KR101338013B1 - digital X-ray image detector for scanning using optical switching readout - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 엑스-선 조사시 엑스-선을 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 엑스선 PCL(Photo Conductive Layer), 상기 엑스선 PCL에서 변환된 전자를 저장하는 CAL(Charge Accumulation Layer), 영상 신호를 수집하기 위해 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키며, 복수 개의 라인광원으로 이루어진 광발생 장치, 상기 광을 투과시키는 하부전극, 투과된 상기 광을 쪼이면 전자와 정공을 발생시키고 발생된 상기 정공과 상기 CAL에 모인 전자를 결합시키는 readout PCL 및 상기 복수 개의 라인광원을 순차적으로 온시키는 제어부를 포함하는 광 스위칭 방식을 이용하여 스캐닝하기 위한 디지털 엑스-선 영상 검출기를 제공한다.The present invention collects an X-ray photoconductive layer (PCL) that absorbs X-rays during X-ray irradiation to generate electrons and holes, a charge accumulation layer (CAL) for storing electrons converted from the X-ray PCL, and an image signal. In order to generate light having a predetermined wavelength for generating a light generating device comprising a plurality of line light source, the lower electrode for transmitting the light, the transmitted light generates electrons and holes and the generated holes and the CAL The present invention provides a digital X-ray image detector for scanning by using an optical switching method including a readout PCL for coupling electrons collected thereon and a controller for sequentially turning on the plurality of line light sources.
Description
본 발명은 광 스위칭 방식을 이용하여 스캐닝하기 위한 디지털 엑스-선 영상 검출기에 관한 것으로, 광 스위칭 방식을 이용하여 엑스-선 촬영 영상 정보를 검출하는 검출기에 관한 것이다.The present invention relates to a digital X-ray image detector for scanning using a light switching method, and relates to a detector for detecting X-ray photographed image information using a light switching method.
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 영상 정보를 가져오기 위하여 픽셀화된 readout PCL에 TFT를 사용하고 있다.In general, a medical or industrial digital X-ray image detector which photographs a body part or an object of a patient using X-ray transmission characteristics is widely used. Such digital X-ray image detectors use TFTs in pixelated readout PCL to obtain X-ray image information.
그러나 TFT를 사용하여 영상 정보를 readout하는 방식은 픽셀 사이즈가 작아지면 노이즈가 증가하기 때문에 영상의 해상도(resolution)를 향상시키기 위한 픽셀의 소형화에 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 근래에 제안되는 방식으로 기존의 TFT 스위칭을 사용하지 않고 광 스위칭을 이용하여 영상 정보를 readout하는 방식이 개발되고 있다.
However, the method of reading out image information using TFTs has difficulty in miniaturizing pixels for improving the resolution of an image because noise increases as the pixel size decreases. In order to solve such a problem, a method of reading out image information by using optical switching has been developed in recent years without using conventional TFT switching.
도 1은 종래 기술에 따른 광 스위칭을 이용하여 영상 정보를 readout하는 원리를 설명하기 위한 예시도이다.1 is an exemplary diagram for explaining a principle of reading out image information by using optical switching according to the related art.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기는 엑스-선 발생장치에 의해 발생된 엑스-선을 촬영하고자하는 물체나 인체를 투과시켜 물체의 영상 정보를 가지고 영상 센서 표면으로 입사시키게 된다.As shown in FIG. 1, a digital X-ray image detector using a conventional light switching method has image information of an object by transmitting an object or a human body to take an X-ray generated by an X-ray generator. Incident on the surface of the image sensor.
그러면 그림 (a)처럼 양단에 전압을 인가하고 엑스-선이 입사되면 엑스선 PCL에서 엑스선 변환 물질인 a-Se, CZT(CdZnTe), CdTe, PbI2, HgI2,PbO BiI3 등의 광전도체를 거치면서 전자와 정공으로 변환된다. 양 전극에 인가전압에 의해 형성된 전계에 의해서 전자와 정공은 분리되어 정공은 상부전극으로 이동하고 전자는 하부전극으로 이동하다가 전하 수집층(CAL, Charge Accumulation Layer)에 모이게 된다.Then, when voltage is applied at both ends as shown in Fig. (A), and when X-rays are incident, photoconductors such as a-Se, CZT (CdZnTe), CdTe, PbI 2 , HgI 2 , and PbO BiI 3 , which are X-ray conversion materials, are It goes through electrons and holes. Electrons and holes are separated by an electric field formed by an applied voltage at both electrodes, holes move to the upper electrode, electrons move to the lower electrode, and are collected in a charge accumulation layer (CAL).
readout PCL에서 전자를 수집하기 위하여 우선 그림 (b)처럼 상부전극에 (-) 전극을 접지로 변환하면 상부전극과 하부전극에 CAL에 수집된 전자에 의해 정공이 유도되어 전체적으로 내부 전계를 상쇄시킨다.To collect electrons from the readout PCL, first convert the negative electrode to ground as shown in Figure (b), and the holes are induced by the electrons collected in the CAL on the upper and lower electrodes, canceling the internal electric field as a whole.
CAL에 축적된 전자를 readout PCL에서 읽기 위하여 그림 (c)처럼 readout PCL에 빛을 쪼이면 readout PCL에 전하 즉, 정공과 전자가 새로 생성이 된다. 이 때 새로 생긴 정공은 CAL에 축적되어 있는 전자와 결합하여 사라지고, 결합한 정공의 수만큼의 전자를 readout PCL의 출력단에서 영상 정보를 반영하는 전하를 획득한다.
In order to read the electrons accumulated in the CAL from the readout PCL, as shown in (c), when the light is read from the readout PCL, charges, holes and electrons are newly generated in the readout PCL. At this time, the newly formed holes disappear by combining with the electrons accumulated in the CAL, and as many electrons as the combined holes are acquired, a charge reflecting the image information is obtained at the output of the readout PCL.
이처럼 영상 정보를 읽기 위해서는 readout PCL에 빛을 조사하여야 하는데, 픽셀 사이즈로 구성된 라인 형태의 광발생 장치를 기계적으로 이동시키면서 LED 혹은 레이저로 구성된 라인 빔을 조사하게 된다. 그러나 이 방법은 픽셀 사이즈의 라인 빔을 생성하기 위해서 광학계가 필요하고 또한 서보 모터 및 레일과 같은 기계적인 구성을 구비하여야 하므로 사이즈가 커질 수 밖에 없으며, 또한 제어하기가 힘들다. 더불어 스캔이 많아질수록 기구적 신뢰성에 한계를 가져오게 된다.In order to read the image information, light must be irradiated to the readout PCL. The line beam composed of LEDs or lasers is irradiated while mechanically moving a light generating device having a pixel shape of a line type. However, this method requires an optical system to generate a pixel beam of a line beam size, and also has a mechanical configuration such as a servo motor and a rail, so that the size is large and difficult to control. In addition, more scans bring limitations to mechanical reliability.
또한, 엑스-선 영상 검출기의 사이즈가 커지고 소형화가 힘들어 기구적인 편의성을 확보하기 힘들어진다.In addition, since the size of the X-ray image detector is increased and miniaturization is difficult, it is difficult to secure mechanical convenience.
뿐만 아니라, 미세 영상 정보를 읽기 위해서 기계적 제어가 수반되어야 하는 부담이 존재한다.In addition, there is a burden that mechanical control must be accompanied to read fine image information.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 광발생 장치를 전자적으로 제어하여 신속하게 영상 정보를 획득할 수 있는 디지털 엑스-선 영상 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a digital x-ray image detector capable of quickly obtaining image information by electronically controlling a light generating device.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 엑스-선 조사시 엑스-선을 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 엑스선 PCL(Photo Conductive Layer), 상기 엑스선 PCL에서 변환된 전자를 저장하는 전하 수집층(CAL, Charge Accumulation Layer), 영상 신호를 수집하기 위해 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키며, 복수 개의 라인광원으로 이루어진 광발생 장치, 상기 광을 투과시키는 하부전극, 투과된 상기 광을 쪼이면 전자와 정공을 발생시키고 발생된 상기 정공과 상기 전하 수집층에 모인 전자를 결합시키는 readout PCL 및 상기 복수 개의 라인광원을 순차적으로 온(ON)시키는 제어부를 포함하는 광 스위칭 방식을 이용하여 스캐닝하기 위한 디지털 엑스-선 영상 검출기를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an X-ray PCL (Photo Conductive Layer) for absorbing X-rays and generating electrons and holes during X-ray irradiation, and a charge collection layer for storing electrons converted from the X-ray PCL. CAL (Charge Accumulation Layer), and generates a light having a predetermined wavelength for collecting the image signal, a light generating device consisting of a plurality of line light source, a lower electrode for transmitting the light, the electron and the A digital X for scanning using a light switching method including a readout PCL for generating holes and coupling the generated holes and electrons collected in the charge collection layer, and a controller for sequentially turning on the plurality of line light sources. Provides an on-line image detector.
이때, 상기 광발생 장치는 복수 개의 픽셀을 가지는 FPD(Flat Panel Display)일 수 있다.In this case, the light generating device may be a flat panel display (FPD) having a plurality of pixels.
여기서, 상기 FPD는 PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Display) 패널, LED(Light Emitting Diode) 패널, OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널 중 어느 하나일 수 있다.The FPD may be any one of a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD) panel, a light emitting diode (LED) panel, and an organic light emitting diode (OLED) panel.
또한, 상기 광발생 장치는 복수 개의 픽셀을 가지는 OLED 패널일 수 있다.In addition, the light generating device may be an OLED panel having a plurality of pixels.
여기서, 상기 OLED 패널은 PMOLED(Passive Matrix Organic Light Emitting Diode) 패널인 것이 바람직하다.Herein, the OLED panel is preferably a passive matrix organic light emitting diode (PMOLED) panel.
한편, 상기 광발생 장치는, 상기 readout PCL에서 흡수율이 높은 블루(blue) 영역의 광을 조사하는 것이 바람직하다.On the other hand, the photo-generating device, it is preferable to irradiate light in a blue region with a high absorption rate in the readout PCL.
본 발명은 광발생 장치를 전자적으로 제어하여 신속하게 영상 정보를 획득할 수 있는 이점이 있다.The present invention has the advantage that the image information can be obtained quickly by controlling the light generating device electronically.
도 1은 종래의 광 스위칭 방식을 이용하는 디지털 엑스-선 영상 검출기을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기는 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 광발생 장치를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a digital X-ray image detector using a conventional light switching method.
Figure 2 is a schematic diagram showing a digital x-ray image detector according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view illustrating a light generating apparatus of a digital X-ray image detector according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a digital X-ray image detector according to another embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직할 실시예에 대해 설명한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기는 상부전극(top electrode)(110), 엑스선 PCL(Photo Conductive Layer)(120), CAL(Charge Accumulation Layer)(130), readout PCL(140), 하부전극(150), 광스위칭 모듈(optical switching module) 또는 광발생 장치(170), 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the digital X-ray image detector according to the present invention includes a
이때, 이러한 광 스위칭 방식은 엑스-선을 흡수하여 직접적으로 전자와 정공을 생성시키는 전도체를 사용하여 엑스-선의 흡수율을 증가시킬 수 있고, 적은 노이즈와 높은 DQE(Detective Quantum Efficiency)를 확보할 수 있는 이점이 있다.At this time, the optical switching method can increase the absorption rate of X-rays by using a conductor that directly absorbs X-rays to generate electrons and holes, and can secure low noise and high Detective Quantum Efficiency (DQE). There is an advantage.
상부전극(110)은 엑스-선 조사시 엑스선 PCL(120)에서 발생하는 전하(charge) 중 정공 
엑스선 PCL(120)은 엑스-선 변환 물질인 a-Se, CZT(CdZnTe), CdTe, PbI2, HgI2,PbO BiI3 등의 광전도체로 구성되어 입사하는 엑스-선을 흡수하여 전하 즉, 전자 
CAL(130)은 엑스선 PCL(120)에서 발생된 전자 
readout PCL(140)은 상부전극(110)을 (-) 전극에서 접지로 변환하고 readout 전극(150)의 아래쪽에서 빛 예컨대, 자외선, 가시광선 등을 쪼이면 EHP(Electron-Hole Pair) 즉, 정공 
이때, 광발생 장치(170)는 readout 신호를 충분히 발생시키기 위해 소정의 파장을 가지는 빛을 발생시키며, 복수 개의 라인광원으로 구성된다.In this case, the
하부전극(150)은 아래쪽에서 가해주는 광선을 투과해야하는 물질로 구성되는 투명 전극으로 엑스-선 조사시 상부전극(110)과 같이 전압을 인가해주는 전극이다. The
제어부는 상기 광발생 장치(170)의 복수 개의 라인광원을 순차적으로 온시키거나 오프시키는 역할을 한다.
The controller serves to sequentially turn on or off a plurality of line light sources of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 상기 광발생 장치를 나타낸 평면도이다.3 is a plan view illustrating the light generating apparatus of the digital X-ray image detector according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 광발생 장치(170)는 복수 개의 라인광원(171)으로 구성된다. 상기 광발생 장치는 복수 개의 라인광원이 어레이(array) 형태를 이룬다. 예를 들어 100 um x 100 um 픽셀을 가지는 1024 x 1024 해상도를 가지는 광스위칭 readout 방식의 엑스-선 검출기의 경우 가로 길이 102.4 mm (=100 um x 1024), 스캔 방향(세로 방향)으로 100 um 간격을 갖는 상기 1024개의 개의 라인 광원의 어레이 형태를 가질 수 있다.상기 복수 개의 라인광원(171)의 각 라인광원(171)은 상기 제어부에 의해 순차적으로 켜지고(ON) 꺼질(OFF) 수 있다. 상기 라인광원(171)과 하부전극(150)은 서로 교차하도록 배치되며, 수직으로 교차하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3, the
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 광발생 장치(170)는 FPD(Flat Panel Display)일 수 있다. 상기 FPD는 복수 개의 픽셀(Pixel)로 이루어지며, 상기 픽셀이 이루는 하나의 라인이 라인광원(171)으로 기능할 수 있다. 이때, 각 픽셀의 발광 유무 및 광세기는 픽셀에 구비된 전극에 인가되는 전류 또는 전압의 유무 및 크기, 또는 TFT에 인가되는 전류 또는 전압의 유무 및 크기에 의해 결정된다.The
상기 FPD는 PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Display) 패널, LED(Light Emitting Diode) 패널, OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널 중 어느 하나일 수 있다. 상기 PDP 패널, LCD 패널, LED 패널, OLED 패널의 구체적인 구성 및 구조는 공지의 기술이므로 자세한 설명을 생략한다. 상기 LED 패널은 백라이트로서 LED를 사용한 패널을 의미하며, LED 소자가 적어도 하나의 픽셀에 대응되도록 구비되는 것이 바람직하다.The FPD may be any one of a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD) panel, a light emitting diode (LED) panel, and an organic light emitting diode (OLED) panel. Specific configurations and structures of the PDP panel, the LCD panel, the LED panel, and the OLED panel are well known technologies, and thus detailed descriptions thereof will be omitted. The LED panel means a panel using an LED as a backlight, and the LED panel is preferably provided to correspond to at least one pixel.
상기 OLED 패널은 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 패널, PMOLED(Passive Matrix Organic Light Emitting Diode) 패널일 수 있다. readout PCL에서 영상정보를 획득하기 위해서는 픽셀 당(200㎛2) 광세기가 100nW 이상인 것이 바람직하다. OLED 패널은 자체적으로 발광하는 유기물질을 포함하고 있어, 픽셀 당 100nW 이상의 광세기를 쉽게 달성할 수 있다. 더불어, 대면적화가 가능하며 제조공정이 단순하여 공정 비용이 절감된다. 또한, MOSFET 등의 외부 스위칭 소자를 이용하여 하나의 픽셀라인(즉, 라인광원)의 구동이 쉽고 반응속도가 빠른 이점이 있다. 또한, 광발생 장치의 박형 제조가 가능하며, 다양한 파장의 빛을 발광하는 것이 용이하다.The OLED panel may be an AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode) panel or a PMOLED (Passive Matrix Organic Light Emitting Diode) panel. In order to acquire the image information in the readout PCL, it is preferable that the light intensity per pixel (200 μm 2 ) is 100 nW or more. OLED panels contain self-emitting organic materials, making it easy to achieve greater than 100 nW light intensity per pixel. In addition, large area is possible and the manufacturing process is simple, which reduces the process cost. In addition, the use of an external switching element such as a MOSFET has the advantage of easy driving of one pixel line (that is, line light source) and fast reaction speed. In addition, it is possible to manufacture a thin film of the light generating device, it is easy to emit light of various wavelengths.
상기 광발생 장치(170)는 픽셀 당 발광이 제어되는 것이 아니라 픽셀라인 별로 발광이 제어되므로 제조공정이 단순하고 제조비용이 낮은 PMOLED인 것이 바람직하다.
Since the
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 엑스-선 영상 검출기의 스캔 방법은, 상기 FPD의 픽셀들이 N개의 라인으로 이루어진다고 가정하며, 상기 1라인(L1)의 픽셀들을 온시켜 영상정보를 읽은 후, 1라인(L1)의 픽셀들을 오프시키고 2라인(L2)의 픽셀들을 온시켜 영상정보를 읽는 과정을 반복 수행하여 전체 영상 정보를 읽을 수 있다.In the scanning method of a digital X-ray image detector according to an embodiment of the present invention, it is assumed that pixels of the FPD are composed of N lines, and after reading image information by turning on pixels of the first line (L 1 ) The entire image information may be read by repeatedly turning off the pixels of the first line L 1 and turning on the pixels of the second line L 2 to read the image information.
이때, 라인광원은 readout PCL에서 흡수율이 높은 블루(blue) 영역의 광을 조사하는 것이 바람직하다.
In this case, the line light source is preferably irradiated with light in a blue region having a high absorption rate in the readout PCL.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.
110: 상부전극 120: 엑스선 PCL
130: CAL 140: readout PCL
150: 하부전극 170: 광발생 장치
171: 라인광원110: upper electrode 120: X-ray PCL
130: CAL 140: readout PCL
150: lower electrode 170: photo-generating device
171: line light source
Claims (6)
상기 엑스선 광전도체 층에서 변환된 전자를 저장하는 전하 수집층(CAL, Charge Accumulation Layer);
영상 신호를 수집하기 위해 소정의 파장을 갖는 광을 발생시키며, 복수 개의 라인광원으로 이루어진 광발생 장치;
상기 광을 투과시키는 하부전극;
투과된 상기 광을 쪼이면 전자와 정공을 발생시키고 발생된 상기 정공과 상기 전하 수집층에 모인 전자를 결합시키는 독출 광전도체 층(readout PCL); 및
상기 복수 개의 라인광원을 순차적으로 온시키는 제어부;를 포함하는 광 스위칭 방식을 이용하여 스캐닝하기 위한 디지털 엑스-선 영상 검출기.An X-ray photoconductive layer (PCL) that absorbs X-rays and generates electrons and holes during X-ray irradiation;
A charge accumulation layer (CAL) for storing electrons converted in the X-ray photoconductor layer;
A light generating device generating light having a predetermined wavelength to collect an image signal, the light generating device comprising a plurality of line light sources;
A lower electrode transmitting the light;
A readout photoconductor layer (readout PCL) which generates electrons and holes when the light is transmitted and couples the generated holes and electrons collected in the charge collection layer; And
And a control unit which sequentially turns on the plurality of line light sources.
상기 광발생 장치는 복수 개의 픽셀을 가지는 평판 디스플레이(FPD, Flat Panel Display)인 것을 특징으로 하는 디지털 엑스-선 영상 검출기.The method of claim 1,
The light generating device is a digital X-ray image detector, characterized in that a flat panel display (FPD) having a plurality of pixels.
상기 평판 디스플레이는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP, Plasma Display Panel), 액정 디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 패널, 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode) 패널, 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diode) 패널 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 스위칭 방식을 이용하여 스캐닝하기 위한 디지털 엑스-선 영상 검출기.3. The method of claim 2,
The flat panel display may include a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD) panel, a light emitting diode (LED) panel, and an organic light emitting diode (OLED) panel. Digital X-ray image detector for scanning by using a light switching method, characterized in that any one.
상기 광발생 장치는 복수 개의 픽셀을 가지는 유기 발광 다이오드 패널인 것을 특징으로 하는 광 스위칭 방식을 이용하여 스캐닝하기 위한 디지털 엑스-선 영상 검출기.The method of claim 1,
The photo-generation device is a digital x-ray image detector for scanning by using a light switching method, characterized in that the organic light emitting diode panel having a plurality of pixels.
상기 유기 발광 다이오드 패널은 수동형 유기 발광 다이오드(PMOLED, Passive Matrix Organic Light Emitting Diode) 패널인 것을 특징으로 하는 광 스위칭 방식을 이용하여 스캐닝하기 위한 디지털 엑스-선 영상 검출기.5. The method of claim 4,
And said organic light emitting diode panel is a passive matrix organic light emitting diode (PMOLED) panel.
상기 광발생 장치는, 상기 독출 광전도체 층에 블루(blue) 영역의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 광 스위칭 방식을 이용하여 스캐닝하기 위한 디지털 엑스-선 영상 검출기.
The method of claim 1,
The photo-generating device is a digital x-ray image detector for scanning by using a light switching method, characterized in that for irradiating the blue light to the read photoconductor layer.
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