電流/電壓轉(zhuǎn)換電路和成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及電流/電壓轉(zhuǎn)換電路以及包括這種電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的成像裝置。更具體地，本公開涉及可以適用于X射線平板檢測器的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路以及包括這種電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的成像裝置(X射線平板檢測器)。
【背景技術(shù)】
[0002]能夠通過用X射線照射活體或物質(zhì)并基于透射的X射線成像技術(shù)來檢測和可視化透射的X射線來識別活體或物質(zhì)的內(nèi)部狀態(tài)。在透射的X射線成像技術(shù)中，使用感光板(photographic plate)或照相膠片(photograph film)來檢測透射的X射線。但是，近年來，X射線平板檢測器的發(fā)展已經(jīng)取得蓬勃進展(見例如日本專利申請?zhí)亻_N0.2010-098621)。關(guān)于X射線平板檢測器，存在直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和間接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，在該直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，將X射線直接轉(zhuǎn)換為電信號，且在該間接轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，將X射線轉(zhuǎn)換為光信號，然后將其轉(zhuǎn)換為電信號。在任一系統(tǒng)中，都可以實現(xiàn)無膠片成像，且變得能夠進行圖片質(zhì)量改善和診斷支持。另外，優(yōu)點是，例如，有助于電子存檔和聯(lián)網(wǎng)且預(yù)計在各種領(lǐng)域中使用。
[0003]圖50中示出了 X射線平板檢測器中包括的成像元件和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的例子的等效電路圖。在此，以二維矩陣形式在X和Y方向上布置的多個(MXN個)成像元件230將入射的X射線直接(直接轉(zhuǎn)換系統(tǒng))或間接(間接轉(zhuǎn)換系統(tǒng))轉(zhuǎn)換為電流。在X方向上布置的多個(M個)成像元件230經(jīng)由開關(guān)電路232和行布線233而連接到一個電流/電壓轉(zhuǎn)換電路240。電流/電壓轉(zhuǎn)換電路240按順序?qū)碜悦總€成像元件的電流轉(zhuǎn)換為電壓。在圖50中，附圖標(biāo)記231指示成像元件230具有的寄生電容(電容值:Cpd)。電流/電壓轉(zhuǎn)換電路240是公知的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路(一種積分電路)，其包括運算放大器241、電容器部分242 (電容值:Cint)和具有復(fù)位開關(guān)電路244的短路電路243。向運算放大器241的同相輸入部分輸入?yún)⒖茧妷篤Krf。另外，運算放大器241的反相輸入部分被連接到行布線233。電容器部分242和短路電路243并行連接，且連接到運算放大器241的反相輸入部分和輸出部分。
[0004]當(dāng)啟動電流/電壓轉(zhuǎn)換電路240時，將開關(guān)電路232置于斷開狀態(tài)，且將復(fù)位開關(guān)電路244置于接通狀態(tài)，由此穿過電容器部分242的電勢被設(shè)置為等于VKef。然后，將復(fù)位開關(guān)電路244置于斷開狀態(tài)，且X射線入射在成像元件230上。成像元件230將輸入的電磁波轉(zhuǎn)換為電流。將該電流存儲在寄生電容230中，作為電荷Qin。當(dāng)將開關(guān)電路232置于接通狀態(tài)時，在寄生電容231中存儲的電荷Qin經(jīng)由行布線233傳輸?shù)诫娏?電壓轉(zhuǎn)換電路240中的電容器部分242。由V。來表示從電流/電壓轉(zhuǎn)換電路240輸出的輸出電壓，最終獲得 V。= Q in/Cint。
[0005]引用列表
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本專利申請?zhí)亻_N0.2010-098621

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的問題
[0009]注意，在圖50所示的傳統(tǒng)成像元件230和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路240中，在X方向上布置的多個(M個)成像元件230經(jīng)由行布線233連接到一個電流/電壓轉(zhuǎn)換電路240。因此，行布線233的寄生電容Clin/變得與成像元件的數(shù)量(M)成比例。從電流/電壓轉(zhuǎn)換電路240輸出的電壓信號中的噪聲被放大到[l+(Cline+ Σ CpdJ/Cint]倍。在其中行布線233的寄生電容Clim大的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，難以獲得高的S/N比。注意，“Σ Cpth/指的是M個成像元件230的寄生電容231的總數(shù)。另外，由于在敏感度上高的行布線233的布線長度長，因此還存在無力對抗外部干擾的問題。
[0010]因此，本公開的目的是提供一種電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，其可以給出高的S/N比，且有力對抗外部干擾，以及提供一種成像裝置，包括這種電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。
[0011]對問題的解決方案
[0012]用于實現(xiàn)該目的的根據(jù)本公開的一種成像裝置包括通過以二維矩陣形式布置包括在一個像素或多個像素中的成像元件單元而形成的成像面板，并且
[0013]每個成像元件單元包括:
[0014]成像元件，被配置為將輸入的電磁波轉(zhuǎn)換為電流；以及
[0015]電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，被配置為將來自所述成像元件的電流轉(zhuǎn)換為電壓。
[0016]用于實現(xiàn)該目的的根據(jù)本公開的第一方面的一種電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，是連接到成像元件的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，其被配置為將入射的電磁波轉(zhuǎn)換為電流，且被配置為將來自所述成像元件的電流轉(zhuǎn)換為電壓，所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路包括:
[0017]運算放大器，包括連接到所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出部分的輸出部分，且包括第一輸入部分和第二輸入部分；
[0018]電容器部分，第一端連接到所述運算放大器的輸出部分，且第二端連接到所述運算放大器的第二輸入部分；以及
[0019]第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路，被配置為互補地操作，
[0020]所述運算放大器的第一輸入部分連接到第一電源，以及
[0021]所述成像元件的輸出部分經(jīng)由所述第一開關(guān)電路而連接到所述電容器部分的第二端，且經(jīng)由所述第二開關(guān)電路而連接到第二電源。注意，“第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路互補地操作”指的是，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)電路處于接通狀態(tài)時，第二開關(guān)電路被置于斷開狀態(tài)，且當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)電路處于斷開狀態(tài)時，第二開關(guān)電路被置于接通狀態(tài)。這在以下描述中也是如此。
[0022]用于實現(xiàn)該目的的根據(jù)本公開的第二方面的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路是連接到成像元件的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，其被配置為將入射的電磁波轉(zhuǎn)換為電流，且被配置為將來自所述成像元件的電流轉(zhuǎn)換為電壓，所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路包括:
[0023]場效應(yīng)晶體管；
[0024]電容器部分；以及
[0025]第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路，被配置為互補地操作，
[0026]所述電容器部分的第一端連接到所述場效應(yīng)晶體管的一個源極/漏極區(qū)，且所述電容器部分的第二端連接到所述場效應(yīng)晶體管的柵極電極，
[0027]所述場效應(yīng)晶體管的所述一個源極/漏極區(qū)連接到第一電源和所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出部分，以及
[0028]所述成像元件的輸出部分經(jīng)由所述第一開關(guān)電路而連接到所述電容器部分的第二端，且經(jīng)由所述第二開關(guān)電路而連接到第二電源。
[0029]發(fā)明的效果
[0030]根據(jù)本公開的成像面板中的每個成像元件單元包括一個成像元件和一個電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。另外，與一個成像元件對應(yīng)地提供根據(jù)本公開的第一方面或第二方面的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。因此，不像其中對于多個成像元件提供一個電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的傳統(tǒng)技術(shù)，不會發(fā)生諸如由于行布線導(dǎo)致的從電流/電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號中的噪聲的問題。因此，可以獲得高S/N比，且可以試圖減少電磁波的輻射量。另外，也能夠提供有力抵抗外部干擾的成像元件單元。
【附圖說明】
[0031]圖1是在實施例1中的成像裝置的一部分的等效電路圖。
[0032]圖2A和2B是用于說明在實施例1中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0033]圖3A和3B是接著圖2B的用于說明在實施例1中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0034]圖4A和4B是接著圖3B的用于說明在實施例1中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0035]圖5是圖示實施例1中的成像裝置包括的成像元件單元中的各個節(jié)點處的電勢的示圖。
[0036]圖6是圖示連接到輸出布線的實施例1和實施例3中的成像裝置中包括的M個成像元件單元中耗散的功率的總和。
[0037]圖7是在實施例2中的成像裝置的一部分的等效電路圖。
[0038]圖8是在實施例3中的成像裝置的一部分的等效電路圖。
[0039]圖9A和9B是用于說明在實施例3中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0040]圖1OA和1B是接著圖9B的用于說明在實施例3中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0041]圖1lA和IlB是接著圖1OB的用于說明在實施例3中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0042]圖12是圖示實施例3中的成像裝置包括的成像元件單元中的各個節(jié)點處的電勢的示圖。
[0043]圖13是在實施例4中的成像裝置的一部分的等效電路圖。
[0044]圖14是用于說明在實施例4中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0045]圖15是接著圖14的用于說明在實施例4中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0046]圖16是接著圖15的用于說明在實施例4中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0047]圖17是接著圖16的用于說明在實施例4中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0048]圖18是接著圖17的用于說明在實施例4中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0049]圖19是接著圖18的用于說明在實施例4中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0050]圖20是接著圖19的用于說明在實施例4中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0051]圖21是圖示實施例4中的成像裝置包括的成像元件單元中的各個開關(guān)電路的操作的示圖。
[0052]圖22是圖示實施例4中的成像裝置包括的成像元件單元中的各個節(jié)點處的電勢的示圖。
[0053]圖23是在實施例5中的成像裝置的一部分的等效電路圖。
[0054]圖24A和24B是用于說明在實施例5中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0055]圖25A和25B是接著圖24B的用于說明在實施例5中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0056]圖26是接著圖25B的用于說明在實施例5中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0057]圖27是在實施例6中的成像裝置的一部分的等效電路圖。
[0058]圖28A和28B是用于說明在實施例6中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0059]圖29A和29B是接著圖28B的用于說明在實施例6中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0060]圖30是接著圖29B的用于說明在實施例6中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0061]圖31是在實施例7中的成像裝置的一部分的等效電路圖。
[0062]圖32是用于說明在實施例7中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0063]圖33是接著圖32的用于說明在實施例7中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0064]圖34是接著圖33的用于說明在實施例7中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0065]圖35是接著圖34的用于說明在實施例7中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0066]圖36是接著圖35的用于說明在實施例7中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0067]圖37是接著圖36的用于說明在實施例7中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0068]圖38是接著圖37的用于說明在實施例7中的成像裝置中包括的成像元件單元的操作的等效電路圖。
[0069]圖39是圖示實施例8中的成像面板的配置例子和其中對應(yīng)于一個像素的成像元件單元與布線層接合的狀態(tài)的示圖。
[0070]圖40A和40B是成像元件的概念剖面圖。
[0071]圖41是成像元件單元的示意剖面圖。
[0072]圖42A和42B是當(dāng)從上和從下看成像元件單元時獲得的成像元件單元的示意圖。
[0073]圖43是成像元件單元的改進的概念剖面圖。
[0074]圖44是圖示成像裝置(X射線平板檢測器)的配置例子的示意剖面圖。
[0075]圖45是圖示成像裝置(X射線平板檢測器)的配置例子的改進的示意剖面圖。
[0076]圖46是在圖45所示的成像裝置(X射線平板檢測器)的配置例子的改進中的成像元件單元的放大圖。
[0077]圖47是圖示成像裝置(X射線平板檢測器)的配置例子的不同改進的示意剖面圖。
[0078]圖48是圖示成像裝置(X射線平板檢測器)的配置例子的另一不同改進的示意剖面圖。
[0079]圖49是在圖48所示的成像裝置(X射線平板檢測器)的配置例子的另一不同改進中的通過從上看PET基底的凹-凸形部分的一部分而獲得的示意圖。
[0080]圖50是示出了傳統(tǒng)X射線平板檢測器中包括的成像元件和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的例子的等效電路圖。
【具體實施方式】
[0081]此后，將參考附圖基于實施例來描述本公開。但是，本公開不局限于這些實施例，而各種數(shù)值和材料是示例。注意，說明遵循如下描述的順序。
[0082]1.關(guān)于根據(jù)本公開的成像裝置、根據(jù)本公開的第一方面和第二方面的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路以及全部的描述
[0083]2.實施例1 (根據(jù)本公開的成像裝置和根據(jù)本公開的第一方面的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路)
[0084]3.實施例2 (實施例1的改進)
[0085]4.實施例3 (實施例1的不同改進)
[0086]5.實施例4(實施例1的另一不同改進)
[0087]6.實施例5 (根據(jù)本公開的成像裝置和根據(jù)本公開的第二方面的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路)
[0088]7.實施例6 (實施例5的改進)
[0089]8.實施例7 (實施例5的不同改進)
[0090]9.實施例8 (實施例1到所實施例7的改進)以及其它
[0091][關(guān)于根據(jù)本公開的成像裝置、根據(jù)本公開的第一方面和第二方面的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路以及全部的描述]
[0092]根據(jù)本公開的一種成像裝置可能包括
[0093]電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，包括運算放大器和電容器部分，
[0094]所述運算放大器包括連接到所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出部分的輸出部分，且包括第一輸入部分和第二輸入部分，以及
[0095]所述電容器部分的第一端連接到所述運算放大器的輸出部分，且所述電容器部分的第二端連接到所述運算放大器的第二輸入部分和所述成像元件的輸出部分。注意，具有這種形式的根據(jù)本公開的成像裝置在某些情況下為了簡便而被稱為“根據(jù)本公開的第一方面的成像裝置”。在此，第一輸入部分對應(yīng)于同相輸入部分，且第二輸入部分對應(yīng)于反相輸入部分。這在根據(jù)本公開的第一方面的上述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路中也成立。
[0096]能夠提供具有如下形式的根據(jù)本公開的第一方面的成像裝置。電流/電壓轉(zhuǎn)換電路還包括具有復(fù)位開關(guān)電路的短路電路，且電容器部分與短路電路并行連接。
[0097]能夠提供根據(jù)本公開的第一方面的成像裝置或包括具有以下形式的優(yōu)選形式的根據(jù)本公開的第一方面的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。通過來自成像元件的電流來將電荷存儲在電容器部分中。
[0098]能夠提供根據(jù)本公開的第一方面的成像裝置或根據(jù)本公開的第一方面的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。
[0099]所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路包括多個電容器部分和一個切換開關(guān)電路，以及
[0100]所述多個電容器部分的每個經(jīng)由所述切換開關(guān)電路而連接到所述運算放大器的輸出部分和所述運算放大器的第二輸入部分。根據(jù)這種配置，能夠容易地改變電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的敏感性。
[0101]另外，包括優(yōu)選形式和配置的根據(jù)本公開的第一方面的成像裝置包括
[0102]所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路還包括第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路，
[0103]所述運算放大器的第一輸入部分連接到第一電源，
[0104]所述成像元件的輸出部分經(jīng)由所述第一開關(guān)電路而連接到所述電容器部分的第二端，且經(jīng)由所述第二開關(guān)電路而連接到第二電源，以及
[0105]所述第一開關(guān)電路和所述第二開關(guān)電路互補地操作。根據(jù)本公開的第一方面的成像裝置或具有這種配置的根據(jù)本公開的第一方面的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路還包括
[0106]所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路還包括第二電容器部分和執(zhí)行與所述第一開關(guān)電路相同的操作的第三開關(guān)電路，以及
[0107]所述第二電容器部分的第一端經(jīng)由所述第三開關(guān)電路而連接到所述運算放大器的輸出部分，或者
[0108]所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路還包括第二電容器部分、第三開關(guān)電路、第四開關(guān)電路、第五開關(guān)電路和第六開關(guān)電路，
[0109]所述第二電容器部分的第一端經(jīng)由所述第三開關(guān)電路而連接到所述運算放大器的輸出部分，
[0110]所述第二電容器部分的第二端經(jīng)由所述第四開關(guān)電路而連接到所述運算放大器的第二輸入部分，且經(jīng)由所述第五開關(guān)電路而連接到所述第一電源，以及
[0111]所述第六開關(guān)電路被連接在所述電容器部分的第二端和所述第一開關(guān)電路和所述運算放大器的第二輸入部分之間。注意，在這些配置中，基于來自成像元件的電流的電荷也被存儲在第二電容器部分中。
[0112]另外，根據(jù)本公開的第一方面的成像裝置或包括上述優(yōu)選形式和配置的根據(jù)本公開的第一方面的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路包括:所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路還包括連接到運算放大器的輸出部分和電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出部分的緩沖器電路。具體地，緩沖器電路的輸入部分連接到運算放大器的輸出部分，且緩沖器電路的輸出部分連接到電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出部分，且進一步連接到輸出布線。
[0113]或者，根據(jù)本公開的成像裝置包括
[0114]所述電流/電壓轉(zhuǎn)換電路包括場效應(yīng)晶體管和電容器部分，
[0115]所述電容器部分的第一端連接到所述場效應(yīng)晶體管的一個源極/漏極區(qū)，且所述電容器部分的第二端連接到所述場效應(yīng)晶體管的柵極電極和所述成像元