KR101197034B1 - 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스?선 영상 검출기 - Google Patents

광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스?선 영상 검출기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기가 개시된다.
본 발명에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기는 엑스-선 조사시 입사하는 엑스-선을 흡수하여 전자와 정공을 발생시키는 엑스선 흡수층; 상기 엑스선 PCL에서 발생된 상기 전자를 모으는 전하 축적층; 영상 신호의 수집하기 위해 광을 발생시키는 광발생 장치; 발생된 상기 광을 집속시키는 광집속 렌즈; 상기 광을 투과시키는 readout 전극; 및 투과된 상기 광을 쪼이면 전자와 정공을 발생시키고 발생된 상기 정공과 상기 전하 축적층에 모인 전자를 결합시키는 readout 층을 포함하고, 상기 readout 층에서 발생된 정공과 상기 전하 축적층에 모인 전자를 결합한 후 상기 readout 층에 남은 전자를 수집하여 영상 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 본 발명은 인접한 다른 픽셀 간의 간섭을 최소화하고, 영상의 위치분해능을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스?선 영상 검출기{Digital X-ray image detector using optical switching}
본 발명은 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기에 관한 것으로, 광발생 장치와 readout 전극 사이에 구비되어 readout 전극에 조사되는 빛을 집속시키기 위한 광집속 렌즈에 관한 것이다.
일반적으로, 엑스-선의 투과성질을 이용하여 환자의 신체부위나 물체를 투시하여 촬영하는 의료용 또는 산업용의 디지털 엑스-선 영상 검출기가 널리 사용되고 있다. 이러한 디지털 엑스-선 영상 검출기는 크게 다이렉트 방식과 인다이렉트 방식으로 구분될 수 있는데, 엑스-선 영상 정보를 가져오기 위하여 픽셀화된 readout 기판에 TFT(Thin Film Transistor)를 사용하고 있다.
그러나 TFT를 사용하여 영상 정보를 readout하는 방식은 픽셀 사이즈가 작아지면 노이즈가 증가하기 때문에 영상의 해상도(resolution)를 향상시키기 위한 픽셀의 소형화에 어려움이 있다.
또한, 픽셀 사이즈가 줄어들면 스위칭 트랜지스터의 크기의 한계로 실제로 전자를 수집하는 검출 영역이 줄어들어 신호의 손실을 가져오게 되고 이로인해 DQE(Detective Quantum Efficiency)와 SNR(Signal-to-Noise)이 감소하게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 근래에 제안되는 방식으로 광 스위칭을 이용하여 영상 정보를 readout하는 방식이 개발되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광 스위칭을 이용한 디지털 엑스-선 영상 검출기를 나타내는 예시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래 기술에 따른 광 스위칭을 이용한 디지털 엑스-선 영상 검출기는 상부전극(top electrode)(110), 엑스선 흡수층(X-ray absorption layer)(120), 전하 축적층(charge trapping layer)(130), readout 층(readout layer)(140), readout 전극(readout electrode)(150), 및 광스위칭 모듈(optical switching module) 또는 광발생 장치(170) 등을 포함하여 구성된다.
이러한 광 스위칭 방식은 엑스선 흡수층(120)에서 엑스-선을 흡수하여 직접적으로 전자와 정공을 생성시키는 광전도체를 사용하여 엑스-선의 흡수율을 증가시킬 수 있고, 적은 노이즈와 높은 DQE(Detective Quantum Efficiency)를 확보할 수 있다.
그러나 이러한 광 스위칭 방식은 readout을 위해 각 readout 전극 즉, 픽셀별로 따로 따로 조사가 되어야 하는데, 광발생 장치(170)에서 빛을 발생시키는 광원의 퍼짐 때문에 각 픽셀에 조사할 때 바로 인접한 픽셀들에 영향을 주게 되고 이로 인해 디지털 엑스-선 영상 검출기의 위치분해능을 저하 시키게 된다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 광스위칭 모듈과 픽셀 사이에 별도의 광집속 수단을 구비하여 광스위칭 모듈에서 나오는 빛을 광집속 수단을 이용하여 각 픽셀마다 집속시키고자 하는 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기를 제공하는데 있다.
이를 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기는 엑스-선 조사시 입사하는 엑스-선을 흡수하여 전자와 정공을 발생시키는 엑스선 흡수층; 상기 엑스선 PCL에서 발생된 상기 전자를 모으는 전하 축적층; 영상 신호를 수집하기 위해 소정 파장을 갖는 광을 발생시키는 광발생 장치; 발생된 상기 광을 집속시키는 광집속 수단; 상기 광을 투과시키는 readout 전극; 및 투과된 상기 광을 쪼이면 전자와 정공을 발생시키고 발생된 상기 정공과 상기 전하 축적층에 모인 전자를 결합시키는 readout 층을 포함하고, 상기 readout 층에서 발생된 정공과 상기 전하 축적층에 모인 전자를 결합한 후 상기 readout 층에 남은 전자를 수집하여 영상 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 광집속 수단은 상기 readout 전극과 상기 광발생 장치의 사이에 위치하되, 상기 readout 전극마다 대응되도록 위치하여 상기 광을 상기 readout 전극마다 집속시키는 것을 특징으로 한다.
필요에 따라, 상기 광집속 수단은 상기 광발생 장치의 특성에 따라 상기 readout 전극과 상기 광발생 장치 사이의 위치가 설정되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 광집속 수단은 집속 렌즈, 및 그리드 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 집속 렌즈는 광의 굴절률에 따라 상기 readout 전극과 상기 광발생 장치 사이의 위치가 설정되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 광발생 장치는 특정 파장을 갖는 광을 발생시키기 위한 장치로서, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), LED(Light Emitting Diode), 및 레이저(Laser) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 광스위칭 모듈과 픽셀 사이에 별도의 광집속 수단을 구비하여 광스위칭 모듈에서 나오는 빛을 광집속 수단을 이용하여 각 픽셀마다 집속시킴으로써, 다른 픽셀과의 간섭을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광스위칭 모듈과 픽셀 사이에 별도의 광집속 수단을 구비하여 광스위칭 모듈에서 나오는 빛을 광집속 수단을 이용하여 각 픽셀마다 집속시킴으로써, 영상의 위치분해능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광 스위칭을 이용한 디지털 엑스-선 영상 검출기를 나타내는 예시도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 구조를 나타내는 제1 예시도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 구조를 나타내는 제2 예시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기를 첨부된 도 2 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 광스위칭 모듈과 픽셀 사이에 별도의 광집속 수단 예컨대, 집속 렌즈, 및 그리드 등을 구비하여 광스위칭 모듈에서 나오는 빛을 광집속 수단을 이용하여 각 픽셀마다 집속시키고자 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 구조를 나타내는 제1 예시도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기는 상부전극(top electrode)(210), 엑스선 흡수층(X-ray absorption layer)(220), 전하 축적층(charge trapping layer)(230), readout 층(readout layer)(240), readout 전극(readout electrode)(250), 집속 렌즈(260), 및 광스위칭 모듈(optical switching module) 또는 광발생 장치(270) 등을 포함하여 구성된다.
상부전극(210)은 엑스-선 조사시 엑스선 흡수층(220)에서 발생하는 전하(charge) 중 정공
Figure 112010063450003-pat00001
을 수집하기 위하여 전압을 인가해주기 위한 전극이다.
엑스선 흡수층(220)은 엑스-선 변환 물질인 a-Se, CZT(CdZnTe), CdTe, PbI2, HgI2,PbO BiI3 등의 광전도체로 구성되어 입사하는 엑스-선을 흡수하여 전하 즉, 전자
Figure 112010063450003-pat00002
와 정공
Figure 112010063450003-pat00003
을 발생하게 된다. 이때, 광전도체는 빛이 없는 암 상태에서는 유전체이지만, 빛이나 엑스-선이 조사되면 도체의 성질을 나타낸다.
전하 축적층(230)은 엑스선 흡수층(220)에서 발생된 전자
Figure 112010063450003-pat00004
를 저장 또는 축적하게 된다.
readout 층(240)은 상부전극(210)을 (-) 전극에서 접지로 변환하고 readout 전극(250)의 아래쪽에서 빛 예컨대, 자외선, 가시광선 등을 쪼이면 EHP(Electron-Hole Pair) 즉, 정공
Figure 112010063450003-pat00005
과 전자
Figure 112010063450003-pat00006
를 새로 발생시키게 된다. 이 때 새로 발생된 정공
Figure 112010063450003-pat00007
은 전하 축적층(230)에 축적된 전자
Figure 112010063450003-pat00008
와 결합하게 된다.
이때, 광발생 장치(270)는 readout 신호를 충분히 발생시키기 위해 필요한 파장을 가지는 빛을 발생시키고, 집속 렌즈(260)는 readout 전극(250)마다 대응되도록 설치되어 발생된 빛을 readout 전극(250)마다 접속시키게 된다.
또한, 광발생 장치(270)는 광을 위치별로 발생시킬 수 있는 제어 모듈을 더 구비할 수 있는데, 이는 영상 정보를 스캔하기 위한 방법을 제어하는 장치를 나타낸다.
이때, 집속 렌즈(260)는 광발생 장치(270)의 특성에 따라 readout 전극(250)과 광발생 장치(270) 사이의 위치가 설정될 뿐만 아니라 광의 굴절률에 따라 readout 전극(250)과 광발생 장치(270) 사이의 위치가 설정될 수도 있다.
그리고 readout 전극(250)은 아래쪽에서 가해주는 광선을 투과시키는 물질로 구성되는 투명 전극으로 엑스-선 조사시 상부전극(210)과 같이 전압을 인가해주는 전극이다.
이렇게 구성된 본 발명에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 동작원리를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 엑스-선 발생장치에 의해 발생된 엑스-선은 촬영하고자하는 물체나 인체를 투과하여 물체의 영상 정보를 가지고 영상 검출기의 표면으로 입사하게 된다.
엑스-선이 입사되면, 입사된 엑스-선이 엑스선 흡수층(220)에서 엑스선 변환 물질인 섬광체, a-Se, CZT(CdZnTe), CdTe, PbI2, HgI2,PbO BiI3 등의 광전도체를 거치면서 전자
Figure 112010063450003-pat00009
와 정공
Figure 112010063450003-pat00010
으로 변환된다.
이때, 상부전극(210)에 (-) 전극을 접지로 변환하면 정공
Figure 112010063450003-pat00011
은 상부전극(210)에 모이게 되고, 전자
Figure 112010063450003-pat00012
는 전하 축적층(230)에 모이게 된다.
그리고 광발생 장치(270)에서 광선 또는 빛 예컨대, 레이저, 빔, 플라즈마 등을 readout 전극(250) 아래쪽에 조사하게 된다. 여기서 광발생 장치(270)는 readout 신호를 충분히 발생시키기 위해 필요한 파장을 갖는 빛을 발생시키는 장치로서, 예컨대, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), LED(Light Emitting Diode), 및 레이저(laser) 등을 포괄하는 개념일 수 있다.
이때, 광발생 장치(270)에서 조사되는 빛이 readout 전극(250)마다 조사되되 주변의 readout 전극(250)에 영향을 미치지 않도록 광발생 장치(270)에서 발생된 빛은 다수의 집속 렌즈들(260)을 통해 readout 전극(250)에 조사하고자 한다. 즉, 다수의 집속 렌즈들(260)은 각 픽셀 단위인 readout 전극(250)마다 대응되도록 설치되어 대응되는 readout 전극(250)에 빛을 집속시키게 된다.
readout 전극(250) 아래쪽에 빛을 쪼이면 readout 층(240)에 EHP(Electron-Hole Pair) 즉, 정공
Figure 112010063450003-pat00013
과 전자
Figure 112010063450003-pat00014
가 새로 생성이 된다. 이 때 새로 생긴 정공
Figure 112010063450003-pat00015
은 전하 축적층(230)의 전자
Figure 112010063450003-pat00016
와 결합하고 결합한 정공
Figure 112010063450003-pat00017
의 수만큼의 전자
Figure 112010063450003-pat00018
를 readout 층(240)의 출력단에서 수집함으로써, 신호 및 영상 정보를 획득하게 된다.
이와 같이 광 스위칭 방식은 상부전극을 (-) 전극에서 접지로 바꾸고 readout 전극(250)에 빛을 쬐임으로서 신호 또는 영상 정보를 읽어오는 방식이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 구조를 나타내는 제2 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기는 상부전극(top electrode)(310), 엑스선 흡수층(X-ray absorption layer)(320), 전하 축적층(charge trapping layer)(330), readout 층(readout layer)(340), readout 전극(readout electrode)(350), 그리드(grdi)(360), 및 광스위칭 모듈(optical switching module) 또는 광발생 장치(370) 등을 포함하여 구성된다.
이렇게 구성된 본 발명에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기는 도 2에서 설명된 내용과 동일하여 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 집속 렌즈 대신에 그리드(370)를 사용하고 있어 그리드(370)에 대한 설명을 하면 다음과 같다.
그리드(370)는 readout 전극(350)과 광발생 장치(370) 사이에 위치하는데, 격자 형태로 형성되거나 가로 또는 세로 줄무늬 형태로 형성되어 빛을 집속하게 된다. 여기서 그리드의 형태는 모양에 제한되지 않고 다양한 형태로도 나타낼 수 있다. 따라서 그리드에는 큰 구멍이 있기 때문에 빛을 쉽게 통과 및 집속시킬 수 있다.
또한, 이러한 그리드(370)는 광발생 장치(370)의 특성에 따라 readout 전극(350)과 광발생 장치(370) 사이의 위치가 설정될 수 있는데, 전체가 하나로 연결되도록 형성된다.
이와 같이, 본 발명은 광스위칭 모듈과 픽셀 사이에 별도의 광집속 수단 예컨대, 집속 렌즈, 및 그리드 등을 구비하여 광스위칭 모듈에서 나오는 빛을 광집속 수단을 이용하여 각 픽셀마다 집중시킴으로써, 인접한 다른 픽셀들 간의 간섭을 최소화할 수 있고, 영상의 위치분해능을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한, 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
210, 310: 상부전극
220, 320: 엑스선 흡수층
230, 330: 전하 축적층
240, 340: readout 층
250, 350: readout 전극
260: 집속 렌즈
360: 그리드
270, 370: 광발생 장치

Claims (6)

  1. 엑스-선 조사시 입사하는 엑스-선을 흡수하여 전자와 정공을 발생시키는 엑스선 흡수층; 상기 엑스선 PCL에서 발생된 상기 전자를 모으는 전하 축적층; 영상 신호를 수집하기 위해 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키는 광발생 장치; 발생된 상기 광을 집속시키는 광집속 수단; 상기 광을 투과시키는 readout 전극; 및 투과된 상기 광을 쪼이면 전자와 정공을 발생시키고 발생된 상기 정공과 상기 전하 축적층에 모인 전자를 결합시키는 readout 층을 포함하고,
    상기 광집속 수단은, 광의 굴절률에 따라 상기 readout 전극과 상기 광발생 장치 사이에 위치가 설정되고, 상기 readout 층에서 발생된 정공과 상기 전하 축적층에 모인 전자를 결합한 후 상기 readout 층에 남은 전자를 수집하여 영상 정보를 획득하기 위한 것을 특징으로 하는 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광집속 수단은, 상기 readout 전극마다 대응되도록 위치하여 상기 광을 상기 readout 전극마다 집속시키는 것을 특징으로 하는 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광집속 수단은, 상기 광발생 장치의 특성에 따라서도 상기 readout 전극과 상기 광발생 장치 사이에 위치가 설정되는 것을 특징으로 하는 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광집속 수단은, 집속 렌즈 또는 그리드인 것을 특징으로 하는 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광발생 장치는, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), LED(Light Emitting Diode), 및 레이저 발생 장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기.
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