KR102057181B1 - 방사선 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 실시형태에 관한 방사선 검출기는, 제1 방향으로 연장되는 복수의 제어 라인과, 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 데이터 라인과, 상기 복수의 제어 라인과 상기 복수의 데이터 라인에 의해 구획된 복수 영역의 각각에 설치되고, 대응하는 상기 제어 라인과 대응하는 상기 데이터 라인에 전기적으로 접속되며, 방사선을 직접적 또는 신틸레이터와 협동하여 검출하는 검출부를 갖는 어레이 기판; 상기 복수의 제어 라인의 각각에 전기적으로 접속된 게이트 드라이버; 복수의 상기 게이트 드라이버의 각각에 대하여 스타트 신호와 클럭 신호를 생성하고, 생성된 복수의 상기 스타트 신호와 복수의 상기 클럭 신호를 제1 시리얼 데이터로 변환하는 구동 제어 회로; 상기 구동 제어 회로와 상기 복수의 게이트 드라이버 사이에 전기적으로 접속되고, 상기 제1 시리얼 데이터를 복수의 상기 스타트 신호와 복수의 상기 클럭 신호로 복원하고, 상기 복원된 스타트 신호와 클럭 신호를 대응하는 상기 게이트 드라이버에 송신하는 구동 타이밍 생성 회로; 상기 복수의 데이터 라인의 각각에 전기적으로 접속된 판독 회로; 복수의 상기 판독 회로의 각각으로부터의 화상 데이터 신호를 제2 시리얼 데이터로 변환하는 화상 데이터 신호 전송 회로; 및 상기 제2 시리얼 데이터를 복수의 상기 화상 데이터 신호로 복원하는 판독 제어 회로를 구비하고 있다.
Description
본 발명의 실시형태는 방사선 검출기에 관한 것이다.
방사선 검출기에는 다수의 화소를 갖는 어레이 기판, 화소에 제어 신호를 인가하는 구동 제어 회로, 화소로부터의 화상 데이터 신호를 처리하는 판독 제어 회로, 화상 데이터 신호로부터 방사선 화상을 구성하는 화상 처리 회로 등이 설치되어 있다.
여기에서, 전원 회로에서 발생한 스위칭 노이즈(저주파 노이즈), 구동 제어 회로나 판독 제어 회로 등에 설치된 디지털 회로에서 발생한 디지털 노이즈(고주파 노이즈), 신호의 스큐에 의해 발생한 노이즈(고주파 노이즈) 등이, 판독 제어 회로 등에 침입하면 얻어지는 방사선 화상의 품질이 현저하게 저하될 우려가 있다.
이 경우, 전원 라인을 통하여 침입하는 노이즈는 전원 라인에 필터를 설치함으로써 감소시킬 수 있다.
그러나, 그라운드 라인은 공통이 되므로, 그라운드 라인을 통하여 침입하는 노이즈는 제거할 수 없다.
이 경우, 전원 회로에서의 스위칭의 주기와, 구동 제어 회로나 판독 제어 회로에서의 스캔의 주기를 엄밀하게 맞추면, 노이즈를 눈에 띄지 않게 할 수 있다. 그러나, 타이밍 지터(timing jitter)나 드리프트 등에 의해 노이즈 성분이 변화된 경우에는, 충분한 효과가 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 또한, 화상 처리 회로 등에서는 스캔 주파수와 동기한 처리가 실시되지 않는 경우도 있다. 스캔 주파수와 동기한 처리가 실시되지 않는 경우에는, 랜덤 노이즈나 줄무늬 형상의 노이즈가 방사선 화상에 나타나게 된다.
또한, 이와 같은 방법에서는 공통화된 그라운드 라인을 통하여 침입하는 노이즈는 제거할 수 없다.
그 때문에, 방사선 화상에 대한 노이즈의 영향을 감소시킬 수 있는 방사선 검출기의 개발이 요망되고 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방사선 화상에 대한 노이즈의 영향을 감소시킬 수 있는 방사선 검출기를 제공하는 것이다.
실시형태에 관한 방사선 검출기는 제1 방향으로 연장되는 복수의 제어 라인과, 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 데이터 라인과, 상기 복수의 제어 라인과 상기 복수의 데이터 라인에 의해 구획된 복수의 영역의 각각에 설치되고, 대응하는 상기 제어 라인과 대응하는 상기 데이터 라인에 전기적으로 접속되며, 방사선을 직접적 또는 신틸레이터와 협동하여 검출하는 검출부를 갖는 어레이 기판과, 상기 복수의 제어 라인의 각각에 전기적으로 접속된 게이트 드라이버와, 복수의 상기 게이트 드라이버의 각각에 대하여 스타트 신호와 클럭 신호를 생성하고, 생성된 복수의 상기 스타트 신호와 복수의 상기 클럭 신호를 제1 시리얼 데이터로 변환하는 구동 제어 회로와, 상기 구동 제어 회로와 상기 복수의 게이트 드라이버 사이에 전기적으로 접속되고, 상기 제1 시리얼 데이터를 복수의 상기 스타트 신호와 복수의 상기 클럭 신호로 복원하며, 상기 복원된 스타트 신호와 클럭 신호를 대응하는 상기 게이트 드라이버에 송신하는 구동 타이밍 생성 회로와, 상기 복수의 데이터 라인의 각각에 전기적으로 접속된 판독 회로와, 복수의 상기 판독 회로의 각각으로부터의 화상 데이터 신호를 제2 시리얼 데이터로 변환하는 화상 데이터 신호 전송 회로와, 상기 제2 시리얼 데이터를 복수의 상기 화상 데이터 신호로 복원하는 판독 제어 회로를 구비하고 있다.
도 1은 X선 검출기(1)를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 2는 X선 검출기(1)의 블럭도이다.
도 3은 어레이 기판(2)의 회로도이다.
도 4는 비교예에 관한 X선 검출기(100)의 블럭도이다.
도 5는 전원 회로(41)의 블럭도이다.
도 6은 구동 타이밍 생성 회로(42)의 블럭도이다.
도 7은 화상 데이터 신호 전송 회로(43)의 블럭도이다.
도 8의 (a) ~ (d)는 비교예에 관한 X선 검출기(100)에서의 노이즈를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 9의 (a) ~ (e)는 전원 회로(41)를 설치한 경우의 노이즈를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 10의 (a) ~ (f)는 전원 회로(41), 구동 타이밍 생성 회로(42), 및 화상 데이터 신호 전송 회로(43)를 설치한 경우의 노이즈를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 2는 X선 검출기(1)의 블럭도이다.
도 3은 어레이 기판(2)의 회로도이다.
도 4는 비교예에 관한 X선 검출기(100)의 블럭도이다.
도 5는 전원 회로(41)의 블럭도이다.
도 6은 구동 타이밍 생성 회로(42)의 블럭도이다.
도 7은 화상 데이터 신호 전송 회로(43)의 블럭도이다.
도 8의 (a) ~ (d)는 비교예에 관한 X선 검출기(100)에서의 노이즈를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 9의 (a) ~ (e)는 전원 회로(41)를 설치한 경우의 노이즈를 예시하기 위한 그래프도이다.
도 10의 (a) ~ (f)는 전원 회로(41), 구동 타이밍 생성 회로(42), 및 화상 데이터 신호 전송 회로(43)를 설치한 경우의 노이즈를 예시하기 위한 그래프도이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시 형태에 대해 예시한다. 또한, 각 도면 중, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명은 적절하게 생략한다.
본 실시형태에 관한 방사선 검출기는 X선 외에도 γ선 등의 각종 방사선에 적용시킬 수 있다. 여기에서는 일례로서 방사선 중의 대표적인 것으로서 X선에 관한 경우를 예로 들어 설명한다. 따라서, 이하의 실시형태의 「X 선」을 「다른 방사선」으로 치환함으로써 다른 방사선에도 적용시킬 수 있다.
또한, 이하에 예시하는 X선 검출기(1)는 방사선 화상인 X선 화상을 검출하는 X선 평면 센서이다. X선 평면 센서에는 크게 나누어 직접 변환 방식과 간접 변환 방식이 있다.
직접 변환 방식은 입사 X선에 의해 광 도전막 내부에 발생한 광 도전 전하(신호 전하)를 고전계에 의해 전하 축적용 축적 커패시터에 직접 인도하는 방식이다.
간접 변환 방식은 X선을 신틸레이터에 의해 형광(가시광)으로 변환하고, 형광을 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자에 의해 신호 전하로 변환하며, 신호 전하를 축적 커패시터에 인도하는 방식이다.
이하에서는 일례로서 간접 변환 방식의 X선 검출기(1)를 예시하지만, 본 발명은 직접 변환 방식의 X선 검출기에도 적용할 수 있다.
즉, X 선 검출기는 X선을 직접적 또는 신틸레이터와 협동하여 검출하는 검출부를 갖는 것이면 좋다.
또한, X선 검출기(1)는 예를 들어, 일반 의료용도 등에 사용할 수 있지만, 용도에 한정은 없다.
도 1은 X선 검출기(1)를 예시하기 위한 모식 사시도이다.
도 2는 X선 검출기(1)의 블럭도이다.
도 3은 어레이 기판(2)의 회로도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, X선 검출기(1)에는 어레이 기판(2), 신틸레이터(3), 신호 처리부(4) 및 제어 처리부(5)가 설치되어 있다.
어레이 기판(2)은 신틸레이터(3)에 의해 X선으로부터 변환된 형광(가시광선)을 전기 신호로 변환한다.
어레이 기판(2)은 기판(2a), 광전 변환부(2b), 제어 라인(또는 게이트 라인) (2c1), 및 데이터 라인(또는 시그널 라인)(2c2)을 갖는다.
기판(2a)은 판 형상을 나타내고, 무알칼리 유리 등의 투광성 재료로 형성되어 있다.
광전 변환부(2b)는 기판(2a)의 한쪽 표면에 복수 설치되어 있다.
광전 변환부(2b)는 직사각형을 나타내고 제어 라인(2c1)과 데이터 라인(2c2)에 의해 구획된 영역에 설치되어 있다. 복수의 광전 변환부(2b)는 매트릭스 형상으로 나열되어 있다.
또한, 하나의 광전 변환부(2b)는 하나의 화소(pixel)에 대응한다.
또한, 광전 변환부(2b)는 X 선을 신틸레이터(3)와 협동하여 검출하는 검출부가 된다.
복수의 광전 변환부(2b)의 각각에는 광전 변환 소자(2b1)와, 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT; Thin Film Transistor)(2b2)가 설치되어 있다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 광전 변환 소자(2b1)에서 변환한 신호 전하를 축적하는 축적 커패시터(2b3)를 설치할 수 있다. 축적 커패시터(2b3)는 예를 들어, 직사각형 평판 형상을 나타내고, 각 박막 트랜지스터(2b2)의 아래에 설치할 수 있다. 단, 광전 변환 소자(2b1)의 용량에 따라서는 광전 변환 소자(2b1)가 축적 커패시터(2b3)를 겸할 수 있다.
광전 변환 소자(2b1)는 예를 들어, 포토 다이오드 등으로 할 수 있다.
박막 트랜지스터(2b2)는 형광이 광전 변환 소자(2b1)에 입사함으로써 발생한 전하의 축적 및 방출의 스위칭을 실시한다. 박막 트랜지스터(2b2)는 아몰퍼스 실리콘(a-Si)이나 폴리 실리콘(P-Si) 등의 반도체 재료를 포함하는 것으로 할 수 있다. 박막 트랜지스터(2b2)는 게이트 전극(2b2a), 소스 전극(2b2b) 및 드레인 전극(2b2c)을 갖고 있다. 박막 트랜지스터(2b2)의 게이트 전극(2b2a)은 대응하는 제어 라인(2c1)과 전기적으로 접속된다. 박막 트랜지스터(2b2)의 소스 전극(2b2b)은 대응하는 데이터 라인(2c2)과 전기적으로 접속된다. 박막 트랜지스터(2b2)의 드레인 전극(2b2c)은 대응하는 광전 변환 소자(2b1)와 축적 커패시터(2b3)에 전기적으로 접속된다.
제어 라인(2c1)은 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 복수 설치되어 있다. 제어 라인(2c1)은 예를 들어, 행 방향(제1 방향의 일례에 상당함)으로 연장되어 있다.
하나의 제어 라인(2c1)은 기판(2a)의 둘레 가장자리 근방에 설치된 복수의 배선 패드(2d1) 중 하나와 전기적으로 접속되어 있다. 하나의 배선 패드(2d1)에는 플렉시블 프린트 기판(2e1)에 설치된 복수의 배선 중의 하나가 전기적으로 접속되어 있다. 플렉시블 프린트 기판(2e1)에 설치된 복수의 배선의 타단은 신호 처리부(4)에 설치된 게이트 드라이버(GD)와 각각 전기적으로 접속되어 있다.
데이터 라인(2c2)은 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 복수 설치되어 있다. 데이터 라인(2c2)은 예를 들어, 행 방향에 직교하는 열 방향(제2 방향의 일례에 상당함)으로 연장되어 있다.
하나의 데이터 라인(2c2)은 기판(2a)의 둘레 가장자리 근방에 설치된 복수의 배선 패드(2d2) 중 하나와 전기적으로 접속되어 있다. 하나의 배선 패드(2d2)에는 플렉시블 프린트 기판(2e2)에 설치된 복수의 배선 중의 하나가 전기적으로 접속되어 있다. 플렉시블 프린트 기판(2e2)에 설치된 배선의 타단은 신호 처리부(4)에 설치된 판독 회로(RO)와 전기적으로 접속되어 있다.
제어 라인(2c1) 및 데이터 라인(2c2)은 예를 들어, 알루미늄이나 크롬 등의 저저항 금속을 이용하여 형성할 수 있다.
보호층(2f)은 광전 변환부(2b), 제어 라인(2c1) 및 데이터 라인(2c2)을 덮고있다.
보호층(2f)은 예를 들어, 산화물 절연 재료, 질화물 절연 재료, 산 질화물 절연 재료, 및 수지 재료 중 적어도 1 종을 포함한다.
산화물 절연 재료는 예를 들면, 산화 실리콘, 산화 알루미늄 등이다.
질화물 절연 재료는 예를 들면, 질화 실리콘, 질화 알루미늄 등이다.
산 질화물 절연 재료는 예를 들면, 산 질화 실리콘 등이다.
수지 재료는 예를 들면, 아크릴계 수지 등이다.
신틸레이터(3)는 복수의 광전 변환 소자(2b1) 위에 설치되고, 입사하는 X선을 가시광 즉 형광으로 변환한다. 신틸레이터(3)는 기판(2a) 상의 복수의 광전 변환부(2b)가 설치된 영역(유효 화소 영역)을 덮도록 설치되어 있다.
신틸레이터(3)는 예를 들어, 요오드화 세슘(CsI) : 탈륨(Tl), 또는 요오드화 나트륨(NaI) : 탈륨(Tl) 등을 이용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 진공증착법 등을 이용하여 신틸레이터(3)를 형성하면, 복수의 주상(柱狀) 결정의 집합체로 이루어진 신틸레이터(3)가 형성된다.
신틸레이터(3)의 두께 치수는 예를 들면, 600 ㎛ 정도로 할 수 있다. 주상 결정의 기둥(필러)의 두께 치수는 예를 들면, 최표면에서 8 ㎛ ~ 12 ㎛ 정도로 할 수 있다.
또한, 신틸레이터(3)는 예를 들면, 산 황화 가돌리늄(Gd2O2S) 등을 이용하여 형성할 수도 있다. 이 경우, 예를 들면 이하와 같이 하여 신틸레이터(3)를 형성 할 수 있다. 우선, 산 황화 가돌리늄으로 이루어진 입자를 바인더재와 혼합한다. 다음에, 혼합된 재료를, 유효 화소 영역을 덮도록 도포한다. 다음에, 도포된 재료를 소성한다. 다음에, 블레이드 다이싱법 등을 이용하여, 소성된 재료에 홈부를 형성한다. 이 때, 복수의 광전 변환부(2b)마다 사각 기둥 형상의 신틸레이터(3)가 설치되도록, 매트릭스 형상의 홈부을 형성할 수 있다. 홈부에는 대기(공기) 또는 산화방지용 질소 가스 등의 불활성 가스가 채워지도록 할 수 있다. 또한, 홈부가 진공 상태가 되도록 해도 좋다.
그 밖에, 형광의 이용 효율을 높여 감도 특성을 개선하기 위해, 신틸레이터(3)의 표면측(X선의 입사면측)을 덮도록 도시하지 않은 반사층을 설치할 수 있다.
또한, 공기 중에 포함되는 수증기에 의해, 신틸레이터(3)의 특성과 도시하지 않은 반사층의 특성이 열화되는 것을 억제하기 위해, 신틸레이터(3)와 도시하지 않은 반사층을 덮는 도시하지 않은 방습체를 설치할 수 있다.
여기에서, 신호 처리부(4) 및 제어 처리부(5)를 설명하기 전에, 비교예에 관한 X선 검출기(100)에 대해 설명한다.
도 4는 비교예에 관한 X선 검출기(100)의 블럭도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, X선 검출기(100)에는 어레이 기판(2), 신틸레이터(3), 시스템 전원 회로(101), 구동 제어 회로(102), 판독 제어 회로(103) 및 화상 처리 회로(104)가 설치되어 있다.
시스템 전원 회로(101)는 DC/DC 컨버터 등을 갖고, 외부로부터 공급된 직류 전압을 소정의 직류 전압으로 변환한다. 시스템 전원 회로(101)는 구동 제어 회로 (102), 판독 제어 회로(103), 화상 처리 회로(104), 게이트 드라이버(GD) 및 판독 회로(RO)로 변환된 직류 전압을 인가한다.
구동 제어 회로(102)는 X선 화상의 주사 방향에 따라, 대응하는 게이트 드라이버(GD)에 제어 신호를 송신한다.
게이트 드라이버(GD)는 구동 제어 회로(102)로부터의 제어 신호를 수신하면, 대응하는 제어 라인(2c1)에 전압을 인가한다.
복수의 판독 회로(RO)의 각각은 적분 증폭기와, 아날로그 - 디지털 변환기를 갖는다. 판독 회로(RO)는 판독된 화상 데이터 신호를 증폭하고, 증폭된 화상 데이터 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호로 변환된 화상 데이터 신호는 판독 제어 회로(103)에 송신된다.
판독 제어 회로(103)는 수신된 화상 데이터 신호를 화상 처리 회로(104)에 송신한다.
화상 처리 회로(104)는 판독 제어 회로(103)로부터의 화상 데이터 신호에 기초하여 X선 화상을 구성한다.
여기에서, 시스템 전원 회로(101)에 설치된 DC/DC 컨버터는 전류의 스위칭에 의해 소정의 직류 전압을 생성할 수 있지만, 스위칭시에 스위칭 노이즈(저주파 노이즈)를 발생시킨다. 발생한 스위칭 노이즈가 전원 라인(101a)이나 그라운드 라인(101b)을 통하여 광전 변환부(2b)에 설치된 광전 변환 소자(2b1)나 박막 트랜지스터(2b2), 또는 판독 회로(RO)에 설치된 적분 증폭기 등의 아날로그 회로에 침입하면, 얻어지는 X선 화상의 품질이 현저하게 저하될 우려가 있다.
이 경우, 전원 라인(101a)에 필터를 설치하면, 전원 라인(101a)을 통하여, 노이즈에 민감한 아날로그 회로(예를 들어, 판독 회로(RO) 등)에 침입하는 노이즈를 감소시킬 수 있다. 그러나, 도 4에 도시한 바와 같이, 그라운드 라인(101b)은 공통이 되므로, 그라운드 라인(101b)을 통하여 아날로그 회로에 침입하는 노이즈는 제거할 수 없다.
또한, 어레이 기판(2)에 설치되는 광전 변환부(2b)의 수는 수백만개 정도가된다. 그 때문에, 다수의 게이트 드라이버(GD)나 판독 회로(RO)가 필요해짐과 함께, 다수의 게이트 드라이버(GD)나 판독 회로(RO)를 제어하기 위한 복잡하고 대규모의 디지털 회로가 필요해진다.
디지털 회로에서는 고주파의 디지털 노이즈가 발생한다. 발생한 디지털 노이즈가 신호 라인(102a, 103a) 및 그라운드 라인(101b)을 통하여, 판독 회로(RO)에 설치된 적분 증폭기 등의 아날로그 회로에 침입하면, 얻어지는 X선 화상의 품질이 현저하게 저하될 우려가 있다.
또한, 2 차원 주사를 실시함으로써 신호 라인(102a, 103a)의 수를 감소시키고 있지만, 게이트 드라이버(GD)와 구동 제어 회로(102)의 접속, 판독 회로(RO)와 판독 제어 회로(103)의 접속에는, 수 십개 내지 수 백개의 신호 라인(102a, 103a)이 필요해진다. 그 때문에, 신호의 스큐에 의한 노이즈가 발생하기 쉬워진다. 발생한 노이즈가, 그라운드 라인(101b)을 통하여, 판독 회로(RO)에 설치된 적분 증폭기 등의 아날로그 회로에 침입하면, 얻어지는 방사선 화상의 품질이 현저하게 저하될 우려가 있다.
그 때문에, 본 실시형태에 관한 X선 검출기(1)에서는 신호 처리부(4)와 제어 처리부(5)를 직류적으로 분리하도록 하고 있다. 또한, 신호 라인의 수를 더 적게 하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 신호 처리부(4)는 어레이 기판(2)의, 신틸레이터(3)가 설치되는 측과는 반대측에 설치되어 있다.
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 신호 처리부(4)에는 전원 회로(41), 구동 타이밍 생성 회로(42), 화상 데이터 신호 전송 회로(43), 복수의 게이트 드라이버(GD) 및 복수의 판독 회로(RO)가 설치되어 있다.
복수의 게이트 드라이버(GD)는 복수의 제어 라인(2c1)의 각각에 전기적으로 접속되어 있다.
복수의 판독 회로(RO)는 복수의 데이터 라인(2c2)의 각각에 전기적으로 접속되어 있다.
도 5는 전원 회로(41)의 블럭도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 전원 회로(41)는 DC-AC 변환부(41a), 트랜스(41b), 정류부(41c) 및 컨덴서(41d)(제3 컨덴서의 일례에 상당함)가 설치되어 있다.
DC-AC 변환부(41a)는 시스템 전원 회로(51)로부터 공급된 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다.
DC-AC 변환부(41a)는 발진 회로(41a1)와 스위칭 소자(41a2)를 갖는다.
발진 회로(41a1)는 소정의 주파수에서 스위칭 소자(41a2)를 ON/OFF 시킨다.
스위칭 소자(41a2)는 전류를 스위칭함으로써, 트랜스(41b1)의 일차측에 펄스형상의 전류를 흘린다. 스위칭 소자(41a2)는 예를 들어, 바이폴라 트랜지스터, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), MOSFET, 게이트 턴 오프 사이리스터(GTO) 등으로 할 수 있다.
트랜스(41b1)의 1차측은 DC-AC 변환부(41a)와 전기적으로 접속되고, 2차측은 복수의 판독 회로(RO)와 전기적으로 접속되어 있다.
트랜스(41b)는 예를 들어 절연 트랜스, 시일드 트랜스 등으로 할 수 있다.
정류부(41c)는 트랜스(41b)의 2차측과 복수의 판독 회로(RO) 사이에 전기적으로 접속되어 있다. 정류부(41c)는 트랜스(41b)의 2차측에 흐르는 교류 전류를 정류한다. 정류부(41c)는 트랜스(41b)의 2차측에서 교류 전압을 직류 전압으로 변환한다.
컨덴서(41d)는 정류부(41c)와 그라운드 라인(44) 사이에 전기적으로 접속되어 있다.
전원 회로(41)에는 트랜스(41b)가 설치되어 있으므로, 신호 처리부(4)와, 제어 처리부(5)의 시스템 전원 회로(51)를 직류적으로 분리할 수 있다. 그 때문에, 트랜스(41b)에 의해 시스템 전원 회로(51)에 설치된 DC/DC 컨버터에서 발생한 스위칭 노이즈(저주파 노이즈)가 광전 변환부(2b)에 설치된 광전 변환 소자(2b1)나 박막 트랜지스터(2b2)에 침입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, DC-AC 변환부(41a)에서 발생한 스위칭 노이즈가, 광전 변환부(2b)에 설치된 광전 변환 소자(2b1)나 박막 트랜지스터(2b2)에 침입하는 것도 억제할 수 있다.
또한, 전원 회로(41)에는 컨덴서(41d)가 설치되어 있으므로, 그라운드 라인(44)을 통하여, 광전 변환부(2b)에 설치된 광전 변환 소자(2b1)나 박막 트랜지스터(2b2)에 노이즈가 침입하는 것을 억제할 수 있다.
도 6은 구동 타이밍 생성 회로(42)의 블럭도이다.
구동 타이밍 생성 회로(42)는 구동 제어 회로(52)와 복수의 게이트 드라이버(GD) 사이에 전기적으로 접속되어 있다.
구동 타이밍 생성 회로(42)는 후술하는 구동 제어 회로(52)로부터의 시리얼 데이터(제1 시리얼 데이터의 일례에 상당함)를 복수의 스타트 신호(주사를 개시하는 타이밍을 지시하기 위한 신호)와 복수의 클럭 신호(제어 라인(2c1)을 전환하기 위한 신호)로 복원하고, 복원된 스타트 신호와 클럭 신호를 대응하는 게이트 드라이버(GD)에 송신한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 구동 타이밍 생성 회로(42)에는 버퍼(42a1, 42a2), 인버터(42b1, 42b2), 컨덴서(42c1, 42c2, 42c3, 42c4) (제1 컨덴서의 일례에 상당함), 작동 앰프(42d1, 42d2), 분주 회로(42e) 및 시프트 레지스터(42f)가 설치되어 있다.
구동 제어 회로(52)로부터 송신된 스타트 신호는 버퍼(42a1)와 인버터(42b1)에 입력된다. 또한, 버퍼(42a1)는 반드시 필요한 것은 아니고, 생략할 수도 있다. 인버터(42b1)는 수신한 스타트 신호를 반전시킨다. 작동 앰프(42d1)는 컨덴서(42c1)를 통하여 수신한 버퍼(42a1)로부터의 스타트 신호와, 컨덴서(42c2)를 통해수신한 인버터(42b1)로부터의 반전 신호의 차를 연산하여 스타트 신호를 재생성한다.
구동 제어 회로(52)로부터 송신된 클럭 신호는 버퍼(42a2)와 인버터(42b2)에 입력된다. 또한, 버퍼(42a2)는 반드시 필요한 것은 아니고, 생략할 수도 있다. 인버터(42b2)는 수신한 클럭 신호를 반전시킨다. 작동 앰프(42d2)는 컨덴서(42c3)를 통하여 수신한 버퍼(42a2)로부터의 클럭 신호와, 컨덴서(42c4)를 통하여 수신한 인버터(42b2)로부터의 반전 신호의 차를 연산하여 클럭 신호를 재생성한다. 재생성된 클럭 신호는 분주 회로(42e)와 게이트 드라이버(GD)에 송신된다. 분주 회로(42e)는 수신한 클럭 신호를 소정의 주파수를 갖는 클럭 신호로 변환하고, 시프트 레지스터(42f)에 송신한다.
시프트 레지스터(42f)는 작동 앰프(42d1)로부터의 스타트 신호와 분주 회로(42e)로부터의 클럭 신호로부터, 복수의 게이트 드라이버(GD)마다 제어 신호 (S1)를 생성한다. 시프트 레지스터(42f)는 생성한 제어 신호(S1)를 각 게이트 드라이버(GD)에 순차적으로 송신한다.
게이트 드라이버(GD)는 제어 신호(S1)를 수신하면, 대응하는 제어 라인(2c1)에 전압을 인가한다. 제어 라인(2c1)에 전압이 인가되면, 박막 트랜지스터(2b2)가 ON 상태가 되고, 광전 변환 소자(2b1)로부터의 신호 전하(화상 데이터 신호(S2))를 수신할 수 있게 된다.
여기에서, 구동 타이밍 생성 회로(42)는 시리얼 데이터를 수신하는 측에 컨덴서(42c1, 42c2, 42c3, 42c4)를 갖고 있다. 그 때문에, 신호 처리부(4)와 제어 처리부(5)를 직류적으로 분리할 수 있다. 그 결과, 저주파 노이즈가 신호 처리부(4)로부터 제어 처리부(5)에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 비교예에 관한 X선 검출기(100)에 설치된 구동 제어 회로(102)의 경우에는 그라운드 전위를 기준으로 하여, 스타트 신호와 클럭 신호를 생성한다. 그 때문에, 구동 제어 회로(102), 시스템 전원 회로(101) 및 게이트 드라이버(GD)가 공통의 그라운드 라인(101b)에 접속되는 것이 된다. 그 결과, 시스템 전원 회로(101)에서 발생한 스위칭 노이즈가 그라운드 라인(101b)을 통하여 게이트 드라이버(GD)에 침입할 우려가 있다.
이에 대하여, 구동 타이밍 생성 회로(42)의 경우에는 인버터(42b1, 42b2)에 의해 생성된 반전 신호를 기준으로 하여, 스타트 신호와 클럭 신호를 생성한다. 그 때문에, 시스템 전원 회로(51)가 접속된 그라운드 라인(55)과, 구동 제어 회로(42)와 게이트 드라이버(GD)가 접속된 그라운드 라인(44)이 분리되어 있다. 그 결과, 시스템 전원 회로(51)에서 발생한 스위칭 노이즈가 게이트 드라이버(GD)에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 구동 제어 회로(52)와 구동 타이밍 생성 회로(42)의 사이는 2 개의 신호 라인으로 접속하면 되므로, 신호의 스큐에 의한 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 구동 제어 회로(52)는 다수의 게이트 드라이버(GD)에 대한 신호를 생성하기 위한 복잡하고 대규모인 디지털 회로를 필요로 하지 않으므로, 구동 제어 회로(52)에 설치되는 디지털 회로의 간소화를 도모할 수 있다. 그 때문에, 구동 제어 회로(52)에서 고주파의 디지털 노이즈가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 7은 화상 데이터 신호 전송 회로(43)의 블럭도이다.
화상 데이터 신호 전송 회로(43)는 복수의 판독 회로(RO)의 각각으로부터의 화상 데이터 신호(S2)를 시리얼 데이터(제2 시리얼 데이터의 일례에 상당함)로 변환한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 화상 데이터 신호 전송 회로(43)에는 체배 회로(43a), 패러렐-시리얼 변환 회로(43b), 버퍼(43c1, 43c2), 인버터(43d1, 43d2), 컨덴서(43e1, 43e2, 43e3, 43e4)(제2 컨덴서의 일례에 상당함), 작동 앰프(43f1, 43f2)가 설치되어 있다.
우선, N 개의 판독 회로(RO)에 의해 N 개의 화상 데이터 신호(S2)가 판독된다. 화상 데이터 신호(S2)는 판독 클럭 신호에 동기하여 출력된다.
또한, N 개의 판독 회로(RO)의 각각은 적분 증폭기와, 아날로그 - 디지털 변환기를 갖는다. 판독 회로(RO)는 판독된 화상 데이터 신호(S2)를 증폭하고, 증폭 된 화상 데이터 신호(S2)(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호로 변환된 화상 데이터 신호(S2)는 패러렐-시리얼 변환 회로(43b)에 송신된다.
체배 회로(43a)는 판독 클럭 신호의 주파수의 N 배의 주파수를 갖는 전송 클럭 신호를 생성한다. 전송 클럭 신호는 패러렐-시리얼 변환 회로(43b), 버퍼(43c2) 및 인버터(43d2)에 송신된다.
패러렐-시리얼 변환 회로(43b)는 전송 클럭 신호에 맞추어, N 개의 화상 데이터 신호(S2)로부터 선택적으로 화상 데이터 신호(S2)를 순차적으로 출력한다. 즉, 패러렐-시리얼 변환 회로(43b)는 N 개의 패러렐 데이터를 시리얼 데이터로 변환한다.
변환된 시리얼 데이터(화상 데이터 신호(S2))는 버퍼(43c1)와 인버터(43d1)에 입력된다. 또한, 버퍼(43c1)는 반드시 필요한 것은 아니고 생략할 수도 있다. 인버터(43d1)는 수신한 신호를 반전시킨다. 작동 앰프(43f1)는 컨덴서(43e1)를 통하여 수신된 버퍼(43c1)로부터의 신호와, 컨덴서(43e2)를 통하여 수신한 인버터(43d1)로부터의 반전 신호의 차를 연산하여, 제어 처리부(5)에 송신하기 위한 전송 데이터를 생성한다.
또한, 전송 클럭 신호는 버퍼(43c2)와 인버터(43d2)에 입력된다. 또한, 버퍼(43c2)는 반드시 필요한 것은 아니고 생략할 수도 있다. 인버터(43d2)는 수신 한 전송 클럭 신호를 반전시킨다. 작동 앰프(43f2)는 컨덴서(43e3)를 통하여 수신 한 버퍼(43c2)로부터의 전송 클럭 신호와, 컨덴서(43e4)를 통하여 수신한 인버터(43d2)로부터의 반전 신호의 차를 연산하여, 제어 처리부(5)에 송신하기 위한 전송 클럭 신호를 생성한다.
화상 데이터 신호 전송 회로(43)는 시리얼 데이터를 송신하는 측에 컨덴서(43e1, 43e2, 43e3, 43e4)를 갖고 있다. 그 때문에, 신호 처리부(4)와 제어 처리부(5)를 직류적으로 분리할 수 있다. 그 결과, 저주파 노이즈가 신호 처리부(4)로부터 제어 처리부(5)에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 비교예에 관한 X선 검출기(100)의 경우에는 그라운드 전위를 기준으로 하여 판독 제어 회로(103)에 송신하기 위한 데이터 신호를 생성한다. 그 때문에, 시스템 전원 회로(101), 판독 제어 회로(103), 및 판독 회로(RO)가 공통의 그라운드 라인(101b)에 접속되는 것이 된다. 그 결과, 시스템 전원 회로(101)에서 발생한 스위칭 노이즈가 그라운드 라인(101b)을 통하여 판독 회로(RO)에 침입할 우려가 있다.
이에 대하여, 화상 데이터 신호 전송 회로(43)의 경우에는 인버터(43d1, 43d2)에 의해 생성된 반전 신호를 기준으로 하여, 전송 데이터와 전송 클럭 신호를 생성한다. 그 때문에, 시스템 전원 회로(51)가 접속된 그라운드 라인(55)과, 화상 데이터 신호 전송 회로(43)와 판독 회로(RO)가 접속된 그라운드 라인(44)이 분리되어 있다. 그 결과, 시스템 전원 회로(51)에서 발생한 스위칭 노이즈가 판독 회로(RO)에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 판독 제어 회로(53)와 화상 데이터 신호 전송 회로(43)의 사이는 2 개의 신호 라인으로 접속하면 되므로, 신호의 스큐에 의한 노이즈의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 판독 제어 회로(53)는 다수의 판독 회로(RO)로부터의 신호를 처리하기 위한 복잡하고 대규모의 디지털 회로를 필요로 하지 않으므로, 판독 제어 회로(53)에 설치되는 디지털 회로의 간소화를 도모할 수 있다. 그 때문에, 판독 제어 회로(53)에서 고주파의 디지털 노이즈가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제어 처리부(5)에는 시스템 전원 회로(51), 구동 제어 회로(52), 판독 제어 회로(53) 및 화상 처리 회로(54)가 설치되어 있다.
시스템 전원 회로(51)는 DC/DC 컨버터 등을 갖고, 외부로부터 공급된 직류 전압을 소정의 직류 전압으로 변환한다. 시스템 전원 회로는 전원 회로(41), 구동 제어 회로(52), 판독 제어 회로(53) 및 화상 처리 회로(54)로 변환된 직류 전압을인가한다.
구동 제어 회로(52)는 복수의 게이트 드라이버(GD)의 각각에 대하여 스타트 신호와 클럭 신호를 생성한다. 또한, 구동 제어 회로(52)는 생성한 복수의 스타트 신호와 복수의 클럭 신호를 시리얼 데이터로 변환한다. 구동 제어 회로(52)는 시리얼 데이터를 구동 타이밍 생성 회로(42)에 송신한다.
판독 제어 회로(53)는 화상 데이터 신호 전송 회로(43)로부터의 시리얼 데이터를 N 개의 패러렐 데이터로 변환하고, 변환된 패러렐 데이터를 화상 처리 회로 (54)에 송신한다.
판독 제어 회로(53)는 화상 데이터 신호 전송 회로(43)로부터의 시리얼 데이터를 복수의 화상 데이터 신호(S2)로 복원한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 판독 제어 회로(53)에는 분주 회로(53a), 시리얼-패러렐 변환 회로(53b), 및 송신 회로(53c)가 설치되어 있다.
분주 회로(53a)는 수신한 전송 클럭 신호의 주파수의 1/N 배의 주파수를 갖는 클럭 신호를 생성한다. 생성된 클럭 신호는 시리얼-패러렐 변환 회로(53b) 및 송신 회로(53c)에 송신된다.
시리얼-패러렐 변환 회로(53b)는 클럭 신호에 맞추어, 시리얼 데이터(화상 데이터 신호(S2))를 N 개의 패러렐 데이터로 변환한다.
송신 회로(53c)는 변환된 패러렐 데이터를 화상 처리 회로(54)에 송신한다.
화상 처리 회로(54)는 판독 제어 회로(53)로부터의 화상 데이터 신호(S2)(패러렐 데이터)에 기초하여 X선 화상을 구성한다.
다음에, 노이즈의 저감 효과에 대해 설명한다.
도 8(a) ~ (d)는 비교예에 관한 X선 검출기(100)에서의 노이즈를 예시하기 위한 그래프도이다.
또한, 도 8(a)는 전원 라인(101a)에서의 스위칭 노이즈(저주파 노이즈)를 나타내고 있다. 도 8(b)는 그라운드 라인(101b)에서의 스위칭 노이즈(저주파 노이즈)를 나타내고 있다. 도 8(c)는 제어 처리부(5)측에서 발생한 디지털 노이즈나 신호의 스큐에 의해 발생한 노이즈 등의 고주파 노이즈를 나타내고 있다. 도 8(d)는 그라운드 라인(101b)에서의 합성된 노이즈를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 노이즈에 민감한 아날로그 회로(예를 들어, 판독 회로(RO) 등)에 대해서는, 전원 라인(101a)에 필터를 설치함으로써 전원 라인(101a)을 통하여 침입하는 노이즈를 감소시킬 수 있다. 즉, 도 8(a)에 예시한 노이즈는 감소시킬 수 있다.
그러나, 도 4에 도시한 바와 같이, 그라운드 라인(101b)은 공통이 되므로, 그라운드 라인(101b)을 통하여 침입하는 노이즈는 제거할 수 없다. 그 때문에, 도 8(b), (c)에 예시한 노이즈는 감소시킬 수 없고, 도 8(d)에 예시한 노이즈가 그라운드 라인(101b)을 통하여 판독 회로(RO) 등에 침입하게 된다.
도 9(a)~(e)는 전원 회로(41)를 설치한 경우의 노이즈를 예시하기 위한 그래프도이다.
또한, 도 9(a)는 전원 라인(56)에서의 스위칭 노이즈(저주파 노이즈)를 나타내고 있다. 도 9(b)는 그라운드 라인(55)에서의 스위칭 노이즈(저주파 노이즈)를 나타내고 있다. 도 9(c)는 제어 처리부(5)측에서 발생한 디지털 노이즈나 신호의 스큐에 의해 발생한 노이즈 등의 고주파 노이즈를 나타내고 있다. 도 9(d)는 그라운드 라인(44)에서의 저주파 노이즈의 상태를 나타내고 있다. 도 9 (e)는 그라운드 라인(44)에서의 합성된 노이즈를 나타내고 있다.
전원 회로(41)를 설치하면, 신호 처리부(4)의 그라운드 라인(44)과, 제어 처리부(5)의 그라운드 라인(55)을 분리할 수 있다. 그 때문에, 도 9(d)에 도시한 바와 같이, 시스템 전원 회로(51)에서 발생한 스위칭 노이즈(저주파 노이즈)가 그라운드 라인(44)에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
이 경우, 구동 타이밍 생성 회로(42) 및 화상 데이터 신호 전송 회로(43)가 설치되어 있지 않으면, 도 9(c)에 예시한 고주파 노이즈가 그라운드 라인(44)에 침입할 우려가 있다. 고주파 노이즈가 그라운드 라인(44)에 침입하면, 도 9(e)에 예시한 노이즈가 그라운드 라인(44) 등을 통하여 판독 회로(RO) 등에 침입할 우려가 있다.
도 10(a) ~ (f)는 전원 회로(41), 구동 타이밍 생성 회로(42) 및 화상 데이터 신호 전송 회로(43)를 설치한 경우의 노이즈를 예시하기 위한 그래프도이다.
또한, 도 10(a)는 전원 라인(56)에서의 스위칭 노이즈(저주파 노이즈)를 나타내고 있다. 도 10(b)는 그라운드 라인(55)에서의 스위칭 노이즈(저주파 노이즈)를 나타내고 있다. 도 10(c)는 그라운드 라인(44)에서의 저주파 노이즈의 상태를 나타내고 있다. 도 10(d)는 제어 처리부(5)측에서 발생한 디지털 노이즈나 신호의 스큐에 의해 발생한 노이즈 등의 고주파 노이즈를 나타내고 있다. 도 10(e)는 신호 처리부(4)측의 신호 라인에서의 고주파 노이즈의 상태를 나타내고 있다. 도 10(f)는 그라운드 라인(44)에서의 합성된 노이즈를 나타내고 있다.
전원 회로(41)를 설치하면, 신호 처리부(4)의 그라운드 라인(44)과, 제어 처리부(5)의 그라운드 라인(55)을 분리할 수 있다. 그 때문에, 도 10(c)에 도시한 바와 같이, 시스템 전원 회로(51)에서 발생한 스위칭 노이즈(저주파 노이즈)가 그라운드 라인(44)에 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 구동 타이밍 생성 회로(42) 및 화상 데이터 신호 전송 회로(43)를 설치하면, 구동 제어 회로(52)와 구동 타이밍 생성 회로(42)의 사이는 2개의 신호 라인으로 접속할 수 있고, 판독 제어 회로(53)와 화상 데이터 신호 전송 회로(43) 사이도 2 개의 신호 라인으로 접속할 수 있다. 그 때문에, 도 10(e)에 도시한 바와 같이, 제어 처리부(5)측에서 발생한 고주파 노이즈가 신호 처리부(4)측의 신호 라인에 침입하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 도 10(f)에 도시한 바와 같이, 그라운드 라인(44)을 통하여 판독 회로(RO) 등에 침입하는 노이즈를 대폭 감소시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 몇 가지 실시형태를 예시했지만, 이들 실시형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하려는 의도는 없다. 이러한 신규의 실시형태는 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 여러가지 생략, 치환, 변경 등을 실시할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형예는 발명의 범위나 요지에 포함되고, 또한 청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다. 또한, 상술한 각 실시형태는 서로 조합하여 실시할 수 있다.
Claims (5)
- 제1 방향으로 연장되는 복수의 제어 라인; 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 데이터 라인; 및 상기 복수의 제어 라인과 상기 복수의 데이터 라인에 의해 구획된 복수 영역의 각각에 설치되고, 대응하는 상기 제어 라인과 대응하는 상기 데이터 라인에 전기적으로 접속되며, 방사선을 직접적 또는 신틸레이터와 협동하여 검출하는 검출부;를 갖는 어레이 기판,
상기 복수의 제어 라인의 각각에 전기적으로 접속된 게이트 드라이버,
복수의 상기 게이트 드라이버의 각각에 대하여 스타트 신호와 클럭 신호를 생성하고, 생성된 복수의 상기 스타트 신호와 복수의 상기 클럭 신호를 제1 시리얼 데이터로 변환하는 구동 제어 회로,
상기 구동 제어 회로와 상기 복수의 게이트 드라이버 사이에 전기적으로 접속되고, 상기 제1 시리얼 데이터를 복수의 상기 스타트 신호와 복수의 상기 클럭 신호로 복원하고, 상기 복원된 스타트 신호와 클럭 신호를 대응하는 상기 게이트 드라이버에 송신하는 구동 타이밍 생성 회로,
상기 복수의 데이터 라인의 각각에 전기적으로 접속된 판독 회로,
복수의 상기 판독 회로의 각각으로부터의 화상 데이터 신호를 제2 시리얼 데이터로 변환하는 화상 데이터 신호 전송 회로, 및
상기 제2 시리얼 데이터를 복수의 상기 화상 데이터 신호로 복원하는 판독 제어 회로
를 구비하는 방사선 검출기. - 제1항에 있어서,
외부로부터 공급된 직류 전압을 소정의 직류 전압으로 변환하는 시스템 전원 회로,
상기 시스템 전원 회로로부터 공급된 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 DC-AC 변환부,
1차측이 상기 DC-AC 변환부와 전기적으로 접속되고, 2차측이 상기 복수의 판독 회로와 전기적으로 접속된 트랜스, 및
상기 트랜스의 2차측과 상기 복수의 판독 회로 사이에 전기적으로 접속된 정류부
를 더 구비하는 방사선 검출기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 구동 타이밍 생성 회로는 상기 제1 시리얼 데이터를 수신하는 측에 제1 컨덴서를 갖고 있는, 방사선 검출기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 화상 데이터 신호 전송 회로는 상기 제2 시리얼 데이터를 송신하는 측에 제2 컨덴서를 갖고 있는, 방사선 검출기. - 제2항에 있어서,
상기 정류부와 그라운드 사이에 전기적으로 접속된 제3 컨덴서를 더 구비하는 방사선 검출기.
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