KR101107164B1 - 엑스레이 검출장치 및 이의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

엑스레이 검출장치는 복수의 주사선, 복수의 데이터선, 및 상기 복수의 주사선과 상기 복수의 데이터선에 연결되는 복수의 광감지 화소를 포함하는 엑스레이 수신 패널, 상기 복수의 주사선에 연결되어 상기 복수의 광감지 화소의 데이터 신호의 출력을 제어하는 주사신호를 인가하는 주사 구동부, 및 상기 복수의 데이터선에 연결되어 상기 복수의 광감지 화소에서 출력되는 데이터 신호를 수신 및 판독하고, 피사체의 투과도에 따른 커패시턴스를 조정하는 데이터 검출부를 포함한다. 측정된 피사체의 투과도에 따라 적분기의 커패시턴스를 적응적 조정하여 엑스레이 검출장치의 양자검출효율을 향상시킬 수 있다.

Description

엑스레이 검출장치 및 이의 구동방법{Apparatus for detecting X-ray and method of operating the same}
본 발명은 엑스레이 검출장치 및 이의 구동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피사체의 투과도에 따라 적분기의 커패시턴스를 조정하여 검출효율을 높일 수 있는 엑스레이 검출장치 및 이의 구동방법에 관한 것이다.
엑스레이 검출장치는 엑스레이 발생장치에 의해서 촬영된 피사체의 엑스레이 이미지를 검출하여 디스플레이 장치로 제공하는 장치이다. 현재, 필름을 사용하지 않는 디지털 방사선(Digital Radiography) 방식을 이용하는 플랫 패널(flat panel) 방식의 엑스레이 검출장치가 널리 이용되고 있다. 이러한 방식을 이용하는 플랫 패널 엑스레이 검출장치는 플랫 패널 내에 엑스레이를 감지하기 위한 다수의 광감지 픽셀을 구비한다. 각 광감지 픽셀은 엑스레이 발생장치로부터 발생된 엑스레이를 감지하여 전기적 신호를 출력한다. 전기적 신호는 판독 집적회로(Readout integrated circuits, ROIC)에 의해 플랫 패널로부터 행 단위로 판독된다. 판독 집적회로에서 출력되는 신호는 신호 처리과정을 거쳐 영상 신호로 변환되어 엑스레이 이미지를 표시하기 위한 디스플레이 장치로 전송된다.
엑스레이 검출장치의 성능은 양자검출효율(Detective Quantum Efficiency, DQE)로 표현될 수 있는데, 엑스레이 검출장치의 양자검출효율을 높이기 위해서는 엑스레이 발생장치에서 높은 광량으로 엑스레이를 조사하거나, 플랫 패널에서 데이터선의 로드를 최소화하고 PIN 다이오드의 감광도를 높이는 것이 좋은 방법이다. 엑스레이 검출장치의 양자검출효율을 높이기 위한 방법으로 자동노출제어(auto exposure control, AEC) 방식이 있다. 자동노출제어 방식은 엑스레이 발생장치에서 미리 정해진 여러 가지 피사체에 대해 조사되는 광량을 자동적으로 제어하는 부하조건 제어방식이다.
또한, 엑스레이 검출장치의 양자검출효율은 전기적 신호를 판독하는 판독 집적회로(ROIC)의 성능 이득에 영향을 받는다. 일반적으로 판독 집적회로에는 피사체의 전체적인 투과도를 고려한 고정된 값의 전기용량을 가지는 피드백 커패시터가 포함된다. 예를 들어, 실제 사람의 엑스레이 영상을 찍을 경우, 사람의 체형에 따라 투과도가 서로 다르고 촬영 부위마다 투과도가 다르다. 이러한 점을 고려하여 종래 엑스레이 검출장치는 촬영 대상에 관계 없이 적용 가능한 일정한 값의 전기용량을 가지는 피드백 커패시터를 사용한다.
종래 엑스레이 검출장치가 피사체의 엑스레이 촬영 영상을 감지하여 읽는데걸리는 시간은 1-2초 정도이다. 그러나 고속으로 촬영 영상을 감지 및 읽어내는 엑스레이 검출 장치가 요구되고, 일정한 전기용량을 가지는 피드백 커패시터를 사용하는 종래 장치는 고속 동작에 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 피사체의 투과도에 따라 피드백 커패시터를 조절하여 양자검출효율을 높일 수 있는 엑스레이 검출장치 및 이의 구동방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 엑스레이 검출장치는 복수의 주사선, 복수의 데이터선, 및 상기 복수의 주사선과 상기 복수의 데이터선에 연결되는 복수의 광감지 화소를 포함하는 엑스레이 수신 패널, 상기 복수의 주사선에 연결되어 상기 복수의 광감지 화소의 데이터 신호의 출력을 제어하는 주사신호를 인가하는 주사 구동부, 및, 상기 복수의 데이터선에 연결되어 상기 복수의 광감지 화소에서 출력되는 데이터 신호를 수신 및 판독하고, 피사체의 투과도에 따른 커패시턴스를 조정하는 데이터 검출부를 포함한다.
상기 데이터 검출부는 상기 복수의 데이터선 각각에 연결되어 각 데이터선을 통하여 전달되는 상기복수의 광감지 화소의 전류를 수신하고 디지털 데이터 신호를 생성하는 복수의 독출부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 독출부 각각은 대응하는 데이터선에 연결되어 있고, 전달되는 데이터 신호를 적분하여 출력전압을 생성하는 적분기, 및 상기 출력 전압을 디지털 변환하여 디지털 데이터 신호를 생성하는 아날로그 디지털 변환기를 포함할 수 있다.
상기 적분기는 상기 대응하는 데이터선에 연결되어 있는 제1 입력 단자, 기준 전압이 입력되는 제2 입력 단자 및 상기 출력 전압이 출력되는 출력단을 포함하는 차동 증폭기, 상기 차동 증폭기의 제1 입력 단자와 상기 출력단에 사이에 병렬로 연결되는 복수의 피드백 커패시터, 상기 복수의 피드백 커패시터 중 대응하는 피드백 커패시터를 상기 차동 증폭기의 제1 입력 단자 및 상기 출력단 사이에 선택적으로 연결시키는 복수의 스위치를 포함할 수 있다.
상기 복수의 스위치 각각은 상기 차동 증폭기의 제1 입력 단자에 연결되어 있는 일단 및 상기 복수의 피드백 커패시터 중 대응하는 피드백 커패시터의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함하고, 상기 대응하는 피드백 커패시터의 타단은 상기 차동 증폭단의 출력단에 연결될 수 있다.
상기 복수의 스위치는 상기 복수의 피드백 커패시터 각각에 연결되는 복수의 단위 스위치, 및 상기 복수의 피드백 커패시터를 리셋시키는 리셋 스위치를 포함할 수 있다.
상기 피사체의 투과도 측정을 위한 소정의 조사량의 엑스레이가 조사되는 선행 조사 구간에서, 상기 복수의 단위 스위치의 개폐 상태가 미리 정해질 수 있다.
상기 선행 조사 구간 이후 상기 피사체의 투과도에 따른 커패시턴스를 조정하기 위한 커패시턴스 조정 구간에서, 상기 리셋 스위치는 닫혀서 상기 복수의 단위 스위치를 리셋시킬 수 있다.
상기 선행 조사 구간 이후 커패시턴스 조정 구간에서, 상기 복수의 단위 스위치는 상기 피사체의 투과도에 따라 개폐 상태가 조정될 수 있다.
상기 커패시턴스 조정 구간 이후 상기 피사체의 엑스레이 영상 표시를 위한 소정의 조사량의 엑스레이가 조사되는 주요 조사 구간에서, 상기 데이터 검출부는 상기 피사체의 엑스레이 영상의 표시를 위한 주요 출력 신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광 검출장치는 광감지 화소, 상기 광감지 화소로부터 생성되는 데이터 신호를 증폭하는 차동 증폭기, 상기 차동 증폭기와 병렬로 연결되는 복수의 피드백 커패시터, 및 상기 복수의 피드백 커패시터 각각을 선택적으로 상기 차동 증폭기에 연결시키는 복수의 스위치를 포함할 수 있다.
상기 복수의 스위치는 상기 복수의 피드백 커패시터 각각에 연결되는 복수의 단위 스위치, 및 상기 복수의 피드백 커패시터를 리셋시키는 리셋 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광감지 화소로부터 출력되는 데이터 신호의 증폭을 위한 적분기를 포함하는 엑스레이 검출장치의 구동방법은 피사체의 투과도 측정을 위한 소정의 조사량의 엑스레이에 의해 상기 광감지 화소로부터 출력되는 데이터 신호를 디지털 신호로 변환하여 선행 출력 신호를 생성하는 선행 조사 단계, 상기 선행 출력 신호로부터 상기 피사체의 투과도를 산출하고, 상기 산출된 피사체의 투과도에 따라 상기 적분기의 커패시턴스를 조정하는 커패시턴스 조정 단계, 및 상기 피사체의 엑스레이 영상을 표시하기 위한 소정의 조사량의 엑스레이에 의해 상기 광감지 화소로부터 출력되는 데이터 신호를 디지털 신호로 변환하여 주요 출력 신호를 생성하는 주요 조사 단계를 포함한다.
상기 선행 조사 단계는 상기 적분기에 포함되는 복수의 피드백 커패시터 중 적용되는 피드백 커패시터가 미리 정해져 상기 선행 출력 신호를 생성할 수 있다.
측정된 피사체의 투과도에 따라 적분기의 커패시턴스를 적응적으로 조정하여 엑스레이 검출장치의 양자검출효율을 향상시킬 수 있다. 적분기의 커패시턴스를 조정함으로써, 자동노출제어 방식을 사용할 필요가 없고 피사체의 위치에 따른 에러가 발생하지 않으며 엑스레이 조사량을 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 하나의 광감지 화소를 도시한 회로도이다.
도 3은 도 1의 엑스레이 검출장치의 구동을 설명하기 위한 타이밍도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시 예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출장치를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 엑스레이 검출장치는 신호 제어부(100), 주사 구동부(200), 데이터 검출부(300) 및 엑스레이 수신 패널(400)을 포함한다.
엑스레이 수신 패널(400)은 복수의 주사선들(S1~Sn), 복수의 데이터선들(D1~Dm) 및 복수의 광감지 화소들(PX)을 포함한다. 복수의 광감지 화소들(PX)은 복수의 신호선들(S1~Sn, D1~Dm)에 연결되어 대략 행렬의 형태로 배열된다.
주사선들(S1~Sn)은 대략 행 방향으로 연장되어 서로가 거의 평행하고, 데이터선들(D1~Dm)은 대략 열 방향으로 연장되어 서로가 거의 평행하다. 엑스레이 수신 패널(400)에는 복수의 광감지 화소(PX) 각각의 동작에 필요한 바이어스 전압(Vbias)이 공급된다.
엑스레이 수신 패널(400)에서 엑스레이가 입사되는 면에는 엑스레이를 가시광선으로 변환하기 위한 신틸레이터(scintillator)층(미도시)이 마련된다. 신틸레이터층은 가돌리윰 산황화물(gadolinium oxysulfide, GOS) 등으로 구성될 수 있다.
신호 제어부(100)는 외부 장치로부터 공급되는 신호에 대응하여 주사 구동신호(CONT)를 생성한다. 주사 구동신호(CONT)는 주사 구동부(200)의 동작을 제어하는 신호이다. 신호 제어부(100)는 생성된 주사 구동신호(CONT)를 주사 구동부(200)로 제공한다.
주사 구동부(200)는 엑스레이 수신 패널(400)의 주사선(S1~Sn)에 연결되며, 주사 구동신호(CONT)에 따라 스위칭 트랜지스터(도 2의 M1)를 턴-온(turn on)시키는 게이트 온 전압(Von)과 턴-오프(turn off)시키는 게이트 오프 전압(Voff)의 조합으로 이루어진 복수의 주사신호를 생성하여 복수의 주사선(S1~Sn) 각각에 인가한다. 주사신호는 엑스레이 수신 패널(400)에서의 데이터 신호의 출력을 제어하는 신호이다.
데이터 검출부(300)는 엑스레이 수신 패널(400)의 데이터선(D1~Dm) 각각에 연결되는 독출부(RO1~ROm)를 포함하며, 각 독출부(RO1~ROm)는 각 데이터선(D1~Dm)을 통하여 엑스레이 수신 패널(400)의 광감지 화소(PX)에서 전달되는 전류를 수신 및 판독하여 디지털 데이터 신호를 생성한다. 데이터 검출부(300)는 피사체의 투과도에 따른 적정한 피드백 커패시터(feedback capacitor, Cfb)의 전기용량을 선택할 수 있다. 이에 대한 구성 및 구동 방식은 후술한다.
상술한 구동 장치(100, 200, 300) 각각은 적어도 하나의 집적 회로 칩의 형태로 엑스레이 수신 패널(400) 위에 직접 장착되거나, 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(미도시) 위에 장착되거나 TCP(tape carrier package)의 형태로 엑스레이 수신 패널(400)에 부착되거나, 별도의 인쇄 회로 기판(printed circuit board)(미도시) 위에 장착될 수 있다. 또는 구동 장치(100, 200, 300)들은 신호선들(S1~Sn, D1~Dm)과 함께 엑스레이 수신 패널(400)에 집적될 수도 있다.
도 2는 도 1의 하나의 광감지 화소 및 독출부를 나타내는 회로도이다.
도 2를 참조하면, 엑스레이 검출장치의 광감지 화소(PX)는 포토다이오드(photo diode, PD) 및 스위칭 트랜지스터(M1)를 포함하고, 각 독출부(RO1~ROm)는 차동 증폭기(differential amplifier, DA)와 피드백 커패시터(Cfb), 스위치(SW)를 포함하는 적분기(INT) 및 아날로그 디지털 변환기(analog digital converter, ADC)를 포함한다.
도 2에서는 복수의 화소(PX) 중에서 i번째 주사선(Si) 및 j번째 데이터선(Dj)에 연결되어 있는 광감지 화소(5)와, j번째 데이터선(Dj)에 연결되어 있는 독출부(ROj)의 구성을 도시한 것이다. 후술하는 하나의 광감지 화소(5) 및 이에 대응하는 독출부(ROj)의 구성 및 동작은 다른 행 및 열에 배치되는 광감지 화소 및 이에 대응하는 독출부에 동일하게 적용될 수 있다.
광감지 화소(5)는 신틸레이터층을 통하여 입사되는 가시광선에 대응하여 전류를 생성하는 포토다이오드(PDij), 포토다이오드(PDij)에서 생성된 전류(Eij)를 데이터 선(Dj)으로 전달하는 스위칭 트랜지스터(M1ij)를 포함한다.
포토다이오드(PDij)는 바이어스 전압(Vbias)이 공급되는 애노드 전극, 및 스위칭 트랜지스터(M1ij)의 제1 전극에 연결되는 캐소드 전극을 포함한다. 포토다이오드(PDij)는 신틸레이터층을 통하여 입사되는 가시광선에 대응하여 전류를 생성한다. 포토다이오드(PD)로 수소화 아모퍼스 실리콘(hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H) PIN 다이오드가 사용될 수 있다.
스위칭 트랜지스터(M1ij)는 주사선(Si)에 연결되는 게이트 전극, 포토다이오드(PDij)의 캐소드 전극에 연결되는 제1 전극 및 데이터선(Dj)에 연결되는 제2 전극을 포함한다. 스위칭 트랜지스터(M1ij)는 포토다이오드(PDij)에 흐르는 전류(Eij)를 데이터선(Dj)에 전달한다. 스위칭 트랜지스터(M1ij)는 주사선(Si)으로부터 게이트 온 전압(Von)의 주사신호(Vsi)가 인가되면 턴-온된다. 스위칭 트랜지스터(M1ij)가 턴-온되면 포토다이오드(PDij)에 흐르는 전류(Eij)는 데이터선(Dj)을 통해 독출부(ROj)로 전달된다. 포토다이오드(PDij)에서 생성되어 독출부(ROj)로 전달되는 전류(Eij)를 데이터 신호라 한다.
독출부(ROj)는 데이터선(Dj)에 연결되는 차동 증폭기(DAj), 차동 증폭기(DAj)와 병렬로 연결되는 복수의 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j), 각 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)를 차동 증폭기(DAj)에 선택적으로 연결시키는 복수의 스위치(SW1j, SW2j, SW3j), 및 차동 증폭기(DAj)에서 출력되는 출력 전압(Voutij)을 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADCj)를 포함한다. 각 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)는 차동 증폭기(DAj)의 반전 단자(-)에 연결되는 일단, 및 차동 증폭기(DAj)의 출력단에 연결되는 타단을 포함한다. 각 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)의 커패시턴스는 서로 같거나 다를 수 있다.
복수의 스위치(SW1j, SW2j, SW3j)는 각 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)의 차동 증폭기(DAj)와의 연결을 제어하는 단위 스위치(SW1j, SW2j)와 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)를 리셋시키는 리셋 스위치(SW3j)로 구분된다. 제1 단위 스위치(SW1j)는 제1 피드백 커패시터(Cfb1j)를 차동 증폭기(DAj)의 반전 단자(-) 및 출력단 사이에 연결시키거나 플로팅시키고, 제2 단위 스위치(SW2j)는 제2 피드백 커패시터(Cfb2j)를 차동 증폭기의 반전 단자(-) 및 출력단 사이에 연결시키거나 플로팅시킨다. 여기서는 2개의 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j) 및 2개의 단위 스위치(SW1j, SW2j)를 사용하는 것으로 예시하였으나, 피드백 커패시터 및 단위 스위치의 개수는 이에 한정되지 않는다.
단위 스위치(SW1j, SW2j)는 대응하는 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)의 일단과 차동 증폭기(DAj)의 반전 단자(-) 사이에 배치되어, 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)의 일단에 연결되는 일단 및 차동 증폭기(DAj)의 반전 단자(-)에 연결되는 타단을 포함한다. 또는 단위 스위치(SW1j, SW2j)는 대응하는 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)의 타단과 차동 증폭기(DAj)의 출력단 사이에 배치되어, 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)의 타단에 연결되는 일단 및 차동 증폭기(DAj)의 출력단에 연결되는 타단을 포함할 수 있다.
리셋 스위치(SW3j)는 차동 증폭기(DAj)의 반전 단자(-)에 연결되는 일단 및 출력단에 연결되는 타단을 포함한다. 리셋 스위치(SW3j)는 차동 증폭기(DAj)의 출력단에 연결되어 있는 일단 및 차동 증폭기(DAj)의 반전 단자(-)에 연결되어 있는 타단을 포함한다.
차동 증폭기(DAj)는 데이터선(Dj)에 연결되는 반전 단자(-), 출력 신호의 증폭을 위한 기준 전압(VR)에 연결되는 비반전 단자(+), 및 아날로그 디지털 변환기(ADCj)에 연결되는 출력단을 포함한다. 차동 증폭기(DAj) 및 차동 증폭기(DAj)의 반전 단자(-) 및 출력단 사이에 연결되어 있는 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)는 적분기(INTj)를 형성한다. 적분기(INTj)는 포토다이오드(PDij)로부터 전달되는 전류(Eij)를 적분하여 출력 전압(Voutij)을 생성한다.
데이터선(Dj)을 통해 전달된 포토다이오드(PDij)의 전류(Eij)는 턴-온 되어 있는 스위칭 트랜지스터(M1ij)를 통해 적분기(INTj)로 전달된다. 적분기(INTj)의 전달함수는 적분기(INTj)의 커패시턴스에 반비례하므로, 반전 단자(-)와 출력단 사이에 연결되어 있는 피드백 커패시터의 개수가 증가할수록, 적분기(INTj)의 커패시턴스가 증가하여 전달함수는 감소하고, 피드백 커패시터의 개수가 감소할수록, 적분기의 커패시턴스가 감소하여 전달함수가 증가한다. 전달함수의 절대값이 증가할수록 입력 전류(포토다이오드(PDij)로부터 전달되는 전류(Eij))와 출력 전압(Voutij)간의 비가 크므로, 적분기(INTj)의 게인(gain)이 증가한다. 반대로 전달함수의 절대값이 감소할수록 입력 전류(Eij)와 출력 전압(Voutij) 간의 비가 작으므로 적분기(INTj)의 게인이 감소한다.
따라서 투과도가 낮으면 엑스레이 검출 장치의 감지도를 증가시키기 위해, 적분기(INTj)의 커패시턴스를 감소시켜야 한다. 즉, 반전 단자(-)와 출력단 사이에 연결되어 있는 피드백 커패시터의 개수를 감소시킨다.
본 발명의 실시 예에서는 두 개의 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j) 각각의 일단에 스위치(SW1j, SW2j)를 연결하여 적분기(INTj)의 입력단 및 출력단 사이에 연결되는 피드백 커패시터의 개수를 제어한다. 그러나 본 발명이 도시된 구조에 한정되는 것은 아니고, 적분기에 포함되어 있는 피드백 커패시터의 개수 및 그 연결 관계는 변형이 가능하며, 적분기의 커패시턴스를 제어할 수 있는 구조라면 본 발명에 적용될 수 있다.
아날로그 디지털 변환기(ADCj)는 적분기(INTj)의 출력단에 연결되며, 적분기(INTj)에서 출력되는 아날로그 신호인 출력 전압(Voutij)을 디지털 신호로 변환한다.
상술한 독출부(ROj)의 구성은 엑스레이 검출장치에 한정되지 않으며, 광감지 화소(PX)로부터 생성되는 데이터 신호를 처리하는 광 검출장치 등에 적용될 수 있다. 광 검출장치는 복수의 스위치(SW1j, SW2j, SW3j)의 개폐 상태를 조정하여 적분기(INTj)의 커패시턴스를 조정하고 광 검출 효율을 높일 수 있다.
이제, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출장치의 구동방법에 대하여 설명한다. 도 3은 도 1의 엑스레이 검출장치의 구동을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 엑스레이 발생장치(미도시)로부터 방출된 엑스레이는 피사체를 통과하여 엑스레이 검출장치로 입사된다. 이때, 엑스레이는 신틸레이터층을 통과하여 가시광선으로 변환되고, 변환된 가시광선은 엑스레이 검출장치의 광감지 화소(PX)의 포토다이오드(PD)로 입사된다. 포토다이오드(PD)는 입사되는 가시광선에 대응하여 전류를 생성하고, 생성된 전류는 각 데이터선(D1~Dm)에 연결된 독출부(RO1~ROm)로 전달된다.
신호 제어부(100)는 외부 장치로부터 입력되는 신호에 따라 주사 구동부(200)의 동작 조건에 맞게 주사 구동신호(CONT)를 생성한다. 주사 구동신호(CONT)는 주사 구동부(200)로 보내어진다. 예를 들어, 엑스레이 발생장치에서 엑스레이 방출이 시작될 때, 엑스레이 방출 시작 신호가 신호 제어부(100)로 전송될 수 있으며, 신호 제어부(100)는 엑스레이 방출 시작 신호가 입력되면 주사 구동신호(CONT)를 생성할 수 있다.
주사 구동부(200)는 주사 구동신호(CONT)에 따라 복수의 주사선(S1~Sn)에 대해 순차적으로 주사신호(Vs)를 인가할 수 있다.
엑스레이 발생장치는 피사체의 엑스레이 영상의 표시를 위하여 선행 조사(pre-exposure) 및 주요 조사(main-exposure)를 수행한다. 선행 조사가 수행되는 구간을 선행 조사 구간(T1)이라 하고, 주요 조사가 수행되는 구간을 주요 조사 구간이(T3)라 한다. 선행 조사 구간(T1)에서의 엑스레이 조사량은 주요 조사 구간(T3)에서의 엑스레이 조사량의 대략 1/100 정도로써 미리 정해진 조사량의 엑스레이가 조사된다. 엑스레이 검출장치는 선행 조사에 대하여 출력되는 선행 출력 신호를 측정하여 피사체의 투과도를 계산하고, 피사체의 투과도에 적절한 피드백 커패시터를 적용한다. 엑스레이 검출장치에서 선행 조사에 대한 피사체의 투과도를 계산하고 피드백 커패시터를 조정하는데 필요한 시간을 커패시턴스 조정 구간(T2)라 한다.
선행 조사 구간(T1)에서, 엑스레이 발생장치는 미리 정해진 조사량의 엑스레이를 조사한다. 선행 조사된 엑스레이는 피사체를 투과한 후 신틸레이터층을 통과하면서 가시광선으로 변환된다. 가시광선은 화소(PX)의 복수의 포토다이오드(PD)에 입사되며, 복수의 포토다이오드(PD) 각각은 입사되는 가시광선의 조사량에 따라 전류를 발생시킨다.
주사 구동부(200)는 선행 조사 구간(T1) 동안 게이트 온 전압(Von)을 주사선(S1~Sn)에 순차적으로 인가하여 각 화소(PX)의 스위칭 트랜지스터(M1)를 턴-온시킨다. 스위칭 트랜지스터(M1)가 턴-온되면 포토다이오드(PD)에서 생성되는 전류(E)는 데이터선(D1~Dm)을 통해 독출부(RO1~ROm)로 전달된다.
선행 조사 구간(T1) 중 제1 주사 신호(Vs1)가 하이 레벨인 기간 동안 제1 주사선(S1)에 연결되어 있는 복수의 화소(PX) 각각의 포토다이오드(PD)에 흐르는 전류는 대응하는 데이터선(D1~Dm)을 통해 데이터 검출부(300)로 전달된다. 데이터 검출부(300)는 복수의 독출부(RO1~ROm)를 포함하고 있으며, 복수의 독출부(RO1~ROm) 각각은 대응하는 데이터선(D1~Dm)으로부터 전달되는 전류(E)를 적분하여 출력 신호를 생성한다.
데이터 검출부(300)는 제1 주사선(S1)에 대응하는 복수의 포토다이오드(PD) 각각의 전류에 대한 정보인 출력 신호를 저장한다.
그리고 데이터 검출부(300)는 제2 주사 신호(Vs2)가 하이 레벨인 기간 동안 제2 주사선(S2)에 대응하는 복수의 포토다이오드 각각의 전류를 적분하여 출력 신호를 생성 및 저장한다.
이와 같은 방식으로 선행 조사 기간(T1) 동안 엑스레이 수신 패널(400)에 수신된 엑스레이에 대한 정보를 저장한다.
선행 조사 기간(T1) 동안 리셋 스위치(SW3)는 열린 상태이고, 복수의 독출부(RO1~ROm)의 적분기(INT)의 커패시턴스는 임의적으로 설정될 수 있다.
구체적으로, 데이터선(Dj)에 연결되어 있는 독출부(ROj)의 두 개의 단위 스위치(SW1j, SW2j) 모두가 닫힌 상태로 선행 조사가 수행되거나, 둘 중 하나가 닫힌 상태로 조사가 수행될 수 있다.
이와 같이, 선행 조사 구간(T1)에서 복수의 주사선(S1~Sn)에 주사신호(Vs1~Vsn)를 순차적으로 인가하여 복수의 광감지 화소(PX)에 대한 선행 출력 신호를 검출할 수 있다.
커패시턴스 조정 구간(T2)에서, 데이터 검출부(300)는 선행 출력 신호로부터 피사체의 투과도를 산출하고, 피사체의 투과도에 따라 동작시킬 피드백 커패시터(Cfb1j, Cfb2j)를 결정한다. 이때, 주사신호(Vs1~Vsn)는 주사되지 않으며, 이에 따라 복수의 화소(PX)의 포토다이오드(PD)에서의 전류도 생성되지 않는다. 그리고 리셋 스위치(SW3)는 닫힌 상태가 되어 선행 조사 구간(T1)에서 닫힌 상태로 동작한 단위 스위치에 대응하는 피드백 커패시터를 리셋시킨다.
엑스레이 발생장치에서 선행 조사되는 엑스레이의 조사량과, 독출부(RO1~ROm)의 피드백 커패시터(Cfb1, Cfb2)의 전기용량 및 대응하는 스위치의 개폐 상태가 미리 정해져 있으면, 데이터 검출부(300)는 선행 출력 신호로부터 피사체의 투과도를 계산할 수 있다. 데이터 검출부(300)는 피사체의 투과도에 대응하여 리셋 스위치(SW3)를 열고 단위 스위치(SW1, SW2)의 개폐 상태를 조정하여 적분기(INT)의 커패시턴스를 조정할 수 있다. 피사체의 투과도에 따라, 또는 선행 출력 신호에 따라 적분기(INT)의 커패시턴스는 미리 지정되어 있을 수 있으며, 데이터 검출부(300)는 지정된 커패시턴스에 따라 단위 스위치(SW1, SW2)의 개폐 상태를 조정하여 피드백 커패시터(Cf1, Cf2)를 동작시킨다.
예를 들어, 선행 조사 구간(T1)에서 제1 피드백 커패시터(Cf1)와 제2 피드백 커패시터(Cf2)가 동작하도록 제1 단위 스위치(SW1)와 제2 단위 스위치(SW2)가 닫혀 있는 경우, 제1 피드백 커패시터(Cf1) 및 제2 피드백 커패시터(Cf2)의 전기용량에 따라 적분기(INT)의 커패시턴스가 결정된다. 이때, 적분기(INT)의 커패시턴스를 감소시킬 필요가 있는 경우, 커패시턴스 조정 구간(T2)에서 제1 단위 스위치(SW1) 및 제2 단위 스위치(SW2j) 중 적어도 어느 하나를 열어 적분기(INT)의 커패시턴스를 감소시킬 수 있다.
주요 조사 기간(T3)은 선행 조사 기간(T1)과 동일한 방식으로 동작한다. 다만 주요 조사 기간(T3)에 엑스레이 발생장치로부터 피사체로 전달되는 엑스레이의 조사량이 상이할 뿐이다. 주요 조사 기간(T3)에 조사되는 엑스레이는 선행 조사 기간(T1)에 조사된 엑스레이의 조사량에 대해 정해진 비율의 조사량으로 조사될 수 있다.
구체적으로, 복수의 주사 신호(Vs1~Vsn)는 순차적으로 하이 레벨을 가지는 펄스가 되어 대응하는 주사선(S1~Sn)으로 전달되고, 전달된 주사 신호(Vs1~Vsn)에 따라 턴-온 된 스위칭 트랜지스터(M1)를 통해 포토다이오드(PD)의 전류(E)가 대응하는 독출부(RO1~ROm)로 전달된다. 이때, 각 독출부(RO1~ROm)의 적분기(INT)의 커패시턴스는 커패시턴스 조정 구간(T2)에서 조정된 상태이다.
적분기(INT)의 출력 전압(Vout)은 아날로그 디지털 변환기(ADC)로 입력되고, 아날로그 디지털 변환기(ADC)는 적분기(INT)의 출력 전압(Vout)을 디지털 신호로 변환한다. 주요 조사 구간(T3)에서 출력되는 디지털 신호를 주요 출력 신호라 한다.
이와 같이, 주요 조사 구간(T3)에서 복수의 주사선(S1~Sn)에 주사신호(Vs1~Vsn)를 순차적으로 인가하여 복수의 광감지 화소(PX)에 대한 주요 출력 신호를 검출할 수 있다.
데이터 검출부(300)는 주요 출력 신호를 엑스레이 이미지를 표시하기 위한 디스플레이 장치로 전송한다.
상술한 바와 같이, 선행 조사를 통하여 피사체의 투과도에 따른 조정된 커패시턴스를 사용하여 엑스레이 검출장치의 양자검출효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 복수의 주사선, 복수의 데이터선, 및 상기 복수의 주사선과 상기 복수의 데이터선에 연결되는 복수의 광감지 화소를 포함하는 엑스레이 수신 패널;
    상기 복수의 주사선에 연결되어 상기 복수의 광감지 화소의 데이터 신호의 출력을 제어하는 주사신호를 인가하는 주사 구동부; 및
    상기 복수의 데이터선에 연결되어 상기 복수의 광감지 화소에서 출력되는 데이터 신호를 수신 및 판독하는 데이터 검출부를 포함하고,
    상기 데이터 검출부는 피사체의 투과도 측정을 위한 제1 조사량의 엑스레이가 조사되는 선행 조사 구간 동안 선행 출력 신호를 검출하고, 상기 선행 출력 신호로부터 상기 피사체의 투과도를 산출하고, 상기 산출된 피사체의 투과도에 따라 상기 복수의 광감지 화소로부터 출력되는 데이터 신호를 증폭하기 위한 적분기의 커패시턴스를 조정한 후 상기 피사체의 엑스레이 영상 표시를 위한 제2 조사량의 엑스레이가 조사되는 주요 조사 구간 동안 상기 피사체의 엑스레이 영상 표시를 위한 주요 출력 신호를 출력하고,
    상기 제1 조사량은 상기 제2 조사량보다 미리 정해진 비율만큼 적은 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 데이터 검출부는
    상기 복수의 데이터선 각각에 연결되어 각 데이터선을 통하여 전달되는 상기복수의 광감지 화소의 전류를 수신하고 디지털 데이터 신호를 생성하는 복수의 독출부를 포함하는 엑스레이 검출장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 복수의 독출부 각각은,
    대응하는 데이터선에 연결되어 있고, 전달되는 데이터 신호를 적분하여 출력전압을 생성하는 적분기; 및
    상기 출력 전압을 디지털 변환하여 디지털 데이터 신호를 생성하는 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 엑스레이 검출장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 적분기는
    상기 대응하는 데이터선에 연결되어 있는 제1 입력 단자, 기준 전압이 입력되는 제2 입력 단자 및 상기 출력 전압이 출력되는 출력단을 포함하는 차동 증폭기;
    상기 차동 증폭기의 제1 입력 단자와 상기 출력단에 사이에 병렬로 연결되는 복수의 피드백 커패시터;
    상기 복수의 피드백 커패시터 중 대응하는 피드백 커패시터를 상기 차동 증폭기의 제1 입력 단자 및 상기 출력단 사이에 선택적으로 연결시키는 복수의 스위치를 포함하는 엑스레이 검출장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 복수의 스위치 각각은,
    상기 차동 증폭기의 제1 입력 단자에 연결되어 있는 일단 및 상기 복수의 피드백 커패시터 중 대응하는 피드백 커패시터의 일단에 연결되어 있는 타단을 포함하고,
    상기 대응하는 피드백 커패시터의 타단은 상기 차동 증폭기의 출력단에 연결되어 있는 엑스레이 검출장치.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 복수의 스위치는
    상기 복수의 피드백 커패시터 각각에 연결되는 복수의 단위 스위치; 및
    상기 복수의 피드백 커패시터를 리셋시키는 리셋 스위치;
    를 포함하는 엑스레이 검출장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 선행 조사 구간에서, 상기 복수의 단위 스위치의 개폐 상태가 미리 정해지는 엑스레이 검출장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 선행 조사 구간 이후 상기 피사체의 투과도에 따른 커패시턴스를 조정하기 위한 커패시턴스 조정 구간에서, 상기 리셋 스위치는 닫혀서 상기 복수의 단위 스위치를 리셋시키는 엑스레이 검출장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 선행 조사 구간 이후 커패시턴스 조정 구간에서, 상기 복수의 단위 스위치는 상기 피사체의 투과도에 따라 개폐 상태가 조정되는 엑스레이 검출장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 조사량의 엑스레이가 조사되는 주요 조사 구간에서, 상기 데이터 검출부는 상기 피사체의 엑스레이 영상의 표시를 위한 주요 출력 신호를 출력하는 엑스레이 검출장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 광감지 화소로부터 출력되는 데이터 신호의 증폭을 위한 적분기를 포함하는 엑스레이 검출장치의 구동방법에 있어서,
    피사체의 투과도 측정을 위한 제1 조사량의 엑스레이에 의해 상기 광감지 화소로부터 출력되는 데이터 신호를 디지털 신호로 변환하여 선행 출력 신호를 생성하는 선행 조사 단계;
    상기 선행 출력 신호로부터 상기 피사체의 투과도를 산출하고, 상기 산출된 피사체의 투과도에 따라 상기 적분기의 커패시턴스를 조정하는 커패시턴스 조정 단계; 및
    상기 피사체의 엑스레이 영상을 표시하기 위한 제2 조사량의 엑스레이에 의해 상기 광감지 화소로부터 출력되는 데이터 신호를 디지털 신호로 변환하여 주요 출력 신호를 생성하는 주요 조사 단계를 포함하고,
    상기 제1 조사량은 상기 제2 조사량보다 미리 정해진 비율만큼 적은 것을 특징으로 하는 엑스레이 검출장치의 구동방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 선행 조사 단계는 상기 적분기에 포함되는 복수의 피드백 커패시터 중 적용되는 피드백 커패시터가 미리 정해져 상기 선행 출력 신호를 생성하는 엑스레이 검출장치의 구동방법.
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