KR20060098453A

KR20060098453A - 엑스선 감지액정소자를 쓴 조사량이 낮은 엑스선 검출방법과 그 장치

Info

Publication number: KR20060098453A
Application number: KR1020050017544A
Authority: KR
Inventors: 노봉규
Original assignee: 세심광전자기술(주)
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2006-09-19

Abstract

본 발명은 X선 감지액정소자를 사용하여 X선 조사량을 줄인 장치와 그 방법에 관한 것이다. X선 감지액정소자는 광도전층과 액정층이 직렬로 연결된 구조로, 두 층에는 바이어스 전압을 걸어준다. X선이 광도전층에 조사되면 광도전층의 저항이 낮아져, 액정층에 걸린 전압이 달라진다. X선 감지액정소자는 액정층을 지나온 반사광의 밝기분포를 재서, 이로부터 입사되는 X선의 강도를 알아낸다. 종래에는 바이어스전압파형과 X선이 각각 독립적으로 작동하였다. 액정소자에는 구형파의 바이어스전압파형을 인가하고, 광도전층에 X선을 조사하였다. X선을 조사한 후, 액정의 응답시간을 고려하여 일정시간이 지난 다음 반사광을 쟀다. 종래에는 액정이 응답하는 동안에 계속해서 X선을 조사하므로 피폭량이 많았다. 본 발명에서는 X선을 듀티비(duty ratio)가 있는 펄스파 형태로 연속 조사하면서, X선이 조사되는 기간과 동기 되어 액정소자의 바이어스전압 파형을 구동하였다. 그 결과 종래에 비하여 듀티비율 만큼 X선의 조사량을 줄일 수 있었다. 본 발명은 X선 조사량이 낮은 것이 요구되는 의료용으로 적합하다.

X선, 액정소자, 동기, 조사량, 응답시간

Description

엑스선 감지액정소자를 쓴 조사량이 낮은 엑스선 검출방법과 그 장치 {Low Dose X-Ray Detection Method Using Liquid Crystal Device and Its Apparatus}

도1은 X선 감지액정소자를 쓴 X선 검출장치의 개략도이다.

도2는 종래의 X선 감지액정소자의 한 예의 단면도이다.

도3은 X선 감지액정소자의 등가회로도이다.

도4는 종래의 X선 감지액정소자의 작동의 한 예이다.

도5는 본 발명의 X선 감지액정소자의 작동의 한 예이다.

도6은 본 발명의 X선 감지액정소자의 작동의 한 예이다.

도7은 액정소자의 전기광학곡선을 나타낸다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : X선 감지액정소자 101 : 하유리기판 102 : 상유리기판

103 :광도전층 바이어스전극 104 : 액정층 바이어스전극

105 : 광도전층 106 : 액정층 107 : 유전체 반사막

200 : 광원부 201 : 편광빔분할기 300 : X선 발생부

400 : 검출부

본 발명은 X선 감지액정소자를 사용하여 X선 조사량을 줄인 장치와 그 방법에 관한 것이다.

제1도는 액정소자를 쓴 X선 검출장치의 개략도이다. X선 발생부(300)에서 나온 X선은 X선 감지액정소자(100)에 입사된다. X선 감지액정소자(100)는 광도전층과 액정층이 직렬로 연결된 구조로, 두 층에는 바이어스 전압이 걸린다. X선이 광도전층에 조사되면 광도전층의 저항이 낮아져, 액정층에 걸린 전압이 달라진다. X선 액정감지소자에는 반사막을 두어 반사형으로 만든다. 광원부(200)에서 나온 빛은 편광빔분할기(201)에서 특정 편광 성분의 빛만이 반사되어 X선 감지액정소자(100)에 입사한다. 입사된 빛은 액정층을 지나 반사되어 다시 액정층을 지나면서 편광상태가 달라진다. 편광상태가 달라진 빛은 편광빔분할기(201)를 투과하면서, 편광상태에 따라서 빛의 밝기가 달라진 다음 검출부(400)로 들어간다. 검출부는 빛의 밝기분포를 재서, 이로부터 X선의 강도분포를 알아낸다.

도2는 종래의 X선 감지액정소자의 한 예의 단면도이다. 하유리기판(101)에는 광도전층 바이어스전극(103)과 광도전층(105)이 형성되어 있고, 광도전층 위에는 유전체 반사막(107)이 있다. 상유리기판(102)에는 액정층 바이어스전극(104)이 형성되어 있다. 각각의 막들이 형성된 두 유리기판을 합착한 다음 액정을 주입하여 도2와 같은 구조의 X선 감지액정소자를 만든다. 광원부에서 나와 편광빔분할기에서 반사되어 액정층에 들어온 빛은 유전체 반사막(109)에서 반사된다. 도3은 X선 감지액정소자의 등가회로도이다. 두 바이어스전극(104, 103) 사이에 액정층과 광도전층 이 직렬로 연결된 구조이다. 각각의 층은 축전기(C ; Capacitor)와 저항(R ; Resistance)이 병렬로 연결된 구조이다. 액정층은 L로, 광도전층은 X로 표기하였다. 액정층과 광도전층의 임피던스를 각각 Z_L과 Z_X 라고하면 액정층에 걸리는 전압은 아래 식과 같다.

비저항이 ρ, 유전율 상수가 ε, 두께가 d, 면적이 A인 유전체의 저항(R)과 축적용량(C)은 아래 식으로 구할 수 있다.

액정층은 비저항이 보통 10¹¹Ω-cm 이상이고, 유전율상수는 4 ∼ 20 이다. 광도전층은 종류가 다양하다. 가장 많이 쓰이는 재질은 비정질 셀레늄(amorphous selenium)과 비정질 규소(amorphous silicon)와 다결정 CdZnTe 그리고 다결정 PbI₂ 등이다. 광도전층은 비저항이 보통 10⁸Ω-cm 이상이고, 유전율상수는 6 ~ 15이다. 비정질 규소막과 다결정 CdZnTe막은 비저항이 10⁸ ~ 10¹⁰Ω-cm 낮고, 비정질 셀레늄막이나 다결정 PbI₂막은 비저항이 10¹¹Ω-cm 이상이다. 비정질 규소와 비정질 셀레늄의 유전상수는 각각 11과 7 정도이다. 광도전층(105)에 X선이 들어오면, X선의 강도에 따라서 광도전층에서 생기는 전자(electron)와 정공(hole)의 수가 달라지므로 광도전층의 임피던스가 변한다. 광도전층의 임피던스의 변화로 액정층에 걸리는 전압이 달라지고, 이에 따라서 X선 액정감지소자에서 반사되는 빛의 강도 분포가 X선의 분포에 따라서 달라진다. X선 액정감지소자에서 반사되는 빛의 강도분포를 재서 이로부터 X선의 강도 분포를 알 수 있다.

종래에는 바이어스전압파형과 X선이 각각 독립적으로 작동하였다. 액정소자에는 구형파의 바이어스전압파형을 인가하고, 광도전층에 X선을 조사하였다. X선을 조사한 후, 액정의 응답시간을 고려하여 일정시간이 지난 다음 반사광을 쟀다. 종래에는 액정이 응답하는 동안에 계속해서 X선을 조사하므로 피폭량이 많았다. 도4는 종래의 X선 감지액정소자의 작동의 한 예이다. X선이 조사되는 시간을 기준으로 하였다. t1 기간 동안에 X선을 일정한 양으로 조사하였고, 이때 바이어스 전압은 임의의 주파수를 갖는 구형파를 걸어 주었다. 액정의 응답시간(response time)을 고려하여 측정신호가 ON 되면 검출부에서 CCD등과 같은 영상촬영 소자로 반사광을 쟀다.

X선이 액정의 응답시간의 범위 안에서 일정량 나오므로, X선 조사량이 많았다. 혈관촬영이나 심장촬영과 같이 오랜 시간동안 X선을 조사하는 경우에는, 피폭량이 많아, 원하는 시간만큼 충분히 촬영하지 못하였다.

본 발명에서는 X선을 듀티비(duty ratio)가 있는 펄스파 형태로 연속 조사하면서, X선이 조사되는 기간과 동기 되어 액정소자의 바이어스전압 파형을 구동하였다. 도5는 본 발명의 X선 감지액정소자의 작동의 한 예이다. X선이 조사되는 시간을 기준으로 하였다. t1 기간 동안에 X선을 듀티비를 갖는 펄스파형태로 조사하였다. 바이어스 전압의 파형은 X선이 조사되는 기간에는 V1 전압이 걸리고, X선이 조사되지 않는 기간에는 V1보다 낮은 V2 전압이 걸리게 하였다. 액정의 응답시간(response time)을 고려하여 측정신호가 ON 되면 검출부에서 CCD등과 같은 영상촬영 소자로 반사광을 쟀다. 도6은 본 발명의 X선 감지액정소자의 작동의 한 예이다. 도5와 차이는 X선이 조사되지 않았을 때의 바이어스전압이다. X선이 조사되지 않았을 때의 도5에서는 일정한 전압이 걸리지만, 도6에서는 바이어스전압은 0V이다.

도7은 액정소자의 전기광학특성을 나타낸 것이다. 문턱치전압(Vth) 이하에서는 액정층에 걸리는 전압이 달라지더라도 반사율 변화가 없다. 따라서 X선이 광도전층에 들어오지 않은 상태에서 액정층에 문턱치전압(Vth) 이상이 걸려있어야, X선이 조사될 때 액정소자의 반사율이 변한다. X선이 조사되지 않았을 때를 기준으로, 가장 강도가 큰 X선이 조사될 때의 광도전층의 임피던스가 30%로 변한다고 가정한다. 액정의 문턱치전압(Vth)이 1.6V이고, 액정의 포화전압(Vsat)이 6.0V라고 가정한다. 액정의 임피던스를 1로 한다. X선이 조사되지 안았을 때의 광도전층의 임피던스를 10이라고 하면, X선이 최대로 들어왔을 때의 광도전층은 임피던스가 30%로 떨어지므로 3이 된다. X선이 조사되지 않았을 때의 액정층에 걸린 전압이 Vth이어야하므로, 수학식 1로부터 종래의 바이어스 전압파형의 진폭은 11Vth 임을 알 수 있고, X선이 가장 강하게 조사했을 때의 액정층의 전압은 2.75Vth이다.

도6에서 X선이 조사되는 기간은 1%이고, 나머지 99%는 X선이 조사되지 않는다고 가정한다. 이러한 경우 듀티비(duty ratio; 전체기간/X선이 조사되는 기간)를 100이라고 한다. 액정은 RMS(Root Means Square) 전압에 반응하므로, 종래와 같이 X선이 조사되지 않았을 때, 액정층에 걸리는 전압이 RMS로 문턱치전압(Vth)이어야한다. (참고문헌 "LCD Engineering" 성안당)

듀티비가 n이었을 때의 도6과 같이 구동하는 바이어스전압의 진폭은 다음과 같다.

Z _L : 액정층 임피던스

Z _X :X선이 없는 광도전층 임피던스

X선이 조사되지 않았을 때를 기준으로, 가장 강도가 큰 X선이 조사될 때의 광도전층의 임피던스가 30%로 변한다고 가정한다. 액정의 문턱치전압(Vth)이 1.6V이고, 액정의 포화전압(Vsat)이 6.0V라고 가정한다. 액정의 임피던스를 1로 한다. X선이 조사되지 안았을 때의 광도전층의 임피던스를 10이라고 하면, X선이 최대로 들어왔을 때의 광도전층은 임피던스가 30%로 떨어지므로 3이 된다. X선이 조사되지 않았을 때의 액정층에 걸린 RMS 전압이 Vth이어야하므로, 수학식3에서 바이어스 전압파형의 진폭은 110Vth 임을 알 수 있고, X선이 가장 강하게 조사했을 때의 액정층의 전압은 2.75Vth이다. 액정층이 받는 RMS 전압은 종래와 동일한 것을 알 수 있다.

본 발명에서는 X선을 듀티비(duty ratio)가 있는 펄스파 형태로 연속 조사하면서, X선이 조사되는 기간과 동기 되어 액정소자의 바이어스전압 파형을 구동하였다. 그 결과 X선의 조사량을 종래에 비하여 듀티비율 줄일 수 있었다. 본 발명은 X선 조사량이 낮은 것이 요구되는 의료용으로 적합하다.

Claims

바이어스 전극(103,104) 사이에 광도전층(105)과 액정층(106)이 형성되어 있고, 광도전층에 X선이 듀티비(duty ratio)를 갖는 연속하는 펄스파 형태로 조사되고, 바이어스 전압파형이 X선이 조사되는 기간과 동기 되어 구동하는 것을 특징으로 하는 X선 감지장치.
제1항에 있어서 광도전층(105)이 비정질 규소이거나 또는 비정질 Se인 것을 특징으로 하는 X선 감지장치
제1항에 있어서 X선 펄스파의 듀티비(duty ratio)가 100이상인 것을 특징으로 하는 X선 감지장치.
제1항에 있어서 X선이 조사되는 기간에는 바이어스 전압파형의 진폭이, 조사되지 않는 기간에는 바이어스전압파형의 진폭보다 큰 것을 특징으로하는 X선 감지장치
바이어스 전극 사이에 광도전층(105)과 액정층(106)을 형성하고, X선이 연속하는 펄스파 형태로 조사하면서, X선이 조사되는 기간과 바이어스 전압파형이 동기되어 구동하는 것을 특징으로 하는 X선 감지방법.