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Dokumentenidentifikation DE69836720T2 25.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000922943
Titel Strahlungsdetektor und Verfahren zur Strahlungsdetektion
Anmelder Canon Kabushiki Kaisha, Ohta-ku, Tokio, JP
Erfinder Itabashi, Canon Kabushiki Kaisha, Satoshi, Tokyo, JP;
Endo, Canon Kabushiki Kaisha, Tadao, Tokyo, JP
Vertreter TBK-Patent, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69836720
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.11.1998
EP-Aktenzeichen 983097296
EP-Offenlegungsdatum 16.06.1999
EP date of grant 27.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.2007
IPC-Hauptklasse G01J 1/42(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01T 1/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G01T 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Strahlungserfassungsvorrichtung und ein Strahlungserfassungsverfahren, und insbesondere eine Strahlungserfassungsvorrichtung und ein Strahlungserfassungsverfahren, die zur Verwendung bei der Erfassung von Informationen wie etwa Bildern durch Umwandeln der Wellenlänge der Strahlung einschließlich Röntgenstrahlen mittels eines durch einen Szintillator (oder Leuchtstoff) typifizierten Wellenlängenwandlers in einer Wellenlänge in einem durch ein Sensorelement erfassbaren Wellenlängenbereich umgewandelt wird.

Stand der Technik

Wenn Strahlung wie etwa Röntgenstrahlen unmittelbar durch einen Fotosensor in einem diagnostischen Strahlungsgerät und einem Röntgenstrahlfotografiegerät, die Röntgenstrahlen oder dergleichen verwenden, erfasst wird, wird die Effizienz eines derartigen Gerätes schlecht, weil es keinen Fotosensor mit hoher Empfindlichkeit gegenüber dieser Strahlung gibt. Daher wird die Verwendung eines Szintillators, der die Strahlung in sichtbares Licht umwandeln kann, in Kombination mit einem Fotosensor in Betracht gezogen.

Als Eigenschaften des Szintillators ist das Nachleuchten eines Leuchtschirms bekannt. Dies zeigt an, dass die Lichtemission eines Szintillators, welche mit einer Strahlungseinwirkung einhergeht, ausgelöst und in einer bestimmten Funktionsbeziehung gemäß 1 abgeschwächt wird, wobei eine langsame Komponente eine Zeitkonstante von einigen 100 ms aufweist. Zur Korrektur der Abschwächung des Nachleuchtens als eine Gegenmaßnahme dazu werden beispielsweise gemäß der US Patentschrift 5331682 eine große Anzahl an Signalabtastungen erfasst, um einen Kompensationswert durch eine komplizierte Berechnung zu kalkulieren, und der Kompensationswert wird von den Signalen subtrahiert. Zudem wird für diese Kalkulation eine Verzögerung verursacht, bis die Anfangsdämpfungskomponente vernachlässigt werden kann.

Andererseits wird beispielsweise gemäß der US Patentschrift 5262649 vorgeschlagen, einen aus Dünnschichthalbleitern zusammengesetzten Fotosensor in Kombination mit einem Szintillator für ein Röntgenstrahlfotografiegerät und ein diagnostisches Strahlengerät unter Verwendung von Röntgenstrahlen oder dergleichen zu verwenden. In dieser Veröffentlichung wird ein Zusammenhang zwischen der Zeitkonstante gemäß dem aus dem Dünnschichthalbleiter oder einem Transistor zusammengesetzten Sensor, der Leserate des Gerätes und einem Signal/Rausch-Verhältnis (S/N) beschrieben. Gemäß der US Patentschrift 5262649 wird ein Leseverfahren in einer Leuchtschirmbetriebsart, bei der Röntgenstrahlung kontinuierlich emittiert wird, und einer fotografischen Betriebsart eingeführt, bei der Röntgenstrahlen nur für eine kurze Zeitdauer emittiert werden, und alle Sensoren speichern gleichzeitig Signale.

Zur Erfassung einer großen Anzahl an Signalen zur Berechnung eines Kompensationswertes und zum Ausführen der Berechnung, dass der Kompensationswert von den Signalen subtrahiert wird, wie es beispielsweise in der US Patentschrift 5331682 beschrieben ist, sind jedoch eine kostenintensive Signalverarbeitungsschaltung und eine arithmetische Einheit erforderlich. Da zudem eine Verzögerung verursacht wird, bis die Anfangsdämpfungskomponente vernachlässigt werden kann, muss die Signalbeschaffung von einer Erfassungseinrichtung um die Verzögerungszeit warten.

In der US Patentschrift 5262649 werden die Leuchtschirmbetriebsart, bei der Röntgenstrahlen kontinuierlich emittiert werden, und die fotografische Betriebsart, bei der Röntgenstrahlen lediglich für eine kurze Zeitdauer emittiert werden, eingeführt. Bei der fotografischen Betriebsart wird keine Zeitkonstante der Lichtemission und Dämpfung des Szintillators beachtet. Wenn ein Lesevorgang zu einem Moment begonnen wird, nachdem die Bestrahlung mit den Röntgenstrahlen abgeschlossen ist, wird daher aufgrund der Zeitkonstante der Lichtdämpfung des Szintillators ein Signal in der Anfangszeile des Lesevorgangs ausgelesen, während ein Dunkelstrom hoch ist, und ein Signal mit einer integrierten Dunkelstromkomponente wird in einer Lesezeile auf der letzten Seite ausgelesen. Daher variiert der in das Signal eingemischte Dunkelstrom aufgrund der verzögerten Dämpfungseigenschaften des Szintillators gemäß der Auslesereihenfolge der Zeile stark.

In der US Patentschrift 5262649 wird ein diagnostisches Röntgenstrahlgerät oder ein therapeutisches Strahlungsgerät unter Verwendung eines großen Schirmsensorfeldes mit Sensoren aus a-Si:H (amorphem Siliziumhydrid) und Dünnschichttransistoren eingeführt, und es wird ein Zusammenhang zwischen einer durch Multiplizieren der Kapazität des Sensors mit dem Durchlasswiderstand des Dünnschichttransistors erhaltene Zeitkonstante, einem Signal/Rausch-Verhältnis und einer Rahmenfrequenz erhalten, was für einen Echtzeitbildsensor erforderlich ist. Dieser Zusammenhang beruht jedoch auf der Annahme, dass Röntgenstrahlen kontinuierlich emittiert werden, und Dämpfungseigenschaften des Szintillators gemäß vorstehender Beschreibung werden nicht beachtet. Diese Veröffentlichung beachtet ebenfalls nicht den Entwurf eines Auslesevorgangs, wenn Röntgenstrahlen intermittierend emittiert werden.

Die Dämpfungseigenschaften des Szintillators werden kein beträchtliches Problem im Falle der Fotografiebetriebsart oder dergleichen, weil ausreichend Zeit zur Verfügung steht. Im Falle eines Vollbewegungsbildes mit vielen Rahmen wie bei der Diagnose des zirkulierenden Organsystems wird jedoch davon ausgegangen, dass der Restanteil an Licht einen Einfluss als Rauschen ausübt.

In einem derartigen Fall wird jedoch nicht vorgeschlagen, einen Entwurf durch Kombinieren der Dämpfungseigenschaften des Szintillators mit den Leseeigenschaften der Zeitkonstanten auszubilden, die aus der Kapazität des Sensors und dem Durchlasswiderstand des Dünnschichttransistors in dem Sensorfeld in einem derartigen Fall zusammengesetzt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Signale mit einem gewünschten Signal/Rausch-Verhältnis auszulesen, die ein reduziertes Rauschen und eine schmale Streuung aufweisen, indem ein Ausleseverfahren verwendet wird, welches die Dämpfungseigenschaften eines Szintillators bei einer Strahlungserfassungsvorrichtung für ein diagnostisches Strahlungsgerät oder dergleichen in Betracht zieht, welches zur Reduktion der Belichtungsdosis durch intermittierendem Aussetzen gegenüber Strahlung wie etwa Röntgenstrahlung in der Lage ist.

Die Aufgabe kann durch die nachstehend beschriebene Erfindung gelöst werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wurde ein Zusammenhang für den Erhalt eines optimalen Signal/Rausch-Verhältnis in Anbetracht der Dämpfungseigenschaften eines Szintillators bei der Untersuchung, Diagnose und Therapie mit kontinuierlich emittierter Strahlung erhalten.

Die vorliegend betrachtete Strahlungserfassungsvorrichtung ist eine Strahlungserfassungsvorrichtung von der in der Druckschrift EP-A-0792062 beschriebenen Bauart einer Wellenlängenumwandlungseinrichtung zum Umwandeln von Strahlung in fotoelektrisch umwandelbares Licht und einer Vielzahl von in der Form einer Matrix angeordneten Bildelementen, wobei jedes Bildelement ein Sensorelement zum Umwandeln des Lichts in ein elektrisches Signal und einen Dünnschichttransistor TFT zur Übertragung aufweist, welcher mit dem Sensorelement zum aufeinander folgenden Übertragen eines Signals von dem Bildelement verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist diese Strahlungserfassungsvorrichtung gekennzeichnet durch: eine Einrichtung, die zum Steuern der Verzögerungszeit angeordnet ist, welche die einer Bestrahlung einer Bildquelle durch eine Bestrahlungsquelle folgende Zeit bis zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die TFT zum ersten Mal zur Übertragung von in den Bildelementen gespeicherten Signalen angeschaltet werden, und zumindest bis n&tgr;1, wobei &tgr;1 eine Zeitkonstante der Nachglühcharakteristik der Wellenlängenumwandlungseinrichtung ist, und n gleich ln(SN) ist, wobei SN ein gewünschtes Signal/Rausch-Verhältnis zu einem Zeitpunkt ist, wenn die Bestrahlung durch die Strahlungsquelle gestoppt wird.

Das vorliegend betrachtete Strahlungserfassungsverfahren ist ein Strahlungserfassungsverfahren von der in der Druckschrift EP-A-0792062 beschriebenen Art unter Verwendung einer Wellenlängenumwandlungseinrichtung zum Umwandeln von Strahlung in fotoelektrisch wandelbares Licht und einer Vielzahl von Bildelementen, die in der Form einer Matrix angeordnet sind, wobei jedes Bildelement ein Sensorelement zum Umwandeln des Lichts in ein elektrisches Signal sowie einen Dünnschichttransistor TFT zum Übertragen aufweist, der mit dem Sensorelement zum aufeinander folgenden Übertragen eines Signals von dem Bildelement verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist dieses Strahlungserfassungsverfahren gekennzeichnet durch:

einen Schritt zum Steuern der Verzögerungszeit, welches die einer Bestrahlung der Bildelemente durch eine Strahlungsquelle folgende Zeit bis zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die TFTs zum ersten Mal zum Übertragen von in den Bildelementen gespeicherten Signalen angeschaltet werden, und zumindest bis n&tgr;1, wobei &tgr;1 eine Zeitkonstante der Nachglühcharakteristik der Wellenlängenumwandlungseinrichtung ist, und n gleich ln(SN) ist, wobei SN ein gewünschtes Signal/Rausch-Verhältnis zu einem Zeitpunkt ist, wenn die Bestrahlung durch die Strahlungsquelle gestoppt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt diagrammartig ein Beispiel für die Nachglühcharakteristik eines Szintillators.

2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm zur Darstellung eines Beispiels des schematischen Aufbaus einer Strahlungserfassungsvorrichtung.

3A zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung eines Beispiels von einem fotoelektrischen Umwandlungsschaltungsteil.

3B zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie 3B-3B aus 3A.

4 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm zur Darstellung eines Beispiels von einem fotoelektrischen Umwandlungsteil.

5 zeigt ein Zeitablaufdiagramm zur Darstellung eines Beispiels des Lesebetriebzeitablaufs einer Strahlungserfassungsvorrichtung.

6 zeigt diagrammartig ein Beispiel für das Signal/Rausch-Verhältnis einer Sensorausgabe.

Die 7A, 7B, 7C, 7D und 7E zeigen Zeitablaufdiagramme zur Darstellung eines Bezugsbeispiels für einen Lesebetriebzeitablauf beim Auslesen eines sich bewegenden Bildes.

8 zeigt diagrammartig ein Bezugsbeispiel des Zusammenhangs zwischen der Übertragungszeit eines TFT und der Menge der übertragenden Signale.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die Erfindung erzielt das Auslesen von Informationen mit höherer Präzision und Stabilität, indem die auf die Wellenlängenumwandlung einer Wellenlängenumwandlungseinrichtung wie etwa einem Szintillator bezogene Zeitcharakteristik in Betracht gezogen wird.

Im Einzelnen umfasst erfindungsgemäß bei einer Strahlungserfassungsvorrichtung oder einem entsprechenden Verfahren, welche bei der Fotografie unter Verwendung einer mit einer vorgeschriebenen Impulsdauer emittierten Strahlung verwendet werden, die Erfassungsvorrichtung eine Wellenlängenumwandlungseinrichtung, um die Strahlung einer Wellenlängenumwandlung zu unterziehen (beispielsweise einen Szintillator, der die Strahlung in einen abgehenden Strahl mit einer Wellenlänge in einem sichtbaren Bereich umwandelt, und der eine Zeitkonstante der Nachglühcharakteristik eines Leuchtschirms aufweist), sowie ein fotoelektrisches Umwandlungsschaltungsteil, das Bildelemente aufweist, die in der Form einer Matrix angeordnet sind, und durch Anschalten der Dünnschichttransistoren (TFTs zur Übertragung) für jede zumindest eine vorgeschriebene Spalte angesteuert werden, wobei ein Bildelement ein Dünnschichtsensorelement mit einer vorgeschriebenen Kapazität und einen Dünnschichttransistor (TFT zum Übertragen) mit einem vorgeschriebenen Durchlasswiderstand aufweist, der mit den jeweiligen Dünnschichtsensorelementen verbunden ist; und wobei das Strahlungserfassungsverfahren diese jeweiligen Teile verwendet, wobei die Erfassungsvorrichtung oder das Verfahren dazu eingerichtet ist, die Dünnschichttransistoren nach einer Verzögerung von zumindest (n × &tgr;1) anzu schalten [wobei &tgr;1 eine Zeitkonstante der Charakteristik der Wellenlängenumwandlungseinrichtung ist (die Nachglühcharakteristik eines Leuchtschirms des Szintillators)], nachdem die Bestrahlung gestoppt wurde, wodurch in ihren entsprechenden Dünnschichtsensorelementen gespeicherte Signale übertragen werden, und die vorstehende Aufgabe kann gelöst werden, indem ein System entworfen wird, das dem nachstehend angeführten Zusammenhang genügt: n = ln(SN); n × &tgr;1 = ln (SN) × &tgr;1, wobei SN das für das System erforderliche Signal/Rausch-Verhältnis ist.

Erfindungsgemäß können nach vorstehender Beschreibung Signale mit einem gewünschten S/N-Verhältnis mit reduziertem Rauschen und geschmälerter Streuung durch Anwenden des Ausleseverfahrens ausgelesen werden, wobei die Eigenschaften der Wellenlängenumwandlungseinrichtung wie etwa die Dämpfungscharakteristik eines Szintillators in Betracht gezogen werden, was die Reduktion der Strahlungsdosis durch intermittierendes Aussetzen gegenüber der Strahlung oder den Röntgenstrahlen ermöglicht.

Zudem kann eine Strahlungserfassungsvorrichtung mit gewünschtem S/N-Verhältnis mit Leichtigkeit entworfen werden, indem der Zusammenhang für den Erhalt eines optimalen Signal/Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) in Anbetracht der Dämpfungscharakteristik eines Szintillators bei Untersuchung, Diagnose und Therapie mit kontinuierlich emittierter Strahlung erhalten wird.

Erfindungsgemäß kann beispielsweise eine Strahlungserfassungsvorrichtung mit einem Großschirmsensorfeld mit einer Vielzahl von Dünnschichttransistoren und Dünnschichtsensoren mit in der Form einer Matrix auf einem isolierenden Substrat zweidimensional angeordnetem amorphem Silizium (a-Si), sowie einer Wellenlängenumwandlungseinrichtung wie etwa einem auf der Oberfläche des Großschirmsensorfeldes angeordneten Szintillator mit Leichtigkeit als Strahlungserfassungsvorrichtung mit dem gewünschten S/N-Verhältnis entworfen werden, in dem eine durch Multiplizieren der Kapazität C des Sensors mit dem Durchlasswiderstand R des Dünnschichttransistors, die Leserate, das S/N sowie die Dämpfungscharakteristik der Wellenlängenumwandlungseinrichtung wie etwa einem Szintillator erhaltene Zeitkonstante &tgr; in Bezug zum Zeitablauf der Bestrahlung gesetzt wird.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

[Hauptausführungsbeispiel]

2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm mit einer Strahlungserfassungsvorrichtung 100 im Zentrum zur Beschreibung des vorliegenden Ausführungsbeispiels. In 2 ist ein Zusammenhang zwischen einem Probanden 13 und einem Szintillator 14 oder dergleichen schematisch dargestellt.

Gemäß der Darstellung von 2 umfasst die Strahlungserfassungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Szintillator 14 als eine Wellenlängenumwandlungseinrichtung, die Strahlung 12 in fotoelektrisch umwandelbares Licht umwandelt, sowie in der Form einer Matrix angeordnete Bildelemente 109, wobei die Bildelemente Sensorelemente S1-1 bis S3-3 zum Umwandeln des Lichts in ein elektrisches Signal, wobei eine Einheit des Sensorelementes durch das Bezugszeichen 108 in 2 bezeichnet ist, und TFTs (Dünnschichttransistoren) T1-1 bis T3-3 zur Übertragung aufweisen, die mit den jeweiligen Bildelementen zum aufeinander folgenden Übertragen von Signalen von den Bildelementen verbunden sind.

Für den Erhalt eines gewünschten Signal/Rausch-Verhältnisses SN umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Erfassungsvorrichtung ferner eine Einrichtung (ein Schieberegister 102 gemäß 2) zum Anschalten des unter den TFTs T1-1 bis T3-3 zur Übertragung zuerst anzuschaltenden TFT, nachdem eine Verzögerung durch eine Verzögerungseinrichtung (beispielsweise eine Steuerschaltung 15, eine CPU 16 und einen Programmspeicher 17, vergleiche 2) für zumindest (n × &tgr;1) verursacht wurde, wobei &tgr;1 eine Zeitkonstante der Nachglühcharakteristik eines Leuchtschirms des Szintillators 14 und n gleich ln(SN) ist, nachdem die Bestrahlung mit der Strahlung 12 gestoppt wurde, wodurch ein in seinem entsprechenden Bildelement gespeichertes Signal übertragen wird.

Die Strahlungserfassungsvorrichtung 100 umfasst den Szintillator 14, der die Strahlung 12 in sichtbares Licht umwandelt, ein fotoelektrisches Umwandlungsteil 101, bei dem aus den Dünnschichtsensorelementen S1-1 bis S3-3 mit a-Si als Halbleiterschicht für den Empfang des sichtbaren Lichts und die Umwandlung in ein elektrisches Signal und den Dünnschichttransistoren (TFTs zur Übertragung) T1-1 bis T3-3 mit a-Si als Halbleiterschicht zur Übertragung der durch die Dünnschichtsensorelemente S1-1 bis S3-3 fotoelektrisch umgewandelten Signalladungen zusammengesetzte Bildelemente auf der Seite von Matrixsignalleiterbahnen M1 bis M3 in der Form einer Matrix zweidimensional angeordnet sind, sowie ein Schieberegister 102 zum Ansteuern der Gateleitungen G1 bis G3 der Dünnschichttransistoren T1-1 bis T3-3. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bildelemente im Sinne einer kurzen Beschreibung als 3 × 3 Matrix dargestellt.

Eine dreimal so große Kapazität wie die Interelektrodenkapazität (Cgs) des Dünnschichttransistors wird der Matrixsignalleiterbahn M1 bei der Übertragung hinzugefügt. Diese ist jedoch in 2 nicht als Kondensatorelement angegeben. Dasselbe soll für die anderen Matrixsignalleiterbahnen M2 und M3 gelten. Das fotoelektrische Umwandlungsschaltungsteil 101 aus 2 umfasst die Dünnschichtsensorelemente (die nachstehend auch als „fotoelektrische Wandlerelemente" in Bezug genommen werden) S1-1 bis S3-3, die Dünnschichttransistoren (die nachstehend auch als „Schaltelemente" in Bezug genommen sind) T1-1 bis T3-3, die Gateansteuerungsleiterbahnen G1 bis G3 und die Matrixsignalleiterbahnen M1 bis M3. Diese können auf einem nicht dargestellten isolierenden Substrat angeordnet sein. Das Schieberegister (SR1) 102 dient als Ansteuerungsschaltungsteil zum An- oder Ausschalten der Schaltelemente T1-1 bis T3-3.

Die Bezugszeichen L1 bis L3 zeichnen Operationsverstärker zum Verstärken und Impedanzumwandeln der Signalladungen von den Matrixsignalleiterbahnen M1 bis M3. In 2sind sie als eine Spannungsfolgeschaltung ausbildende Pufferverstärker dargestellt. Die Bezugszeichen Sn1 bis Sn3 bezeichnen Übertragungsschalter zum Auslesen der Ausgaben von den Operationsverstärkern L1 bis L3, das heißt den Ausgaben der jeweiligen Matrixsignalleiterbahnen M1 bis M3 und zu deren Übertragung an die Kondensatoren CL1 bis CL3. Die Lesekondensatoren CL1 bis CL3 werden durch Lesen der Schalter Sr1 bis Sr3 durch Pufferverstärker B1 bis B3 ausgelesen, die eine Spannungsfolgerschaltung ausbilden.

Das Bezugszeichen 103 bezeichnet ein Schieberegister (SR2) zum An- oder Ausschalten der Leseschalter Sr1 bis Sr3. Die Parallelsignale von den Lesekondensatoren CL1 bis CL3 werden in ein serielles Signal durch die Leseschalter Sr1 bis Sr3 und das Schieberegister (SR2) 103 umgewandelt, in einen Operationsverstärker 103 mit einer Abschlussspannungsfolgerschaltung eingegeben, und zudem in einem A/D-Wandlerschaltungsteil 105 digitalisiert. Die Bezugszeichen RES1 bis RES3 bezeichnen Rücksetzschalter zum Zurücksetzen der in den jeweiligen den Matrixsignalleiterbahnen M1 bis M3 hinzugefügten Kondensatoren (3Cgs) gespeicherten Signalkomponenten, und die Signalkomponenten werden auf ein gewünschtes Rücksetzpotential durch einen Impuls an dem CRES-Anschluss zurückgesetzt (auf das Massepotential GND gemäß 2 zurückgesetzt).

Das Bezugszeichen 106 bezeichnet eine Energieversorgung zum Anlegen einer Vorspannung an die fotoelektrischen Wandlerelemente S1-1 bis S3-3. Ein Leseschaltungsteil 107 umfasst die Pufferverstärker L1 bis L3, die Übertragungsschalter Sn1 bis Sn3, die Lesekondensatoren CL1 bis CL3, die Pufferverstärker B1 bis B3, die Leseschalter Sr1 bis Sr3, das Schieberegister SR2, den Endoperationsverstärker 104, und die Rücksetzschalter RES1 bis RES3. In der Figur bezeichnet das Symbol „SMPL" einen SMPL-Anschluss für SMPL-Impulse.

3A zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung eines Beispiels für ein fotoelektrisches Umwandlungsschaltungsteil, bei dem fotoelektrische Wandlerelemente und Schaltelemente unter Verwendung einer dünnen Halbleiterschicht 312 aus amorphem Silizium hergestellt werden. 3B zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der Linie 3B-3B aus 3A. Dünnschichtsensorelemente 301 und Dünnschichttransistoren (TFT aus amorphem Silizium; nachstehend lediglich als „TFT" in Bezug genommen) 302 sind auf demselben Glassubstrat 303 ausgebildet. Die untere Elektrode jedes Dünnschichtsensorelementes 301 und die untere Elektrode (Gateelektrode) jedes TFT 302 sind durch dieselbe erste Dünnmetallschicht 304 ausgebildet. Die oberen Elektroden 305, 309 der Dünnschichtsensorelemente 301 und die oberen Elektroden (Source- und Drainelektroden) der TFTs 302 sind durch dieselbe zweite Dünnmetallschicht ausgebildet. Die erste und die zweite Dünnmetallschicht bilden außerdem Gateansteuerungsleiterbahnen 306 und Matrixsignalleiterbahnen 307 in dem fotoelektrischen Umwandlungsschaltungsteil aus. In 3A sind insgesamt vier Bildelemente einer 2 × 2 Matrix dargestellt. In 3A gibt ein schraffierter Bereich eine Lichtempfangsfläche des Dünnschichtsensorelementes an. Die oberen Elektroden 305, 309 sind Energiezufuhrleitungen zum Anlegen einer Vorspannung an die jeweiligen Dünnschichtsensorelemente. Das Bezugszeichen 310 bezeichnet ein Kontaktloch zum Verbinden des Dünnschichtsensorelementes 301 mit dem TFT 302.

Das Dünnschichtsensorelement 301 weist im Querschnitt dieselbe MIS-Struktur wie der TFT 302 auf. Die isolierenden Schichten 311 des Dünnschichtsensorelementes 301 und des TFT 302 sind aus einer gemeinsam ausgebildeten isolierenden Schicht zusammengesetzt. Ein Kreuzungsbereich 314 der Gateansteuerungsleiterbahn 306 und der Matrixsignalleiterbahn 307 weist eine isolierende Schicht 311, eine dünne Halbleiterschicht 312 aus amorphem Silizium und eine ohmsche Leitungsschicht (n+-Schicht) 313 zwischen ihren Leiterbahnen auf. Das Bezugszeichen 315 bezeichnet eine isolierende Schicht beispielsweise aus einer Siliziumnitridschicht (SiN) als Schutzschicht, die nach der Ausbildung des Dünnschichtsensorelementes 301 und des TFT 302 ausgebildet wurde.

4 zeigt ein Ersatzschaltbild zu dem fotoelektrischen Umwandlungsschaltungsteil aus 2. Ein aus dem Dünnschichtsensorelement und dem TFT zusammengesetztes Bildelement ist zur Vereinfachung als Quadrat angegeben.

Eine Vorspannungsleitung, durch die eine Vorspannung an die jeweiligen Dünnschichtsensorelemente angelegt wird, ist in vier Systeme (Vs1 bis Vs4) unterteilt, und das Zurücksetzen des Sensors kann in den vier Systemen separat ausgeführt werden.

4 stellt ein Beispiel dar, bei dem die Bildelemente in einer n × m Matrix angeordnet sind. Da die Sensorvorspannung auf vier Systeme aufgeteilt ist, ist die Anzahl m der Spalten ein Vielfaches von 4.

Nachstehend ist die Betriebsweise der Strahlungserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. 5 zeigt ein Zeitablaufdiagramm zur Darstellung eines Beispiels der Betriebsweise der in 2 gezeigten Strahlungserfassungsvorrichtung bei der Radiofotografie. Die Betriebsweise ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Ladungen, die in den Leiterbahnen M1, M2 und M3 nach einer Bestrahlung nur für die Zeit t durch eine Röntgenstrahlquelle 11 verbleiben, werden durch Anschalten des CRES-Anschlusses und der Transistoren RES1 bis RES3 entfernt, wodurch die Leiterbahnen M1, M2, M3 auf Massepotential verbleiben.

Die von der Röntgenstrahlquelle 11 und dem Probanden 13 wie etwa einer Struktur oder einem menschlichen Körper übertragenen Röntgenstrahlen 12 dringen in den Szintillator 14 ein, wodurch der Szintillator dazu gebracht wird, Licht gemäß der Menge der übertragenen Röntgenstrahlen zu emittieren.

Das von dem Szintillator 14 emittierte Licht dringt in die jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelemente S1-1, S1-2, ... bis S3-3 in der Strahlungserfassungsvorrichtung 100 ein, und Signalladungen gemäß der auf den jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelementen S1-1 bis S3-3 einfallenden Lichtmenge werden erzeugt.

Die Signalladungen werden lediglich für eine bestimmte Zeitdauer in Kondensatorkomponenten gespeichert, die in den fotoelektrischen Wandlerelementen S1-1 bis S3-3 ausgebildet sind. Die in den fotoelektrischen Wandlerelementen S1-1 bis S1-3 gespeicherten Signalladungen der ersten Leitung werden auf in den Matrixsignalleiterbahnen M1 bis M3 jeweils ausgebildeten Kondensatorkomponenten (mit einer dreimal so großen Kapazität wie die Kapazität Cgs der Schaltelemente T1-1 bis T3-3) übertragen, indem die Schaltelemente T1-1 bis T1-3 nur für die Zeit t1 gemäß einem Gateimpulssignal G1 von dem Schieberegister (SR1) 102 angeschaltet werden. In 5 bezeichnen M1 bis M3 die Übertragung, wobei die in den jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelementen gespeicherten Signalmengen variieren. Im Einzelnen ist in den fotoelektrischen Wandlerelementen S1-1 bis S1-3 der ersten Leitung der Ausgangspegel wie folgt: S1-2 > S1-1 > S1-3. Die Signalausgaben von den Matrixsignalleiterbahnen M1 bis M3 werden durch die jeweiligen Operationsverstärker L1 bis L3 verstärkt.

Danach werden die Schaltelemente Sn1 bis Sn3 innerhalb des Leseschaltungsteils nur für die Zeitdauer t2 gemäß einem in 5 dargestellten SMPL-Impuls angeschaltet, wodurch die Signale auf die jeweiligen Lesekondensatoren CL1 bis CL3 übertragen werden. Die Signale in den Lesekondensatoren CL1 bis CL3 werden durch die jeweiligen Pufferverstärker B1 bis B3 umgewandelt. Danach werden die Leseschalter Sr1 bis Sr3 gemäß den Schiebeimpulsen Sp1 bis Sp3 von dem Schieberegister (SR2) 103 nacheinander angeschaltet, wodurch die auf die Lesekondensatoren CL1 bis CL3 übertragenen parallelen Signalladungen in ein serielles Signal umgewandelt und ausgelesen werden. Unter der Annahme, dass die Impulsbreiten der Schiebeimpulse Sp1, Sp2 und Sp3 einander und zu t3 gleich sind (das heißt Sp1 = Sp2 = Sp3 = t3), beträgt die für die serielle Umwandlung und den Auslesevorgang erforderliche Zeit gleich t3 × 3. Das seriell umgewandelte Signal wird von dem letzten Operationsverstärker 104 ausgegeben und zudem durch das A/D-Umwandlungsschaltungsteil 105 digitalisiert.

Das in 5 dargestellte Bezugszeichen Vout bezeichnet ein analoges Signal vor seiner Eingabe in das A/D-Umwandlungsschaltungsteil 105. Gemäß der Darstellung aus 5 werden die parallelen Signale von S1-1 bis S1-3 der ersten Leitung, das heißt die parallelen Signale der Signalpotentiale der Matrixsignalleiterbahnen M1 bis M3, auf das Vout-Signal proportional zu ihren Pegeln seriell umgewandelt.

Schließlich werden die Signalpotentiale der Matrixsignalleiterbahnen M1 bis M3 auf ein bestimmtes Rücksetzpotential (Massepotential) durch die jeweiligen Rücksetzschalter RES1 bis RES3 zurückgesetzt, indem der CRES-Anschluss nur für die Zeit t4 zum Anlegen eines CRES-Impulses angeschaltet wird, wodurch für die nächste Übertragung von Signalladungen von den fotoelektrischen Wandlerelementen S2-1 bis S2-3 der zweiten Leitung gesorgt ist. Danach werden die fotoelektrisch umgewandelten Signale der zweiten und dritten Leitung wiederholt auf dieselbe Weise ausgelesen, wie bei der ersten Leitung.

Dabei speichern die Sensoren Signale, bis die Gatespannungen (G1 bis G3) der TFT angeschaltet werden. Folglich gibt es eine Abweichung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das zuerst eingeschaltete G1 zur Übertragung eines Sensorsignals angeschaltet wird, und dem Zeitpunkt, zu dem das zuletzt angeschaltete G3 angeschaltet wird, so dass der Einfluss der Dämpfung der Lichtemission des Szintillators für jede Leitung variiert. Dies ist nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 stellt diagrammartig dar, wie die Sensorausgabe nach Beendigung der Bestrahlung variiert.

In 6 wird eine Dämpfungskomponente als eine Signalkomponente S gemäß der Darstellung der Zeichnung betrachtet, da die Dämpfungskomponente als eine in einem Bereich gespeicherte Signalkomponente betrachtet wird, in dem die Sensorausgabe auf der Ordinatenachse gedämpft ist. Wenn beispielsweise die TFT zur Übertragung nach Ablauf der Zeit Tm1 nach Abschalten der Strahlung zum Auslesen der gespeicherten Signalladungen angeschaltet werden, kann die bereits gespeicherte S'-Komponente als Signal ausgelesen werden. Eine auf und nach Tm1 erzeugte N'-Komponente verbleibt jedoch als Restkomponente, die nicht übertragen werden kann, weil sie noch nicht gespeichert ist. Folglich kann diese Restkomponente als eine andere Rauschkomponente N' als die Signalkomponente bezeichnet werden.

Die Sensoren einer Leitung, welche die Gateanschlüsse der TFTs zur Übertragung nach Abschalten der Strahlung früher angeschaltet haben, beginnen nämlich die Übertragungen in einer kürzen Speicherzeit nach Beendigung der Strahlung. Daher ist ihr Signal/Rausch-Verhältnis (S'/N') niedrig. Andererseits ist das Signal/Rausch-Verhältnis (S/N) der Sensoren einer Leitung, welche der Gateanschluss später angeschaltet hat (auch beispielsweise bei Tm2), hoch. Daher variiert das Signal/Rausch-Verhältnis mit der Leitung, was zu der Tatsache führt, dass das Signal/Rausch-Verhältnis des Systems reduziert wird.

Das für das System erforderliche Signal/Rausch-Verhältnis (S/N) kann jedoch erhalten werden, indem die dem für das System erforderliche Signal/Rausch-Verhältnis (S/N) entsprechende Zeit auf die Zeitkonstante &tgr;1 der Dämpfung des Szintillators bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Gatespannung der TFTs zur Übertragung angeschaltet wird, voreingestellt wird.

Unter der Annahme, dass die durch den Szintillator unmittelbar vor der Beendigung der Bestrahlung emittierte Lichtmenge 1 ist, beträgt die durch den Szintillator nach der verstrichenen Zeit von n × &tgr;1 nach Beendigung der Bestrahlung emittierte Lichtmenge gleich exp(–n × &tgr;1). Folglich können 1/SN = exp(–n) und ln(SN) = n für das durch das System erforderliche SN eingestellt werden.

Demzufolge kann das gewünschte SN erhalten werden, indem die Zeit, bis die TFTs zur Übertragung zum ersten Mal für das Auslesen eines Sensorsignals nach Beendigung der Bestrahlung angeschaltet werden, auf Tm2 = n × &tgr;1 oder länger eingestellt wird, wie es in 6 dargestellt ist.

Nachstehend sind die Maßnahmen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Verursachung einer Verzögerung von zumindest n × &tgr;1 kurz beschrieben.

Als Maßnahme zum Steuern der Verzögerungszeit, bis die TFTs zur Übertragung zum ersten Mal angeschaltet werden, bis zumindest n × &tgr;1 gibt es Einrichtungen, bei denen ein Steuerprogramm beispielsweise durch einen Mikrocomputer (CPU) angesteuert wird, um zum Zeitpunkt, zu dem die Bestrahlung durch die Strahlungsquelle 11 beendet ist, mit dem Zählen zu beginnen, wobei die in 2 dargestellte Schaltung als Beispiel dient, und die G1-Ausgabe des Schieberegisters SR1 wird nach einer Verzögerung von zumindest n × &tgr;1 angesteuert. Somit kann diese Steuerung leicht durch bekannte Techniken ausgeführt werden.

Sie kann ebenfalls ausgeführt werden, indem eine synchronisierende Signalleitung und eine Verzögerungsschaltung zwischen dem Schieberegister SR1 der Strahlungsquelle 11 bereitgestellt wird, um ein Beendigungssignal bezüglich der Bestrahlung von der Strahlungsquelle 11 in der Verzögerungsschaltung zu verzögern, und es sodann als Startsignal für das Schieberegister einzugeben.

[Nicht in den Anspruchsbereich fallendes Bezugsbeispiel]

Ein Beispiel, bei dem ein gewünschtes SN in dem Falle erhalten wird, bei dem viele Rahmen kontinuierlich ausgelesen werden, um ein bewegliches Bild auszubilden, ist nachstehend beschrieben.

Obwohl die Bildelemente der Strahlungserfassungsvorrichtung in dem fotoelektrischen Umwandlungsschaltungsteil nach 2 in einer 3 × 3 Matrix angeordnet sind, ist bei dem vorliegenden Beispiel ein Fall beschrieben, bei dem Bildelemente in einer m (Zeilen) × n (Spalten) Matrix ausgebildet sind. Dabei wird im Allgemeinen eine Sensoranordnung mit 30 Rahmen pro Sekunde ausgelesen. Zu diesem Zeitpunkt beträgt eine Abtastzeit pro Rahmen 1/30 (s), das heißt 33 ms.

Die 7A bis 7E zeigen Zeitablaufdiagramme zur Darstellung eines Beispiels für einen Zeitablauf beim Auslesen eines sich bewegenden Strahlungsbildes. Gemäß der Darstellung aus 7A wird die Bestrahlung kontinuierlich ausgeführt.

7B zeigt eine Darstellung des Falles, bei dem das Lesen oder Speichern der Signale kontinuierlich ausgeführt wird.

7C zeigt eine Darstellung des Falles, bei dem nach dem Auslesen der gesamten Anordnung eine Ruhezeit Q bereitgestellt wird, bevor der nächste Auslesevorgang begonnen wird (was in der Zeichnung durch eine durchbrochene Linie angezeigt ist). Die Ruhezeit kann auf höchstens tf – tx × q voreingestellt sein, wobei tf eine Abtastzeit pro Rahmen, tx eine Lesezeit pro Spalte und Q die Anzahl der ausgelesenen Spalten (≤ n) bezeichnen.

7D zeigt eine Darstellung des Falles, bei dem jede Spalte zu einem bestimmten Zeitablauf ausgelesen ist, aber eine hohe Zeit zwischen den Auslesezeitpunkten der jeweiligen Spalten bereitgestellt wird (während eine Speicherung ausgeführt wird).

7E zeigt eine Darstellung des Falles, bei dem eine Ruhezeit zwischen den Auslesezeitpunkten der jeweiligen Spalten wie bei dem Fall aus 7D bereitgestellt wird. Während dieser Ruhezeit wird jedoch auch keine Speicherung in jeder Spaltung ausgeführt. Ein S/N-Verhältnis kann beispielsweise durch das Ausführen einer (Auffrisch-)Ansteuerung weiter verbessert werden, so dass ein Restanteil nach Entladung (Ladung) des Sensors entfernt wird.

Wesentliche Parameter bezüglich des Auslesevorgangs in einem System mit einem Strahlungssensor beinhalten die nachstehend aufgeführten vier Parameter:

  • (1) Das für das System erforderliche SN;
  • (2) Die CR-Zeitkonstante &tgr;2 gemäß dem Sensor und Schalter in jedem Bildelement;
  • (3) Die von der Vorrichtung erforderliche Abtastgeschwindigkeit (die Anzahl der Rahmen); und
  • (4) Die Zeitkonstante &tgr;1 der Lichtemission eines Szintillators für den Aufbau einer Belichtung durch Röntgenstrahlen und einer Dämpfung nach der Belichtung durch die Röntgenstrahlen.

Die Parameter (1) bis (4) sind nachstehend näher beschrieben.

  • (1) Das SN eines Signals von einem Sensorfeld ist durch die Quantität S eines durch einen Schalter übertragenen Signals und die Quantität N eines nach der Übertragung verbliebenen Signals definiert.
  • (2) Die CR-Zeitkonstante &tgr;1 ist ein durch Multiplizieren einer Speicherkapazität C des Sensors mit einem Durchlasswiderstand R des Schalters (TFT) in jedem Bildelement erhaltener Wert.
  • (3) Die Abtastgeschwindigkeit (die Anzahl der Rahmen) ist die Anzahl der Abtastvorgänge (die Anzahl der Rahmen) für n Spalten (q < n Spalten nach Bedarf) pro Sekunde. Bei einem normalen Monitor beträgt sie 30 Rahmen pro Sekunde.
  • (4) Der Aufbau einer Lichtemission eines Szintillators bei einem Aussetzen gegenüber der Strahlung und der Dämpfung der Lichtemission des Szintillators nach dem Aussetzen gegenüber der Strahlung zeigt eine mehrfache exponentielle Änderung (&Sgr;&agr;tn). Sie ist jedoch erfindungsgemäß definiert als ein Ausdruck durch eine exponentielle Funktion gemäß der Zeitkonstanten &tgr;1.

8 zeigt diagrammartig ein Beispiel des Zusammenhangs zwischen der Übertragungszeit der TFT und den übertragenen Signalmengen sowie den nach der Übertragung verbliebenen Signalmengen, und zeigt die übertragene Menge in dem Falle, bei dem in Kondensatoren innerhalb der fotoelektrischen Wandlerelemente (beispielsweise gemäß 2: S1-1 bis S3-3) gespeicherte Signalladungen zu 1 definiert sind. Die vorstehend beschriebenen Parameter sind nachstehend unter Bezugnahme auf 8 betrachtet.

Wenn eine Übertragung &bgr;-mal so oft wie die Zeitkonstante &tgr;2 durchgeführt wird (wobei &bgr; = t/&tgr;2), kann die übertragene Menge der Signalkomponente S durch S = 1 – exp(–&bgr;) ausgedrückt werden, wie es in 8 dargestellt ist, wenn der Parameter (1) mit dem Parameter (2) kombiniert wird. Der nach der Übertragung verbleibende Anteil N2 wird durch N2 = exp(–&bgr;) ausgedrückt, wie es in 8 dargestellt ist. Der übertragene Signalanteil, der zu S definiert ist, wird S = 1 – N2 = 1 – exp(–&bgr;). Da exp(–&bgr;) wesentlich kleiner 1 ist, kann S für eine Standardisierung als nahezu 1 angenommen werden.

Da andererseits SN2 = S/N2 ist, kann SN2 als S/N2 = 1/exp(–&bgr;) ausgedrückt werden. Folglich wird der Kehrwert von SN2 zu 1/SN2 = exp(–&bgr;) = N2. Der nach der Übertragung verbleibende Anteil N2 wird nämlich zum Kehrwert von SN2, oder &bgr; = lnSN2.

Die Streuung der Ausgabe auf der Grundlage des Parameters (4) ist nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.

  • 1) Die Ausgabe S eines Szintillators mit einer Zeitkonstanten &tgr;1 der Lichtemission nach der Zeit t von der Lichtemission gemäß dem Aufbau der Lichtemission wird durch S = S0 – (1 – exp(–&agr;)) ausgedrückt, wobei S0 eine Sensorausgabe bei der Sättigung bezeichnet, und &agr; = t/&tgr;1 ist.
  • 2) Die Änderung in der Ausgabe aufgrund der Verzögerung der Dämpfung der Lichtemission des Szintillators wird durch S = S0 – exp(–&agr;) ausgedrückt.

Wenn die Zeitkonstante des Aufbaus und der Dämpfung des Szintillators 0 ist, nämlich eine Änderung augenblicklich verursacht wird, gibt es kein Rauschen. Da jedoch der Szintillator die Zeitkonstante &tgr;1 aufweist, tritt ein Rauschanteil proportional zu exp(–&agr;) auf. Zu diesem Zeitpunkt kann die Ausgabe S nahezu gleich 1 angenommen werden. Bei einem tatsächlichen Lesevorgang ist die Speicherzeit nahezu ein Kehrwert der Anzahl der Rahmen. Wenn die Anzahl der Rahmen beispielsweise 30 Rahmen pro Sekunde beträgt, liegt die Speicherzeit bei 33 ms. Daher wird eine gute Näherung erzielt, wenn die Zeitkonstante des Szintillators in der Größenordnung von ms liegt.

1/SN1 = exp(–&agr;) ist nämlich für das erforderliche SN1 erfüllt.

Das von außen als System erforderliche SN wird ein synthetisches SN von SN2 = exp(&bgr;), was von der Zeitkonstanten des TFT herrührt, und SN1 = exp(&agr;), was von der Zeitkonstanten des Szintillators herrührt.

Ein Kehrwert dieses synthetischen SN kann zu 1/SN = exp(–&agr; – &bgr;) eingestellt werden.

Die Zeit des TFT zum Übertragen eines Sensorsignals beträgt &bgr; × &tgr;2, und die Zeit, während der Licht von dem Szintillator durch den Sensor zum Speichern eines Signals darin empfangen wird, ist &agr; × &tgr;1. Die Gesamtzeit von &agr; × &tgr;1 und &bgr; × &tgr;2 kann die Zeit für einen Rahmen nicht überschreiten.

Folglich ist die folgende Ungleichung erfüllt. (&agr; × &tgr;1 + &bgr; × &tgr;2) ≤ 1/FPS, wobei FPS die Anzahl an Rahmen pro Sekunde beim Auslesen des Strahlungssensors bezeichnet; &tgr;1 eine Zeitkonstante des Aufbaus und der Dämpfung der Lichtemission bei und nach der Bestrahlung des Szintillators mit Strahlung bezeichnet; &tgr;2 eine durch Multiplizieren einer Sensorkapazität mit dem Durchlasswiderstand des TFT erhaltene Zeitkonstante bezeichnet; &agr; ein Vielfaches von [(Speicherzeit des Lichtsignals im Sensor)/(die Zeitkonstante für den Aufbau und die Dämpfung der Lichtemission des Szintillators)] bezeichnet; und &bgr; ein Vielfaches einer Zeitkonstante für die Zeit bezeichnet, für die der TFT zur Übertragung angeschaltet ist.

Wenn folglich die Abtastzeit des Sensors pro Rahmen auf zumindest (&agr; × &tgr;1 + &bgr; × &tgr;2) durch beispielsweise ein Steuersystem unter Verwendung eines Mikrocomputers voreingestellt wird, kann eine Strahlungserfassungsvorrichtung mit einem gewünschten Signal/Rausch-Verhältnis SN = ln(&agr; + &bgr;) mit Leichtigkeit erhalten werden. Im Übrigen kann unter der Annahme, dass das vom Szintillator erforderliche Signal/Rausch-Verhältnis SN1 ist, &agr; durch ln(SN1) dargestellt werden, während &bgr; als ln(SN2) dargestellt werden kann, wobei SN2 das von dem TFT zum Übertragen des in dem Kondensator des Sensorelementes gespeicherten Signals erforderliche Signal/Rausch-Verhältnis ist.

Wenn gemäß vorstehender Beschreibung der Zusammenhang zwischen dem erforderlichen SN und der Ausleserate auch bei den Systemen eines radiofotografischen Geräts, diagnostischen Strahlungsgerätes und eines therapeutischen Strahlungsgerätes optimal voreingestellt wird, können verschiedene Strahlungserfassungsvorrichtungen mit einem befriedigenden Signal/Rausch-Verhältnis unter Einbeziehung der Zeitkonstanten der Nachglühcharakteristik eines Leuchtstoffs und der von einem Dünnschichtsensorelement und einem Dünnschichttransistor herrührenden Zeitkonstanten bereitgestellt werden.

Erfindungsgemäß können außerdem Strahlungserfassungsverfahren und ein Gerät zum Ausführen eines stabilen Lesevorgangs bereitgestellt werden.

Ferner können erfindungsgemäß Strahlungserfassungsvorrichtungen und Verfahren zu geringeren Kosten bereitgestellt werden, weil der Entwurf leichter gemäß Leistungsfähigkeitsanforderungen erfolgen kann.

Erfindungsgemäß ist die Strahlung nicht auf Röntgenstrahlen beschränkt, und &agr;-Strahlen, &bgr;-Strahlen, &ggr;-Strahlen und dergleichen können ebenfalls auf die Systeme angewandt werden, bei denen die einer Wellenlängenumwandlung durch eine Wellenlängenumwandlungseinrichtung unterworfenen Informationen in der Form eines elektrischen Signals durch ein fotoelektrisches Wandlerelement ausgegeben werden. Es ist jedoch wünschenswert, die Erfindung auf Systeme unter Verwendung von Röntgenstrahlen anzuwenden, die sich weithin in allgemeiner Verwendung befinden. Für die Wellenlängenumwandlungseinrichtung wird vorzugsweise ein Szintillator (oder Leuchtstoff) mit einer Zeitkonstanten in der Wellenlängenumwandlungscharakteristik durch den Einfall von Licht einer Lichtquelle verwendet.


Anspruch[de]
Strahlungserfassungsvorrichtung (100) mit einer Wellenlängenumwandlungseinrichtung (14) zum Umwandeln von Strahlung (12) in fotoelektrisch umwandelbares Licht und einer Vielzahl von Bildelementen (109), die in der Form einer Matrix angeordnet sind, wobei jedes Bildelement (109) ein Sensorelement (108: S1-1 bis S3-3) zum Umwandeln des Lichts in ein elektrisches Signal sowie einen Dünnschichttransistor TFT (T1-1, T1-2, ... T3-3) zur Übertragung aufweist, der mit dem Sensorelement (108: S1-1 bis S3-3) zum aufeinanderfolgenden Übertragen eines Signals von dem Bildelement (109) verbunden ist, wobei

die Strahlungserfassungsvorrichtung (100) gekennzeichnet ist, durch:

eine Einrichtung, die zum Steuern der Verzögerungszeit angeordnet ist, welche die einer Bestrahlung der Bildelemente durch eine Bestrahlungsquelle (11) folgende Zeit bis zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die TFTs (T1-1 bis T3-3) zum ersten Mal zur Übertragung von in den Bildelementen (109) gespeicherten Signalen angeschaltet werden, und zumindest bis n&tgr;1, wobei &tgr;1 eine Zeitkonstante der Nachglühcharakteristik der Wellenlängenumwandlungseinrichtung (14) ist, und n gleich ln(SN) ist, wobei SN ein gewünschtes Signal/Rausch-Verhältnis zu einem Zeitpunkt ist, wenn die Bestrahlung durch die Strahlungsquelle (11) gestoppt wird.
Strahlungserfassungsvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, die ferner die Strahlungsquelle (11) zur Emission der Strahlung (12) umfasst. Strahlungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Strahlungsquelle (11) zur Emission von Strahlung (12) aus der aus Alphastrahlen, Betastrahlen, Gammastrahlen und Röntgenstrahlen bestehenden Gruppe eingerichtet ist. Strahlungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wellenlängenumwandlungseinrichtung (14) einen Szintillator umfasst. Strahlungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Szintillator einen Leuchtstoff umfasst. Strahlungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wellenlängenumwandlungseinrichtung (14) ein Szintillator ist, und die Nachglühcharakteristik der Wellenlängenumwandlungseinrichtung (14) eine Nachglühcharakteristik des Szintillators ist. Strahlungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Nachglühcharakteristik eine Dämpfungscharakteristik des Szintillators (14) ist. Strahlungserfassungsverfahren unter Verwendung einer Wellenlängenumwandlungseinrichtung (14) zum Umwandeln von Strahlung (12) in fotoelektrisch umwandelbares Licht und einer Vielzahl von Bildelementen (109), die in der Form einer Matrix angeordnet sind, wobei jedes Bildelement (109) ein Sensorelement (108: S1-1 bis S3-3) zum Umwandeln des Lichts in ein elektrisches Signal und einen Dünnschichttransistor TFT (T1-1, T1-2, ..., T3-3) zum Übertragen aufweist, der mit dem Sensorelement (108: S1-1, S2-2, ..., S3-3) zum aufeinanderfolgenden Übertragen eines Signals von dem Bildelement (109) verbunden ist, wobei

das Verfahren gekennzeichnet ist durch:

einen Schritt zum Steuern der Verzögerungszeit, welches die einer Bestrahlung der Bildelemente durch eine Strahlungsquelle (11) folgende Zeit bis zu dem Zeitpunkt ist, zu dem die TFTs (T1-1 bis T3-3) zum ersten Mal zum Übertragen von in den Bildelementen (109) gespeicherten Signalen angeschaltet werden, und zumindest bis n&tgr;1, wobei &tgr;1 eine Zeitkonstante der Nachglühcharakteristik der Wellenlängenumwandlungseinrichtung (14) ist, und n gleich ln(SN) ist, wobei SN ein gewünschtes Signal/Rausch-Verhältnis zu einem Zeitpunkt ist, wenn die Bestrahlung durch die Strahlungsquelle (11) gestoppt wird.
Strahlungserfassungsverfahren nach Anspruch 8, welches ferner die Strahlungsquelle (11) zur Emission der Strahlung (12) verwendet. Strahlungserfassungsverfahren nach Anspruch 9, wobei die Strahlungsquelle (11) Strahlung (12) aus der aus Alphastrahlen, Betastrahlen, Gammastrahlen und Röntgenstrahlen bestehenden Gruppe emittiert. Strahlungserfassungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Wellenlängenumwandlungseinrichtung (14) einen Szintillator aufweist. Strahlungserfassungsverfahren nach Anspruch 11, wobei der Szintillator einen Leuchtstoff aufweist. Strahlungserfassungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Wellenlängenumwandlungseinrichtung (14) ein Szintillator ist, und die Nachglühcharakteristik der Wellenlängenumwandlungseinrichtung (14) eine Nachglühcharakteristik des Szintillators ist. Strahlungserfassungsverfahren nach Anspruch 13, wobei die Nachglühcharakteristik eine Dämpfungscharakteristik des Szintillators ist.






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