KR101495105B1 - X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디지털 래디오그래피(digital radiography : DR) 등의 X-선 이미지 검출용 의료기기에 적용되는 대면적 이미지센서를 구성함에 있어서, 이미지센서를 구성하는 각각의 픽셀센서 내에 해당 픽셀에서 획득된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있는 A/D 변환 회로가 형성된 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 디지털 픽셀센서를 구성함으로써, 컬럼(column) 단위 또는 칩(chip) 단위로 A/D 변환기가 구비되는 종래의 대면적 이미지센서에 비해 신호의 감쇄 및 왜곡이 없으며 프레임 속도가 향상되는 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, X-선 이미지 검출용 의료기기의 이미지센서에 구비되는 대면적 디지털 픽셀센서에 있어서, 빛을 수광하여 전기 신호로 변환하는 포토다이오드와; 상기 포토다이오드를 미리 설정된 전압으로 리셋(reset)시키는 리셋 트랜지스터와; 상기 포토다이오드로부터 전달되는 전압 신호와 기준 전압(reference voltage)을 비교하여, 포토다이오드로부터 전달되는 전압 신호와 기준 전압이 같아지는 시점까지의 클럭 신호를 출력하는 비교기와; 상기 비교기로부터 전달받은 클럭 신호를 카운트하는 카운터와; 상기 카운터로부터 카운트 된 값을 디지털 출력 값으로 외부 회로에 전달하는 쉬프트 레지스터;를 포함하여 구성되되, 상기 포토다이오드와 상기 리셋 트랜지스터, 비교기, 카운터 및 쉬프트 레지스터로 구성되는 A/D 변환회로가 하나의 픽셀 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서{A large-scale digital pixel sensor for X-ray images}
본 발명은 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디지털 래디오그래피(digital radiography : DR) 등의 X-선 이미지 검출용 의료기기에 적용되는 대면적 이미지센서를 구성함에 있어서, 이미지센서를 구성하는 각각의 픽셀센서 내에 해당 픽셀에서 획득된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있는 A/D 변환 회로가 형성된 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 디지털 픽셀센서를 구성함으로써, 컬럼(column) 단위 또는 칩(chip) 단위로 A/D 변환기가 구비되는 종래의 대면적 이미지센서에 비해 신호의 감쇄 및 왜곡이 없으며 프레임 속도가 향상되는 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서에 관한 것이다.
의료분야에서 일반적으로 사용되는 영상 진단 장치인 X-선 촬영장치는 환자의 신체 일정 부위에 X-선을 조사하여 뼈의 골절 여부 및 장기의 이상 여부 등을 검진하는 장치이다.
즉, X-선 촬영장치는 엑스선 발생부와 촬영판 사이에 환자의 검진하고자 하는 신체부위를 위치시킨 상태에서 엑스선 발생부에 의해 엑스선을 조사하면, 촬영판을 통해 영상을 얻을 수 있는 구조로 이루어진다.
그러나, 이와 같은 X-선 촬영장치는 촬영판에서 촬영된 필름을 현상해야 하는 번거로움이 있고, 여러 환자들의 필름을 보관 및 관리하는 과정에서 많은 공간과 시간과 경비 및 인력이 필요한 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 필름 방식의 X-선 촬영장치를 대체하여 디지털 래디오그래피(digital radiography : DR) 등의 디지털 X-선 촬영장치가 개발되어 실시간으로 질 높은 디지털 이미지를 획득할 수 있게 되었다.
이와 같은 디지털 X-선 촬영장치에 적용되는 이미지센서는 통상 큰 사이즈의 이미지센서로 구성되는데, 빛을 집속하여 화상 처리를 수행하는 일반 디지털 카메라의 이미지센서와는 달리 디지털 X-선 촬영장치에서는 X-선 발생부로부터 조사되는 X-선이 인체를 통과하여 그대로 검출기의 섬광체에 흡수되어 가시광선으로 변환되고, 이 가시광선이 이미지센서로 입사되어 검출됨으로써, 빛을 집속하여 화상 처리를 수행하는 일반 디지털 영상장비에 적용되는 이미지센서와는 달리 디지털 X-선 촬영장치에 적용되는 이미지센서는 50㎛ 이상의 대면적의 픽셀 사이즈를 갖는 대형 이미지센서가 요구되고 있다.
도 1은 종래의 X-선 이미지 검출용 이미지센서의 구조를 보여주는 도면이다.
도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 종래의 X-선 이미지 검출용 이미지센서의 구조를 살펴보면, 이미지센서의 기판에 다수의 픽셀센서(1a,1b,1)가 매트릭스 형태로 배열되어 있으며, 컬럼(column) 단위 또는 칩(chip) 단위로 구비되는 A/D 변환기(2a,2b,2)를 통해 다수의 픽셀센서(1a,1b,1)로부터 전송되는 신호를 디지털 신호로 변환하여 외부로 출력하고 있다.
그러나, 도 1의 (a)에서와 같이, 컬럼 단위로 A/D 변환기(2a,2b)가 구비되어 있는 종래의 이미지센서의 경우, 동일한 컬럼에 배치된 픽셀센서들(1a 또는 1b)로부터 전송되는 아날로그 신호를 각각의 해당 컬럼에 배치된 A/D 변환기(2a 또는 2b)로 전송하여 디지털 신호로 변환하고 있는데, 대형 기판으로 이루어진 X-선 이미지 검출용 이미지센서의 특성상 픽셀센서들(1a,1b)과 A/D 변환기(2a,2b) 사이를 연결하는 신호 전송라인이 길어짐에 따라, 신호 전송라인 상에서의 저항이나 커패시턴스 변화 등의 영향으로 전송되는 신호의 감쇄 및 왜곡이 발생하는 문제점이 생기게 되며, 도 1의 (b)에서와 같이, 이미지센서에 하나의 A/D 변환기(2)가 구비되어 있는 경우에도 마찬가지로 다수의 픽셀센서(1)와 A/D 변환기(2) 사이를 연결하는 아날로그 신호 전송라인이 길어짐에 따라 신호의 감쇄 및 왜곡이 발생하는 문제점이 생기게 된다.
더욱이, 상기와 같은 종래의 이미지센서는 다수의 픽셀센서(1a,1b,1)로부터 전송되는 아날로그 신호들이 하나의 A/D 변환기(2a,2b,2)로 집중되기 때문에 A/D 변환기(2a,2b,2)에서의 신호변환과정에서 신호처리 흐름의 병목현상이 발생하게 되어 전체적인 신호처리시간이 길어지게 되고, 이에 의해 전반적인 프레임 속도가 느려지는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디지털 래디오그래피(digital radiography : DR) 등의 X-선 이미지 검출용 의료기기에 적용되는 대면적 이미지센서를 구성함에 있어서, 이미지센서를 구성하는 각각의 픽셀센서 내에 해당 픽셀에서 획득된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있는 A/D 변환 회로가 형성된 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 디지털 픽셀센서를 구성함으로써, 컬럼(column) 단위 또는 칩(chip) 단위로 A/D 변환기가 구비되는 종래의 대면적 이미지센서에 비해 신호의 감쇄 및 왜곡이 없으며 프레임 속도가 향상되는 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, X-선 이미지 검출용 의료기기의 이미지센서에 구비되는 대면적 디지털 픽셀센서에 있어서, 빛을 수광하여 전기 신호로 변환하는 포토다이오드와; 상기 포토다이오드를 미리 설정된 전압으로 리셋(reset)시키는 리셋 트랜지스터와; 상기 포토다이오드로부터 전달되는 전압 신호와 기준 전압(reference voltage)을 비교하여, 포토다이오드로부터 전달되는 전압 신호와 기준 전압이 같아지는 시점까지의 클럭 신호를 출력하는 비교기와; 상기 비교기로부터 전달받은 클럭 신호를 카운트하는 카운터와; 상기 카운터로부터 카운트 된 값을 디지털 출력 값으로 외부 회로에 전달하는 쉬프트 레지스터;를 포함하여 구성되되, 상기 포토다이오드와 상기 리셋 트랜지스터, 비교기, 카운터 및 쉬프트 레지스터로 구성되는 A/D 변환회로가 하나의 픽셀 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 디지털 X-선 촬영장치용 이미지센서에 적용되는 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서로서, 이미지센서를 구성하는 각각의 픽셀센서 내에 해당 픽셀에서 획득된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있는 A/D 변환 회로를 형성함으로써, 종래 이미지센서의 문제점인 아날로그 신호 전송라인이 길어짐에 따라 발생하는 신호의 감쇄 및 왜곡을 방지할 수 있으며, 프레임 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 X-선 이미지 검출용 이미지센서의 구조를 보여주는 도면
도 2는 본 발명에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서가 적용되는 이미지센서의 구조를 보여주는 도면
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서의 구조를 개략적으로 보여주는 블록도
도 4는 도 3에 도시된 리셋 트랜지스터, 포토다이오드 및 비교기의 신호 처리 과정을 보여주는 도면
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서에 구비되는 카운터 및 쉬프트 레지스터의 구성을 보여주는 도면
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서의 외부 구조를 보여주는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서의 구조를 개략적으로 보여주는 블록도
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서에 구비되는 디지털 출력부의 구성을 보여주는 도면
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서가 적용되는 이미지센서의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서가 적용되는 이미지센서는 디지털 래디오그래피(digital radiography : DR) 등의 X-선 이미지 검출용 의료기기에 적용되는 대면적 이미지센서로서, 이미지센서의 기판에 다수의 픽셀센서(100)가 매트릭스 형태로 배열되어 있으며, 각각의 픽셀센서(100) 내에 해당 픽셀에서 획득된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있는 A/D 변환 회로(101)가 형성되어 있다.
즉, 상기와 같이 구성된 이미지센서는, 이미지센서를 구성하는 각각의 픽셀센서(100)가 A/D 변환 회로(101)를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 디지털 픽셀센서로 구성됨으로써, 컬럼(column) 단위 또는 칩(chip) 단위로 A/D 변환기가 구비되는 종래의 이미지센서에 비해 신호의 감쇄 및 왜곡이 없으며 프레임 속도가 향상되는 장점이 있다.
이하에서는, 상기와 같이 구성된 이미지센서에 구비되는 본 발명에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서를 실시예 별로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서의 구조를 개략적으로 보여주는 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시된 리셋 트랜지스터, 포토다이오드 및 비교기의 신호 처리 과정을 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서는, 빛을 수광하여 전기 신호로 변환하는 포토다이오드(110)와; 포토다이오드(110)를 미리 설정된 전압으로 리셋(reset)시키는 리셋 트랜지스터(120)와; 포토다이오드(110)로부터 전달되는 전압 신호와 기준 전압(reference voltage)을 비교하여, 포토다이오드(110)로부터 전달되는 전압 신호와 기준 전압이 같아지는 시점까지의 클럭 신호를 출력하는 비교기(130)와; 비교기(130)로부터 전달받은 클럭 신호를 카운트하는 카운터(140)와; 상기 카운터로부터 카운트 된 값을 디지털 출력 값으로 외부 회로에 전달하는 쉬프트 레지스터(150);를 포함하여 구성된다.
포토다이오드(110)는 픽셀센서의 기판에서 빛의 수광면에 구비되며, 빛을 수광하여 전기 신호로 변환하는 역할을 수행한다.
리셋 트랜지스터(120)는 포토다이오드(110)를 미리 설정된 전압으로 리셋시키는 역할을 한다.
즉, 도 4의 (a) 및 (b)에서와 같이, 리셋 트랜지스터(120)가 온(on)되면 리셋 신호에 의해 포토다이오드의 전압이 미리 설정된 초기값으로 리셋되고, 이후 포토다이오드(110)에 수광되는 빛의 양에 비례하여 리셋된 포토다이오드의 전압이 강하되게 된다.
비교기(130)는 이렇게 변화되는 포토다이오드 전압과 기준 전압을 비교하여, 수광되는 빛의 양에 비례하여 감소하는 포토다이오드 전압이 기준 전압과 같아지는 시점까지 입력되는 클럭 신호를 출력한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 비교기(130)에는 포토다이오드의 전압이 입력되는 동시에, 기준 전압(reference voltage)과 클럭 신호가 각각 입력되고 있으며, 이때 비교기(130)는, 도 4의 (b) 및 (c)에서와 같이, 포토다이오드 전압이 기준 전압 이상의 초기값으로 리셋된 이후부터 수광되는 빛의 양에 따라 감소하여 기준 전압과 같아지는 시점까지 입력되는 클럭 신호를 출력함으로써, 포토다이오드(110)에 수광되는 빛의 양을 클럭 신호로 변환하여 출력하게 된다.
한편, 카운터(140)는 비교기(130)로부터 전달되는 클럭 신호를 카운트하며, 쉬프트 레지스터(150)는 카운터(140)로부터 전달받은 클럭 신호의 카운트 값을 디지털 출력 값으로 외부회로에 전달한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서에 구비되는 카운터 및 쉬프트 레지스터의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 카운터(140)는 가산부(141)와 플립플롭(142)으로 구성된 회로가 각 비트별로 할당되어 복수로 연결되어 있는 구조로 형성되어 있다.
이와 같은 카운터(140)는 상기 가산부(141)와 플립플롭(142)을 통한 연산에 의해 비교기(130)로부터 전달된 클럭 신호를 2진수로 카운트하여 쉬프트 레지스터(150)로 전달한다.
또한, 쉬프트 레지스터(150)는 상기 카운터(140)의 플립플롭(142)과 연결된 보조 플립플롭(151)이 각 비트별로 할당되어 복수로 연결되어 있는 구조로 형성되어 있다.
즉, 각 비트별로 할당된 보조 플립플롭들(151)은 상기 카운터(140)의 각 비트별로 할당된 플립플롭들(142)과 각각 대응하게 연결되어, 상기 카운터(140)의 플립플롭들(142)로부터 2진수로 카운트 된 값을 순차적으로 읽어들여 디지털 출력 값으로 외부회로에 전달하게 된다.
이러한 구성으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서는, 픽셀센서 내에 비교기(130), 카운터(140) 및 쉬프트 레지스터(150)로 구성되는 A/D 변환 회로를 형성함에 따라, 포토다이오드(110)를 통해 수광된 빛의 양을 디지털 값으로 변환하여 출력할 수 있는 PWM 방식의 디지털 픽셀센서로 구성됨으로써, 컬럼(column) 단위 또는 칩(chip) 단위로 A/D 변환기가 구비되는 종래의 대면적 이미지센서에 비해 신호의 감쇄 및 왜곡이 없어 향상된 이미지를 제공할 수 있으며, 각 픽셀센서 별로 디지털 출력을 수행하기 때문에 프레임 속도를 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서의 외부 구조를 보여주는 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서는, 기판의 표면에 빛의 수광하는 포토다이오드(110)가 배치되며, 기판 표면의 일측에는 비교기(130), 카운터(140) 및 쉬프트 레지스터(150)로 구성된 A/D 변환 회로가 형성되어 있다.
이와 같은 본 발명의 디지털 픽셀센서는 대면적의 픽셀센서로 구성되어 있어 상기와 같이 기판에 A/D 변환 회로를 형성할 수 있게 되는 것이다.
즉, 종래의 디지털 카메라의 이미지센서에 적용되는 픽셀센서는 대개 수㎛ 이하의 사이즈로 형성되어 있어 픽셀센서 내에 A/D 변환 회로를 형성할 공간을 확보하는 것이 현실적으로 불가능하나, 본 발명의 디지털 픽셀센서는 그 적용대상이 대면적 X-선 이미지 검출용 이미지센서이기 때문에 하나의 픽셀센서가 대략 50 ~ 100㎛ 정도의 사이즈를 갖게 되어, 픽셀기판에서 포토다이오드를 제외하고도 여분의 공간에 충분히 A/D 변환 회로를 형성할 수 있게 된다.
다만, 이 경우 픽셀기판에서 A/D 변환 회로가 차지하는 공간 때문에 전체 픽셀 면적에서 포토다이오드가 차지하는 면적인 필팩터(fill-factor)가 감소되는 것은 피할 수 없으나, 이러한 대면적의 픽셀센서에서는 마이크로 렌즈(160) 등을 적절하게 이용하여 감소된 필팩터를 보완할 수 있다.
도 6에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 디지털 픽셀센서는 각각 100㎛ × 100㎛의 사이즈로 형성되었으며, 이 경우 50% ~ 60% 정도의 필팩터를 얻을 수 있었다.
또한, 본 실시예에서는 픽셀기판의 상부에 포토다이오드(110) 쪽으로 편심된 마이크로 렌즈(160)를 구비하여 필팩터를 보완하는 기능을 수행한다.
즉, 편심된 마이크로 렌즈(160)를 통해 외부로부터 들어오는 빛을 포토다이오드(110) 쪽으로 집속하여 필팩터를 보완함으로써 픽셀센서로 입사되는 빛의 광전변환효율을 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서의 구조를 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서는 포토다이오드(210), 리셋 트랜지스터(220) 및 비교기(230)의 구성이 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서와 동일한 구성 및 작동을 가지며, 카운터(140, 도 3 참조) 및 쉬프트 레지스터(150, 도 3 참조)를 대신하여 디지털 출력부(240)가 구비된다.
즉, 디지털 출력부(240)는 비교기(230)로부터 전달되는 클럭 신호를 카운트하여, 카운트 된 값을 디지털 출력 값으로 외부 회로에 전달한다.
이와 같은 디지털 출력부(240)는 클럭 신호를 카운트하는 카운터와, 카운트 값을 디지털로 출력 값으로 전달하는 쉬프트 레지스터를 하나의 회로로 형성하여, 모드 전환에 따라 카운터 또는 쉬프트 레지스터로 동작하도록 구성된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서에 구비되는 디지털 출력부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 디지털 출력부(240)는 가산부(241), 플립플롭(242) 및 멀티플렉서(243)로 구성된 회로가 각 비트별로 할당되어 복수로 연결되어 있는 구조로 형성되어 있다.
즉, 앞서 설명한 제1 실시예에 따른 디지털 픽셀센서의 경우, 가산부와 플립플롭으로 구성된 회로가 각 비트별로 할당되어 복수로 연결되어 구성되는 카운터와, 플립플롭이 각 비트별로 할당되어 복수로 연결되어 구성되는 쉬프트 레지스터가 픽셀기판에 각각의 회로로 형성되어 있어, 상기 카운터가 비교기로부터 전달되는 클럭 신호를 카운트하고, 카운터로부터 전달되는 카운트 값을 쉬프트 레지스터가 디지털 출력으로 외부회로에 전달하고 있으나, 제2 실시예에 따른 디지털 픽셀센서는 각 비트별로 할당되는 가산부(241)와 플립플롭(242) 사이에 멀티플렉서(243)를 추가하여 회로를 구성하는 디지털 출력부(240)를 구비함으로써, 스위치 역할을 하는 멀티플렉서(243)를 통해 하나의 회로에서 카운터와 쉬프트 레지스터의 동작을 선택적으로 수행할 수 있도록 하고 있다.
즉, 이와 같은 디지털 출력부(240)는 카운터로 동작하는 경우, 멀티플렉서(243)를 통해 가산부(241)와 플립플롭(242) 사이의 신호 라인을 연결함으로써, 앞서 도 5에서 설명한 바와 같은 가산부와 플립플롭을 통한 연산으로 클럭 신호를 카운트하는 카운터의 기능을 수행하며, 동시에 상술한 디지털 출력부(240)가 쉬프트 레지스터로 동작하는 경우에는, 멀티플렉서(243)를 통해 가산부(241)와 플립플롭(242) 사이의 신호 라인을 차단함으로써, 각각의 플립플롭들(242)에 저장된 디지털 값을 외부 회로로 전달하는 쉬프트 레지스터의 기능을 수행하게 된다.
다시 말해서, 상기와 같은 디지털 출력부(240)는 가산부(241)와 플립플롭(242) 사이에 구비된 멀티플렉서(243)를 통해 선택적으로 가산부(241)와 플립플롭(242) 사이의 신호 라인을 연결 또는 차단함으로써, 카운터와 쉬프트 레지스터의 동작을 동시에 수행할 수 있게 되는 것이다.
이러한 구성에 의해 본 발명의 제2 실시예에 따른 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서는, 픽셀기판에 카운터 및 쉬프트 레지스터를 하나의 회로로 구성하여 픽셀기판에서 회로가 차지하는 공간을 줄여줌으로써, 앞서 설명한 제1 실시예의 디지털 픽셀센서에서 A/D 변환 회로가 차지하는 공간에 의해 감소된 필팩터(fill-factor)를 보다 효과적으로 개선할 수 있어 픽셀센서의 센싱 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 제2 실시예에 따른 디지털 픽셀센서를 설계함에 있어서는, 픽셀기판에서 A/D 변환 회로가 차지하는 공간을 줄여줌으로써, 앞서 설명한 제1 실시예에 따른 디지털 픽셀센서보다 필팩터가 10 ~ 20% 정도 증가되는 효과를 볼 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에서도 픽셀기판의 상부에 포토다이오드(210) 쪽으로 편심된 마이크로 렌즈(160, 도 6 참조)를 구비하여 필팩터를 보완할 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 디지털 X-선 촬영장치용 이미지센서에 적용되는 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서로서, 이미지센서를 구성하는 각각의 픽셀센서 내에 해당 픽셀에서 획득된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있는 A/D 변환 회로를 형성함으로써, 종래 이미지센서의 문제점인 아날로그 신호 전송라인이 길어짐에 따라 발생하는 신호의 감쇄 및 왜곡을 방지할 수 있으며, 프레임 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
110, 210 : 포토다이오드 120, 220 : 리셋 트랜지스터
130, 230 : 비교기 140 : 카운터
141, 241 : 가산부 142, 242 : 플립플롭
150 : 쉬프트 레지스터 151 : 보조 플립플롭
160 : 마이크로 렌즈 240 : 디지털 출력부
243 : 멀티플렉서

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. X-선 이미지 검출용 의료기기의 이미지센서에 구비되는 대면적 디지털 픽셀센서에 있어서,
    빛을 수광하여 전기 신호로 변환하는 포토다이오드와;
    상기 포토다이오드를 미리 설정된 전압으로 리셋(reset)시키는 리셋 트랜지스터와;
    상기 포토다이오드로부터 전달되는 전압 신호와 기준 전압(reference voltage)을 비교하여, 포토다이오드로부터 전달되는 전압 신호와 기준 전압이 같아지는 시점까지의 클럭 신호를 출력하는 비교기와;
    상기 비교기로부터 전달받은 클럭 신호를 카운트하여, 카운트 된 값을 디지털 출력 값으로 외부 회로에 전달하는 디지털 출력부;
    를 포함하여 구성되되,
    상기 포토다이오드와 상기 리셋 트랜지스터, 비교기 및 디지털 출력부로 구성되는 A/D 변환회로가 하나의 픽셀 상에 형성되고,
    상기 디지털 출력부는,
    가산부, 플립플롭 및 멀티플렉서로 구성된 회로가 각 비트별로 할당되어 복수로 연결되어 있는 구조로 형성되며,
    상기 멀티플렉서는,
    가산부와 플립플롭 사이에 연결되어, 가산부와 플립플롭 사이의 신호전달라인을 선택적으로 연결 또는 차단하도록 구성되어,
    상기 멀티플렉서가 상기 신호전달라인을 연결하는 경우, 가산부와 플립플롭을 통한 연산으로 클럭 신호를 카운트하는 카운터로 동작하고,
    상기 멀티플렉서가 상기 신호전달라인을 차단하는 경우, 플립플롭들에 저장된 디지털 값을 외부 회로로 전달하는 쉬프트 레지스터로 동작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 디지털 픽셀센서의 상부에는,
    외부로부터 입사되는 빛을 포토다이오드 쪽으로 집속하기 위한 마이크로 렌즈가 구비되는 것을 특징으로 하는 X-선 이미지 검출용 대면적 디지털 픽셀센서.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009239442A (ja) * 2008-03-26 2009-10-15 Toshiba Corp イメージセンサおよびその駆動方法
KR101031591B1 (ko) * 2010-11-17 2011-04-27 주식회사 룩센테크놀러지 고속 대면적 광자 계수형 엑스선 동영상 센서, 이를 포함하는 엑스선 동영상 촬상 시스템 및 픽셀 데이터 독출 방법

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