KR101245526B1 - 집광렌즈를 이용한 ｐｄｐ패널 기반의 디지털 엑스-선 영상검출기 - Google Patents

집광렌즈를 이용한 ｐｄｐ패널 기반의 디지털 엑스-선 영상검출기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기에 관한것으로, 픽셀화(pixelization)된 2차원 평면 패널 형태의 PDP(Plasma Display Panel)를 광원으로 이용하며, 평면 패널 상의 픽셀들을 하나의 라인 단위로 전기적 방식을 이용하여 순차적으로 온(On)/오프(Off) 시켜 선광원을 발생시키는 광원 장치; 및 상기 광을 투과시키며 상기 디지털 엑스-선 영상검출기의 픽셀에 따라 픽셀화된 하부전극을 포함하며, 상기 광원 장치는, 다수의 가시광이 나오는 픽셀을 포함하며, 픽셀화된 PDP 패널 광원; 및 상기 PDP 패널 광원의 상부에 위치하며, 상기 다수의 픽셀에 대응하는 하부전극 특정 픽셀에 집중되어 조사되도록 집광하는 다수의 집광 렌즈를 포함한다. 본 발명은 인접 픽셀 어레이로의 빛 퍼짐 또는 cross-talk 현상을 최소화하여 영상센서의 공간 분해능 및 해상도를 크게 향상시키려는 것을 특징으로 한다.

Description

집광렌즈를 이용한 ＰＤＰ패널 기반의 디지털 엑스-선 영상검출기 {A digital X-ray image detector using PDP panel with condenser lens}
본 발명은 광 스위칭 방식을 이용하여 스캐닝하기 위한 디지털 엑스-선 영상검출기에 관한 것으로, 구체적으로는 집광렌즈을 포함한 PDP(Plasma Display Panel) 패널을 사용하여 방사선 영상을 획득하는 영상검출기에 관한 것이다.
일반적으로, 엑스-선의 투과성질을 이용하여 환자의 신체부위나 물체를 투시하여 촬영하는 의료용 또는 산업용의 디지털 엑스-선 영상 검출기는 널리 사용되고 있다. 이러한 디지털 엑스-선 영상 검출기는 엑스-선 영상정보를 가져오기 위하여 픽셀화된 readout 기판에 TFT(Thin Film Transistor)를 사용하고 있다.
그러나, TFT를 사용하여 영상정보를 readout하는 방식은 2차원 배열로 이루어진 개개의 픽셀에 저장되어 있는 전하를 TFT 스위칭을 이용하여 읽어오는데, 이때 발생하는 전기적 스위칭 노이즈가 상대적으로 크며, 영상의 해상도(resolution)를 증가시키기 위한 픽셀의 소형화에 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 근래에 제안되는 방식으로 기존의 TFT 스위칭 기술을 사용하지 않고 광 스위칭(optical switching) 기술을 이용하여 영상정보를 readout하는 방식이 개발되고 있다.
도 1은 일반적으로 광 스위칭 기술을 이용하여 디지털 엑스-선 영상정보를 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상검출기는 엑스-선 발생장치에 의해 발생된 엑스-선을 촬영하고자 하는 물체나 인체를 조사시키고, 이때 물체의 해부학적인 구조정보를 가지고 있는 투과된 엑스-선이 센서로 입사되고 이를 검출하여 영상화하는 장치이다.
그러면, 그림 도 1의 (a)처럼 센서양단에 고전압을 인가하고, 엑스-선이 입사되면 엑스-선 PCL에서 엑스-선을 검출하는 물질인 a-Se, CZT(CdZnTe), CdTe, PbI2, HgI2, PbO, BiI3 등의 광전도체를 거치면서 전자와 정공으로 변환된다. 형성된 전자·정공쌍은 센서 양 전극에 인가된 전압에 의해 형성된 강한 전계에 의해 양쪽 전극방향으로 분리되고, 즉 정공은 상부전극(음전위)으로 이동하고 전자는 하부전극(양전위)으로 이동하다가 ETL(Electron Trapping Layer)에 축적되게 된다.
ETL에 축적된 전자를 외부로 읽어내기 위해서 도 1의 (b)처럼 상부전극에 (-) 전극을 접지로 변환하면 상부전극과 하부전극의 ETL에서 수집된 전자에 의해 정공이 유도되어 전체적으로 내부 전계를 상쇄시킨다.
ETL에 축적된 전자를 외부로 읽어내기 위해서 도 1의 (c)와 같이 readout PCL에 빛을 조사하면 readout PCL에 조사된 빛의 에너지에 따른 전자와 정공쌍이 생성되고, ETL과 하부 전극사이에 형성되어 있는 전계에 의해 생성된 정공은 ETL에 축적되어 있는 전자와 결합하여 사라진다. 이때 ETL하단에 형성되어 있는 하부 전극을 통하여 남아있는 전자는 외부 출력단으로 출력되어 해당 픽셀신호를 획득하게 되고, 결국 영상정보를 얻을 수 있다.
이처럼, 영상정보를 읽기 위해서는 readout PCL에 빛을 조사하여야 하는데, 일반적으로 LED 또는 레이저를 이용하여 선(line)광원을 발생하고, 이를 기계적으로 이동시키면서 빛을 조사하게 된다.
그러나, 이러한 방법은 대면적화를 위한 광원의 사이즈 문제가 발생하며, 광원부를 이동하기 위한 고정밀 콤팩트(compact)한 사이즈의 장비 사양으로 인하여 제작 및 제어가 용이하지 않다. 또한 스캔방향으로의 공간분해능이 떨어져 센서의MTF(Modulation Transfer Function) 성능이 떨어지게 된다.
광 스위칭 방식은 센서의 구조를 간단하게 하고, Non-TFT readout방식이 사용되므로 상대적으로 적은 노이즈, 높은 수율을 기대할 수 있는 반면, 대면적 적용을 위한 1차원 광원모듈과 고정밀 스캔 기계부 및 구동부를 요구하게 된다. 또한, 각 픽셀별로 광원의 모듈에서 발생되는 가시광선의 퍼짐 현상으로 인하여 조사대상 픽셀의 인접 픽셀들에도 영향을 주어 영상 센서의 공간분해능(spatial resolution)을 현저히 저하시킬 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 광스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 검출기에서 2차원 광원모듈을 구성하고 여기서 출력되는 가시광선을 2차원 집광 렌즈를 사용하여 원하는 특정 픽셀 어레이에 집중시킴으로써, 인접 픽셀 어레이로의 빛 퍼짐 또는 cross-talk 현상을 최소화하여 영상센서의 공간분해능 및 해상도를 크게 향상시키려는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기는, 1차원 형태의 선광원 혹은2차원 평면 패널 형태인 PDP(LCD, OLED 등도 가능)의 광원을 이용하며, 평면 패널 상의 픽셀들을 하나의 라인 단위로 전기적 방식을 이용하여 순차적으로 온(On)/오프(Off)시켜 선광원을 발생시키는 광원 장치; 및 상기 광을 투과시키며 상기 디지털 엑스-선 영상검출기의 픽셀화를 위한 픽셀화된 하부전극을 포함한다.
이때, 상기 광원 장치는, 픽셀화된 PDP 광원으로서 각 픽셀은 형광체 발광에 의하여 가시광을 발하는 다수의 픽셀 공간; 및 상기 픽셀 공간은 형광체가 도포되어 있고 일정 압력의 기체가 주입; 및 상기 PDP 광원의 상부와 하부에 위치하며 기체가 방전을 일으키도록 전압을 걸어주기 위한 전극을 포함하는 상부패널과 하부패널; 및 상기 상부패널은 다수의 픽셀에서 발광되는 가시광이 각 픽셀에 대응하는 하부전극 픽셀로 조사되도록 집광하는 다수의 집광렌즈를 포함한다.
바람직하게는, 상기 다수의 집광렌즈는 상기 2차원 평면 패널 형태의 광원 상부에 2차원적으로 배열될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 집광렌즈는, 상기 PDP패널 광원의 램프 및 상기 하부전극 픽셀과 동일한 열에 배열될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 집광렌즈의 지름은 상기 하부전극의 픽셀 크기에 비례할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 집광렌즈는 상기 상부패널의 상면에 에칭(etching) 또는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 통해 배열될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 집광렌즈는 상기 상부패널의 상면에 위치하여 상기 상부패널과 일체형으로 결합될 수 있다.
상기 실시형태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따르면, 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 검출기에서 광원모듈에서 나오는 가시광선을 집광 렌즈를 사용하여 원하는 특정 픽셀로만 집중시킴으로써, 인접 픽셀로의 빛 퍼짐 또는 cross-talk 현상을 최소화하여 영상센서의 공간분해능 및 해상도를 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 일반적으로 광 스위칭 기술을 이용하여 디지털 엑스-선 영상정보를 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 1차원 형태의 선광원을 이용하여 광 스위칭 방식으로 디지털 엑스-선 영상을 검출하는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 2차원 평면 패널형태의 광원을 이용한 광 스위칭 방식의 디지털 엑스-선 영상검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 집광렌즈를 포함한 2차원 PDP 패널을 이용한 광 스위칭 방식의 디지털 엑스-선 영상검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상검출기에 사용되는 집광형 PDP 패널의 다양한 단면을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
도 2는 종래의 1차원 형태의 선광원을 이용하여 광 스위칭 방식으로 디지털 엑스-선 영상을 검출하는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 디지털 엑스-선 영상검출기(200)는, 상부전극(210), 엑스선 PCL(Photo Conductive Layer)(220), ETL(Electron Trapping Layer)(230), readout PCL(240), 하부전극(250) 및 광 스위칭 모듈(260) 등을 포함한다.
상부전극은 엑스-선 조사시 엑스선 PCL(220)에서 발생하는 전하 중 정공을 수집하기 위해 전압을 인가해주기 위한 전극이다.
엑스선 PCL(220)은 엑스선 변환물질인 a-Se, CZT, CdTe, PbI2, HgI2, PbO BiI3 등의 광전도체로 구성되어 입사하는 엑스선을 흡수하여 전하 즉, 전자와 정공을 발생하게 된다. 이때, 광전도체는 빛이 없는 암 상태에서는 유전체이지만, 빛이나 엑스선이 조사되면 도체의 성질을 나타낸다.
ETL(230)은 엑스선 PCL(420)에서 변환된 전자를 저장 또는 축적하게 된다. readout PCL(240)은 상부전극(210)을 (-) 전극에서 접지로 변환하고 광 스위칭 모듈(260)을 이용하여 하부전극(250)의 아래쪽에 소정 파장을 갖는 빛 예컨대, 자외선, 가시광선 등을 쪼이면 EHP(Electron-Hole Pair) 즉, 정공과 전자이 새로 발생된다.
하부 전극(250)은 픽셀화된 형태의 영상정보를 획득하기 위하여 광 스위칭 모듈(260)에서 나오는 빛을 통과시키고, 외부장치로 축적된 전하를 출력할 수 있는 투명 전극으로 엑스선 조사시 상부전극(210)과 같이 전압을 인가해주는 전극이다.
광 스위칭 모듈(260)은 readout 신호를 충분히 발생시키기 위해 필요한 파장을 갖는 빛을 발생시키며, 1차원 형태의 선(line) 광원으로서 일반적으로 LED 또는 레이저를 이용하여 선광원을 발생하고, 이를 기계적으로 이동시키면서 빛을 조사하게 된다. 이때, readout PCL(240)에서 새로 생성된 정공은 ETL(230)에 축적되어 있는 전자와 결합하여 사라지고, 결합된 정공 수만큼 readout PLC(240) 내부에 남아있는 전자를 출력단에서 수집함으로써, 엑스선에 의해 촬영된 신호 또는 영상정보를 획득하게 된다.
도 3은 2차원 평면 패널형태의 광원을 이용한 광 스위칭 방식의 디지털 엑스-선 영상검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 디지털 엑스-선 영상검출기(300)는 상부전극(301), 전자와 정공을 발생하는 엑스선 PCL(302), 엑스선 PCL에서 변환된 전자를 저장하는 ETL(303), PDP 패널 광원(307)로부터 조사된 빛을 통해 전자 및 정공을 발생시키고 발생된 정공과 ETL(303)에 모인 전자를 결합시키는 readout PCL(304), 엑스-선 센서에 고전압을 걸어주고 PDP 패널 광원(307)으로부터 조사된 빛을 투과시키는 픽셀화된 하부전극(305), 광원 장치의 상부패널(306) 및 2차원의 평면 패널 형태의 PDP 패널 광원(307)으로 구성된다.
PDP 패널 광원(307)은 픽셀화된 하부전극(305)에 대응되도록 픽셀화되어 배치된 다수의 가시광이 나오는 픽셀로 구성되고, PDP 패널 광원(307)의 각 픽셀에서 발광된 빛은 상부패널(306)을 통과하여 하부전극을 구성하는 픽셀 전극(305)으로 조사된다.
이때, 도 3에 도시된 것처럼, PDP 패널 광원(307)의 특정 픽셀에서 발광된 빛이 상면에 위치한 상부패널(306)을 거쳐 영상검출기로 조사되는 과정에서 대응되는 특정 픽셀 주변에 인접한 픽셀 어레이에 빛이 산란되거나 cross-talk 현상이 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위하여 본 발명은 집광렌즈을 포함한 PDP 패널을 이용하는 디지털 엑스-선 영상검출기를 제안한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 집광렌즈를 포함한 2차원 PDP 패널을 이용한 광 스위칭 방식의 디지털 엑스-선 영상검출기의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 영상검출기 단면 구조에서 부호 401 내지 407에 대응되는 구성요소는 도 3의 부호 301 내지 307에 대응될 수 있으므로 명세서의 간명함을 위하여 동일한 설명은 생략하도록 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광원장치는 2차원 PDP 패널 광원(407) 상단에 위치한 상부패널(406)의 상면에 픽셀화된 형태의 2차원적 집광렌즈(408)가 위치하는 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상부패널(406) 상면에 위치한 다수의 집광렌즈(408) 또한 픽셀화되어 PDP 패널 광원의 각 픽셀 및 하부전극 픽셀(405)과 동일한 열에 위치하고, 집광렌즈(408)는 픽셀에서 발광되는 빛이 대응되는 하부전극 픽셀 혹은 픽셀 어레이(405)로 집중할 수 있도록 빛을 집광한다. 구현된 집광렌즈는 영상신호의 readout을 위해 원하는 특정 픽셀(어레이)로만 빛을 집광하여 다른 픽셀과의 빛 영향을 최소화하여 영상검출기에서 최종 획득한 영상의 공간분해능(spatial resolution)을 크게 향상시킬 수 있다.
집광렌즈의 형태는 다음과 같이 다양하게 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상검출기에 사용되는 집광형 PDP 패널의 다양한 단면을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 집광형 PDP 패널의 집광렌즈는 (a)삼각형태의 렌즈, (b)볼록렌즈 및 (c)오목렌즈 형태로 구현할 수 있다. 집광렌즈는 PDP 상부패널의 상면에 에칭(etching) 또는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 통해 2차원 어레이 형태로서 상부패널과 결합형으로 일체화될 수 있다.
도 5에 예시된 집광렌즈의 형태는 본 발명에 대한 설명의 이해를 돕기 위해 예시된 것으로, 이에 한정되는 것은 아니며 빛을 집광하기 위하여 다양하게 구현될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 2차원 평면 패널(flat panel) 형태의 광원을 이용한 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기에 있어서,
    픽셀화(pixelization)된 PDP(Plasma Display Panel)를 이용하며, 평면 패널 상의 픽셀들을 하나의 라인 단위로 전기적 방식을 이용하여 순차적으로 온(On)/오프(Off) 시켜 선광원을 발생시키는 광원 장치; 및
    상기 광을 투과시키며 상기 디지털 엑스-선 영상검출기의 픽셀에 따라 픽셀화된 하부전극을 포함하며,
    상기 광원 장치는,
    다수의 가시광이 나오는 픽셀을 포함하며, 픽셀화된 PDP 패널 광원; 및
    상기 PDP 패널 광원의 상부에 위치하며, 상기 다수의 픽셀에서 발광되는 광이 각 픽셀에 대응하는 하부전극 픽셀로 조사되도록 집광하는 다수의 집광렌즈가 배열된 상부패널을 포함하는 것을 특징으로 하는, 집광형 PDP 패널을 이용하는 디지털 엑스-선 영상검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈는,
    상기 2차원 평면 패널 형태의 광원 상부에 2차원적으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 집광형 PDP 패널을 이용하는 디지털 엑스-선 영상검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈는,
    상기 PDP 패널 광원의 픽셀 및 상기 하부전극 픽셀과 동일한 열에 배열되는 것을 특징으로 하는, 집광형 PDP 패널을 이용하는 디지털 엑스-선 영상검출기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈의 지름은 상기 하부전극의 픽셀 크기에 비례하는 것을 특징으로 하는, 집광형 PDP 패널을 이용하는 디지털 엑스-선 영상검출기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈는 상기 상부패널의 상면에 에칭(etching) 또는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 통해 배열되는 것을 특징으로 하는, 집광형 PDP 채널을 이용하는 디지털 엑스-선 영상검출기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈는 상기 상부패널의 상면에 위치하여 상기 상부패널과 일체형으로 결합되는 것을 특징으로 하는, 집광형 PDP 채널을 이용하는 디지털 엑스-선 영상검출기.
KR1020110144087A 2011-12-28 2011-12-28 집광렌즈를 이용한 ｐｄｐ패널 기반의 디지털 엑스-선 영상검출기 KR101245526B1 (ko)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030031926A (ko) * 2003-01-30 2003-04-23 학교법인 인제학원 포토다이오드 광소스 기반의 평판 디지털 엑스-선 영상검출기
KR20100011101A (ko) * 2008-07-24 2010-02-03 엘지이노텍 주식회사 엑스레이 이미지 검출용 디텍터

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