KR102069306B1 - 디지털 신호 처리 회로 및 동판격자형 czt센서를 이용한 방사선 검출 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법을 제공한다. 본 발명에서 제공하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법은 동판격자형(co-planar grid type) CZT(cadmium zinc telluride)센서를 이용하여 방사선을 검출하는 방법에 있어서, 방사선이 조사된 상기 CZT센서로부터 상기 동판격자 양극의 수신 전극 신호인 제1 양극신호, 상기 동판격자 양극의 비수신 전극 신호인 제2 양극신호 및 상기 동판격자 음극의 음극신호를 수신하는 단계; 상기 제1 양극신호와 상기 제2 양극신호의 차이를 나타내는 차감신호 및 상기 음극신호에 기초하여, 상기 차감신호를 보정한 보정신호를 생성하는 단계; 및 상기 보정신호 및 상기 음극신호에 기초하여, 상기 방사선을 검출하는 단계를 포함한다.

Description

디지털 신호 처리 회로 및 동판격자형 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING RADIATION USING CADMIUM ZINC TELLURIDE SENSOR}

본 발명은 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 디지털 신호 처리 회로 및 동판격자형(co-planar grid type) CZT(cadmium zinc telluride)센서를 이용하여 방사선을 검출하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

기존의 휴대용 방사선 검출기로 널리 쓰이는 NaI(Tl) 섬광 검출기의 경우, 도 3을 참조하면, 감마선 스펙트럼에너지 분해능이 최소 5%이상, 통상적으로 8-10% 수준의 에너지 분해능을 보여 상대적으로 스펙트럼에너지 분해능이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

또한, 방사선 분광분석에서 널리 쓰이는 HPGe 반도체 검출기의 경우, 도 3을 참조하면, 0.2% 수준의 우수한 에너지 분해능을 보이나, 정상 작동을 위해서는 액체 질소 등을 이용하여 냉각을 시켜 주어야 하는 관계로 이동성 및 활용성에 제약이 존재하는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 반도체 검출기의 우수한 에너지 분해능을 활용하면서도, 다양한 조건 및 환경에서 용이하게 활용할 수 있는 상온반도체 검출기가 최근 각광을 받고 있다. 그 중에서 가장 대표적인 상온 반도체 물질로써 활용되고 있는 것이 CdZnTe (CZT) 반도체이다. 그러나, CZT와 같은 화합물 반도체의 경우, 물질 내에서 전자와 정공의 이동 속도에 큰 차이가 존재할 뿐만 아니라, 물질 내에서 전자, 정공의 포획으로 인해 전하의 완전한 수집을 통한 계측 신호 형성에 지장을 초래하여, 우수한 에너지 분해능 달성에 걸림돌로 작용하고 있다.

따라서, 기존의 CZT 반도체를 이용한 검출기의 단점을 보완할 수 있는 새로운 CZT센서 방식의 방사선 검출 방법 및 장치에 관한 필요성이 대두되고 있다.

관련 선행기술로는 한국등록특허 제10-1119577호(발명의 명칭: 방사선 검출기, 등록일자: 2012년 1월 26일)가 있다.

본 발명은 기존의 CZT 반도체를 이용한 검출기의 단점인 물질 내에서 전자와 정공의 이동 속도에 큰 차이가 존재하는 문제와 물질 내에서 전자 및 정공의 포획으로 인해 전하의 완전한 수집을 통한 계측 신호 형성에 지장을 초래하는 문제를 깊이 보정을 통해 보완한 새로운 CZT센서 방식의 방사선 검출 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법은 동판격자형(co-planar grid type) CZT(cadmium zinc telluride)센서를 이용하여 방사선을 검출하는 방법에 있어서, 방사선이 조사된 상기 CZT센서로부터 상기 동판격자 양극의 수신 전극 신호인 제1 양극신호, 상기 동판격자 양극의 비수신 전극 신호인 제2 양극신호 및 상기 동판격자 음극의 음극신호를 수신하는 단계; 상기 제1 양극신호와 상기 제2 양극신호의 차이를 나타내는 차감신호 및 상기 음극신호에 기초하여, 상기 차감신호를 보정한 보정신호를 생성하는 단계; 및 상기 보정신호 및 상기 음극신호에 기초하여, 상기 방사선을 검출하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 차감신호를 보정한 보정신호를 생성하는 단계는 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율에 따라 상기 차감신호의 크기를 보정하여 상기 보정신호를 생성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 차감신호를 보정한 보정신호를 생성하는 단계는 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출하는 단계; 상기 비율에 기초하여, 상기 CZT센서에서 상기 방사선이 검출된 깊이에 대응되는 깊이값을 추정하는 단계; 및 상기 깊이값을 이용하여 상기 차감신호의 크기를 보정한 상기 보정신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 깊이값을 추정하는 단계의 이전에 상기 차감신호와 상기 음극신호 각각이 검출된 시간의 차이를 산출하는 단계를 더 포함하고, 상기 깊이값을 추정하는 단계는 상기 검출된 시간의 차이에 더 기초할 수 있다.

바람직하게는, 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출하는 단계는 상기 차감신호와 상기 음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하는 단계; 상기 차감신호펄스와 상기 음극신호펄스 각각의 피크를 디지털값으로 변환하는 단계; 및 상기 차감신호펄스와 상기 음극신호펄스 각각에 대응되는 디지털값의 비율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출하는 단계는 상기 차감신호와 상기 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하여 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성하는 단계; 상기 디지털차감신호 및 상기 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하는 단계; 및 상기 차감신호펄스 및 상기 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출하는 단계는 상기 제1 양극신호, 상기 제2 양극신호 및 상기 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하는 단계; 상기 디지털 형태로 변환된 상기 제1 양극신호, 상기 제2 양극신호 및 상기 음극신호를 이용하여, 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성하는 단계; 상기 디지털차감신호 및 상기 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하는 단계; 및 상기 차감신호펄스 및 상기 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치는 동판격자형 CZT센서를 이용하여 방사선을 검출하는 장치에 있어서, 방사선이 조사된 상기 CZT센서로부터 상기 동판격자 양극의 수신 전극 신호인 제1 양극신호, 상기 동판격자 양극의 비수신 전극 신호인 제2 양극신호 및 상기 동판격자 음극의 음극신호를 수신하는 수신부; 상기 제1 양극신호와 상기 제2 양극신호의 차이를 나타내는 차감신호 및 상기 음극신호에 기초하여, 상기 차감신호를 보정한 보정신호를 생성하는 보정부; 및 상기 보정신호 및 상기 음극신호에 기초하여, 상기 방사선을 검출하는 검출부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 보정부는 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율에 따라 상기 차감신호의 크기를 보정하여 상기 보정신호를 생성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 보정부는 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출하고, 상기 비율에 기초하여, 상기 CZT센서에서 상기 방사선이 검출된 깊이에 대응되는 깊이값을 추정하고, 상기 깊이값을 이용하여 상기 차감신호의 크기를 보정한 상기 보정신호를 생성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 보정부는 상기 깊이값을 추정하기 이전에 상기 차감신호와 상기 음극신호 각각이 검출된 시간의 차이를 더 산출하고, 상기 검출된 시간의 차이에 더 기초하여 상기 깊이값을 추정할 수 있다.

바람직하게는, 상기 보정부가 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출할 때, 상기 차감신호와 상기 음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하고, 상기 차감신호펄스와 상기 음극신호펄스 각각의 피크를 디지털값으로 변환하고, 상기 차감신호펄스와 상기 음극신호펄스 각각에 대응되는 디지털값의 비율을 산출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 보정부가 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출할 때, 상기 차감신호와 상기 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하여 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성하고, 상기 디지털차감신호 및 상기 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하고, 상기 차감신호펄스 및 상기 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출할 수 있다.

바람직하게는, 상기 보정부가 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출할 때, 상기 제1 양극신호, 상기 제2 양극신호 및 상기 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하고, 상기 디지털 형태로 변환된 상기 제1 양극신호, 상기 제2 양극신호 및 상기 음극신호를 이용하여, 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성하고, 상기 디지털차감신호 및 상기 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하고, 상기 차감신호펄스 및 상기 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법 및 장치는 화합물 반도체를 이용하는 경우 물질 내에서 전자와 정공의 이동 속도에 큰 차이가 존재하는 문제와 물질 내에서 전자 및 정공의 포획으로 인해 전하의 완전한 수집을 통한 계측 신호 형성에 지장을 초래하는 문제를 깊이 보정을 통해 보완함으로써, 우수한 에너지 분해능을 달성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CZT센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 검출기의 종류별로 감마선 스펙트럼을 비교하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정신호 생성 방법의 흐름도이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차감신호와 음극신호의 비율 산출 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치의 블록도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치의 크기를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차감신호와 음극신호의 비율을 산출하여 저장하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치의 전체 시스템 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법의 흐름도이다.

단계 S110에서는, 방사선 검출 장치가 방사선이 조사된 CZT센서로부터 동판격자 양극의 수신 전극 신호인 제1 양극신호, 동판격자 양극의 비수신 전극 신호인 제2 양극신호 및 동판격자 음극의 음극신호를 수신한다.

여기서, 동판격자(co-planar grid)란, CZT(cadmium zinc telluride)센서의 양극(anode)에 놓이게 되는 서로 엇갈리게 배열된 패턴의 두 전극을 의미하여, 각각 수집 전극과 비수집 전극으로 나누어 두 전극 사이의 신호차를 구하는 형식으로 계측 신호를 획득함으로써, 정공의 포획에 의해 저하되는 에너지 분해능의 향상을 꾀할 수 있다.

예컨대, 도 2를 참조하면, 동판격자형의 일반적인 CZT센서의 구조가 나타나 있다. 즉, 방사선 검출 장치가 CZT센서로부터 수집 전극(122), 비수집 전극(124) 및 음극(126) 각각의 신호를 수신할 수 있다. 또한, CZT센서를 동작시키기 위한 전자회로 모듈이 CZT센서에 더 연결되어 계측된 신호에 대한 처리를 담당할 수 있음은 물론이다.

단계 S120에서는, 방사선 검출 장치가 그 제1 양극신호와 제2 양극신호의 차이를 나타내는 차감신호 및 그 음극신호에 기초하여, 차감신호를 보정한 보정신호를 생성한다.

즉, 방사선 검출 장치는 차감신호 및 음극신호에 기초하여, 차감신호를 보정함으로써 보정신호를 생성할 수 있다.

이때, 방사선 검출 장치가 보정신호를 생성하는 이유, 즉 차감신호를 보정하는 이유는, CZT센서 내부에서 정공의 속도가 너무 느리거나 또는 정공이 반도체 물질 내에서 유동성이 충분하지 못해서 전위차에 의해서 끌려가다가 멈춰버리는 상황이 발생한다면, 정공에 의한 차감신호 및 음극신호에 대한 기여분이 거의 없을 것이기 때문이다. 즉, 동일한 에너지의 방사선이 CZT센서에 들어와서 전자-정공 쌍을 생성한다고 가정할 때, 그 전자-정공 쌍이 생성된 위치에 따라서 각기 다른 크기의 신호들이 검출될 수 있으므로, 방사선 에너지 피크가 사라지게 되어 피크를 구분하기가 힘든 경우가 발생할 수 있기 때문이다.

다른 실시예에서는, 방사선 검출 장치가 차감신호와 음극신호의 크기(즉, 진폭)의 비율에 따라 차감신호의 크기를 보정하여 보정신호를 생성할 수 있다.

이때, 방사선 검출 장치는 차감신호와 음극신호의 크기의 비율에 따라 차감신호의 크기를 보정하여 보정신호를 생성할 수 있다. 다시 말하면, 방사능 검출 장치는 차감신호와 음극신호의 크기의 비율에 따라 그 전자-정공 쌍이 생성된 위치를 파악하여, 그 위치의 차이로 인한 신호에 대한 영향을 보정할 수 있다.

한편, 보정신호를 생성하는 자세한 방법에 관하여는 도 4에 대한 설명에서 구체적으로 후술한다.

마지막으로 단계 S130에서는, 방사선 검출 장치가 그 보정신호 및 음극신호에 기초하여, 방사선을 검출한다.

즉, 방사선 검출 장치가 그 보정신호 및 음극신호를 이용하여 입사된 방사선의 실제 에너지값을 추정함으로써, 방사선을 검출할 수 있다.

보다 구체적으로, 방사선 검출 장치는 차감신호와 음극신호의 크기의 비율을 이용하여 보정신호를 생성하고, 그 보정신호와 음극신호를 이용함으로써 실제로 CZT센서에 조사된 방사선의 에너지값을 추정하여 방사선을 검출할 수 있다.

한편, 도 11을 참조하면, 본 발명의 방사선 검출 장치에 특화된 기능만을 추출하여 신호처리 회로 모듈을 구성하고, 소형화·일체화된 모듈로 구성할 수 있다. 보다 구체적으로, 방사선 측정을 위한 아날로그 신호 측정단(ANALOG FRONT-END)을 포함하고 있으며, 그 아날로그 신호를 ADC(analog-to-digital converter)를 이용하여 디지털 신호로 변환한 뒤, FPGA(field programmable gate array), CPU(central processing unit) 또는 MCU(micro controller unit) 등을 이용하여 디지털값의 형태로 신호처리할 수 있다. 이때, 방사선 검출 장치는 LCD(liquid crystal display), MEMORY, PHY(physical layer) 등을 더 포함할 수 있다. 따라서, 방사선 검출 장치는 CPU, MCU 또는 MEMORY 등을 이용하여 스펙트럼의 반복적인 획득과 저장을 수행할 수 있다.

즉, 본 발명의 방사선 검출 장치는 최근 반도체 기술의 발전을 토대로 소형화된 메모리 장치들과, 프로세서, flash ADC 장비 등을 활용하여 아날로그 형태로 처리된 계측 신호를 장비 내에서 디지털 형태로 전환하고, 이를 프로그램에 따라 내부에 탑재된 메모리에 저장할 수 있게 된다. 나아가, 도 9를 참조하면, 본 발명의 방사선 검출 장치는 45mm 이내로 소형화되도록 구현되어, GPS와 연동하여 사람 또는 차량에 휴대하면서 감마선 핵종 정보를 획득하는 것도 가능하게 될 수 있다. 또한, 본 발명의 방사선 검출 장치는 블루투스를 이용한 저에너지의 무선 통신이 가능하게 될 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법 은 센서 내에서 전자와 정공의 이동 속도에 큰 차이가 존재하는 문제와 전자 및 정공의 포획으로 인해 전하의 완전한 수집을 통한 계측 신호 형성에 지장을 초래하는 문제를 깊이 보정을 통해 보완함으로써, 우수한 에너지 분해능을 달성할 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정신호 생성 방법의 흐름도이다.

단계 S410에서는, 방사선 검출 장치가 그 차감신호와 음극신호의 크기의 비율을 산출한다.

이때, 방사선 검출 장치는 전치 증폭기를 이용하여 차감신호와 음극신호 각각을 증폭시킨 후, 펄스 생성기를 이용하여 펄스 형태로 변환할 수 있다. 그리고, 그 펄스 형태로 변환된 신호 각각의 크기(즉, 진폭)를 이용하여 그 크기 간의 비율을 산출할 수 있다.

단계 S420에서는, 방사선 검출 장치가 그 비율에 기초하여, CZT센서에서 방사선이 검출된 깊이에 대응되는 깊이값을 추정할 수 있다.

즉, 방사선 검출 장치는 그 차감신호와 음극신호의 크기의 비율로부터, CZT센서에서 방사선에 의한 반응이 발생한 깊이에 대응되는 깊이값을 추정할 수 있다.

마지막으로 단계 S430에서는, 방사선 검출 장치가 그 깊이값을 이용하여 차감신호의 크기를 보정한 보정신호를 생성한다.

즉, 방사선 검출 장치는 그 깊이값에 따라 차감신호의 크기를 변형함으로써, 보정신호를 생성할 수 있다.

보다 구체적으로, 동판격자형 CZT센서의 음극(cathode) 쪽에서는 평범한 평판형 전극이 사용되므로, 전자의 숫자에 비례하고, 반응이 발생한 깊이에도 비례하는 크기의 신호가 생성된다. 또한, 양극(anode) 쪽에서는 입사된 방사선의 에너지에 비례하여 생성된 전자-정공 쌍(즉, 전자의 개수)의 수에 비례하는 크기의 신호가 생성된다.

따라서, 방사선 검출 장치는 동판격자형의 CZT센서의 양극(anode) 신호는 입사된 방사선의 에너지에 비례하고, 음극(cathode) 신호는 입사된 방사선의 에너지 및 반응 깊이에 비례한다는 점을 이용하여, 양극 신호와 음극 신호의 크기의 비율을 구함으로써 어느 깊이에서 반응이 일어났는지 추정할 수 있게 된다. 나아가, 방사선 검출 장치는 그 깊이값에 따라 차감신호의 크기를 변경하여 보정신호를 생성할 수 있다.

다른 실시예에서는, 방사선 검출 장치가 차감신호와 음극신호 각각이 검출된 시간의 차이를 더 이용할 수 있다.

즉, 방사선 검출 장치가 단계 S420의 이전에 차감신호와 음극신호 각각이 검출된 시간의 차이를 더 산출한 뒤, 단계 S420에서 그 검출된 시간의 차이에 더 기초하여 깊이값을 추정할 수 있다.

이는, 음극(cathode) 신호는 방사선이 입사되는 즉시 신호가 생성되기 시작하고, 양극(anode) 신호는 방사선이 입사하여 전자가 생성된 후, 전자들이 양극 가까이 이동할 때쯤에 신호들이 생성되기 시작한다는 점을 이용하는 것이다. 즉, 방사선 검출 장치는 음극(cathode) 신호와 양극(anode) 신호의 발생 시간 차이를 이용하면, 반응 깊이에 대한 정보를 추가적으로 알아낼 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 보정신호 생성 방법은 차감신호와 음극신호 간의 크기의 비율 및 검출된 시간의 차이에 관한 정보를 이용하여, 보다 정확하게 반응이 발생한 깊이값을 추정할 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차감신호와 음극신호의 비율 산출 방법의 흐름도이다.

단계 S510에서는, 방사선 검출 장치가 차감신호와 음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성한다.

즉, 방사선 검출 장치는 제1 양극신호 및 제2 양극신호 각각을 전치 증폭기를 이용하여 증폭한 후, 아날로그형태로 차감할 수 있다. 그리고, 그 차감한 신호를 형태 증폭기를 이용하여 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스를 생성할 수 있다. 또한, 방사선 검출 장치는 음극신호 역시 전치 증폭기를 이용하여 증폭한 후, 펄스 형태로 변환하여 음극신호펄스를 생성할 수 있다. 이때, 1 양극신호, 제2 양극신호 및 음극신호 각각의 전치 증폭기의 게인(gain)은 동일하거나 상이할 수 있다.

단계 S520에서는, 방사선 검출 장치가 그 차감신호펄스와 음극신호펄스 각각의 피크를 디지털값으로 변환한다.

이때, 방사선 검출 장치는 ADC(analog-to-digital converter)를 이용하여 그 차감신호펄스와 음극신호펄스 각각의 피크를 디지털값으로 변환할 수 있다.

마지막으로 단계 S530에서는, 방사선 검출 장치가 차감신호펄스와 음극신호펄스 각각에 대응되는 디지털값의 비율을 산출한다.

즉, 방사선 검출 장치는 차감신호펄스와 음극신호펄스 각각의 피크에 대응되는 디지털값의 비율을 산출할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차감신호와 음극신호의 비율 산출 방법의 흐름도이다.

단계 S610에서는, 방사선 검출 장치가 그 차감신호와 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하여 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성한다.

즉, 방사선 검출 장치는 제1 양극신호 및 제2 양극신호 각각을 전치 증폭기를 이용하여 증폭한 후, 아날로그형태로 차감하고, ADC를 이용하여 디지털차감신호를 생성할 수 있다. 또한, 방사선 검출 장치는 음극신호 역시 전치 증폭기를 이용하여 증폭한 후, ADC를 이용하여 디지털음극신호를 생성할 수 있다. 이때, 1 양극신호, 제2 양극신호 및 음극신호 각각의 전치 증폭기의 게인(gain)은 동일하거나 상이할 수 있다.

단계 S620에서는, 방사선 검출 장치가 그 디지털차감신호 및 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성한다.

예컨대, 방사선 검출 장치는 FPGA나 MCU 등을 이용하여 프로그래밍한 디지털 신호처리 기법을 이용하여, 디지털차감신호 및 디지털음극신호 각각을 사다리꼴 형태의 펄스 신호들로 변환하고, 펄스 높이에 대한 히스토그램을 획득할 수 있다.

마지막으로 단계 S630에서는, 방사선 검출 장치가 그 차감신호펄스 및 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출할 수 있다.

즉, 방사선 검출 장치는 그 차감신호펄스 및 음극신호펄스 각각의 펄스 높이의 비율을 산출할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차감신호와 음극신호의 비율 산출 방법의 흐름도이다.

단계 S710에서는, 방사선 검출 장치가 제1 양극신호, 제2 양극신호 및 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환한다.

즉, 방사선 검출 장치는 제1 양극신호 및 제2 양극신호 각각을 전치 증폭기를 이용하여 증폭한 후, ADC를 이용하여 각각 디지털값으로 변환할 수 있다. 또한, 방사선 검출 장치는 음극신호를 전치 증폭기를 이용하여 증폭한 후, ADC를 이용하여 디지털값으로 변환할 수 있다.

단계 S720에서는, 방사선 검출 장치가 그 디지털 형태로 변환된 제1 양극신호, 제2 양극신호 및 음극신호를 이용하여, 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성한다.

예컨대, 방사선 검출 장치는 FPGA나 MCU 등을 이용하여 프로그래밍한 디지털 신호처리 기법을 이용하여, 그 디지털값으로 변환된 제1 양극신호 및 제2 양극신호로부터 디지털차감신호를 생성할 수 있다. 이때, 방사선 검출 장치는 제1 양극신호 및 제2 양극신호의 디지털값 각각에 소정의 동일하거나 상이한 상수를 곱한 후, 디지털차감신호를 생성할 수 있다. 또한, 방사선 검출 장치는 그 디지털값으로 변환된 음극신호로부터 디지털음극신호를 생성할 수 있다. 이때, 방사선 검출 장치는 음극신호의 디지털값에 소정의 상수를 곱한 후, 디지털음극신호를 생성할 수 있다.

단계 S730에서는, 방사선 검출 장치가 그 디지털차감신호 및 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성한다.

예컨대, 방사선 검출 장치는 디지털 신호처리 기법을 이용하여, 그 디지털차감신호 및 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변형하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성할 수 있다.

마지막으로 단계 S740에서는, 방사선 검출 장치가 그 차감신호펄스 및 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출한다.

이처럼, 방사선 검출 장치가 제1 양극신호, 제2 양극신호 및 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하여 이용하는 방식의 경우, 사용할 수 있는 부속품에 대한 제한이 있고, 가용한 신호 처리 방법이 한정적인 아날로그 신호처리 방식에 비해, 자유도가 상당히 높은 장점이 있다. 다시 말하면, 방사선 검출 장치가 ADC 이후에는 하드웨어가 아닌 소프트웨어적인 알고리즘만으로 신호 형태 및 증폭, 변환 등 다양한 처리가 가능하며, 깊이 보정도 가능한 장점이 있다.

한편, 도 10을 참조하면, CZT센서의 측정값을 전치증폭기(PREAMP)를 이용하여 증폭하고, ADC를 이용하여 디지털화한 후, 형태 증폭기(SHAPER)를 이용하여 펄스화하고, 그 높이를 측정하여 메모리에 저장하는 과정이 나타나있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치의 블록도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치(800)는 수신부(810), 보정부(820) 및 검출부(830)를 포함한다.

수신부(810)는 방사선이 조사된 CZT센서로부터 동판격자 양극의 수신 전극 신호인 제1 양극신호, 동판격자 양극의 비수신 전극 신호인 제2 양극신호 및 동판격자 음극의 음극신호를 수신한다.

보정부(820)는 그 제1 양극신호와 제2 양극신호의 차이를 나타내는 차감신호 및 음극신호에 기초하여, 차감신호를 보정한 보정신호를 생성한다.

다른 실시예에서는, 보정부(820)는 그 차감신호와 음극신호의 크기의 비율에 따라 차감신호의 크기를 보정하여 보정신호를 생성할 수 있다.

또 다른 실시예에서는, 보정부(820)는 그 차감신호와 음극신호의 크기의 비율을 산출하고, 그 비율에 기초하여 CZT센서에서 방사선이 검출된 깊이에 대응되는 깊이값을 추정하고, 그 깊이값을 이용하여 차감신호의 크기를 보정한 보정신호를 생성할 수 있다.

또 다른 실시예에서는, 보정부(820)는 그 깊이값을 추정하기 이전에 그 차감신호와 음극신호 각각이 검출된 시간의 차이를 더 산출하고, 그 검출된 시간의 차이에 더 기초하여 깊이값을 추정할 수 있다.

또 다른 실시예에서는, 보정부(820)가 그 차감신호와 음극신호의 크기의 비율을 산출할 때, 그 차감신호와 음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하고, 그 차감신호펄스와 음극신호펄스 각각의 피크를 디지털값으로 변환하고, 그 차감신호펄스와 음극신호펄스 각각에 대응되는 디지털값의 비율을 산출할 수 있다.

또 다른 실시예에서는, 보정부(820)가 그 차감신호와 음극신호의 크기의 비율을 산출할 때, 그 차감신호와 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하여 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성하고, 그 디지털차감신호 및 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하고, 그 차감신호펄스 및 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출할 수 있다.

또 다른 실시예에서는, 보정부(820)가 그 차감신호와 음극신호의 크기의 비율을 산출할 때, 제1 양극신호, 제2 양극신호 및 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하고, 그 디지털 형태로 변환된 제1 양극신호, 제2 양극신호 및 음극신호를 이용하여, 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성하고, 그 디지털차감신호 및 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하고, 그 차감신호펄스 및 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출할 수 있다.

검출부(830)는 그 보정신호 및 음극신호에 기초하여, 방사선을 검출한다.

보다 구체적으로, 검출부(830)는 그 보정신호 및 음극신호에 기초하여 입사한 방사선이 계측기 물질에 전달한 에너지의 크기에 비례하는 파고의 펄스를 최종 생성하고, 이러한 펄스의 높이를 각각의 높이에 따른 채널 값으로 구분하여 채널별로 발생한 펄스의 개수를 계수하여 방사선에 대한 에너지 스펙트럼을 형성할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.

상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

1. 동판격자형(co-planar grid type) CZT(cadmium zinc telluride)센서를 이용하여 방사선을 검출하는 방법에 있어서,
   방사선이 조사된 상기 CZT센서로부터 상기 동판격자 양극의 수신 전극 신호인 제1 양극신호, 상기 동판격자 양극의 비수신 전극 신호인 제2 양극신호 및 상기 동판격자 음극의 음극신호를 수신하는 단계;
   상기 제1 양극신호와 상기 제2 양극신호의 차이를 나타내는 차감신호 및 상기 음극신호에 기초하여, 상기 차감신호를 보정한 보정신호를 생성하는 단계; 및
   상기 보정신호 및 상기 음극신호에 기초하여, 상기 방사선을 검출하는 단계
   를 포함하고,
   상기 차감신호를 보정한 보정신호를 생성하는 단계는
   상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출하는 단계;
   상기 비율에 기초하여, 상기 CZT센서에서 상기 방사선이 검출된 깊이에 대응되는 깊이값을 추정하는 단계; 및
   상기 깊이값을 이용하여 상기 차감신호의 크기를 보정한 상기 보정신호를 생성하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 깊이값을 추정하는 단계의 이전에
   상기 차감신호와 상기 음극신호 각각이 검출된 시간의 차이를 산출하는 단계를 더 포함하고,
   상기 깊이값을 추정하는 단계는
   상기 검출된 시간의 차이에 더 기초하는 것을 특징으로 하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출하는 단계는
   상기 차감신호와 상기 음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하는 단계;
   상기 차감신호펄스와 상기 음극신호펄스 각각의 피크를 디지털값으로 변환하는 단계; 및
   상기 차감신호펄스와 상기 음극신호펄스 각각에 대응되는 디지털값의 비율을 산출하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출하는 단계는
   상기 차감신호와 상기 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하여 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성하는 단계;
   상기 디지털차감신호 및 상기 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하는 단계; 및
   상기 차감신호펄스 및 상기 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출하는 단계는
   상기 제1 양극신호, 상기 제2 양극신호 및 상기 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하는 단계;
   상기 디지털 형태로 변환된 상기 제1 양극신호, 상기 제2 양극신호 및 상기 음극신호를 이용하여, 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성하는 단계;
   상기 디지털차감신호 및 상기 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하는 단계; 및
   상기 차감신호펄스 및 상기 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 방법.
8. 동판격자형 CZT센서를 이용하여 방사선을 검출하는 장치에 있어서,
   방사선이 조사된 상기 CZT센서로부터 상기 동판격자 양극의 수신 전극 신호인 제1 양극신호, 상기 동판격자 양극의 비수신 전극 신호인 제2 양극신호 및 상기 동판격자 음극의 음극신호를 수신하는 수신부;
   상기 제1 양극신호와 상기 제2 양극신호의 차이를 나타내는 차감신호 및 상기 음극신호에 기초하여, 상기 차감신호를 보정한 보정신호를 생성하는 보정부; 및
   상기 보정신호 및 상기 음극신호에 기초하여, 상기 방사선을 검출하는 검출부
   를 포함하고,
   상기 보정부는
   상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출하고,
   상기 비율에 기초하여, 상기 CZT센서에서 상기 방사선이 검출된 깊이에 대응되는 깊이값을 추정하고,
   상기 깊이값을 이용하여 상기 차감신호의 크기를 보정한 상기 보정신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제8항에 있어서,
    상기 보정부는
    상기 깊이값을 추정하기 이전에 상기 차감신호와 상기 음극신호 각각이 검출된 시간의 차이를 더 산출하고,
    상기 검출된 시간의 차이에 더 기초하여 상기 깊이값을 추정하는 것을 특징으로 하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치.
12. 제8항에 있어서,
    상기 보정부가 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출할 때,
    상기 차감신호와 상기 음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하고,
    상기 차감신호펄스와 상기 음극신호펄스 각각의 피크를 디지털값으로 변환하고,
    상기 차감신호펄스와 상기 음극신호펄스 각각에 대응되는 디지털값의 비율을 산출하는 것을 특징으로 하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치.
13. 제8항에 있어서,
    상기 보정부가 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출할 때,
    상기 차감신호와 상기 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하여 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성하고,
    상기 디지털차감신호 및 상기 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하고,
    상기 차감신호펄스 및 상기 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출하는 것을 특징으로 하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치.
14. 제8항에 있어서,
    상기 보정부가 상기 차감신호와 상기 음극신호의 크기의 비율을 산출할 때,
    상기 제1 양극신호, 상기 제2 양극신호 및 상기 음극신호 각각을 디지털 형태로 변환하고,
    상기 디지털 형태로 변환된 상기 제1 양극신호, 상기 제2 양극신호 및 상기 음극신호를 이용하여, 디지털차감신호와 디지털음극신호를 생성하고,
    상기 디지털차감신호 및 상기 디지털음극신호 각각을 펄스 형태로 변환하여 차감신호펄스와 음극신호펄스를 생성하고,
    상기 차감신호펄스 및 상기 음극신호펄스의 크기의 비율을 산출하는 것을 특징으로 하는 CZT센서를 이용한 방사선 검출 장치.
    

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