成像装置及用以驱动成像装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明的一个方式涉及一种包括闪烁器的成像装置及一种用以驱动成像装置的方法。
【背景技术】
[0002]在医疗实践中，已广泛使用一种使用照相技术的医疗诊断成像装置。在使用医疗诊断成像装置的情况下，以X光来照射病人的特定部分(例如，骨头或肺部)，将X光胶片暴露于穿过特定部分的X光，且使X光胶片显影以可视化特定部分内部的状态。
[0003]由于使用X光胶片的方法需要用于X光胶片的储存空间且它的维护是麻烦的，因此正在发展图像的数字化。作为用以数字化图像的方法，已知一种使用包括通过被X光照射而发射光的材料(光激发材料)的成像板的方法。通过使用扫描仪检测从成像板发射的光，能获得数字化的图像。
[0004]成像板为一种涂上光激发磷光体且与X光胶片相比对X光吸收差异具有更高灵敏度的板。能抹除X光照射的数据，以便能再次使用成像板。然而，成像板所获得的数据是模拟的，其需要进行数字化的步骤。
[0005]基于上述理由，最近能够直接获得数字数据的平板检测器(例如，专利文献I)受到瞩目。平板检测器具有两个系统，直接和间接转换系统。在直接转换系统中，使用X光检测元件将X光直接转换为电荷。在间接转换系统中，使用闪烁器将X光转换为可见光且使用光二极管将光转换为电荷。在这两个系统中，平板检测器包括排列成矩阵的多个像素电路。
[0006][专利文献I]日本专利申请公开第Hl1-311673号公报
【发明内容】
[0007]在使用X光的诊断性成像中，考虑到X光对人体的影响，对病人的X光暴露时间最好尽可能地短。也就是说，需要一种能够通过以相对较短时间的X光照射来获得图像数据的成像装置。
[0008]因此，本发明的一个方式是提供一种能够以相对较少量的X光来获得图像数据的成像装置。另一目的在于提供一种用以驱动该成像装置的方法。
[0009]本发明的一个方式为一种成像装置，其使用X光来获得图像且包括排列成具有多个列和多个行的矩阵并与闪烁器重叠的像素电路。通过在像素电路中使用具有极小截止态电流(off-state current)的晶体管，能尽可能地降低从累积周期的末尾到读取周期中读取完最后一行期间来自电荷累积部的电荷的泄漏。于是，在所有像素电路中能基本上同时地进行累积操作，且通过使累积操作与X光照射同步能降低X光照射量。
[0010]本发明的一个方式为一种成像装置，包括闪烁器及排列成具有多个列和多个行的矩阵并与闪烁器重叠的多个像素电路。每一个像素电路包括光电二极管、电荷累积部、第一晶体管、第二晶体管、及第三晶体管。第一晶体管的源极和漏极之一电连接于光电二极管。第一晶体管的源极和漏极中的另一个电连接于电荷累积部。第二晶体管的栅极电连接于电荷累积部。第二晶体管的源极和漏极之一电连接于第三晶体管的源极和漏极之一。至少第一晶体管包括由氧化物半导体形成的沟道形成区。重置该电荷累积部的操作是在多个像素电路中基本上同时地进行的，由光电二极管累积电荷的操作是在多个像素电路中基本上同时地进行，且读取信号的操作是对多个像素电路中的每个行顺序地进行。
[0011]注意，在本说明书等中，使用如“第一”和“第二”的序数词以避免在组件之间混淆且不在数值上限制组件。
[0012]再者，本发明的另一个方式为一种成像装置，包括闪烁器及排列成具有多个列和多个行的矩阵并与闪烁器重叠的多个像素电路。像素电路各包括光学传感器元件、电荷累积部、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、及第四晶体管。第一晶体管的源极和漏极之一电连接于光学传感器元件。第一晶体管的源极和漏极中的另一个电连接于电荷累积部。第二晶体管的栅极电连接于电荷累积部。第二晶体管的源极和漏极之一电连接于第三晶体管的源极和漏极之一。第四晶体管的源极和漏极之一电连接于电荷累积部。至少第一晶体管和第四晶体管各包括由氧化物半导体形成的沟道形成区。重置该电荷累积部的操作基本上是在多个像素电路中同时地进行的，由光学传感器元件累积电荷的操作基本上在多个像素电路中同时地进行，且读取信号的操作是对多个像素电路中的每个行顺序地进行。
[0013]针对光学传感器元件，能使用光电二极管。另外，光学传感器元件能具有包括一对电极及i型非晶硅层的结构。
[0014]第二晶体管及/或第三晶体管可以是一种包括由氧化物半导体形成的沟道形成区的晶体管。
[0015]此外，本发明的另一个方式为一种用以驱动成像装置的方法，该成像装置包括闪烁器及多个像素电路，多个像素电路排列成具有多个列和多个行的矩阵并与闪烁器重叠。用以驱动成像装置的方法包括:第一步骤，执行基本上同时地重置包括在多个像素电路的每一个中的电荷累积部的操作；第二步骤，以X光来照射闪烁器，使得包括在多个像素电路的每一个中的光学传感器元件是以从闪烁器发射的光来照射的；第三步骤，执行基本上同时地由光学传感器元件在电荷累积部中累积电荷的操作；及第四步骤，对多个像素电路中的每个行顺序地执行读取信号的操作。第二步骤与第三步骤同步。
[0016]本发明的一个方式能提供一种能够以相对少量X光照射来获得图像数据的成像装置。另外，本发明的一个方式能提供一种用以驱动成像装置的方法。
【附图说明】
[0017]图1示出成像装置；
图2A和2B示出像素电路的配置；
图3A至3C示出像素电路的操作的时序图；
图4A和4B示出像素电路的配置；
图5示出像素电路的配置；
图6A至6C不出积分器电路；
图7A和7B是示出全局快门系统和卷帘快门系统中的操作的时序图；
图8是排列成矩阵的多个像素电路的电路图； 图9是排列成矩阵的多个像素电路的电路图；
图10是排列成矩阵的多个像素电路的电路图；
图11是排列成矩阵的多个像素电路的电路图；
图12A和12B是像素电路的布局的俯视图和截面图；
图13A和13B是像素电路的布局的俯视图和截面图。
【具体实施方式】
[0018]以下将参考附图来详细说明本发明的实施方式。注意，本发明并不限于下面的说明，且所属技术领域的普通技术人员将容易了解能在不脱离本发明的精神和范围下以各种方式来修改模式和细节。再者，本发明并不被视为限于实施方式的说明。注意，在用以示出实施方式的所有附图中，相同的部分或具有类似功能的部分由相同符号表示，且可省略其重复的说明。
[0019]实施方式I
在本实施方式中，参考附图来说明本发明的一个方式的一种成像装置。
[0020]图1所示的成像装置100包括具有光学传感器的传感器衬底101和将诸如X光的福射转换为可见光的闪烁器102。传感器衬底101和闪烁器102彼此重叠。X光104从X光源103穿过对象106发射到闪烁器102，且被转换为可见光105。该可见光由包括在传感器衬底101中的光学传感器感测，由此获得图像数据。
[0021]闪烁器102由吸收如X光或γ光的射线的能量以发射可见光的物质或包含该物质的材料形成。例如，已知如Gd2O2S:TKGd2O2S:Pr、Gd202S:Eu JPBaFCl = Eu的材料及其中分散有这些材料中的任一种的树脂或陶瓷。
[0022]传感器衬底101包括排列成矩阵的多个像素电路。像素电路的实例示出在图2A中。像素电路200包括光电二极管220、第一晶体管201、第二晶体管202、及第三晶体管203，且充当光学传感器。
[0023]光电二极管220的阳极电连接于第一布线211 (RS);光电二极管220的阴极电连接于第一晶体管201的源极和漏极之一；第一晶体管201的源极和漏极中的另一个电连接于布线205 (FD);第一晶体管201的栅极电连接于第二布线212 (TX);第二晶体管202的源极和漏极之一电连接于第四布线214(GND);第二晶体管202的源极和漏极中的另一个电连接于第三晶体管203的源极和漏极之一；第二晶体管202的栅极电连接于布线205 (FD);第三晶体管203的源极和漏极中的另一个电连接于第五布线215 (OUT);及第三晶体管203的栅极电连接于第三布线213 (SE)。
[0024]光电二极管220为一种光学传感器元件并产生相应于入射在像素电路上的光量的电流。由光电二极管220产生的电荷由第一晶体管201累积在布线205 (FD)中。第二晶体管202输出相应于布线205 (FD)的电位的信号。第三晶体管203在读取时控制像素电路的选择。
[0025]注意，布线205 (FD)为电荷保持节点，即，用于保持其量随光电二极管220所接收的光量而改变的电荷的电荷累积部。实际上，电荷累积部是电连接于布线205(FD)的第一晶体管201的源区或漏区附近的耗尽层电容、布线205 (FD)的布线电容、电连接于布线205 (FD)的第二晶体管202的栅极电容、等等。
[0026]第一布线211 (RS)是用于重置布线205 (FD)的信号线。像素电路200中的第一布线211 (RS)也是用于在布线205 (FD)中进行电荷累积的信号线。第二布线212 (TX)是用于控制第一晶体管201的信号线。第三布线213 (SE)是用于控制第三晶体管203的信号线。第四布线214(GND)是用于设定参考电位(例如，GND)的信号线。第五布线215(OUT)是用于读取在像素电路200中获得的数据的信号线。
[0027]像素电路可具有图2B所示的配置。像素电路210包括与图2A的像素电路200相同的组件，但与像素电路200的不同之处在于光电二极管220的阳极电连接于第一晶体管201的源极和漏极之一，且光电二极管220的阴极电连接于第一布线211 (RS)。
[0028]注意，第五布线215(OUT)可连接至示出在图6A、6B、或6C中的积分器电路。该电路能使读取信号的S/N比增加，这使得有可能感测更微弱的光，也就是说，增加成像装置的灵敏度。
[0029]图6A示出使用运算放大器电路(亦称为op-amp)的积分器电路。运算放大器电路的反向输入端通过电阻器R而连接至第五布线215(0UT)。运算放大器电路的非反向输入端是接地的。运算放大器电路的输出端通过电容器C而连接至运算放大器电路的反向输入端。
[0030]在此，假设运算放大器电路为理想的运算放大器电路。换言之，假设输入阻抗为无限大(输入端不汲取任何电流)。由于非反向输入端的电位和反向输入端的电位在稳定状态下是相等的，因此反向输入端的电位会被认为是接地电位。
[0031]满足了等式(I)至(3)，其中Vi是第五布线215 (OUT)的电位，Vo是运算放大器电路的输出端的电位，il是流过电阻器R的电流，而i2是流过电容器C的电流。
[0032]Vi = il.R(I)i2 = C.dVo/dt (2)il+i2 = 0(3)
[0033]在此，当在时间t = O处使电容器C中的电荷放电时，在时间t = t处运算放大器电路的输出端的电位Vo就由等式⑷表示。
[0034]Vo = -(1/CR) f Vidt (4)
[0035]换言之，在较长的时间t (积分时间)下，待读取的电位(Vi)能被提高并作为输出信号Vo被输出。再者，时间t的延长对应于热噪声等的平均化且会提高输出信号Vo的S/N比。
[0036]在实际的运算放大器电路中，即使当信号不输入至输入端时偏压电流仍流过，使得在输出端产生了输出电压且在电容器C中累积了电荷。因此连接与电容器C并联的电阻器是有效的，如此能使电容器C放电。
[0037]图6B示出包括具有与图6A不同的结构的运算放大器电路的积分器电路。运算放大器电路的反向输入端通过电阻器R和电容器Cl而连接至第五布线215(0UT)。运算放大器电路的非反向输入端是接地的。运算放大器电路的输出端通过电容器C2而连接至运算放大器电路的反向输入端。
[0038]在此，假设运算放大器电路为理想的运算放大器电路。换言之，假设输入阻抗为无限大(输入端不汲取任何电流)。由于非反向输入端的电位和反向输入端的电位在稳定状态下是相等的，因此反向输入端的电位会被认为是接地电位。
[0039]满足了等式(5)至(7)，其中Vi是第五布线215 (OUT)的电位，Vo是运算放大器电路的输出端的电位，il是流过电阻器R和电容器Cl的电流，而i2是流过电容器C2的电流。
[0040]Vi = (1/Cl) f ildt+il.R(5)i2 = C2.dVo/dt (6)
il+i2 = 0(7)