之間。
6.如權(quán)利要求2所述的圖像感測裝置，還包括延遲單元，其連接到第二開關(guān)，以及其中所述第一開關(guān)被配置為在接收重置信號之后導(dǎo)通，并且所述第二開關(guān)被配置為在從所述延遲單元接收到延遲的重置信號之后導(dǎo)通，所述延遲的重置信號從對重置信號進行延遲的延遲單元獲得。
7.如權(quán)利要求2所述的圖像感測裝置，其中所述第一開關(guān)和第二開關(guān)被配置為分別通過接收重置信號和延遲的重置信號來導(dǎo)通，以及所述第二開關(guān)被配置為與第一開關(guān)相比導(dǎo)通更長時間段。
8.如權(quán)利要求2所述的圖像感測裝置，其中所述第二電容器的電容大于第一電容器的電容。
9.如權(quán)利要求1所述的圖像感測裝置，還包括圖像控制單元，被配置為將輸出端的輸出電壓轉(zhuǎn)換成為數(shù)字圖像信息。
10.如權(quán)利要求9所述的圖像感測裝置，其中所述圖像控制單元包括計算器，其中所述圖像控制單元還包括連接在所述電荷感測放大器的輸出端和所述計算器之間的比較器。
11.一種X射線圖像感測模塊，包括X射線感測單元，以及連接到該X射線感測單元的至少一個圖像感測單元，其中所述至少一個圖像感測單元中的每一個包括感測單元和電連接到該感測單元的電荷感測放大器，其中所述電荷感測放大器包括輸入端和輸出端，其中第一電容器和第二電容器連接在所述輸入端和輸出端之間，其中第一開關(guān)連接在所述輸入端和輸出端之間。
12.如權(quán)利要求11所述的X射線圖像感測模塊，其中所述電荷感測放大器還包括放大端；以及連接在所述輸出端和參考電壓端之間的第二開關(guān)，以及其中所述第一電容器電連接在所述輸入端和放大端之間，所述第二電容器電連接在所述放大端和輸出端之間，以及所述第一開關(guān)電連接在所述輸入端和放大端之間。
13.如權(quán)利要求12所述的X射線圖像感測模塊，還包括延遲單元，連接到第二開關(guān)，其中所述延遲單元被配置為接收重置信號并輸出延遲的重置信號，所述第二開關(guān)被配置為響應(yīng)于延遲的重置信號而導(dǎo)通，所述第一開關(guān)被配置為響應(yīng)于重置信號而導(dǎo)通，以及所述第二開關(guān)被配置為響應(yīng)于延遲的重置信號而導(dǎo)通，與被配置為響應(yīng)于重置信號導(dǎo)通的第一開關(guān)相比其導(dǎo)通更長時間段。
14.如權(quán)利要求12所述的X射線圖像感測模塊，其中所述第二電容器的電容大于第一電容器的電容。
15.如權(quán)利要求12所述的X射線圖像感測模塊，其中所述第一開關(guān)和第一電容器并聯(lián)連接在反相輸入端和放大端之間。
16.如權(quán)利要求12所述的X射線圖像感測模塊，還包括圖像控制單元，被配置為將輸出端的輸出電壓轉(zhuǎn)換成為數(shù)字圖像信息。
17.如權(quán)利要求12所述的X射線圖像感測模塊，其中所述X射線感測單元通過通路和襯墊電連接到所述圖像感測芯片。
18.一種用于圖像感測設(shè)備的電荷感測放大器，所述電荷感測放大器包括放大單元、至少一個輸入端和至少一個輸出端，其中第一電容器和第二電容器電連接在所述至少一個輸入端的第一輸入端和所述至少一個輸出端的第一輸出端之間，并且其中第一開關(guān)電連接在第一輸入端和第一輸出端之間。
19.如權(quán)利要求18所述的電荷感測放大器，還包括所述放大單元包括放大端；以及連接在輸出端和參考電壓端之間的第二開關(guān)，并且其中所述第一電容器電連接在所述至少一個輸入端中的一個輸入端和放大端之間，所述第二電容器電連接在放大端和輸出端之間，并且所述第一開關(guān)電連接在所述至少一個輸入端中的一個輸入端和放大端之間。
20.如權(quán)利要求19所述的電荷感測放大器，其中所述第一電容器和第一開關(guān)并聯(lián)連接在反相輸入端和放大輸入端之間。
21.如權(quán)利要求20所述的電荷感測放大器，其中所述第二電容器的電容大于第一電容器的電容。
22.如權(quán)利要求21所述的電荷感測放大器，還包括連接到第二開關(guān)的延遲單元，其中所述延遲單元被配置為接收具有第一脈沖寬度的重置信號并輸出用于導(dǎo)通第二開關(guān)的延遲的重置信號，所述延遲的重置信號具有大于第一脈沖寬度的第二脈沖寬度。
23.如權(quán)利要求22所述的電荷感測放大器，其中所述放大單元是包括反相輸入端和非反相輸入端的運算放大器(OP-AMP)，所述第一電容器連接在所述反相輸入端和放大端之間，所述第一開關(guān)連接在所述反相輸入端和放大端之間，所述參考電壓端連接到所述非反相輸入端，以及所述放大端被配置為基于反相輸入端和非反相輸入端處的電壓之間的差值來輸出放大電壓。
24.如權(quán)利要求19所述的電荷感測放大器，還包括連接到輸出端的圖像控制單元，其中所述圖像控制單元被配置為將輸出端的輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信息。
25.如權(quán)利要求24所述的電荷感測放大器，其中所述圖像控制單元包括被配置為根據(jù)計算輸出端的輸出電壓來生成數(shù)字圖像信息的計算器。
全文摘要
根據(jù)示例實施例，一種圖像傳感器包括被配置為放大由感測單元感測到的電荷的電荷感測放大器。所述電荷感測放大器包括輸入端、放大端、輸出端、連接在輸入端和放大端之間的第一電容器、連接在輸入端和放大端之間的第一開關(guān)、連接在放大端和輸出端之間的第二電容器、以及連接在輸出端和參考電壓端之間的第二開關(guān)。
文檔編號H01L27/146GK103022066SQ20121034957
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者韓相旭, 金賢植, 曹圭亨, 金昌楨, 樸宰徹, 成映勛, 金暎, 梁峻赫 申請人:三星電子株式會社, 韓國科學(xué)技術(shù)院