一種基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及平板探測領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如圖1所示，X射線平板探測器1普遍采用非晶娃TFT(化in Film Transistor,薄膜 晶體管）11作為感光面，將通過拍攝物體的X射線轉(zhuǎn)換為光生電荷，并通過跨導(dǎo)積分放大器 12將電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后通過相關(guān)雙采樣和ADC采樣13轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。
[0003] 圖像的灰度如下式所示：
[0004]
[0005] 其中，ESAK為單帖入射劑量，go為閃爍體的轉(zhuǎn)換效率，F(xiàn)F為光電二極管的填充因 子，η為光電二極管的量子效率。高性能的靜態(tài)非晶娃平板或者動態(tài)非晶娃平板，單帖的入 射劑量ESAK都很小，W減少病人的累計(jì)劑量，另外不同的體位和器官對應(yīng)衰減率不一樣，臨 床上需要能動態(tài)調(diào)節(jié)靈敏度。
[0006] 為提高圖像亮度，可提升閃爍體的轉(zhuǎn)換效率go,光電二極管的填充因子FF和量子 效率η外，運(yùn)Ξ種方法提升幅度非常有限，并且不可動態(tài)調(diào)節(jié)。目前，最直接的方法是使用小 的反饋電容Cf(0.4~0.化F)，可輕松實(shí)現(xiàn)2倍，4倍，8倍等不同增益，進(jìn)一步地，如下式所示：
[0007]
[000引其中，Vamp為放大器噪聲，Vbackend為緩沖器(buffer)和ADC的噪聲，減小反饋電容Cf 也能降低非晶娃平板的噪聲電子數(shù)，從而提高信噪比。因此，反饋電容Cf均采用容量小的電 容。
[0009] 但是，反饋電容Cf的減小會帶來另一個(gè)問題。如圖1所示，非晶娃TFT11由TFT開關(guān) 和光電二極管PD陣列組成，存在著TFT電荷注入(TFT charge injection)的物理現(xiàn)象，假設(shè) 光生電流為負(fù)向，在TFT打開和關(guān)閉瞬間分別會有瞬態(tài)的正向和反向電流，正向電流向反饋 電容Cf上注入的電荷可能會使輸出向下拉到地，負(fù)向電流向反饋電容Cf上注入的電荷可能 會使其向上飽和。如圖2所示，TFT電荷注入的物理機(jī)制如下:在TFT打開瞬間，Gate電壓瞬間 由VEE(-IOV)上升到VGG(+15V)，對于Gate-化化極間電容Cgd正負(fù)極發(fā)生變化，電子向靠近 dataline的一極運(yùn)動，將其從正極變?yōu)樨?fù)極，即電子從讀出忍片(R0IC，包括跨導(dǎo)積分放大 器12、ADC采樣13等電路)往間電容Cgd拉，電流向讀出忍片流，此時(shí)沖擊電流為正，其大小由 極間電容Cgd決定，可達(dá)0.3~0.6pc。當(dāng)TFT打開較長時(shí)間W后，ro里存儲的光電子會大量的 通過TFT向讀出忍片的反饋電容方向運(yùn)動，此時(shí)光電流方向由TFT流向PD，光生電流為負(fù)。當(dāng) TFT關(guān)閉瞬間，過程與TFT打開瞬間相反，沖擊電流為負(fù)。反饋電容Cf越小能容納的電荷越 小，抗TFT電荷注入的能力越弱。采用小反饋電容時(shí)，從圖像上來看存在W下問題：
[0010] 1、暗場圖像部分區(qū)域或全部區(qū)域?yàn)榱阒担?br>[0011] 2、亮場圖像中X光產(chǎn)生的一部分光生電荷被用來補(bǔ)償TFT電荷注入損失了劑量，并 且因?yàn)榘祱鰣D像無典型(pattern)數(shù)據(jù)無法做補(bǔ)償校正，導(dǎo)致圖像失校正，影像臨床診斷。 [001^ 現(xiàn)有克服TFT'電荷注入效應(yīng)的方法有：
[0013] 行內(nèi)補(bǔ)償:使用更長的等待時(shí)間（settle time),使TFT打開瞬間和關(guān)閉瞬間的沖 擊電流抵消。如圖3所示，在TFT打開瞬間和關(guān)閉瞬間的沖擊電流抵消相互抵消后，再在SHS 信號的下降沿對光生電荷進(jìn)行采樣，而TFT打開瞬間和關(guān)閉瞬間的沖擊電流持續(xù)時(shí)間幾乎 相同（20~40US)，運(yùn)需要在TFT打開后使用更長的等待時(shí)間，其缺點(diǎn)是需要增加行掃描時(shí)間 (line scan time),對于動態(tài)非晶娃平板帖率將大大降低。
[0014] 抬高復(fù)位電平:犧牲少量動態(tài)范圍，必須由讀出忍片支持?？稍诜蔷轙FT面板之 外的讀出忍片上設(shè)置復(fù)位電平，讓其有一定的抗正向電流能力，其缺點(diǎn)是犧牲動態(tài)范圍，例 如對于小積分檔位其本地灰度值從零增加到1/4~1/2飽和灰度，動態(tài)范圍從1.化邱華低到 0.6~0.9pC，另外TFT關(guān)閉瞬間的沖擊電流未被補(bǔ)償，為避免其對同為負(fù)向光生電流的影 響，必須等到TFT關(guān)閉瞬間的沖擊電流釋放結(jié)束后再開啟下一行的SHS信號，其行掃描時(shí)間 并未壓縮。
[001引外部電荷補(bǔ)償：引入額外噪聲，必須由讀出忍片支持。如圖4所示，可在非晶娃TFT 面板之外的讀出忍片上增加幾組補(bǔ)償電容，并按照如圖5所示的時(shí)序注入電荷，但由于外部 電荷補(bǔ)償和TFT打開、關(guān)閉的R別寸間不一致存在相位差，因此必須等到TFT關(guān)閉瞬間產(chǎn)生的 沖擊電流結(jié)束后再開啟下一行的SHS信號，其行掃描時(shí)間并未壓縮。另外外部電源可通過補(bǔ) 償電容禪合噪聲到積分電路上，如下式所示0.133mV的紋波就能產(chǎn)生lOOe-的額外噪聲。（注 0.化0 charge必須使用0.12^F檔位補(bǔ)償電容）
[0016]
[0017] 因此，如何解決現(xiàn)有技術(shù)中解決TFT電荷注入效應(yīng)的方案存在的采樣時(shí)間長、動態(tài) 范圍小、需要讀出忍片支持的問題，從根本上解決TFT電荷注入現(xiàn)象給圖像帶來的干擾已成 為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 鑒于W上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于行間重疊的電荷 補(bǔ)償方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中解決TFT電荷注入效應(yīng)的方案存在的采樣時(shí)間長、動態(tài)范圍 小、需要讀出忍片支持等問題。
[0019] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方 法，用于非晶娃TFT陣列，其特征在于，所述基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方法至少包括：
[0020] 打開所述非晶娃TFT陣列的第一行開關(guān)管，所述非晶娃TFT陣列的第一行為假像元 行；
[0021] 打開所述非晶娃TFT陣列的第二行開關(guān)管的同時(shí)關(guān)閉第一行開關(guān)管，第二行開關(guān) 管打開瞬間的沖擊電流與第一行開關(guān)管關(guān)閉瞬間的沖擊電流抵消，之后對與第二行開關(guān)管 連接的光電二極管中的光生電荷進(jìn)行采集；
[0022] 依次在打開當(dāng)前行開關(guān)管的同時(shí)關(guān)閉上一行開關(guān)管，在開關(guān)管打開和關(guān)閉瞬間產(chǎn) 生的沖擊電流抵消后采集與當(dāng)前行開關(guān)管相連的光電二極管內(nèi)的光生電荷。
[0023] 優(yōu)選地，在時(shí)鐘脈沖信號的上升沿逐行打開當(dāng)前行開關(guān)管，同時(shí)關(guān)閉上一行開關(guān) 管;在電荷采樣信號的上升沿執(zhí)行積分，在所述電荷采樣信號的下降沿采集光生電荷。
[0024] 更優(yōu)選地，所述時(shí)鐘脈沖信號的上升沿與所述電荷采樣信號的上升沿同時(shí)到達(dá)。
[0025] 優(yōu)選地，打開開關(guān)管的瞬間產(chǎn)生的沖擊電流為正電流，關(guān)閉開關(guān)管的瞬間產(chǎn)生的 沖擊電流為負(fù)電流。
[0026] 優(yōu)選地，打開開關(guān)管的瞬間和關(guān)閉開關(guān)管的瞬間產(chǎn)生的沖擊電流的電荷滿足如下 關(guān)系：
[0027] Q = Cgd* AVgate
[0028] 其中，Cgd為開關(guān)管控制端和數(shù)據(jù)輸出端之間的極間電容，Δ Vgate為開關(guān)管控制端 的電壓差。
[0029] 優(yōu)選地，與所述非晶娃TFT陣列的第一行開關(guān)管連接的光電二極管內(nèi)的光生電荷 及第一行開關(guān)管打開瞬間產(chǎn)生的沖擊電流通過復(fù)位泄放掉，第一行開關(guān)管關(guān)閉瞬間產(chǎn)生的 沖擊電流直接輸出到下一級電路。
[0030] 優(yōu)選地，所述非晶娃TFT陣列的最后一行開關(guān)管關(guān)閉瞬間產(chǎn)生的沖擊電流被復(fù)位 泄放。
[0031] 如上所述，本發(fā)明的基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方法，具有W下有益效果：
[0032] 1、本發(fā)明的基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方法消除了暗場和小劑量下的零值問題。
[0033] 2、本發(fā)明的基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方法減小了行掃描時(shí)間，提高了帖率。
[0034] 3、本發(fā)明的基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方法增加了動態(tài)范圍。
[0035] 4、本發(fā)明的基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方法的電荷采樣信號打開的時(shí)間縮短，禪合 時(shí)間窗口縮短，噪聲減小。
【附圖說明】
[0036] 圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的X射線平板探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖2顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的TFT電荷注入的原理示意圖。
[0038] 圖3顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的行內(nèi)補(bǔ)償消除TFT電荷注入的原理示意圖。
[0039] 圖4顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的外部電荷補(bǔ)償消除TFT電荷注入的電路示意圖。
[0040] 圖5顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的外部電荷補(bǔ)償消除TFT電荷注入的原理示意圖。
[0041] 圖6顯示為本發(fā)明的基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方法的流程示意圖。
[0042] 圖7顯示為本發(fā)明的基于行間重疊的電荷補(bǔ)償方法的原理示意圖。
[0043] 元件標(biāo)號說明
[0044] 1 X射線平板探測器
[0045] 11 非晶娃TFT
[0046] 12 跨導(dǎo)積分放大器
[0047] 13 ADC 采樣
[004引 S1~S3步驟
【具體實(shí)施方式】
[0049] W下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所掲露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可w通過另外不同的具體實(shí) 施方式加 W實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可W基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0050]請參閱圖6~圖7。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅W示意方式說明本 發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量