專利名稱：放射線圖像攝取裝置和方法,以及放射線圖像攝取系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放射線圖像攝取裝置和用于攝取入射的放射線的圖像的方法，以及涉及放射線圖像攝取系統(tǒng)，并被應(yīng)用于醫(yī)療圖像診斷設(shè)備、非破壞性檢查設(shè)備以及使用放射線的分析儀。注意，在本說明書中，假定電磁波例如可見光、X射線、α射線、β射線、γ射線等等也包括在放射線中。
背景技術(shù)：
利用薄膜晶體管(TFT)的液晶板制造技術(shù)近期的進展，以及在各領(lǐng)域中(例如醫(yī)用X射線圖像攝取裝置領(lǐng)域)具有半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換元件的區(qū)域服務(wù)器(area server)的使用，使得能夠增加醫(yī)用放射線圖像攝取裝置的表面積并使其實現(xiàn)數(shù)字化。醫(yī)用放射線圖像攝取裝置和液晶板等不同，其具有這樣的特征微小的信號被數(shù)字化以輸出相應(yīng)的圖像，因而可以即時拍攝放射線的圖像，以便立刻在顯示裝置上顯示拍攝的圖像?，F(xiàn)在，關(guān)于這種放射線圖像攝取裝置，一種用于靜止圖像拍攝的裝置已經(jīng)投放市場。
圖11是示意地表示一種常規(guī)的放射線圖像攝取裝置的一個例子的示意平面圖，圖12是圖11所示的常規(guī)的放射線圖像攝取裝置的等效電路圖，圖13是圖11所示的常規(guī)的放射線圖像攝取裝置中的一個像素和信號讀取電路的等效電路圖(例如參見JP 8-116044A)。下面將說明拍攝作為放射線的X射線的圖像的情況。
如圖11所示，常規(guī)的放射線圖像攝取裝置包括傳感器基板101，其中排列有多個像素，每個像素具有光電轉(zhuǎn)換功能；用于掃描這些像素的掃描電路102；用于輸出來自像素的信號的信號輸出電路103；用于使傳感器基板101和掃描電路102相互連接的IC 104；以及用于使傳感器基板101和信號輸出電路103相互連接的IC 105。
如圖12所示，在傳感器基板101中多個像素106呈矩陣形式布置。注意，為方便起見，在圖12中的像素區(qū)域示出了3×4個像素，實際上，其中布置有大量的像素，例如1000×2000個像素。此外，類似地，為方便起見，此處省略了掃描電路的IC的圖示。
如圖12和13所示，每個像素106包括作為半導(dǎo)體元件的、用于把入射的X射線轉(zhuǎn)換成電荷的光電轉(zhuǎn)換元件111和作為開關(guān)元件的、用于讀出所得到的電荷的薄膜晶體管(TFT)112。
在每個像素106中，光電轉(zhuǎn)換元件111通過對所有像素共用的偏置線110與信號輸出電路103相連，因而從信號輸出電路103對光電轉(zhuǎn)換元件111施加恒定的偏壓。此外，在每個像素106中，TFT 112的柵極通過IC 104(未示出)以及柵極線113與掃描電路102相連，柵極線113為矩陣中的每行所共用。因而，掃描電路102控制TFT 112的操作(導(dǎo)通/截止)。此外，在每個像素106中，TFT 112的源極或漏極經(jīng)由信號讀取配線(信號線)114通過IC 105與信號輸出電路103相連，信號線114為矩陣中的每列共用。
如圖12和13所示，IC 105包括作為信號讀取電路的放大器115。放大器115的一個輸入端子與信號線114相連，其另一個輸入端子與電源116相連。而且，具有電容器Cf1，Cf2，Cf3的增益轉(zhuǎn)換電路117與放大器115相連，因而通過電容器Cf1，Cf2，Cf3的組合可以把放大器115的一個增益轉(zhuǎn)換為另一個增益。
其中，如圖13所示，光電轉(zhuǎn)換元件111的電容由C1表示，信號線114的寄生電容由C2表示，放大器115的電容由Cf表示。施加于對象用于曝光的X射線當其透過對象時被衰減，從而通過熒光體層(波長轉(zhuǎn)換元件)(未示出)進行波長轉(zhuǎn)換而成為可見光。然后使所得到的可見光入射到光電轉(zhuǎn)換元件111上，從而被轉(zhuǎn)換成電荷Q。
接著，在TFT 112導(dǎo)通時，放大器115的增益被設(shè)置為1/Cf倍。結(jié)果，輸出電壓由Vout＝-Q/Cf表示，然后把這個電壓信號從信號輸出電路103讀出到外部。在完成讀出電壓信號Vout的操作之后，由于共用的偏壓線110的電位改變，使得在光電轉(zhuǎn)換元件111中產(chǎn)生的但被保持未轉(zhuǎn)移的電荷被除去。
不過，上述的常規(guī)的放射線圖像拍攝裝置主要是旨在拍攝靜止圖像，因而靈敏度(S/N比)被固定為常數(shù)。因而，根據(jù)拍攝的方式不同，S/N比可能變得不夠。即，常規(guī)的放射線圖像攝取裝置涉及這樣的問題例如在進行靜止圖像拍攝和運動圖像拍攝時，對于在不同的對象之間X射線的衰減的差異或者對于X射線曝光劑量的大的差異具有較小的容限。

發(fā)明內(nèi)容
由上述可見，作出本發(fā)明是為了解決上述問題，因此，本發(fā)明的目的在于提供一種廉價且高性能的放射線圖像攝取裝置和放射線圖像攝取方法，以及一種廉價且高性能的放射線圖像攝取系統(tǒng)，它們能夠按照圖像拍攝的情況和對象自由地從一個靈敏度轉(zhuǎn)換到另一個靈敏度，以便靈活地應(yīng)對這些情況，即，例如能夠進行靜止圖像拍攝和運動圖像拍攝，這些拍攝方式在放射線曝光的劑量方面具有顯著的差別，并且所需的靈敏度也有差別，以便滿足所述要求。
本發(fā)明的放射線圖像攝取裝置包括呈矩陣形式設(shè)置的多個像素，每個像素包括至少一個用于把入射的放射線轉(zhuǎn)換成電荷的光電轉(zhuǎn)換元件；以及用于輸出來自像素的信號的信號輸出電路，其中對于每個像素提供有多條信號讀取配線，所述像素和信號輸出電路通過所述信號讀取配線相互連接。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取裝置的另一個方面中，所述光電轉(zhuǎn)換元件包括波長轉(zhuǎn)換元件，用于對入射的放射線進行波長轉(zhuǎn)換。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取裝置的又一個方面中，每個像素包括與信號讀取配線相連的半導(dǎo)體元件，所述信號讀取配線的任何之一可以根據(jù)半導(dǎo)體元件的激勵被自由地選擇。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取裝置的再一個方面中，所述半導(dǎo)體元件的至少一個是源極跟隨器。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取裝置的另一個方面中，對每一信號讀取配線提供信號讀取電路，用于讀出來自像素的信號。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取裝置的另一個方面中，提供為信號讀取配線共用的、用于讀出來自像素的信號的信號讀取電路。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取裝置的另一個方面中，提供兩個信號讀取電路。
本發(fā)明的放射線圖像攝取方法包括使用一種裝置，所述裝置包括呈矩陣形式設(shè)置的多個像素，每個像素包括至少一個用于把入射的放射線轉(zhuǎn)換成電荷的光電轉(zhuǎn)換元件；以及用于輸出來自像素的信號的信號輸出電路，其中按照要使用的拍攝方式選擇多條信號讀取配線中任何之一，所述多條信號讀取配線是對每個像素提供的，并且通過所述多條信號讀取配線相應(yīng)的像素與所述信號輸出電路彼此相連。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取方法的另一個方面中，光電轉(zhuǎn)換元件對入射的放射線進行波長轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換成電荷。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取方法的又一個方面中，按照放射線的劑量的大小選擇多條信號讀取配線中的任何之一。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取方法的再一個方面中，每個像素包括和該多條信號讀取配線相連的半導(dǎo)體元件，至少一個所述半導(dǎo)體元件是源極跟隨器，并且當在涉及低劑量放射線的拍攝方式的情況下時，選擇具有源極跟隨器的信號讀取配線。
本發(fā)明的放射線圖像攝取系統(tǒng)包括放射線圖像攝取裝置；用于提供放射線的放射線產(chǎn)生裝置；選擇裝置，用于按照放射線劑量的大小選擇放射線圖像攝取裝置中的多條信號讀取配線中的任何之一；以及控制裝置，用于控制放射線產(chǎn)生裝置進行的放射線應(yīng)用，以及根據(jù)所述選擇裝置的選擇來控制放射線圖像攝取裝置的驅(qū)動。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取系統(tǒng)的另一個方面中，還提供拍攝開關(guān)，利用該開關(guān)，根據(jù)操作者的輸入可以自由地選擇多條信號讀取配線中任何之一，并且所述選擇裝置根據(jù)由所述拍攝開關(guān)進行的輸入來選擇信號讀取配線中任何之一。
在本發(fā)明的放射線圖像攝取系統(tǒng)的又一個方面中，所述拍攝開關(guān)適用于通過對應(yīng)于信號讀取配線的數(shù)量的多個行程被接通，各個行程以升序?qū)?yīng)于放射線劑量的增加。
考慮到常規(guī)的放射線圖像攝取裝置主要用于拍攝靜止圖像因而靈敏度(S/N比)被固定為常數(shù)的事實，本發(fā)明的發(fā)明人認真地進行了研究，以便根據(jù)拍攝方式(例如靜止圖像拍攝和運動圖像拍攝)擴展靈敏度。結(jié)果，本發(fā)明人偶然發(fā)現(xiàn)了這樣一種裝置對于每個像素分配多條信號讀取配線(信號配線)，并分別對所述信號配線提供對應(yīng)于拍攝方式的信號讀取電路等，以使得能夠自由地選擇所述信號配線中任何之一。
更具體地說，例如，對每個像素分配兩條信號配線，一條信號配線用于靜止圖像拍攝。靜止圖像拍攝相應(yīng)于涉及高劑量放射線曝光的拍攝方式，因而所需的靈敏度比較低。因而，采用了這樣一種結(jié)構(gòu)在像素內(nèi)不進行電荷放大，而在例如和相關(guān)的信號線相連的信號讀取電路內(nèi)進行電荷放大。另一方面，另一條信號配線用于運動圖像拍攝。運動圖像拍攝相應(yīng)于涉及低劑量放射線曝光的圖像拍攝方式，因而所需的靈敏度比較高。因而，采用這樣一種結(jié)構(gòu)在像素內(nèi)進行電荷放大，以抑制任何噪聲的產(chǎn)生。
按照本發(fā)明，實現(xiàn)了一種廉價且高性能的放射線圖像攝取裝置和放射線圖像攝取系統(tǒng)，它們能夠按照圖像拍攝的情況和對象自由地從一個靈敏度轉(zhuǎn)換為另一個靈敏度，從而靈活地應(yīng)對上述情況和對象，即，例如能夠進行靜止圖像拍攝和運動圖像拍攝兩種拍攝，這兩種拍攝方式在放射線曝光的劑量方面是顯著不同的，并且所要求的靈敏度也不同，以便滿足所述要求。
從下面結(jié)合附圖進行的說明可以清楚地看出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，在附圖中相同的附圖標記表示相同或相似的部件。


被包括在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖和說明書一起說明本發(fā)明的實施例，用于說明本發(fā)明的原理。
圖1是一個示意的平面圖，示意地表示按照本發(fā)明第一實施例的放射線圖像攝取裝置的一個例子；圖2是按照本發(fā)明第一實施例的放射線圖像攝取裝置的等效電路圖；圖3是在按照本發(fā)明第一實施例的放射線圖像攝取裝置中的一個像素和信號讀取電路的等效電路圖；圖4是在按照本發(fā)明第一實施例的放射線圖像攝取裝置中的光電轉(zhuǎn)換元件和TFT的示意截面圖；圖5是一個示意的平面圖，示意地表示按照本發(fā)明第一實施例的放射線圖像攝取裝置的一種改型；圖6是按照本發(fā)明第二實施例的放射線圖像攝取裝置的等效電路圖；圖7是在按照本發(fā)明第二實施例的放射線圖像攝取裝置中的一個像素和信號讀取電路的等效電路圖；圖8是示意地表示按照本發(fā)明第三實施例的放射線圖像攝取系統(tǒng)的一個例子的示意圖；圖9是表示按照本發(fā)明第三實施例的放射線圖像攝取系統(tǒng)的操作的流程圖；圖10是表示使用按照本發(fā)明第三實施例的放射線圖像攝取系統(tǒng)進行的圖像攝取操作的定時圖；圖11示意地表示按照現(xiàn)有技術(shù)的放射線圖像攝取裝置的一個例子的示意平面圖；圖12是按照現(xiàn)有技術(shù)的放射線圖像攝取裝置的等效電路圖；以及圖13是按照現(xiàn)有技術(shù)的放射線圖像攝取裝置中的一個像素和信號讀取電路的等效電路圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。其中將說明使用X射線作為放射線來拍攝對象的照片的情況。
第一實施例首先說明本發(fā)明的第一實施例。
圖1是一個示意的平面圖，示意地表示按照本發(fā)明第一實施例的放射線圖像攝取裝置的一個例子，圖2是按照本發(fā)明第一實施例的放射線圖像攝取裝置的等效電路圖，圖3是在按照本發(fā)明第一實施例的放射線圖像攝取裝置中的一個像素和信號讀取電路的等效電路圖。
如圖1所示，放射線圖像攝取裝置包括傳感器基板1，其中設(shè)置有多個像素，每個像素具有光電轉(zhuǎn)換功能；用于掃描像素的掃描電路2；用于輸出來自各個像素的信號的信號輸出電路3；用于使傳感器基板1與掃描電路2相互連接的IC 4；以及用于使傳感器基板1與信號輸出電路3相互連接的IC 5。
如圖2所示，多個像素6呈矩陣形式被設(shè)置在傳感器基板1上。注意，雖然為方便起見在圖2中的像素區(qū)域示出了3×3個像素，實際上，設(shè)置有大量的像素，例如1000×2000個像素。此外，同樣，為方便起見，這里省略了掃描電路的IC的圖示。
在本實施例中，如圖2和圖3所示，每個像素6包括作為用于把入射的X射線轉(zhuǎn)換成電荷的半導(dǎo)體元件的光電轉(zhuǎn)換元件11，以及用于讀出所得到的電荷的半導(dǎo)體元件(開關(guān)元件)。開關(guān)元件包括作為源極跟隨器的薄膜晶體管(TFT)21和TFT 22，它們被設(shè)置成使得可被自由地選擇。
在每個像素6中，光電轉(zhuǎn)換元件11通過為所有像素共用的偏置線12與信號輸出電路3相連。因而，恒定的偏壓從信號輸出電路3施加到光電轉(zhuǎn)換元件11。此外，為每個像素6提供有為矩陣的每行所共用的兩條柵極線13a，13b。在此，TFT 21的柵極通過柵極線13a以及相應(yīng)的一個IC 4(未示出)連接到掃描電路2，TFT 23的柵極通過柵極線13b以及相應(yīng)的一個IC 4(未示出)連接到掃描電路2。因而，掃描電路2控制TFT 21和23(22)的操作(導(dǎo)通/截止)。此外，對每個像素6提供有為矩陣中的每列所共用的信號讀取配線(信號線)14a和14b。在此，TFT 21的源極或漏極通過信號線14a以及相應(yīng)的一個IC 5連接到信號輸出電路3，TFT 22的源極或漏極通過信號線14b以及相應(yīng)的一個IC 5連接到信號輸出電路3。因而，在每個像素6中，信號線14a和14b中任何之一在從其讀出信號時能夠被自由地選擇。
如圖2和3所示，每個IC 5包括構(gòu)成信號讀取電路的放大器15a和TFT 24、TFT 25，以及構(gòu)成信號讀取電路的放大器(運算放大器)15b和TFT 26、TFT 27。放大器15a以及TFT 24、25與信號線14a相連，放大器15b以及TFT 26、27與信號線14b相連。在此，放大器15a的一個輸入端子與信號線14a相連，其另一個輸入端子與電源16相連。而且，包括電容器Cf1，Cf2，Cf3的增益轉(zhuǎn)換電路17與放大器15a相連，因而通過電容器Cf1，Cf2，Cf3的組合，放大器15a可從一個增益被轉(zhuǎn)換成另一個增益。此外，TFT 28與放大器15a的輸出端子相連，TFT 29與放大器15b的輸出端子相連，因而可輸出信號。
圖4是放射線圖像攝取裝置中光電轉(zhuǎn)換元件11和TFT 21的示意截面圖。
光電轉(zhuǎn)換元件11和TFT 21的結(jié)構(gòu)如下。
下面首先說明TFT 21。
在襯底201上形成電極層202的圖案，其成為柵極，并在襯底201上淀積絕緣層203，從而覆蓋電極層202。在絕緣層203上形成由硅等等制成的半導(dǎo)體層204的圖案。以高的濃度將雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體層204的兩側(cè)部，從而形成一對雜質(zhì)擴散層205和206，它們成為源極和漏極。成為源極和漏極的電極層207和208的圖案按使得它們分別被連接到雜質(zhì)擴散層205和206的方式形成圖案，從而構(gòu)成TFT 21。
下面接著說明光電轉(zhuǎn)換元件11的結(jié)構(gòu)。
在包括電極層202，207和208的上表面的整個表面上淀積絕緣層209。在絕緣層209上形成由硅等等制成的半導(dǎo)體層210的圖案，以使得和TFT 21相鄰。成為高濃度的n型雜質(zhì)區(qū)域的n+型半導(dǎo)體層211被形成在半導(dǎo)體層210的表面層中。在n+型半導(dǎo)體層211上形成偏置線12的圖案。在n+型半導(dǎo)體層211上形成電極層212的圖案，包括偏置線12的上表面，以使得與偏置線12相連。此外，在包括電極層212和TFT 21側(cè)上的絕緣層209的整個表面上淀積鈍化層213。此外，形成具有平坦的表面的粘合劑層214，以使得覆蓋鈍化層213，并在粘合劑層214上形成作為波長轉(zhuǎn)換元件的熒光體層215，由此構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件11。注意，在鈍化層213和粘合劑層214之間可以形成由PI等等制成的有機鈍化層。
在此，考慮在本實施例的放射線圖像攝取裝置中產(chǎn)生的噪聲。
在像素6內(nèi)不進行電荷放大時產(chǎn)生的噪聲與KTC1噪聲、信號線14a的電阻噪聲、信號線14a的寄生電容噪聲以及放大器15a(包括增益轉(zhuǎn)換電路17)的噪聲有關(guān)。另一方面，使用TFT 22作為源極跟隨器電路在像素6內(nèi)進行電荷放大時產(chǎn)生的噪聲與KTC1噪聲以及源極跟隨器電路的噪聲有關(guān)。此時，源極跟隨器電路的噪聲的電平是非常低的。即，和在像素6內(nèi)不進行電荷放大時相比，使用源極跟隨器電路在像素6內(nèi)進行電荷放大時獲得較高的靈敏度(S/N比)。
因而，在本實施例的放射線圖像攝取裝置中，按照每種拍攝方式所需的靈敏度，信號線被從一條轉(zhuǎn)換到另一條，以便拍攝X射線照片。即，在讀出信號時，信號線14a和14b中任何之一在每個像素6中是可以自由選擇的。選擇信號線14a用于涉及高劑量的X射線曝光的拍攝方式，例如靜止圖像拍攝或人體的非破壞性檢查，在像素內(nèi)不進行電荷放大。另一方面，選擇信號線14b用于涉及低劑量的X射線曝光的拍攝方式，例如人體運動圖像拍攝，使用源極跟隨器電路在像素6內(nèi)進行電荷放大。
下面說明當選擇每條信號線時使用的特定拍攝方法。
(1)涉及高劑量的X射線曝光的拍攝方式，例如靜止圖像拍攝或非破壞性檢查在這種情況下，信號線14a按照下面將要說明的方式被選擇，并且在像素6內(nèi)不進行電荷放大，像素6的輸出信號通過信號線14a被讀出。在此，光電轉(zhuǎn)換元件11的電容用C1表示，信號線14a的寄生電容用C2表示，由放大器15a的電容器Cf1，Cf2，Cf3的電容確定的電容用Cf表示。
首先，被提供在信號線14b側(cè)上的TFT 23，26，27和29都被截止。
施加于對象用于曝光的X射線當其透過對象時被衰減，以便被圖4所示的作為波長轉(zhuǎn)換元件的熒光體層215進行波長轉(zhuǎn)換而成為可見光。然后使所得到的可見光入射到光電轉(zhuǎn)換元件11上以被轉(zhuǎn)換成電荷Q。
接著，與信號線14a相連的TFT 21和25都被導(dǎo)通，以便把放大器15a的增益設(shè)置為1/Cf倍。結(jié)果，輸出電壓Vout由Vout＝-Q/Cf表示。然后，使被提供在信號線14a側(cè)上的TFT 28導(dǎo)通，由此從信號輸出電路3把該輸出信號讀出到外部。在輸出信號被讀出之后，與信號線14a相連的TFT 24導(dǎo)通，以便除去仍然保留在光電轉(zhuǎn)換元件11中的電荷。在此，在放大器15a中，通過電容器Cf1到Cf3的組合可以把一個增益轉(zhuǎn)換為另一個增益。
(2)涉及低劑量X射線曝光的拍攝方式，例如人體運動圖像拍攝在這種情況下，按照下面即將說明的方式選擇信號線14b，并在像素6內(nèi)進行電荷放大，以便通過信號線14b讀出像素6的輸出信號。在此，作為源極跟隨器電路的TFT 22的閾電壓用Vth表示。
首先，被提供在信號線14a側(cè)上的TFT 21，24，25和28都被截止，而使與信號線14a相連的TFT 23導(dǎo)通。
和靜止圖像拍攝的情況類似，施加于對象用于曝光的X射線當其透過對象時被衰減，以便被圖4所示的作為波長轉(zhuǎn)換元件的熒光體層215進行波長轉(zhuǎn)換而成為可見光。然后使所得到的可見光入射到光電轉(zhuǎn)換元件11上而被轉(zhuǎn)換成電荷。所得到的電荷引起在TFT 22的柵極上的、與入射到光電轉(zhuǎn)換元件11的光量相應(yīng)的電位波動Vin。在TFT22導(dǎo)通后，由于這個電位波動Vin而使點C的電位成為(Vin-Vth)。在這種情況下，例如，如果閾電壓Vth充分小，則在點C獲得的信號變成為基本上等于電壓信號Vin的電壓信號。
被提供在信號線14b側(cè)上的TFT 27和29都被導(dǎo)通，從而通過放大器15b從信號輸出電路3把上述的電壓信號讀出到外部。在該電壓信號被讀出之后，與信號線14b相連的TFT 26被導(dǎo)通，以除去仍然保留在光電轉(zhuǎn)換元件11中的電荷。
注意，在本實施例中，當除去仍然留在光電轉(zhuǎn)換元件11中的電荷時，使用TFT 24或26。不過，如同現(xiàn)有技術(shù)中那樣，也可以改變偏置線12的電位，或者可以改變電源16的電壓。
如上所述，按照本實施例，實現(xiàn)了一種廉價且高性能的放射線圖像攝取裝置，其能夠按照情況以及被拍攝的對象自由地從一個靈敏度轉(zhuǎn)換到另一個靈敏度，以便靈活地應(yīng)對這些情況和對象，即，例如能夠進行靜止圖像拍攝和運動圖像拍攝，這些拍攝方式的X射線曝光劑量彼此顯著不同，而且所需的靈敏度也不同，以便滿足這種要求。
注意，雖然在本實施例中，采用MIS型的光電轉(zhuǎn)換元件作為光電轉(zhuǎn)換元件11，但即使當采用PIN型的光電轉(zhuǎn)換元件時也能獲得相同的效果。此外，在本實施例中，以間接型放射線圖像攝取裝置為例進行了說明，在該裝置中，在熒光體層215中放射線被轉(zhuǎn)換成可見光，并且在光電轉(zhuǎn)換元件11中把所得到的可見光轉(zhuǎn)換成電荷。不過，即使當把本發(fā)明應(yīng)用于利用例如非晶硒的材料的直接型放射線圖像攝取裝置時，也可以獲得相同的效果，在該種直接型放射線圖像攝取裝置中可以把放射線直接轉(zhuǎn)換成電荷。
改進在本實施例中，示出了這樣一種結(jié)構(gòu)掃描電路2和信號輸出電路3分別只被設(shè)置在傳感器基板1的相鄰的一側(cè)上。不過，如圖5所示，掃描電路2和信號輸出電路3也可以分別被設(shè)置在傳感器基板1的兩組相對側(cè)上。在這種情況下，除去上述第一實施例的效果之外，還可以提供增加驅(qū)動速度等效果。因而，可以實現(xiàn)更出色的放射線圖像攝取裝置。
第二實施例下面說明按照本發(fā)明第二實施例的放射線圖像攝取裝置。
本實施例的放射線圖像攝取裝置具有幾乎和第一實施例的放射線圖像攝取裝置相同的結(jié)構(gòu)，其不同之處在于，信號輸出電路的IC的結(jié)構(gòu)和第一實施例的信號輸出電路的略微不同。
圖6是按照本發(fā)明的第二實施例的放射線圖像攝取裝置的等效電路圖，圖7是在這種放射線圖像攝取裝置中的一個像素和信號讀取電路的等效電路圖。注意，和第一實施例一致或相似的構(gòu)成元件用相同的附圖標記表示。
和第一實施例的IC 5的情況類似，這種放射線圖像攝取裝置的信號輸出電路3的IC 31通過信號線14a，14b與像素6相連。不過，與第一實施例不同的是，IC 31沒有放大器15b，并且信號線14a，14b與公共的放大器15a相連。
即，在IC 31中，TFT 24和25連接到信號線14a，TFT 26和27連接到信號線14b。而且，信號線14a和14b通過要與放大器15a的一個輸入端子相連的TFT 32相互連接，電源16與放大器15a的另一個輸入端子相連。此外，具有電容器Cf1，Cf2，Cf3的增益轉(zhuǎn)換電路17與放大器15a相連。
下面說明當在這種放射線圖像攝取裝置中選擇每個信號線時使用的特定拍攝方法。
(1)涉及高劑量X射線曝光的拍攝方式，例如靜止圖像拍攝或非破壞性檢查在這種情況下，按下面將要說明的方式選擇信號線14a，在像素6內(nèi)不進行電荷放大，通過信號線14a讀出像素6的輸出信號。在此，光電轉(zhuǎn)換元件11的電容用C1表示，信號線14a的寄生電容用C2表示，由光電轉(zhuǎn)換元件11的電容器Cf1，Cf2，Cf3確定的電容用Cf表示。
首先，被提供在信號線14b側(cè)上的TFT 23，26，27和32都被截止。
施加于對象用于曝光的X射線當其透過對象時被衰減，以便在圖4所示的作為波長轉(zhuǎn)換元件的熒光體層215中被轉(zhuǎn)換成可見光。然后使所得到的可見光入射到光電轉(zhuǎn)換元件11上而被轉(zhuǎn)換成電荷Q。
接著，當與信號線14a相連的TFT 21和25導(dǎo)通時，把放大器15a的增益設(shè)置為1/Cf倍。結(jié)果，輸出電壓由Vout＝-Q/Cf表示。然后把這個電壓信號從信號輸出電路3讀出到外部。在電壓信號被讀出之后，使得與信號線14a側(cè)相連的TFT 24導(dǎo)通，以除去仍然留在光電轉(zhuǎn)換元件11中的電荷。在此，在放大器15a中，通過電容器Cf1到Cf3的組合，可以從一個增益轉(zhuǎn)換成另一個增益。
(2) 涉及低劑量的X射線曝光的拍攝方式，例如人體運動圖像拍攝在這種情況下，按下面所述的方式選擇信號線14b，并且在像素6內(nèi)進行電荷放大，通過信號線14b讀出像素6的輸出信號。在此，與信號線14b相連的TFT 22的閾值電壓由Vth表示。
首先，與信號線14a側(cè)相連的TFT 21，24和25都被截止，而與信號線14a側(cè)相連的TFT 23被導(dǎo)通。
和靜止圖像拍攝方式的情況類似，施加于對象用于曝光的X射線當其通過對象時被衰減，以便在圖4所示的作為波長轉(zhuǎn)換元件的熒光體層215中進行波長轉(zhuǎn)換而成為可見光。然后使所得到的可見光入射到光電轉(zhuǎn)換元件11上而被轉(zhuǎn)換成電荷Q。所得到的電荷Q引起TFT 22的柵極中的、相應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換元件11上的入射光量的電位波動Vin。在TFT 22導(dǎo)通時，由于該電位波動使得點C的電壓成為(Vin-Vth)。例如，如果閾電壓Vth足夠小，則點C的電壓信號變成為基本上等于電位波動Vin的電壓信號。
當與信號線14b側(cè)相連的TFT 27導(dǎo)通時，電荷被積累在電容器C3中。在這種狀態(tài)下，當TFT 32導(dǎo)通時，放大器15a的增益被設(shè)置為1/Cf倍。結(jié)果，輸出電壓由Vout＝-Q/Cf表示。然后，通過放大器15從信號輸出電路3把這個電壓信號讀出到外部。在讀出電壓信號之后，與信號線14b相連的TFT 26被導(dǎo)通，以便除去仍然保留在光電轉(zhuǎn)換元件11中的電荷。
在本實施例中，在放大器15a中，通過電容器Cf1到Cf3的組合，可以使一個增益轉(zhuǎn)換成另一個增益。因而，不像在第一實施例中于像素6內(nèi)進行電荷放大的情況那樣，本實例也可選擇輸出信號的大小。
注意，雖然當除去仍然留在光電轉(zhuǎn)換元件11中的電荷時使用TFT 24或26，但是像現(xiàn)有技術(shù)那樣，也可以改變偏置線12的電位，或者也可改變電源16的電壓。此外，類似于對第一實施例的改變，在本實施例中，掃描電路2和信號輸出電路3也可以分別被適當?shù)靥峁┰趥鞲衅骰?的兩組相對側(cè)中。
此外，在第一和第二實施例中說明了這樣的例子，其中考慮到作為拍攝方式的靜止圖像拍攝(非破壞性檢查)和運動圖像拍攝，并且對每個像素6分配兩條信號線14a，14b，使得可以自由地選擇其中的任何一條。不過，也可以對每個像素分配3條或更多條信號線，以便更加精細地應(yīng)對相應(yīng)于各種拍攝方式的拍攝。
第三實施例下面說明本發(fā)明的第三實施例。
本實施例披露了一種放射線圖像攝取系統(tǒng)，其包括在第一和第二實施例的第二實施例中所述的放射線圖像攝取裝置。當然，在第一實施例中所述的放射線圖像攝取裝置也可以應(yīng)用于這種放射線圖像攝取系統(tǒng)。注意，在本實施例中與第一、第二實施例中相同或相似的構(gòu)成元件用相同的附圖標記表示。
圖8是示意地表示按照本發(fā)明第三實施例的放射線圖像攝取系統(tǒng)的示意方塊圖，圖9是表示這種放射線圖像攝取系統(tǒng)的操作的流程圖，圖10是使用這種放射線圖像攝取系統(tǒng)的圖像攝取操作的定時圖。
如圖8所示，該放射線圖像攝取系統(tǒng)包括在第二實施例中描述的放射線圖像攝取裝置41，用于驅(qū)動該放射線圖像攝取裝置41的驅(qū)動單元42，用于施加放射線，即，在這種情況下用于對對象施加X射線的X射線產(chǎn)生單元43，圖像攝取開關(guān)44，操作者利用該開關(guān)可以自由地選擇信號線14a和14b中的任何之一，拍攝方式選擇單元45，用于根據(jù)對圖像攝取開關(guān)44的輸入，輸出表示信號線14a和14b中的任何之一被選擇的電信號，以及控制單元46，用于根據(jù)從拍攝方式選擇單元45發(fā)送的電信號控制X射線產(chǎn)生單元43和驅(qū)動單元42的操作。
可以利用圖像攝取開關(guān)44進行圖像攝取方式的選擇，該開關(guān)適用于通過相應(yīng)于信號線14a，14b的數(shù)量的若干行程被接通，即，在這種情況下通過兩個行程被接通。這些行程以升序?qū)?yīng)于劑量的增加。在開關(guān)44a通過第一個行程被接通的狀態(tài)下，選擇運動圖像方式，而在開關(guān)44b通過第二行程被接通的狀態(tài)下，選擇靜止圖像方式。注意，開關(guān)44被這樣配置，以使得當開關(guān)44b通過第二行程被接通時，開關(guān)44a也同時通過第一行程被接通。因為通過不斷地接通圖像攝取開關(guān)44來重復(fù)地進行拍攝，所以，例如在運動圖像的拍攝期間圖像攝取開關(guān)44的開關(guān)44b通過第二行程被接通，由此允許拍攝靜止圖像。為了結(jié)束拍攝，圖像攝取開關(guān)44必須被關(guān)斷(圖像攝取開關(guān)44必須具有關(guān)斷狀態(tài))。
下面將說明由控制單元46進行的對X射線產(chǎn)生單元43中的X射線的劑量的控制。
在靜止圖像方式的情況下，產(chǎn)生相對高劑量的X射線，用來通過靜止圖像拍攝等攝取胸部的X射線照片。另一方面，在運動圖像方式的情況下，因為對象(病人)被X射線照射長的時間段，在這種情況下，產(chǎn)生低劑量的脈沖狀X射線。
此外，如第二實施例中所述，驅(qū)動單元46這樣控制放射線圖像攝取裝置41，即，使得在靜止圖像拍攝的情況下，在像素內(nèi)不進行電荷放大，并通過信號線14a把輸出信號讀出到外部，而在運動圖像拍攝的情況下，使用源極跟隨器電路在像素內(nèi)進行電荷放大，并通過信號線14b把輸出信號讀出到外部。
在按照本實施例的放射線圖像攝取系統(tǒng)中，如圖9所示， 首先，由操作者選擇拍攝方式(步驟S1)。即，當拍攝開關(guān)44的開關(guān)44a或44b通過第一行程或第二行程被接通時，則由拍攝方式選擇單元45選擇拍攝方式。接著，當選擇了運動圖像方式時，則開始由X射線產(chǎn)生單元43施加對應(yīng)于運動圖像的X射線(步驟S2)，并由控制單元46開始通過驅(qū)動電路42對放射線圖像攝取裝置41進行控制(步驟S3)，以便進行運動圖像拍攝(步驟S4)。另一方面，當選擇靜止圖像方式時，則開始由X射線產(chǎn)生單元43施加對應(yīng)于靜止圖像的X射線(步驟S5)，并由控制單元46開始通過驅(qū)動電路42對放射線圖像攝取裝置41進行控制(步驟S6)，以便進行靜止圖像拍攝(步驟S7)。
然后，在步驟S8，當還要繼續(xù)進行拍攝時，在運動圖像拍攝的情況下，拍攝開關(guān)44的開關(guān)44a繼續(xù)通過第一行程被接通，而在靜止圖像拍攝的情況下，拍攝開關(guān)44的開關(guān)44b繼續(xù)通過第二行程被接通。當打算結(jié)束拍攝時，只要斷開拍攝開關(guān)44即可。
接著，參照圖10說明當拍攝從運動圖像拍攝進行到靜止圖像拍攝時放射線圖像攝取裝置的操作。
當拍攝開關(guān)44的開關(guān)44a通過第一行程被接通以選擇運動圖像方式時，拍攝信號被輸入到放射線圖像攝取裝置41。接著，由驅(qū)動單元42使TFT 23導(dǎo)通，然后TFT 26和22被導(dǎo)通，由此使電路復(fù)位。接著，從X射線產(chǎn)生單元43對對象施加的X射線當其透過對象時被衰減，以便在圖4所示的作為波長轉(zhuǎn)換元件的熒光體層215中被波長轉(zhuǎn)換成為可見光。使所得到的可見光入射到光電轉(zhuǎn)換元件11上以被轉(zhuǎn)換成電荷Q。所得到的電荷Q引起TFT 22的柵極上的、相應(yīng)于入射到光電轉(zhuǎn)換元件11的光量的電位波動Vin。由于這個電位波動Vin而使得TFT 22導(dǎo)通，以在電容器C2’中積累電荷。接著，TFT 27被導(dǎo)通，從而在電容器C3中積累電荷。當TFT 32被導(dǎo)通時，相應(yīng)于在電容器C3中積累的電荷的輸出信號被從信號輸出電路3讀出到外部。于是，當拍攝開關(guān)44的開關(guān)44a通過第一行程而接通時，便連續(xù)地重復(fù)運動圖像拍攝。
此時，當拍攝開關(guān)44的開關(guān)44b通過第二行程接通時，拍攝進行到靜止圖像拍攝。在靜止圖像拍攝的情況下，首先，使被提供在信號線14b側(cè)上的TFT 23，22，26，27和32都截止。然而，拍攝開關(guān)44可以在各個定時被接通，例如在施加X射線的期間的定時以及在讀取輸出信號的期間的定時被接通。因而，剛好在靜止圖像拍攝之前使TFT 21和24接通，從而使電路復(fù)位。接著，由X射線產(chǎn)生單元43對對象施加的X射線當其透過對象時被衰減，以便在圖4所示的作為波長轉(zhuǎn)換元件的熒光體層215中被波長轉(zhuǎn)換成為可見光。使所得到的可見光入射到光電轉(zhuǎn)換元件11上以便被轉(zhuǎn)換成電荷Q。通過使TFT 21導(dǎo)通而使所得到的電荷Q積累在電容器C2上。接著，當TFT 25導(dǎo)通時，在電容器C2中積累的相應(yīng)于電荷Q的輸出信號通過放大器15a從信號輸出電路3被讀出到外部。注意，雖然輸出信號Vout本質(zhì)上由Vout＝-Q/Cf表示，在圖10中，輸出信號Vout的極性被顛倒以便被表示為正(+)。
如上所述，按照本實施例，實現(xiàn)了一種廉價且高性能的放射線圖像攝取系統(tǒng)，其能夠按照情況和圖像拍攝的對象自由地從一個靈敏度轉(zhuǎn)換到另一個靈敏度，從而靈活地應(yīng)對這些情況和對象，即，例如能夠進行靜止圖像拍攝和運動圖像拍攝，這些拍攝方式的X射線曝光劑量彼此顯著地不同，并且所需的靈敏度也不同，以便滿足所述要求。
因為不脫離本發(fā)明的范圍和精神可以作出本發(fā)明的許多不同的實施例，所以應(yīng)當理解，除去在權(quán)利要求中限定的之外，本發(fā)明不限于其特定的實施例。
本申請要求2003年11月21日申請的申請?zhí)枮?003-392725以及2004年7月14日申請的申請?zhí)枮?004-207273的日本專利申請的優(yōu)先權(quán)，這些專利申請被包括在此作為參考。
權(quán)利要求
1.一種放射線圖像攝取裝置，包括呈矩陣形式設(shè)置的多個像素，每個像素包括至少一個光電轉(zhuǎn)換元件，用于把入射的放射線轉(zhuǎn)換成電荷；以及信號輸出電路，用于輸出來自所述像素的信號，所述放射線圖像攝取裝置的特征在于為每個像素提供有多條信號讀取配線，像素和信號輸出電路通過所述信號讀取配線相互連接。
2.如權(quán)利要求1所述的放射線圖像攝取裝置，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換元件包括波長轉(zhuǎn)換元件，用于對入射的放射線進行波長轉(zhuǎn)換。
3.如權(quán)利要求1所述的放射線圖像攝取裝置，其特征在于，每個像素包括與信號讀取配線相連的半導(dǎo)體元件，可根據(jù)半導(dǎo)體元件的激勵自由地選擇所述信號讀取配線中任何之一。
4.如權(quán)利要求3所述的放射線圖像攝取裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件中的至少一個是源極跟隨器。
5.如權(quán)利要求1所述的放射線圖像攝取裝置，其特征在于，對每條信號讀取配線提供信號讀取電路，用于讀出來自像素的信號。
6.如權(quán)利要求1所述的放射線圖像攝取裝置，其特征在于，提供為所述信號讀取配線所共用的、用于讀出來自像素的信號的信號讀取電路。
7.如權(quán)利要求1所述的放射線圖像攝取裝置，其特征在于，提供有兩個信號讀取電路。
8.一種放射線圖像攝取方法，包括使用一種裝置，所述裝置包括呈矩陣形式設(shè)置的多個像素，每個像素包括至少一個光電轉(zhuǎn)換元件，用于把入射的放射線轉(zhuǎn)換成電荷；以及信號輸出電路，用于輸出來自像素的信號，放射線圖像攝取方法的特征在于按照要使用的拍攝方式選擇多條信號讀取配線中任何之一，所述多條信號讀取配線是對每個像素提供的，并且相應(yīng)的像素和信號輸出電路通過所述多條信號讀取配線彼此相連。
9.如權(quán)利要求8所述的放射線圖像攝取方法，其特征在于，光電轉(zhuǎn)換元件對入射的放射線進行波長轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換的結(jié)果轉(zhuǎn)換成電荷。
10.如權(quán)利要求8所述的放射線圖像攝取方法，其特征在于，按照放射線的劑量的大小選擇多條信號讀取配線中任何之一。
11.如權(quán)利要求9所述的放射線圖像攝取方法，其特征在于，每個像素包括與多條信號讀取配線相連的半導(dǎo)體元件，至少一個所述半導(dǎo)體元件是源極跟隨器，以及，當在涉及低劑量放射線的拍攝方式的情況下時，選擇具有源極跟隨器的信號讀取配線。
12.一種放射線圖像攝取系統(tǒng)，其特征在于包括如權(quán)利要求1所述的放射線圖像攝取裝置；用于提供放射線的放射線產(chǎn)生裝置；選擇裝置，用于按照放射線劑量的大小選擇放射線圖像攝取裝置中的多條信號讀取配線中任何之一；以及控制裝置，用于控制由放射線產(chǎn)生裝置執(zhí)行的放射線應(yīng)用，并根據(jù)所述選擇裝置的選擇來控制放射線圖像攝取裝置的驅(qū)動。
13.如權(quán)利要求12所述的放射線圖像攝取系統(tǒng)，還包括拍攝開關(guān)，利用該開關(guān)，可根據(jù)操作者的輸入自由地選擇多條信號讀取配線中任何之一，并且所述放射線圖像攝取系統(tǒng)的特征在于，所述選擇裝置基于由所述拍攝開關(guān)進行的輸入來選擇信號讀取配線中任何之一。
14.如權(quán)利要求13所述的放射線圖像攝取系統(tǒng)，其特征在于，所述拍攝開關(guān)適用于通過對應(yīng)于信號讀取配線的數(shù)量的多個行程而被接通，各個行程按升序?qū)?yīng)于放射線劑量的增加。
全文摘要
按照拍攝方式可從一個靈敏度自由地轉(zhuǎn)換為另一個靈敏度，例如可以進行放射線曝光劑量顯著不同因而所需的靈敏度也互不相同的靜止圖像拍攝和運動圖像拍攝，從而滿足所述要求。TFT21的源極或漏極通過信號線14a和IC5連接到信號輸出電路3。TFT23的源極/漏極通過信號線14b和IC5連接到信號輸出電路3。因而，在每個像素6中，當信號被讀出時，可以自由地選擇信號線14a和14b中任何之一。
文檔編號H04N5/32GK1883192SQ200480034150
公開日2006年12月20日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者石井孝昌, 森下正和, 望月千織, 渡邊實, 野村慶一 申請人:佳能株式會社