KR102078542B1 - 액정 엑스선 검출기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정층보다 훨씬 작은 결상렌즈를 사용하더라도 X선 영상 간의 이어붙임이 없는 하나의 완전한 X선 영상을 획득할 수 있는 액정 엑스선 검출기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기는 광도전층을 포함하는 광도전체부와; 상기 광도전체부 상에 구비되고, 액정층을 포함하는 액정부와; 상기 액정부 측으로 진행하는 리드빔을 출사하는 리드빔 출력부; 및 상기 액정부 전방의 광경로 상에 배치되는 결상렌즈를 포함한다.
상기 리드빔 출력부는 산란광 또는 면광을 발산하는 광 발산 유닛을 포함하고, 상기 리드빔은 상기 산란광 또는 상기 면광을 포함하며, 상기 결상렌즈는 상기 결상렌즈의 장축길이가 상기 액정층의 장축길이의 1/2 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기는 광도전층을 포함하는 광도전체부와; 상기 광도전체부 상에 구비되고, 액정층을 포함하는 액정부와; 상기 액정부 측으로 진행하는 리드빔을 출사하는 리드빔 출력부; 및 상기 액정부 전방의 광경로 상에 배치되는 결상렌즈를 포함한다.
상기 리드빔 출력부는 산란광 또는 면광을 발산하는 광 발산 유닛을 포함하고, 상기 리드빔은 상기 산란광 또는 상기 면광을 포함하며, 상기 결상렌즈는 상기 결상렌즈의 장축길이가 상기 액정층의 장축길이의 1/2 이하인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 엑스선 검출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 X선 조사시 리드빔의 편광투과 특성을 변화시키는 액정을 이용하여 피검체의 X선 영상을 획득할 수 있는 액정 엑스선 검출기에 관한 것이다.
일반적으로, 엑스선 촬영장치는 피사체를 투과한 X선 흡수층의 전하 분포를 디지털 신호로 변환하여 피사체의 내부를 영상화하는 장치로서, 환자진단을 위한 의료분야 내지 건축물의 비파괴검사 등에 다양하게 이용되고 있다.
최근 들어 엑스선 검출기는 디지털 기술을 도입하거나 액정소자를 도입하여 그 기술개선을 꾀하고 있다. 대표적인 예로, 액정소자를 도입한 엑스선 검출기가 있는데, 이는 통상적으로 액정 엑스선 검출기 내지 엑스선 감지 액정 검출기라고 칭하고 있다. 이러한 액정 엑스선 검출기는 크게 광도전소자, 액정소자, 광원, 및 광검출부로 구성된다.
액정 엑스선 검출기는 광도전층에 X선을 쬐어주고, 양쪽 전극에 전압을 걸어주면, 피검체를 지나온 X선이 광전도층을 지나면서 광전도층에 분극현상을 일으킨다. 그러면 그 분극현상은 액정층에 영향을 줌으로써 액정의 상태를 변화시킨다. 이때, 광원으로부터 나온 리드빔이 액정층을 지나 후 카메라에 검출됨으로써, 피검체의 X선 영상을 획득할 수 있게 된다.
종래의 액정 엑스선 검출기는 리드빔(Read Beam)의 광원이 점광원으로 구성되어 빛이 일정각도로 진행한다. 따라서, 액정층의 영상을 결상하기 위해서는 액정층 전체 화면보다 큰 결상렌즈가 필요하였다. 특히 X선 흉부촬영의 경우 화면이 370×470mm 정도로, 이 보다 큰 결상렌즈를 만드는 것은 상당한 비용이 든다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 미국등록특허 제6,052,432호(특허문헌 1)는 다음과 같은 방법을 개시하고 있다. 즉, 특허문헌 1의 액정 엑스선 검출장치는 도 11(a)와 같이 작은 결상렌즈와 카메라 한 쌍을 이동시키면서 X선 영상을 촬영하거나, 또는 도 11(b)와 같이 다수의 결상렌즈와 다수의 카메라를 사용하여 X선 영상을 촬영함으로써, 액정층 전체 화면보다 작은 결상렌즈를 사용할 수 있도록 구성된다.
그런데, 이와 같은 특허문헌 1의 액정 엑스선 검출장치에 따르면, 도 11(a)와 같이 결상렌즈와 카메라가 이동하면서 영상을 찍는 경우 X축과 Y축으로 이동하는 스테이지가 추가적으로 필요하고, 또한 다수의 X선 영상을 이어 붙여서 하나의 영상을 만들 때 영상 간의 경계면에서 영상처리가 불완전하게 된다. 이에 따라, X선 영상을 이용하여 피검체 상태를 분석 진단함에 있어서 그 정확도 및 신뢰도가 저하되는 문제점이 있었다.
그리고, 액정 엑스선 검출장치를 도 11(b)와 같이 구성할 경우, 여러 대의 카메라가 필요하므로 장치 비용이 증가하고, 도 11(a)와 마찬가지로 다수의 X선 영상을 이어 붙이는 과정에서 불완전한 경계면이 발생되는 바, 이 역시 액정 엑스선 검출장치의 정확도 및 신뢰도를 떨어뜨리는 요인으로 작용하였다.
본 발명의 목적은 종래와 같은 카메라 이동 촬영 방식 내지 다수 카메라 촬영 방식을 사용하지 않고도, X선 영상 간의 이어붙임이 없는 X선 영상을 획득할 수 있는 액정 엑스선 검출기를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명은 액정층보다 훨씬 작은 결상렌즈를 사용하더라도 하나의 완전한 X선 영상을 획득할 수 있는 액정 엑스선 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기는 광도전층을 포함하는 광도전체부와; 상기 광도전체부 상에 구비되고, 액정층을 포함하는 액정부와; 상기 액정부 측으로 진행하는 리드빔을 출사하는 리드빔 출력부; 및 상기 액정부 전방의 광경로 상에 배치되는 결상렌즈를 포함한다.
상기 리드빔 출력부는 산란광 또는 면광을 발산하는 광 발산 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 리드빔은 상기 산란광 또는 상기 면광을 포함하며, 상기 결상렌즈는 상기 결상렌즈의 장축길이가 상기 액정층의 장축길이의 1/2 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기에 의하면, 액정층보다 훨씬 작은 결상렌즈를 사용하더라도 영상 간의 이어붙임 없이 하나의 완전한 X선 영상을 획득할 수 있게 되었다.
이에 따라, 매우 작은 사이즈의 결상렌즈를 사용할 수 있고, 종래와 같은 카메라 이동 스테이지 내지 다수의 카메라가 불필요한 바, 장치 제작비용을 크게 낮출 수 있으면서도 장치의 정확도 및 신뢰도를 보장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 엑스선 감지 액정패널의 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리드빔 출력부의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 광도전층의 파장별 광투과 곡선.
도 5는 일반 TFT LCD이에서 많이 쓰이는 필름형 편광판의 파장별 수직 투과도.
도 6은 본 발명에 따른 제1 실시예의 변형 실시예의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 입광부를 구비하는 도광판의 사시도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리드빔 출력부의 단면도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 리드빔 출력부의 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 액정층의 장축길이를 설명하기 위한 액정부 단면도.
도 11 (a),(b)는 미국등록특허 제6,052,432호에 개시된 엑스선 촬영장치의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 엑스선 감지 액정패널의 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리드빔 출력부의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 광도전층의 파장별 광투과 곡선.
도 5는 일반 TFT LCD이에서 많이 쓰이는 필름형 편광판의 파장별 수직 투과도.
도 6은 본 발명에 따른 제1 실시예의 변형 실시예의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 입광부를 구비하는 도광판의 사시도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리드빔 출력부의 단면도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 리드빔 출력부의 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 액정층의 장축길이를 설명하기 위한 액정부 단면도.
도 11 (a),(b)는 미국등록특허 제6,052,432호에 개시된 엑스선 촬영장치의 개략도.
본 명세서에서 사용하는 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 명세서에서, "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.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 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.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기의 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엑스선 감지 액정패널의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 액정 엑스선 검출기는 엑스선 출력부(50), 엑스선 감지 액정패널(10,20), 리드빔 출력부(200), 구동부(70), 편광판(30), 검광판(40), 결상렌즈(80) 및 촬상부(85)를 포함한다.
본 발명의 엑스선 출력부(50)는 X선을 발생시켜 외부로 출사하는 장치로서, 이로부터 출력된 X선은 피검체(90)를 투과한 후, 엑스선 감지 액정패널의 광도전층 (17)에서 흡수된다.
본 발명의 엑스선 감지 액정패널은 광도전체부(10)와 액정부(20)가 합착된 구조로 이루어진다.
엑스선 감지 액정패널의 광도전체부(10)는 X선 조사 및 전기장 인가시 전자와 정공의 분포가 변화하는 구성으로서, 세부적으로 기판(11), 투명도전막 (13), 절연막(15), 광도전층(17) 및 배향막(19)을 포함한다.
광도전체부(10)의 기판(이하, '제1 기판(11)'이라 칭함)은 투명도전막(13), 절연막(15), 광도전층(17) 및 배향막을 형성하기 위한 기재로서, 투명한 유리 재질 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.
광도전체부(10)의 투명도전막(이하, '제1 투명도전막(13)'이라 칭함)은 광도전체부(10) 측에 전압을 인가하기 위한 구성으로서, 제1 기판(11)의 일면 상에 형성되어 후술할 구동부(70)와 전기적으로 연결된다.
후술할 구동부(70)에 의해 광도전체부(10)의 투명도전막과 액정부(20)의 투명도전막에 전압이 인가되면 이들 사이에 DC 전기장이 형성되고, 이에 의해 광도전층(17) 내 전자와 전공의 이동 즉, 전자-전공 분포 변화가 발생된다.
제1 투명도전막(13)은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO)와 같은 금속 산화물로 형성되거나, 또는 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드 (ITO-Ag-ITO)와 같은 금속 산화물-금속-금속 산화물로 형성될 수 있다.
광도전체부(10)의 절연막(15)은 제1 투명도전막(13)과 광도전층(17) 사이에 개재되어, 제1 투명도전막(13)과 광도전층(17) 간의 전하 이동을 방지하기 위한 구성이다.
이러한 절연막(15)은 이산화규소(SiO2) 등의 절연성 무기재 내지 폴리카보네이트 (Polycarbonate) 등과 같은 절연성 수지재로 형성될 수 있으며, 제1 투명도전막(13)의 일면 상에 박막 형태로 형성될 수 있다.
광도전체부(10)의 광도전층(17)은 전하를 만들기 위한 구성으로서, 광도전층(17)에 X선이 조사되면 광도전층(17) 내부에 많은 수의 전자(electron)-정공(hole) 쌍이 생성되고, 이를 전기장에 노출시키면 전자와 전공의 이동 즉, 전하 분포의 변화가 유발된다.
광도전층(17)은 절연막(15) 상에 박막 형태로 형성될 수 있고, 그 재질은 셀레늄(Selenium)으로 이루어질 수 있다.
광도전층(17)은 특히 비정질 셀레늄(a-Se)으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이러한 비정질 셀레늄(a-Se)은 저온에서 진공 증착 내지 코팅하여 피막될 수 있다.
광도전체부(10)의 배향막(이하, '제1 배향막(19)'이라 칭함)은 액정부(20)의 배향막(25)과 함께 액정분자를 균일하게 배향시키기 위한 구성에 해당한다.
제1 배향막(19)은 SiO2와 같은 무기재를 40℃ 미만에서 광도전층(17) 위에 진공 증착하는 방식, 폴리아미드를 폴리이미드화시킨후 이를 저온에서 휘발되는 솔벤트로 희석하여 광도전층(17) 위에 습식코팅하고, 저온의 진공로에서 일주일 이상 장시간 소성하는 방식, 및 광도전층(17) 위에 패럴린(Parylene)을 진공 증착하는 방식 등으로 형성할 수 있다.
바람직하게는, 제1 배향막(19)은 패럴린(Parylene)을 진공 증착하는 방식으로 형성하는 것이 좋은데, 이는 무기재를 이용한 배향막은 앵커링 에너지 (Anchoring Energy)가 낮고, 오더 파라메타 (order parameter)도 낮아서 액정의 신뢰성이 저하될 수 있고, 폴리이미드를 이용한 저온 배향막 방식은 솔벤트 잔류분이 액정층으로 확산하여 액정의 비저항을 낮추어 엑스선 영상의 질을 떨어뜨리는 문제점이 유발될 수 있기 때문이다.
제1 배향막(19)을 패럴린(Parylene)으로 형성할 경우, 제1 배향막(19)은 다이머(dimer) 상태의 패럴린 분말을 기화시키는 기화공정, 상기 기화된 다이머 상태의 패럴린에 열 또는 플라즈마 에너지를 가하여 모노머(monomer) 상태로 분해하는 분해공정, 상기 모노머 상태로 분해된 패럴린을 45℃ 미만의 온도와 진공 분위기에서 광도전층(17) 상에 증착하는 증착공정, 및 광도전층(17) 위에 피막된 패럴린을 러빙(Rubbing)하는 러빙공정을 통해 제조될 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 증착공정은 비정질 셀레늄의 유리전이온도(Tg)보다 적어도 5℃ 낮은 온도 즉, 40℃ 이하의 공정온도를 유지하는 것이 좋다.
한편, 러빙공정이 완료되면, 광도전체부(10)를 액정부(20)와 합착하기 전, 제1 배향막(19) 위에 열경화성 수지 또는 UV 경화성 수지의 시일재를 형성한다.
엑스선 감지 액정패널의 액정부(20)는 광도전체부(10)와 합착된 구조로 구비되어 리드빔(Read Beam)의 편광투과특성을 변화시키는 기능을 한다. 이러한 액정부(20)는 기판(21), 투명도전막(23), 배향막(25) 및 액정층(27)을 포함한다.
액정부(20)의 기판(이하, '제2 기판(21)'이라 칭함)은 투명도전막(23), 배향막(25) 및 액정층(27)을 형성하기 위한 기재로서, 투명한 유리 재질 또는 폴리머 재질로 형성될 수 있다.
액정부(20)의 투명도전막(이하, '제2 투명도전막(23)'이라 칭함)은 광도전체부(10) 측에 전압을 인가하기 위한 구성으로서, 제2 기판(21)의 일면 상에 형성되어 후술할 구동부(70)와 전기적으로 연결된다.
구동부(70)에 의해 제1,2 투명도전막(13,23)에 전압이 인가되면 이들 사이에 DC 전기장이 형성되고, 이에 의해 광도전층(17) 내 전자와 전공의 이동 즉, 전자-전공 분포 변화가 발생된다.
바람직한 실시예에 따르면, 제2 투명도전막(23)은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO)와 같은 금속 산화물로 형성되거나, 또는 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드 (ITO-Ag-ITO)와 같은 금속 산화물-금속-금속 산화물로 형성될 수 있다.
액정부(20)의 액정층(27)은 엑스선 조사 및 전압 인가에 따른 광도전체부(10)의 전하 분포 변화시, 이에 연동하여 액정 배열이 달라짐으로써 리드빔(Read Beam)의 편광투과특성을 변화시키도록 작용하는 구성으로서, 제1 배향막(19)과 제2 배향막(25)에 주입되는 다수의 액정 분자를 포함한다.
액정부(20)의 배향막(이하, '제2 배향막(25)'이라 칭함)은 제2 투명도전막(23) 위에 형성되고, 액정부(20)를 광도전체부(10)와 합착시 제1 배향막(19)과 대향하는 구조로 구비되어, 제1 배향막(19)과 함께 액정분자를 균일하게 배향시키는 기능을 한다.
제2 배향막(25)은 제1 배향막(19)과 달리 온도(특히 45℃ 이상의 고온)에 따른 제약없이 형성할 수 있는 바, 통상의 TN/STN/TFT LCD의 액정패널 제조공정과 동일한 방식이 적용될 수 있다. 예컨대, 제2 배향막은 세정한 제2 기판(21)에 폴리아미드를 녹인 용제를 코팅한 후, 약 150℃에서 약 1시간 정도 소성하면 폴리아미드가 폴리이미드 구조로 변환되어 제2 배향막(25)을 형성할 수 있다. 여기서, 제2 기판(21)에 폴리아미드를 피막하는 공정은 스핀코팅, 인쇄방식 등과 같은 습식코팅 방식을 통해 수행될 수 있다.
한편, 제2 배향막(25) 형성시, 폴리아미드 용제에 스페이서를 섞어서 형성하게 되면, 별도의 스페이서 산포 공정을 생략할 수 있다. 즉, 액정 배향제인 폴리아미드 용제에 스페이서를 소량 넣고, 스핀코팅 등의 습식코팅 방식으로 피막한 기판을 소성하면 스페이서가 고착되어 있는 제2 배향막(25)을 형성할 수 있게 된다.
제2 배향막(25) 코팅이 완료되면, 제2 기판(21) 상에 피막된 제2 배향막(25)을 러빙(Rubbing)한 후 그 위에 시일재를 형성한다. 시일재는 열경화성 수지 또는 UV 경화성 수지를 사용할 수 있다.
이후, 제2 배향막(25) 위에 액정을 산포하면, 제2 기판(21) 위에 제2 투명도전막(23), 제2 배향막(25) 및 액정층(27)이 순차적으로 형성된 액정부(20)가 수득된다.
그리고, 이와 같은 액정부(20)와 광도전체부(10)를 합착하여 원드롭(one drop) 공정으로 본 발명의 엑스선 감지 액정패널을 제조할 수 있게 된다.
본 발명의 리드빔 출력부(200)는 엑스선 감지 액정패널의 액정부(20)측으로 진행하는 리드빔(61)을 출사하는 장치이다.
이러한 리드빔 출력부(200)는 산란광 또는 면광을 발산하는 광 발산 유닛을 포함하고, 따라서, 리드빔 출력부(200)에서 출사되는 리드빔(61)은 산란광 또는 면광을 포함한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리드빔 출력부의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 리드빔 출력부(200)의 광 발산 유닛(200a)은 발광소자(210) 및 도광판(211)을 포함한다.
제1 실시예의 발광소자(210)는 엘이디(Light Emitting Diode;LED)와 같은 점광원으로 구성될 수 있으며, 또는 냉음극관(형광등)과 같은 튜브(tube) 형태의 선광원을 사용할 수도 있다.
제1 실시예의 발광소자는 도 3과 같이 도광판(211)의 일측면 상에 구비되거나, 또는 도 6과 같이 도광판(211)의 양측면 상에 각각 구비될 수 있다. 여기서, 발광소자(210)가 도광판(211)의 일측면 상에 구비됨이란, 발광소자가 도광판(211)의 일측면을 대향하거나, 일측면에 접촉되는 구조로 배치되는 것을 의미한다.
발광소자(210)를 엘이디로 구성할 경우, 다수 개의 발광소자들은 어레이 형태로 구성될 수 있다. 상기 경우, 발광소자 에레이는 발광소자들이 동일한 축선 상에 상호 이격을 두고 일렬로 배열될 수 있다.
한편, 제1 실시예의 발광소자(210)로부터 출력되는 빛은 가시광선 파장대 중 700 ~ 750㎚ 범위의 것이어야 한다. 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 광도전층의 파장별 광투과 곡선이다. 도 4를 참조하면, 광도전층을 비정질 셀레늄으로 형성할 경우, 이와 같은 광도전층의 밴드갭은 2.2eV로 약 680nm부터 빛이 투과하기 시작하여 800nm 근방에서는 포화된다. 도 5는 일반 TFT LCD이에서 많이 쓰이는 필름형 편광판의 파장별 수직 투과도이다. 도 5를 참조하면, 760nm 파장 이상에서는 빛이 누설되기 시작하여 800nm에서는 편광판 기능이 급격히 저하되는 것을 알 수 있다. 따라서, 광도전층을 비정질 셀레늄으로 형성할 경우, 발광소자로부터 출력되는 빛(즉, 리드빔(61))은 680 ~ 760nm 파장대의 빛이어야 하고, 바람직하게는 700 ~ 750nm 파장대의 빛이어야 한다.
제1 실시예의 도광판(211)은 좁은 면적에 집중된 광학 분포를 넓은 면적에 걸쳐 균일하게 변경시키는 광학부재로서, 리드빔 출력부(200)로부터 입사되는 점광 또는 선광을 내부에서 전반사 및 굴절 등을 반복하여 균일한 휘도의 면광으로 변환시킨 후에 외부로 출사한다.
도광판(211)은 투명한 수지재로 이루어진 박판 내지 필름 형태로 구성될 수 있다. 예컨대, 도광판(211)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 아크릴계 수지로 형성될 수 있으며, 또는 폴리카보네이트계 수지, 스티렌계 수지, 올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지 등으로 형성될 수도 있다.
도광판(211)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 일면 상에 광산란 패턴(213)이 형성될 수 있다. 이러한 광산란 패턴은 반구형/도트(dot)/라운드-프리즘/삼각-프리즘 패턴/렌티큘러 패턴과 같은 양각 패턴으로 형성되거나 또는 U컷/V컷/렌티큘러 패턴과 같은 음각 패턴으로 형성될 수 있다.
광산란 패턴(213)은 광산란을 위하여 구비되고, 도광판(211)에 일체로 성형될 수 있으며, 직가공방식, 에칭방식, 레이저가공 방식 또는 샌드 블라스팅 방식 등으로 형성될 수 있다.
한편, 광산란 패턴(213)은 다수 개의 단위 광산란 패턴들로 이루어지는데, 이때 각 단위 광산란 패턴의 크기는 액정 X선 검출기의 해상도보다 작아야 한다. 예컨대, 단위 광산란 패턴이 산란도트 내지 산란구 형상이고, 액정 엑스선 검출기의 해상도가 100㎛라면, 해당 도광판(211)의 단위 광산란 패턴의 가로방향 장축(예컨대, 지름)은 100㎛ 미만의 크기로 형성되어야 한다.
도 3 실시예(이하, 제1a 실시예)의 광 발산 유닛(200a)과 같이, 발광소자가 도광판(211)의 일측면 상에만 구비될 경우, 광산란 패턴(213)은 발광소자 측에서 멀어질수록 상호 이웃하는 단위 광산란 패턴 간의 이격도가 감소하며 점차 조밀하게 배열되는 구조를 갖도록 구성된다. 상기와 같은 배열 구조로 구성하면, 리드빔 출력부(200)로부터 출사되는 면광 형태의 리드빔의 밝기 균일성을 높일 수 있다.
도 6 실시예(이하, 제1b 실시예)의 광 발산 유닛(200b)과 같이, 발광소자가 도광판(211)의 양측면 상에 구비될 경우, 도광판(211)의 중심부(C1)를 기준으로 좌측 광산란 패턴 (213)은 좌측 발광소자(210a) 측으로부터 중심부(C1)로 향할수록 패턴 간격이 점차 조밀해져, 도광판(211)의 중심부에서 가장 조밀한 밀도 분포를 갖도록 구성될 수 있다. 그리고, 우측 광산란 패턴(213)은 우측 발광소자(210b) 측으로부터 중심부(C1)로 향할수록 패턴 간격이 점차 조밀해져, 도광판(211)의 중심부에서 가장 조밀한 밀도 분포를 갖도록 구성될 수 있다.
한편, 광산란 패턴(213)은 도광판(211)의 중심부(C1)로 향할수록 그 양각(또는) 음각 패턴의 크기가 점차 커지도록 구성할 수도 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 제1 실시예의 리드빔 출력부(200)는 세레이션 패턴(219)이 형성된 입광부(217)를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 입광부를 구비하는 도광판의 사시도이다. 도 7을 참조하면, 입광부(217)는 도광판(211)의 일측 모서리 부위에 형성되어 발광소자로부터 방출되는 빛이 입사되는 영역으로서, 도광판(211)에 일체로 성형 구비되거나, 또는 별도의 광학부재로 제작되어 도광판(211)의 일측 모서리 부위에 인접 또는 접촉 배치되는 구조로 구성될 수도 있다.
입광부(217)의 입광면(즉, 발광소자에서 출사된 빛이 입사되는 면)에는 톱니 모양의 세레이션(serration) 패턴(219)이 형성된다. 세레이션 패턴(219)은 빛이 입사하는 각도를 크게 하고 산란 범위를 보다 넓히는 기능을 한다.
보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도광판(211)으로 입사되는 빛은 도광판(211)의 굴절율에 따라 굴절되더라도, 도광판(211)의 모서리부에서는 입사된 빛이 서로 겹쳐지지 않는 무광 부분이 나타나게 된다. 참고로, 상기 "도광판(211)의 모서리부"란, 발광소자로부터 발산된 빛이 도광판(211)에 입사되는 입광면 부위를 지칭한다.
그런데, 이러한 입광면 부위에 세레이션 패턴(219)이 구비되면, 발광소자로(210)부터 발산된 빛이 세레이션 패턴(219)을 투과하면서 굴절 확산되어 무광 부분을 최소화하게 되고, 이에 의해 리드빔 출력부(200)로부터 출사되는 면광 형태의 리드빔(61)의 밝기 균일성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
이러한 세레이션 패턴(219)은 입광면의 길이방향을 따라 형성되는 톱니 모양 또는 반원 모양으로 구성될 수 있다.
한편, 도 6의 제1b 실시예와 같이, 발광소자(210a,210b)가 도광판(211)의 양측면 상에 각각 구비되는 형태로 구성할 경우, 입광부(217)는 제1 발광소자(210a)와 접촉 또는 대향하게 배치되어 제1 발광소자(210a)에서 방사된 빛이 입사되는 제1 입광부와, 제2 발광소자(210b)와 접촉 또는 대향하게 배치되어 제2 발광소자 (210b)에서 방사된 빛이 입사되는 제2 입광부로 구성되고, 이러한 제1,2 입광부의 입광면에는 각각 세레이션 패턴(219)이 형성될 수 있다.
제1a,1b 실시예와 같은 리드빔 출력부(200) 구성에 따르면, 발광소자(210)에서 도광판(211)으로 들어온 빛은 전반사되어 모서리까지 도파된다. 그리고, 광산란 패턴(213)에 입사된 빛들은 전반사 조건이 아니므로 도광판(211)에서 빠져나와 전면 모든 방향으로 퍼져 면광 형태로 출사된다.
따라서, 리드빔(61)은 면광 형태로 액정층(27)에 입사되고, 이에 의해 액정층(27)보다 훨씬 작은 결상렌즈(80)를 사용하더라도 영상 간의 이어붙임 없이 피검체(90)에 대한 하나의 완전한 영상이 결상될 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리드빔 출력부의 단면도이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 리드빔 출력부(200)의 광 발산 유닛(200c)은 발광소자(220) 및 산란판(221)을 포함한다.
제2 실시예의 발광소자(220)는 엘이디(Light Emitting Diode;LED)와 같은 점광원으로 구성될 수 있으며, 또는 냉음극관(형광등)과 같은 튜브(tube) 형태의 선광원을 사용할 수도 있다.
제2 실시예의 발광소자(220)는 이로부터 출사된 광이 산란판(221)의 후면에 입사되도록 배치된다. 여기서, 산란판(221)의 후면은 산란판(221) 전면의 반대면으로서, 상기 산란판(221) 전면은 편광판을 대향하는 면 내지 산란판(221)으로 입사된 리드빔(61)이 외부로 출사되는 면을 지칭한다.
제1 실시예의 발광소자(210)와 마찬가지로, 제2 실시예의 발광소자(220)로부터 출력되는 빛(즉, 리드빔(61))은 680 ~ 760nm 파장대의 빛이어야 하고, 바람직하게는 700 ~ 750nm 파장대의 빛이어야 한다.
제2 실시예의 발광소자(220)는 다수 개로 구비될 수 있다. 상기 경우, 제2 실시예의 발광소자(220)는 산란판(221)에 대하여 제1 방향으로 광을 출사하는 제1 발광소자, 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 광을 출사하는 제2 발광소자, 및 상기 제1,2 방향과 상이한 제N 방향으로 광을 출사하는 제N 발광소자를 포함할 수 있다.
제2 실시예의 산란판(221)은 발광소자로부터 입사되는 광을 전(全)방향으로 산란시키는 기능을 한다.
산란판(221)은 기재 및 산란면(223)으로 이루어지고, 기재는 유리기판을 사용할 수 있으며, 산란면(223)은 광산란 패턴을 포함한다. 상기 경우, 유리기판을 직경 1∼2㎛ 탄화수소와 같은 연마재로 랩핑하면 랩핑면에 1∼2㎛의 요철 즉, 단위 광산란 패턴이 형성될 수 있다. 그리고, 이 요철의 구조나 발광소자의 배치를 조절하여 빛의 균일도를 높일 수 있다.
한편, 광산란 패턴은 다수 개의 단위 광산란 패턴으로 이루어지는데, 이때 각 단위 광산란 패턴의 크기는 액정 X선 검출기의 해상도보다 작아야 한다. 예컨대, 단위 광산란 패턴이 요철 형상이고, 액정 엑스선 검출기의 해상도가 100㎛라면, 해당 산란판(221)의 단위 광산란 패턴의 가로방향 장축은 100㎛ 미만의 크기로 형성되어야 한다.
전술한 제2 실시예의 구성에 따르면, 발광소자(220)에서 출사된 빛이 산란판 (221)에 입사되면, 산란면(223)에서 산란되어 산란판(221) 전면 상의 모든 방향으로 퍼지게 되고, 결국 리드빔(61)은 산란광 형태로 액정층(27)에 입사되며, 이에 의해 액정층(27)보다 훨씬 작은 결상렌즈(80)를 사용하더라도 영상 간의 이어붙임 없이 피검체 (90)에 대한 하나의 완전한 영상이 결상될 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 리드빔 출력부의 단면도이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 리드빔 출력부(200)의 광 발산 유닛(200d)은 OLED 면광원 장치로 구성된다.
구체적으로, 제3 실시예의 광 발산 유닛(200d)은 투명한 유리 또는 수지 재질로 이루어지는 기판(230), 기판(230) 위에 형성되는 양극층(240), 양극층(240) 상에 형성되는 유기발광층(250), 및 유기발광층(250) 상에 형성되는 음극층(260)을 포함한다.
양극층(240)과 음극층(260)은 기판(230) 위에 형성된 각각의 접점(미도시)을 통하여 외부의 구동부(미도시)와 연결된다. 양극층(240)과 음극층(230) 사이에 전압 또는 전류가 인가되면 유기발광층(250)은 이에 반응하여 면광 형태의 빛을 발산하게 된다.
또 다른 실시예로서, OLED 면광원 장치를 무기EL(Inorganic Electro Luminance)로 대체하여, 무기EL층이 면광을 발산하도록 구성할 수도 있다.
한편, 제1 실시예의 발광소자와 마찬가지로, 제3 실시예의 OLED 면광원 장치로부터 출력되는 빛(즉, 리드빔)은 680 ~ 760nm 파장대의 빛이어야 하고, 바람직하게는 700 ~ 750nm 파장대의 빛이어야 한다.
전술한 제3 실시예의 구성에 따르면, 유기발광층(250)에서 발산되는 리드빔 (61)은 면광 형태로 액정층(27)에 입사되고, 이에 의해 액정층(27)보다 훨씬 작은 결상렌즈(80)를 사용하더라도 영상 간의 이어붙임 없이 피검체(90)에 대한 하나의 완전한 영상이 결상될 수 있게 된다.
본 발명의 구동부(70)는 제1,2 투명도전막(13,23)에 소정의 바이어스 전압 (Vb)을 걸어주어 전자와 전공을 분리하는 구성이다.
본 발명의 편광판(30)은 광도전체부(10)와 리드빔 출사부(200) 사이의 광경로 상에 배치되고, 검광판(40)은 액정부(20) 전방의 광경로 상에 배치되어, 액정층(27)의 편광투과특성 변화에 따라 리드빔의 투과도가 달라질 수 있도록 기능한다.
본 발명의 결상렌즈(80)는 검광판(40) 전방의 광경로 상에 배치되어 검광판 (40)을 투과한 리드빔을 결상시켜 촬상부(85)에 결상될 수 있도록 기능한다.
참고로, 종래 액정 엑스선 검출기의 경우, 리드빔의 광원이 점광원으로 구성되어 빛이 일정각도로 진행한다. 따라서, 액정층의 영상을 결상하기 위해서는 액정층 전체 화면보다 큰 결상렌즈가 필요하였다.
그러나, 본 발명의 액정 엑스선 검출장치는 전(全)방향으로 발산하는 산란광 또는 면광의 리드빔(61)을 출사하도록 구성함으로써, 액정층(27)보다 훨씬 작은 결상렌즈(80)를 사용하더라도 영상 간의 이어붙임 없이 피검체(90)에 대한 하나의 완전한 영상이 결상될수 있도록 하였다.
구체적으로, 결상렌즈(80)는 그 장축길이가 액정층(27)의 장축길이의 1/2 이하로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 1/3 이하로 구성될 수 있고, 보다 바람직하게는 1/5 이하로 구성될 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 1/10 이하로 구성하여도 피검체의 X선 분석에 적합한 화질과 해상도를 갖는 X선 영상을 획득할 수 있게 된다.
여기서, 상기 '액정층(27)의 장축길이'란 제1 배향막(19)과 제2 배향막(25) 사이에 산포되어 있는 액정영역 중 그 길이가 가장 긴 축을 지칭한다. 도 10을 기준으로 설명하면 시일재(29)에 의해 외부로부터 밀봉되어 있는 액정영역의 가로방향 길이 즉, 도면부호 'R1'이 액정층(27)의 장축길이에 해당할 수 있다. 그리고, 결상렌즈(80)가 구형이라면, 결상렌즈(80)의 지름이 결상렌즈(80)의 장축길이에 해당하게 된다.
본 발명의 촬상부(85)는 결상렌즈(80)에 의해 결상된 리드빔(61)을 검출하여 그 특성을 분석함으로써 피검체 상태를 진단할 수 있도록 하는 장치이다. 촬상부 (85)는 예컨대 CCD 카메라 또는 CMOS 카메라로 구성될 수 있다.
한편, 촬상부(85)와 검광판(40) 사이의 거리는 액정의 시야각 의존성에 따라서 달라지는데, 시야각 의존성이 작으면 거리를 좁힐 수 있다.
전술한 바와 같은 액정 엑스선 검출기의 동작 원리에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 액정 엑ㅅ선 검출기는 도 1과 같이 광도전체부(10)와 액정부(20)가 상호 맞닿는 구조로 구성된다. 광도전체부(10)에 엑스선을 쬐여주면 광도전층(17) 내부에 전자(electron)와 정공(hole)이 만들어진다. 이와 같은 상태에서, 제1 투명도전막(13)과 제2 투명도전막(23) 사이에 DC 전기장을 걸어주면, 전자와 전공이 각각 반대극성의 투명도전막 측으로 이동하는 분극현상이 일어나게 된다.
도 2를 기준으로 설명하면, 제1 투명도전막(13)에 (+)전압이 걸리므로, 광도전층(17) 내부의 하부영역(즉, 액정층(27) 인접영역)에는 정공이 분포하게 되고, 광도전층(17) 내부의 상부영역(즉, 제1 투명도전막(13) 인접영역)에는 전자가 분포하게 된다.
이와 같은 분극현상은 액정층(27)에 영향을 줌으로써 액정의 상태를 변화시키게 된다. 즉, 도 2와 같이 전하 분포가 변하게 되면, 액정층(27) 내 액정 배열이 달라지게 된다.
보다 구체적으로 설명하면, 엑스선이 조사된 광도전층(17) 영역에는 전자와 전공이 분리되어 광도전층(17) 내부 전기장을 차폐하게 되고, 이에 대한 대응으로 액정층(27)에 걸리는 전압이 커지게 된다.
도 2 예시의 경우, 엑스선이 조사되지 못한 '(가)'영역과 엑스선(5)이 조사된 '(나)'영역의 액정셀에 걸리는 전압이 상이하게 된다. 이에 의해, 액정층(27)에서 액정배열이 달라서 액정층(27)을 지나온 리드빔의 편광투과특성이 달라진다. 이렇게 달라지는 액정층(27)의 편광투과특성 때문에 편광판(30)을 거쳐 검광판(40)에 나온 리드빔은 투과도가 달라지므로, 피검체 상태를 분석할 수 있는 X선 영상을 얻을 수 있게 된다.
참고로, 도 4의 경우 '(가)'영역으로 들어온 리드빔은 검광판(40)을 투과하고, '(나)'영역으로 들어온 리드빔은 검광판(40)에서 차단된다.
따라서, 리드빔 출력부(200)에서 산란광 또는 면광 형태로 출사된 리드빔은 편광판(30), 광도전체부(10), 액정부(20) 및 검광판(40)을 순차적으로 지나 결상렌즈 (80)에 선택적 입사하게 된다. 그리고, 결상렌즈(80)에 의해 결상된 빛을 촬상부(85)가 검출함으로써 피검체의 X선 영상을 획득할 수 있게 된다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 광도전체부 11: 제1 기판
13: 제1 투명도전막 15: 절연막
17: 광도전층 19: 제1 배향막
20: 액정부 21: 제2 기판
23: 제2 투명도전막 25: 제2 배향막
27: 액정층 29: 시일재
30: 편광판 40: 검광판
50: X선 출력부 65: 반투과 거울
70: 구동부 80: 결상렌즈
85: 촬상부 200: 리드빔 출력부
210,220: 발광소자 211: 도광판
213: 광산란 패턴 217: 입광부
219: 세레이션 패턴 221: 산란판
223: 산란면 250: 유기발광층
13: 제1 투명도전막 15: 절연막
17: 광도전층 19: 제1 배향막
20: 액정부 21: 제2 기판
23: 제2 투명도전막 25: 제2 배향막
27: 액정층 29: 시일재
30: 편광판 40: 검광판
50: X선 출력부 65: 반투과 거울
70: 구동부 80: 결상렌즈
85: 촬상부 200: 리드빔 출력부
210,220: 발광소자 211: 도광판
213: 광산란 패턴 217: 입광부
219: 세레이션 패턴 221: 산란판
223: 산란면 250: 유기발광층
Claims (11)
- 엑스선 검출 장치에 있어서,
광도전층을 포함하는 광도전체부; 상기 광도전체부 상에 구비되고, 액정층을 포함하는 액정부; 상기 액정부 측으로 진행하는 리드빔을 출사하는 리드빔 출력부; 상기 액정부 전방의 광경로 상에 배치되는 결상렌즈; 및 상기 결상렌즈에 의해 결상된 리드빔을 검출하는 촬상부;를 포함하고,
상기 리드빔 출력부는,
산란광 또는 면광을 발산하는 광 발산 유닛을 포함하고,
상기 리드빔 출력부에서 출사되는 리드빔은,
상기 산란광 또는 상기 면광을 포함하며,
상기 결상렌즈는,
상기 결상렌즈의 장축길이가 상기 액정층의 장축길이의 1/2 이하인 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
- 제1 항에 있어서,
상기 결상렌즈의 장축길이는 상기 액정층의 장축길이의 1/10 이하인 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
- 제1 항에 있어서,
상기 광 발산 유닛은,
발광소자; 및 상기 발광소자로부터 입사되는 광을 면광으로 전환하는 도광판을 포함하고,
상기 발광소자는,
상기 도광판의 적어도 일측면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
- 제3 항에 있어서,
상기 도광판에 형성되고, 다수 개의 단위 광산란 패턴으로 이루어진 광산란 패턴을 더 포함하고,
상기 단위 광산란 패턴은 상기 액정 엑스선 검출기의 해상도보다 더 작은 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
- 제3 항에 있어서,
상기 발광소자로부터 방출되는 빛이 입사되는 상기 도광판의 입광면에 톱니 또는 반원 모양으로 형성되는 세레이션(serration) 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
- 제1 항에 있어서,
상기 광 발산 유닛은,
발광소자; 및 상기 발광소자로부터 입사되는 광을 전(全)방향으로 산란시키는 산란판을 포함하고,
상기 발광소자는,
상기 발광소자에서 출사된 광이 상기 산란판의 후면에 입사되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
- 제6 항에 있어서,
상기 산란판에 형성되고, 다수 개의 단위 광산란 패턴으로 이루어진 광산란 패턴을 더 포함하고,
상기 단위 광산란 패턴은 상기 액정 엑스선 검출기의 해상도보다 더 작은 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
- 제6 항에 있어서,
상기 발광소자는 상기 산란판에 대하여 제1 방향으로 광을 출사하는 제1 발광소자; 및 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 광을 출사하는 제2 발광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
- 제1 항에 있어서,
상기 광 발산 유닛은, OLED 또는 무기EL을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
- 제1 항에 있어서,
상기 광도전층은 비정질 셀레늄으로 형성되고,
상기 리드빔의 파장은 680 ~ 760nm인 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
- 제1 항에 있어서,
엑스선을 출사하는 엑스선 출력부; 상기 광도전체부와 상기 리드빔 출력부 사이의 광경로 상에 배치되는 편광판; 및 상기 액정부 전방의 광경로 상에 배치되는 검광판;을 더 포함하고,
상기 결상렌즈는, 상기 검광판 전방의 광경로 상에 배치되어 상기 검광판을 투과한 리드빔을 결상시켜,
상기 촬상부는, 상기 검광판을 투과한 리드빔을 검출하는 것을 특징으로 하는 액정 엑스선 검출기.
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| JPH07136155A (ja) * | 1993-11-11 | 1995-05-30 | Hitachi Medical Corp | 放射線画像撮影装置 |
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- 2018-04-20 KR KR1020180046208A patent/KR102078542B1/ko active IP Right Grant
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- 2019-03-18 US US17/045,752 patent/US20210055432A1/en not_active Abandoned
- 2019-03-18 WO PCT/KR2019/003105 patent/WO2019203451A1/ko active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2000284056A (ja) | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Fuji Photo Film Co Ltd | 放射線固体検出器、並びにそれを用いた放射線画像記録／読取方法および装置 |
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|---|---|
| US20210055432A1 (en) | 2021-02-25 |
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