Beschreibung

Bildwandler, Flachbilddetektor und Verfahren zum Betreiben eines Bildwandlers und eines Flachbilddetektors

Die Erfindung betrifft einen Bildwandler, einen Flachbilddetektor und Verfahren zum Betreiben eines Bildwandlers und eines Flachbilddetektors.

Herkömmliche Flachbilddetektoren, die auch als Festkörperde ^¬ tektoren bezeichnet werden, weisen einen Bildwandler mit eventuell einem Szintillator auf und werden z.B. als Röntgen- detektoren für die Radiographie oder Fluoroskopie verwendet. Der Bildwandler umfasst z.B. matrixförmig angeordnete Detek- torelemente, die jeweils ein lichtempfindliches Element, ei ^¬ nen Speicherkondensator und ein Schaltelement, z. B. einen Transistor, aufweisen. Herkömmliche Flachbilddetektoren weisen pin-Dioden als lichtempfindliche Elemente und Dünnfilm ^¬ transistoren (TFT) aus amorphem Silizium (aSi) als Transisto- ren auf.

Als lichtempfindliches Element kann auch ein Fototransistor verwendet werden, wie dies in der EP 1 505 654 A2 offenbart ist .

Wichtige Parameter eines Bilddetektors bzw. eines Flachbild ^¬ detektors sind dessen Quanteneffizienz, dessen Signalrauschverhältnis und der sich daraus ergebende Dynamikbereich. Ty ^¬ pische Quanteneffizienten von Detektorelementen liegen für das grüne Emissionsspektrum (500-600 nm) des Szintillators bei 70-80 %.

Das elektronische Rauschen der Bildwandler bzw. der Flachbilddetektoren begrenzt die Empfindlichkeit für kleine Signa- Ie, also bei der Detektion geringer Lichtmengen oder einzelner Röntgenquanten . Das elektronische Rauschen ergibt sich aus unterschiedlichen Beiträgen, die durch die Fotodiode, die Dünnfilmtransistoren, die Zuleitungen und eine Ausleseelekt-

ronik der Bildwandler bzw. Flachbilddetektoren bestimmt werden .

Bei kleinen Flachbilddetektoren mit relativ wenigen, z. B. bis 200 Zeilen, dominieren Beiträge, die durch das jeweils ausgelesene Detektorelement verursacht werden, wie z. B. Rau ^¬ schen durch einen Dunkelstrom der Fotodiode oder bedingt durch das Zurücksetzen der einzelnen Detektorelemente. Bei relativ großen Flachbilddetektoren im Bereich von über 1.000 Zeilen werden die Rauschbeiträge der Ausleseelektronik und der Zuleitungen dominierend. Insgesamt liegen die Rauschbei ^¬ träge für kommerzielle, relativ große Flachbilddetektoren bei 1.500 bis 3.000 Elektronen. Die Detektionsschwelle für grünes Licht liegt dabei bei etwa 0,002 μW/cm ² , was bei einem effi- zienten Szintillator einer Röntgendosis von 7-10 nGy pro Röntgenbild entspricht.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bildwandler bzw. einen Flachbilddetektor derart auszuführen, dass dessen Ein- satzbereich insbesondere für relativ kleine Signale erweitert wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Bildwandlers bzw. eines Flachbilddetektors anzugeben, mit dessen Hilfe der Einsatzbereich des Bildwandlers bzw. des Flachbilddetektors vergrößert wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Bildwand ^¬ ler, aufweisend eine Mehrzahl von Detektorelementen, die je- weils einen Fototransistor, einen Speicherkondensator und einen Auslesetransistor aufweisen, und eine an den Fototransistoren angeschlossene Versorgungsspannung, deren Spannungswert variabel einstellbar oder auf wenigstens zwei Spannungswerte umschaltbar ist, sodass der Bildwandler in wenigstens zwei Betriebsmodi betreibbar ist.

Der erfindungsgemäße Bildwandler, der in Kombination mit einer RöntgenleuchtstoffSchicht einen erfindungsgemäßen Flach-

bilddetektor ergibt, weist die Mehrzahl von Detektorelementen auf. Als lichtempfindliche Elemente der Detektorelemente wer ^¬ den Fototransistoren verwendet, die mit der Versorgungsspannung verbunden sind. Fällt auf den erfindungsgemäßen BiId- wandler kein Licht auf, so fließt in den Fototransistoren kein oder nur ein verhältnismäßig kleiner elektrischer Strom, der als Dunkelstrom bezeichnet wird. Fällt Licht auf die Fo ^¬ totransistoren, dann fließt aufgrund von durch das Licht gebildeten Ladungsträgers ein im Vergleich zum Dunkelstrom grö- ßerer elektrischer Strom, der den jeweiligen Speicherkondensator auflädt. Durch Einstellen der Versorgungsspannung kann z.B. eine durch das Licht bedingte Verstärkung des elektrischen Stroms beeinflusst werden, wodurch sich der Speicherkondensator bei gleicher Lichtstärke unterschiedlich stark auflädt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Umschaltung bzw. Variierung des Spannungswertes der Versorgungsspannung ist es möglich, den erfindungsgemäßen Bildwandler bzw. Flachbilddetektor in seinen wenigsten zwei Betriebsmodi zu betreiben.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bildwandlers bzw. des erfindungsgemäßen Flachbilddetektors weisen die Fo ^¬ totransistoren jeweils einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss auf, ist die Versor ^¬ gungsspannung eine an den ersten Anschlüssen der Fototransis- toren angeschlossene erste Versorgungsspannung, weist der erfindungsgemäße Bildwandler bzw. Flachbilddetektor eine an den zweiten Anschlüssen der Fototransistoren angeschlossene zweite Versorgungsspannung auf und ist wenigstens einer der Spannungswerte der ersten oder der zweiten Versorgungsspannungen einstellbar oder auf wenigstens zwei Spannungswerte umschalt ^¬ bar, sodass der erfindungsgemäße Bildwandler bzw. Flachbild ^¬ detektor in wenigstens zwei Betriebsmodi betreibbar ist. Mit der zweiten Versorgungsspannung kann z.B. die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Bildwandlers bzw. Flachbilddetektors variiert werden.

Der Dynamikbereich des erfindungsgemäßen Bildwandlers bzw. Flachbilddetektors wird einerseits durch seine externe Quan-

teneffizienz und andererseits durch seine Sättigung und sein Rauschen bestimmt. Ein Detektorelement erreicht dann seine Sättigung, wenn sein Speicherkondensator seine maximal mögliche speicherbare elektrische Ladung erreicht. Durch das Um- schalten oder Variieren wenigstens einer der Spannungswerte der beiden Versorgungsspannungen ist es möglich, den Dynamikbereich und die externe Quanteneffizienz des erfindungsgemä ^¬ ßen Bildwandlers bzw. Flachbilddetektors zu beeinflussen, wo ^¬ durch wiederum der erfindungsgemäße Bildwandler bzw. Flach- bilddetektor in seinem ersten oder seinem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann. Somit kann der erfindungsgemäße Bildwandler bzw. Flachbilddetektor je nach Anwendungsfall in einem für den Anwendungsfall günstigeren Betriebsmodus be ^¬ trieben werden.

Die Spannungswerte der ersten Versorgungsspannung sind insbesondere positive Spannungswerte und die Spannungswerte der zweiten Versorgungsspannung sind insbesondere negative Spannungswerte .

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bildwandlers bzw. Flachbilddetektors sind die Spannungswerte der ers ^¬ ten und/oder zweiten Versorgungsspannung derart einstellbar oder umschaltbar, dass der erfindungsgemäße Bildwandler bzw. Flachbilddetektor in seinem ersten Betriebsmodus einen im

Vergleich zum zweiten Betriebsmodus großen Dynamikbereich und geringe externe Quanteneffizienz aufweist. In seinem zweiten Betriebsmodus kann dann der erfindungsgemäße Flachbilddetek ^¬ tor insbesondere bei Untersuchungen betrieben werden, bei de- nen relativ geringe Röntgenstrahlendosen verwendet werden.

Der Spannungswert der ersten Versorgungsspannung ist nach einer Variante des erfindungsgemäßen Bildwandlers bzw. Flachbilddetektors im ersten Betriebsmodus kleiner als im zweiten Betriebsmodus.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bildwandlers bzw. Flachbilddetektors weisen die Auslesetransistoren

jeweils einen ersten, zweiten und dritten Anschluss und die Speicherkondensatoren jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluss auf. Dann können bei jedem Detektorelement der dritte Anschluss des Fototransistors mit dem ersten Anschluss des Speicherkondensators, der zweite Anschluss des Fototran ^¬ sistors mit dem zweiten Anschluss des Speicherkondensators und der erste Anschluss des Auslesetransistor mit dem ersten Anschluss des Speicherkondensators verbundenen ist, und der zweite Anschluss des Auslesetransistors kann mit einer Ausle- seleitung zum Auslesen des jeweiligen Detektorelements und der dritte Anschluss des Auslesetransistors kann mit einer Steuerleitung zum Ansteuern des jeweiligen Detektorelements verbunden sein.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Bildwandlers, aufweisend folgende Verfahrensschritte :

Betreiben eines Bildwandlers in einem ersten Betriebsmodus durch Einstellen einer Versorgungsspannung des Bildwand- lers auf einen ersten Spannungswert, wobei der Bildwandler eine Mehrzahl von Detektorelementen, die jeweils einen Fototransistor, einen Speicherkondensator und einen Auslesetransistor aufweisen, umfasst und die Versorgungsspannung an den Fototransistoren angeschlossen ist, und - Betreiben des Bildwandlers in einem zweiten Betriebsmodus durch Einstellen der Versorgungsspannung auf einen vom ersten Spannungswert verschiedenen zweiten Spannungswert.

In Kombination mit einer RöntgenleuchtstoffSchicht ergibt sich aus dem Bildwandler ein Flachbilddetektor, der entsprechend in den beiden Betriebsmodi betrieben werden kann.

Die Fototransistoren können jeweils einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss aufwei- sen. Außerdem kann die Versorgungsspannung eine an den ersten Anschlüssen der Fototransistoren angeschlossene erste Versorgungsspannung sein, der Bildwandler bzw. der Flachbilddetektor kann eine an den zweiten Anschlüssen der Fototransistoren

angeschlossene zweite Versorgungsspannung aufweisen, sodass der Bildwandler bzw. der Flachbilddetektor in seinem ersten Betriebsmodus durch Einstellen wenigstens einer der Spannungswerte der ersten oder der zweiten Versorgungsspannungen auf den ersten Spannungswert und in seinem zweiten Betriebs ^¬ modus durch Einstellen wenigstens einer der Spannungswerte der ersten oder der zweiten Versorgungsspannungen auf den zweiten Spannungswert betrieben werden kann.

Die Spannungswerte der ersten Versorgungsspannung können positive Spannungswerte und die Spannungswerte der zweiten Ver ^¬ sorgungsspannung können negative Spannungswerte sein, die erste und/oder zweite Versorgungsspannung kann derart eingestellt werden, dass der Bildwandler bzw. der Flachbilddetek- tor in seinem ersten Betriebsmodus einen im Vergleich zum zweiten Betriebsmodus großen Dynamikbereich und geringe externe Quanteneffizienz aufweist und/oder der Spannungswert der ersten Versorgungsspannung kann im ersten Betriebsmodus größer als im zweiten Betriebsmodus sein.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Bildwandlers bzw. Flachbildde ^¬ tektors bzw. der erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Bildwandlers bzw. Flachbilddetektors können sich u.a. folgende Vorteile ergeben:

Aufgrund der erfindungsgemäßen Umschaltung bzw. Variierung der Versorgungsspannung der Fotodioden kann der Bildwandler bzw. Flachbilddetektor in einem für den jeweiligen Anwendungsfall günstigen Betriebsmodus betrieben werden. So ist es insbesondere möglich, durch eine gezielte Anpassung des Span ^¬ nungswertes bzw. der Spannungswerte auch bei relativ kleinen Röntgenstrahlungsdosen ein relativ gutes Signal-Rausch- Verhältnis zu erzielen. Somit ist es z.B. möglich, den erfindungsgemäßen Flachbilddetektor sowohl für Anwendungen, bei denen relativ hohe Röntgenstrahlungsdosen, als auch für Anwendungen, bei denen relativ niedrige Röntgenstrahlungsdosen verwendet werden, einzusetzen. Besonders bei Fluorskopie- Anwendungen können mit dem erfindungsgemäßen Flachbilddetek-

tor relativ hochwertige Röntgenbilder hergestellt werden. Des Weiteren kann der erfindungsgemäße Bildwandler bzw. Flachbilddetektor relativ preisgünstig hergestellt werden, da etablierte Prozesse aus der Massenfertigung von a-Si TFT- Flachbildschirm Panels verwendet werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen exemplarisch dargestellt. Es zeigen :

Fig. 1 einen Flachbilddetektor mit einem matrixförmig angeordneten Detektorelemente aufweisenden Bildwand ^¬ ler,

Fig. 2 einen schematischen Aufbau mehrerer Detektorelemente des Bildwandlers der Fig. 1,

Fig. 3-6 Stromverläufe eines der Detektorelemente des Bild ^¬ wandlers der Fig. 1 und

Fig. 7 eine Tabelle mit Signal- und Rauschanteilen für verschiedene Betriebsmodi.

Die Fig. 1 zeigt einen Flachbilddetektor 1, aufweisend einen optischen Bildwandler 2, dessen lichtempfindliche Oberfläche mit einer lichtdurchlässigen Schicht 3, z.B. Glas, abgedeckt ist. An die lichtdurchlässige Schicht 3 schließt eine Rönt- genleuchtstoffSchicht 4 an, die auf einem für Röntgenstrah ^¬ lung transparenten Träger 5 aufgetragen ist. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Träger 5 aus Alumi ^¬ nium ausgebildet und die RöntgenleuchtstoffSchicht umfasst im Wesentlichen Cäsiumjodid.

Um den Flachbilddetektor 1 vor Beschädigung zu schützen, um- fasst dieser im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein für Röntgenstrahlung transparentes Schutzgehäuse 6, das den optischen Bildwandler 2, die lichtdurchlässige Schicht 3 und die RöntgenleuchtstoffSchicht 4 umhüllt.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist der op ^¬ tische Bildwandler 2 mehrere matrixförmig angeordnete Detektorelemente 20a-20d auf. Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild von vier der matrixförmig angeordneten Detektorelementen 20a- 2Od des optischen Bildwandlers 2.

Die Detektorelemente 20a-20d wandeln eine auf der lichtemp ^¬ findlichen Oberfläche des optischen Bildwandlers 2 auftref- fende Lichtverteilung in eine elektrische Ladungsverteilung um, die mittels einer Auslesevorrichtung 7 zum Auslesen der einzelnen Detektorelemente 20a-20d ausgelesen wird, um einen der Lichtverteilung entsprechenden Bilddatensatz zu erhalten. Die Auslesevorrichtung 7 ist mittels Ausleseleitungen 24a, 24b und mittels Steuerleitungen 25a, 25b mit den einzelnen Detektorelementen 20a-20d verbunden.

Des Weiteren umfasst der Flachbilddetektor 1 Versorgungsleitungen 26, 27 zur Versorgung der Detektorelemente mit elekt- rischen Versorgungsspannungen Vgg und Vdd.

Jedes der Detektorelemente 20a-20d weist im Falle des vorlie ^¬ genden Ausführungsbeispiels einen Fototransistor 21, einen Speicherkondensator 22 und einen Auslesetransistor 23 auf. Bei jedem Detektorelement 20a-20d ist der Source-Anschluss

21S des Fototransistors 21 mit einem der Anschlüsse des Aus ^¬ lesekondensators 22 und mit dem Drain-Anschluss 23D des Aus ^¬ lesetransistors 23 verbunden. Außerdem ist der nicht mit dem Source-Anschluss 21S des Fototransistors 21 verbundene An- Schluss des Speicherkondensators 22 mit dem Gate-Anschluss 21G des Fototransistors 21 verbunden.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist jedes der Detektorelemente 20a-20d einer Spalte an eine der Ausleslei- tungen 24a, 24b, insbesondere am Source-Anschluss 23S der je ^¬ weiligen Auslesetransistoren 23 angeschlossen. Im Falle des in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels sind die Detek-

torelemente 20a, 20c an die Ausleseleitung 24a und die Detek ^¬ torelemente 20b, 20d an die Ausleseleitung 24b angeschlossen.

Die Detektorelemente 20a-20d einer Zeile sind außerdem im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels an jeweils eine der Steuerleitungen 25a, 25b, insbesondere am Gate-Anschluss 23G der jeweiligen Auslesetransistoren 23 angeschlossen. Im Falle des in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels sind die Detektorelemente 20a, 20b an die Steuerleitung 25a und die Detektorelemente 20c, 20d an die Steuerleitung 25b ange ^¬ schlossen .

Im Betrieb des Flachbilddetektors 1 werden die Steuerleitun ^¬ gen 25a, 25b gepulste Spannungen Vreadl, Vread2 angelegt, die die Auslesetransistoren 23 der Detektorelemente 20a-20d einer Zeile einschalten, sodass zu diesem Zeitpunkt das entspre ^¬ chende Detektorelement 20a-20d über die Ausleseleitungen 24a, 24b mittels der Auslesevorrichtung 7 ausgelesen werden kann. Eine solche Ansteuerung wird als Aktiv-Matrix-Ansteuerung be- zeichnet.

Zusätzlich ist die Versorgungsleitung 26 mit den Gate- Anschlüssen 21G der Fototransistoren 21 und die Versorgungsleitung 27 mit den Drain-Anschlüssen 21D der Fototransistoren 21 verbunden. An der Versorgungsleitung 26 liegt die Versorgungsspannung Vgg und an der Versorgungsleitung 27 liegt sie Versorgungsspannung Vdd an. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Versorgungsleitungen 26, 27 jeweils erst spaltenweise und an einem Ende der Detektorelemente 20a- 20d zu jeweils einer gemeinsamen Leitung zusammengefasst .

Dies verringert ein überkreuzen der Versorgungsleitungen 26, 27 mit den Auslese- und Steuerleitungen 24a, 24b 25a, 25b und somit ein kapazitives Rauschen der mit den Ausleseleitungen 24a, 24b ausgelesenen Signale.

Die Versorgungsspannung Vgg hält die Gate-Anschlüsse 21G der Fototransistoren 21 auf einem vorgegebenen elektrischen Potenzial. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist

die Versorgungsspannung Vgg über einen Spannungsbereich von - 30V bis OV einstellbar. Durch die Wahl der Versorgungsspannung Vgg wird die Empfindlichkeit und damit der Dynamikbe ^¬ reich der Detektorelemente 20a-20d, also des Flachbilddetek- tors 1 verändert .

Solange kein Licht auf die Fototransistoren 21 fällt, sind diese aufgrund der negativen elektrischen Spannung der Versorgungsspannung Vgg ausgeschaltet, es fließt demnach kein oder zumindest nur ein sehr kleiner elektrischer Strom (Dunkelstrom) durch die Fototransistoren 21. Aufgrund von Lichteinfall auf die Fototransistoren 21 werden Ladungsträger gebildet, die jeweils einen elektrischen Stromfluss (Licht ^¬ strom) in den Fototransistoren 21 erzeugen. Abhängig von den Versorgungsspannungen Vgg und Vdd ergibt sich ein Verstärkungsfaktor für diesen Stromfluss.

Die Versorgungsspannung Vdd ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ebenfalls gleich für alle Fototran- sistoren 21 und stellt die Bias-Spannungen an den Drain- Anschlüssen 21D der Fototransistoren 21 dar. Die Versorgungsspannung Vdd ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbei ^¬ spiels zwischen OV und 50V einstellbar.

Bei Lichteinfall auf den Flachbilddetektor 1 entlädt sich das elektrische Potenzial des entsprechenden Detektorelements 20a-20d am Source-Anschluss 21S des jeweiligen Fototransis ^¬ tors 21 entsprechend der Intensität des einfallenden Lichts mehr oder weniger weit in Richtung dieser Bias-Spannung, die der Versorgungsspannung Vdd entspricht. Beim Erreichen der Versorgungsspannung Vdd tritt eine Sättigung ein. Die zur Sättigung benötigte Ladungsmenge Q ergibt sich aus

Q = C * Vdd

wobei C die Kapazität der einzelnen Speicherkondensatoren 22 ist und wenn der Source-Anschluss 21S des jeweiligen Foto-

transistors 21 durch seinen Lesetransistor 23 auf OV zurückgesetzt wurde.

Der Dynamikbereich des Flachbilddetektors 21 ist an seinem unteren Ende durch die externe Quanteneffizienz und das Rauschen und an seinem oberen Ende durch die Sättigung beschränkt .

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Flach- bilddetektor 1 derart ausgeführt, dass die Spannungswerte der Versorgungsspannungen Vgg und Vdd einstellbar sind und der Flachbilddetektor 1 in mehreren Betriebesmodi betrieben werden kann. Dadurch ist es möglich, den Flachbilddetektor 1 auf die zu messende Röntgenstrahlenintensität einzustellen.

Um günstige Parameter für die Steuerspannungen Vgg und Vdd für die unterschiedlichen Betriebsmodi zu erhalten, wurden in den Figuren 3 bis 6 gezeigte gemessene Hellkennlinien 31 und Dunkelkennlinien 32 des Fototransistors 21 als Funktion der Steuerspannung Vgg mit konstanter Steuerspannung Vdd ermittelt. Für dieses Beispiel handelt es sich bei dem Fototran ^¬ sistor 21 um einen a-Si Fototransistor mit einer aktiven Fläche von 128 μm ² ist. Der Spannungsbereich der Steuerspannung Vgg wurde für dieses Beispiel im Spannungsbereich von -10V bis +20V gewählt.

Die Fig. 3 die die Hellkennlinie 31 und Dunkelkennlinie 32 als Funktion der Steuerspannung Vgg mit konstanter Steuerspannung Vdd=5V. Bei einer Steuerspannung Vgg=-2V ergibt sich eine externe Quanteneffizienz von 163% und bei einer

Steuerspannung Vgg=-5V ergibt sich eine externe Quanteneffi ^¬ zienz von 23, 6% .

Die Fig. 4 die zeigt die Hellkennlinie 31 und Dunkelkennlinie 32 als Funktion der Steuerspannung Vgg mit konstanter Steuerspannung Vdd=10V. Bei einer Steuerspannung Vgg=-2V ergibt sich eine externe Quanteneffizienz von 210% und bei einer

Steuerspannung Vgg=-5V ergibt sich eine externe Quanteneffi-

Die Fig. 5 die zeigt die Hellkennlinie 31 und Dunkelkennlinie 32 als Funktion der Steuerspannung Vgg mit konstanter Steuerspannung Vdd=20V. Bei einer Steuerspannung Vgg=-2V ergibt sich eine externe Quanteneffizienz von 1753% und bei einer Steuerspannung Vgg=-5V ergibt sich eine externe Quanteneffi ^¬ zienz von 355%.

Die Fig. 6 die zeigt die Hellkennlinie 31 und Dunkelkennlinie 32 als Funktion der Steuerspannung Vgg mit konstanter Steuerspannung Vdd=30V. Bei einer Steuerspannung Vgg=-2V ergibt sich eine externe Quanteneffizienz von 7601% und bei einer Steuerspannung Vgg=-5V ergibt sich eine externe Quanteneffi ^¬ zienz von 2547%.

Aus den Hell- und Dunkelkennlinien 31, 32 erkennt man für dieses Ausführungsbeispiel, dass die externe Quanteneffizienz der Detektorelemente 20a-20d bei relativ großen Steuerspan ^¬ nungen Vdd und Vgg am größten ist. Wie es den Dunkelkennlinien 32 zu entnehmen ist, steigt jedoch im Falle des vorlie ^¬ genden Ausführungsbeispiels auch der Dunkelstrom mit größeren Steuerspannungen Vdd und Vgg.

Ein relativ großes Verhältnis von Licht- und Dunkelstrom, und daher ein relativ großer Dynamikbereich wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels z.B. für die Steuerspannungen Vdd=5V und Vgg=-3V erreicht. Jedoch ist die externe Quan- teneffizienz mit ca. 61% relativ gering.

Einen relativ kleinen Dynamikbereich erhält man im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels dagegen bei höheren Spannungswerten der Versorgungsspannungen Vdd, Vgg. Dafür ist es jedoch möglich, einen relativ große externe Quanteneffizienz zu erhalten. Z.B. bei Steuerspannungen Vdd=30V und Vgg=-2V ergibt sich eine externe Quanteneffizienz von über 7500%, was

wiederum zu einem relativ guten Signal-Rausch-Verhältnis führt .

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Flach- bilddetektor 1 derart eingerichtet, dass er in einem ersten und in einem zweiten Betriebsmodus betrieben werden kann, indem die Spannungswerte der Steuerspannungen Vdd und Vgg mit ^¬ tels eines Schalters 28 umschaltbar sind. In seinem ersten Betriebsmodus wird der Flachbilddetektor 1 mit einer Steuer- Spannung Vdd von 5V und mit einer Steuerspannung Vgg von -3V betrieben. In seinem zweiten Betriebsmodus wird der Flachbilddetektor 1 mit einer Steuerspannung Vdd von 30V und mit einer Steuerspannung Vgg von -2V betrieben.

Bei der Ermittlung einer in dem jeweiligen Anwendungsfall günstigen Einstellung der Steuerspannungen Vdd und/oder Vgg ist neben der Effizienz und der Dunkelstrom auch der Effekt der Sättigung zu berücksichtigen. Die Steuerspannungen Vdd und Vgg sollten derart gewählt werden, dass für das größte aufzunehmende Signal noch keine Sättigung der Detektorelemente 20a-20d eintritt.

Die in der Fig. 7 dargestellte Tabelle zeigt Signal- und Rauschwerte sowie das Signal-Rauschverhältnisse (S/N) für drei beispielhafte Einstellungen der Steuerspannungen Vgg und Vdd des Flachbilddetektors 1 eines weiteren Ausführungsbei ^¬ spiels, bei dem der Flachbilddetektor 1 in drei Betriebsmodi betrieben werden kann. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die aktive lichtempfindliche Fläche des Flachbilddetektors 1 5500μm ² und die Speicherkondensatoren 22 haben eine Kapazität von 0,6 pF .

Der Tabelle der Fig. 7 ist zu entnehmen, dass im Betriebsmo ^¬ dus, in dem die Steuerspannung Vgg eine Spannungswert von -3V und die Steuerspannung Vdd einen Spannungswert von 15V hat, ein relativ großer Dynamikbereich von 0,002 μW/cm ² bis 10 μW/cm ² abgedeckt werden kann. Die externe Quanteneffizienz (EQE) beträgt bei diesem Betriebsmodus ca. 390% und das über

die Kennlinien ermittelte Verhältnis zwischen Licht- und Dun ^¬ kelstrom bei einer Beleuchtungsintensität von 30μW/cm ² "1/d ratio" beträgt 43.

Im Betriebsmodus, in dem die Steuerspannung Vgg eine Spannungswert von -2V und die Steuerspannung Vdd einen Spannungs ^¬ wert von 30V hat, ist zwar der Dynamikbereich etwas kleiner als im vorhergehenden Betriebsmodus, dafür ist jedoch das Signal-Rauschverhältnisse (S/N) besser.

Der Betriebsmodus, in dem die Steuerspannung Vgg eine Spannungswert von -4V und die Steuerspannung Vdd einen Spannungs ^¬ wert von 50V hat, hat zwar einen relativ geringen Dynamikbereich, zeichnet sich jedoch durch ein besonders günstiges Signal-Rauschverhältnisse (S/N) aus.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Steuerspannungen Vdd und Vgg umgeschaltet werden. Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Steuerspannungen Vdd und Vgg kontinuierlich einstellbar sind.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen unterscheiden sich sowohl die Steuerspannung Vdd als auch die Steuerspannung Vgg in ihren jeweiligen Betriebsmodi. Es ist auch möglich, dass nur eine der beiden Steuerspannungen Vdd oder Vgg variiert wird und die andere Steuerspannung konstant bleibt.