KR100625798B1 - 화상 판독장치 및 엑스선 촬영장치 - Google Patents

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Abstract

화상 판독장치는 장치의 적어도 일부에 전력을 공급하는 DC/DC 전원, 2차원적으로 배치된 광전 변환 소자를 갖는 광검출기 어레이 및, 광검출기 어레이의 각 행을 단위로 하여 광전 변환소자로부터의 신호를 판독하는 라인 선택기와 판독회로를 포함한다. 라인 선택기의 라인 구동신호는 DC/DC 전원의 발진 주파수를 규정하기 위한 기준 클럭과 동기되도록 설정되며, 기준 클럭의 정수배의 기간을 가진다. 광검출기 어레이로부터 판독된 신호가 샘플/홀드되는 타이밍을 결정하기 위한 샘플/홀드 신호는 라인 구동 신호의 각 기간 중 소정 위상 타이밍으로 출력된다.
플랫 패널 센서, X선 촬영, 소형화, 저 노이즈, 스위칭 전원

Description

화상 판독장치 및 엑스선 촬영장치{IMAGE READING APPARATUS AND X-RAY IMAGING APPARATUS}
도 1은 제1실시예에 따른 X선 촬영 시스템의 개요를 도시한 개략도이고,
도 2는 제1실시예에 따른 광 검출기 어레이의 구성 예를 도시한 개략도이고,
도 3은 도 2에 도시된 광 검출기 어레이에서 광검출 소자를 설명하는 개략도이고,
도 4는 제1실시예에 따른 X선 촬영 시스템의 타이밍도이고,
도 5는 제1실시예에서 획득된 화상에 대한 처리 흐름을 도시한 블록도이고,
도 6은 제1실시예에 따른 X선 촬영 시스템의 주요 회로 구성을 도시한 도면이고,
도 7은 제1실시예에서 DC/DC 전원의 동작을 설명하는 블록도이고,
도 8은 제1실시예에 따른 X선 촬영 시스템에 사용되는 DC/DC 전원의 블록도이고,
도 9는 라인 노이즈 발생 화상의 예를 도시한 도면이고,
도 10은 제1실시예에 따른 X선 촬영 시스템의 동기를 설명하는 타이밍도이고,
도 11은 제1실시예에 따른 X선 촬영 시스템의 동기를 설명하는 타이밍도이고,
도 12는 제2실시예에 따른 X선 촬영 시스템의 주요 회로 구성을 도시한 도면이고,
도 13은 경사 노이즈 발생 화상의 예를 도시한 도면이고,
도 14는 제2실시예에 따른 X선 촬영 시스템에 의한 라인 판독 동작을 설명하는 타이밍도이고,
도 15는 상기 도 14의 라인 판독 동작의 일부 확대 도면을 도시한 보다 상세한 타이밍도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
58 : 광검출기 어레이 62 : 구동기
92 : 라인 선택기 100 : 판독 회로
901 : 타이밍 신호 발생부 902 : DC/DC 전원
본 발명은 방사선을 이용하여 검사할 대상을 촬영하는 촬영장치에 대한 구동 제어에 관한 것이다.
최근, X선 디지털 촬영장치로서 소위 플랫 패널 센서가 널리 보급되고 있다. 이러한 센서는 종래의 필름을 사용한 촬영 시스템을 대체할 가능성을 가지고 있으며, X선 화상을 직접 디지털화시켜 얻어진 데이터를 출력하도록 설계되어 있으므로, 넓은 범위의 응용 분야에서 발전할 것으로 기대되고 있다. 이러한 플랫 패널 센서는 비정질 실리콘을 많이 사용하고, 촬영 면적 및 해상도의 증가가 요청되고 있다. 이와 동시에, 높은 감도와 높은 SN비를 달성하도록 요청되고 있다.
한편, 촬영 유닛은 소형화될 것이 최근 요청되고 있으며, 카셋트형 촬영 유닛 등도 제안되고 있다(일본특허공개 제2003-248060호). 촬영 유닛은 상기 플랫 패널 센서, 그 구동 회로, 신호 검출 회로, 디지털 회로, 전원 회로 등을 포함하고 있다. 이러한 구성 중 특히, 전원 회로는 촬영 유닛의 소형화에 장애가 되고 있다. 통상, 전원 회로는 상용 AC 전원으로부터 전력을 얻고 있기 때문에, AC를 DC로 변환하기 위한 트랜스(transformer)를 포함한다. 그 결과, 회로 전체가 대형화한다. 이러한 전원 회로를 촬영 유닛에 탑재하는 것은 소형화를 실현하는 것을 불가능하게 한다. 이러한 이유로, AC를 DC로 변환하는 전원 회로부를 촬영 유닛으로부터 분리하고, 이 전원 회로부를 별도의 전원 유닛으로 하여 소정의 DC 전압을 발생시키며, 몇 미터의 전원 케이블을 거쳐서 촬영 유닛에 전압을 공급하는 방법이 제안되어 있다.
촬영 유닛은 앞서 설명한 바와 같은 몇 개의 회로에 상이한 DC 전압을 인가할 필요가 있다. 이러한 전압을 상기 별도의 전원 유닛 내에서 발생시켜서 촬영 유닛에 인가하는 것은, 전원 케이블의 길이가 몇 미터 이상이 될 경우, 케이블의 드롭 전압, 노이즈의 중첩 등 실제 사용에 있어 많은 문제를 제기한다. 이러한 이유로, 아래와 같은 방법이 사용되고 있다. 즉, 전원 유닛으로부터 비교적 높은 DC 전압을 일정한 전압으로 하여 전원이 공급되고, 촬영 유닛 내에 DC/DC 전원과 같은 스위칭 전원(이하, SW 전원이라 함)이 구비되어 각종 전압을 생성하고, 이것을 각 회로에 공급한다. DC/DC 전원은 최근의 기술 진보에 의해 급격히 소형화가 진행되고 있지만, SW 전원이기 때문에 전도성, 방사성 노이즈를 발생한다. 이러한 노이즈는 주변 회로, 보다 구체적으로 센서 패널, 증폭기 IC 및 A/D 변환 회로에 중첩되어 화상에 영향을 준다. 방사성 노이즈인 누설 자계 노이즈는 주변 회로, 보다 구체적으로 플랫 패널 센서 및 증폭기 IC를 포함하는 검출 시스템에 자기적으로 결합하여 유도 노이즈 전압을 발생하므로, 화상 품질에 심각한 영향을 미친다.
또한, 촬영 유닛을 소형화하기 위해서는, DC/DC 전원 자체의 크기를 감소시킬 뿐만 아니라, 플랫 패널 센서와 다른 주변회로를 DC/DC 전원에 보다 근접해서 배치하는 것이 필요하다. 최근, 촬영 유닛의 소형화에 따라, 촬영 유닛에 내장되는 전원 및 센서와 그 주변회로 간의 공간적 거리는 점점 더 감소하고 있다. 그 결과, 센서는 자기 결합, 보다 구체적으로 DC/DC 전원으로부터의 누설 자계 노이즈의 영향을 더 받기 쉬워지고 있다. 이러한 이유로, 센서로부터의 판독 신호에 노이즈가 중첩하여 화상 위에 라인 노이즈(line noise)를 발생시킨다. 그러므로, DC/DC 전원의 노이즈에 대한 대책을 구비하는 것은 불가결한 것이다.
일반적으로, SW 전원으로부터의 누설 자계 노이즈와 같은 전자파 노이즈를 억제하기 위한 대책으로서, 이하의 대책들 즉, 케이블 배치와 관련된 대책, 트랜스와 같은 부품 레벨에서의 대책, 전원 전체를 차폐해서 자계누설을 막는 대책 등이 실시되고 있다. 그러나, 케이블 배치와 관련된 대책만으로는 노이즈 억제 효과가 작다. 또한, 자계 차폐에 의해 누설 자계를 제한하는 것은 어렵다. 또한 이 방법은 소형화 및 경량화를 달성하기가 어렵다. 부품 레벨에서의 대책으로서, 예를 들어, 스위칭 파형을 곡선으로 하는 것은 노이즈를 감소시킬 수 있다. 그러나, 이 방법은 변환 효율을 감소시킨다. 또한, 효율의 손실은 발열을 일으킬 것이다. 사이즈, 형상, 중량, 비용, 열 등의 문제를 고려해 볼 때, 전체 장치를 소형화하면서 누설 자계의 영향을 막는 것은 어렵다.
또한, 취급하는 신호 레벨이 마이크로 레벨의 전압이기 때문에, 매우 높은 노이즈 대책이 전원에 요구된다고 하는 사실로부터 상기 문제도 유래한다. 예를 들어, 일반적인 DC/DC 전원 중에서 고품질 전원조차 몇십 밀리 Ⅴ 정도의 리플과 스파이크 노이즈(전도성 노이즈)를 일으킨다. 이러한 정도의 노이즈라도 검출 회로에 전원을 공급하는 루트를 통해 화상 신호에 중첩되어 화상에 영향을 미친다.
메인 발진 주파수(main oscillation frequency)에서 누설되는 리플 노이즈에 대해서는, 발생원에서 취해지는 대책, 출력 필터 회로를 추가하는 등의 대책이 이용될 수 있다. 이러한 대책에 의해 어느 정도의 효과가 얻어질 수 있다. 또한, 메인 발진 주파수와 같은 낮은 주파수 대역에서는, 신호 증폭기 전원으로부터 신호로 누설되는 노이즈의 비율이 낮은 것이 노이즈를 감소시키는 것에 유효하게 작용한다. 그러나, DC/DC 전원의 발진신호의 스위칭 포인트(ON/OFF 스위칭 포인트)에 서는 고주파 노이즈가 발생한다. 상기 대책을 사용하여 이러한 고주파 노이즈에 대한 효과적인 결과를 얻는 것은 어렵다.
고주파 노이즈에 대해서는, 페라이트 코어(ferrite core)와 같은 대책 부품이 장치에 장착될 수도 있다. 그러나, 크기, 무게 및 비용에 있어서의 감소를 고려해 볼 때, 그러한 추가적인 대책 부품을 장착하는 것은 바람직하지 않다. 또한, 노이즈를 감소시키는 대책은 때때로 변환 효율의 감소로 귀결되어 효과적인 대책을 실행하는 것을 어렵게 한다.
본 발명은 상기한 문제를 고려하여 이루어진 것으로서, 촬영 유닛 내에 DC/DC 전원과 같은 스위칭 전원이 실장되더라도, 노이즈의 영향을 감소시킴으로써 안정된 화상을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 국면에 따르면, 전력을 공급하는 스위칭 전원; 2차원적으로 배치된 검출기를 갖는 검출기 어레이; 상기 검출기 어레이에서의 각 행을 단위로 하여 검출기로부터 신호를 판독하고, 신호를 유지부에 유지하는 판독부; 및, 상기 스위칭 전원에 대한 기준 클럭에 동기하여 기준 클럭의 정수배의 주기로 상기 판독부의 판독 대상 행을 스위칭하고, 신호에 대한 유지부의 유지 타이밍을 기준 클럭의 소정 위상과 맞추는 제어부를 포함하는 화상 신호 판독장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 국면에 따르면, 장치의 적어도 일부에 전력을 공급하 는 스위칭 전원; 2차원적으로 배치된 검출기를 갖는 검출기 어레이; 상기 검출기 어레이에서의 각 행을 단위로 하여 검출기로부터 신호를 판독하는 판독부; 상기 판독부에서 판독한 1라인에 해당하는 신호를 화소 단위의 디지털 데이터로 순차적으로 변환하는 변환부; 및, 상기 스위칭 전원에 대한 발진 신호의 변화점 근처의 포인트에서 상기 변환부에 의한 변환 처리를 정지시키는 제어부를 포함하는 화상 신호 판독장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, X선 발생기 및 상기 화상 판독장치를 포함하는 X선 촬영장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징 및 잇점은 첨부한 도면과 관련하여 이루어지는 아래의 설명으로부터 명백해질 것이며, 도면 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일 또는 유사한 부품을 나타낸다.
이하, 첨부 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
<제1실시예>
[1] X선 촬영 시스템의 구성
도 1은 본 실시예에 따른 X선 촬영 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 참조 번호 10은 X선실, 12는 X선 제어실, 14는 진단실을 표시한다.
X선실(10)에는 X선을 발생하는 X선 발생기(40)와, 촬영 유닛부로서 작용하는 X선 검출기(52)가 구비된다. X선 발생기(40)는 X선을 발생하는 X선 관(42), X선 관(42)를 구동하는 고압 전원(44) 및, X선 관(42)에 의해 발생된 X선 빔을 원하는 촬영 영역에 포커싱하는 X선 조리개(46)를 가진다.
X선 검출기(52)는 X선 발생기(40)에 의해 발생하여 검사 대상 물체(50)를 투과한 X선 빔을 검출한다. 상기 X선 검출기(52)는 그리드(54), 신틸레이터(scintillator)(56), 광검출기 어레이(58), X선 노광량 모니터(60), 구동기(62) 및, DC/DC 전원(902)을 가진다. 그리드(54)는 X선 저흡수 부재와 X선 고흡수 부재로 형성되며(예를 들어, Al과 Pb로 형성된 스트라이프 구조를 가짐), 검사 대상 물체(50)를 투과하고 나서 생기는 산란 X선의 영향을 감소시킨다. 광검출기 어레이(58)와 그리드(54) 간의 격자비의 관계를 고려하여, 잔물결 무늬가 생기지 않도록 그리드(54)를 이동시키면서 X선 조사가 실시될 수 있음을 주목해야 한다.
형광체의 모체 물질이 높은 에너지의 X선에 의해 여기(흡수)될 때, 신틸레이터(56)는 X선을 가시 광선으로 변환하며, 그 재결합 에너지는 가시 영역에서 형광을 발생시킨다. 신틸레이터(56)는 CaWo4나 CdWo4 와 같은 모체(matrix) 또는, CsI:Tl나 ZnS:Ag와 같은 모체에 부가된 형광 중심 물질 중 어느 하나를 사용하여 형광을 발생시킨다. 광검출기 어레이(58)는 2차원 형태로 배치된 광검출기를 가지며, 신틸레이터(56)로부터 출력되는 가시 광선을 전기 신호로 변환한다. 신틸레이터(56)와 광검출기 어레이(58)는 소위 플랫 패널 센서를 구성한다. X선 노광량 모니터(60)는 X선 투과량을 감시하도록 배치된다. X선 노광량 모니터(60)는 결정 실리콘으로 이루어진 수광 소자를 이용하여 직접 X선을 검출하거나, 신틸레이터(56)에 의해 발생된 형광을 검출할 수도 있다. 본 실시예에서, X선 노광량 모니터(60)는 광검출기 어레이(58)의 기판 하부 표면에 막으로 형성된 비정질 실리콘 수광 소 자로 구성된다.
구동기(62)는 촬영 제어장치(24)의 제어 하에서 광검출기 어레이(58)를 구동하여 각 광검출기로부터 신호를 판독한다. 광검출기 어레이(58)와 구동기(62)의 동작은 나중에 상세하게 설명할 것이다. DC/DC 전원(902)은 AC/DC 전원(903)으로부터의 DC 전압을 1개 또는 복수 종류의 전압으로 변환하고, X선 검출기(52) 내의 각회로에 소정의 전압을 인가한다. AC/DC 전원(903)은 상용 AC 전원 라인으로부터의 전압을 소정의 DC 전압으로 변환하는 전원이다.
X선 제어실(12)에는 시스템 제어기(20)가 배치된다. 중앙 처리 유닛(22)은 이 시스템에서 각종 제어 동작을 실행하며, 예를 들어, 모니터(30) 상에서의 표시 제어, 조작 패널(32)을 통한 조작 입력의 해석, 촬영 제어장치(24), 화상 처리기(26) 및 외부 기억 장치(28)를 관리한다.
촬영 제어장치(24)는 X선 노광량 모니터(60)로부터의 정보에 의거하여 고압 전원(44)을 제어하며, 촬영 영역에 대응하는 X선 빔을 형성하기 위하여 X선 조리개(16)를 제어한다. 또한, 촬영 제어장치(24)는 X선 검출기(52)의 구동기(62)에 구동지시를 준다. 화상 처리기(26)는 구동기(62)로부터 얻어지는 X선 화상 데이터에 대하여, 화상 데이터 보정, 공간 필터링, 반복 처리, 계조 처리, 산란선 보정 및 다이내믹 레인지(DR) 압축 처리와 같은 화상 처리를 수행한다.
외부 기억 장치(28)는 화상 처리기(26)에 의해 처리된 기본 화상 데이터를 기억하는 대용량의 고속 기억 장치이다. 외부 기억 장치(28)는 소정의 규격(예를 들어, Image Save & Carry(IS&C))을 만족시키도록 재구성된 화상 정보를 기억한다. 중앙 처리 유닛(22)은 LAN을 통해 외부 장치, 예를 들어, 진단실(14) 내의 단말(70), 이미지 프린터(74) 및 파일 서버(76)와 접속되어, 소정의 프로토콜(예를 들어, Digital Imaging and Communications in Medicine(DICOM))에 따라 화상 데이터를 전송한다.
단말(70)은 LAN을 통해 전송되는 화상(동화상/정지화상)에 대하여 진단 지원을 목적으로 한 화상 처리 등을 시행하거나, 상기 화상을 디스플레이에 표시한다. 이미지 프린터(74)는 LAN을 통해 전송된 화상(정지화상)을 예를 들어, 필름 위에 프린트한다. 파일 서버(76)는 LAN을 통해 전송된 화상(동화상/정지화상)을 저장하여 X선 화상 검색 기능을 제공한다. 물론, 병원 간의 촬영 화상을 교환하기 위하여 WAN 접속이 구비될 수도 있다. 또한, LAN에는 복수의 X선 촬영 시스템이 접속될 수 있음은 말할 필요도 없다.
[2] 광검출기 어레이(58)의 구성
다음으로, 광검출기 어레이(58)의 구성 및 동작에 대해서 상세하게 설명한다. 도 2는 광전 변환 소자가 2차원적으로 배치된 구성을 갖는 광검출기 어레이(58)의 등가 회로이다.
1개의 광검출 소자는 1개의 화소에 대해 구비되어 있다. 각 광검출 소자는 광검출부(광전 변환 소자 PD(m, n))와 전하의 축적 및 읽기를 제어하는 스위칭용 박막 트랜지스터(TFT 스위치 SW(m, n))로 이루어진다. 이러한 광검출 소자는 일반적으로 비정질 실리콘(a-Si)을 이용하여 유리 기판 위에 형성된다. 본 실시예(도2)에서, 광 검출기 어레이(58)는 4096 ×4096개의 광검출부를 2차원 패턴으로 배치하여 형성되며, 어레이 면적은 430mm ×430mm로 설정된다. 그러므로, 1화소의 사이즈는 약 105㎛ ×105㎛이다.
광전 변환 소자 PD(m, n)의 게이트 전극(G전극)은 TFT 스위치 SW(m, n)를 거쳐서 대응하는 열에 공통인 열 신호선 Lcn에 접속된다. 예를 들어, 제1열의 광전 변환 소자 PD(1, 1) ∼ PD(4096, 1)는 제1열의 열 신호선 Lc1에 접속된다. 각 광전 변환 소자 PD(m, n)의 D 전극은 바이어스 배선 Lb을 거쳐서 바이어스 전원(85)에 접속된다. TFT 스위치 SW(m, n)의 제어 단자는 공통의 행 선택선 Lrm에 접속된다. 예를 들어, 제1행의 TFT 스위치 SW(1, 1) ∼ SW(1, 4096)의 제어 단자는 제1행의 행 선택선 Lr1 에 접속된다.
행 선택선 Lr1 ∼ Lr4096은 라인 선택기(92)에 접속된다. 라인 선택기(92)는 구동기(62)로부터의 제어신호에 의거하여 신호 전하가 판독되어야 할 구체적인 라인의 광전 변환 소자를 결정하는 어드레스 디코더(94)와, 어드레스 디코더(94)의 출력에 따라 각 TFT 스위치 SW의 제어 단자로 공급 전압(Vgl 또는 Vgh)을 스위칭하는 4096개의 스위치 소자(961 ∼ 964096)를 구비한다. 가장 간단한 구성으로서, 라인 선택기(92)는 액정 디스플레이 등에 사용되고 있는 시프트 레지스터(shift register)로 간단히 구성될 수도 있다.
이러한 구성에 의해, 임의의 x번째 행 선택선 Lrx에 접속된 스위치 소자 96x 만 Vgh 측으로 스위칭될 때, 제x행의 TFT 스위치 SW(x, 1) ∼ SW(x, 4096)는 온(ON)으로 된다. 그 결과, 축적 전하 신호는 해당하는 행의 광전 변환 소자 PD(x, 1) ∼ PD(x, 4096)로부터 열 신호선 Lc1 ∼ Lc4096 으로 추출된다.
열 신호선 Lc1 ∼ Lc4096은 신호 판독 회로(100)에 접속된다. 신호 판독 회로(100)에서, 리셋용 스위치(1021 ∼1024096)는 각각 열 신호선 Lc1 ∼ Lc4096과, 리셋용 기준 전위(Vbt)를 인가하는 전원(101) 사이의 접속을 온(ON)/오프(OFF) 한다. 전치 증폭기(1061 ∼ 1064096)는 각각의 열 신호선 Lc1 ∼ Lc4096으로부터의 신호 전위를 증폭한다. 샘플홀드(S/H) 회로(1081 ∼ 1084096)는 전치 증폭기(1061 ∼ 1064096)로부터의 출력을 샘플홀드 한다. 도면 번호 110은 샘플홀드(S/H) 회로(1081 ∼ 1084096)로부터의 출력을 시간축 상에서 다중화시키는 아날로그 멀티플렉서를 나타내며, 112는 멀티플렉서(110)로부터 순차적으로 공급되는 아날로그 출력을 디지털화하는 A/D 변환기를 나타낸다. A/D 변환기(112)의 출력은 화상 처리기(26)에 공급된다.
이때, 신호 전하의 축적 시간은 A/D 변환 시간과 밀접하게 관련되어 있다. 고속으로 A/D 변환을 행하면 아날로그 회로의 대역을 넓히며, 원하는 S/N비의 달성을 어렵게 만든다. 그러므로, 아날로그 신호 대역과 A/D 변환 비율을 불필요하게 크게 하지 않고, 화상 신호 판독 시간을 단축시킬 것이 요구된다. 이것을 실현하기 위한 한 방법으로서, 아래의 방법이 이용될 수도 있다. 4096 ×4096 개의 화소로 이루어진 광검출기 어레이는 상하로 2개의 영역 또는 좌우 상하로 4개의 영역으 로 분할되고, 각 분할된 영역마다 멀티플렉서(110) 및 A/D 변환기(112)의 쌍이 구비된다. 그 다음, 이러한 쌍은 동시에 구동된다. 그러나, A/D 변환기와 멀티플렉서의 수가 증가할수록, 그만큼 비용이 증가한다. 그러므로, 많은 A/D 변환기를 임의로 사용하는 대신에, 비용과의 균형을 고려하여 A/D 변환기의 적절한 갯수(분할수)를 사용하는 것이 바람직하다.
도 3은 도 2에 도시된 1개의 광검출 소자의 등가 회로의 예를 도시하고 있다. 광검출부 PD는 광 다이오드(80a)와 콘덴서(80b)의 병렬회로 및, 콘덴서(80b)와 직렬로 접속된 콘덴서(80c)로 이루어진다. 광전 변환에 의해 발생되는 전하는 정전류원(81)으로 표현되어 있다. 콘덴서(80b)는 광 다이오드(80a)의 기생 용량이거나, 광 다이오드(80a)의 다이내믹 레인지를 개선시키는 추가적인 콘덴서일 수도 있다. 광검출부 PD의 공통 바이어스 전극(이하, D 전극이라 함)은 바이어스 배선 Lb를 거쳐 바이어스 전원(85)에 접속된다. 광검출부 PD의 TFT 스위치 SW측의 전극(이하, G 전극이라 함)은 TFT 스위치 SW를 통해 콘덴서(86) 및 전하 판독용 전치 증폭기(106)에 접속된다. 전치 증폭기(106)의 입력은 리셋용 스위치(102) 및 신호선 바이어스 전원(101)을 거쳐 접지에 접속된다.
[3] 광검출기 어레이(58)의 동작
다음으로, 광검출기 어레이(58)를 포함하는 본 실시예의 X선 검출기(52)의 동작에 대해 설명한다. 우선, 본 실시예의 광 검출기 어레이(58)의 구동 형태에 대해 설명한다. 광검출기 어레이(58)의 구동 형태는 각 광전 변환 소자의 D전극과 G전극에 전압을 인가하는 방식에 따라 분류되는 리프레쉬 모드(refresh mode) 및 광전 변환 모드(photoelectric conversion mode)를 포함한다. 광전 변환 모드는 아이들 읽기(idle reading), 실제 읽기(real reading), 보정 읽기(correction reading)가 실행된다.
<광전 변환 모드>
광전 변환 모드에서는 3종류의 읽기 동작 즉, 아이들 읽기, 실제 읽기, 보정 읽기가 실행된다. 이러한 "읽기" 동작에 앞서, 구동기(62)는 전원(85)의 전압을 바이어스 값 Vs(>Vbt)으로 설정하고, 전체 스위치 소자(1021 ∼1024096)를 오프(전체 열 신호선 Lc1 ∼ Lc4096을 전원(101)으로부터 개방)하고, 전체 스위치 소자(961 ∼ 964096)를 Vgl측(전체 TFT 스위치 SW(1, 1) ∼ SW(4096, 4096)를 오프)으로 한다. 이하, 이 상태는 광전 변환 모드의 기본 상태라고 한다.
[아이들 읽기]
아이들 읽기는 광전 변환 소자 PD의 D 전극과 G 전극에 Vs와 Vbt를 각각 인가함으로써 콘덴서(86, 89)에 축적된 홀(hole) 즉, 콘덴서(80b, 80c) 등에 축적된 홀을 방출시키기 위한 구동 동작이다.
본 실시예의 아이들 읽기에서는, 광전 변환 모드의 기본상태(이 상태에서 전체 광전 변환 소자 PD의 D 전극에는 Vs가 인가되고 있음)로부터 시작하여 아래의 단계가 실행된다:
(1) 전체 스위치 소자(1021 ∼ 1024096)를 온하여 전체 열 신호선 Lc1 ∼ Lc4096에 리셋용 기준 전위 Vbt를 공급하고,
(2) 스위치 소자(96x)만을 Vgh측으로 설정하여 해당 행에 대응하는 광전 변환 소자 PD(x, 1) ∼ PD(x, 4096)의 G 전극에 Vbt를 인가하고,
(3) 상기 설명된 (2)단계를 x = 1∼4096까지 순차적으로 실행한다.
상기 아이들 읽기 동작에서는, 전체 행 선택선 Lr이 동시에 Vgh로 설정될 수 있다. 그러나, 이 경우에는 판독 준비 완료시에 신호 배선 전위가 리셋 전압 Vbt로부터 크게 벗어나므로, 높은 S/N 비(S/N ratio)를 갖는 신호를 얻는 것이 어렵다. 또한, 상기 절차에서는 행 선택선 Lr1 ∼ Lr4096이 순차적으로 선택되어 명명된 순서대로 리셋된다. 그러나, 이러한 행 선택선은 촬영 제어장치(24)의 설정에 의거한 구동기(62)의 제어 하에 임의의 순서로 리셋될 수 있다.
[실제 읽기 및 보정 읽기]
실제 읽기는 X선 조사 후에 광전 변환 소자 PD로부터 신호 전하를 판독하기 위한 구동 동작이다. 보정 읽기는 실제 읽기 후에 보정용 암화상을 획득하기 위한 구동 동작이다. 실제 읽기 및 보정 읽기에서, 광검출기 어레이(58)는 동일한 방식으로 동작한다. 즉, Vs는 전극 D에 인가되고, 리셋 스위치(102)가 오프인 상태에서 TFT 스위치 SW가 온 됨으로써, 수광량에 대응하는 전위가 광전 변환 소자 PD로부터 열 신호선 Lc 위에 공급된다.
다음은 본 실시예에 따른 실제 읽기 및 보정 읽기의 개략적인 절차이다. 상기 광전 변환 모드의 기본 상태로부터 시작하여 아래의 단계가 실행된다:
(1) 스위치 소자(1021 ∼ 1024096)를 온/오프 함으로써 콘덴서(86, 89)에 축적 된 전하를 방출(증폭기 입력부를 리셋)하고,
(2) 스위치 소자(96x)만을 Vgh측으로 설정함으로써 행 선택선 Lrx 상의 광전 변환 소자 PD(x, 1) ∼ PD(x, 4096)로부터의 축적 전하 신호를 열 신호선 Lc1 ∼ Lc4096 상으로 추출하고,
(3) 전치 증폭기(1061 ∼ 1064096)를 이용하여 축적 전하 신호를 증폭하고, 샘플홀드(S/H) 회로(1081 ∼ 1084096)에 그 신호를 유지하며,
(4) 샘플홀드(S/H) 회로(1081 ∼ 1084096)에서 유지된 신호를 직렬 신호로 다중화시키고, A/D 변환기(112)에서 그 신호를 디지털 데이터로 변환하며,
(5) 상기 동작을 x = 1∼4096에 대해 순차적으로 반복하여 전체 화소 데이터를 획득한다.
상기 설명된 (4) 단계의 실행 도중, 다음의 행 선택선 Lrx+1에 대해서 (1) 및 (2) 단계가 실행되고, (4) 단계의 완료 후에 당해 선택행 (x+1)에 대해 (3) 단계가 실행된다.
<리프레쉬 모드>
리프레쉬 모드는 광전 변환 소자 PD 내의 홀 포화 상태를 해소하도록 작용하며, 특히, 상기 아이들 읽기에 의해 제거될 수 없는 콘덴서(80b, 80c) 등에 축적된 홀을 방출시키도록 수행된다. 리프레쉬 모드에서는 바이어스 전원(85)이 Vr로 설정되고, 리셋 스위치(102) 및 TFT 스위치 SW는 온 되어 D 전극 전위 < G 전극 전위 (Vr <Vbt)로 설정함으로써, 콘덴서(80b, 80c) 등에 축적된 홀을 방출시킨다.
리프레쉬 모드에서, 구동기(62)는 도 2에 도시된 광검출기 어레이(58)를 아래의 절차대로 동작시킨다:
(1) 바이어스 전원(85)을 바이어스 전압 Vr로 설정함으로써, 모든 광전 변환 소자 PD의 D 전극에 Vr을 인가하고,
(2) 스위치 소자(1021 ∼ 1024096)를 온 함으로써, 전체 열 신호선 Lc1 ∼ Lc4096에 리셋용 기준 전위 Vbt를 인가하고,
(3) 전체 스위치 소자(961 ∼ 964096)를 Vgh측으로 스위칭함으로써 전체 광전 변환 소자 PD의 G 전극에 리셋용 기준 전위 Vbt를 인가한다.
<촬영 시스템에서의 광검출기 어레이의 구동제어>
다음으로, 도 4의 타이밍 챠트를 참조하여 상기 설명된 각 구동 형태의 실행 타이밍을 상세하게 설명한다. 도 4를 참조하면, 도면 번호 400은 조작 패널(32)에 대한 사용자 조작에 의해 발생되는 촬영 요구 신호, 401은 X선 발생기 레디(ready)신호, 402는 실제의 X선 방출 상태, 403은 조작자(21)로부터의 지시에 의거한 촬영 제어장치(24)로부터 구동기(62)로 공급되는 촬영 요구 신호, 404는 X선 검출기(52)로부터의 X선 검출기 레디 신호, 405는 X선 검출기(52)의 구동 상태(특히, 광검출기 어레이(58)로부터의 전하 판독 동작)를 각각 나타내고 있다. 도면 번호 406은 화상 데이터의 전송 상태, 화상 처리 및 표시 상태를 개념적으로 나타내고 있다.
조작 패널(32)로부터 촬영 준비 요구가 발생되면(400: 1stSW), 촬영 제어장치(24)는 X선 발생기(40)와 X선 검출기(52)를 촬영 준비 상태로 이행시키는 지시(촬영 준비 요구 지시)를 보낸다. 촬영 준비 요구 지시를 수신하고 나서, 구동기(62)는 1회의 리프레쉬 모드 동작(R)과 n회의 아이들 읽기 동작(F1 ∼ Fn)를 1 세트로 하여 반복하는 아이들링 구동 동작을 수행하기 시작한다(405). 리프레쉬 모드 동작이 불필요한 센서가 사용된다면, 리프레쉬 모드 동작은 불필요함을 주지해야 한다. 또한, 촬영 준비 요구 지시를 받고 나서, X선 발생기(40)는 관(tube)의 로터를 워밍업(warm up)하기 시작하고, 촬영 준비가 완료하면, X선 발생기 레디신호(401)를 촬영 제어장치(24)에 출력한다.
조작자(21)는 상기 촬영 준비 요구 지시를 의식적으로 발생할 필요는 없다. 보다 구체적으로, 조작 패널(32)에 대하여 환자 정보, 촬영 정보 등이 입력되면, 촬영 제어장치(24)는 그것을 촬영 준비 요구 지시로 해석하여, X선 발생기(40)와 X선 검출기(52)를 검출기 준비 상태로 이행시킨다.
조작 패널(32)의 조작에 의해 촬영 요구 지시(400 : 2ndSW)가 입력되면, 촬영 제어장치(24)는 X선 발생기(40)를 X선 검출기(52)와 동기화시키면서 촬영 동작을 제어한다. 우선, 촬영 제어장치(24)는 촬영 요구 지시(400 : 2ndSW)에 따라 X선 촬영 요구 신호(403)를 X선 검출기(52)에 대해 요구한다. X선 촬영요구 신호(403)에 응답하여, 구동기(62)는 아이들링 구동 동작으로부터 촬영 구동 동작으로 즉시 스위칭한다(405).
촬영 구동 동작에서는, 촬영장치 구동 상태(405)로 나타낸 바와 같이, X선 화상 획득 구동과 보정용 암화상 획득 구동이 수행된다. X선 화상 획득 구동은 검출 준비 구동(T3), 조사 기간(T4), 실제 읽기(Frx)를 포함한다. 검출 준비 구동에서는, 리프레쉬 동작(R)과 아이들 읽기(Fp : 도4에서는 Fpl, Fp2 및 Fpf)가 소정의 순서대로 실행된다. 이러한 동작이 종료되면, 구동기(62)는 X선 검출기(52)에 대한 촬영 준비가 완료된 것으로 판정하고, 촬영 제어장치(24)에 X선 검출기 레디 신호(404)를 복귀시킨다. 촬영 제어장치(24)는 X선 검출기 레디 신호(404)의 천이(transition)를 검출하여, X선 발생 요구 신호(402)를 X선 발생기(40)에 요구한다.
X선 발생기(40)는 X선 발생 요구 신호(402)를 수신하는 동안에 X선을 발생한다. 소정의 X선량이 발생되면(즉, 소정 시간이 경과하면), 촬영 제어장치(24)는 X선 촬영 요구 신호(403)와 X선 발생 요구 신호(402)를 취소(negate)하여 X선 조사를 종료한다. X선 촬영 요구 신호(403)가 취소되면, X선 검출기(52)로 화상 획득 타이밍이 통지된다. 이 타이밍에 의거하여, 신호 판독 회로(100)의 안정을 위한 소정의 대기 시간이 경과한 후, 구동기(62)는 X선 검출기 레디 신호(404)를 취소하고, 광검출기 어레이(58)로부터 화상 데이터를 판독한다(실제 읽기(Frx)). 판독된 화상 데이터(생화상)는 화상 처리기(26)에 공급된다. 본 처리가 완료되면, 구동기(62)는 신호 판독 회로(100)를 다시 대기 상태(standby state)로 이행시킨다. 검출 준비 구동의 종료와 화상 데이터의 판독 시작 사이의 기간은 X선 조사 기간(T4)으로 규정됨을 유의해야 한다.
이상과 같이 실제 읽기가 완료되면, X선 화상 획득 구동이 종료된다. 상기 실제 읽기 동작에서, 각 센서의 전하 축적 시간은 리셋 동작이 완료된 순간과, 즉, 실제 읽기 직전에 아이들 읽기(Fpf)에서 TFT 스위치 SW가 오프(OFF)한 순간과, 실제 읽기에서 TFT가 온(ON)한 순간 사이의 기간에 해당한다. 따라서, 각 선택 행마다 서로 상이한 전하 축적 시간 및 타이밍이 설정된다. 이러한 이유로, 보정 읽기에 의해 얻어진 보정용 암화상을 이용하여 실제 읽기에서 얻어진 화상이 보정되어 상기 조건에서의 차이 등을 흡수한다.
이 때문에, X선 검출기(52)는 X선 화상 획득 구동 이후에 보정용 암화상 획득 구동을 시작하여 보정용 암화상을 획득하고, 이를 화상 처리기(26)에 전송한다. 비록 보정용 암화상 획득 구동은 검출 준비 구동(T3), X선 조사가 없는 레디 기간(T5) 및, 보정 읽기(Frn)를 포함하지만, X선 검출기(52) 자체의 동작은 X선 화상 획득 구동에서의 검출 준비 구동(T3), X선 조사 기간(T4) 및, 실제 읽기(Frx)와 동일하다. 즉, X선 조사가 실행되지 않는 점을 제외하고 X선 화상 획득 구동의 순서는 보정용 암화상 획득 구동의 순서와 동일하다.
X선 화상 획득 구동은 X선 조사 시간 등에 있어서 약간 변동될 수도 있다. 보정용 암화상 획득 구동에서는, 이러한 변동을 포함하는 동일한 순서가 재현되어 암화상을 획득한다. 이러한 방식으로 얻어진 암화상을 이용하여 X선 화상을 보정함으로써, 고화질의 X선 화상이 얻어질 수 있다. X선 조사 기간 중에 그리드가 이동되는 구성의 경우, 암화상이 획득될 때에는 그리드의 이동이 금지될 수도 있다.
또한, X선 화상 획득 구동에서 아이들 읽기(Fp)의 횟수와 시간 간격(T2)은 촬영 제어장치(24)로부터 촬영 요구가 출력되기 전에 미리 설정된다. 다만, 아이들 읽기(Fp)의 횟수 및 시간 간격(T2)으로서, 조작자(21)로부터의 요구에 의해 조작성이나 화질이 중시되는지에 따라 최적 값이 선택되거나, 촬영 영역 등에 의거하여 자동적으로 최적 값이 선택된다는 점을 유의해야 한다. 조사 요구가 발생되는 순간과 촬영 준비가 완료되는 순간 사이의 기간(T3)은 짧은 것이 실제 사용상 요구되므로, 아이들 읽기(Fp)의 시간 간격(T2)은 최소로 하는 것이 바람직하다. 또한, 조사 요구가 발생되면, 아이들링 구동의 상태에 관계없이 즉시 상기 촬영 시퀀스 구동이 시작된다. 이것은 조사 요구가 발생되는 순간과 촬영 준비가 완료되는 순간 사이의 기간(T3)을 단축시키는 것을 가능하게 함으로써, 조작성을 향상시킨다.
본 실시예에서는, 아이들링 구동 동작 시의 아이들 읽기(Fi)와, X선 화상 획득 구동 도중의 검출 준비 구동 시의 아이들 읽기(Fp)에 대해 상이한 동작 형태가 사용되고 있다. 아이들링 구동 기간에는 광검출기 어레이(58)(특히, TFT 스위치 SW)에 부하를 부과하는 판독 동작을 최소화하기 위해, 아이들 읽기(Fi)의 실행 간격(T1)은 검출 준비 구동 시의 간격(T2)보다 더 길게 설정되고, TFT 스위치 SW의 온(ON) 시간은 실제 읽기 시의 시간보다 더 짧게 설정된다. 본 실시예에서는, 검출 준비 구동에 있어서도, TFT의 온(ON) 시간이 짧은 아이들 읽기가 소정 횟수 실행되고, 실제 읽기 시작 직전에 실제 읽기와 동일한 TFT의 온(ON) 시간을 갖는 아이들 읽기(Fpf)가 실행된다.
[화상 처리기(26)의 동작]
도 5는 화상 처리기(26)에서의 화상 데이터의 흐름을 도시한 도면이다. 도면 번호 501은 데이터 경로를 선택하는 멀티플렉서, 502 및 503은 각각 X선 화상용 및 암화상용 프레임 메모리, 504는 오프셋 보정 회로, 505는 이득 보정 데이터용 프레임 메모리, 506은 이득 보정 회로, 507은 결함 보정 회로를 각각 나타낸다. 도면 번호 508은 그 외의 화상 처리 회로를 대표적으로 나타내고 있다.
도 4의 X선 화상 획득 구동의 실제 읽기(Frx)에 의해 획득된 X선 화상은 멀티플렉서(501)를 통해 X선 화상용 프레임 메모리(502)에 기억된다. 암화상 획득 구동의 보정 읽기(Frn)에 의해 획득된 보정용 암화상은 멀티플렉서(501)를 통해 암화상용 프레임 메모리(503)에 기억된다.
오프셋 보정회로(504)는 예를 들어, X선 화상용 프레임 메모리(502)의 화상으로부터 암화상용 프레임 메모리(503)의 화상을 감산(subtract)함으로써 오프셋 보정을 수행한다. 이득 보정 회로(506)는 예를 들어, 미리 획득되어 이득 보정용 프레임 메모리에 기억되어 있는 이득 보정용 데이터에 의해 상기 오프셋 보정된 화상을 나눗셈 함으로써 이득 보정을 수행한다. 다음으로, 이득 보정된 데이터는 결함 보정 회로(507)에 전송되어, 불감 화소 부분 또는 복수 패널로 구성된 X선 검출기(52)의 결합 부분에서 부적합한 느낌을 제거하기 위해 연속적으로 보간됨으로써, X선 검출기(52)로부터 유래하는 센서 의존의 보정 처리를 완료한다. 또한, 상기 화상은 나머지 화상 처리 회로(508)에서 일반적인 화상 처리 예를 들어, 계조 처리, 주파수 처리, 강조 처리를 거친다. 그 결과로 생기는 화상 데이터는 외부 기억 장치(28)에 저장되거나, 전송된 화상은 모니터(30) 상에서 표시된다.
[5] DC/DC 전원에 기인하는 노이즈에 대한 대책
본 실시예의 X선 촬영 시스템의 동작 보다 구체적으로, 광검출기 어레이(58)로부터의 화상을 판독하는 동작에 대해 위에서 설명하였다. 본 실시예에서는 화질을 더욱 향상시키기 위하여, 상기 실제 읽기 및 보정 읽기의 동작은 X선 검출기 (52)에 내장된 DC/DC 전원(902)의 스위칭 동작을 규정하는 기준 클럭에 동기화되어, 노이즈가 적은 고화질의 촬영 화상(sensed image)을 획득한다. 이하, 이 점에 대해 상세하게 설명한다.
도 6은 광검출기 어레이(58)로부터의 신호를 판독하는 동작에 관한 상세한 구성을 도시한 블록도이다. 광검출기 어레이(58), 구동기(62), 라인 선택기(92), 아날로그 멀티플렉서(110), A/D 변환기(112) 및, DC/DC 전원(902)은 도 1 및 도 2를 참조하여 이미 설명되었다. 스위치 소자(102), 전치 증폭기(106) 및, 샘플홀드(S/H) 회로(108)는 각각 스위치 소자(1021 ∼ 1024096), 전치 증폭기(1061 ∼ 1064096), 샘플홀드(S/H) 회로(1081 ∼ 1084096)를 표현하고 있다.
타이밍 신호 발생부(901)는 신호 CLK, CPV, SH, RC, OE 및 CS를 구동기(62)로부터의 지시에 의거하여 출력한다. 타이밍 신호 발생부(901)는 고주파수의 마스터 클럭을 분주함으로써 각종 타이밍 신호를 발생함을 유의해야 한다. DC/DC 전원(902)은 AC/DC 전원(903)으로부터의 입력 전압을 예를 들어, 출력 전압 VA1, VA2 및 VD로 변환하여 이를 출력한다.
도 7은 DC/DC 전원(902)의 동작을 설명하는 도면이다. 도 7은 펄스폭 제어방식(이하, PWM이라 함)을 기반으로 한 DC/DC 전원을 도시한다. 이러한 제어 방식은 발진 신호의 주파수를 일정하게 유지하면서 펄스폭을 변화시킴으로써 출력 전압을 제어하도록 설계되어 있으며, 각종 제어 방식 중에서도 주류이다. 이하, DC/DC 전원(902)의 동작에 관하여 설명한다.
DC 전압이 스위칭부(701)에 인가되면, 이 전압은 스위칭부(701)에 의해 고주파 AC 전압으로 변환되어, 고주파 트랜스(702)의 1차 측에 인가된다. 고주파 AC 전압은 고주파 트랜스(702)를 통해 트랜스의 2차 측에 접속된 정류부/평활회로(703)에 전달된다. 정류부/평활회로(703)는 정류 다이오드를 이용하여 고주파 AC 전압을 정류하고, 이를 리플 성분이 적은 DC직류 전압으로서 평활 필터를 통해 부하에 인가한다.
출력 전압은 출력을 안정화시키기 위하여 오차 증폭기(704)에 의해 항상 감지되고 있다. 오차 증폭기(704)는 출력 전압을 기준 전압(705)과 비교하고, 그 오차 성분을 검출하여 증폭한다. 증폭된 오차 신호는 다음 단계에서 제어 회로로 기능하는 펄스폭 변환기(706)로 보내져서, PWM을 제어하기 위한 제어 신호로 변환된다. 펄스폭 변환기(706)는 기준 클럭 신호 CLK를 이용하여 발진 신호를 얻고, 그 펄스폭을 오차 신호에 따라 변환한다. 펄스폭 변환기(706)로부터 출력되는 제어 신호는 스위칭부(701)에 피드백 되어서 출력을 안정시키도록 제어한다.
이상의 설명은 PWM 방식을 기반으로 한 DC/DC 전원(902)의 기본 동작에 대해 이루어진 것이다. 일반적인 DC/DC 전원은 내장된 CR 발진기로부터의 출력을 이용하여 발진 신호를 생성한다. 이에 비해, 본 실시예에서의 DC/DC 전원(902)은 기준 클럭 CLK을 이용한 고정 발진에 의해 발진 신호를 생성한다. 또한, 스위칭부(701)는 각종 방식에 의거한 스위치 즉, 포워드(forward) 스위치, 플라이백(flyback) 스위치, 푸쉬풀(push-pull) 스위치 및, 브리지(bridge) 스위치를 포함하며, 또한, 1차 측과 2차 측이 절연된 스위치와 절연되지 않은 스위치를 포함한다. 이러한 모든 스위치는 공지되어 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
입력 전압과 출력 전압에 관해서, 본 실시예에서는 출력 전압은 주로 약 DC 5V이며, 입력 전압은 약 DC 50V이다. 입력 전압이 DC 50V로 비교적 높게 설정되면, 전류가 억제될 수 있으므로, 외부 전원 케이블이 비교적 소형화될 수 있다. X선 촬영부에서 요구되는 출력 전압은 아래에서 설명될 것이다. 입출력 전압 사이의 대소 관계는 본 실시예의 것에 한정되는 것이 아니라, 입력 전압 < 출력 전압인 경우에 본 발명은 효과적으로 적용될 수 있음을 유의해야 한다.
도 8은 본 실시예에 따른 DC/DC 전원(902)에 있어서의 각종 전압을 발생시키는 전원 블록의 일 예를 도시한다. 이러한 전원 블록은 도 7을 참조하여 설명한 DC/DC 전원의 기본 회로를 각각 갖는 3개의 전원의 조합이다. 아날로그 전원(801)은 전압 VA1을 센서 패널로부터의 출력을 증폭하는 증폭기 IC에 인가한다. 아날로그 전원(802)은 전압 VA2를 기준 전위로서 센서 패널, 증폭기 IC 및 구동기 IC에 인가한다. 이러한 아날로그 전원은 리플 노이즈와 스파이크 노이즈와 같은 전도성 노이즈를 최소화시키고 나서 출력 전압을 공급한다. 이것은 센서 패널로부터 출력되는 신호 레벨이 매우 낮으므로, 그 신호 레벨이 근거로 하고 있는 전원의 노이즈를 감소시키는 것이 화상 품질을 향상시키는 데에 필수적이기 때문이다. 디지털 전원(803)은 전압 VD를 구동기(62), 타이밍 신호 발생부(901) 및, 그 밖의 디지털 회로(도시하지 않음)에 인가한다.
DC/DC 전원이 몇개의 시스템과 CH(채널)을 내장하고 있다면, 소형화 즉, 높은 실장 밀도를 실현함에 있어서, CH 사이에서의 크로스토크(cross talk) 노이즈의 발생은 현저한 문제를 일으킨다. 서로 인접하게 실장되는 CH로부터의 누설 자계는 서로 중첩된다. 각 주파수가 서로 다르면, 크로스토크 노이즈가 비트 형태로 발생한다. 통상, 전원이 복수의 출력을 가질 경우, 해당하는 발진 주파수는 엄격하게 관리되지 않는다.
본 실시예에서는, 모든 CH가 타이밍 신호 발생부(901)로부터 공급되는 단일 클럭(CLK)을 사용하게 하여, 모든 CH을 서로 동기시킴으로써, CH 사이의 크로스토크의 영향을 감소시킨다. 그러나, 사용되는 구성에 따라 몇몇 경우에는 모든 CH가 동기화될 필요가 없으므로, 본 발명은 이것에 한정되지는 않는다. 또한, 노이즈가 적게 발생하는 CH에 대해서는 효율을 지향한 클럭(예를 들어, 전원에 내장된 CR발진기로부터 얻어지는 내부 클럭)을 사용하고, 노이즈가 많이 발생하는 CH에 대해서는 기준 클럭 CLK을 사용함으로써, 효율과 노이즈 감소의 양자를 실현하는 것이 가능하게 한다. 또한, 노이즈가 보다 감소될 것이 요청되는 곳에는 아날로그 레귤레이터(analog regulator)가 사용될 수도 있다. 그러나, 이것은 전원의 효율을 저하시키므로, 이러한 레귤레이터는 발열과 비용의 측면에서 문제를 발생시키지 않는 제한된 곳에만 사용되어야 한다.
DC/DC 전원에 있어서의 주요 노이즈 발생원은 스위칭부(701), 정류부/평활회로(703)의 정류부, 고주파 트랜스(702) 등을 포함하며, 이들은 전도체 상에서 전송되는 전도성 노이즈와, 누설 자계로부터 공간으로 향하는 전자유도 노이즈를 발생한다. 특히, DC/DC 전원으로부터의 누설 자계에 대한 대책을 세우는 것은 곤란하다. 차폐와 같은 종래의 대책은 노이즈를 어느 정도까지 감소시킬 수 있다. 그러 나, 매우 낮은 신호 레벨을 취급하는 본 실시예의 장치와 같은 경우에는, 감소된 누설 자계조차도 센서 패널 및 증폭기 IC를 포함하는 신호 검출 회로에서 전자 유도를 야기시켜서, 화상 위에 노이즈를 발생시킨다.
도 9는 누설 자계가 광검출부에 전자 유도를 야기했을 경우에 발생되는 화상 노이즈 즉, 각 게이트 라인(행 선택선 Lr)마다 발생하는 라인 노이즈를 도시한 도면이다. 게이트 라인 및 신호 라인(열 신호선 Lc)이 각각 수평 방향 및 수직 방향으로 배치되어 있다. 이 경우에 5개의 게이트 라인마다 강한 라인 노이즈가 발생한다고 가정하자. 이와 같은 방식으로 라인 노이즈는 촬영 화상(sensed image) 위에 중첩되므로, 화상 품질을 현저하게 저하시킨다. 특히, 의료용 화상의 경우, 이러한 노이즈는 오진을 야기시킬 수도 있다.
이러한 라인 노이즈는 아래와 같은 방식으로 발생한다. 신호 라인 상의 신호가 샘플/홀드되는 위치(타이밍)와, DC/DC 전원으로부터 CLK와 동기되어 신호 라인 위에 중첩되는 노이즈의 위상 사이의 관계가 각 라인마다 순차적으로 이동할 때, 소정 주파수와의 비트(beat)는 화상 위에 라인 노이즈로서 나타난다. F1(샘플링 주파수)을 1 라인의 구동 주파수로 하고, Fn을 DC/DC 전원으로부터의 노이즈 주파수로 하면, 노이즈가 샘플링 도중에 중첩된다고 전제할 때, 화상의 라인 노이즈 주파수 Fln은, 노이즈 샘플링 비트에 의해 아래와 같이 주어진다.
Fln = ABS(Fn - i ×Fl) ≤Fl (i는 0 이상의 양의 정수)
Fln/Fl = ABS(Fn/Fl - i) ≤1
여기서, Fn/Fl = i + d (d는 소수부)이면, 이 수식을 상기 식에 대입하여 Fln/Fl = d ≤1가 얻어진다. 따라서, 라인 노이즈 주파수 Fln은 Fln = d ×F1로 주어진다.
예를 들어, d = 0.2인 경우, 5 라인마다 라인 노이즈가 발생한다. 따라서, DC/DC 전원(902)으로부터의 노이즈 주파수 Fn과 샘플링 주파수 Fl 사이에 정수배의 관계가 설정되면, 라인 노이즈의 영향이 감소될 수 있음은 명백하다.
이하, 그러한 동작의 실현에 대해서 도 10의 타이밍도와 도 6을 참조하여 설명한다.
광검출기 어레이(58)로부터 화상 정보가 판독될 때, 타이밍 신호 발생부(901)는 DC/DC 전원(902)에 대한 기준 클럭 CLK와, CLK의 정수배의 주기를 갖는 라인 구동 신호 CPV를 발생한다. 샘플/홀드 신호 SH는 라인 구동 신호 CPV에 동기되어 있으며, 라인 구동 신호 CPV와 동일한 주파수를 가진다. 일반적으로, DC/DC 전원의 발진 주파수는 10 kHz ∼ 몇백 kHz이며, 광검출기 어레이(58)를 구동하기 위한 라인 구동 주파수(행 선택선에 대한 스위칭 주파수)는 수 kHz이다. 예를 들어, CLK의 주파수가 100 kHz이고, 라인 구동 주파수가 2 kHz이면, CLK와 CPV(및 SH)의 주파수는 정수배의 관계를 가진다. 정수배의 관계가 설정되는 이유는 앞에서 이미 상세하게 설명되었다. 도 10은 1 라인 중에서 라인 구동 신호 CPV와 샘플/홀드 신호 SH가 DC/DC 전원(902)의 기준 클럭 CLK와 동기되어 있고, CLK가 CPV의 라인 주파수와 정수배의 관계를 가지며, CLK는 라인 사이에 연속인 점을 간단하게 도시하고 있다.
상기 설명한 바와 같이, 실제 읽기(Frx)에서는 행 단위로 화소 신호가 판독된다. 도 10은 제 N 행에서의 판독 동작을 도시하고 있다. 우선, 타이밍 신호 발생부(901)는 기준 클럭 CLK에 동기하여 리셋 신호 RC를 발생한다. 리셋 신호 RC에 의해 스위치 소자(102)는 온/오프 되어 열 신호선 Lc를 리셋한다. 라인 구동 신호 CPV에 따라, 라인 선택기(92)는 선택된 행 선택선의 TFT 스위치 SW를 온(ON)시키고, OE 신호를 온(ON)하여 멀티플렉서(110)의 출력을 인에이블(enable)시킨다. 선택된 행 선택선 Lr 상의 각 광전 변환 소자 PD에 축적된 전하는 열 신호선 Lc를 거쳐서 신호 판독 회로(100)에 전송되고, 전치 증폭기(106)에 의해 적분된다. 타이밍 신호 발생부(901)는 샘플/홀드 신호 SH를 송출해서 샘플홀드(S/H) 회로(108)가 전치 증폭기(106)로부터의 출력 전압 값을 유지하게 한다.
그 다음, 타이밍 신호 발생부(901)는 라인 구동 신호를 동일하게 송출하고, 다음 라인을 판독하기 위한 신호 라인의 리셋 신호 RC를 송출한다. 앞 라인에서 유지된 전압값은 다음의 샘플/홀드 신호가 송출될 때까지 AD 변환기(112)에 보내져서 디지털 신호로 변환된다.
실장 요건을 고려하면, 1개의 신호선에 대해 스위치 소자, 전치 증폭기 및, 샘플홀드(S/H) 회로를 각 시스템이 포함하는, 스위치 소자(102), 전치 증폭기(103) 및, 샘플홀드(S/H) 회로(108)의 256개의 시스템은 하나의 IC로 집적된다. 본 실시예에서와 같이, 4096개의 열을 갖는 광검출기 어레이(58)의 경우, 16 개의 IC가 필요하게 된다. 복수의 IC가 사용되므로, 이들 IC는 선택 신호에 의해 순차적으로 하나씩 선택된다. 도 10은 5개의 IC가 CS신호 0∼4에 의해 어떻게 순차적으로 선택되는지를 도시한다. 선택된 IC로부터의 출력은 멀티플렉서(110)를 거쳐서 AD 변환기(112)로 전송된다. IC로부터의 256 시스템의 출력은 AD변환기(112)에 의해 순차적으로 디지털 신호로 변환된다.
상기 동작을 반복함으로써, 전체 라인이 판독된다. 타이밍 신호 발생부(901)로부터 송출되는 각신호의 1 라인 내에서의 타이밍(위상)은 변화되지 않고 일정하게 유지된다. 예를 들어, 리셋 신호 RC 및 라인 구동 신호 CPV는 기준 클럭 CLK의 정수배의 주기를 가지며, 샘플/홀드 신호 SH는 RC 또는 CPV가 온(ON)되고 나서 소정 시간이 경과한 후에 온(ON) 된다. 여기서, 샘플/홀드 신호 SH는 RC 또는 CPV가 온(ON) 되고 나서 소정 수의 마스터 클럭이 카운트(count)될 때 온(ON) 될 수도 있다. 이러한 이유로, 샘플/홀드 타이밍에서 DC/DC 전원(902)의 발진 신호(CLK 신호)의 위상은 모든 라인에서 동일하게 유지된다. 그러므로, 가령 샘플/홀드가 수행되는 타이밍이 전원 노이즈가 큰 포인트와 일치하더라도, 전체 라인이 동일 포인트에서 판독되므로, 즉, 동일 위상을 갖는 노이즈가 중첩되므로, 화상 위에서 라인 노이즈를 발견하기는 어려워진다.
도 11은 도 10의 타이밍도의 일부를 확대한 도면이다. 도 11을 이용하여 상기 설명은 보충된다. 샘플/홀드 신호 SH, 클럭 신호 CLK, 진폭 변조 신호 PWM 및, 전치 증폭기(106)로부터 출력되는 신호 SIG 각각은 1라인 내에서 고정된 위상 관계를 가진다. 여기서, 신호 PWM은 CLK에서 발진하는 DC/DC 전원(902) 내의 부하에 따라 변하는 펄스폭 변조 신호 즉, DC/DC 전원(902)에 의해 실제로 발진되는 신호이다.
DC/DC 전원(902)의 발진에 수반되는 누설 자계로 인한 노이즈는 신호 검출 시스템에 전자기적으로 결합되고, PWM과 동기된 노이즈 신호(간단하게 직사각 파형으로 표현됨)는 증폭기(106)로부터의 출력 신호 SG에 중첩된다. 본 실시예에 따르면, 샘플홀드(S/H) 회로(108)에 의해 신호가 샘플 상태로부터 유지되는 SIG 상의 포인트를 A라고 할 때, 다음 라인에 대한 유지 포인트는 포인트 A와 일치한다. 이와 같은 방식으로 SIG 신호 위에 노이즈가 중첩되더라도, CLK 주기 내에서 동일한 위상으로 각 라인을 샘플링하는 것은 화상화(visualization)가 수행될 때의 라인 노이즈를 감소시킬 수 있다. 이에 비해, 일반적으로는, 각 위상 관계가 각 라인에 대해 순차적으로 이동하므로, 유지 포인트가 A, B, C로 순차적으로 변화되어 도 9에 도시한 바와 같은 라인 노이즈를 발생하게 된다.
당연히, 정수배 값을 조정함으로써 샘플/홀드 포인트를 노이즈가 적게 발생하는 타이밍과 맞추는 것이 더욱 효과적이다. 비록 CLK가 100 kHz이고, 라인 구동 주파수가 2 kHz인 경우가 일 예로 설명되었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 그 밖의 정수배 값으로도 문제를 발생하지 않는다. 또한, 앞에서 설명한 주파수들 사이의 대소 관계가 반대일 수도 있다. 각 라인 내에서의 샘플/홀드 타이밍과 DC/DC 전원을 위한 CLK 사이의 위상 관계가 변하지 않고, CLK의 주파수는 라인 사이에서 연속적이라는 것이 중요한 점이다. 라인 구동 주파수와 DC/DC 전원을 위한 CLK 주파수가 정수배의 관계를 가지며 서로 동기되어 있을 때, 이러한 조건은 만족된다. DC/DC 전원은 CLK가 연속적이고 안정적이라는 가정 하에 제어되므로, CLK가 연속적이지 않으면, 안정된 출력이 얻어질 수 없다.
DC/DC 전원의 각 회로의 상수(constant) 및 그 부품을 포함하는 구성은 DC/DC 전원의 변환 효율을 최적화되도록 설계되는 것이 바람직하다. 분명히, 상수, 구성 및 부품은 리플 노이즈와 스파이크 노이즈를 더욱 감소시키도록 선택되는 것이 바람직하다.
타이밍 신호 발생부(901)로부터의 기준 클럭 CLK이 입력되지 않을 때에는, DC/DC 전원(902)이 전원 내의 CR 발진기(도시되지 않음)에서 발생되는 클럭을 이용하여 동작(프리 런(free run)에 의해)하도록 구성될 수 있음을 유의해야 한다. 이러한 DC/DC 전원은 실제 읽기 및 보정 읽기에서 기준 클럭 CLK에 대해 동작될 수 있으며, 다른 타이밍에서는 프리 런(free run)에 의해 동작될 수 있다. 그러므로, 프리 런 주파수가 DC/DC 전원(902) 내의 효율이 좋은 포인트로 설정되면, 시스템의 전체 효율이 향상될 수 있다.
또한, 펄스폭은 PWM으로 인한 부하에 따라 약간 변화하므로, 출력 리플의 스펙트럼은 약간 변화한다. 그러나, 가장 중요한 메인 스펙트럼(main spectrum)은 거의 변화하지 않으므로, 실제적인 문제는 야기되지 않는다. 평활 회로의 계수와 PWM의 응답 특성이 최적화된다면, 스펙트럼에서의 변화의 영향은 더욱 감소될 수 있음을 유의해야 한다.
본 실시예는 PWM형 DC/DC를 예시하였다. 그러나, DC/DC 전원으로부터 발생되는 변조 주파수에 따라 라인 구동 주파수를 변조 주파수의 정수배의 주파수로 제어함으로써, 주파수 변조형의 경우에도 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 이 경우, 샘플/홀드 신호 SH를 아래와 같이 설정하면 충분하다. PWM형 DC/DC 전원의 발진 주파수는 CLK에 의해 고정된다. 주파수 변조형 DC/DC 전원에서는, 부하 변동을 갖는 클럭의 발진 주파수를 변화시킴으로써 출력 전압이 안정화된다. 그러므로, 주파수 변조형에 따르면, 자체 발진 클럭(CLKS라고 함)이 전원을 구동하기 위해 사용된다. 타이밍 신호 발생부(901)는 DC/DC 전원(902)으로부터 CLKS를 수신하여 샘플/홀드 신호 SH의 발생 타이밍을 제어한다. 보다 구체적으로, 타이밍 신호 발생부(901)는 멀티플렉서의 출력 완료에 따라 OE 신호가 오프(OFF)되는 순간과 다음 라인이 선택되는 순간 사이의 기간 내에서, CLKS의 변곡점(상승 또는 하강 에지)으로부터 마스터 클럭의 소정 카운트 후, 타이밍 신호 발생부(901)는 샘플/홀드 신호SH를 발생시킨다. 샘플/홀드 신호 SH는 1 라인 내에서 1 회만 발생됨을 유의해야 한다. 이와 같은 방식으로 CLKS 변곡점으로부터 마스터 클럭의 카운트 수를 고정하는 것은 노이즈 위상에 대한 샘플 위치를 고정할 수 있게 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, X선 검출기(52)에 배치된 DC/DC 전원(902)으로부터 자계가 누설되더라도, 라인 구동 주파수와 DC/DC 전원의 발진 주파수 사이에 정수배의 관계를 설정함으로써, 화상 위에 노이즈로 나타나는 센서 위에 중첩된 유도 노이즈가 감소될 수 있다. 또한, DC/DC 전원(902) 내의 복수의 채널(CH)을 동일한 CLK로 동기화시켜 구동하는 것은 복수의 출력 사이의 비트를 제거할 수 있게 함으로써, 노이즈를 더욱 감소시킬 수 있도록 한다.
더욱 효과를 높이기 위하여, 정수배의 관계를 설정할 뿐만 아니라, 라인 내의 샘플/홀드 타이밍으로서 DC/DC 전원으로부터의 노이즈가 낮은 포인트를 선택하는 것이 효과적이다.
명백히, DC/DC 전원 자체가 차폐 케이스(shield case)로 덮이면, 화상 위의 라인 노이즈가 더욱 감소될 수 있다. 또한, 본 발명의 적용은 DC/DC 전원에 한정되지 않으며, 본 발명이 AC/DC 전원에 적용되더라도 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 게다가, 본 발명은 PWM형 전원 뿐만 아니라 주파수 변조형 DC/DC 전원에도 적용될 수 있으며, 폭넓은 종류의 스위칭 전원에 채택될 수 있다.
본 실시예에서는, 타이밍 신호 발생부(901)가 스위칭 전원용의 기준 클럭 CLK, 라인 구동 신호 CPV 및, 샘플/홀드 신호 SH를 발생하도록 설계되어 있다. 즉, 서로 동기되어야 할 신호는 1개의 타이밍 신호 발생부(901)에서 발생되므로, 타이밍 관리가 용이하게 된다.
이상 설명된 제1실시예에 따르면, DC/DC 전원과 같은 스위칭 전원이 촬영부에 실장되더라도, 노이즈의 영향은 감소될 수 있고, 안정된 화상이 제공될 수 있다.
(제2실시예)
제2실시예의 X선 촬영 시스템의 동작, 보다 구체적으로 광검출기 어레이(58)로부터 화상을 판독하는 동작은 도 1 내지 도 5를 참조하여 제1실시예에서 설명된 바와 동일하다. 제2실시예에서는, 상기 "실제 읽기" 동작에서 멀티플렉서(110)와 A/D 변환기(112)의 동작은 DC/DC 전원(902)의 스위칭 동작에 수반되는 스파이크 노이즈의 영향을 감소시키도록 제어됨으로써, 화질을 향상시킨다. 이하, 이 점에 대해서 상세하게 설명한다.
도 12는 광검출기 어레이(58)로부터의 신호를 판독하는 동작에 관련된 상세한 구성을 도시한 블록도이다. 광검출기 어레이(58), 구동기(62), 라인 선택기(92), 멀티플렉서(110), A/D 변환기(112) 및, DC/DC 전원(902)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 동일하다. 또한, 스위치 소자(102), 전치 증폭기(106) 및, 샘플홀드(S/H) 회로(108)는 각각 도 5의 스위치 소자(1021 ∼ 1024096), 전치 증폭기(1061 ∼ 1064096) 및, 샘플홀드(S/H) 회로(1081 ∼ 1084096)를 나타낸다.
타이밍 신호 발생부(901)는 CLK, CPV, SH, RC, OE, CSD O∼4 신호를 구동기(62)로부터의 지시에 의거하여 출력한다. DC/DC 전원(902)은 타이밍 신호 발생부(901)로부터의 CLK 신호를 이용하여 PWM형 DC/DC 전원을 위한 발진 신호(PWM신호)를 생성한다. DC/DC 전원(902)은 AC/DC 전원(903)으로부터의 입력 전압을, 예를 들어, 출력 전압 VAl, VA2 및, VD로 변환하여 이를 출력한다.
판독 제어부(904)는 DC/DC 전원(902)을 위한 발진 구동 신호로서 펄스폭 변조 신호 PWM을 수신하고, 스파이크 노이즈가 발생하고 있는 과도기적 기간을 나타내는 스파이크 노이즈 발생 기간 신호 PS를 출력한다. 더욱 구체적으로, 판독 제어부(904)는 PWM 신호의 상승 에지(leading edge)와 하강 에지(trailing edge)를 검출함으로써 소정의 폭을 갖는 신호 PS를 출력한다. 신호 판독 회로(100)를 구동하여 광검출기 어레이(58)로부터의 신호를 판독할 때, 타이밍 신호 발생부(901)는 판독 제어부(904)로부터의 PS 신호를 참조하여 멀티플렉서(110)와 AD 변환기(112)를 구동하기 위한 클럭 CK와, 증폭기 IC(나중에 설명함)를 선택하기 위한 CSD O∼4의 신호 출력을 제어한다.
광검출기 어레이(58)로부터의 출력이 샘플홀드(S/H) 회로(108)에 의해 유지되고 멀티플렉서(110)는 이들 데이터를 순차적으로 A/D 변환기(112)에 전송하여 이를 A/D 변환할 때, 스파이크 노이즈 발생 기간 신호 PS가 온(ON) 인 동안에는 A/D 변환 처리가 정지된다. 즉, 타이밍 신호 발생부(901)는 스파이크 노이즈 발생 기간 신호 PS가 온(ON) 인 동안에는 CK를 출력시킴으로써 A/D 변환 처리를 정지시키고, 신호 PS가 오프(OFF)로 되면, 다시 CK 출력을 재개하여 A/D 변환 처리를 계속한다. 이 동작은 도 14 및 도 15를 참조하여 나중에 상세하게 설명한다.
신호 판독 회로(100)는 복수의 IC, 멀티플렉서(110) 및, A/D 변환기(112)로 이루어져 있다. 여기서, 증폭기 IC는 예를 들어, 스위치 소자(102), 전치 증폭기(106) 및, 샘플홀드(S/H) 회로(108)를 각각 포함하는 256개의 시스템을 하나의 IC로 집적시킴으로써 실현된다. 본 실시예와 같이 4096개의 열을 포함하는 광검출기 어레이(58)의 경우에는, 16개의 IC가 필요하다. 복수의 IC가 사용되므로, 이들은 선택 신호(CSD)에 의해 순차적으로 하나씩 선택된다. 설명을 간단하게 하기 위하여, 5개의 증폭기 IC가 CSD O∼4에 의해 순차적으로 선택되는 것으로 가정한다. CSD 신호에 의해 선택된 증폭기 IC로부터의 출력은 멀티플렉서(110)에 입력된다. 멀티플렉서(110)는 선택된 증폭기 IC로부터 공급되는 256개의 신호를 순차적으로 A/D 변환기(112)에 전송한다.
멀티플렉서(110)에는 CK와 CSD O∼4이 입력되고 있다. 타이밍 신호 발생부(901)에 의해 CSD0가 온(ON) 되면, 증폭기 IC로부터의 출력이 선택되고, 선택된 증폭기 IC 출력은 CK에 의해 1부터 256까지 순차적으로 선택 및 출력된다. 멀티플렉서(110)로부터 순차적으로 출력된 아날로그 데이터는 CK에 따라 A/D 변환기(112)에 의해 디지털 신호로 변환한다. A/D 변환기(112)는 멀티플렉서(110)로부터의 출력을 A/D 변환하도록 기능한다는 점에 유의해야 한다. 실제로, A/D 샘플링을 위한 CK는 멀티플렉서(110)를 구동하기 위해 사용되는 클럭으로부터 약 반 클럭 지연된다. 그러나, 설명의 편의를 위해 아래의 설명에서는 이들 클럭이 동일한 클럭 CK로 간주됨을 전제로 한다.
DC/DC 전원(902)의 동작 및 구성은 도 7 및 도 8을 참조하여 제1실시예에서 설명된 바와 동일하다.
제1실시예에서 설명된 바와 같이, DC/DC 전원에 있어서의 노이즈의 주요 발생원은 스위칭부(701), 정류부/평활회로(703)의 정류부, 고주파 트랜스(702) 등을 포함한다. 스위칭 소자의 고속 온/오프(ON/OFF) 동작으로 인해 급격한 전압/전류 변화가 있는 스위칭부(701)에서 서지 전류(surge current)가 발생한다. 이러한 전류는 전도성 노이즈를 일으킨다. 정류부로 사용되는 정류 다이오드가 높은 주파수에서의 정류에 사용되면, 순방향으로 축적된 전하는 캐리어 축적 효과(carrier storage effect)로 인해 역방향으로 전압이 발생한 후에도 남아 있고, 짧은 시간 동안 역방향으로 전류가 흐른다. 이것은 리커버리(recovery) 노이즈를 야기시킨 다음, 서지 전압을 발생시킨다. 고주파 트랜스(702)에서는, 코일에 흐르는 전류에 의해 발생된 자속의 대부분이 높은 투자율을 갖는 높은 코어(core) 내부를 통과하지만, 자속의 일부는 갭 등을 통해 공중에 방사된다. 이 누설 자계는 주변 회로에 전자 유도 노이즈를 일으킨다.
DC/DC 전원으로부터 발생된 노이즈는 위에서 설명하였다. 이러한 노이즈에 대해서는 다양한 대책이 생각될 수 있다. 즉, 방사성 노이즈인 누설 전자계 노이즈에 대해서는, 부품 레벨에서의 차폐의 연구, DC/DC 전원 전체를 차폐하는 등의 대책이 있다.
PWM 신호가 온/오프(ON/OFF) 스위칭 될 때 스파이크 형태로 발생되는 서지 전압 노이즈에 관해서는, 노이즈의 발생을 억제하는 소자 즉, 스너버 회로(snubber circuit)를 스위칭부 및 정류부와 같은 회로 소자에 접속하는 것과 같은 대책이 있다. 이러한 대책은 주로 전도성 노이즈에 대해 취해진다. 또한, 이러한 노이즈에 대하여, 회로의 접지 시스템과 관련된 대책이 필요하다. 스파이크 노이즈는 고주파 신호를 통해 전달되며, 노멀 모드(normal mode) 노이즈 뿐만 아니라 커먼 모드(common mode) 노이즈도 발생되므로 즉, 출력측과 접지측 양자에 동일한 노이즈가 중첩되므로, 로우 패스 필터와 같은 출력 필터 단독으로는 충분한 노이즈 감소 효과가 얻어질 수 없다. 커먼 모드 노이즈에 대해서는 페라이트 코어(ferrite core)와 같은 대책 부품이 장치 내에 실장될 수도 있다. 그러나, 크기, 무게 및 비용의 감소를 고려하면, 이러한 대책 부품을 실장하는 것은 바람직하지 않다.
도 13은 상기 스파이크 노이즈가 신호 검출부에 중첩될 때 발생하는 화상 노이즈를 도시한 도면이다. 게이트 라인(행 선택선 Lr)과 신호 라인(열 신호선 Lc)은 각각 수평 및 수직 방향으로 배치되어 있다. 이 경우를 가정하면, 경사 노이즈가 발생한다. 이러한 노이즈가 촬영 화상 위에 중첩되면, 화상 품질은 현저하게 저하된다. 의료용 화상의 경우, 이러한 노이즈는 특히 오진을 일으킬 수도 있다.
주어진 라인이 샘플/홀드되고 나서 다음 라인이 샘플링 될 때까지 주어진 라 인의 데이터가 순차적으로 A/D 변환될 때, DC/DC 전원으로부터의 스파이크 노이즈가 데이터에 중첩되므로, 이러한 경사 노이즈가 발생한다. 이러한 노이즈가 경사진 라인 형태로 나타나는 것은 노이즈의 주파수와 A/D 변환 주파수 사이의 비트 때문이다. 경사 각도는 비트(beat) 주파수에 따라 변한다. 또한, 비트가 없는 경사진 라인 대신에 수직 라인 형태로 노이즈가 나타난다.
위에서 설명된 바와 같은 경사 또는 수직 방향의 노이즈를 감소시키는 동작의 구현 예에 대해 도 14 및 도 15의 타이밍도와 도 12를 참조하여 아래에서 설명한다.
화상 정보가 광검출기 어레이(58)로부터 판독될 때, 타이밍 신호 발생부(901)는 DC/DC 전원(902)을 위한 기준 클럭인 CLK와, CLK의 정수배의 주기를 갖는 라인 구동 신호 CPV를 발생한다. 일반적으로, DC/DC 전원의 발진 주파수는 10 kKz ∼ 몇백 kHz이며, 광검출기 어레이(58)를 구동하기 위한 라인 구동 주파수(행 선택선의 스위칭 주파수)는 수 kHz이다. 예를 들어, CLK의 주파수가 100 kHz이고, 라인 구동 주파수가 2 kHz이면, CLK와 CPV의 주파수는 정수배의 관계를 가진다. 도 14는 1 라인 내에서 라인 구동 신호 CPV와 샘플/홀드 신호 SH가 DC/DC 전원(902)의 기준 클럭 CLK와 동기되어 있고, CLK가 CPV의 라인 주파수와 정수배의 관계를 가지며, CLK는 라인 사이에서 연속적임을 간단하게 도시하고 있다.
상기 구동 형태에 따르면, 각 행에 대한 신호 판독 동작은 PWM 신호와 동기되어 있으므로, 수직 방향의 노이즈가 발생한다. 그러나, 상기 동기화 동작은 필수적인 것이 아니다.
DC/DC 전원(902)을 위한 CLK 신호는 항상 발생될 수도 있고, 실제 읽기 시에만 발생될 수도 있음을 유의해야 한다. 이 경우, CLK가 입력되지 않으면, DC/DC 전원(902)은 프리 런에 의해 소정 주파수에서 동작하는 CR 발진기를 내장할 수도 있다. 다른 방안으로서, 이러한 프리 런 주파수를 DC/DC 전원(902)의 효율이 변하는 포인트로 설정함으로써, 시스템의 전체 효율이 조정될 수도 있다.
실제 읽기(Frx)에서는, 행을 기반으로 하여 화소 신호가 판독된다. 도 10은 제 N 행에 대한 판독 동작을 도시하고 있다. 우선, 타이밍 신호 발생부(901)는 기준 클럭 CLK에 동기된 리셋 신호 RC를 발생한다. 리셋 신호 RC에 의해, 스위치 소자(102)가 온/오프(ON/OFF) 되어 열 신호선 Lc을 리셋한다. 그 다음, 라인 구동 신호 CPV가 라인 선택기(92)에 전송되어 선택된 행 선택선의 TFT 스위치 SW를 온(ON) 시키고, OE 신호를 온(ON) 하여 멀티플렉서(110)의 출력을 인에이블 시킨다. 선택된 행 선택선 Lr 상의 각 광전 변환 소자 PD에 축적된 전하는 열 신호선 Lc을 통해 신호 판독 회로(100)로 전달된다. 전달이 완료된 후, 타이밍 신호 발생부(901)는 샘플/홀드 신호 SH를 송출하여 샘플홀드(S/H) 회로(108)가 신호 판독 회로(100)로부터의 출력 즉, 전달된 전하에 대응하는 전압 값을 유지하도록 한다.
다음으로, 타이밍 신호 발생부(901)는 동일한 방식으로 라인 구동 신호를 송출하고, 다음 라인을 판독하기 위한 신호 라인 리셋 신호 RC를 송출한다. 이전 라인에서 유지된 전압 값은 다음 샘플/홀드 신호가 송출될 때까지 A/D 변환기(112)에 전송되어 디지털 신호로 변환된다.
상기 설명한 바와 같이, 각 시스템이 1개의 신호 라인에 대해 스위치 소자, 전치 증폭기 및, 샘플홀드(S/H) 회로(108)를 포함하고, 리셋 스위치(102), 전치 증폭기(103) 및 샘플홀드(S/H) 회로(108)로 된 256개의 시스템은 하나의 증폭기 IC로 집적된다. 이 경우, 5개의 증폭기 IC가 제공된다. 이들 증폭기 IC는 신호 CSD 0∼4에 의해 순차적으로 선택된다. 선택된 IC의 출력은 멀티플렉서(110)를 거쳐서 A/D 변환기(112)로 전송된다. 즉, 증폭기 IC로부터의 256 개의 시스템 출력은 CK 신호에 동기되어 멀티플렉서(110)로부터 A/D 변환기(112)로 순차적으로 전송되고, CK 신호에 따라 순차적으로 디지털 신호로 변환된다.
이러한 동작을 반복함으로써, 전체 라인이 판독된다. 비록 타이밍 신호 발생부(901)는 각종 신호를 송출하지만, 1 라인 내에서의 각 신호의 타이밍(위상)은 변하지 않고 일정하다. 예를 들어, 리셋 신호 RC와 라인 구동 신호 CPV는 기준 클럭 CLK의 정수배의 주기를 가지며, 샘플/홀드 신호 SH는 RC 또는 CPV가 온(ON) 되고 나서 소정 시간의 경과 후에 온(ON) 된다(RC 또는 CPV가 온(ON) 되고 나서 소정 수의 CLK 신호가 카운트될 때 샘플/홀드 신호 SH가 온(ON) 되거나, RC 또는 CPV가 출력될 때 기동되는 소정의 타이머의 시간 종료(time-out)의 타이밍에 샘플/홀드 신호 SH가 온(ON) 됨). 이러한 이유로, 샘플/홀드 타이밍과 DC/DC 전원(902)을 위한 CLK 신호 사이의 관계는 라인에서 변하지 않고, 위상 관계가 유지된다. 그러므로, 가령 샘플/홀드가 수행되는 타이밍이 전원 노이즈가 큰 포인트와 일치하더라도, 전체 라인이 동일한 포인트에서 판독되므로, 즉, 동일한 위상을 갖는 노이즈가 중첩되므로, 화상 위의 라인 노이즈를 발견하는 것은 어려워진다.
도 15는 도 14의 타이밍도의 일부를 확대한 도면이고, 각 신호에 대한 상세 한 타이밍도이다. 비록 도 15는 도 14의 CSD1이 오프(OFF) 되는 타이밍까지의 동작을 도시한 확대 도면이지만, 새로운 항목은 추가되고, 불필요한 항목은 생략되어 있다. 도 14와 동일한 내용의 반복적인 설명은 회피할 것이다.
기준 기호 PWM은 기준 클럭 CLK에 따라 발진되고, DC/DC 전원(902) 내에서 부하에 따라 변하는 펄스폭 신호 즉, DC/DC 전원에 의해 실제로 발진되는 신호를 나타낸다. 도 15는 CLK의 하강 에지 조금 전에 PWM이 하강하는 경우를 도시하고 있다.
기준 기호 SIG는 멀티플렉서(110)로부터 출력되는 신호를 나타내고 있다. 도 15는 신호 PWM의 스위칭 포인트(ON/OFF 천이점)에서 스파이크 노이즈가 어떻게 신호 SIG 상에 중첩되는지를 도시한다. 스파이크 노이즈의 발생 원인과 중첩 루트는 이미 설명되었으므로, 그에 대한 설명은 생략한다. 일률적으로 말할 수는 없지만, 스파이크 노이즈의 발생 시간은 대략 10 ns ∼ 몇백 ns 정도이다. SIG의 파형과 시간은 DC/DC 전원 내에서의 스파이크 노이즈 발생 시간과, 출력 신호가 중첩되는 신호 회로 시스템의 응답 특성에 따라 결정된다.
신호 PS는 판독 제어부(904)에 입력된 신호 PWM의 각 상승 에지 및 하강 에지로부터 상기 설명된 스파이크 노이즈의 기간 동안 온(ON)이다. 스파이크 노이즈의 기간은 실제 장치에 의해 얻어진 실제 측정 값을 바탕으로 하여 소정의 마진(margin)을 갖는 값으로 설정됨을 유의해야 한다.
다음으로, A/D 변환에 관하여 설명한다. 도 15에 도시된 라인은 제 N 라인이라고 가정한다. 이 경우, 제 (N-1) 라인에서 샘플링된 데이터는 제 N 라인을 위한 샘플/홀드 신호 SH가 입력될 때까지 순차적으로 A/D 변환된다. 종래의 기술에서는, CS 신호에 의해 증폭기 IC가 선택되고, 마스터 클럭 MCK에 의해 멀티플렉서(110)와 A/D 변환기(112)가 구동되어, 증폭기 IC에 유지된 데이터를 순차적으로 판독하고 디지털화 한다. 그러나, 도 15에 도시된 바와 같이, 이러한 동작으로 노이즈가 스파이크 포인트에 중첩된 신호가 A/D 변환된다. 이에 비해, 본 실시예에서는 타이밍 신호 발생부(901)가 CK 및 CSD를 다음과 같이 제어한다.
A/D 변환을 위한 클럭 CK는 PS신호의 온(ON) 기간 동안 마스터 클럭 MCK을 오프(OFF)시키는 신호이다. 우선, 타이밍 신호 발생부(901)는 CSDO를 온(ON) 하여 증폭기 IC를 선택한다. 선택된 증폭기 IC에 유지된 256개의 데이터가 완전히 A/D 변환될 때까지 즉, 256개의 CK가 입력될 때까지, CSDO은 온(ON) 상태로 유지된다(클럭 CK는 카운트될 수도 있음). CK를 수신하고 나서, 멀티플렉서(110)는 증폭기 IC에 유지되어 있는 256개의 신호를 1개씩 CK 신호의 1 펄스마다 순차적으로 A/D 변환기(112)로 출력한다. A/D 변환기(112)는 CK에 동기하여 각 신호를 디지털화 한다. 이러한 동작에 의해, 멀티플렉서(110)에 의해 선택된 증폭기 IC의 모든 데이터가 완전히 변환될 때까지 동일한 증폭기가 선택된 상태로 유지된다. 증폭기 IC의 전체 데이터가 변환되면, CSDO은 오프(OFF)로 되고, 다음 증폭기 IC를 선택하기 위해서 CSDl이 온(ON) 된다. 다음으로, 위에서 설명된 바와 같은 동일한 내용이 반복되어 모든 데이터를 A/D 변환한다.
이상의 동작에 따르면, 스위칭 포인트(즉, 신호 PD가 온(ON) 인 동안)에서 CK가 출력되지 않으며,A/D 변환은 수행되지 않는다. 이것은 스파이크 노이즈가 중 첩된 신호가 디지털화 되는 것을 방지하며, 화상 위에 경사 노이즈 또는 수직 노이즈가 발생하는 것을 방지한다.
각 CSD의 온(ON) 기간은 CK의 256 개의 펄스에 해당하는 시간과, PS 기간의 누계 시간을 가산한 것과 동일하다. 그러므로, PS 기간이 증가하면, CSD 기간도 증가하며, 모든 증폭기 IC에 필요한 처리 시간(모든 CSD 신호의 합)도 증가한다. 최후에 선택된 증폭기 IC에 유지되어 있는 데이터의 A/D 변환은 다음 샘플/홀드 신호 SH 이전에 완료될 필요가 있으므로, PS 기간은 이 조건에 의해 제한된다.
펄스폭은 PWM으로 인해 부하에 따라 약간 변하므로, 스파이크 노이즈의 발생 타이밍은 변동한다. 그러나, 판독 제어부(904)는 이러한 변동에 대응하는 PS 신호를 발생하며, 전혀 문제가 야기되지 않는다. 명백히, 상승 효과를 향상시키기 위하여, 리플 노이즈와 스파이크 노이즈를 더욱 감소시키는 계수, 구성 및, 부품을 선택하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서, DC/DC 전원은 외부적으로 공급되는 CLK에 동기하여 발진된다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. CR 발진기를 내장한 일반적인 전원에 있어서도, 발진과 동기된 신호 예를 들어, PWM 신호를 사용함으로써 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 그러나, 복수의 독립된 전원 시스템이 사용되면, 각 시스템의 발진 주파수가 서로 약간 다르므로, 각각의 PWM신호에 대응하는 PS 신호를 가산(논리 OR)하여 신호가 생성될 필요가 있다. 이것은 신호 CLK가 각각의 독립한 전원 시스템에서 서로 다르더라도 신호 CLK를 통해 동작하는 전원 시스템에 적용된다.
비록 본 실시예는 PWM형 DC/DC 전원을 예시하였지만, 본 발명을 주파수 변조형 DC/DC 전원과 AC/DC 전원에 적용함으로써 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 예를 들어, 주파수 변조형 DC/DC 전원에서는, 부하 변동으로써 클럭의 발진 주파수를 변화시킴으로써 출력 전압이 안정화된다. 그러므로, 주파수 변조형에 따르면, 자체 발진 클럭(CLKS라고 함)은 전원을 구동하는데 사용된다. 판독 제어부(904)는 CLKS를 수신하여, CLKS의 상승 에지 및 하강 에지의 타이밍에서 스파이크 노이즈 발생 기간 신호 PS를 발생하면 충분하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 플랫 패널 센서로부터의 신호가 1 라인에 대해 샘플/홀드 되고, 1 라인 내의 복수의 유지된 데이터가 순차적으로 A/D 변환될 때, DC/DC 전원을 위한 발진 신호의 변화점에서는, A/D 변환을 수행하지 않도록 타이밍 제어를 실행하는 판독 제어가 수행된다. 이것은 플랫 패널 센서 및 그 주변 회로에 전력을 공급하는 DC/DC 전원으로부터의 전도성 노이즈, 보다 구체적으로, 커먼 모드 스파이크 노이즈가 플랫 패널 신호 검출 회로에 중첩될 때에도, 스파이크 노이즈의 영향을 방지할 수 있다. 이것은 크기, 무게 및 비용의 감소 측면에서 문제를 일으키는 페라이트 코어와 같은 대책 부품을 실장하지 않고도 촬영부의 크기 및 무게에 있어서의 감소를 달성할 수 있도록 한다.
본 발명은 DC/DC 전원에 한정되지 않으며, AC/DC 전원의 경우에도 동일한 효과가 얻어질 수 있음을 유의해야 한다. 게다가, 본 발명은 PWM형 전원 뿐만 아니라 주파수 변조형 DC/DC 전원에도 적용될 수 있으며, 폭넓은 종류의 스위칭 전원에 채택될 수 있다.
제1실시예에서 설명된 샘플/홀드 타이밍 제어가 제2실시예에서 설명된 A/D 변환 시스템의 동작에 대한 타이밍 제어와 함께 사용될 수 있다는 점은 자명하다.
위에서 설명된 바와 같이, 제2실시예에 따르면, DC/DC 전원과 같은 스위칭 전원이 촬영부에 실장되더라도, 낮은 노이즈 및 안정된 화상이 제공될 수 있다.
본 발명의 명백하게 상이하며 폭넓고 다양한 실시예들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 만들어질 수 있으므로, 본 발명은 후술하는 청구범위에서 규정된 바를 제외하고 구체적인 실시예에 한정되지는 않는다는 점을 이해해야 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 촬영 유닛 내에 DC/DC 전원 등의 스위칭 전원이 실장된 경우라도, 낮은 노이즈의 안정된 화상을 제공하는 것이 가능해진다.

Claims (13)

  1. 전력을 공급하는 스위칭 전원과,
    2차원적으로 배치된 검출기를 갖는 검출기 어레이와,
    상기 검출기 어레이에서의 각 행을 단위로 하여 검출기로부터 신호를 판독하고, 신호를 유지부에 유지하는 판독부와,
    상기 스위칭 전원에 대한 기준 클럭에 동기하여 기준 클럭의 정수배의 주기로 상기 판독부의 판독 대상 행을 스위칭하고, 신호에 대한 유지부의 유지 타이밍을 기준 클럭의 소정 위상과 맞추는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 화상 신호 판독장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 신호에 대한 유지부의 유지 타이밍을 행 스위칭 기간의 소정 위상과 맞추는 것을 특징으로 하는 화상 신호 판독장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 클럭, 상기 판독부에서의 판독 대상 행을 스위칭하기 위한 스위칭 신호 및 소정의 클럭을 분주하여 유지 타이밍을 지정하기 위한 타이밍 신호를 발생시키는 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 신호 판독장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 전원은 복수의 독립된 전압 출력부, 및 기준 클럭에 따라 동작하는 적어도 하나의 전압 출력부를 갖는 것을 특징으로 하는 화상 신호 판독장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 전원은 상기 검출기 어레이로부터의 신호 판독 기간 동안에는 기준 클럭에 의거하여 동작하며, 또 다른 기간 동안에는 또 다른 클럭에 의거하여 동작하는 것을 특징으로 하는 화상 신호 판독장치.
  6. 스위칭 전원 및 2차원적으로 배치된 검출기를 갖는 검출기 어레이로부터 신호를 판독하는 화상 신호 판독방법에 있어서,
    검출기 어레이에서의 각 행을 단위로 하여 검출기로부터 신호를 판독하고, 신호를 유지부에 유지하는 판독 단계와,
    스위칭 전원에 대한 기준 클럭에 동기하여 기준 클럭의 정수배의 주기로 판독 단계의 판독 대상 행을 스위칭하고, 신호에 대한 유지부의 유지 타이밍을 기준 클럭의 소정 위상과 맞추는 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 신호 판독방법.
  7. 청구항 1에 기재된 화상 신호 판독장치와,
    X선 발생기를 포함하며,
    상기 검출기 어레이는 상기 X선 발생기로부터 방출된 X선에 의거하여 신호를 유지하는 것을 특징으로 하는 X선 촬영장치.
  8. 장치에 전력을 공급하는 스위칭 전원과,
    2차원적으로 배치된 검출기를 갖는 검출기 어레이와,
    상기 검출기 어레이에서의 각 행을 단위로 하여 검출기로부터 신호를 판독하는 판독부와,
    상기 판독부에서 판독한 1라인에 해당하는 신호를 화소 단위의 디지털 데이터로 순차적으로 변환하는 변환부와,
    상기 스위칭 전원에 대한 발진 신호의 변화점 근처의 포인트에서 상기 변환부에 의한 변환 처리를 정지시키는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 화상 신호 판독장치.
  9. 제8항에 있어서,
    기준 클럭을 상기 스위칭 전원에 공급하는 공급부를 더 포함하며,
    상기 스위칭 전원은 복수의 출력 시스템을 가지며, 각 출력 시스템은 기준 클럭을 변조시킴으로써 소정의 전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 화상 신호 판독장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 변환부는 구동 클럭에 따라 아날로그/디지털 변환을 수행하며,
    상기 제어부는 상기 변화점으로부터 소정의 기간 동안에만 상기 변환부에 구동 클럭의 공급을 정지시키는 것을 특징으로 하는 화상 신호 판독장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 판독부에서 신호 판독 대상 행을 스위칭하는 기간은 상기 스위칭 전원으로부터의 기준 클럭의 정수배로 설정되는 것을 특징으로 하는 화상 신호 판독장치.
  12. 청구항 8에 기재된 화상 신호 판독장치와,
    X선 발생기를 포함하며,
    상기 검출기 어레이는 상기 X선 발생기로부터 방출된 X선에 의거하여 신호를 유지하는 것을 특징으로 하는 X선 촬영장치.
  13. 장치의 적어도 일부에 전력을 공급하는 스위칭 전원 및, 2차원적으로 배치된 검출기를 갖는 검출기 어레이로부터 신호를 판독하는 신호 판독방법에 있어서,
    검출기 어레이에서의 각 행을 단위로 하여 검출기로부터 신호를 판독하는 판독 단계와,
    판독 단계에서 판독한 1라인에 해당하는 신호를 화소 단위의 디지털 데이터로 순차적으로 변환하는 변환 단계와.
    스위칭 전원에 대한 발진 신호의 변화점 근처의 포인트에서 변환 단계에서의 변환 처리를 정지시키는 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 판독방법.
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