УСТРОЙСТВО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H04N5/335 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству фотоэлектрического преобразования, например к устройству считывания изображения излучения, в частности к устройству фотоэлектрического преобразования, предназначенному для снижения потерь чувствительности вследствие паразитной емкости.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Уже известно устройство фотоэлектрического преобразования, например устройство считывания изображения излучения, которое считывает заряд, образовавшийся в результате фотоэлектрического преобразования в элементе фотоэлектрического преобразования массива датчиков, где используется аморфный кремний или поликремний, путем преобразования в емкость посредством матричного возбуждения.

На фиг.9 показана принципиальная схема традиционного устройства фотоэлектрического преобразования (устройства считывания изображения излучения). В традиционном устройстве фотоэлектрического преобразования согласно фиг.9 пиксель, обозначенный пунктирной рамкой, включает в себя pin-фотодиод PD и выбирающий тонкопленочный транзистор (TFT) ST, и такие пиксели организованы в двух измерениях с образованием массива 101 датчиков. Такое устройство выполнено, например, из слоя аморфного кремния и слоя поликремния, сформированных на стеклянной подложке 102. Pin-диоды PD пикселей принимают на своих общих электродах напряжение смещения Vs от источника питания.

Кроме того, электроды затвора выбирающих TFT ST пикселей подключены к общим линиям затвора Vg1 - VgM. Общие линии затвора Vg1 - VgM подключены к блоку 104 возбуждения затвора, снабженному сдвиговым регистром (не показан). Электроды истока выбирающих TFT ST пикселей подключены к общим сигнальным линиям Sig1 - SigN. Общие сигнальные линии Sig1 - SigN подключены к считывающей схеме 103, снабженной усилителями Amp1 - AmpN, аналоговым мультиплексором MUX и А/Ц преобразователем (не показан).

Традиционное устройство фотоэлектрического преобразования с такой структурой выполняет матричное возбуждение посредством блока 104 возбуждения затвора, благодаря чему данные фотографического изображения выводятся на считывающую схему 103 и считываются.

Теперь поясним структуру в разрезе массива датчиков, используемого в традиционном устройстве фотоэлектрического преобразования, например устройстве считывания изображения излучения. На фиг.10 показан вид в разрезе, демонстрирующий пиксель традиционного устройства фотоэлектрического преобразования (устройства считывания изображения в рентгеновских лучах).

На стеклянной подложке 201, в каждом пикселе, слой 202 электрода затвора (нижний электрод), изолирующий слой 203 (пленка аморфного нитрида кремния), полупроводниковый слой 204 из аморфного кремния, слой 205 аморфного кремния n-типа и слой 206 электрода истока/стока (верхний электрод) образуют многослойную структуру выбирающего тонкопленочного транзистора (TFT) 222. Кроме того, на стеклянной подложке расширенная часть (нижний электрод) слоя 206 электрода истока/стока, слой 207 аморфного кремния p-типа, полупроводниковый слой 208 из аморфного кремния, слой 209 аморфного кремния n-типа и слой 210 верхнего электрода образуют многослойную структуру фотодиода 221. Кроме того, на стеклянной подложке 201 имеется дорожечная часть 223, образованная многослойной структурой из изолирующего слоя 203, полупроводникового слоя 204 из аморфного кремния, слоя 205 аморфного кремния n-типа и слоя 206 электрода истока/стока. Кроме того, защитный слой 211, образованный, например, пленкой аморфного нитрида кремния, сформирован так, что он покрывает эти компоненты, и слой 213 люминофора приклеен к нему адгезивным слоем 212. Такая структура описана, например, в японской выложенной патентной заявке № H08-116044.

Слой 213 люминофора обеспечен для преобразования излучения (рентгеновских лучей) в видимый свет. В общем случае, фотодиод, сформированный из аморфного кремния, имеет чрезвычайно низкую чувствительность к рентгеновским лучам. Слой 213 люминофора состоит, например, из материала на основе гадолиния или из CsI (иодида кремния).

В таком традиционном устройстве фотоэлектрического преобразования (устройстве считывания изображения в рентгеновских лучах) рентгеновские лучи, пропущенные объектом, преобразуются, войдя в слой люминофора, в видимый свет. Затем видимый свет поступает в фотодиод. Фотодиод генерирует заряд в слое полупроводника, и такие заряды последовательно переносятся, при отпирании TFT, на считывающую схему и считываются.

Однако в традиционном устройстве фотоэлектрического преобразования, например устройстве считывания изображения излучения, в общей сигнальной линии генерируется большая паразитная емкость по мере возрастания количества пикселей, организованных в двух измерениях, что приводит к значительному снижению выходного напряжения. В частности, как показано на фиг.9, паразитная емкость Cgs присутствует между электродами затвора и истока выбирающего TFT ST, и величина паразитной емкости, связанной с общей сигнальной линией, увеличивается пропорционально количеству пикселей, подключенных к такой общей сигнальной линии. Например, в случае подготовки площадного датчика, соответствующего рентгеновской пленке размером 40×40 см, путем размещения пикселей размером 200×200 мкм каждый по 2000 единиц в продольном направлении и по 2000 единиц в поперечном направлении, даже паразитная емкость Cgs 0,05 пФ одном месте приводит к паразитной емкости 0,05 × 2000= 100 пФ на общую сигнальную линию.

С другой стороны, фотодиод PD имеет емкость датчика С около 1 пФ. Поэтому для напряжения сигнала V1, генерируемого на фотодиоде при поступлении видимого света, выходное напряжение Vo, наблюдаемое на общей сигнальной линии, оказывается Vo = V1 × Cs/ (Cs + Cgs) × 2000, благодаря чему выходное напряжение Vo составляет около 1/100 напряжения сигнала V1.

Поэтому традиционное устройство фотоэлектрического преобразования, например устройство считывания изображения излучения, нельзя выполнить в виде датчика большой площади ввиду значительной потери выходного напряжения. Кроме того, вследствие такой значительной потери выходного напряжения такое устройство подвержено влиянию шумов, генерируемых в усилителях считывающей схемы, и внешних шумов, из-за чего возникают трудности в создании высокочувствительного устройства фотоэлектрического преобразования. Влияние таких шумов можно снизить, обеспечив считывающую схему с источником питания постоянного тока или малошумящими усилителями, но такой малошумящий усилитель, будучи специализированной схемой, обуславливает такие недостатки, как повышенная стоимость. Кроме того, поскольку такой малошумящий усилитель имеет высокое потребление электрической мощности, считывающая схема будет обеспечивать выделение тепла, которым нельзя пренебречь.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства фотоэлектрического преобразования, способного к снижению влияния шумов, обусловленных паразитной емкостью, и считываемого считывающей схемой простой конфигурации с низким потреблением электрической мощности.

Авторы настоящего изобретения в результате интенсивных исследований для разрешения вышеупомянутых недостатков сделали настоящее изобретение в следующих вариантах осуществления.

Устройство фотоэлектрического преобразования настоящего изобретения отличается тем, что включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, сбрасывающий транзистор, исток которого подключен к элементу фотоэлектрического преобразования и сток подключен к сбрасывающему источнику питания, считывающий транзистор, затвор которого подключен к элементу фотоэлектрического преобразования и сток подключен к считывающему источнику питания, сигнальную линию, подключенную к истоку считывающего транзистора, выбирающий транзистор, подключенный между считывающим источником питания или сигнальной линией и считывающим транзистором, и источник постоянного тока, подключенный к сигнальной линии.

Система считывания изображения в рентгеновских лучах согласно настоящему изобретению отличается тем, что включает в себя вышеупомянутое устройство фотоэлектрического преобразования, устройство генерации рентгеновских лучей и средство управления, причем средство управления управляет функциями устройства генерации рентгеновских лучей и устройства фотоэлектрического преобразования для считывания изображения в рентгеновских лучах, пропущенных объектом.

Согласно настоящему изобретению имеется возможность даже в датчике большой площади подавлять потери выходного напряжения, обусловленные возрастанием паразитной емкости. Поэтому датчик менее подвержен влиянию шумов и может обеспечивать высокую чувствительность. Кроме того, можно построить средство считывания, не используя специализированную схему, например малошумящий усилитель или источник постоянного тока. Кроме того, можно построить средство считывания с низким потреблением электрической мощности и с малым выделением тепла. Кроме того, источник постоянного тока, применяемый в настоящем изобретении, может быть выполнен в виде тонкопленочного транзистора на стеклянной подложке. Поэтому он может быть сформирован путем формирования пленок одновременно с элементом фотоэлектрического преобразования и другими тонкопленочными транзисторами, что дает преимущество в стоимости. Кроме того, источник постоянного тока может быть обеспечен в удаленном от средства считывания месте на стеклянной подложке, что ослабляет влияние сопротивления сигнальной линии.

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания, приведенного совместно с прилагаемыми чертежами, снабженными сквозной системой обозначений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи, которые включены и составляют часть описания изобретения, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с описанием служат для объяснения принципов изобретения.

Фиг.1 - принципиальная схема схемной структуры устройства фотоэлектрического преобразования, в частности устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - схема хронирования, демонстрирующая функции устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего первому варианту осуществления.

Фиг.3 - принципиальная схема схемной структуры устройства фотоэлектрического преобразования, в частности устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - график характеристик Vds-Ids тонкопленочного транзистора CT согласно второму варианту осуществления.

Фиг.5 - принципиальная схема схемной структуры устройства фотоэлектрического преобразования, в частности устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего третьему варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - принципиальная схема схемной структуры устройства фотоэлектрического преобразования, в частности устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 - схема хронирования, демонстрирующая функции устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего четвертому варианту осуществления.

Фиг.8 - принципиальная схема схемной структуры устройства фотоэлектрического преобразования, в частности устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего пятому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 - принципиальная схема традиционного устройства фотоэлектрического преобразования (устройства считывания изображения излучения).

Фиг.10 - вид в разрезе пикселя традиционного устройства фотоэлектрического преобразования (устройства считывания изображения в рентгеновских лучах).

Фиг.11 - принципиальная схема, демонстрирующая конфигурацию источника постоянного тока.

Фиг.12 - принципиальная схема, демонстрирующая другую конфигурацию источника постоянного тока.

Фиг.13 - принципиальная схема, демонстрирующая еще одну конфигурацию источника постоянного тока.

Фиг.14 - принципиальная схема, демонстрирующая еще одну конфигурацию источника постоянного тока.

Фиг.15 - вид, демонстрирующий вывод посредством размещения (удаленного размещения) источника постоянного тока.

Фиг.16 - вид, демонстрирующий вывод посредством размещения (размещения на стороне средства считывания) источника постоянного тока.

Фиг.17 - вид, демонстрирующий разницу в выводах посредством размещения источника постоянного тока.

Фиг.18 - вид, демонстрирующий систему фотографирования рентгеновского изображения, использующую устройство фотоэлектрического преобразования настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приведено более подробное описание настоящего изобретения посредством вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

(ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ)

Сначала объясним первый вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг.1 показана принципиальная схема схемной структуры устройства фотоэлектрического преобразования, в частности устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего первому варианту осуществления настоящего изобретения.

В данном варианте осуществления массив датчиков 1 выполнен на стеклянной подложке 2 путем размещения четырех пикселей PE 11, PE 12, PE 21 и PE 22 в двух строках и двух столбцах, но количество пикселей, образующих массив датчиков 1, не ограничивается этим примером. Каждый пиксель снабжен элементом фотоэлектрического преобразования PD, состоящего из pin-фотодиода, выполненного из аморфного кремния, и запоминающей емкости Cs для накопления сигнального заряда, генерируемого элементом фотоэлектрического преобразования PD. Элемент фотоэлектрического преобразования PD и запоминающая емкость Cs заземлены на одном своем выводе и соединены между собой на других выводах. Каждый пиксель дополнительно снабжен сбрасывающим МОП-транзистором RT, выбирающим МОП-транзистором ST и МОП-транзистором истокового повторителя (считывающим транзистором) FT. Сбрасывающий МОП-транзистор RT, выбирающий МОП-транзистор ST и МОП-транзистор истокового повторителя FT выполнены в виде тонкопленочных транзисторов, сформированных, например, из аморфного кремния или поликремния. Запоминающая емкость Cs может отсутствовать в случае, когда сам элемент фотоэлектрического преобразования PD имеет достаточно большую емкость.

Общая линия сброса R1 обычно подключена к затворам сбрасывающих МОП-транзисторов RT пикселей PE 11 и PE 12, и общая линия сброса R2 обычно подключена к затворам сбрасывающих МОП-транзисторов RT пикселей PE 21 и PE 22. Кроме того, каждый сбрасывающий МОП-транзистор RT одним своим выводом подключен к сбрасывающему источнику питания 5 и другим выводом - к элементу фотоэлектрического преобразования PD и запоминающей емкости Cs.

Общая линия выбора S1 обычно подключена к затворам выбирающих МОП-транзисторов ST пикселей PE 11 и PE 12, и общая линия выбора S2 обычно подключена к затворам выбирающих МОП-транзисторов ST пикселей PE 21 и PE 22. Кроме того, каждый выбирающий МОП-транзистор ST одним своим концом подключен к источнику питания истокового повторителя (считывающему источнику питания) 6 и другим своим концом - к стоку МОП-транзистора истокового повторителя FT в том же пикселе.

Общая сигнальная линия Sig1 обычно подключена к истокам МОП-транзисторов истокового повторителя FT пикселей PE 11 и PE 21, и общая сигнальная линия Sig2 обычно подключена к истокам МОП-транзисторов истокового повторителя FT пикселей PE 12 и PE 22. Кроме того, затвор каждого МОП-транзистора истокового повторителя FT подключен к элементу фотоэлектрического преобразования PD и к запоминающей емкости Cs в одном и том же пикселе.

Общие линии сброса R1 и R2 и общие линии выбора S1 и S2 подключены к сканирующей схеме 4, снабженной сдвиговым регистром, выполненным из кристаллического кремния. Кроме того, общие сигнальные линии Sig1 и Sig2 подключены к считывающей схеме 3, выполненной из кристаллического кремния. Кроме того, общие сигнальные линии Sig1 и Sig2 подключены к источнику постоянного тока I, сформированному на стеклянной подложке 2. Считывающая схема 3 снабжена усилителями Amp1 и Amp2 соответственно для общих сигнальных линий Sig1 и Sig2, а также аналоговым мультиплексором MUX для последовательного вывода этих выходных сигналов на внешнее устройство. Массив датчиков 1 снабжен на своей световоспринимающей поверхности слоем люминофора, аналогично традиционной конфигурации.

Теперь объясним функции устройства фотоэлектрического преобразования (устройства считывания изображения в рентгеновских лучах) согласно первому варианту осуществления. На фиг.2 показана схема хронирования, демонстрирующая функции устройства фотоэлектрического преобразования (устройства считывания изображения в рентгеновских лучах) согласно первому варианту осуществления. На фиг.2 R1 и R2 обозначают импульсы сброса, соответственно поступающие на затворы сбрасывающих МОП-транзисторов RT через линии сброса R1, R2, а S1 и S2 обозначают импульсы выбора, соответственно поступающие на затворы выбирающих МОП-транзисторов ST через линии выбора S1, S2, и MUX_CLK обозначает импульс, поступающий на аналоговый мультиплексор MUX.

В состоянии непрерывного облучения излучением (рентгеновскими лучами) устройства фотоэлектрического преобразования, когда сканирующая схема 4 выдает импульс сброса в общую линию сброса R1, элементы фотоэлектрического преобразования PD пикселей PE 11 и PE 12 сбрасывают потенциал и начинают фотоэлектрическое преобразование, тем самым накапливая заряды в запоминающих емкостях Cs. Кроме того, когда сканирующая схема 4 выдает импульс сброса в общую линию сброса R2, элементы фотоэлектрического преобразования PD сбрасывают потенциал и начинают фотоэлектрическое преобразование, тем самым накапливая заряды в запоминающих емкостях Cs.

Затем, когда сканирующая схема 4 выдает импульс выбора в общую линию выбора S1 после выдачи импульса сброса в общую линию сброса R1, сигнальные заряды, накопленные в запоминающих емкостях Cs пикселей PE 11 и PE 12 после сброса элементов фотоэлектрического преобразования PD, считываются через сигнальную линию Sig1 в считывающую схему 13. Аналогично, когда сканирующая схема 4 выдает импульс выбора в общую линию выбора S2 после выдачи импульса сброса в общую линию сброса R2, сигнальные заряды, накопленные в запоминающих емкостях Cs пикселей PE 21 и PE 22 после сброса элементов фотоэлектрического преобразования PD, считываются через сигнальную линию Sig2 в считывающую схему 13.

Считывающая схема 3 выводит, синхронно с импульсами MUX_CLK, сигналы, выдаваемые через сигнальные линии Sig1 и Sig2 на внешнее устройство обработки и т.п.

Согласно первому варианту осуществления вся схема имеет схемную структуру истокового повторителя. Поэтому сигналы, полученные в элементах фотоэлектрического преобразования PD, можно усиливать и считывать без влияния паразитных емкостей P на сигнальных линиях Sig1 и Sig2. Это дает возможность потерь на выходе, обусловленных формированием большой площади датчика. Также можно добиться того, чтобы выходной сигнал был менее подвержен шумам, генерируемым в самих усилителях Amp1, Amp2 считывающей схемы или внешним шумам. Таким образом можно добиться высокой чувствительности. Кроме того, поскольку сигнал, полученный элементом фотоэлектрического преобразования PD, усиливается истоковым повторителем и считывающая схема 3 не требует источника постоянного тока, считывающая схема 3 может иметь простую конфигурацию и может быть построена из недорогих элементов общего назначения. Таким образом, считывающую схему можно реализовать в виде простой структуры, не требующей специализированных компонентов, например малошумящего усилителя с высоким потреблением электрической мощности или источника постоянного тока, которые необходимы в традиционной технологии.

В вышеприведенном описании функций предполагается, что излучение (рентгеновское) действует непрерывно, но облучение также может осуществляться прерывисто. Кроме того, в структуре устройства считывания изображения в рентгеновских лучах выбирающий МОП-транзистор может быть обеспечен на стороне истока МОП-транзистора истокового повторителя. Кроме того, источник постоянного тока, в частности, не ограничивается конфигурацией схемы и может состоять из одного или нескольких TFT.

(ВТОРОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ)

Теперь опишем второй вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг.3 показана принципиальная схема схемной структуры устройства фотоэлектрического преобразования, в частности устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего второму варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно второму варианту осуществления вместо источника постоянного тока I, используемого в первом варианте осуществления, предусмотрен тонкопленочный транзистор (TFT) CT, выполненный из аморфного кремния. На затвор тонкопленочного транзистора CT подается напряжение от источника питания 7 для источника постоянного тока. Такую структуру можно создать посредством простого производственного процесса, поскольку источник постоянного тока можно одновременно формировать путем формирования пленок с другими транзисторами (сбрасывающим, выбирающим и истокового повторителя). Тонкопленочные транзисторы сброса, для выбора, для истокового повторителя и для источника постоянного тока могут иметь одну и ту же толщину ламинированной пленки или индивидуально различные толщины пленки. Они также могут иметь общие условия легирования (n-типа или p-типа) или индивидуально различные условия легирования. Кроме того, они могут быть сформированы из аморфного кремния в одной части и из поликремния в другой части с использованием, например, лазерного отжига.

Согласно фиг.3 источник постоянного тока, имеющий тонкопленочный транзистор CT и источник питания 7 для источника постоянного тока, построен, как показано на фиг.11. В этом случае тонкопленочный транзистор CT, образующий источник постоянного тока, может быть n-типа или p-типа.

В случае, когда тонкопленочный транзистор CT является, например, тонкопленочным транзистором n-типа, тонкопленочный транзистор CT демонстрирует характеристики Vds-Ids, показанные на фиг.4, в отношении напряжения сток-исток Vds, тока исток-сток Ids, напряжения затвор-исток Vgs и порогового напряжения Vth. Поэтому тонкопленочный транзистор CT можно использовать как источник постоянного тока, управляя напряжением затвора тонкопленочного транзистора CT, чтобы привести его в область насыщения, удовлетворяющую соотношению (Vds > Vgs - Vth).

Кроме того, согласно вышеописанному соотношению в случае тонкопленочного транзистора n-типа источник постоянного тока можно реализовать в виде простой структуры, соединив между собой затвор и исток, как показано на фиг.12. Кроме того, в зависимости от необходимого тока между затвором и истоком можно предусмотреть резистор, как показано на фиг.13. Конфигурация, показанная на фиг.12 или 13, допускает распределение источника питания для источника постоянного тока.

Еще один пример источника постоянного тока, сформированного на стеклянной подложке, показан на фиг.14. В этом примере источник псевдопостоянного тока образован резистором, сформированным по шаблону на стеклянной подложке, без применения тонкопленочного транзистора и т.п. Сопротивление в этом случае предпочтительно существенно больше, чем сопротивление выбирающего МОП-транзистора в открытом состоянии.

(ТРЕТИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ)

Перейдем к объяснению третьего варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг.5 показана принципиальная схема схемной структуры устройства фотоэлектрического преобразования, в частности устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего третьему варианту осуществления настоящего изобретения. В отличие от второго варианта осуществления, в котором тонкопленочный транзистор CT, образующий источник постоянного тока, размещен между пикселем и считывающей схемой 3, в третьем варианте осуществления тонкопленочный транзистор CT находится на общей сигнальной линии, в позиции, более удаленной от считывающей схемы 3, чем пиксель. Иными словами, пиксель расположен между тонкопленочным транзистором CT и считывающей схемой 3.

Преимущество удаленного размещения источника постоянного тока от считывающей схемы будет объяснено со ссылкой на фиг.15, 16 и 17. На фиг.15 показана структура, в которой для каждой сигнальной линии источник постоянного тока удален от средства считывания, а на фиг.16 показана структура, в которой источник постоянного тока размещен на стороне средства считывания. В случае, когда источник постоянного тока размещен на стороне средства считывания, как показано на фиг.16, напряжение Vout, фактически считываемое средством считывания, снижается от потенциала истока Vs каждого МОП-транзистора истокового повторителя резистивными компонентами R1, R2 и R3 сигнальной линии. Например, в случае считывания пикселя С считывается напряжение, которое ниже потенциала истока FT3 на ΔV = I0 × (R1 + R2 + R3).

Таким падением напряжения нельзя пренебречь в случае, когда сигнальная линия имеет большое сопротивление, например, когда построено устройство фотоэлектрического преобразования большой площади. На фиг.17 показано состояние падения напряжения от пикселя к пикселю. С другой стороны, удаленное размещение источника постоянного тока от средства считывания позволяет избежать падения выходного напряжения, обусловленного сопротивлением сигнальной линии. Например, также в случае считывания пикселя С ток почти не течет через резистивные компоненты R1, R2 и R3, поэтому напряжение на истоке МОП-транзистора истокового повторителя может считываться средством считывания почти без падения напряжения. На фиг.17 также показано, что падение напряжения невелико, когда источник постоянного тока удален от средства считывания. Удаленное размещение источника постоянного тока от средства считывания, показанное на фиг.5 и 15, позволяет избежать такого недостатка, как падение напряжения, даже в случае, когда сопротивлением сигнальной линии нельзя пренебречь, как в устройстве фотоэлектрического преобразования большой площади.

Данный вариант осуществления может дополнительно обеспечить, помимо эффектов, полученных в первом и втором вариантах осуществления, эффект устранения падения напряжения на выходе сигнала, подлежащем считыванию считывающей схемой 3, обусловленного резистивным компонентом, даже при наличии такого резистивного компонента в общей сигнальной линии.

(ЧЕТВЕРТЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ)

Перейдем к объяснению четвертого варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг.6 показана принципиальная схема схемной структуры устройства фотоэлектрического преобразования, в частности устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. В отличие от третьего варианта осуществления в четвертом варианте осуществления предусмотрен считывающий тонкопленочный транзистор (TFT) RDT на каждой из общих сигнальных линий Sig1, Sig2. Считывающий тонкопленочный транзистор RDT сформирован между пикселем на стеклянной подложке 2 и считывающей схемой 3. Кроме того, считывающая схема 3 не снабжена аналоговым мультиплексором MUX, и выходные сигналы поступают из сигнальных линий на единственный усилитель Amp. Считывающая схема 3 дополнительно снабжена схемой 8 сканирования считывания для сканирующего контроля напряжений затвора считывающих тонкопленочных транзисторов RDT.

Согласно четвертому варианту осуществления вышеупомянутой структуры после накопления сигнальных зарядов в диффузионных емкостях Cs, как в первом варианте осуществления, считывающие тонкопленочные транзисторы RDT отпираются синхронно с тактовым сигналом CLK1 для сигнальной линии Sig1 и тактовым сигналом CLK2 для сигнальной линии Sig2, как показано на фиг.7, благодаря чему накопленные заряды последовательно считываются в считывающую схему 3.

Согласно четвертому варианту осуществления для считывающей схемы 3 требуется только усилитель и другие необходимые логические схемы, что позволяет дополнительно упростить ее структуру, а значит, обеспечить дополнительное снижение шума и повышение чувствительности при более простой конфигурации. Согласно данному варианту осуществления в отношении скорости сканирования сканирующие тонкопленочные транзисторы RDT предпочтительно формировать из поликремния, используя, например, метод лазерного отжига.

(ПЯТЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ)

Перейдем к объяснению пятого варианта осуществления настоящего изобретения. На фиг.8 показана принципиальная схема схемной структуры устройства фотоэлектрического преобразования, в частности устройства считывания изображения в рентгеновских лучах, отвечающего пятому варианту осуществления настоящего изобретения. В отличие от четвертого варианта осуществления, в котором выбирающий МОП-транзистор ST подключен к стоку МОП-транзистора истокового повторителя FT, в пятом варианте осуществления выбирающий МОП-транзистор ST подключен между истоком МОП-транзистора истокового повторителя FT и сигнальной линией Sig1 или Sig2. Сток МОП-транзистора истокового повторителя FT непосредственно подключен к источнику питания 6 истокового повторителя.

Пятый вариант осуществления может обеспечить эффект, подобный эффекту четвертого варианта осуществления.

Устройство не ограничивается регистрацией рентгеновских лучей, но может непосредственно принимать видимый свет без обеспечения слоя люминофора. Кроме того, элемент фотоэлектрического преобразования не ограничивается pin-фотодиодом, но также может быть построен на основе МДП-датчик. В случае использования МДП-датчика можно также использовать конфигурацию, в которой сбрасывающий источник питания, подключенный к сбрасывающим транзисторам, может управлять выходным напряжением с помощью иллюстрируемого средства управления.

Кроме того, элемент фотоэлектрического преобразования может представлять собой так называемый элемент прямого преобразования на основе материала, способного непосредственно поглощать излучение (или рентгеновские лучи) и генерировать заряд, например, аморфного селена, арсенида галлия, иодида свинца или иодида ртути. В этом случае элемент фотоэлектрического преобразования может быть построен путем формирования или подключения такого элемента прямого преобразования на стеклянной подложке, на которой сформированы тонкопленочные транзисторы из аморфного кремния или поликремния.

(ШЕСТОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ)

Перейдем к объяснению шестого варианта осуществления настоящего изобретения, который предусматривает систему считывания изображения в рентгеновских лучах, использующую устройство фотоэлектрического преобразования настоящего изобретения. На фиг.18 показана система считывания изображения в рентгеновских лучах согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения.

В рентгеновском кабинете (фотостудии) рентгеновские лучи 6060, генерируемые рентгеновской трубкой (устройством генерации рентгеновских лучей) 6050, проходят через грудную клетку 6062 пациента или наблюдаемого лица 6061 и поступают на датчик 6040 изображения. Поступающие рентгеновские лучи содержат изображение внутренних органов тела пациента 6061. В результате поступления рентгеновских лучей сцинтиллятор (люминофор) генерирует свет, который фотоэлектрически преобразуется элементами фотоэлектрического преобразования панели датчика для получения электрической информации. Датчик изображения 6040 выводит такую информацию в виде электрического сигнала (цифрового сигнала) на процессор 6070 изображения. Процессор 6070 изображения, выступающий в качестве средства обработки изображения, применяет обработку изображения к принятому сигналу и выводит его на дисплей 6080, представляющий собой средство отображения в пункте управления (операционной).

Таким образом, пользователь может получать информацию о внутренних органах тела пациента 6061, наблюдая изображение, отображаемое на дисплее 6080. Процессор 6070 изображения также имеет функцию управления и может переключать режимы движущегося/неподвижного изображения или может управлять рентгеновской трубкой 6050.

Кроме того, процессор 6070 изображения способен переносить электрический сигнал, выведенный из датчика 6040 изображения, в удаленное место посредством средства передачи, например телефонной линии 6090, для отображения на средстве отображения 6081 в другом месте, например в кабинете врача. Он также может сохранять электрический сигнал от датчика 6040 изображения в средстве записи, например оптическом диске, которое врач может использовать для диагностики в другом месте. Сигнал также может записываться на пленке 6110 обработчиком 6100 пленок, представляющим собой средство записи.

Данная система считывания изображения в рентгеновских лучах имеет следующие отличительные признаки:

(1) вышеупомянутое устройство фотоэлектрического преобразования обеспечено в датчике изображения 6040, и цифровой сигнал, полученный А/Ц преобразованием, подвергается надлежащей обработке изображения процессором 6070 изображения;

(2) процессор 6070 изображения снабжен непроиллюстрированным средством управления, которое управляет датчиком 6040 изображения, устройством 6050 генерации рентгеновских лучей, дисплеями 6080, 6081, обработчиком пленок 6100 и т.д.

Поскольку много весьма разнообразных вариантов осуществления настоящего изобретения можно предложить, не выходя за рамки его сущности и объема, следует понимать, что изобретение не ограничивается конкретными вариантами его осуществления, за исключением тех, которые заданы в формуле изобретения.

Данная заявка испрашивает приоритет японской патентной заявки № 2003-389274, поданной 19 ноября 2003 г., и № 2004-180899, поданной 18 июня 2004 г., которые при этом включены сюда посредством ссылки.

Изобретение относится к устройству фотоэлектрического преобразования, предназначенному для снижения потерь чувствительности вследствие паразитной емкости. Устройство включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, сбрасывающий транзистор, в котором исток подключен к элементу фотоэлектрического преобразования и сток подключен к сбрасывающему источнику питания, считывающий транзистор, в котором затвор подключен к элементу фотоэлектрического преобразования и сток подключен к считывающему источнику питания, сигнальную линию, подключенную к истоку считывающего транзистора, выбирающий транзистор, подключенный между считывающим источником питания или сигнальной линией и считывающим транзистором, и источник постоянного тока, подключенный к сигнальной линии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Устройство фотоэлектрического преобразования, содержащее: изолирующую опорную подложку, содержащую пиксель, содержащий элемент фотоэлектрического преобразования, сбрасывающий транзистор, в котором один из истока и стока подключен к элементу фотоэлектрического преобразования, а другой из истока и стока подключен к сбрасывающему источнику питания, считывающий транзистор, затвор которого подключен к элементу фотоэлектрического преобразования, а один из истока и стока подключен к считывающему источнику питания, и сигнальную линию, подключенную к другому из упомянутых одного из истока и стока считывающего транзистора, и источник постоянного тока, подключенный к сигнальной линии, и средство считывания, подключенное к сигнальной линии, причем упомянутый источник постоянного тока обеспечен, совместно с по меньшей мере одним из упомянутого элемента фотоэлектрического преобразования, упомянутым сбрасывающим транзистором и упомянутым считывающим транзистором, на упомянутой сигнальной линии в позиции на упомянутой изолирующей опорной подложке, удаленной от средства считывания в большей степени чем от упомянутого пикселя.2. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором средство считывания выполнено из кристаллического кремния и включает в себя усилитель, подключенный к сигнальной линии, и аналоговый мультиплексор, подключенный к усилителю.3. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором упомянутый пиксель дополнительно содержит выбирающий транзистор, подсоединенный между одним из истока и стока упомянутого считывающего транзистора и упомянутым считывающим источником питания, или между одним из истока и стока упомянутого считывающего транзистора и упомянутой сигнальной линией, и упомянутый источник постоянного тока выполнен из аморфного кремния или поликристаллического кремния на той же изолирующей подложке, что и для упомянутого считывающего транзистора.4. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.3, в котором источник постоянного тока включает в себя транзистор источника постоянного тока, затвор которого подключен к источнику питания для источника постоянного тока.5. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.4, в котором источник питания для источника постоянного тока обеспечивает на затворе транзистора источника постоянного тока напряжение, удовлетворяющее соотношению Vds>Vgs-Vth, где Vds - напряжение сток-исток, Vgs - напряжение затвор-исток и Vth - пороговое напряжение.6. Устройство фотоэлектрического преобразования по любому из пп.1-5, в котором источник постоянного тока включает в себя транзистор источника постоянного тока, затвор и исток которого соединены между собой.7. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором источник постоянного тока включает в себя транзистор источника постоянного тока, затвор и исток которого соединены через резистор.8. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором, по меньшей мере, один, выбранный из группы, состоящей из сбрасывающего транзистора, считывающего транзистора, выбирающего транзистора и источника постоянного тока, сформирован с использованием слоя аморфного кремния или слоя поликремния.9. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, дополнительно содержащее слой люминофора, который поглощает излучение и излучает свет в диапазоне длины волны, регистрируемом элементом фотоэлектрического преобразования.10. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором элемент фотоэлектрического преобразования представляет собой pin-фотодиод или МДП-датчик.11. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.1, в котором элемент фотоэлектрического преобразования является элементом прямого фотоэлектрического преобразования, который непосредственно преобразует излучение в заряд.12. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.11, в котором элемент прямого фотоэлектрического преобразования выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из аморфного селена, арсенида галлия, фосфида галлия, иодида свинца, иодида ртути, CdTe и CdZnTe.13. Устройство фотоэлектрического преобразования содержащее: изолирующую опорную подложку, содержащую двухмерный массив из совокупности пикселей, каждый из которых включает в себя: элемент фотоэлектрического преобразования, сбрасывающий транзистор, в котором один из истока и стока подключен к элементу фотоэлектрического преобразования, а другой из истока и стока подключен к сбрасывающему источнику питания, считывающий транзистор, в котором затвор подключен к элементу фотоэлектрического преобразования, и один из истока и стока подключен к считывающему источнику питания, и совокупность сигнальных линий, подключенных к другим из упомянутых одного из истока и стока считывающих транзисторов, и источник постоянного тока, подключенный к указанным сигнальным линиям, средство считывания, подсоединенное к упомянутой сигнальной линии, причем упомянутый источник постоянного тока обеспечен, совместно с по меньшей мере одним из упомянутого элемента фотоэлектрического преобразования, упомянутым сбрасывающим транзистором и упомянутым считывающим транзистором, на упомянутой сигнальной линии в позиции на упомянутой изолирующей опорной подложке, удаленной от средства считывания в большей степени, чем от упомянутого пикселя.14. Устройство фотоэлектрического преобразования по п.13, в котором средство считывания выполнено из кристаллического кремния и включает в себя усилитель, подключенный к общей сигнальной линии, и аналоговый мультиплексор, подключенный к усилителю.15. Система считывания изображения в рентгеновских лучах, содержащая устройство фотоэлектрического преобразования по любому из пп.1 или 14, устройство генерации рентгеновских лучей и средство управления, в которой средство управления управляет функциями устройства генерации рентгеновских лучей и устройства фотоэлектрического преобразования для считывания изображения в рентгеновских лучах, пропущенное объектом.