KR102120074B1 - 초점 가변형 멀티 콜리메이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초점 가변형 멀티 콜리메이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 콜리메이터 장치로 기존 바늘구멍형, 평행다공형, 확산형 및 초점형의 콜리메이터에서 실행되는 촬영이 가능할 뿐만 아니라 뛰어난 민감도를 확보할 수 있도록 한 초점 가변형 멀티 콜리메이터에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 광을 발생시키는 광원체; 상기 광원체의 출사 측에 구비되고, 촬영 대상의 위치에 따라 상기 광원체에서 조사되는 빛의 초점을 가변시키도록 구성되는 초점 가변수단; 및, 상기 초점 가변수단을 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초점 가변형 멀티 콜리메이터{FOCUS VARIABLE TYPE MULTI-COLLIMATOR}

본 발명은 초점 가변형 멀티 콜리메이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 콜리메이터 장치로 기존 바늘구멍형, 평행다공형, 확산형 및 초점형의 콜리메이터에서 실행되는 촬영이 가능할 뿐만 아니라 뛰어난 민감도를 확보할 수 있도록 한 초점 가변형 멀티 콜리메이터에 관한 것이다.

콜리메이터(collomator, 분광계)는 좁은 틈으로 넣은 감마선 또는 X선을 렌즈계에 의해서 평행한 광선의 다발인 평행광속(平行光束, parallel pencil)으로 만드는 광학시스템(光學裝置, optics mechanism)으로, 상기한 평행광속을 다른 광학계에 입사시킴으로써 광학장치의 테스트나 조정, 각종 렌즈의 초점거리 및 광축의 위치측정 등에 사용된다.

예컨대, 비파괴검사(非破壞檢査, nondestructive inspection) 중에서, 방사선투과법은 엑스선, 감마선 검사를 말하며, 제품의 내부결함을 검사하거나 두께 및 밀도 변화를 조사하는 데 이용된다. 디지털 방사선투과법은 필름 대신에 선형배열된 센서를 사용하여 자료를 컴퓨터기억장치에 저장하는 방식이다. 이와 유사한 기술로 단층촬영기술(CT, computer tomography)이 있다.

도 1의 (a)(b)(c)(d)는 일반적인 콜리메이터의 종류를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 현재 콜리메이터의 종류는 크게 도 1의 (a)(b)(c)(d)에 나타낸 바와 같은 종류로 구분되는바, 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 바늘구멍형 콜리메이터, 평행다공형 콜리메이터, 확산형 콜리메이터, 및 초점형 콜리메이터가 있다.

상기 바늘구멍형 콜리메이터{도 1(a)}는, 작은 촬영 대상을 확대 촬영하기 위해 사용된다. 평행다공형 콜리메이터{도 1(b)}는 가장 널리 사용되는 콜리메이터로 수직으로 입사된 방사선만을 취해서 영상화하며, 확대나 축소는 없다. 확산형 콜리메이터{도 1(c)}는 넓은 촬영 범위를 작은 검출기로 촬영할 수 있으며, 검출기 뒤에 특정한 초점을 지니고 있다. 초점형 콜리메이터{도 1(d)}는 특정 거리에 초점이 존재하는 콜리메이터로 초점 내부의 영역만 촬영 가능하며, 확대 촬영이 가능하다.

그리고, 각각의 상기 콜리메이터들은 사용하고자 하는 용도가 모두 다르지만 민감도가 낮다는 문제는 공통적으로 가지고 있다. 또한, 민감도를 향상시키기 위해서 초점형 콜리메이터가 도입되었지만 특정 거리의 영역에 따른 초점이 고정되어 사용되는 초점을 변경하고자 할때마다 다른 초점을 지닌 콜리메이터를 사용해야 하는 문제가 발생한다.

또한, 종래에는 사용하고자 하는 용도에 따라 각각의 콜리메이터를 사용해야 하기 때문에 경제성 및 범용성이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 종래에는 용도에 따라 각기 다른 콜리메이터가 개발되어 사용되었는바, 촬영 대상의 위치 및 범위, 확대 등의 촬영 목적에 따라 다른 콜리메이터를 사용하였으며, 촬영 목적이 달라질 경우 콜리메이터를 교체하거나 새로 개발하여 사용하였다.

아울러, 종래 콜리메이터를 사용하는 검출기의 가장 큰 문제점은 민감도가 매우 낮다는 것이다. 결국, 전술한 바와 같은 제반문제점의 해결을 위한 콜리메이터의 연구개발이 절실하다.

(문헌 1) 대한민국 등록특허 제10-1911425호(등록일자 : 2018.10.18.) (문헌 2) 대한민국 등록특허 제10-1806954호(등록일자 : 2017.12.04.) (문헌 3) 대한민국 등록특허 제10-1259935호(등록일자 : 2013.04.25.) (문헌 4) 대한민국 등록특허 제10-0872142호(등록일자 : 2008.11.28.) (문헌 5) 대한민국 등록실용신안 제20-0120646호(등록일자 : 1998.04.07.)

본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 콜리메이터 장치로 기존 바늘구멍형, 평행다공형, 확산형 및 초점형의 콜리메이터에서 실행되는 촬영이 가능할 뿐만 아니라, 뛰어난 민감도를 확보할 수 있어 경제성, 기능성 및 범용성을 향상시킬 수 있도록 하는 초점 가변형 멀티 콜리메이터를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 섬광체(crystal)의 전방에 구비되어 방사선의 방향성을 컨트롤하기 위한 콜리메이터로서, 촬영 대상의 위치에 따라 방사선의 초점을 가변시키도록 구성되는 초점 가변수단; 및 상기 초점 가변수단을 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초점 가변수단은, 일정 간격을 갖고 배치되고 각도 조절이 가능한 복수의 판상 틸팅 부재가 두 개의 층으로 이루어지되, 상기 두 개의 층은 서로 교차되는 배치구조를 가진다.

더하여, 상기 초점 가변수단은, 평면에 대하여 일방향으로 배치되며, 길이방향을 축으로 회동하여 각도조절되도록 구성되는 제1 초점 가변수단, 및 상기 제1 초점 가변수단의 전방 측에 구비되되 상기 일방향과 직교하는 타방향으로 배치되며, 길이방향을 축으로 회동하여 각도조절되도록 구성되는 제2 초점 가변수단을 포함한다.

또한, 상기 제1 초점 가변수단은, 소정 간격을 갖고 배열되고, 길이방향을 축으로 하여 회동가능하게 구비되는 복수의 제1 판상 틸팅 부재, 및 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재 각각을 개별 회동 구동시키기 위한 제1 회전구동유닛을 포함하며, 상기 제2 초점 가변수단은, 소정 간격을 갖고 배열되고, 길이방향을 축으로 하여 회동가능하게 구비되는 복수의 제2 판상 틸팅 부재, 및 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재 각각을 개별 회동 구동시키기 위한 제2 회전구동유닛을 포함한다.

더하여, 상기 판상 틸팅 부재는, 납 또는 텅스텐 재질로 이루어진다.

또한, 상기 제어부는, 촬영 대상 또는 촬영 목적에 따라 상기 제1 회동구동유닛 및 제2 회동구동유닛을 선택 제어하도록 구성된다.

더하여, 상기 제어부는, 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재와 복수의 제2 판상 틸팅 부재 각각이 미리 설정된 각도로 조절되도록 상기 제1 회동구동유닛과 제2 회동구동유닛을 제어하는 자동 설정 모드를 선택하는 복수의 자동모드 선택 버튼과, 사용자가 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재와 복수의 제2 판상 틸팅 부재 각각에 대하여 각도 조절을 수동 조절할 수 있도록 상기 제1 회동구동유닛과 제2 회동구동유닛 각각의 구동 모터를 개별적으로 수동 제어하는 수동조작 선택 버튼을 포함한다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명의 초점 가변형 멀티 콜리메이터는, 하나의 콜리메이터 장치로 기존의 바늘구멍형 콜리메이터, 평행다공형 콜리메이터, 확산형 콜리메이터 및 초점형 콜리메이터에서 실행되는 기능을 구현할 수 있는 효과를 가져다준다.

또한, 보다 다양한 기능을 가지면서도 뛰어난 민감도를 확보할 수 있어 경제성, 기능성 및 범용성을 향상시킬 수 있고, 모든 방사선을 검출하여 영상화하는 시스템에 적용할 수 있으며, 평면 영상획득시 사용할 뿐만 아니라 단층 촬영에서 검출기의 회전에 따른 촬영 대상의 위치 변경에 따라 초점이 변경되는 방식을 적용할 경우 매우 높은 민감도를 달성할 수 있는 효과를 나타낸다.

이와 함께, 민감도 향상을 통해 촬영 시간을 획기적으로 단축할 수 있고, 의료 장비에 도입할 경우 환자에게 주입하는 선량을 감소시킬 수 있어 환자의 방사선량을 감소시켜 환자의 생명과 안전을 도모할 수 있는 효과가 있으며, 평면 영상에서도 다 초점을 적용하여 부분적인 깊이 정보를 획득하여 보다 많은 정보로 촬영 대상의 분석을 용이하게 할 수 있는 등, 이러한 각종 효과의 달성으로 관련산업의 발전 및 활성화에 크게 기여할 수 있는 아주 유용한 발명이다.

도 1(a)(b)(c)(d)는 일반적인 콜리메이터의 종류를 개략적으로 나타낸 구성도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 초점 가변형 멀티 콜리메이터를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 주요 구성부를 3차원적으로 모델링하여 나타낸 사시도와 평면도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

첨부도면 중 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 초점 가변형 멀티 콜리메이터를 개략적으로 나타낸 구성도로서, 주요 구성부를 3차원적으로 모델링하여 나타낸 사시도와 평면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초점 가변형 멀티 콜리메이터는, 섬광체(crystal)(100)의 전방에 구비되어 감마선이나 X선과 같은 방사선의 방향성을 컨트롤하기 위한 콜리메이터로서, 촬영 대상의 위치에 따라 방사선의 초점을 가변시키도록 구성되는 초점 가변수단(200, 300), 및 상기 초점 가변수단(200, 300)을 제어하기 위한 제어부(400)를 포함한다.

상기 초점 가변수단(200, 300)은, 평면에 대하여 일방향(X축 방향)으로 배치되며, 길이방향을 축으로 하여 회동하여 각도조절되도록 구성되어 방사선의 방향성을 제어하는 제1 초점 가변수단(200), 및 상기 제1 초점 가변수단(200)의 전방에 구비되고, 상기 일방향과 직교하는 타방향(Y축 방향)으로 배치되며, 길이방향을 축으로 하여 회동하여 각도조절되도록 구성되어 방사선의 방향성을 제어하는 제2 초점 가변수단(300)을 포함한다.

상기 제1 초점 가변수단(200)은, 평면에 대하여 일방향(X축 방향)으로 소정 간격을 갖고 배열되고, 길이방향을 축으로 하여 회동가능하게 구비되는 복수의 제1 판상 틸팅 부재(210), 및 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재(210) 각각을 개별 회동 구동시키기 위한 제1 회전구동유닛(220)을 포함한다.

상기 제1 판상 틸팅 부재(210)는, 납 또는 텅스텐 등의 재질로 이루어지는 판형 구조체, 즉 납판 또는 텅스텐판으로 이루어진다.

상기 제1 회전구동유닛(220)은, 회전 구동 모터의 회전 구동력을 전달하여 상기 제1 판상 틸팅 부재(210)인 납판 또는 텅스텐판이 그 길이방향의 일측(중심축 또는 단부측)을 축으로 회동되도록 한다. 이때, 상기 구동 모터의 회전 구동력은 다양한 기어트레인(gear train)의 동력전달 매개수단을 통해 동력전달되도록 이루어질 수 있다.

상기 제2 초점 가변수단(300)은, 상기 제1 판상 틸팅 부재(210)들의 전방에서 평면에 대하여 타방향, 즉 X축 방향과 평면적으로 직교되는 Y축 방향으로 소정 간격을 갖고 배열되고, 길이방향을 축으로 하여 회동가능하게 구비되는 복수의 제2 판상 틸팅 부재(310), 및 상기 복수의 제2 판상 틸팅 부재(310) 각각을 개별 회동 구동시키기 위한 제2 회전구동유닛(320)을 포함한다.

상기 제2 판상 틸팅 부재(310)는, 납 또는 텅스텐 등의 재질로 이루어지는 판형 구조체, 즉 납판 또는 텅스텐판으로 이루어진다.

상기 제2 회전구동유닛(320)은, 회전 구동 모터의 회전 구동력을 전달하여 상기 제2 판상 틸팅 부재(310)인 납판 또는 텅스텐판이 그 길이방향의 일측(중심축 또는 단부측)을 축으로 회동되도록 한다. 이때, 상기 구동 모터의 회전 구동력은 다양한 기어트레인(gear train)의 동력전달 매개수단을 통해 동력전달되도록 이루어질 수 있다.

제어부(400)는, 촬영 대상 및/또는 촬영 목적에 따라 상기 제1 회동구동유닛(220) 및 제2 회동구동유닛(320)을 선택 구동시키도록 이루어질 수 있고, 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재(210)와 복수의 제2 판상 틸팅 부재(310) 각각이 미리 설정된 각도로 조절되도록 상기 제1 회동구동유닛(220)과 제2 회동구동유닛(320)을 제어하는 자동 설정 모드를 선택하는 복수의 자동모드 선택 버튼(또는 자동모드 선택 스위치), 및 사용자가 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재(210)와 복수의 제2 판상 틸팅 부재(310) 각각에 대하여 각도 조절을 수동 조절할 수 있도록 상기 제1 회동구동유닛(220) 및 제2 회동구동유닛(320)의 구동 모터(구동원)을 개별적으로 수동 제어할 수 있는 수동조작 선택 버튼(수동조작 선택 스위치)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기와 같은 구성으로 되는 본 발명에 따른 초점 가변형 멀티 콜리메이터의 작용을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 초점 가변형 멀티 콜리메이터는, X축과 Y축으로 복수의 제1 및 제2 판상 틸팅 부재(210, 310)를 구성하고, 촬영 대상의 위치에 맞게 제1 및 제2 판형 틸팅 부재의 각도를 조절하여 초점을 변경하게 된다.

상기 제1 및 제2 판상 틸팅 부재(210, 310) 각각은, 개별적으로 각도 조절이 가능하며, 촬영 대상의 위치에 따라 모든 판상 틸팅 부재(210, 310)의 각도는 개별적으로 달라지게 된다.

또한, 본 발명은 촬영 대상이 하나가 아닐 경우, 제1 및 제2 판상 틸팅 부재(210, 310)는 개별적으로 각도 조절이 가능하므로 촬영 대상의 위치에 따라 여러 개의 초점을 형성할 수도 있다.

더하여, 본 발명은 깊이 방향으로 촬영 대상이 존재할 경우, 중심과 외곽 부분의 판상 틸팅 부재(210, 310)의 각도 조절을 통해 부분적인 깊이 정보를 획득할 수 있다.

구체적으로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 촬영 대상이 검출기 중심에 위치할 경우 두 층으로 구성된 제1 및 제2 판상 틸팅 부재(210, 310)를 개별적으로 각도 조절하여 초점을 형성한 경우이다. 외곽 부분에 촬영 대상이 존재할 경우 각 판상 틸팅 부재(210, 310)들은 서로 다른 각도로 변경이 가능하여 촬영 대상이 어느 위치에 존재하더라도 초점을 형성할 수 있어, 획기적으로 민감도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 초점 가변형 멀티 콜리메이터는, 예를 들면 원자력 발전소 감시 시스템, 사람들이 운집하는 장소의 감시 시스템, 방사선을 사용하는 의료기기의 검출 시스템과 같이 방사선을 검출하여 영상화하는 모든 분야에 적용될 수 있다.

이러한 본 발명의 초점 가변형 멀티 콜리메이터는, 촬영 대상의 위치 및 범위, 확대 등의 촬영 목적과 용도에 따라 다른 콜리메이터를 사용해야 하는 점, 촬영 목적이 달라질 경우 콜리메이터를 교체하거나 새로 개발하여 사용해야 하는 점, 종래 콜리메이터를 사용하는 검출기는 매우 낮은 민감도를 갖는 점을 해결할 수 있는 것으로, 본 발명의 초점 가변형 멀티 콜리메이터를 사용함으로써 이러한 문제점 모두를 해결할 수 있다. 다시 말해, 본 발명은 콜리메이터의 교체가 필요 없으며, 민감도의 획기적인 향상을 통해 영상 획득이 가능하므로, 다양한 분야에서 사용될 수 있다.

정리하여, 본 발명에 따른 초점 가변형 멀티 콜리메이터에 의하면, 하나의 콜리메이터 장치로 기존의 바늘구멍형 콜리메이터, 평행다공형 콜리메이터, 확산형 콜리메이터 및 초점형 콜리메이터에서 실행되는 기능을 구현할 수 있고, 다양한 기능을 가지면서도 뛰어난 민감도를 확보할 수 있어 경제성, 기능성 및 범용성 향상의 효과를 거둘 수 있다.

또한, 모든 방사선을 검출하여 영상화하는 시스템에 적용할 수 있고, 평면 영상획득시 사용할 뿐만 아니라 단층 촬영에서 검출기의 회전에 따른 촬영 대상의 위치 변경에 따라 초점이 변경되는 방식을 적용할 경우 매우 높은 민감도 달성의 효과를 거둘 수 있다.

이와 함께, 민감도 향상을 통해 촬영 시간을 획기적으로 단축할 수 있고, 의료 장비에 도입할 경우 환자에게 주입하는 선량을 감소시킬 수 있어 환자의 방사선량을 감소시켜 환자의 생명과 안전을 도모할 수 있으며, 평면 영상에서도 다 초점을 적용하여 부분적인 깊이 정보를 획득하여, 보다 많은 정보로 촬영 대상의 분석이 용이토록 하는 효과를 거둘 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정과 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 섬광체, 200 : 제1 초점 가변수단
210 : 제1 판상 틸팅 부재, 220 : 제1 회전구동유닛
300 : 제2 초점 가변수단, 310 : 제2 판상 틸팅 부재
320 : 제2 회전구동유닛, 400 : 제어부

Claims (7)

1. 섬광체(crystal)의 전방에 구비되어 방사선의 방향성을 컨트롤하기 위한 콜리메이터로서,
   촬영 대상의 위치에 따라 방사선의 초점을 가변시키도록 구성되는 초점 가변수단; 및,
   상기 초점 가변수단을 제어하기 위한 제어부;를 포함하고,
   상기 초점 가변수단은, 일정 간격을 갖고 배치되고 각도 조절이 가능한 복수의 판상 틸팅 부재가 두 개의 층으로 이루어지되, 상기 두 개의 층은 서로 교차되는 배치구조를 갖고 이루어지고,
   상기 초점 가변수단은, 평면에 대하여 일방향으로 배치되며, 길이방향을 축으로 회동하여 각도조절되도록 구성되는 제1 초점 가변수단, 및 상기 제1 초점 가변수단의 전방 측에 구비되되 상기 일방향과 직교하는 타방향으로 배치되며, 길이방향을 축으로 회동하여 각도조절되도록 구성되는 제2 초점 가변수단을 포함하고,
   상기 제1 초점 가변수단은, 소정 간격을 갖고 배열되고, 길이방향을 축으로 하여 회동가능하게 구비되는 복수의 제1 판상 틸팅 부재, 및 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재 각각을 개별 회동 구동시키기 위한 제1 회전구동유닛을 포함하고,
   상기 제2 초점 가변수단은, 소정 간격을 갖고 배열되고, 길이방향을 축으로 하여 회동가능하게 구비되는 복수의 제2 판상 틸팅 부재, 및 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재 각각을 개별 회동 구동시키기 위한 제2 회전구동유닛을 포함하며,
   상기 제어부는, 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재와 복수의 제2 판상 틸팅 부재 각각이 미리 설정된 각도로 조절되도록 상기 제1 회전구동유닛과 제2 회전구동유닛을 제어하는 자동 설정 모드를 선택하는 복수의 자동모드 선택 버튼, 및 사용자가 상기 복수의 제1 판상 틸팅 부재와 복수의 제2 판상 틸팅 부재 각각에 대하여 각도 조절을 수동 조절할 수 있도록 상기 제1 회전구동유닛과 제2 회전구동유닛 각각의 구동 모터를 개별적으로 수동 제어하는 수동조작 선택 버튼을 포함함을 특징으로 하는 초점 가변형 멀티 콜리메이터.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 판상 틸팅 부재는, 납 또는 텅스텐 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 초점 가변형 멀티 콜리메이터.
6. 삭제
7. 삭제

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