KR101777094B1

KR101777094B1 - 자동 감지 기능을 갖는 저출력 이미저

Info

Publication number: KR101777094B1
Application number: KR1020177002021A
Authority: KR
Inventors: 리차드콜베스; 리차드위스필드; 몰로프 이반; 시저프로아노; 피터루스
Original assignee: 바렉스 이미징 코포레이션
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2017-09-08
Also published as: EP3172622B1; CN106575075B; JP6333466B2; JP2017525297A; US20160227140A1; WO2016014602A1; CN106575075A; EP3172622A1; KR20170016508A; US9762828B2; EP3172622A4

Abstract

이미저는 이미저가 완전-파워 전하 통합 모드에서 동작할 때 전하를 수집하도록 구성된 평탄 패널을 포함한다. 이미저는 완전-파워 전하 통합 모드에서 각 이미지 획득 직후 저파워 대기 모드로 스위칭한다. 평탄 패널을 통해 흐르는 바이어스 전류는 대기 모드에서 모니터된다. 이미저는 X-선 노출의 개시를 나타내는 바이어스 전류의 변화를 감지할 때 완전-파워 전하 통합 모드로 스위칭한다.

Description

자동 감지 기능을 갖는 저출력 이미저{LOW-POWER IMAGER WITH AUTOSENSING FUNCTION}

관련출원에 대한 상호참조

본원은 2014년 7월 21일자로 출원된 미국 가 출원 제62/027,218호의 우선권을 주장하며, 이는 본원에 참고로 포함된다.

본 명세서에 달리 지시되지 않는 한, 이 단락에 설명된 접근법은 이 출원의 청구 범위에 대한 선행 기술이 아니며, 이 단락에 포함에 의해 선행 기술이 되는 것으로 인정되지 않는다.

종래의 이미저(imager)는 항상 이미지를 획득하기 위해 이용가능하도록 연속적으로 작동된다. 이것은 패널이 비교적 많은 량의 파워를 소모할 것을 요구한다. 완전-파워 전하 통합 모드에서 동작하는 이미저의 무선 검출기는 배터리 수명에 심각한 제약을 부과한다. 이미저의 유선 패널이 아이들 모드에서 작동된다면, 이것은 일반적으로 X-선 발생기를 장착하는 것과 더불어 이미지를 획득하기 위해 장착될 수 있다. 반면에, 무선 패널은 전형적으로 X-선 발생기와 직접 통신하지 않는다. 따라서, 아이들 이미저는 전형적으로 이미지를 획득하기 위해 패널을 턴 온하기 위해서 언제 X-선이 도달할 수 있는지를 알 직접적인 방법이 없다.

종래의 자동 감지 방법은 PC 호스트의 명령 하에 이미지를 획득하는 것과, 어떤 이미지들이 실제 X-선 이미지 정보를 내포하는지를 선별하기 위해 사용되는 다운스트림 소프트웨어를 수반한다. 패널 자체에서 전개되는 신호는 이미지 획득을 트리거하는 수단으로서 사용된다. 하나의 종래 기술 접근법은 픽셀 어레이 내 박막 트랜지스터(TFT) 스위치를 턴 오프 상태로 유지하고 X-선이 턴 온하였을 때 바이어스 전류를 감지하는 것이다. 이것은 적어도 다음과 같은 문제점을 가지고 있다: 바이어스 전류는 TFT 스위치가 셧오프되었을 때 총 광전류의 작은 부분(<1%)일 뿐이며, 이것은 포토다이오드의 기생 커패시턴스를 게이트 라인 및 데이터 라인에 충전하는 전류이다. 이것은 일반적으로 픽셀 플로팅 노드 자체를 충전하는 광전류의 1% 미만이다. TFT 스위치가 턴 오프되었을 때 X-선 노출 동안 흐르는 바이어스 전류는 일반적인 X-선 조건에서 약 10-1000nA이어서, 암전류 배경 및 패널 노이즈 이상으로 검출하기가 다소 어려울 것으로 시뮬레이트된다. 두 번째 문제는 TFT 스위치가 X-선이 없는 상태에서 장시간 동안 오프로 유지된다면 픽셀이 센서 암전류를 통합하여 결국 몇 분 안에 어레이를 포화시킨다는 것이다. 이것은 픽셀이 몇 초마다 지속적으로 리프레시될 필요가 있고, 이 리프레시 작업은 잠재적으로 X-선 펄스의 미지의 도착에 간섭할 수도 있을 것임을 의미한다.

본 개시물의 적어도 일부 실시예에서, 자동 감지 기능을 갖는 이미저는 평탄 패널, 바이어스 공급 회로, 전류 검출 회로, 및 게이트 드라이버를 포함한다. 각각 포토다이오드 및 픽셀 스위치를 갖는 복수의 픽셀들을 포함하는 평탄 패널은 이미저가 전하 통합 모드로 동작할 때 X-선 노출 동안 전하들을 수집하도록 구성된다. 바이어스 공급 회로는 평탄 패널에 바이어스 전압을 공급하게 구성된다. 전류 검출 회로는 바이어스 전압 하에서 평탄 패널을 통해 흐르는 제1 바이어스 전류를 모니터하고 X-선 노출의 개시에 의해 야기된 제1 바이어스 전류의 변화를 검출하도록 구성된다. 게이트 드라이버 회로는 이미저가 아이들 모드에서 동작할 때 복수의 픽셀들을 가상 접지에 결합하기 위해서 각 픽셀 스위치를 완전히 턴 온시키도록 각 픽셀 스위치의 제어 단부에 제1 전압을 공급하게 구성된다. 게이트 드라이버 회로는 또한, 이미저가 전하 통합 모드에서 동작할 때 가상 접지로부터 복수의 픽셀들을 격리시키기 위해 각 픽셀 스위치를 턴 오프하도록 각 픽셀 스위치의 제어 단부에 제2 전압을 공급하게 구성된다. 게이트 드라이버 회로는 이미저가 대기 모드에서 동작할 때 각 픽셀 스위치를 약하게 턴 온시키기 위해 각 픽셀 스위치의 제어 단부에 제1 전압보다 작고 각 픽셀 스위치의 임계 전압보다 큰 제3 전압을 공급하게 구성된다.

본 개시물의 적어도 일부 실시예에서, 각각이 포토다이오드 및 픽셀 스위치를 갖는 복수의 픽셀들을 포함하는 평탄 패널을 갖는 이미저를 동작시키는 방법은 전하 통합 모드에서 동작하도록 이미저를 구성하는 단계, 전하 통합 모드에서 제1 이미지를 획득한 직후에 이미저를 대기 모드로 스위칭하는 단계, 대기 모드에서 평탄 패널을 통해 흐르는 제1 바이어스 전류를 모니터하는 단계, X-선 노출의 개시를 나타내는 제1 바이어스 전류의 변화를 검출한 것에 응하여 이미저를 전하 통합 모드로 스위칭하는 단계, 전하 통합 모드 동안 가상 접지로부터 복수의 픽셀들을 격리시키도록 각 픽셀 스위치를 턴 오프하도록 각 픽셀 스위치의 제어 단부에 제1 전압을 공급하는 단계, 및 대기 모드 동안 각 픽셀 스위치를 약하게 턴 온시키기 위해 각 픽셀 스위치의 제어 단부에 제1 전압보다 작고 각 픽셀 스위치의 임계 전압보다 큰 제2 전압을 공급하는 단계를 포함한다.

전술한 요약은 단지 예시적인 것이며 임의의 방식으로 제한하려는 것은 아니다. 전술한 예시적인 측면들들, 실시예들 및 특징들에 더하여, 추가적인 측면들, 실시예들 및 특징들은 도면들 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 명백해질 것이다.

본 개시물의 전술한 특징 및 다른 특징은 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 설명 및 첨부된 청구 범위로부터 더욱 명백해질 것이다. 이들 도면은 본 개시물에 따른 몇몇 실시예만을 도시한 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 개시물은 첨부된 도면을 사용하여 추가적인 특이성 및 세부사항을 가지고 설명될 것이다.
도 1은 본 개시물의 적어도 일부 실시예에 따라 자동 감지 기능을 갖는 이미저의 기능적 개략도이다.
도 2는 본 개시물의 적어도 일부 실시예에 따라 자동 감지 기능을 갖는 이미저의 기능적 개략도이다.
도 3은 본 개시물의 적어도 일부 실시예에 따라 이미저를 동작시키는 방법의 예시적인 실시예의 흐름도이다.

다음의 설명에 기술된 기술적인 세부사항은 당업자가 본 개시물의 하나 이상의 실시예를 구현할 수 있게 한다.

본 개시물의 일 실시예는 X-선 펄스가 도달하기를 기다리는 동안 배터리 수명을 보존하고, X-선을 자동 감지하고, 이어 고 품질 이미지를 휙득하기 위해 "웨이크-업"할 수 있도록, 무선, 배터리 구동, 평탄 패널 이미저를 작동시키기 위한 실행가능한 저파워 모드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 개시물의 일 실시예의 하나의 주요 구성성분은 평탄 패널을 저파워 상태로 유지하면서 평탄 패널 상의 포토다이오드에 전역적으로 인가되는 아날로그 바이어스 전압으로부터 흐르는 전류를 감지하는 방법이다. 연관된 X-선 이미지와 동일한 "웨이크-업" 시퀀스 하에서 취해지는, X-선 이미지 직후에 오프셋 이미지를 기록함으로써 높은 이미지 품질이 유지된다.

도 1은 본 개시물의 적어도 일부 실시예에 따른 자동 감지 기능을 갖는 이미저(100)의 기능적 개략도이다. 도 2는 본 개시물의 적어도 일부 실시예에 따른 자동 감지 기능을 갖는 이미저(200)의 기능적 개략도이다. 이미저(100, 200) 각각은 적어도, 평탄 패널(10), 바이어스 공급 회로(20), 전하 증폭기 회로(30), 전류 검출 회로(40), 게이트 드라이버 회로(50), 디지털 제어 회로(60), 및 부스트 회로(70)를 포함한다. 이미저(200)는 래치 회로(80)를 더 포함한다.

평탄 패널(10)은 복수의 데이터 라인(DL₁-DL_M), 복수의 게이트 라인(GL₁-GL_N)(M 및 N은 양의 정수), 및 예를 들어 비정질 혹은 결정질 실리콘 또는 금속 절연 반도체 재료로 만들어지는 기판 상에 형성된 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이 내의 각각의 픽셀은 X-선에 민감한 포토다이오드(12), X-선 노출 중에 포토다이오드(12)로부터 전하를 수집하는 캐패시터(14), 및 포토다이오드(12)를 리셋 및 선택하기 위한 픽셀 스위치(16)(이를테면 TFT)를 포함할 수 있다. 포토다이오드(12)가 도 1 및 도 2에서 PIN 다이오드로서 도시되어 있지만, 포지티브 어레이 바이어스를 갖는 NIP 포토 다이오드와 같은 다양한 유형의 픽셀 어레이가 평탄 패널(10)에 채용될 수 있는 것에 유의한다.

바이어스 공급 회로(20)는 평탄 패널(10)의 포토다이오드에 바이어스 전압(V_BIAS)를 공급하도록 구성된다. I_BIAS는 평탄 패널(10)을 통해 흐르는 대응하는 바이어스 전류를 나타낸다. 일 실시예에서, 바이어스 공급 회로(20)는 연산 증폭기(22) 및 트랜지스터(24)를 사용하여 구현될 수 있다. 트랜지스터(24)의 제1 단부는 전류 검출 회로(40)에 결합된다. 트랜지스터(24)의 제2 단부와 트랜지스터(24)의 제어 단부 간에 고정된 바이어스 전위를 수립하고 그럼으로써 평탄 패널(10)의 픽셀 어레이에 바이어스 전압(V_BIAS)을 공급하기 위해, 선택가능한 셋업 전압(V_s)이 연산 증폭기(22)의 포지티브 입력 단자에 인가된다. 바이어스 공급 회로(20)의 설명된 구현은 단지 본 개시물의 일 실시예에 대응한다는 것에 유의한다.

전하 증폭기 회로(30)는 바이어스 전류(I_AMP)에 의해 구동되고, 각 X-선 노출 후에 픽셀 포토다이오드 신호(V_PD)를 출력하도록 구성된다. 일 실시예에서, 적어도 전하 증폭기(32), 캐패시터(34), 및 스위치(36)를 사용하여 전하 증폭기 회로(30)가 구현될 수 있다. 전하 증폭기(32)의 네거티브-포지티브 입력 단자는 평탄 패널(10)의 픽셀 어레이에 대한 가상 접지 전위의 소스로서 작용한다. 평탄 패널(10)로부터 포토다이오드 신호들의 각각의 판독 후에 캐패시터(34)를 방전하기 위해 리셋 전압(V_R)이 스위치(36)에 인가될 수 있다. 전하 증폭기 회로(30)의 설명된 구현예는 단지 본 개시물의 일 실시예에 대응하는 것에 유의한다.

전류 검출 회로(40)는 평탄 패널(10)을 통해 흐르는 바이어스 전류(I_BIAS)를 모니터하여 픽셀 상에 X-선 노출이 있음을 나타내도록 구성된다. 일 실시예에서, 전류 검출 회로(40)는 바이어스 공급 회로(20) 내 트랜지스터(24)의 제1 단부에 결합된 포지티브 입력 단자 및 기준 전압(V_REF)에 결합된 네거티브 입력 단자를 갖는 비교기(42)를 포함할 수 있다. 바이어스 전류(I_BIAS)의 현저한 증가가 트랜지스터(24)의 제1 단부에서의 전압 강하를 초래할 때, 비교기(42)의 포지티브 입력 단자는 기준 전압 레벨(V_REF) 아래로 떨어진다. 비교기(42)는 X-선 노출이 있음을 나타내기 위해 자신의 출력 상태를 변경하도록 트리거된다. 전류 검출 회로(40)의 설명된 구현예는 단지 본 개시물의 일 실시예에 대응한다는 것에 유의한다.

게이트 드라이버 회로(50)는 대응하는 게이트 라인에 각각 연결된 복수의 게이트 드라이버(GD₁-GD_N)를 포함할 수 있다. 게이트 드라이버 회로(50)는 모든 픽셀 스위치(16)를 턴 온시키기 위해(단락 회로) ON 전압(V_GH)을 게이트 라인(GL₁-GL_N)에 인가하거나, 또는 모든 픽셀 스위치(16)를 턴 오프시키기 위해(개방 회로) 오프 전압(V_GL)(일반적으로 -8V)을 게이트 라인(GL₁-GL_N)에 인가할 수 있다. 또한, 게이트 드라이버 회로(50)는 모든 픽셀 스위치(16)를 약하게 턴 온된 상태로 두기 위해 전압(V_STB)을 게이트 라인(GL₁-GL_N)에 인가하는데, V_STB는 V_GH보다 작고 픽셀 스위치(16)의 임계 전압(V_TH)보다 크다. 일 실시예에서, 전압(V_STB)은 일반적으로 0V 내지 5V에서, 임계 전압(V_TH) 바로 약간 위에서 유지된다. 그러나, 전압(V_STB)의 값은 평탄 패널(10)에 채택된 픽셀 스위치(16)의 유형에 따라 달라질 수 있다.

제어 회로(60)는 전류 검출 회로(40)에 결합되고, 이미저(100)의 동작 동안 픽셀 어레이 내의 픽셀 스위치(16)를 선택적으로 턴온 및 턴 오프하기 위해 타이밍 신호를 게이트 드라이버 회로(50)에 제공하도록 구성된다. 이미저(100 및 200)은 완전-파워 전하 통합 모드, 저파워 대기 모드, 및 파워-다운 아이들 모드에서 동작하도록 구성된다. 이미저(100 및 200)의 동작에 대한 일반적인 설명이 이하 설명된다.

평탄 패널(10)이 X-선 이미지가 진행중에 있는 사용자와 통신하는 동안, 이미저(100 또는 200)는 완전-파워 전하 통합 모드에서 이미지 획득 직후에 저파워 대기 모드로 항상 스위칭하도록 구성된다. 저파워 대기 모드에서 X-선 노출의 개시를 감지하였을 때, 이미저(100 또는 200)는 완전-파워 전하 통합 모드로 스위칭하기 위해 웨이크-업 프로세스를 수행하도록 구성된다. 일단 사용자가 X-선 세션이 완료되었다고 표시하면, 이미저(100)는 파워-다운 아이들 모드로 진입하도록 구성된다.

X-선 노출이 없을 때 파워-다운 아이들 모드 동안, 게이트 구동 회로(50)는 모든 픽셀 스위치(16)를 턴 온시키기 위해(단락 회로) ON 전압(V_GH)을 게이트 라인(GL₁-GL_N)에 인가한다. 이것은 포토다이오드(12)를 전하 증폭기 회로(30) 내 전하 증폭기(32)의 입력 단자를 통해 가상 접지 접속에 효과적으로 연결시킨다. 결과적으로, 바이어스 공급 회로(20)로부터의 바이어스 공급 전압(V_BIAS)은 포토다이오드(12)를 역바이어스 조건에 유지하고, 역바이어스 전압은 연산 증폭기(22)의 포지티브 입력 단자에 인가된 셋업 전압(V_s)에 의해 원하는 레벨에 수립된다. 포토다이오드(12)를 통한 누적 누설 전류는 매우 낮은 전류가 트랜지스터(24)를 통해 흐르게 하여, 전류 검출 회로(40) 내의 비교기(42)의 포지티브 입력 단자에 포지티브 전압 출력이 인가되게 함으로써, 출력 단자 상에 저 출력 상태(논리 0)를 제공한다. 제어 회로(60)는 이 저출력 상태를 X-선 부재로서 해석하고 모든 픽셀 스위치(16)를 턴 온된 상태로 계속 유지한다.

X-선 노출이 있음과 더불어 완전-파워 전하 통합 모드 동안, 평탄 패널(10) 내의 포토다이오드(12)는 도통되게 구동된다. 전하 증폭기 회로(30)는 공칭 값에서 바이어스 전류(I_AMP)에 의해 구동된다. 바이어스 공급 회로(20)의 바이어스 공급 전압(V_BIAS)은 픽셀 어레이 내 포토다이오드(12)의 안정성을 유지하기 위해 일정한 값으로(일반적으로 데이터 라인(DL₁-DL_M)에 대해 -5V로) 유지된다. 디지털 제어 회로(60)는 게이트 드라이버 회로(50)에 타이밍 신호를 제공하기 위해 턴온된다. 게이트 드라이버 회로(50)는 픽셀 어레이 내의 픽셀 스위치(16)를 셧다운시키기 위해 게이트 라인을 OFF 전압(V_GL)에 유지하고, 그럼으로써 픽셀에 전하를 수집하기 위해서 포토다이오드(12)를 전하 증폭기 회로(30)로부터 분리하게 구성된다.

완전-파워 전하 통합 모드에서 이미지 획득 직후에, 이미저(100 또는 200)는 저파워 대기 모드로 항상 스위칭하도록 구성된다. 저파워 대기 모드 동안, 전하 증폭기 회로(30)에 공급된 바이어스 전류(I_AMP)는 턴 오프되거나 감소된다. 디지털 제어 회로(60)는 턴 오프된다. 바이어스 공급 회로(20)의 바이어스 공급 전압(V_BIAS)은 픽셀 어레이 내 포토다이오드(12)의 안정성을 유지하기 위해 완전-파워 전하 통합 모드 동안처럼 일정한 값으로(일반적으로 데이터 라인(DL₁-DL_M)에 대해 -5V로) 유지된다. 게이트 드라이버 회로(50)는 픽셀 스위치(16)를 약하게 턴 온된 상태로 유지하기 위해 픽셀 스위치(16)의 제어 단부들을 전압(V_STB)에 유지하도록 구성된다. 데이터 라인(DL₁-DL_M)은 전하 증폭기 회로(30)에 의해 가상 접지에 클램핑된다. 픽셀 어레이의 픽셀 스위치(16)가 임계 전압(V_TH) 바로 위의 전압(V_STB)에서 동작할 때 저파워 대기 모드 동안, 스위치 특징은 완전-파워 전하 통합 모드에서 동작할 때처럼 기본적으로 변하지 않은 채로 있고, 임계 전압(V_TH)이 현저히 옮겨지지 않게 한다. 따라서, 이것은 평탄 패널(10)이 저파워 대기 모드에 있을 수 있게 하는 신뢰성이 높은 조건이다.

전류 검출 회로(40)는 저파워 대기 모드 동안 평탄 패널(10)을 통해 흐르는 바이어스 전류(I_BIAS)를 모니터하여 픽셀 상에 X-선 노출이 있음을 나타내도록 구성된다. X-선 발생기가 턴 온되는 즉시, 평탄 패널(10) 내의 포토다이오드(12)는 도통 상태로 구동된다. 모든 포토다이오드(12)에서의 이러한 전류의 누적 효과는 바이어스 전류(I_BIAS)의 현저한 증가를 야기하여 트랜지스터(24)의 제2 단부에 전압 강하를 초래한다. 이 전압 강하가 전류 검출 회로(40) 상의 기준 전압(V_REF) 미만으로 떨어질 때, 전류 검출 회로(40) 내의 비교기(42)가 트리거되어, 출력 상태를 고출력 상태(논리 1)로 변경한다. 웨이크-업 프로세스가 활성화되고, 이 동안에 디지털 제어 회로(60)가 기동하여 전하 증폭기 회로(30)는 완전-파워까지 파워를 공급 받는다(바이어스 전류(I_AMP)가 턴 온되거나 공칭 값까지 증가된다).

이미저(100)에서, 전류 검출 회로(40)는 디지털 제어 회로(60)의 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 대응 신호를 보내도록 구성된다. 이미저(200)에서, 전류 검출 회로(40)는 대응하는 신호를 래치 회로(80)에 보내도록 구성된다. 이어 이미저(100)의 디지털 제어 회로(60) 또는 이미저(200)의 래치 회로(80)는 부스트 회로(70)를 트리거할 수 있으며, 이는 픽셀에서 전하를 수집할 수 있도록 포토다이오드(12)를 가상 접지로부터 분리하기 위해 게이트 라인(GL₁-GL_N)을 이들의 정상 OFF 전압(V_GL)(일반적으로 -8V)에 신속히 연결한다.

본 개시물에서, 부스트 회로(70)를 활성화시키는데 사용되는 신호는 디지털 제어 회로(60)(이미저(100)) 또는 래치 회로(80)(이미저(200))로부터 올 수 있다. 디지털 제어 회로(60)에서 ADC를 사용하는 이점은 보다 융통성 있게 임계를 설정하고 폴스(false) 트리거 이벤트를 모니터하는 능력이다. 래치 회로(80)의 적어도 하나의 잇점은 저파워 대기 모드 동안 파워를 더 절약하기 위해 디지털 제어 회로(60)의 나머지가 턴 오프될 수 있다는 것이다. 그러나, 저파워 대기 모드에서 X-선 노출을 검출할 때 부스트 회로(70)를 활성화하는 방법은 본 개시물의 범위를 제한하지 않는다.

일반적으로, OFF 전압(V_GL)은 패널 노이즈를 줄이기 위해 상당히 필터링되므로, 게이트 라인을 이 필터링된 OFF 전압(V_GL)에 연결하는 것은 긴 과도 시간(밀리초 스케일)을 가질 것이다. 본 개시물에서, 부스트 회로(70)는 저파워 대기 모드에서 완전-파워 전하 통합 모드로의 고속 스위칭이 될 수 있도록 이 필터링된 OFF 전압(V_GL)을 바이패스할 수 있고, 일단 게이트 라인이 안정화되면 비활성화될 수 있다. 실시예에서, 부스트 회로(70)는 100 Ohm보다 작은 턴-온 저항을 가진 저 임피던스 파워 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함할 수 있는데 이는 전체적인 큰 게이트 라인 커패시턴스가 10u 초 미만 내에 V_GL로 방전될 수 있게 한다(고전류가 모든 게이트 라인을 빠르게 방전시킬 수 있게 한다). 전하 증폭기 회로(30)는 각 데이터 라인으로부터 판독된 신호 상에 단락 전류 스파이크를 방전시키기 위한 보호 다이오드를 더 포함할 수 있다. 저파워 대기 모드에서 전하 전하 통합 모드로의 과도 시간이 짧을지라도, X-선 신호 통합에서 손실을 유발할 수 있다(20u 초 미만). 그러나,이 손실은 방사선 이미징에서 예상되는 가장 짧은 X-선 펄스의 0.01% 미만이며, 인접한 행들의 데이터에 기초하여 통상적으로 보간을 수반하는 후속 디지털 이미지 처리에서 쉽게 보상 될 수 있다.

완전-파워 전하 통합 모드로 스위칭한 후, 평탄 패널(10)의 픽셀 어레이는 미리 설정된 시간 동안(실제 X-선 노출 기간보다 긴) 전하를 통합하는 것을 계속할 수 있으며, 그 후에 픽셀 어레이가 판독되고 X-선 이미지가 획득된다. 일단 X-선 이미지가 획득되면, 이미저(100)는 저파워 대기 모드로 복귀한다. 이어, 어레이 오프셋 전압의 동적 변화와 연관된 임의의 고정 패턴이 보상 될 수 있도록, 정확히 동일한 웨이크-업 타이밍 및 획득 시퀀스 하에서 오프셋 이미지가 획득될 수 있다. 오프셋 이미지는, 저파워 대기 모드에서 X-선 이미지와 동일한 웨이크-업 프로세스를 사용하여, X-선 이미지를 취한 후에 즉각적으로 캡처되어 하는 오프셋 레벨에 서서히 드리프트하는 변화를 고려하기 위해 사용될 수 있다. 이 변동이 무시할만하거나 정상 판독 중에 취해진 오프셋 이미지로부터 예측 될 수 있다면, 오프셋 이미지는 X-선 이미지를 획득한 직후에 완전-파워 전하 통합 모드에서 취해질 수 있다.

일부 실시예에서, 평탄 패널(10)과 X-선 발생기 간에 무선 통신 채널은 더 많은 파워를 줄이기 위해 저파워 대기 모드 동안 턴 오프될 수 있다. 무선 통신 채널은 디지털 제어 회로(60)가 시작되는 시간 동안 재수립될 수 있다. 일단 통신이 수립되면, 패널 메모리에 저장된 결과적인 X-선 및 오프셋 이미지가 PC 호스트로 전송되고, 평탄 패널(10)은 이의 초기 아이들 조건으로 재설정된다.

일부 실시예에서, 전하 증폭기 회로(30)는 저파워 대기 모드 동안 완전히 턴 오프될 수 있고, 데이터 라인은 가상 접지에 클램핑될 수 있다. 저파워 대기 모드 동안 전하 증폭기 회로(30)를 턴 오프하는 것은 파워 소비를 더욱 감소시킬 수 있어 이에 따라 배터리 수명이 연장될 수 있다.

일부 실시예에서, 저파워 대기 모드 동안 전하 증폭기 회로(30)에 공급되는 바이어스 전류(I_AMP)는 완전-파워 전하 통합 모드 동안 공급된 것의 1/10 내지 1/4만큼 감소될 수 있지만, 이의 입력은 가상 접지에서 유지된다. ASIC 파워는 동일한 팩터만큼 감소될 수 있다. 저파워 대기 모드 동안 전하 증폭기 회로(30)에 공급되는 전류/파워를 감소시키는 것은 전하 증폭기 회로(30)가 잘 파악된 방식으로 동작하고 본질적으로 순간적으로 완전-파워까지 상승할 수 있게 한다.

바이어스 전압이 포토다이오드에 걸쳐 변할 때, 천천히 변화하는 변위/딥 트래핑 전류가 발생하는 것으로 이해된다. 이러한 트래핑 전류는 안정화되는데 수 초가 걸리고 따라서 평탄 패널의 안정된 동작을 방해한다. 그러므로, 본 개시물에서, 저파워 대기 모드 동안 사용되는 바이어스 공급 회로(20)의 출력은 항시 픽셀 어레이에 포토다이오드(12)의 안정성 유지하기 위해 완전-파워 전하 통합 모드 동안 사용된 것과 동일할 수 있다. 또한, 데이터 라인들(DL₁-DL_M)은 평탄 패널(10)의 안정적인 동작을 제공하기 위해서 저파워 대기 모드 및 완전-파워 전하 통합 모드 동안 전하 증폭기 회로(30)에 의해 가상 접지에 클램핑된다. 본 개시물에 따른 이미저는, 이미지의 99.9% 이상을 보유하면서도 저파워 대기 모드 동안 약하게 온된 상태로부터 완전-파워 전하 통합 모드 동안 턴 오프된 상태로 픽셀 어레이를 10u 초 미만 내에 신속하게 스위칭하며, 이미지를 판독하기 전에 전하 증폭기 회로(30) 및 디지털 제어 회로(60)에의 파워가 복구되기에 충분한 시간을 허용하는 능력에서 유리하다. 본 개시물은 배터리 수명을 크게 절약할 수 있어, 잠재적으로 더 작은 배터리 및 더 가벼운 패널을 가능하게 한다.

도 3은 본 개시물의 적어도 일부 실시예에 따라 이미저를 동작시키는 방법(300)의 예시적인 실시예의 흐름도이다. 방법(300)은 블록(302, 304, 306, 308 및/또는 310) 중 하나 이상에 의해 도시된 바와 같이 하나 이상의 동작, 기능 또는 작용을 포함할 수 있다. 다양한 블록은 원하는 구현에 기초하여 보다 적은 블록으로 결합되거나, 추가의 블록들로 분할되거나, 및/또는 제거될 수 있다.

방법(300)을 위한 처리는 "전하 통합 모드에서 동작한다"의 블록(302)에서 시작될 수 있다. 블록(302) 다음에 "전하 통합 모드에서 X-선 이미지를 획득한 직후에 대기 모드로 스위칭한다"의 블록(304)이 이어진다. 블록(304) 다음에, "대기 모드에서 픽셀 어레이를 통해 흐르는 바이어스 전류를 모니터한다"의 블록(306)이 이어진다. 블록(306) 다음에 "X-선 노출의 개시를 나타내는 바이어스 전류의 변화를 검출할 때 전하 통합 모드로 스위칭한다"의 블록(308)이 이어진다. 블록(308) 다음에 "X-선 세션이 완료되었다는 표시에 응하여 파워-다운 아이들 모드에 진입한다"의 블록(310)이 이어진다.

본 개시물이 특정한 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 개시물은 설명된 실시예에 한정되지 않고, 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위 내에서 변형 및 변경하여 실시될 수 있음이 인식될 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미라기보다는 예시적인 의미로 간주되어야 한다.

Claims

자동 감지 기능을 갖는 이미저로서,
상기 이미저가 전하 통합 모드로 동작할 때 X-선 노출 동안 전하들을 수집하도록 구성된 평탄 패널로서, 각각 포토다이오드 및 픽셀 스위치를 갖는 복수의 픽셀들을 포함하는, 상기 평탄 패널;
상기 평탄 패널에 바이어스 전압을 공급하게 구성된 바이어스 공급 회로;
상기 바이어스 전압 하에서 상기 평탄 패널을 통해 흐르는 제1 바이어스 전류를 모니터하고 상기 X-선 노출의 개시에 의해 야기된 상기 제1 바이어스 전류의 변화를 검출하도록 구성된 전류 검출 회로;
게이트 드라이버 회로로서:
상기 이미저가 아이들 모드(idle mode)에서 동작할 때 상기 복수의 픽셀을 가상 접지에 결합하기 위해서 각 픽셀 스위치를 완전히 턴 온시키도록 각 픽셀 스위치의 제어 단부에 제1 전압을 공급하고;
상기 이미저가 상기 전하 통합 모드에서 동작할 때 상기 가상 접지로부터 상기 복수의 픽셀을 격리시키기 위해 각 픽셀 스위치를 턴 오프하도록 각 픽셀 스위치의 상기 제어 단부에 제2 전압을 공급하고;
상기 이미저가 대기 모드에서 동작할 때 각 픽셀 스위치를 약하게 턴 온시키기 위해 각 픽셀 스위치의 제어 단부에 상기 제1 전압보다 작고 각 픽셀 스위치의 임계 전압보다 큰 제3 전압을 공급하게 구성된, 상기 게이트 드라이버 회로를 포함하는, 이미저.
청구항 1에 있어서,
제2 바이어스 전류에 의해 구동되고 상기 X-선 노출 동안 획득된 픽셀 포토다이오드 신호들을 출력하도록 구성된 전하 증폭 회로를 더 포함하되,
상기 제2 바이어스 전류는 상기 이미저가 상기 대기 모드에서 동작할 때의 제1 값으로 설정되고;
상기 제2 바이어스 전류는 상기 이미저가 상기 전하 통합 모드에서 동작할 때의 제2 값으로 설정되며; 그리고
상기 제1 값은 상기 제2 값보다 작은, 이미저.
청구항 1에 있어서,
상기 이미저가 상기 대기 모드에서 상기 전하 통합 모드로 스위칭한 직후에 각 픽셀 스위치의 상기 제어 단부를 제2 전압에 신속하게 연결하도록 구성된 저-임피던스 부스트 회로를 더 포함하는, 이미저.
청구항 3에 있어서,
각 픽셀 스위치를 선택적으로 턴 온 또는 턴 오프하기 위해 상기 게이트 드라이버 회로에 타이밍 신호들을 제공하도록 구성된 제어 회로; 및
상기 전류 검출 회로에 결합되고 상기 전류 검출 회로가 상기 제1 바이어스 전류의 변화를 검출할 때 상기 저-임피던스 부스트 회로를 활성화하도록 구성된 래치 회로를 더 포함하는, 이미저.
청구항 3에 있어서,
상기 전류 검출 회로에 결합된 제어 회로로서,
각 픽셀 스위치를 선택적으로 턴 온 및 턴 오프하기 위해 상기 게이트 드라이버 회로에 타이밍 신호들을 제공하며; 그리고
상기 전류 검출 회로가 상기 제1 바이어스 전류의 변화를 검출할 때 상기 저-임피던스 부스트 회로를 활성화하게 구성된, 상기 제어 회로를 더 포함하는, 이미저.
각각이 포토다이오드 및 픽셀 스위치를 갖는 복수의 픽셀을 포함하는 평탄 패널을 갖는 이미저를 동작시키는 방법에 있어서,
전하 통합 모드에서 동작하도록 상기 이미저를 구성하는 단계;
상기 전하 통합 모드에서 제1 이미지를 획득한 직후에 상기 이미저를 대기 모드로 스위칭하는 단계;
상기 대기 모드에서 상기 평탄 패널을 통해 흐르는 제1 바이어스 전류를 모니터하는 단계;
X-선 노출의 개시를 나타내는 상기 제1 바이어스 전류의 변화를 검출한 것에 응하여 상기 이미저를 전하 통합 모드로 스위칭하는 단계;
상기 전하 통합 모드 동안 가상 접지로부터 상기 복수의 픽셀을 격리시키도록 각 픽셀 스위치를 턴 오프하도록 각 픽셀 스위치의 제어 단부에 제1 전압을 공급하는 단계; 및
상기 대기 모드 동안 각 픽셀 스위치를 약하게 턴 온시키기 위해 각 픽셀 스위치의 상기 제어 단부에 상기 제1 전압보다 작고 각 픽셀 스위치의 임계 전압보다 큰 제2 전압을 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 X-선 노출 동안 획득된 픽셀 포토다이오드 신호들을 출력하기 위해 상기 이미저의 전하 증폭기 회로를 제2 바이어스 전류로 구동하는 단계; 및
상기 이미저가 상기 대기 모드에서 동작할 때 상기 제2 바이어스 전류를 제1 값으로 설정하는 단계 또는 상기 이미저가 상기 전하 통합 모드에서 동작할 때 상기 제2 바이어스 전류를 제2 값으로 설정하는 단계를 더 포함하되, 상기 제1 값은 상기 제2 값보다 작은, 방법.
청구항 6에 있어서,
각 픽셀 스위치의 상기 제어 단부를 상기 제1 전압에 신속하게 연결하기 위해서 상기 제1 바이어스 전류의 변화를 검출할 때 상기 이미저의 저-임피던스 부스트 회로를 활성화는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 대기 모드 동안 상기 평탄 패널과 X-선 발생기 간에 무선 통신 채널을 턴 오프하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 이미지를 획득한 직후에 상기 전하 통합 모드에서 제2 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지에 기초하여 상기 복수의 픽셀의 오프셋 전압을 보상하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 전하 통합 모드에서 상기 제1 이미지를 획득한 후 상기 대기 모드에서 제2 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 제1 이미지 및 상기 제2 이미지에 기초하여 상기 복수의 픽셀들의 오프셋 전압을 보상하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 전하 통합 모드 및 상기 대기 모드 동안 상기 평탄 패널을 동일한 바이어스 조건 하에 유지하는 단계를 더 포함하는, 방법.