[发明专利]数字射线摄影成像设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及数字射线摄影成像，具体涉及一种使用差分读取部件的成像阵列。 

背景技术

传统的数字射线摄影(DR)成像板从使用由按照行×列的矩阵排列的多个独立传感器组成的阵列的闪烁介质(scintillating medium)获取图像数据，其中，每个传感器提供图像数据的单个像素。在公知的现有技术中，一般来说每个像素包括以平面或者垂直方式排列的光敏元件和开关元件。在一个已知的成像设备中，前板具有光敏元件阵列，而背板由薄膜晶体管(TFT)开关阵列组成。在这些成像装置中，氢化非晶硅(hydrogenatedamorphous silicon)(a-Si:H)常用于形成每个像素所需要的光电二极管和薄膜晶体管开关，尽管也可使用例如激光重结晶硅(1aser recrystallized silicon)和单晶硅(single-crystal silicon)这样的多晶半导体(polycrystallinesemiconductors)TFT开关作为替代。 

图1示出了由具有多个a-Si:H n-i-p光电二极管70和TFT71的阵列组成的传统类型的平板成像器80的局部示意图。栅极驱动器芯片82连接到栅极线83的组，读取芯片34连接到数据线84和偏置线85的组。电荷放大器86可被提供以接收来自数据线的信号。来自电荷放大器86的输出可以被发送至模拟复用器87或者直接发送到模数转换器(ADC)88从而以期望的速度输出(stream out)数字图像数据。 

在如图1所示的传统的基于a-Si:H的非直接平板成像器中，入射X-射线光子被转换为光学光子，光学光子在a-Si:H n-i-p光电二极管70中被进一步转换为电子空穴对。光电二极管的像素电荷容量是偏置电压和光电 二极管电容的产物。一般来说，反向偏置电压被施加于偏置线85以产生横跨光电二极管的电场(从而产生耗尽区)并提高电荷收集效率。当相关的TFT71处于非导通(“off”)状态时，图像信号由光电二极管综合。这是通过将栅极线83保持在负电压来实现的。通过TFT栅极控制电路相继切换各行的TFT71到导通状态以读取该阵列。当通过向相应的栅极线83施加正电压使得一行像素被切换到导通(“on”)状态时，来自这些像素的电荷沿数据线84被传送并被外部电荷敏感放大器86综合。其后，该行被切换回非导通状态，对每一行重复执行这一过程直到整个阵列都被读取。从外部电荷敏感放大器86输出的信号被并-串复用器87传送到模数转换器(ADC)88，并进一步产生数字图像。 

具有如图1所述的成像阵列的平板成像器既可以进行单拍(射线摄影)图像获取也可以进行连续(透视)图像获取。但是，传统电路结构中的电荷放大器受到共模噪声以及其他问题的影响而使得信号质量受到限制。 

本领域中同样已知的是使用像素阵列的数字射线摄像成像板，包括X射线吸收光电导体，例如非晶硒(a-Se)，以及读取电路。由于X射线在光电导体中被吸收，因而不必设立单独的闪烁屏。 

这些传统的成像阵列具有影响性能的局限性。举例来说，使用MIS光电传感器的数字摄影阵列的一个局限在于，由于在栅极电介质的电容和半导体的电容之间的电荷的电容划分(capacitive division)，导致量子效率(quantum efficiency)的降低。传统的MIS光电传感器结构对于本领域技术人员而言是公知的，因此这里将不再详细说明。为了方便，在图2A中示出了MIS光电传感器的等效电路。该电路由绝缘体电容串联半导体电容组成，其中，绝缘体电容表示为： 

C_i＝ε_it_i， 

其中，ε_i为绝缘体介电常数，t_i为绝缘体厚度。半导体电容表示为： 

C_s＝ε_st_s， 

其中，ε_s为半导体的介电常数，t_s为半导体厚度。在半导体中的热生电荷和在半导体中的光生电荷作为电流源与所述半导体电容并联。在MIS光电传感器的操作过程中，反向偏置被施加在接触半导体的共用偏置电极和接触绝缘体的像素电极之间。当MIS光电传感器的半导体由在本征半导体层上覆盖N型掺杂层形成时，半导体接触处将被正偏置，同时接触到绝缘体的电极将被负偏置。