KR101844022B1 - 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치에 있어서, 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기; 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 신호 처리부를 포함한다.

Description

멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하기 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for distinguish the energy band of photon included in multi-energy radiation}

멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

방사선을 이용한 의료기기들이 사용 또는 개발 중에 있다. 방사선을 이용한 의료영상기기인 X선 영상촬영 시스템이 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 빠르게 변화하고 있다. 이러한 추세에 맞추어 디지털 X선 시스템의 핵심부품인 X선 검출장치 역시 매우 빠르게 발전하고 있다. 디지털 X선 검출 기술은 크게 X선을 가시광 빛으로 바꾼 후 가시광 빛 신호를 전기 신호로 변환하여 영상을 생성하는 간접 방식과 X선 신호를 바로 전기 신호로 변환하여 영상을 생성하는 직접 방식으로 나눌 수 있다.

직접 방식에서는 일정 시간 동안 바뀐 전기 신호를 누적하여 영상 신호를 생성하는 적분 방식과 입사하는 X선 광자들의 개수를 계수하여 영상 신호를 생성하는 광자 계수 방식으로 나누어진다. 이 중 광자 계수 방식은 한 번의 촬영만으로도 X선 에너지 대역 구분 가능한 영상을 만들 수 있고, 적은 X선 노출만으로도 고화질의 영상을 얻을 수 있는 방식으로써 최근 연구가 매우 활발히 전개되고 있다.

광자 계수 검출 장치를 소형화하여 고해상도 영상을 제공하기 위한 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치는 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치에 있어서, 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기; 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 신호 처리부를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치는 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치에 있어서, 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기; 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 신호 처리부를 포함하되, 상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호와 상기 임계값들 중 어느 하나와의 비교 결과에 대응하는 디지털 신호를 출력한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치는 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치에 있어서, 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기; 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 신호 처리부를 포함하되, 상기 비교기로 상기 다수의 임계값들 중 어느 하나를 출력하는 멀티플렉서를 더 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치는 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치에 있어서, 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기; 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 신호 처리부를 포함하되, 상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호가 상기 임계값들 중 최소 임계값보다 크다는 비교 결과를 입력받은 경우, 상기 멀티플렉서에 임계값을 변경할 것을 지시한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치는 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치에 있어서, 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기; 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 신호 처리부를 포함하되, 상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호가 상기 변경된 임계값보다 크다는 비교 결과를 입력받은 경우, 상기 멀티플렉서에 임계값을 변경할 것을 지시한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치는 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치에 있어서, 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기; 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 신호 처리부를 포함하되, 상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호가 상기 변경된 임계값보다 작다는 비교 결과를 입력받은 경우, 상기 멀티플렉서에 최소 임계값을 출력하도록 지시하고, 상기 적분기에 대해 리셋을 지시한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치는 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치에 있어서, 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기; 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 신호 처리부를 포함하되, 상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호가 상기 임계값들 중 최대 임계값과의 비교 결과를 입력받은 경우, 상기 멀티플렉서에 최소 임계값을 출력하도록 지시하고, 상기 적분기에 대해 리셋을 지시한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치는 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치에 있어서, 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기; 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기; 및 상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 신호 처리부를 포함하되, 상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호가 상기 임계값들 중 최소 임계값 및 최대 임계값을 제외한 임계값들 중 어느 하나보다 크다는 비교 결과를 입력받은 경우, 상기 멀티플렉서에 임계값을 변경할 것을 지시한다.

본 발명의 일 측면에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 방법은 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에서 광자의 에너지 대역을 구분하는 방법에 있어서, 상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적된 전기 신호와 다수의 임계값들 중 어느 하나를 비교한 결과를 입력받는 단계; 상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하는 단계; 및 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

하나의 비교기를 이용하여 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분할 수 있어, 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치를 소형화할 수 있다. 또한, 최소 임계값과 비교한 결과를 이용하여 센서에 의해 발생하는 누설전류 및 잡음을 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료영상 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치(11)의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치(11)의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 독출 회로(33)의 일례를 도시한 구성도이다.
도 5는 도 3에 도시된 독출 회로(33)의 일례를 도시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 방법의 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료영상 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 도 1에 도시된 실시예에 따른 의료영상 시스템은 방사선 발생장치(10), 광자 계수 검출 장치(11) 및 영상 생성 장치(12)를 포함한다. 방사선을 이용하는 의료영상 시스템은 인체 등과 같은 피검체를 투과한 멀티-에너지 방사선을 센서를 통하여 검출하고, 센서에 의해 검출된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한 결과에 기초하여 인체 영역의 영상을 에너지 대역별로 생성한다. 의료영상 시스템은 인체 등과 같은 피검체를 투과한 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하며, 계수된 에너지 대역에 따른 광자들의 개수를 이용하여 에너지 대역별 의료영상을 생성한다. 멀티-에너지 방사선이 조사된 피검체의 종류, 밀도 또는 방사선의 에너지 대역에 따라 피검체가 방사선을 흡수하는 정도는 다르다. 예를 들어 뼈는 X선을 많이 흡수하며, 반대로 근육 등은 뼈에 비하여 X선을 많이 흡수하지 않는다. 따라서, 방사선 발생장치(10)에서 발생한 방사선에 포함된 광자들은 뼈를 투과한 경우와 다른 인체 조직을 투과한 경우에 검출되는 광자의 수가 서로 다르다. 또한, 방사선 발생장치(10)에서 발생한 방사선에 포함된 광자들의 에너지 대역에 따라, 뼈를 투과한 경우와 다른 인체 조직을 투과한 경우 검출되는 광자들의 에너지 대역 별 개수는 서로 다르다. 영상 생성 장치(12)는 광자 계수 검출 장치(11)에서 광자들을 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한 결과를 이용하여 인체 조직들을 선명하게 구분하는 X선 영상을 생성할 수 있다.

방사선 발생장치(10)는 방사선을 발생시켜 환자에게 조사한다. 방사선 발생장치(10)로부터 발생하는 방사선은 초음파, 알파선, 베타선, 감마선, X선 및 중성자선 등 여러 가지가 될 수 있다. 다만, 일반적으로 방사선이라 하면 전리 현상을 일으켜 인체에 해를 줄 수 있는 X선을 의미할 수 있다. 발명의 용이한 설명을 위해 X선을 예를 들어 설명할 수 있으나, X선 이외의 방사선들로도 본 발명이 구현될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 대응하여 입력받은 광자들의 에너지 대역에 따라 계수한 데이터를 기초로 에너지 대역별 영상을 생성한다. 광자 계수 검출 장치(11)는 방사선을 이용하여 피검체를 촬영하고자 하는 촬영 영역에 대응하며, 촬영 영역의 각 픽셀에 대응하는 독출 회로를 포함하고 있다. 광자 계수 검출 장치(11)는 각각의 독출 회로에서 계수한 결과를 영상 생성 장치(12)로 출력하기 때문에, 동일한 촬영 영역 내에 픽셀의 수를 증가시킬수록, 픽셀에 대응하는 독출 칩의 독출 회로들이 많아지므로, 영상 생성 장치(12)는 고해상도의 영상을 생성할 수 있다. 즉, 픽셀의 크기를 줄일수록 고해상도의 영상을 생성할 수 있다.

광자 계수 검출 장치(11)의 가장 큰 기술적 이슈 중 하나는 고해상도를 위한 소형 독출 회로(Readout Circuit)를 구현하는 것이다. 즉, 픽셀의 크기를 줄이기 위해서 각 픽셀에 대응하는 독출 회소를 소형화하여야 한다. 독출 칩내에 어레이 형태로 포함되는 독출 회로는 독출 회로에 대응하는 단위 센서로부터 입력받은 전기 신호를 광자의 에너지 대역에 따라 구분하여 디지털 신호로 변환하여 영상 생성 장치(12)에 출력한다. 단위 센서는 센서의 일정 영역에 해당하며, 단위 출력단을 통해서 대응하는 독출 칩내의 독출 회로로 검출된 광자에 의한 전기 신호를 출력한다. 독출 회로에서 단위 센서로부터 입력받은 전기 신호를 독출하는 방법으로는 전하 축적 방식(Charge Integration mode)과 포톤 계수형 방식(Photon Counting mode)이 있다. 전하 축적 방식은 전하 축적용 캐패시터를 이용하는 방식으로 일정한 시간 동안 발생된 전기 신호를 캐패시터에 축적하여 A/D 변환기를 통하여 읽어내는 방식이다. 이 방식은 광자의 에너지 대역에 상관없이 모든 대역의 광자에 의해 발생하는 전기 신호가 축적됨에 따라 광자의 에너지 대역에 따라 구분하여 디지털 신호로 변환하는 것이 불가능하다. 하지만, 포톤 계수형 방식의 독출 회로는 광자를 검출하는 단위 센서로부터 입력받은 전기 신호를 비교를 통해 임의의 임계값과 비교하여 '1' 또는 '0'의 디지털 신호를 출력하고, 계수기에서 '1'이 몇 번 나왔는지 계수하여 디지털 형태로 데이터를 출력한다. 포톤 계수형 방식은 단일 광자에 의해 신호가 발생될 때마다 비교기를 통해 정해진 임계값과 비교하여 계수하는 방식을 사용한다. 광자 계수 검출 장치(11)는 포톤 계수형 방식을 이용한 독출 회로를 구현하여, 각 단위 센서에서 검출된 광자를 단위 센서에 대응하는 독출 회로에서 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한다.

도 2는 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치(11)의 일례를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 광자 계수 검출 장치(11)는 센서(21) 및 독출 칩(22)을 포함한다. 센서(21)는 인체 등과 같은 피검체를 투과한 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 검출하고, 검출된 광자를 전기 신호로 변환하여 광자가 검출된 영역에 대응하는 독출 칩(22)의 독출 회로(23)로 센서(21)의 단위 출력단을 통해 전기 신호를 출력한다. 센서(21)는 촬영 영역에 대응하며, 촬영 영역의 각 픽셀이 대응하는 센서(21)의 일정 영역을 단위 센서라 한다. 단위 센서는 입사한 광자를 전기 신호로 변환하여, 단위 센서에 대응하는 단위 출력단을 통하여 전기 신호를 출력한다.

독출 칩(22)은 촬영 영역 및 센서(21)에 대응하며, 촬영 영역의 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(23)들을 포함한다. 따라서, 촬영 영역의 크기가 결정되면, 이에 대응하는 독출 칩(22)의 크기도 결정된다. 만약, 동일한 촬영 영역이 많은 수의 픽셀로 분할되기 위해서는, 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(23)도 작아져야 하기 때문에, 촬영 영역의 픽셀에 대응하는 독출 회로(23)를 소형화하는 것이 요구된다. 독출 회로(23)를 소형화하여 동일한 촬영 영역을 다수의 픽셀로 분할하면, 동일한 촬영 영역을 통해 고해상도의 에너지 대역별 영상을 생성할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치(11)의 일례를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 광자 계수 검출 장치(11)는 센서(31) 및 독출 칩(32)을 포함한다. 센서(31)는 광자를 검출하여 전기 신호로 변환하고 변환된 전기 신호를 본딩(34)을 통해 센서의 각 영역에 대응하는 독출 칩(32)의 독출 회로(33)로 출력한다. 센서(31)는 광자가 센서(31)의 공핍영역(312)에 입사하면 전자-전공 쌍을 발생시키고, 전자-전공 쌍은 전계의 영향으로 N형 중성영역(311)과 P형 중성영역(313)으로 끌려가 외부로 전류가 흐르게 된다. 예를 들어, 센서(31)로 멀티-에너지 X선이 입사하면, 센서(31)는 입사한 멀티-에너지 X선에 포함된 광자의 에너지 대역에 따라 다른 크기의 전기 신호를 발생시키며, 발생된 전기 신호를 센서(31)의 각 영역에 대응하는 P형 중성영역(313)을 통해 독출 칩(32)의 독출 회로(33)로 출력한다. P형 중성영역(313)은 센서(31)의 단위 센서에 대응하는 단위 출력단이며, 센서(31)는 촬영 영역의 각 픽셀에 대응하는 단위 센서에서 광자를 검출하면 단위 출력단을 통해 전기 신호를 독출 칩(32)의 각 독출 회로(33)로 출력한다.

센서(31)는 입사된 멀티-에너지 X선에 포함된 광자의 에너지 대역에 따라 서로 다른 크기의 전기 신호를 발생시키며, 센서(31)에 입사된 멀티-에너지 X선에 포함된 광자들의 수에 대응하여 전기 신호들을 발생시킨다. 센서(31)는 광자가 입사되면 전기 신호를 발생시키며, 발생된 전기 신호들간에는 시간 간격이 존재할 수 있다. 발생된 전기 신호들간의 시간 간격은 광자 계수 검출 장치(11)에서 입력된 전기 신호를 통해 광자의 에너지 대역을 구분하는데 충분한 시간일 수 있다. 다만, 센서(31)에서 발생된 전기 신호들이 광자 계수 검출 장치(11)에서 구분하여 검출하지 못할 정도의 짧은 시간 간격을 갖는 경우가 있을 수 있으나, 이러한 경우가 발생할 확률은 매우 낮기 때문에 전체 영상 생성에 미치는 영향은 미미하다.

도 3에서는 센서(31)가 N형 중성영역(311), 공핍영역(312) 및 P형 중성영역(313)을 포함하는 경우를 일례로써 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며 광자를 검출하는 다양한 센서가 이용될 수 있음은 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 또한, 도 3을 통해서, 센서(31)와 독출 칩(32)이 본딩(34)으로 연결되어 있는 경우를 예를 들었으나, 센서(31)와 독출 칩(32)은 본딩(34)뿐만 아니라, 증착 등의 방법을 통해서 연결될 수 있다.

독출 칩(32)은 센서(31)의 각 영역에 대응하는 독출 회로(33)의 어레이로 이루어져 있으며, 독출 회로(33)는 센서(31)로부터 입력된 광자에 의한 전기 신호를 통해 센서(31)에 입사된 광자의 에너지 대역을 구분하여 계수하고, 계수한 데이터를 영상 생성 장치(12)로 출력한다. 독출 칩(32)은 촬영 영역에 대응하는 크기를 가지며, 독출 칩에 포함된 각각의 독출 회로(33)는 촬영 영역의 각각의 픽셀에 대응한다. 따라서 고해상도의 영상을 생성하기 위해서는 동일한 촬영 영역내에 다수의 픽셀이 포함되어야 하기 때문에, 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(33)의 소형화가 요구된다. 영상 생성 장치(12)가 촬영 영역의 각 픽셀에 대하여 생성하는 영상은 촬영 영역의 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(33)에서 광자를 계수한 결과에 기초하여 생성된다.

독출 회로(33)는 센서(31)에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하고, 구분한 결과에 따라 광자의 에너지 대역을 나타내는 디지털 신호를 출력하여 광자를 에너지 대역 별로 계수한다. 독출 회로(33)는 대응하는 단위 센서로부터 전기 신호가 입력되면, 미리 설정된 임계값들과 순차적으로 비교하는 과정을 통해서 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한다. 예를 들어, 독출 회로(33)는 대응하는 단위 센서로부터 입력된 전기 신호를 미리 설정된 임계값들과 순차적으로 비교한 결과, 5V의 임계값보다 크고, 6V의 임계값보다 작은 경우, 센서(31)로부터 입력된 전기 신호가 5V와 6V사이의 크기를 가짐을 확인할 수 있고, 독출 회로(33)는 확인된 전기 신호의 크기에 대응되는 디지털 신호를 통해 센서(31)에 입사된 광자의 에너지 대역을 구분하여 계수한다.

본딩(Bonding, 34)은 센서(31)와 독출 칩(32)의 각각의 독출 회로(33)를 연결하여 독출 회로(33)에 대응하는 센서(31)의 영역에서 발생한 전기 신호가 독출 칩(32)의 독출 회로(33)로 이동할 수 있도록 한다. 도 3에서는 센서(31)와 독출 칩(32)의 독출 회로(33)를 연결하는 방식으로 본딩(34)을 예로 들어 도시하였으나, 센서(31)와 독출 칩(32)의 독출 회로(33)를 연결하는 방식은 독출 칩(32)위에 센서(31)를 반도체 공정을 통해 증착하는 방식을 사용할 수도 있으며, 본딩 및 증착 등의 방식에 한정되지 않음은 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 독출 회로(33)의 일례를 도시한 구성도이다. 도 4를 참조하면, 독출 회로(33)는 적분기(41), 비교기(42), 신호 처리부(43), 멀티플렉서(44) 및 계수기(45)를 포함한다. 적분기(41)는 센서(31)로부터 검출된 광자를 변환한 전기 신호를 입력받아 누적하고, 누적된 전기 신호를 비교기(42)로 출력한다. 적분기(41)는 신호 처리부(43)로부터 리셋 지시를 입력받을 때까지 센서(31)로부터 입력되는 전기 신호를 누적하고, 신호 처리부(43)로부터 리셋 지시를 입력받으면 전기 신호를 누적하기 전의 상태로 되돌린다. 적분기(41)는 출력단에서 누적된 전기 신호에 의한 전압값을 리셋 지시가 있기 전까지는 유지하기 때문에, 비교기(42)에 일정한 전압값을 계속해서 출력한다. 따라서, 적분기(41)는 펄스 형태의 신호가 아닌, DC전압과 같이 크기가 일정한 형태의 신호를 출력한다.

비교기(42)는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호와 멀티플렉서(44)로부터 입력받은 임계값의 크기를 비교하여 그 비교 결과를 신호 처리부(43)로 출력한다. 임계값은 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 적어도 두 개 이상으로 구분하기 위해 미리 정해진 크기의 전압값이다. 따라서, 비교하는 임계값이 많을수록 광자의 에너지 대역을 세밀하게 나누어 검출할 수 있다.

비교기(42)가 신호 처리부(43)로 출력하는 비교 결과는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 임계값보다 크거나 임계값이 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호보다 크다는 것이다. 예를 들어 비교기(42)는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 임계값보다 큰 경우, 신호 처리부(43)로 '1'을 출력하고, 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 임계값보다 작은 경우 신호 처리부(43)로 '0'를 출력할 수 있다. 상기에서는 누적된 신호가 임계값보다 큰 경우에 신호 처리부(43)로 '1'을 전달하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 반대의 경우도 가능하다.

비교기(42)는 적분기(41)로부터 입력된 전기 신호와 멀티플렉서(44)로부터 입력된 임계값들을 순차적으로 비교한다. 비교기(42)는 적분기(41)로부터 입력된 전기 신호와 멀티플렉서(44)로부터 입력된 임계값을 비교하여 비교 결과를 신호 처리부(43)로 출력한다. 비교기(42)는 멀티플렉서(44)로부터 입력된 임계값이 변경되면, 변경된 임계값과 적분기(41)로부터 입력된 전기 신호를 다시 비교하고, 그 비교 결과를 신호 처리부(43)로 출력한다. 비교기(42)는 임계값이 변경될 때마다 비교한 결과를 순차적으로 계수기(43)로 출력한다. 따라서, 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호를 순차적으로 임계값들과 비교하여, 하나의 비교기만으로도 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호의 크기를 구분할 수 있다.

적분기(41)의 출력단에서 누적된 전기 신호에 의한 전압값이 유지되기 때문에, 비교기(42)는 적분기(41)로부터 전압값을 계속해서 입력받아, 펄스 신호가 입력될 때에 비하여 동작속도가 빠르지 않아도 적분기(41)로부터 입력된 전기 신호와 멀티플렉서(44)로부터 입력되는 임계값들을 순차적으로 비교할 수 있다. 즉, 펄스 신호가 입력될 때에는 비교기는 펄스 신호가 일정 전압값 이하로 떨어지기 전에 비교를 종료해야 하기 때문에, 빠른 동작을 필요로 한다. 하지만, 적분기(41)는 누적된 전기 신호에 의한 전압을 신호 처리부(43)의 리셋 지시가 있기 전까지는 유지하기 때문에, 비교기(42)는 적분기(41)로부터 누적된 전기 신호에 의한 전압을 계속해서 입력받고, 이를 이용하여 임계값들과 순차적으로 비교할 수 있다. 동작속도가 빠른 비교기는 동작속도가 상대적으로 느린 비교기에 비하여 큰 전류를 필요로 하기 때문에, 전력소모가 심하다. 비교기(42)는 적분기(41)로부터 계속적으로 전압을 입력받을 수 있기 때문에 동작속도가 빠르지 않아도 되므로 작은 전류로 동작하는 비교기로 구현하여 전력소모를 줄일 수 있다.

신호 처리부(43)는 비교기(42)에서 임계값들과 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호를 순차적으로 비교한 결과를 입력받아 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력한다. 비교기(42)의 비교 결과 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 임계값보다 큰 경우, 신호 처리부(43)는 멀티플렉서(44)에 멀티플렉서(44)에서 비교기(42)로 출력하는 임계값을 변경하도록 지시하며, 이에 대응하는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력한다. 만약, 임계값을 변경한 후 비교한 결과, 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 변경된 임계값보다 큰 경우, 상술한 과정을 반복한다. 멀티플렉서(44)에서 비교기(42)로 출력하는 임계값을 변경할 때에는 임계값의 크기 순으로 순차적으로 변경한다. 만약, 임계값을 변경한 후 비교한 결과, 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 변경된 임계값이 보다 작은 경우, 신호 처리부(43)는 이에 대응하는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력한다. 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 변경된 임계값이 보다 작은 경우, 신소 처리부(43)는 적분기(41)에 리셋을 지시하고, 멀티플렉서(44)에 최소 임계값을 출력하도록 지시한다.

신호 처리부(43)는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호와 임계값을 비교한 결과를 비교기(42)로부터 입력받는다. 비교기(42)로부터 입력되는 비교 결과는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호와 임계값 중 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 크거나 임계값이 크다는 것을 나타낸다. 예를 들어 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 임계값보다 큰 경우, 비교기(42)로부터 '1'을 입력받고, 누적된 신호가 임계값보다 작은 경우 비교기(42)로부터 '0'를 입력받을 수 있다. 상기에서는 누적된 신호가 임계값보다 큰 경우에 신호 처리부(43)가 비교기(42)로부터 '1'을 전달하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 반대의 경우도 가능하다.

신호 처리부(43)는 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호와 어떤 임계값을 비교한 결과인지에 따라 그에 대응하는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력한다. 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 광자의 에너지 대역에 대응하는 임계값보다 작은 경우, 해당 임계값보다 작다는 것을 나타내는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력하며, 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 광자의 에너지 대역에 대응하는 임계값보다 큰 경우, 해당 임계값보다 크다는 것을 나타내는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력한다. 즉, 신호 처리부(43)는 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 어떤 임계값과 비교한 결과인지 멀티플렉서(44)의 제어를 통해 알 수 있으며, 광자의 에너지 대역에 대응하는 임계값들과의 비교 결과를 디지털 신호를 통해 계수기(45)로 출력한다.

신호 처리부(43)는 적분기(41)에 대해 리셋할 것을 지시하여 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호를 제거한다. 즉, 상술한 비교 과정을 통해 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호의 크기가 확인되면, 다음에 적분기(41)로 입력되는 전기 신호를 새로 누적하기 위해 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 대해 리셋을 지시한다.

예를 들어, 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호를 Vin, 멀티플렉서(44)에서 출력되는 임계값들을 순차적으로 Vthd, Vth_low, Vth_mid, Vth_high 라 할 때, Vthd 는 센서(31)에 의한 누설전류 또는 잡음에 대응하는 크기의 최소 임계값이며, Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 들은 광자의 에너지 대역에 대응하는 임계값들이다. Vin 이 Vthd 보다 작은 경우에는 Vin 이 센서(31)에 의한 누설전류 또는 잡음인지 광자에 의한 전기 신호인지 확인할 수 없기 때문에, 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 입력되는 전기 신호를 계속 누적할 수 있도록 적분기(41)에 리셋 지시를 하지 않고, 멀티플렉서(44)에도 임계값을 변경하라는 지시를 하지 않는다.

Vin 이 Vthd 보다 큰 경우에는 Vin 이 광자에 의한 전기 신호일 수 있기 때문에, 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 리셋 지시를 하지 않고, 멀티플렉서(44)에 임계값을 Vthd에서 Vth_low로 변경할 것을 지시하여, 비교기(42)가 Vin 과 Vthd_low를 비교할 수 있도록 한다.

Vin 이 Vth_low 보다 작은 경우에는 신호 처리부(43)는 Vin 을 센서(31)에 의한 누설전류 또는 잡음으로 판단하고, 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 리셋 지시를 하고, 멀티플렉서(44)에 임계값을 Vthd 로 변경할 것을 지시하여, 비교기(42)가 다음 Vin 과 Vthd를 비교할 수 있도록 한다. 또한, 이 경우 신호 처리부(43)는 Vin 이 Vth_low 보다 작다는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력한다.

Vin 이 Vth_low 보다 큰 경우에는 Vin 이 광자에 의한 전기 신호이기 때문에, 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 리셋 지시를 하지 않고, 멀티플렉서(44)에 임계값을 Vth_low 에서 Vth_mid 로 변경할 것을 지시하여, 비교기(42)가 Vin 과 Vth_mid 를 비교할 수 있도록 한다. 또한, 이 경우 신호 처리부(43)는 Vin 이 Vth_low 보다 크다는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력한다.

Vin 이 Vth_mid 보다 작은 경우에는, 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 리셋 지시를 하고, 멀티플렉서(44)에 임계값을 Vth_mid 에서 Vthd 로 변경할 것을 지시한다. 이 경우 신호 처리부(43)는 Vin 이 Vth_mid보다 작다는 디지털 신호를 계수기(43)로 출력할 수 있다.

Vin 이 Vth_mid 보다 큰 경우에는, 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 리셋 지시를 하지 않고, 멀티플렉서(44)에 임계값을 Vth_mid 에서 Vth_high 로 변경할 것을 지시하여, 비교기(42)가 Vin 과 Vth_high를 비교할 수 있도록 한다. 이 경우 신호 처리부(43)는 Vin 이 Vth_mid 보다 크다는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력한다.

Vin 이 Vth_high 보다 작은 경우에는, 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 리셋 지시를 하고, 멀티플렉서(44)에 임계값을 Vth_high 에서 Vthd 로 변경할 것을 지시한다. 이 경우, 신호 처리부(43)는 Vin 이 Vth_high 보다 작다는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력할 수 있다.

Vin 이 Vth_high 보다 큰 경우에는, 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 리셋 지시를 하고, 멀티플렉서(44)에 임계값을 Vth_high 에서 Vthd 로 변경할 것을 지시한다. 이 경우 신호 처리부(43)는 Vin 이 Vth_high 보다 크다는 디지털 신호를 계수기(45)로 출력한다.

여기서, Vthd, Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 는 순차적으로 큰 값을 나타낼 수 있다. 즉, Vthd는 Vth_low보다 작고, Vth_low은 Vth_mid보다 작고, Vth_low은 Vth_mid보다 작다. Vthd는 임계값들 중에서 최소값이다. 상술한 일례에서는 임계값이 4개인 경우를 설명하였으나, 임계값이 N개 인 경우도 최소 임계값인 Vthd보다 작은 경우를 제외하고, 나머지 임계값들과 순차적으로 비교한 결과, Vin 이 나머지 임계값들보다 작은 경우 계수기(43)는 적분기(41)에 대해 리셋을 지시할 수 있다. 즉, Vin 이 광자의 에너지 대역을 구분하기 위한 임계값들보다 작은 경우, 계수기(43)는 적분기(41)에 대해 리셋을 지시할 수 있다.

Vthd 는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 센서(31)에 의한 누설전류 또는 잡음에 의한 것인지를 판단하기 위한 임계값이다. 센서(31)에 의한 누설전류의 크기는 센서(31)에 방사선을 조사하지 않은 상태에서 발생하는 센서(31) 자체에 의해 발생한 전류의 크기를 측정하여 알 수 있다. 이렇게 측정된 누설전류의 크기에 따라 Vthd 의 크기를 미리 설정하여 적분기(41)에 의해 누적된 신호와 비교함으로써, 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 방사선에 포함된 광자에 의한 것이 아닌 센서(31)의 누설전류에 의한 것임을 판단할 수 있다.

Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 등은 광자의 에너지 대역을 구분하기 위해 미리 설정되는 전압값으로, 광자의 에너지 대역에 따라 센서(31)에 의해 발생하는 전기 신호의 크기를 측정하고, 측정 결과를 기초로 Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 등의 전압값을 설정함으로써, 센서(31)에 의해 검출된 광자의 에너지 대역을 구분할 수 있다.

신호 처리부(43)가 비교기(42)의 비교 결과에 따라 계수기(45)로 출력하는 디지털 신호는 다음과 같다. OUT_low="0" 는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_low 보다 작다는 디지털 신호이며, OUT_low="1" 는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_low 보다 크다는 디지털 신호이다. OUT_mid="0" 는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_mid 보다 작다는 디지털 신호이며, OUT_mid="1" 은 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_mid 보다 크다는 디지털 신호이다. OUT_high="0" 는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_high 보다 작다는 디지털 신호이며, OUT_high="1" 는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_high 보다 크다는 디지털 신호이다. 상술한 예는 "1" 과 "0" 으로 신호의 대소를 표현하였으나, 반대의 경우도 가능하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 비교 결과를 출력하는 신호는 상술한 경우 이외에도 가능함을 알 수 있을 것이다.

멀티플렉서(44)는 신호 처리부(43)의 지시에 따라 임계값을 변경하며, 비교기(42)에 순차적으로 임계값을 출력한다. 멀티플렉서(44)는 Vthd 을 비교기(42)로 출력하며, 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vthd 보다 큰 경우, 신호 처리부(43)의 지시에 따라, Vth_low 을 비교기(42)로 출력한다. 또한, 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_low보다 큰 경우, 신호 처리부(43)의 지시에 따라, Vth_mid 을 비교기(42)로 출력한다. 상술한 과정은 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 비교되는 임계값들보다 큰 경우, 멀티플렉서(44)가 Vth_high 을 출력할 때까지 반복된다. 이때, Vthd, Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 은 순차적으로 큰 값을 갖는다.

계수기(45)는 신호 처리부(43)로부터 입력받은 디지털 신호에 따라 광자의 에너지 대역을 구분하여 계수한다. 계수기(45)는 신호 처리부(43)로부터 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호의 크기에 따른 디지털 신호를 입력받는다. 예를 들어, 신호 처리부(43)로부터 입력받은 디지털 신호는 OUT_low="0", OUT_low="1", OUT_mid="0", OUT_mid="1", OUT_high="0", OUT_high="1" 일 수 있다.

계수기(45)는 Low_counter, mid_counter 및 high_counter를 포함할 수 있다. Low_counter 는 Vth_low 에 대응하는 에너지 대역을 갖는 광자를 계수하며, Mid_counter 는 Vth_mid 에 대응하는 에너지 대역을 갖는 광자를 계수하며, High_counter 는 Vth_high 에 대응하는 에너지 대역을 갖는 광자를 계수한다.

계수기(45)는 신호 처리부(43)로부터 OUT_low="1" 을 입력받으면 Low_counter 에서 계수하고, 신호 처리부(43)로부터 OUT_mid="1" 을 입력받으면 Mid_counter 에서 계수하며, 신호 처리부(43)로부터 OUT_high="1" 을 입력받으면 High_counter 에서 계수한다. 상술한 바와 같이, 계수기(45)는 Low_counter, mid_counter 및 high_counter 에서 신호 처리부(43)로부터 광자의 에너지 대역을 구분한 결과에 따른 신호를 입력받아 계수한다.

Low_counter, mid_counter 및 high_counter 들은 디지털 계수기들(Digital Counter)일 수 있다. 디지털 계수기는 일정한 클럭을 입력으로 하여 정해진 순서대로 계수하는 회로를 나타낸다. 디지털 계수기는 카운트 방향에 따라서 업 계수기(Up Counter), 다운 계수기(Down Counter)로 구분될 수 있다. 예를 들어, Low_counter, mid_counter 및 high_counter 들이 업 계수기인 경우, Low_counter, mid_counter 및 high_counter 들은 신호 처리부(43)로부터 입력받은 디지털 신호에 따라 광자를 계수할 때마다 숫자를 증가시켜 저장한다. 예를 들어, 계수기(45)가 신호 처리부(43)로부터 OUT_low="1" 을 3번 입력받으면, Low_counter 에서는 3번 계수하여 "3" 이라는 값을 저장한다.

도 5는 도 3에 도시된 독출 회로(33)의 일례를 도시한 회로도이다. 도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 독출 회로(33)의 구성요소의 일부를 회로도로 도시하였다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 독출 회로(33)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 5의 실시예에 따른 독출 회로(33)에도 적용된다.

적분기(51)는 증폭기(511), 캐패시터(512) 및 스위치(513) 등을 포함한다. 증폭기(511)는 캐패시터(512) 및 스위치(513)와 병렬로 연결된다. 즉, 증폭기(511)의 입력단과 출력단에 캐패시터(512) 및 스위치(513)가 연결된다. 증폭기(511)와 캐패시터(512)가 병렬로 연결되면, 적분기(51)로 입력된 전류는 증폭기(511)의 입력단의 높은 저항으로 인해 증폭기(511)로 입력되지 못하고, 캐패시터(512)로 모두 축적된다. 캐패시터(512)는 축적된 전하에 의해 양단에 전압차가 발생한다. 캐패시터(512)의 양단에 발생한 전압차만큼, 증폭기(511)의 출력단은 입력단보다 높은 전압을 갖는다. 캐패시터(512)의 양단의 전압(V(t))은 하기의 수학식1과 같이 계산된다.

여기서, C 는 커패시터(512)의 정전용량이며, I(τ) 는 적분기(51)로 입력되는 전류를 나타내며, V(0)는 캐패시터(512)의 초기 전압을 나타낸다.

멀티플렉서(54)는 임계값들의 개수만큼의 스위치(Switch)들을 포함하여, 스위치의 동작을 제어하여 임계값들을 비교기(52)로 출력할 수 있다. 각각의 스위치는 회로 외부에서 제공되는 각각의 전압원과 연결될 수 있다. 전압원들 각각은 Vthd, Vth_low, Vth_mid 및 Vth_high 의 크기를 갖는 전압을 제공한다. 따라서, 계수기(55)의 지시에 따라 멀티플렉서(54)는 스위치들 중 어느 하나의 스위치를 닫고, 스위치가 닫히면 스위치와 연결된 전압원의 전압이 멀티플렉서(54)에서 출력된다. 예를 들어, 멀티플렉서(54)의 첫번째 스위치가 Vthd 을 공급하는 전압원과 연결된 경우, 첫번째 스위치가 닫히면, 멀티플렉서(54)는 비교기(52)에 Vthd 를 출력하게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 방법의 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 방법은 도 3에 도시된 독출 회로(33)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 독출 회로(33)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 광자의 에너지 대역을 구분하는 방법에도 적용된다. 독출 회로(33)에서 하나의 비교기를 이용한 광자 계수 방법은 다음과 같은 단계들로 구성된다.

61단계에서 신호 처리부(43)는 적분기(41)에 리셋을 지시한다. 신호 처리부(43)의 리셋 지시에 따라, 적분기(41)는 아무 신호도 누적하지 않은 초기 상태가 된다.

62단계에서 신호 처리부(43)는 멀티플렉서(44)가 비교기(42)로 Vthd 를 출력하도록 지시한다.

63단계에서 신호 처리부(43)는 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우 64단계로 진행하고, "0" 인 경우 62단계로 진행한다. 신호 처리부(43)가 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vthd 보다 큰 경우이며, 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "0" 인 경우는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vthd 보다 작은 경우이다.

64단계에서 신호 처리부(43)는 멀티플렉서(44)에 임계값을 Vthd 에서 Vth_low 로 변경하도록 지시한다. 신호 처리부(43)의 지시에 따라, 멀티플렉서(44)에서 비교기(42)로 출력하는 임계값이 변경된다.

65단계에서 신호 처리부(43)는 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우 66단계로 진행하고, "0" 인 경우 67단계로 진행한다. 신호 처리부(43)가 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_low 보다 큰 경우이며, 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "0" 인 경우는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_low 보다 작은 경우이다.

66단계에서 신호 처리부(43)는 계수기(45)로 OUT_low="1" 이라는 신호를 출력하고, 멀티플렉서(44)에 임계값을 Vth_mid로 변경하도록 지시한다. 신호 처리부(43)는 계수기(45)로 OUT_low="1" 이라는 신호를 출력하여, 계수기(45)가 Low_counter 에서 계수할 수 있도록 하며, 멀티플렉서(44)에서 비교기(42)로 출력하는 임계값을 Vth_mid 로 변경하도록 지시하여, 68단계에서 비교기(42)가 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호와 Vth_mid 를 비교하도록 한다.

67단계에서 신호 처리부(43)는 계수기(45)로 OUT_low="0" 이라는 신호를 출력하고 61단계로 진행한다. 신호 처리부(43)가 계수기(45)로 OUT_low="0" 을 출력할 때는 계수기(45)는 계수하지 않는다.

68단계에서 신호 처리부(43)는 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우 69단계로 진행하고, "0 인 경우 70단계로 진행한다. 신호 처리부(43)가 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_mid 보다 큰 경우이며, 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "0" 인 경우는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_mid 보다 작은 경우이다.

69단계에서 신호 처리부(43)는 계수기(45)로 OUT_mid="1" 이라는 신호를 출력하고, 멀티플렉서(44)에 임계값을 Vth_high 로 변경하도록 지시한다. 신호 처리부(43)는 계수기(45)로 OUT_mid="1" 이라는 신호를 출력하여, 계수기(45)가 mid_counter 에서 계수할 수 있도록 하며, 멀티플렉서(44)에서 비교기(42)로 출력하는 임계값을 Vth_high 로 변경하도록 지시하여, 71단계에서 비교기(42)가 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호와 Vth_high 를 비교하도록 한다.

70단계에서 신호 처리부(43)는 계수기(45)로 OUT_mid="0" 이라는 신호를 출력하고 61단계로 진행한다. 신호 처리부(43)가 계수기(45)로 OUT_mid="0" 을 출력할 때는 계수기(45)는 계수하지 않는다.

71단계에서 신호 처리부(43)는 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우 72단계로 진행하고, "0 인 경우 73단계로 진행한다. 신호 처리부(43)가 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "1" 인 경우는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_high 보다 큰 경우이며, 비교기(42)로부터 입력받은 비교 결과가 "0" 인 경우는 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호가 Vth_high 보다 작은 경우이다.

72단계에서 신호 처리부(43)는 계수기(45)로 OUT_high="1" 이라는 신호를 출력하고, 61단계로 진행한다. 신호 처리부(43)는 계수기(45)로 OUT_high="1" 이라는 신호를 출력하여, 계수기(45)가 high_counter 에서 계수할 수 있도록 한다.

73단계에서 신호 처리부(43)는 계수기(45)로 OUT_high="0" 이라는 신호를 출력하고 61단계로 진행한다. 신호 처리부(43)가 계수기(45)로 OUT_high="0" 을 출력할 때는 계수기(45)는 계수하지 않는다.

신호 처리부(43)는 상술한 단계들을 제어하여, 적분기(41)에 의해 누적된 전기 신호를 임계값들과 순차적으로 비교하여, 비교 결과를 계수기(45)로 출력할 수 있다.

한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)를 포함한다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

41: 적분기
42: 비교기
43: 신호 처리부
44: 멀티플렉서
45: 계수기

Claims (16)

1. 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하는 장치에 있어서,
   상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적하는 적분기;
   상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호를 다수의 임계값들 중 어느 하나와 비교하는 비교기;
   상기 비교기로 상기 다수의 임계값들 중 어느 하나를 출력하는 멀티플렉서; 및
   상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하고, 상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 상기 비교기로부터 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하되, 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호가 상기 임계값들 중 최대 임계값과의 비교 결과를 입력받은 경우, 상기 멀티플렉서에 최소 임계값을 출력하도록 지시하고, 상기 적분기에 대해 리셋을 지시하는 신호 처리부를 포함하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호와 상기 임계값들 중 어느 하나와의 비교 결과에 대응하는 디지털 신호를 출력하는 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호가 상기 임계값들 중 최소 임계값보다 크다는 비교 결과를 입력받은 경우, 상기 멀티플렉서에 임계값을 변경할 것을 지시하는 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호가 상기 변경된 임계값보다 크다는 비교 결과를 입력받은 경우, 상기 멀티플렉서에 임계값을 변경할 것을 지시하는 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호가 상기 변경된 임계값보다 작다는 비교 결과를 입력받은 경우, 상기 멀티플렉서에 최소 임계값을 출력하도록 지시하고, 상기 적분기에 대해 리셋을 지시하는 장치.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호 처리부는 상기 적분기에 의해 누적된 전기 신호가 상기 임계값들 중 최소 임계값 및 최대 임계값을 제외한 임계값들 중 어느 하나보다 크다는 비교 결과를 입력받은 경우, 상기 멀티플렉서에 임계값을 변경할 것을 지시하는 장치.
9. 센서에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하는 독출 회로에서 광자의 에너지 대역을 구분하는 방법에 있어서,
   상기 센서에 의해 변환된 전기 신호를 입력받아 누적된 전기 신호와 다수의 임계값들 중 어느 하나를 비교한 결과를 입력받는 단계;
   상기 비교 결과에 따라 상기 임계값을 순차적으로 변경할 것을 지시하는 단계; 및
   상기 변경된 임계값들 각각에 대하여 순차적으로 입력된 비교 결과를 이용하여 광자의 에너지 대역을 구분하는 디지털 신호를 출력하는 단계를 포함하되,
   상기 지시하는 단계는,
   상기 입력된 비교 결과가 상기 누적된 전기 신호보다 상기 임계값들 중 최대 임계값과의 비교 결과인 경우, 상기 최대 임계값을 최소 임계값으로 변경하도록 지시하는 단계; 및
   상기 누적된 전기 신호를 리셋할 것을 지시하는 단계를 포함하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 출력하는 단계는,
    상기 누적된 전기 신호와 임계값들 중 어느 하나의 비교 결과에 대응하는 디지털 신호를 출력하는 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 지시하는 단계는,
    상기 입력된 비교 결과가 상기 누적된 전기 신호보다 상기 임계값들 중 최소 임계값이 작다는 비교 결과인 경우, 상기 최소 임계값을 변경할 것을 지시하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 지시하는 단계는,
    상기 입력된 비교 결과가 상기 누적된 전기 신호보다 상기 변경된 임계값이 작다는 비교 결과인 경우, 상기 변경된 임계값을 변경할 것을 지시하는 방법.
13. 제 9 항에 있어서, 상기 지시하는 단계는,
    상기 입력된 비교 결과가 상기 누적된 전기 신호보다 상기 변경된 임계값이 크다는 비교 결과인 경우, 상기 변경된 임계값을 최소 임계값으로 변경할 것을 지시하는 단계; 및
    상기 누적된 전기 신호를 리셋할 것을 지시하는 단계를 포함하는 방법.
14. 삭제
15. 제 9 항에 있어서, 상기 지시하는 단계는,
    상기 입력된 비교 결과가 상기 누적된 전기 신호보다 상기 임계값들 중 최소 임계값 및 최대 임계값을 제외한 임계값들 중 어느 하나가 작다는 비교 결과인 경우, 상기 임계값을 변경할 것을 지시하는 방법.
16. 제 9 항 내지 제 13 항 및 제 15 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.

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