TW424331B

TW424331B - Photoelectric conversion device

Info

Publication number: TW424331B
Application number: TW087119125A
Authority: TW
Inventors: Noriyuki Kaifu
Original assignee: Canon Kk
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2001-03-01
Also published as: EP0918434B1; KR19990045413A; JP3667058B2; EP0918434A3; KR100282951B1; CN1144448C; SG79999A1; CN1218967A; EP0918434A2; US6798453B1; DE69829828D1; DE69829828T2; JPH11150255A

Description

424333 ,, 4 2 43 3 Η α7 .__^_ _Β7__ 五、發明説明（1 ) 發明背景發明領域本發明係關於一種光電轉換裝置用以藉由可見光，輻射等形成一影像，且更特別而言，係關於一種光電轉換裝置，其可適當的應用至例如靜止相機或X射線影像拾取系統之二維光電轉換設備。相關背景技藝習知之照片大部份爲使用光學相機之銀鹽照片和銀鹽軟片。半導體技術之發展已引進可攝取移動圖像之影像之影像拾取裝置之發展，例如攝影機，藉由使用典型的爲 C C D感應器或MO S感應器之S i單晶感應器之實體影像拾取裝置，但是，這些影像和銀鹽照片比較，在圖素數目和S/N比上較差。因此，一般仍使用銀鹽照片以獲得具有高品質之靜止影像。另一方面，近年來，對於以電腦處理影像，以電子檔案形式儲存影像，和電子郵件之儲存傳送之需求與日倶增。在此種狀況下，更需要可輸出可與銀鹽照片相比擬之影像之數位訊號之電子影像拾取裝置。此種情形不只在一般照片之領域，且在醫護領域中。 X射線照片在醫護領域中通常視爲銀鹽照片技術之應用。此種照片乃用於使人體之受影響部份對由X射線源發出之X射線曝光*以根據X射線透射之資訊而決定是否有' 裂縫或i瘤，其已廣泛且長期使用在醫學診療中。一般而本紙張尺度通別中囷國家標準（CNS >A4規格（210X297公釐）.4_ ----------„---裝------訂------線 (誚先閲讀背面之注意事項再蛾艿本頁} 42433 1 ^ 42413 3 3 ^ a? _B7__ 五、發明说明（2 ) 言，由受影響部份透射之X射線入射至欲轉換成可見光之螢光構件，且銀鹽軟片對此可見光曝光β銀鹽軟片具有高感應性和高解析度之優點，但是卻有需要花費一些時間以顯影，需要更多之時間和勞力以儲存和管理，無法快速的傳输資料至遠處等缺點。因此需要一種電子X射線影像拾取裝置，其可輸出和上述銀鹽照片等效之影像之數位訊號。達成上述情形之一建議爲藉由使用還原光學系統以形成影像之方法和使用例如C C D感應器或MO S感應器之單晶之精巧型光電轉換裝置。但是，此方法只可使用由螢光構件發出之光之約千分之一，且因此對於以X射線觀察人體中以儘可能弱之X射線進行之診斷之需求易於受到影響。因此不易達成藉由使用弱光使用效率之還原光學系铳之精巧型光電轉換裝置而執行用於醫護之X射線診斷裝置。爲了符合此種要求，已發展一種影像拾取設備，其使用利用具有氫合非晶矽（以下稱爲' a — S i ^ )之光電轉換元件之二維陣列影像拾取裝置之大感應器。此種型式之影像拾取裝置乃構造成使用濺鍍裝置，或化學蒸氣沉積裝置（CVD裝置）而將金靥和a-S i以所欲之順序沉積在具有3 0至5 0 c m側邊之絕緣基底上，約2 0 0 0 X 2 0 0 0個半導體二極體形成在其中，一反向偏壓之電場施加於此，和在相關二極體中在反向上流動之電荷可由和二極體同時製造之薄膜電晶體（TFT)所個別偵測。當反向之電場應用至半導體二極體時，一光流相當於入射· 至半導體層之光量而流動。上述之裝置使用此種現象。但本紙张尺度適州中因國家標準（CNS ) A4规格ϋΓ(Γχ2^7公釐) ΓΤΙ I I I —I: -I I I 於衣 I I ]; n n ^ I In n n n ^ (誚先w讀背面之注意事項再^本頁j

.f;·^部-ν·ΐ<;;;:ίν·而妓 τ·消軋合竹.ίι,ΞΓ V 在 24i3 愚 3B3 1 a7 _B7_ 五、發明説明（3 ) · 是，所謂的暗電流之電流即使在完全無光存在之狀態下亦會流動，如此會使雜訊上升，其導致整個系統之偵測能力的降低，亦即，稱爲S/Ν比之感應性之降低•因此，顯影點視此暗電流可降低之量而定。 EP- A - 06 642 1揭示一種滿足這些需求之X 射線影像拾取系統之構造例。圖1爲使用在X射線影像拾取系統中之光電轉換裝置之一例之示意電路圖。圖2爲另 —X射線影像拾取系統之示意方塊圖。但是，上述之影像拾取系統相對於較高之S/N比，較佳之操作性，和較低之成本需求仍易於受到影響》其原因將參考圖1和圖2之影像拾取系統之例說明。在圖1中，Sll，Sl2，…，Smn (ΠΊ和η爲正整數 )表示光感應器，Τη，τ12，...Τ·〇η (m和η爲正整數 )爲例如薄膜電晶體之開關元件，C i i，C i 2，…，C m » (m和n爲正整數）爲電容元件，和SR 1和SR2爲移位暫存器。一圖素由光感應器Sll，Sl2，…，或Smn，電容元件Cii，C12，…，或C«n，和開關元件Tii， T12，…，或丁 mn構成，且此圇素安排在矩陣圖樣中。圖素之開關元件，T12，…，或Tmn使用於訊號之傳輸。在每列中之圖素之相關開關元件T i I，T i 2，…，Τ ·η η 之閘極連接至控制線g i，g 2，…g - ( m爲正整數），且控制線g!，g2，...go*連接至移位暫存器SR1。在每行中之相關開關元件T i i，T i 2，...，T 〇 n之主電極連接至提供於每行之訊號線。在每個圖素中之光感應器s 本纸張尺度適州中园國家桴準（CNS)A4规格（210X297公釐）_g. -----------^------IT------0 (对先閱讀背面之注意事項再功朽本κ} -*·'·1广部中Α^^^.'^^^ι^^^^^η 424331 A7 _B7____ 五、發明说明（4 ) ，S 1 2，...，S m n之電極和電容元件C 1 1，C 1 2，...， C,lin之電極共同連接至開關SWg和開關SWs。在每個圖素中之光感應器Su，S12，…’ Smn之其它電極和電容元件Cii，c12，…，Cmn之其它電極連接至非上述開關元件Tii，τ12，…，或Tmn之主電極之其它電極。每個訊號線連接至開關Ml，M2 ·…Μη ( η爲正整數），且開關Ml，Μ2，...Μη由移位暫存器SR2連續的驅動，以經由一放大器輸出訊號當成依序之輸出。開關 SWg和SWs分別連接至所需之電源供應Vg和Vs，且受驅動以在所欲之時間提供所需之電位至光感應器S j j ，Sl2，…，Soin之電極和電容元件Cll，Cl2，…， C m η之電極。在圖2中，數字6 0 0 1表示光電轉換部份， 6 0 0 2爲類比/數位訊號轉換器用以轉換來自光電轉換部份6 0 0 1之類比訊號爲數位訊號，6 0 0 3爲減法器用於固定圖恙之更正> 6004爲記億體，6005爲一控制器，6006爲一緩衝器，和6007爲一影像處理器》圖2顯示多數之移位暫存器S R 1串列安排和安排有用於偵測之多數積體電路I C之例。來自用於偵測之積體電路I C之輸出乃輸入至在處理電路6 0 0 8中之類比/ 數位訊號轉換器6 0 0 2以數位化。每個數位輸出供應至用於固定圖樣更正之減法器6 0 0 3以移除不要之固定圖樣雜訊*而後儲存在記憶體6 0 0 4中。儲存在記憶體 · 6 0 0 4中之資訊由控制器6 0 0 5控制，並經由緩衝器本紙張尺度適fl丨中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）_ 7 _ --;----.---裝------訂------^線 {誚先閱讀背面之注意事項再功、Μ本Π ) 424331 A7 __ ___B7__ 五、發明説明（5 ) 6 0 0 6傳送至用於訊號處理之影像處理器6 0 0 7以進行影像處理。關於第一個問題，當由光電轉換裝置中獲得n xm個光電轉換元件之資訊片時，其中在每個線上安排又η個光電轉換元件之m個線，如圖1之例所示，如果η和m不小於1 0 0 0時，A/D轉換器之運算速度不足》雖然A/D轉換器在圖1中未顯示，一般情形爲連接 A/D轉換器至V 〇 u t以轉換類比電壓爲數位電壓。在此構造中*爲了由光電轉換元件之資訊獲得數位化資訊， A/D轉換器需要一些時間以轉換輸出至V 〇 u t之類比電壓爲數位資訊。當T a d界定當成A/D轉換器需用於獲得數位資訊之時間時，此裝置需要下述之時間T ( 1線 )以由在一線上之圖素獲得η片之數位資訊，亦即，T ( 1線）3nxTa d。實際上，此裝置進一步需要一時間以啓動傳送TFT Tx1至Txn和一時間用以連續的啓動開關Ml之Μη <因此，其需要更多的時間。此裝置需要下述之時間Τ ( 1框）以獲得一框之資訊，亦即 Τ (1 框）gmXnxTa d。如果 n=m = 2000時，至少需要4，000，OOOxTad之時間以獲得一框之資訊•由於用於A/D轉換器之類比數位轉換之時間一般爲100ns至1000ns ，因此獲得 —框之資訊需要0 . 4至4秒。有鑒於需要增加S/N比和改善操作性，必須降低此時間。此乃因爲暗電流之累積時間變成相當長。而讀取需在對光電轉換元件之曝光完成本紙乐尺度適中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐）_8- --------.---^-------1Τ------^ (誚t閲讀背面之注意事項再硪巧冬頁) 4243?^ ' A7 _B7_ 五、發明説明（6 ) 後才開始。假設讀取花費4秒|在4秒之期間流動之暗電流會累積在最後讀取之光電轉換元件中。即使使用具有小暗電流之光電轉換元件，暗電流之累積時間亦太長，因此會使雜訊上升。此即爲使整個設備之偵測能力降低之原因，亦即，會使S/N比降低之原因。當讀取花費4秒時，此種讀取至少需要4秒。在此例中，病患必須靜止站立且停止呼吸4秒。因此，在操作性上亟需改進。使用分成數群之訊號線SIG和多數A/D轉換器以改善此點之系統爲圖2所示之系統。歐洲專利第 0 4 4 0 2 8 2號案揭示相似於此系統之裝置。.但是，這些系統難以解決下述之第二和第三問題。第二問題爲在圖1中，在開關Μ 1至Μη連續啓動之前，傳送TFT Txln至Txn (X爲由1至m之整數中選擇之數字）必須啓動以使訊號線SIG之電位穩定。由於A/D轉換器必須在一開關My ( y爲由1至m之整數中選擇之數字）打開時轉換類比電壓爲數位訊號，需用於連續的啓動開關Μ 1至Μη之時間TM爲TM2 η X Ta d。實際上由於A/D轉換器在由開關My切換至開關M (y + 1 )之後和在Vo u t之電位穩定之前之期間是無法操作的，因此需要更多的時間。藉由使用如上述圖 2且揭示於歐洲專利第0 4 4 0 2 8 2號案之系統之多數 A/D轉換器可妤解此一問題•但是，所需的是，啓動傳送TFT Tx 1至Txn以在介於獲得一線之數位資訊和獲得次一線之數位資訊間之期間使訊號線S I G之電位本紙乐尺度通中國囷家揉率（CNS ) A4規格（210X297公釐）-9· 裝訂線 (誚先閲讀背面之注意事項再填巧本R ) 42樹 t $ 五、發明説明（7 ) 穩定·當時間界定爲Tt f t時，在一線上用以獲得η片數位資訊之時間Τ ( 1線）表示爲Τ ( 1線）2ΤΜ + T t f t。第三問題爲，雖然開關Ml至Μη理想的依序在傳送 TFT Txl至Txn已啓動後啓動以穩定訊號線 S I G之電位，實際上，一小的漏電流在訊號線S I G中流動以在開關Μ 1至Μη之連續切換啓動操作時降低訊號電荷或增加額外的電荷至原始訊號，藉以降低S/N比。傳送T F Τ即使在一啓動狀態仍具有一確定的電阻値（所謂的啓動電阻値），且其會使訊號電荷之移動不穩定。當時間t比從傅送TFT Tx1至Txn之啓動至由 A/D轉換器經由開關My而類比至數位轉換資訊間之時間長時，易於發生S/N比之降低。相反的，如果時間t 太短時，傳送T F T之啓動電阻値亦會降低S/N比。亦即，有一所欲可獲得高S / N比之時間t値》另一方面，在用以連續啓動開關Μ 1至Μη且用以藉由A/D轉換器經由開關My而轉換資訊爲數位資料之方法中，時間t依照每個光電轉換元件S X 1至S X η而不同。特別的，光電轉換元件S X 1具有從傳送TFT T xl至Τ X η之啓動至由A/D轉換器經由開關Ml而類比至數位轉換資訊間之短時間t ·而光電轉換元件 Sxn具有從傳送TFT Txl至Txn之啓動至由 A/D轉換器經由開關Μ η而類比至數位轉換資訊間之長· 時間t如此會引起對所有光電轉換元件而言無法在所欲本紙张尺度述用中园囡家標準（CNS ) Α4坑格（210乂297公釐）-10- ------.---^------1T------^ {«先閱讀背面之注意事項再功8本頁) 或 2 4331 e a? _B7__ 五、發明説明（8 ) 之時間t獲得資訊之情形。第三問題不只爲圖1所顯示之裝置之問題，且是在開關群或所諝的類比多工器，如歐洲專利第0 4 4 0 2 8 2號案所掲示之裝置之前，存在於例如放大器之元件之裝置中會發生之問題。對於上述第一至第三問題之解答爲一構造，其中提供有η個A/D轉換器，傳送TFT Txl至Txn啓動而無需使用開關My，和所又的A/D轉換器在所欲時間 t逝去後操作以轉換資訊爲數位資料》但是，實際上，當 η相當大•例如不小於1 〇〇〇時，此種作法相當困難。即使可完成此種構造，仍必須使用多數昂貴的A/D轉換器，因此其成本會提高。發明槪要本發明之一目的乃在提洪一種高S/N比和良好操作性之低成本光電轉換裝置，和一低成本系統，其可獲得具有需要用於X射線影像拾取系統之大面積和高S/N比之數位資訊。本發明之另一目的乃在提供一種光電轉換裝置包含：光電轉換部份包含多數之光電轉換圖素安排在行和列方向，多數之訊號接線接線在行方向*每個訊號接線連接安排在相同行中之光電轉換圖素之輸出，和多數之控制接線接線在列方向•每個控制線連接用以控制安排在相同列中之光電轉換圖素之訊號输出操作之控制端：多數之類比記憶機構用以儲存由類比電壓轉換機構而本纸張尺度適用中园囷家標隼（CNS >六4洗格（210X2D7公釐）-11 . ---------装------IT------^ (誚先閲讀背面之注意事項再蛾艿本頁) ^;;,部中夾^^^·-^-1"'蹩合竹，^印；^ ^2433t A7 _____B7_ 五、發明説明g ) · 得之類比電壓，該類比電壓轉換機構用以根據光電轉換圖素而轉換一資訊電荷爲類比電壓，每個類比記憶機構連接至訊號接線：和多數之A/D轉換機構，其連接至多數之類比開關機構之輸出，類比開關機構連接至多數之輸出線群，該多數之輸出線群以分割類比記憶機構之輸出線爲多數群而形成本發明之另一目的乃在提供上述之光電轉換裝置，其中該類比轉換機構和該類比記億機構連接至訊號接線- 本發明之另一目的乃在提供上述之光電轉換裝置，其中當多數之輸出線群由N群输出線構成時，光電轉換圖素安排在η行中，A/D轉換機構之轉換時間爲Ta d秒，和經由類比電壓轉換機構用以轉換由光電轉換圖素輸出之資訊電荷爲類比電壓之時間爲Tt f t秒，N滿足N2n xTad/Ttft 之條件。本發明之另一目的乃在提供上述之光電轉換裝置*其中N滿足下述條件： η X Tad/Ttft ^ N<n X Tad/Ttft+1 s 本發明之另一目的乃在提供上述之光電轉換裝置，其中該光電轉換圖素具有光電轉換元件和用以控制光電轉換元件之訊號輸出操作之開關元件，且其中光電轉換圖素之' 控制端爲開關元件之控制端。本紙乐尺度適州中园國家標率（CNS>A<規界（21〇Χ2〇7公釐）-12- --^-------^------ΪΤ------^ (誚先閱讀背面之注意事吼再功寫本I) ’424，” b7 五、發明説明（io ) 圖式簡單說明 <对1閲讀背面之注意事項再硪巧本頁} 圖1爲用以顯示光電轉換裝置之一例之示意電路圖：圖2爲用以顯示光電轉換裝置之一例之示意方塊圖；圖3爲用以說明光電轉換裝置之一較佳例之示意電路圖：圖4爲用以說明光電轉換裝置之一操作例之示意電路

Brt · 圖5爲用以說明光電轉換裝置之一操作例之示意時間圖；圖6爲用以說明光電轉換裝置之另一較佳例之示意電路圖；圖7爲用以說明光電轉換裝置之一較佳構造例之示意佈局圖；圖8爲用以說明光電轉換裝置之另一較佳例之示意電路圖：圖9 A爲用以說明光電轉換裝置之一較佳構造例之示意平面圖：圖9 B爲用以說明光電轉換裝置之一較佳構造例之示意橫截面圖；和圖10爲用以說明可應用至使用光電轉換裝置之非破壞性檢視之系統之型式之示意系統構造圖。主要元件對照本纸張尺度速用中S國家標芈（CNS ) A4规格（210X297公釐）· 13 - 424331 A7 B7 五、發明説明卩1 ) 〇11，〇12 〇 m d T I I , T 1 2 ,......... Tmn C l J , C 1 2......... C m n SRI ,SR2 Μ 1 , M 2......... Mn 6001 6002 6003 6004 6005 6006 6007 6008 100 10 11 12 13 14 15,16 17 20 21-23 24 光感應器開關元件電容元件移位暫存器開關光電轉換部份類比/數位訊號轉換器減法器記億體控制器緩衝器影像處理器處理電路圖素群第一訊號線群重置開關群放大器群取樣保持電路群類比多工器放大器 A/D轉換器第二訊號線群電路群類比多工器本紙張尺度適用中S國家標準（CNS ) A4说格（2)0X297公釐）-14- ---------^------IT------ f. (ti先閲讀背*之注意事項再填寫本玎) 424^331 A7 B7 八沪部中央Kiv;:Ju τ_;/1资合竹"卬t 五、發明説明¢12 ) 25,26 放大器 27 A/D轉換器 30 第三訊號線群 31-33 電路群 34 類比多工器 35,36 放大器 37 A/D轉換器 102 控制器 103 參考電壓產生器 101 移位暫存器 104 脈衝產生器 1 重置開關 2 放大器 3 S/Η電路 4 類比多工器 7 A/D轉換器 1 100,2100,3100,4100 圖素群 6011 矽上感應器基底 6010 彈性電路板 6012 基底 6013 引線板 6014 記憶體 6018 處理電路 6020 碳纖維殼 ---------^------1T------.^ . j (誚先閱讀背面之注意事項再項巧本頁) 本紙张尺度適用中囤國家標隼（CNS ) A4現格（2Ϊ0Χ297公嫠> -15- 4^243» f A7 B7 五、發明説明（13 ) 6060 X光 6050 X光管 6040 光電轉換裝置 6070 影像處理器 6080 顯示器 6090 電話線 6081 顯示器 6110 軟片 6100 軟片處理器較佳實施例之說明以下參考圖式說明本發明。 (第一例）圖3爲依照本發明之第一例之光電轉換裝置之示意電路圖。如圖3所示，構成光電轉換部份之圖素元件之圖素元件群1 0 0乃由非晶矽（a — S i )形成在一絕緣基底上。一圖素元件（光電轉換圖素）由當成光電轉換元件之一感應器S和當成開關元件之薄膜電晶體T構成。圖素元件群1 0 0由，例如，在列方向（在圖3之水平方向）每列 1 3 7 6個元件和在行方向（在圖3之垂直方向）每行 1 376個元件，亦即：全部1893376個圖素元件' 所構成。’安排在相同行之圖素元件中之薄膜電晶體T之輸本紙张尺度適州中國國家標準（CNS ) A4说格（2丨0X297公釐)~. Ifi-

---------------ΐτ------.^ •- (ϊίίΐ:閲讀背面之注意事項再峨巧本s J 42:43 31^' A7 __B7_ 五、發明説明（14 ) 出共同連接至訊號線s I G，和安排在相同列之薄膜電晶體T之控制端共同連接至一控制線g。控制線g全部有 1 3 7 6條且連接至移位暫存器1 0 1以依序啓動。當一控制線g啓動時，連接至控制線g之1 3 7 6條薄膜電晶體T啓動，藉此，在連接至薄膜電晶體T之光電轉換元件 S中之資訊電荷傳送至相關的訊號線S I G »此訊號線 S I G分成三群訊號線，第一訊號線群1 0 ( 3 5 2條線 )，第二訊號線群20(512條線），和第三訊號線群 3 0 ( 5 1 2 條線）。第一訊號線群1 0—起連接3 2條虛擬線至3 8 4個重置開關之重置開關群1 1，3 8 4個放大器之放大器群 1 2，和3 8 4個取樣保持電路（以下以S/Η電路表示 )之取樣保持電路群1 3。3 8 4個S/Η電路之輸出以 3 8 4個輸出線之輸出線群之型式連接至當成類比開關之類比多工器1 4。類比多工器1 4在經由9條位址線 a d0至a d8之控制下，由384個S/Η電路1 3選擇一輸出以輸出一電壓。此電壓受引導經由放大器1 5和 1 6以降低其阻抗至一較低値*且類比電壓由一A/D轉換器1 7經由一連接器1 0 5當成數位資訊輸出至Dout 1 。關於第二訊號線群2 0，類比電壓相似的經由5 1 2個電路組之電路群2 1至2 3 *類比多工器2 4，放大器 25和26，和A/D轉換器27而輸出至Dout 2當成數位資訊。關於第三訊號線群3 0，類比電壓相似的經由 5 1 2個電路組之電路群31至33，類比多工器34， I--：--；-----^------IT------.^ {銪先閲讀背而之注意事項再蛾巧本s ) 本纸張尺度通扣中S國家標準（CNS > A4规格< 210X297公釐> -17- A7 B7 五、發明説明（15 ) - » 放大器3 5和3 6，和A/D轉換器3 7而輸出至Dout 3 當成數位資訊。每個電路由來自控制器1 0 2之訊號r c 0至r c 3 ，smpl，和ad〇至ad8所控制和驅動。此控制器 102產生四種型式之重置訊號icO至rc3·並控制在行方向中每四個開關之在重置開關群1 1，2 1，和 3 1中之開關，藉以致能四條線之變薄操作或交替操作。 —參考電壓產生器1 0 3在控制器1 0 2之控制下，經由移位暫存器101供應用於薄膜電晶體Τ之啓動電壓 Vc om和關閉電壓Vs s。移位暫存器1 〇 1.可一條一條的控制控制線g，在變薄操作中一次執行多數線之啓動 /關閉控制，或啓動位於分散位置上之控制線。一脈衝產生器1 0 4供應感應器偏壓脈衝至光電轉換元件S之共同電極。脈衝產生器1 0 4產生四種型式之感應器偏壓脈衝 •，且每四條線供應共同脈衝在共同方向上。如此允許四條線之變薄操作或交替操作。以下參考圖4和5說明上述光電轉換裝置之操作例。圖4典型的顯示在圖3中之圖素元件群100外之一圖素。在圖4中’參考文字S I G表示在訊號線群1 〇， 2 0，和3 0中之一訊號線S I G，數字1表示在重置開關群1 1，2 1，和3 1外之一重置開關，數字2表示在放大器群1 2，2 2，和3 2外之一放大器，數字3表示在8/^1電路群13’23，和3 3外之一S/Η電路，. 數字4表示在類比多工器1 4，2 4，和3 4外之一類比 ---------幕— *· (請ίι閲請背面之注意事巩再项艿本頁) 訂線本紙乐尺度適用中S國家標準（CNS ) A4C格（210Χ297公釐） -18 - 經浐部中央標3?-局®t工消费合作社印¾ 〇物 r Λ7 B7 五、發明説明<6 ) 多工器，和數字7表示在A/D轉換器17 | 27，和 3 7外之一 A/D轉換器。爲了簡化說明起見，在圖4中省略相關於放大器1 5和1 6之放大器。脈衝1 1 0 1示意的表示在移位暫存器1 0 1中之一電路，和脈衝 1 1 04示意的表示在脈衝產生器1 0 4中之一電路•在圖4中，gx (X爲由0至1375間之數字所選擇之整數）表示在1 3 7 6條控制線外之控制線。再者，參考文字r c表示重置訊號Γ c〇至r c 3之一。參考文字C表示形成在訊號線中之電容。此電容C並非形成當成一元件，而是表示連接至訊號線之1 3 7 6個薄膜電晶體之雜散電容。再者•和圖3相同之元件乃以相同的參考文字表示 0 圖5爲以圖4中之控制線gx和訊號r c，smp I ，和a d 〇至a d 8之控制時間之時間圖，和以控制線g x+1(在線gx啓動後次一個）和訊號rc ， smpl ，和a d 0至a d 8之控制時間之時間圖。在脈衝開關部份上提供之數字表示相關的時間，且一增量表示1 # s之逝去。以下參考圖5說明圖4之電路之操作》首先說明在一列上之1 3 7 6個圖素元件之操作。首先，一啓動脈衝應用至r c以開關該重置開關1成爲啓動。而後，在電容C 中之電荷初始化。而後，r c轉爲關閉位準以開關重置開關1爲關閉。而後，一脈衝應用至控制線g X以啓動薄膜-電晶體T，藉此，在光電轉換元件S中之資訊電荷經由薄 ---------裝— J. V (对1閱#'背而之注&箏項再填巧本页>

'1T 線· 本紙張尺度適用中國囡家標隼{ CNS ) Λ4坭格< 210x297公;ft ) . -|g. 4St A7 ΙΪ7 五、發明説明¢7 ) 膜電晶體T傳送至電容C·此乃因爲電容C之電容値大於在光電轉換元件中之電容値。電容C之電位藉由資訊電荷而增加。其而後由放大器2放大以輸出當成類比電壓。亦即，電容C，重置開關1，和放大器2作用當成類比電壓轉換器以轉換資訊電荷爲類比電壓》另一類比轉換器可使用一電流積分型放大器以取代放大器2 >在此例中，重置開關1位於電流積分型放大器之初始電路中（通常在用於積分電荷累積之電容之兩端）-此方法具有之優點爲不會因電容C之變化而受到影響》經漪部中央搮聿局貝工消费合作社印狀而後，控制線g X轉爲關·閉位準以關閉薄膜電晶體Τ ，而後一脈衝應用至smp1以啓動在S/Η電路3中之開關SW。如此使得由放大器2輸出之類比電壓受記錄當成在保持電容C s h中之電壓。此記錄電壓在smp 1之改變爲關閉位準以關閉開關SW後不會受到由放大器2輸出而來之類比電壓之改變之影響。因此，S/Η電路3之輸出保持當成一電壓。此輸出電壓在由輸出當成數位資訊至Dout之脈衝a d 〇至a d 8所決定的時間由類比多工器 4供應至A/D轉換器7·在S/Η電路3之輸出保持當成一電壓且資訊在A/D轉換器7中處理之期間，次一薄膜電晶體T由脈衝r c和g x+ 1啓動•且次一資訊输出當成類比電壓至放大器2。上述說明在一列上之1 3 7 6 個圖素元件之操作，而來自用於一框之1 3 7 6列之圖素元件之進一步數位資料，亦即，1 376行XI 376列-=1 89 3 376圖素元件可藉由重複此操作1 376次本紙张尺度適用中國困家椋準（CNS > A4WL枋（2IOX297公势）-20- 經浐部中央標準局貝工消费合竹杜印裝 i A- ___B7 五、發明説明彳8 ) 以移位欲啓動之控制線g而得。在圖5中，T t f t表示需用於由g X轉換在光電轉換元件S中之資訊電荷經由薄膜電晶體T和轉換器（電容 C '重置開關1，和放大器2)爲類比電壓之時間。再者，Tt f t1爲需用於由gx + Ι轉換次一資訊電荷之時間。再者，TM表示須用於操作多工器4和藉由A/D轉換器7輸出5 1 2個S/Η電路之輸出之數位資訊至Dout之時間。在此例中，Tt i t=Tt f t_=78/2s，和 TM爲76 . 8# s (在此例中，A/D轉換器之轉換時間Tad爲150ns) «由此可知，Tt it. >TM且光電轉換裝置之讀取速度乃由在此例中用於由g x轉換在光電轉換元件S中之資訊電荷經由薄膜電晶體T和轉換器 (電容C ·重置開關1，和放大器2 )爲類比電壓之時間。在本例中，訊號線S I G分成三群訊號線。如果訊號線 SIG分成兩群訊號線時，TM至少爲103.2# s ( l376/2xl50ns)，且因此讀取會降低》如果訊號線SIG分成四群訊號線，則TM只有51.6#s (1376/4xl50ns)，但是由於Ttft爲 78a s，讀取速度亦爲78# s，藉以呈現無改變。因此，訊號線群數目之增加不會增加讀取速度。爲了獲得具有良好操作性和低成本之光電轉換裝置|訊號線群之數目因此需考量各種狀況而定》在本例中，對於所有圖素而言，每個圖素元件之資訊，可在78// s之Tt f t之固定時間中獲得。由於 n n n I- —I I 1 I If n n n I n I T n ! n ——I AK· 05. i 結本紙張尺度通用中囷國家標導（CNS ) Λ4说格（210X29?公ft ) _ 21 · 經浐部中央標萆局只工消费合作讧印裝 *·^·4Π243^3> It A 7 __.____B7 五、發明説明（19 ) T t f t對於所有圖素均爲常數，訊號線S I G之漏電流之影響，如果有，對於所有圖素而言會變成常數，且因此其校正相當容易。在薄膜電晶體T關閉後之1 4 A S上之固定電壓轉換爲數位資訊。即使在g X中之電壓改變影響在薄膜電晶體之關閉時間上之訊號線S I G，此影響會爲常數，且可由校正而降低。如果並未提供S/Η電路，且因此訊號線SIG之電壓在薄膜電晶體關閉後必須轉換成數位資訊時*和圖5之操作不同的是，藉由A/D轉換器用以轉換類比電壓爲數位資料之操作無法允許和用於轉換在光電轉換元件S中之資訊電荷經由類比電壓轉換器（電容C，重置開關1，和放大器2)爲類比電壓之操作同時執行。因此，需要長時間（Ttft + TM)且訊號線S I G 之漏電流之影響會根據在此例中之圖素元件而改變。再者，在薄膜電晶體關閉時，在訊號線S I G上之g X中之電壓改變之影響亦會根據圖素元件而不同。即使本例受到例如輻射雜訊或電源供應雜訊等之突發雜訊，包括在一列中之圖素元件中之雜訊爲常數。其理由如下。由於1 3 7 6條訊號線S I G之類比電壓在和 s m p 1轉爲關閉位準以關閉開關SW之同時處理’它們不會由來自放大器2輸出之類比電壓之改變所影響，且 S/Η電路3之輸出保持當成一電壓。亦即，在—列中之元件只由同時之雜訊所影響。在本例中，1 89 3 376 個圖素元件乃安排在1 .3 7 6列和1 3 7 6行中，用以讀· 取1 3 / 6行之1 3 7 6條訊號線乃分成三群’且該裝置 ---------篆------ΐτ------.^ (ΐίι閱沭汴而之注态事項4填if:!'本玎> 本紙乐尺度適用中國囡家梂準（CNS M4蚬怙（2IOX297公« ) . 22 經漭部中央橾萆局只工消费合作社印裝 A7 H7

-—------------*~ -_ — --- .- - -——·-«__ I 五、發明説明如）提供有三個類比開關和三個a/d轉換器。以下說明在行數目之其它例中之群之數目。以下說明當η行圖素元件分爲N群時•如何決定N以達成最大的S/N比·最佳的操作性•和最低之成本。當η行分成Ν群時，每個群包括至少（η/Ν)訊號線S I G，且需要不小於（n / N ) X T a d之時間以轉換輸出爲數位資訊*亦即，其有TM各（n/N) X T a d之關係。於此所有圖素元件之資訊需要儘快的轉換爲數位資訊以產生具有高S/N比和良好操作性之光電轉換裝置。因此，用於一行之時間亦需要變小。但是，於此仍需T t f t以用於圖素元件之資訊之轉換爲訊號線 S I G之類比電壓《由於用以轉換在光電轉換元件S中之資訊電荷爲類比電壓之操作乃和在圖5所示之本例中以 A/D轉換器轉換類比電壓爲數位資料之操作同時執行，需用於讀取一行之時間乃由TM和Ttft中選擇較長者。由上式可知，當N增加時，TM降低。因此，當Ttft会T Μ 時’光電轉換裝置可提供高S/N比和良好操作性。由上述兩式可獲得下式。

Ttft^(n/N)xTad 修改此式，可得下式。 N^nxTad (1) 本紙张尺度適用中國囷家標率{ CNS > /V)坭格（2〗0x297公;ί ) -23- ---------^------IT------^ -- (1ί5ι聞1ί背面之注念事磧再填巧本玎) 經漓部中央橒隼趵只工消费合作社印裝 A7 _____B7 五、發明説明幻） * 當滿足此式時，可產生具有高S/Ν比和良好操作性之光電轉換裝置》以下以數値說明此特殊例·在本例中，N表示三群， η 爲 1376 行，Tad 爲 150ns ( = 0.15//s )’和Tt f t爲78/zs。將這些値代入上式則右側如下。 1376x 0· 15 (gs)/78 " = 2.646 … 因此，3>2 . 646...，且因此可產生具有高S/ N比和良好操作性之光電轉換裝置。當N大於3時，例如，N=4，TM變小，51 . 6 μ s，但是用於一行之時間仍爲Tt i t。因此，導致成本之增加。爲了達成具有高S/Ν比，良好操作性，和低成本之光電轉換裝置，最好設定N最接近（nx Tad/Ttft )，並保持N 2 η X Tad/Ttft之關係•因此，必須決定N以滿足下式〇 N-l<nxTad/Tt f t 修改此式，可決定N以滿足下式。 N<nxTad/Tt f t + 1 (2) 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規袼< 2]OX297公穿）-24 - ---------^------1T------.^ -' (誚1閱讀背面之注念事項再4ΪΪ?本页) 必之布33K · A7 Η 7 "" Ι· * ' ' ' — I . - - - ' 五、發明説明) 以此數値特別的說明，在本例中之右側如下。 1376x〇 . 15jus/78 扛 s + l = 3 · 646*.· 因此，3<3 _ 646...，且因此當N=3時，可獲得具有高S/N比，良好操作性，和低成本之光電轉換裝置。因此當此裝置滿足同時包括上式（1 )和式（2 )之下式時，可獲得有髙S/N比，良好操作性，且低成本之光電轉換裝置。 nxTad/Tt f t^N<nxTad/Tt f t + 1

經"部中央標準局β工消费合作社印W 式（2 )並不是用於特定薄膜電晶體和A/D轉換器之效能之條件。因此，藉由，例如使用低成本和高速（例如Ta d = l 〇〇n s )之A/D轉換器，可達成具有高 S/N比和良好操作性之光電轉換裝置。但是，在此例中最好能滿足式（2)。 (第二例）圖6爲依照本發明之第二例之光電轉換裝置之示意電路圖。未紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2IOX 297公犮) 25- 經碎部中央樣隼局只工消f合作枉印裝 424^331 * A7 _B7 五、發明説明钐） ~ 本例和第一例之不同點在於在第一列和第一行中之每個光電轉換元件之一電極連接至G N D電位和在第一列和第一行中之光電轉換元件使用當成參考元件。當光電轉換元件之一電極保持在GND電位時，光電轉換元件變成對光不反應。但是，此光電轉換元件受到訊號線S I G之漏電流之影響和受到在薄膜電晶體之關閉時在訊號線SIG 上之g X中電壓改變之影響。高S/N比之資訊可藉由將由第一列元件所獲得之資訊減去其它圖素元件之資訊而得。此時’ 1 3 7 6個資訊片可受到儲存以使用當成用於來自相關行之圖素元件之資訊之校正値。但是，第一列之 1 3 7 6個資訊片受到儲存以使用當成用於每個圖素元件之資訊之校正値，以簡化此電路。此乃因爲本例乃構造成使每個圖素之訊號線SIG之漏電流之影響和在薄膜電晶體之關閉時在訊號線S I G上之g X中電壓改變之影響爲常數。其理由說明於第一例中。由於記憶體只儲存 1 3 7 6片資訊之平均，此記憶體可爲小尺寸低成本之記億體。當由第一行元件所獲得之資訊使用當成用於來自相關列之圖素元件之資訊之校正値時，藉由將其從每個圖素元件之資訊中減去可獲得此資訊。其理由如下。輻射雜訊和電源雜訊，其可爲S/N比下降之原因，亦會影響在第一行中之元件，且無光學資訊包括在第一行之裝置中。因此，藉由將每個圖素元件之資訊減去第一行元件之資訊而得-具有高S/N比之每個圖素元件.之光學資訊。此乃因爲在 ---------^------1T------球’ > (-?|-?51閱請背而之注Λ.Ϊ.·事項洱访巧本玎) 本紙張尺度適^中國國家標準（CNS ) Λ4规格（2丨〇¥297公兑) 經漭部中央標!ί-扃貝工消费合作杜印髮 * A7 _____B 7 五，發明説明自4 ) —列中之元在本例中受到固定的雜訊。其理由亦說明於第 —例中》本例使用之構造爲在第一列和第一行中之每個光電轉換元件之一電極連接至G N D電位和它們使用當成參考元件《但是’本發明並不限於此，光電轉換元件亦可適用於參考元件，例如，在第一列和第一行中之光電轉換元件在如同其它圖素元件相同的連接下連接但不會受到光之影響之構造中。例如，—黑色有機膜設置在所欲之圖素元件上以遮蔽該圖素元件。在用於偵測X射線之光電轉換裝置之例中’例如鉛板之構件可在物體受到X射線曝光前或後設置。在兩或多列和在兩或多行中之圖素元件可使用當成參考元件以取代在一列或一行中者β例如，可使用許多列和許多行，如1 0 0列和1 0 0行·>藉由使參考元件本身之雜訊平均，此構造具有使光學遮蔽簡化之效果和降低由於在用於讀取之轉換器之各種特性中之變化和圖素元件之漏電流中之變化之影響而引起之錯誤。這些效果亦可僅以在列方向或在行方向中之參考元件而達成。 (第三例）圖7和8爲依照本發明之第三例之光電轉換裝置之示意構造圖和不意電路圖。圖7爲光電轉換裝置之示意構造圖，其爲藉由結四個板A，Β，C，和D而無間隙所構成之大面積光電轉換裝-置。在圖中，數字1 100，2100，3100，和 ---------t------IT------0 (对先閱讀汴而之汰|項吞填^?本玎) 本紙张尺度適用中固國家栋準（CNS )八4#兄格（210X2W公兑）-27- 經"部中央標準局只工消费合作社印裝妓，， A7 __j___ ΙΠ 五、發明説明如） 4 1 0 0表示在相關板中之圖素元件群。c P 2表示由重置開關’放大器，S/Η電路，和類比多工器所構成之 I c。每個I C包括128組重置開關，放大器，S/H 電路，和四分之一類比多工器。四分之一類比多工器亦即 1 2 8輸入類比多工器，其爲由可操控5 1 2輸入之大類比多工器所構成之四個I C中之類比多工器。CP 1表示移位暫存器I C，和1 3 7 6級之大移位暫存器乃由串聯連接1 1個移位暫存器I C而構成。DB 2表示由控制器 ’參考電壓產生器，和脈衝產生器所構成之P C B (印刷電路板），和DB1表示由用以供應訊號和電源至CP1 之接線所構成之PCB。CRL表示用以控制每個板之控制電路》板Α之CP2包括1 1個I C，其分成三群，由右側起，分別包括3，4，和4個1C，且352，512，和5 1 2條訊號線S I G分別連接至每個群。最右I C包括GND線之輸入當成3 2條虛擬線。此電路和在第一例和第二例中者相同。板B爲板A之鏡射構造（左至右反向構造）。板C和板A相同，和板D具有和板B相同的構造*因此，板A和板C之結合和板B和板D之結合在四個板間之接觸點上繞著中央具有點對稱構造。四個板互相結合，藉以構成一大板。但是，爲了便於結合起見，在板間會產生一列（或一行）之圖素元件之間隙圖8*爲光電轉換裝置之示意電路圖。作用當成緩衝器 ---------^------1Τ------^ ;r {-ri?l閱#'背面之注念事項再填本玎) 本紙乐尺度適用中國國家摞率（CNS ) Α4ίϋ <210X29·?公犮) · 28 - 經濟部中央標¢-/¾月工消费合作杜印裝 nxTt f t/Tad^N<nxTad/Tt.f t + 1 由此可知，此裝置爲具有高S/N比和良好操作性之低成本光電轉換裝置。相似的，在下部份中之兩板提供有作用當成緩衝器之六個A/D轉換器和六個記憶體，且記憶體之輸出提供當成來自數位多工器之一數位輸出D 2。在下部份中之兩板操作當成是一中間板。圖9 Α和圖9 Β爲本發明應用至用於X射線偵測之光電轉換裝置之一應用之示意平面圖和示意截面圖。多數之光電轉換元件和T F T形成在a — S i感應器基底6 Ο 1 1中，且安裝有用於偵測之移位暫存器SR1 或積體電路I C之彈性電路板6 0 1 0乃連接至基底 6 0 1 1 β彈性電路板6 Ο 1 0之其它側連接至電路板 PCB1 (SR1群）或連接至電路板PCB2 (1C群 at ___—_B7 五、發明説明鉍）之六個A/D轉換器和六個記億體提供於兩板中，板A和 B，且記億體之輸出提供當成來自數位多工器之一數位輸出D 1。此記億體以下稱爲F I F0 (先進先出）型記億體，其中首先進入之資訊首先輸出·在上部份中之兩板操作當成是一中間板》此中間板構造成使群之數目N= 3，行之數目 n=1376x2 = 2752，Tad = Ο · 15/is ，和Tt f 。其條件滿足下式本紙乐尺度適用中困國家栳準（CNS > Α4坭枋（210X29?公筇）-29- ---------装------1T--^-----β -- ί計九別请背而之ϊχΐϊ梦項洱楨寫本玎) / 經^部中决榡聿局月工消^合作社印^ Α7 Η 7 五、發明説明妗） · )。上述之多數a—Si感應器基底6011結合在一基礎6 0 1 2上以構成大的光電轉換裝置|和安裝一鉛板 6 0 1 3以在處理電路6 0 1 8中用以防止記憶體 6 0 1 4免於受到X射線》用於轉換X射線爲可見光之螢光材料6030，例如，Cs I .，乃應用或結合在a -S i感應器基底601 1上。如圖9B所示，整體安裝在碳纖維殻6020中。圖1 0爲本發明之光電轉換裝置應用至X射線診斷系統之應用例》在X射線管6 0 5 0中產生之X射線6.0 6 0通過病患6 0 6 2或欲觀察者6 0 6 1之胸部以進入光電轉換裝置6 0 4 0，其中安裝有螢光材料。入射之X射線包括病患6 0 6 1之身體內之資訊。螢光材料回應X射線之入射而引入照明，且此光以光電轉換轉換爲電資訊》此資訊轉換爲數位資料，且此數位資料在影像處理器6 0 7 0中受到影像處理以在安排在控制室中之顯示器6 0 8 0中觀察 0 此資訊亦可經由例如電話線6 0 9 0之傳輸機構傅輸至一遠處以顯示在顯示器6 0 8 1上》或儲存在例如在其它地方上之醫生室中之光碟之儲存機構中，藉此，在遠處之醫生亦可進行診斷。此資訊亦可以軟片處理器6 1 0 0 記憶在軟片6110上。本發明並不限於上述之例之圖素構造，而是圖素亦可· 以其它構造安排，只要它們可分別滿足多數之圖素可安排本纸張尺度遢用中國國家標率（CNS ) 格（210x297^^ ) L 30 - ---------^------1T-----1^ {^1«1谇背而之注念事項^填^"本\=0 143 3t ”： A7 __Η 7 五、發明説明细）在列和行方向中，在相關行中之圖素（光電轉換圖素）之輸出可分別連接至多數訊號線•和在相關列中用於控制圖素之訊號輸出操作之控制端可連接至多數之控制線等條件即可《光電轉換元件亦未特別限於上述之例。再者，上例乃構造成類比轉換機構連接至每個訊號線，但是，類比轉換機構亦可提供於每個圖素。如上詳述，本發明可提供具有高S/N比和良好操作性之低成本光電轉換裝置，和可在一大面積中獲得數位資訊且具有需用於X射線拾取系統等之高S/N比之低成本系統。 ---------^------1T------0 f J (ΐίίιΜ^ίϊ·* 之:1¾ 事項再填巧本页) 經嬈部中央標聿局只工消费合作社印裝本紙乐尺度適用中®國家標準< CNS ) M#兄格（2丨0X297公耷）-31 -

Claims

經濟部中央標率局員工消費合作社印装六、申請專利範圍 . 一種光電轉換裝置包含：光電轉換部份包含多數之光電轉換圖素安排在行和列方向’多數之訊號接線接線在行方向.每個訊號接線連接安排在相同行中之光電轉換圖素之輸出，和多數之控制接線接線在列方向，每個控制線連接用以控制安排在相同列中之光電轉換圖素之訊號輸出操作之控制端；多數之類比記憶機構用以儲存由類比電壓轉換機構而得之類比電壓，該類比電壓轉換機構用以根據光電轉換圖素而轉換一資訊電荷爲類比電壓，每個類比記億機構連接至訊號接線；和多數之A/D轉換機構，其連接至多數之類比開關機構之輸出’類比開關機構連接至多數之輸出線群，該多數之輸出線群以分割類比記憶機構之輸出線爲多數群而形成〇 2. 如申請專利範圍第1項之光電轉換裝置，其中該類比轉換機構和該類比記憶機構連接至訊號接線》 3. 如申請專利範圍第1項之光電轉換裝置，其中當多數之輸出線群由N群輸出線構成時，光電轉換圖素安排在η行中，A/D轉換機構之轉換時間爲T a d秒，和經由類比電壓轉換機構用以轉換由光電轉換圖素輸出之資訊電荷爲類比電壓之時間爲Tt f t秒，N滿足Ν2ηχ Tad/Tt f t之條件。 4 .如申請專利範圍第3項之光電轉換裝置，其中N · 滿足下述條件：本紙張尺度逋用中國國家捸準（CNS > A4洗格（210X297公釐） I—ftiv I— if I—I—I—nn n I {請先»讀背面之注意Ϋ項再填窝本買) 訂線 •29- 六、申請專利範圍 η X Tad/Ttft έ N<n x Tad/Ttft + 1 ° 5 .如申請專利範圍第1項之光電轉換裝置，其中該光電轉換圖素具有光電轉換元件和用以控制光電轉換元件之訊號輸出操作之開關元件，且其中光電轉換圖素之控制端爲開關元件之控制端。 -------^------.1T------^ (請先«讀背^,/注意事碩再填寫本頁) 經濟部中央橾窣局負工消费合作社印製本纸張尺度逍用t國國家標準（CNS } A4洗格（210X297公釐） -30-