KR101328478B1 - 엑스선 영상 검출기용 광변환장치 및 이를 구비한 엑스선 영상 검출기 - Google Patents

엑스선 영상 검출기용 광변환장치 및 이를 구비한 엑스선 영상 검출기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엑스선 영상 검출기용 광변환장치 및 이를 구비한 엑스선 영상 검출기에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는, 엑스선 영상 검출기에 구비되어 촬상 대상물을 통과한 엑스선을 가시광선으로 변환시키고 해당 가시광선의 광경로를 변경하는 광변환장치로서, 육면체 형상으로 이루어지며, 꼭지점부에 수용홈이 형성된 홀더 몸체; 상기 홀더 몸체의 외면에서 소정의 깊이로 절삭 가공됨으로써 상기 수용홈의 외주부를 따라 형성된 설치면; 플레이트 형상으로 구비되어 엑스선을 가시광선으로 변환하며, 상기 촬상 대상물을 통과한 엑스선이 입사하는 방향에 대향하는 상기 설치면에 고정 설치되는 신틸레이터; 및 상기 수용홈 내부에 설치되어 상기 신틸레이터에서 변환된 가시광선의 광경로를 변경하는 반사체;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 수용홈이 형성된 홀더 몸체에 설치면을 형성하고, 이 설치면과 수용홈 내부에 신틸레이터 및 반사체를 각각 설치하며 홀더 몸체의 외면에 마스크를 설치한 형태로 구현됨으로써, 높은 공간해상도를 구현할 수 있으나 짧은 작동 거리를 갖는 광학장치에 대응될 수 있도록 초소형으로 저렴하고 용이하게 제작될 수 있고, 신틸레이터의 일면에 엑스선은 통과시키고 가시광선은 반사하는 반사막이 구비됨으로써 광 검출 효율을 향상시켜 높은 시간해상도도 구현할 수 있다.

Description

엑스선 영상 검출기용 광변환장치 및 이를 구비한 엑스선 영상 검출기 {LIGHT CONVERSION APPARATUS FOR X-RAY IMAGING DETECTOR AND X-RAY IMAGING DETECTOR WITH THE SAME}
본 발명은 엑스선 영상 검출기용 광변환장치 및 이를 구비한 엑스선 영상 검출기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 공간해상도를 갖는 광학장치에 대응될 수 있도록 초소형으로 저렴하고 용이하게 제작될 수 있으며, 신틸레이터로부터의 광 검출 효율을 향상시킬 수 있는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치 및 이를 구비함으로써 높은 공간해상도 및 높은 시간해상도를 갖는 엑스선 영상 검출기에 관한 것이다.
일반적으로 엑스선 촬상 시스템은, 물질을 투과할 수 있는 특성을 갖는 엑스선을 생성하여 촬상 대상물에 조사하는 엑스선 발생장치 및 촬상 대상물을 통과한 엑스선으로부터 영상을 검출하는 엑스선 영상 검출기를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 엑스선 영상 검출기는, 촬상 대상물을 통과한 엑스선을 가시광선으로 변환하고 광경로를 변경하는 광변환장치, 이 광변환장치를 통해 광변환 되고 광경로가 변경된 가시광선에 의한 상을 확대하는 광학장치 및 광학장치를 통과해 입사되는 상을 검출하는 검출장치로 이루어진다.
도 1은 이러한 엑스선 영상 검출기의 일례를 도시한 것으로서, 종래의 엑스선 영상 검출기는, 광변환장치(1), 광학장치(2) 및 검출장치(3)를 내부에 수용하는 케이스(CS)에 서로 직각을 이루는 제1설치플레이트(1-1)와 제2설치플레이트(1-2)가 설치된다.
여기서, 광변환장치(1)는, 엑스선을 가시광선으로 변환하는 신틸레이터(1-3) 및 신틸레이터(1-3)에서 변환된 가시광선의 광경로를 변경하는 반사거울(1-4)로 구성되는데, 신틸레이터(1-3)는 제1설치플레이트(1-1)에 설치되고, 반사거울(1-4)은 제1설치플레이트(1-1)에서 제2설치플레이트(1-2)에 걸쳐 설치된다.
그리고 제2설치플레이트(1-2)에는 반사거울(1-4)에 의해 광경로가 변경된 가시광선이 통과할 수 있게 통과홀(1-2')이 형성되고, 해당 가시광선은 광학장치(2)를 통과해 검출장치(3)에서 확대된 영상으로 검출된다.
한편, 엑스선 영상 검출기에 있어서, 검출장치(3)에서 검출되는 영상의 공간해상도를 향상시키기 위해서는 광학장치(2)의 대물렌즈 배율을 증가시켜야 하는데, 일반적으로 광학장치(2)의 대물렌즈 배율이 증가함에 따라 작동 거리도 크게 감소하므로 광경로상 촬상 대상물과 광학장치(2)의 사이에 배치되는 광변환장치(1)의 크기도 매우 소형화될 필요가 있다.
그러나 전술한 바와 같은 종래의 엑스선 영상 검출기에 구비된 광변환장치(1)는 케이스(CS) 내부에 제1설치플레이트(1-1), 제2설치플레이트(1-2), 신틸레이터(1-3) 및 반사거울(1-4)을 하나씩 조립하여 제작되는 형태이므로 작게 제작하기가 매우 난해할 뿐만 아니라, 그 제작에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
또 한편, 신틸레이터(1-3)에 입사된 엑스선은 신틸레이터(1-3) 내부에서 가시광선으로 변환되는데, 이렇게 변환된 가시광선은 신틸레이터(1-3)에서 엑스선의 입사 방향과는 상관없이 여러 방향으로 방출된다.
이에 따라, 신틸레이터(1-3)에서 방출되는 가시광선 중 많은 양이 소실되고, 그 중 적은 일부만 반사거울(1-4)을 통해 반사되고 광학장치(2)를 통과해 검출장치(3)에 최종적으로 이를 수 있다.
따라서 종래의 엑스선 영상 검출기에 구비된 광변환장치(1)는, 검출장치(3)에서 영상 검출을 위한 충분한 가시광선의 양을 모으기 위해, 긴 시간 확보가 필요하며, 이러한 시간 확보가 필요함으로 인해 영상의 시간해상도를 향상시키기 어려운 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 높은 공간해상도를 구현할 수 있으나 짧은 작동 거리를 갖는 광학장치에 대응될 수 있도록 초소형으로 제작 가능하면서도, 그 제작이 저렴하고 용이하게 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 신틸레이터에서 발생하는 가시광선에 대한 검출 효율을 크게 향상시킬 수 있는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치 및 이를 구비한 엑스선 영상 검출기를 제공하고자 한다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는, 엑스선 영상 검출기에 구비되어 촬상 대상물을 통과한 엑스선을 가시광선으로 변환시키고 해당 가시광선의 광경로를 변경하는 광변환장치로서, 육면체 형상으로 이루어지며, 꼭지점부에 수용홈이 형성된 홀더 몸체; 상기 홀더 몸체의 외면에서 소정의 깊이로 절삭 가공됨으로써 상기 수용홈의 외주부를 따라 형성된 설치면; 플레이트 형상으로 구비되어 엑스선을 가시광선으로 변환하며, 상기 촬상 대상물을 통과한 엑스선이 입사하는 방향에 대향하는 상기 설치면에 고정 설치되는 신틸레이터; 및 상기 수용홈 내부에 설치되어 상기 신틸레이터에서 변환된 가시광선의 광경로를 변경하는 반사체;를 포함한다.
상기 홀더 몸체는 정육면체 또는 직육면체 형상으로 이루어지고, 상기 수용홈은 상기 수용홈이 형성되는 꼭지점부에 맞닿은 상기 홀더 몸체의 세 개의 외면에 각각 평행한 세 개의 내면을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 반사체는, 서로 직각을 이루는 복수의 접촉면과 가시광선의 광경로를 변경하는 반사면을 가지며, 상기 복수의 접촉면이 상기 수용홈의 세 개의 내면 중 둘 이상에 각각 밀착 고정된 형태로 상기 수용홈 내부에 고정 설치되는 것이 바람직하다.
상기 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는, 외부광의 유입을 차단할 수 있게 통과홀을 갖는 불투명 플레이트 형상으로 구비되고, 상기 신틸레이터에서 변환된 가시광선이 상기 통과홀을 통해 출사할 수 있도록 상기 홀더 몸체의 외면에 설치되는 마스크;를 더 포함할 수 있다.
상기 신틸레이터는, 엑스선이 입사하는 측의 표면에 형성되며, 엑스선은 통과시키고 가시광선은 반사하여 광 검출 효율을 향상시키는 반사막;을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 반사막은, 알루미늄을 상기 신틸레이터의 표면에 증착하여 형성될 수 있다.
상기 수용홈은, 1 ~ 10mm 길이의 모서리를 갖는 육면체 형상으로 상기 홀더 몸체의 꼭지점부를 절삭 가공하여 형성될 수 있다.
상기 설치면은, 상기 홀더 몸체의 외면에서 상기 신틸레이터의 두께에 대응되는 깊이로 절삭 가공되어 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 엑스선 영상 검출기는, 촬상 대상물을 통과한 엑스선으로부터 상기 촬상 대상물의 영상을 검출하는 기기로서, 육면체 형상으로 이루어지며 꼭지점부에 수용홈이 형성된 홀더 몸체, 상기 홀더 몸체의 외면에서 소정의 깊이로 절삭 가공됨으로써 상기 수용홈의 외주부를 따라 형성된 설치면, 플레이트 형상으로 구비되어 엑스선을 가시광선으로 변환하며 촬상 대상물을 통과한 엑스선이 입사하는 방향에 대향하는 상기 설치면에 고정 설치되는 신틸레이터, 및 상기 수용홈 내부에 설치되어 상기 신틸레이터에서 변환된 가시광선의 광경로를 변경하는 반사체를 포함하여 이루어지는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치; 상기 수용홈에 소정의 근접 거리보다 가깝게 위치되며, 상기 광변환장치를 통해 광변환 되고 광경로가 변경된 가시광선에 의한 상을 확대하는 광학장치; 및 상기 광학장치를 통과해 입사되는 상을 검출하는 검출장치;를 포함한다.
상기 엑스선 영상 검출기에 있어서, 상기 홀더 몸체는 정육면체 또는 직육면체 형상으로 이루어지고, 상기 수용홈은 상기 수용홈에 형성되는 꼭지점부에 맞닿은 상기 홀더 몸체의 세 개의 외면에 각각 평행한 세 개의 내면을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 엑스선 영상 검출기에 있어서, 상기 반사체는, 서로 직각을 이루는 복수의 접촉면과 가시광선의 광경로를 변경하는 반사면을 가지며, 상기 복수의 접촉면이 상기 수용홈의 세 개의 내면 중 둘 이상에 각각 밀착 고정된 형태로 상기 수용홈 내부에 고정 설치되는 것이 바람직하다.
상기 엑스선 영상 검출기에 있어서, 상기 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는, 외부광의 유입을 차단할 수 있게 통과홀을 갖는 불투명 플레이트 형상으로 구비되고, 상기 신틸레이터에서 변환된 가시광선이 상기 통과홀을 통해 출사할 수 있도록 상기 홀더 몸체의 외면에 설치되는 마스크;를 더 포함할 수 있다.
상기 엑스선 영상 검출기에 있어서, 상기 근접 거리는, 0.1 ~ 5mm일 수 있다.
상기 엑스선 영상 검출기에 있어서, 상기 신틸레이터는, 엑스선이 입사하는 측의 표면에 형성되며, 엑스선은 통과시키고 가시광선은 반사하여 광 검출 효율을 향상시키는 반사막;을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 엑스선 영상 검출기에 있어서, 상기 반사막은, 알루미늄을 상기 신틸레이터의 표면에 증착하여 형성될 수 있다.
상기 엑스선 영상 검출기에 있어서, 상기 수용홈은, 1 ~ 10mm 길이의 모서리를 갖는 육면체 형상으로 상기 홀더 몸체의 꼭지점부를 절삭 가공하여 형성될 수 있다.
이러한 본 발명의 엑스선 영상 검출기용 광변환장치에 의하면, 수용홈이 형성된 홀더 몸체에 설치면을 형성하고, 이 설치면과 수용홈 내부에 신틸레이터 및 반사체를 각각 설치하며 홀더 몸체의 외면에 마스크를 설치한 형태로 구현됨으로써, 높은 공간해상도를 구현할 수 있으나 짧은 작동 거리를 갖는 광학장치에 대응될 수 있도록 초소형으로 제작할 수 있다.
그리고 본 발명의 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는, 이렇게 초소형으로의 제작되면서도 홀더 몸체의 꼭지점부를 절삭 가공하여 수용홈 및 설치면을 형성하고, 이러한 홀더 몸체의 형상을 이용하여 신틸레이터, 반사체 및 마스크를 어렵지 않게 설치할 수 있으므로, 그 제작이 저렴하고 용이하게 이루어질 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 엑스선 영상 검출기는 높은 공간해상도를 갖는 고배율의 광학장치를 채용할 수 있으므로 높은 공간해상도를 갖도록 구현될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는, 신틸레이터의 일면에 엑스선은 통과시키고 가시광선은 반사하는 알루미늄 등의 금속을 증착하여 이루어진 반사막이 구비됨으로써, 엑스선이 입사되는 방향 측으로 방출되는 가시광선이 이 반사막에 의해 반사되어 그 방출 경로가 반사체 측으로 변경되므로, 신틸레이터에서 발생한 가시광선에 대한 광 검출 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 엑스선 영상 검출기는, 광학장치를 통해 검출장치에 입사되는 가시광선의 시간당 광량을 증가시킬 수 있으므로, 짧은 시간 동안 검출장치에 입사된 광량으로도 충분한 영상 획득이 가능하여 높은 시간해상도를 갖도록 구현될 수 있다.
도 1은 종래의 엑스선 영상 검출기용 광변환장치를 구비한 엑스선 영상 검출기를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기용 광변환장치의 분리 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기용 광변환장치의 사시도,
도 4는 도 2에 도시된 A-A의 단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기를 구비한 엑스선 촬상 시스템의 개략도,
도 6은 도 5에 도시된 B부의 확대도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기에 있어서, 광변환장치가 광학장치에 근접 위치된 상태를 도시한 저면 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, '통상의 기술자'라 한다)가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 그 범위가 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는, 촬상 대상물을 통과한 엑스선으로부터 촬상 대상물의 영상을 검출하는 엑스선 영상 검출기에 구비되어, 촬상 대상물을 통과한 엑스선을 가시광선으로 변환시키고 해당 가시광선이 광학장치로 입사할 수 있도록 가시광선의 광경로를 변경하는 광변환장치로서, 초소형으로 저렴하고 용이하게 제작될 수 있는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치이다.
이하, 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기용 광변환장치(이하, 줄여서 '광변환장치' 라 한다)의 구성 및 작용효과를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기용 광변환장치(100)는, 홀더 몸체(110), 설치면(120), 신틸레이터(130), 반사체(140) 및 마스크(150)를 포함하여 이루어진다.
상기 홀더 몸체(110)는 신틸레이터(130), 반사체(140) 및 마스크(150)가 용이하게 설치될 수 있는 공간을 제공하며, 이러한 구성요소들을 지지한다. 이를 위해, 상기 홀더 몸체(110)는 육면체 형상으로 이루어지며, 꼭지점부에 수용홈(111)이 형성된다.
보다 구체적으로 상기 홀더 몸체(110)는 직육면체 형상으로 이루어지며, 수용홈(111)은 홀더 몸체(110)의 꼭지점부를 정육면체의 형상으로 절삭 가공하여 형성됨으로써, 수용홈(111)이 형성되는 꼭지점부에 맞닿은 홀더 몸체(110)의 세 개의 외면에 각각 평행한 세 개의 내면(111a, 111b, 111c)을 갖도록 형성된다.
이러한 수용홈(111)의 내면(111a, 111b)에는, 수직 방향으로 절단한 단면이 이등변 직각 삼각형으로 이루어진 반사체(140)가 접촉 설치되는데, 반사체(140) 접촉면(141)의 직각도 오차에 따라 수용홈(111)의 내면(111a, 111b)에 대한 반사체(140)의 위치가 틀어지지 않도록 수용홈(111)의 내면(111a, 111b) 사이에는 반사체(140)의 직각인 모서리가 접촉되지 않게 제1절삭부(111')가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 홀더 몸체(110)는 직육면체 형상으로 구비되었으나, 그 형상은 이에 한정되지 않고 정육면체나 이 외의 육면체 형상으로 구비될 수 있다. 하지만, 상기 홀더 몸체(110)는 엑스선 영상 검출기에 있어서의 설치 용이성이나 제작 용이성의 측면에서 직육면체 형상이나 정육면체 형상으로 구비되는 것이 바람직할 것이다.
마찬가지로 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 수용홈(111)은 홀더 몸체(110)의 꼭지점부를 정육면체의 형상으로 절삭 가공하여 형성되었으나, 이에 한정되지 않고 직육면체나 이 외의 육면체 형상으로 절삭 가공하여 형성될 수도 있다.
그러나 상기 수용홈(111)은 직육면체 형상이나 정육면체 형상으로 구비되는 것이 바람직한데, 그 이유는 수용홈(111)을 일반적인 수치 제어 가공으로 형성할 경우, 절삭 가공을 위한 절삭 공구의 위치 제어가 용이하며 신속하게 절삭 가공할 수 있기 때문이다.
상기 설치면(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 홀더 몸체(110)의 외면에서 신틸레이터(130)의 두께에 대응되는 깊이로 절삭 가공됨으로써 수용홈(111)의 외주부를 따라 중심부가 꺾인 'ㄴ' 형상으로 형성되며, 이러한 설치면(120)에 정사각형 또는 직사각형의 신틸레이터(130)가 안정적으로 밀착 설치되며, 홀더 몸체(110)에 대한 신틸레이터(130)의 설치 위치가 효과적으로 안내될 수 있다.
그리고 상기 설치면(120)의 꺾인 중심부에는 신틸레이터(130)의 모서리간 직각도 오차에도 불구하고 신틸레이터(130)가 설치면(120)에 안정적으로 밀착 설치될 수 있도록 제2절삭부(121)가 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 설치면(120)은 홀더 몸체(110)의 외면에서 신틸레이터(130)의 두께에 대응되는 깊이로 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 설치면(120)이 신틸레이터(130)의 두께보다 얕게 형성되는 경우에는 신틸레이터(130)의 측면에 접촉되는 면적이 좁아지면서 신틸레이터(130)의 설치 안정성이 저하될 수 있고, 신틸레이터(130)의 두께보다 깊게 형성되는 경우에는 홀더 몸체(110)의 외면에서 필요 이상으로 인입된 곳에 신틸레이터(130) 및 반사체(140)가 위치되므로 상대적으로 긴 작동 거리가 필요하게 되어 높은 공간해상도의 구현에 불리하게 작용하기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 설치면(120)은 소정의 폭을 가진 'ㄴ' 형상으로 형성되었으나, 그 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 신틸레이터(130)는 플레이트 형상으로 구비되며, CdWO4 등과 같은 물질로 이루어져 엑스선을 가시광선으로 변환하며, 촬상 대상물을 통과한 엑스선이 입사하는 방향에 대향하는 설치면(120)에 고정 설치된다.
상기 신틸레이터(130)는 도 4에 도시된 바와 같이, 엑스선이 입사하는 측의 표면에 엑스선은 통과시키고 가시광선은 반사하는 반사막(131)이 형성된다.
이러한 반사막(131)은 엑스선은 통과시키고 가시광선은 반사하도록 알루미늄 등의 금속을 증착시켜 박막을 형성하는 형태로 제조될 수 있다.
이 같은 반사막(131)에 의해 신틸레이터(130)에서 방출되는 가시광선 중에서 엑스선이 입사하는 방향으로 방출되는 가시광선이 반사체(140) 측으로 반사되므로 신틸레이터(130)로부터의 광 검출 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 신틸레이터(130)는 200㎛의 두께로 구비되고, 반사막(131)은 150nm의 두께로 형성되었으나 그 두께가 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반사체(140)는 일종의 거울로서 수용홈(111) 내부에 설치되어 신틸레이터(130)에서 변환된 가시광선의 광경로를 변경하는 역할을 한다.
상기 반사체(140)는 수직 방향으로 절단한 단면이 이등변 직각 삼각형으로 구비되고, 이 이등변 직각 삼각형의 두 등변에 대응하여 서로 직각을 이루는 한 쌍의 접촉면(141)이 구비된다.
상기 반사체(140)는 이러한 한 쌍의 접촉면(141)이 수용홈(111)의 내면(111a, 111b)에 각각 접촉 설치됨으로써, 수용홈(111) 내부에 안정적으로 구비될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사체(140)는 한 쌍의 접촉면(141)이 수용홈(111)의 내면(111a, 111b)에 각각 접촉 설치되었으나, 반사체(140)에 있어서 하나의 꼭지점부에서 맞닿는 세 개의 접촉면(141)이 수용홈(111)의 세 개의 내면(111a, 111b, 111c)에 각각 접촉 설치되게 구현될 수도 있다.
한편, 상기 반사체(140)에 있어서, 가시광선을 반사하는 면은 접촉면(141)에 대해 45°기울어지게 구비되어 신틸레이터(130)로부터 입사된 가시광선을 마스크(150)의 통과홀(151)로 반사함으로써, 가시광선이 통과홀(151)의 상측에 위치되는 광학장치(200)로 입사되도록 구비된다.
그러나 반사체(140), 통과홀(151) 및 광학장치(200)의 위치 관계가 이에 한정되는 것은 아니며, 반사체(140)에 대한 통과홀(151)과 광학장치(200)의 위치에 따라, 가시광선을 반사하는 면이 접촉면(141)에 대해 기울어진 각도는 변경될 수 있다.
상기 마스크(150)는 반사체(140)에 의해 반사된 가시광선을 제외한 다른 외부광 및 신틸레이터(130) 측면에서 발생하는 가시광선이 광학장치(200)로 입사하는 것을 차단하여 영상의 노이즈를 줄여주는 역할을 하며, 이러한 역할 수행을 위해 검은색의 플레이트 형상으로 이루어져 홀더 몸체(110)의 광학장치(200) 측 외면에 고정 설치된다.
이러한 마스크(150)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수용홈(111) 내부의 반사체(140)에서 반사된 가시광선이 광학장치(200)로 입사될 수 있도록 통과홀(151)이 형성된다.
또한, 상기 마스크(150)는 외부광이 광학장치(200)로 입사하는 것을 효과적으로 차단할 수 있도록 홀더 몸체(110)의 중심부에서 수용홈(111) 측 방향으로 광학장치(200)의 대물렌즈 크기에 따른 소정의 길이만큼 더 연장되게 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 통과홀(151)은 정사각 형상으로 형성되었으나, 그 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 반사체(140)에 있어서 가시광선을 반사하는 면의 형상이나 신틸레이터(130)의 형상에 따라 원형이나 타원형 등 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는, 상술한 바와 같이 홀더 몸체(110)에 수용홈(111) 및 설치면(120)을 절삭 가공하여 형성하고, 이러한 수용홈(111)과 설치면(120)에 각각 반사체(140)와 신틸레이터(130)를 설치하는 형태로 구현됨으로써, 높은 공간해상도를 구현할 수 있으나 짧은 작동 거리를 갖는 광학장치에 대응될 수 있도록 초소형으로 용이하게 제작할 수 있다.
구체적으로 상기 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는, 수용홈(111)이 1 ~ 10mm 길이의 모서리를 갖는 육면체 형상으로써 매우 작은 크기로 홀더 몸체(110)의 꼭지점부에 형성된 작은 크기로 구현될 수 있다.
이것은 수용홈(111)과 설치면(120) 형성을 위한 정밀 절삭 가공장치를 이용하는 것만으로도 충분히 구현될 수 있는 것이다.
그리고 상기 수용홈(111)이 1 ~ 10mm 길이의 모서리를 갖는 육면체 형상으로 이루어짐에 따라 수용홈(111)의 내부에 설치되는 반사체(140)는 이러한 수용홈(111)의 크기보다 작은 크기로 구비되는 것은 물론이다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기의 구성 및 작용효과를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기는, 엑스선 촬상 시스템에 구비되는데, 이러한 엑스선 촬상 시스템은 엑스선 영상 검출기 외에, 언듈레이터(11)와 모노크로메이터(12)를 포함하는 엑스선 발생장치(10), 엑스선이 통과하는 슬릿(20)과 셔터(30) 및 엑스선 영상 검출기를 제어하는 제어장치(40)로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 언듈레이터(11)는 SPring-8 Standard in-vacuum 언듈레이터가 적용되었고, 모노크로메이터(12)는 E = 4.4 ~ 37.8 keV, ΔE/E = 1.3×10-4인 Si DCM(Double Crystal Monochromator)이 적용되었다.
그리고 상기 엑스선 영상 검출기는 전술된 바와 같은 광변환장치(100)에 추가적으로 광학장치(200) 및 검출장치(300)를 포함하여 이루어진다.
상기 광학장치(200)는 하나 이상의 대물렌즈(210)를 포함하여 이루어지며, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 수용홈(111)에 매우 근접 위치되어 반사체(140)에서 반사된 후 마스크(150)의 통과홀(151)을 통해 입사된 가시광선에 의한 상을 확대하는 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 광학장치(200)는 엑스선 영상 검출기가 높은 공간해상도로 구현되도록 높은 배율을 갖는 높은 개구수(NA)의 대물렌즈(210)를 구비하는데, 이에 따라 작동 거리가 짧아지더라도, 수용홈(111)에 매우 근접 위치되고, 광변환장치(100)가 초소형으로 구비됨으로써, 촬상 대상물(SM)과의 거리를 최소화하여 짧은 작동 거리에 용이하게 대응될 수 있다.
이러한 엑스선 영상 검출기에 있어서, 상기 광학장치(200)는 수용홈(111)과의 거리가 0.1 ~ 5mm의 근접 거리(D)로 매우 근접되게 구비되는데, 이러한 광학장치(200)에 광변환장치(100)를 근접시키는 작업은 광변환장치(100)를 이송하는 이송장치(미도시)에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기의 광변환장치(100)는, 육면체 형상의 홀더 몸체(110)가 광변환장치(100)의 몸체를 이루므로, 상술한 바와 같은 이송장치가 홀더 몸체(110)의 수용홈(111)이 형성된 일측부의 반대편에 위치한 타측부를 파지하여 광변환장치(100)를 용이하게 이송할 수 있고, 이와 같은 홀더 몸체(110)의 형상으로 인해 광학장치(200)에 간섭을 일으키지 않고 매우 근접되게 위치될 수 있다.
상기 검출장치(300)는 광학장치(200)를 통과하면서 공간해상도가 향상되어 입사되는 상을 전기적인 신호로 검출하는 역할을 하며, 통상의 기술자에게 자명한 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 등으로 구현될 수 있다.
이러한 검출장치(300)는 제어장치(40)에 의해 제어된 시간 동안 가시광선을 받아들이고, 이를 전기적인 신호로 검출하여 제어장치(40)에 전달하는 작업을 반복하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기는, 광변환장치(100)의 신틸레이터(130)에 반사막(131)이 형성됨으로써, 신틸레이터(130)에 대한 광 검출 효율이 향상되므로, 검출장치(300)가 가시광선을 받아들이는 시간을 줄이더라도 전기적인 신호로 검출할 수 있는 충분한 광량을 모을 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기는, 높은 시간해상도를 갖게 구현될 수 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엑스선 영상 검출기의 동작 및 사용 상태를 구체적으로 설명한다.
먼저, 엑스선 발생장치(10)에서 방출된 엑스선은 슬릿(20)과 셔터(30)를 통과하면서 촬상 대상물(SM)에 입사되고, 촬상 대상물(SM)을 관통한 후, 엑스선 영상 검출기의 광변환장치(100)에 입사된다.
이러한 엑스선은 광변환장치(100)의 신틸레이터(130)의 반사막(131)을 통과하고, 신틸레이터(130)는 이 같은 엑스선이 입사됨에 따라 가시광선을 발생시켜 엑스선을 가시광선으로 광 변환시킨다.
한편, 신틸레이터(130)의 내부에서 발생된 가시광선은 사방으로 방출되는데, 이때 엑스선의 입사 방향 측으로 방출되는 가시광선은 반사막(131)에 의해 반사체(140) 측으로 반사되어 광 검출 효율이 향상된다.
이러한 반사막(131)을 이용하여 광 검출 효율을 향상시키는 방식은, 신틸레이터(130)의 두께를 더 두껍게 구비하여 광 검출 효율을 향상시키는 방식보다 더 우수하다.
그 이유는 신틸레이터(130)의 두께를 더 두껍게 구비하는 것은 광 검출효율이 향상되기는 하지만 필연적으로 신틸레이터(130)의 깊이에 따라 엑스선이 흡수되면서 생기는 광 손실도 증가하여 광 검출 효율의 향상 효과가 기대보다 적고, 신틸레이터(130)의 두께 상승에 따라 상대적으로 큰 초점 심도가 필요하게 되어 불가피하게 낮은 개구수의 대물렌즈를 사용해야 하므로 높은 공간해상도의 구현에 불리하게 작용하기 때문이다.
이렇게 신틸레이터(130)에서 방출된 가시광선은 반사체(140)에서 반사되어 광 경로가 마스크(150)의 통과홀(151) 측으로 변경되고, 이렇게 반사된 가시광선은 통과홀(151)을 통과해 광학장치(200)의 대물렌즈(210)에 입사된다.
그리고 광학장치(200)는 입사된 가시광선으로부터 확대된 영상을 얻어 검출장치(300)에 조사하고, 검출장치(300)는 이와 같은 영상을 전기적인 신호로 검출하여 제어장치(40)에 전달한다.
이와 같은 제어장치(40)는 검출된 영상을 화면에 출력하거나 이미지 파일 형태로 저장하여 사용자가 확인 및 활용할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 엑스선 영상 검출기용 광변환장치 및 이를 구비한 엑스선 영상 검출기에 의하면, 수용홈(111)이 형성된 홀더 몸체(110)에 설치면(120)을 형성하고, 이 설치면(120)과 수용홈(111) 내부에 신틸레이터(130) 및 반사체(140)를 각각 설치하며 홀더 몸체(110)의 외면에 마스크(150)를 설치한 형태로 구현됨으로써, 높은 공간해상도를 구현할 수 있으나 짧은 작동 거리를 갖는 광학장치(200)에 대응될 수 있도록 초소형으로 저렴하고 용이하게 제작될 수 있고, 신틸레이터(130)의 일면에 엑스선은 통과시키고 가시광선은 반사하는 반사막(131)이 구비됨으로써 신틸레이터(130)에 대한 광 검출 효율을 향상시켜 높은 시간해상도도 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부되어 있는 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 광변환장치 110 : 홀더 몸체
111 : 수용홈 111' : 제1절삭부
111a, 111b, 111c : 수용홈의 내면 120 : 설치면
121 : 제2절삭부 130 : 신틸레이터
131 : 반사막 140 : 반사체
141 : 접촉면 150 : 마스크
151 : 통과홀 200 : 광학장치
210 : 대물렌즈 300 : 검출장치
10 : 엑스선 발생장치 11 : 언듈레이터
12 : 모노크로메이터 20 : 슬릿
30 : 셔터 40 : 제어장치
SM : 촬상 대상물 D : 근접 거리

Claims (16)

  1. 엑스선 영상 검출기에 구비되어 촬상 대상물을 통과한 엑스선을 가시광선으로 변환시키고 해당 가시광선의 광경로를 변경하는 광변환장치로서,
    육면체 형상으로 이루어지며, 꼭지점부에 수용홈이 형성된 홀더 몸체;
    상기 홀더 몸체의 외면에서 소정의 깊이로 절삭 가공됨으로써 상기 수용홈의 외주부를 따라 형성된 설치면;
    플레이트 형상으로 구비되어 엑스선을 가시광선으로 변환하며, 상기 촬상 대상물을 통과한 엑스선이 입사하는 방향에 대향하는 상기 설치면에 고정 설치되는 신틸레이터; 및
    상기 수용홈 내부에 설치되어 상기 신틸레이터에서 변환된 가시광선의 광경로를 변경하는 반사체; 를 포함하되,
    상기 신틸레이터는,
    엑스선이 입사하는 측의 표면에 형성되며, 엑스선은 통과시키고 가시광선은 반사하여 광 검출 효율을 향상시키는 반사막;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀더 몸체는 정육면체 또는 직육면체 형상으로 이루어지고,
    상기 수용홈은 상기 수용홈이 형성되는 꼭지점부에 맞닿은 상기 홀더 몸체의 세 개의 외면에 각각 평행한 세 개의 내면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사체는,
    서로 직각을 이루는 복수의 접촉면과 가시광선의 광경로를 변경하는 반사면을 가지며, 상기 복수의 접촉면이 상기 수용홈의 세 개의 내면 중 둘 이상에 각각 밀착 고정된 형태로 상기 수용홈 내부에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는,
    외부광의 유입을 차단할 수 있게 통과홀을 갖는 불투명 플레이트 형상으로 구비되고, 상기 신틸레이터에서 변환된 가시광선이 상기 통과홀을 통해 출사할 수 있도록 상기 홀더 몸체의 외면에 설치되는 마스크;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사막은,
    알루미늄을 상기 신틸레이터의 표면에 증착하여 형성된 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용홈은,
    1 ~ 10mm 길이의 모서리를 갖는 육면체 형상으로 상기 홀더 몸체의 꼭지점부를 절삭 가공하여 형성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설치면은,
    상기 홀더 몸체의 외면에서 상기 신틸레이터의 두께에 대응되는 깊이로 절삭 가공되어 형성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치.
  9. 촬상 대상물을 통과한 엑스선으로부터 상기 촬상 대상물의 영상을 검출하는 기기에 있어서,
    육면체 형상으로 이루어지며 꼭지점부에 수용홈이 형성된 홀더 몸체, 상기 홀더 몸체의 외면에서 소정의 깊이로 절삭 가공됨으로써 상기 수용홈의 외주부를 따라 형성된 설치면, 플레이트 형상으로 구비되어 엑스선을 가시광선으로 변환하며 촬상 대상물을 통과한 엑스선이 입사하는 방향에 대향하는 상기 설치면에 고정 설치되는 신틸레이터, 및 상기 수용홈 내부에 설치되어 상기 신틸레이터에서 변환된 가시광선의 광경로를 변경하는 반사체를 포함하여 이루어지는 엑스선 영상 검출기용 광변환장치;
    상기 수용홈에 소정의 근접 거리보다 가깝게 위치되며, 상기 광변환장치를 통해 광변환 되고 광경로가 변경된 가시광선에 의한 상을 확대하는 광학장치; 및
    상기 광학장치를 통과해 입사되는 상을 검출하는 검출장치; 를 포함하되,
    상기 신틸레이터는,
    엑스선이 입사하는 측의 표면에 형성되며, 엑스선은 통과시키고 가시광선은 반사하여 광 검출 효율을 향상시키는 반사막;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 홀더 몸체는 정육면체 또는 직육면체 형상으로 이루어지고,
    상기 수용홈은 상기 수용홈에 형성되는 꼭지점부에 맞닿은 상기 홀더 몸체의 세 개의 외면에 각각 평행한 세 개의 내면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반사체는,
    서로 직각을 이루는 복수의 접촉면과 가시광선의 광경로를 변경하는 반사면을 가지며, 상기 복수의 접촉면이 상기 수용홈의 세 개의 내면 중 둘 이상에 각각 밀착 고정된 형태로 상기 수용홈 내부에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 엑스선 영상 검출기용 광변환장치는,
    외부광의 유입을 차단할 수 있게 통과홀을 갖는 불투명 플레이트 형상으로 구비되고, 상기 신틸레이터에서 변환된 가시광선이 상기 통과홀을 통해 출사할 수 있도록 상기 홀더 몸체의 외면에 설치되는 마스크;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 근접 거리는,
    0.1 ~ 5mm인 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기.
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서,
    상기 반사막은,
    알루미늄을 상기 신틸레이터의 표면에 증착하여 형성된 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기.
  16. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용홈은,
    1 ~ 10mm 길이의 모서리를 갖는 육면체 형상으로 상기 홀더 몸체의 꼭지점부를 절삭 가공하여 형성되는 것을 특징으로 하는 엑스선 영상 검출기.
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KR20080004729A (ko) * 2006-07-06 2008-01-10 학교법인 포항공과대학교 Ⅹ선 투과 / 회절 영상 결합 촬영 시스템

Patent Citations (4)

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