KR20120061375A - 엑스레이 검출기 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 엑스레이 이미지 및 다크 이미지를 이용하여 엑스레이 촬영에 의하여 발생하는 이미지 래그를 정확하게 보상하는 엑스레이 검출기 및 엑스레이 검출기 구동방법을 제공한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 이미지 래그 보상의 정확도가 현저하게 증가하여, 엑스레이 촬영 대기시간을 대폭 단축시킬 수 있다.

Description

엑스레이 검출기 및 그 구동방법{A X-ray detector and a method for driving the same}
본 발명의 실시예들은 엑스레이 검출기 및 엑스레이 검출기 구동방법에 관한 것이다.
엑스레이(X-Ray)는 단파장으로 피사체를 쉽게 투과할 수 있으며, 상기 피사체 내부의 밀한 정도에 따라 엑스레이의 투과량이 결정된다. 즉, 상기 피사체의 내부 상태는 상기 피사체를 투과한 엑스레이의 투과량을 통해 간접적으로 관측될 수 있다.
엑스레이 검출기는 상기 피사체를 투과한 상기 엑스레이의 투과량을 검출하는 장치이다. 엑스레이 검출기는 상기 엑스레이의 투과량을 검출하여, 상기 피사체의 내부 상태를 디스플레이 장치를 통해 외부로 표시할 수 있다. 엑스레이 검출기는 일반적으로, 의료용 검사장치, 비파괴 검사장치 등으로 사용될 수 있다.
현재 엑스레이 검출기로서 필름을 사용하지 않는 디지털 방사선(Digital Radiography: 이하 DR) 방식을 이용하는 플랫 패널(flat panel) 디지털 방사선(DR) 방식이 널리 이용되고 있다.
본 발명의 실시예들은 엑스레이 검출기를 이용한 엑스레이 촬영 후 발생하는 이미지 래그를 효과적으로 보상하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예의 일 측면에 따르면, 입사광에 대응하는 전기적인 검출 신호를 생성하는 포토다이오드(photo diode) 및 상기 검출 신호를 전달하는 스위칭 소자를 포함하는 복수의 광감지 화소들; 상기 스위칭 소자를 턴 온시키는 게이트 펄스를 복수의 게이트 라인들을 통해 상기 스위칭 소자에 공급하는 게이트 드라이버; 및 상기 복수의 광감지 화소들로부터 상기 검출 신호를 리드아웃하는 리드아웃 집적회로를 포함하고, 상기 게이트 드라이버 및 상기 리드아웃 집적회로는, 엑스레이 노광에 따른 엑스레이 이미지의 리드아웃 이후에, 엑스레이 이미지로 인한 이미지 래그를 추정하기 위해 이용되는 다크 이미지를 리드아웃하도록 구성되는, 엑스레이 검출기가 제공된다.
상기 게이트 드라이버 및 상기 리드아웃 집적회로는, 상기 엑스레이 이미지의 리드아웃 이후에, 적어도 한번의 게이트 스캔을 수행한 후, 상기 다크 이미지를 리드아웃하도록 구성될 수 있다.
상기 엑스레이 검출기는, 상기 리드아웃 집적회로에서 출력된 상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지로부터 이미지 래그를 보정하여 엑스레이 촬영 이미지를 도출하는 신호 처리부를 더 포함하고, 상기 신호 처리부는, 상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지로부터 상기 엑스레이 노광에 의해 발생한 포토다이오드에서의 다이오드 신호레벨을 추정하고, 상기 추정된 다이오드 신호레벨을 이용하여 상기 엑스레이 이미지에 의해 발생한 이미지 래그를 추정할 수 있다.
상기 신호 처리부는, 게이트 스캔 횟수에 따른 다이오드 신호레벨의 디케이(decay) 경향을 나타내는 디케이 커브를 이용하여, 상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지로부터 상기 다이오드 신호레벨을 산출하는 다이오드 신호레벨 산출부; 게이트 스캔 횟수에 따른 이미지 래그 감소 경향을 나타내는 피팅 커브를 이용하여, 상기 다이오드 신호레벨로부터 상기 엑스레이 노광으로 인한 이미지 래그를 추정하는 이미지 래그 추정부; 및 상기 추정된 이미지 래그를 이용하여, 다음 엑스레이 촬영 시, 상기 엑스레이 노광으로 인한 이미지 래그를 보상하는 이미지 래그 보상부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 디케이 커브를 저장하는 디케이 커브 저장부; 및 상기 피팅 커브를 저장하는 피팅 커브 저장부를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 다이오드 신호레벨 산출부는, 상기 엑스레이 이미지가 신호 포화 레벨보다 작은 신호레벨을 갖는 경우, 상기 엑스레이 이미지의 신호레벨을 상기 다이오드 신호레벨로 산출하고, 상기 엑스레이 이미지가 상기 신호 포화 레벨을 갖는 경우, 상기 다크 이미지의 신호레벨을 상기 디케이 커브에 대응시켜, 상기 엑스레이 노광에 의해 발생한 다이오드 신호레벨을 추정함으로써 상기 다이오드 신호레벨을 산출할 수 있다.
상기 게이트 드라이버 및 리드아웃 집적회로는 상기 엑스레이 검출기를 엑스레이에 노광시키지 않고 상기 복수의 광감지 화소들로부터 리드아웃을 수행하여 오프셋 이미지를 획득하도록 더 구성되고, 상기 신호 처리부는, 상기 엑스레이 이미지로부터 상기 오프셋 이미지를 제거하는 오프셋 이미지 제거부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 디케이 커브 및 상기 피팅 커브는 광감지 화소에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 다른 측면에 따르면, 엑스레이 검출기를 엑스레이에 노광시키는 단계; 상기 엑스레이 노광으로 인해 발생한 엑스레이 이미지를 리드아웃하는 단계; 상기 엑스레이 이미지 리드아웃 이후에, 다크 이미지를 리드아웃하는 단계; 및 상기 엑스레이 이미지와 상기 다크 이미지를 이용하여, 이미지 래그를 추정하는 단계를 포함하는, 엑스레이 검출기 구동방법이 제공된다.
상기 엑스레이 검출기 구동방법은, 상기 엑스레이 이미지를 리드아웃한 이후에, 그리고 상기 다크 이미지를 리드아웃하기 전에, 적어도 한번의 게이트 스캔을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이미지 래그를 추정하는 단계는, 상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지로부터 상기 엑스레이 노광에 의해 발생한 포토다이오드에서의 다이오드 신호레벨을 추정하는 단계; 및 상기 추정된 다이오드 신호레벨을 이용하여 상기 엑스레이 이미지에 의해 발생한 이미지 래그를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 다이오드 신호레벨을 추정하는 단계는, 게이트 스캔 횟수에 따른 다이오드 신호레벨의 디케이(decay) 경향을 나타내는 디케이 커브를 이용하여, 상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지로부터 상기 다이오드 신호레벨을 산출하고, 상기 이미지 래그를 추정하는 단계는, 게이트 스캔 횟수에 따른 이미지 래그 감소 경향을 나타내는 피팅 커브를 이용하여, 상기 다이오드 신호레벨로부터 상기 엑스레이 노광으로 인한 이미지 래그를 추정하고, 상기 엑스레이 검출기 구동방법은, 상기 추정된 이미지 래그를 이용하여, 다음 엑스레이 촬영 시, 상기 엑스레이 노광으로 인한 이미지 래그를 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 다이오드 신호레벨을 추정하는 단계는, 상기 엑스레이 이미지가 신호 포화 레벨보다 작은 신호레벨을 갖는 경우, 상기 엑스레이 이미지의 신호레벨을 상기 다이오드 신호레벨로 산출하고, 상기 엑스레이 이미지가 상기 신호 포화 레벨을 갖는 경우, 상기 다크 이미지의 신호레벨을 상기 디케이 커브에 대응시켜, 상기 엑스레이 노광에 의해 발생한 다이오드 신호레벨을 추정함으로써 상기 다이오드 신호레벨을 산출할 수 있다.
상기 엑스레이 검출기를 엑스레이에 노광시키지 않고 상기 복수의 광감지 화소들로부터 리드아웃을 수행하여 오프셋 이미지를 획득하는 단계; 및 상기 엑스레이 이미지로부터 상기 오프셋 이미지를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 디케이 커브 및 상기 피팅 커브는 광감지 화소에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 엑스레이 검출기에서 신호 포화가 발생하더라도, 엑스레이 노광으로 인한 실제 포토다이오드의 신호 레벨을 알 수 있어, 잔상을 효과적으로 보상할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 이미지 래그 보상의 정확도가 높아짐으로 인하여, 엑스레이 검출기의 촬영 대기시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 시스템(1)을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 엑스레이 검출기(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 신호 검출부(160)의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 단위 광감지 화소(P)의 단면도이다.
도 5는 엑스레이 노광 이후에, 포토다이오드(PD)에서 발생하는 전하 트랩 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 엑스레이 노광 이후, 이미지 래그 보상을 위한 피팅 커브를 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 시간에 따른 리드아웃 신호레벨 및 다이오드 신호레벨을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기 구동방법을 설명하는 타이밍도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 래그 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 신호 처리부(300)의 구조를 나타낸 도면이다.
하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출 시스템(1)을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 엑스레이 검출 시스템(1)은 에너지원(10), 엑스레이 검출기(100), 제어부(200), 신호 처리부(300) 및 디스플레이 장치(400)를 포함한다.
상기 에너지원(10)은 피사체(20)를 향해 엑스레이(X-ray) 등의 방사선을 조사하는 방사선 조사 수단이다.
상기 엑스레이 검출기(100)는 플랫 패널 내에 엑스레이를 감지하기 위한 복수의 광감지 화소를 구비한다. 상기 엑스레이 검출기(100)는 상기 피사체(20)를 투과한 엑스레이의 투과량을 검출할 수 있는 복수의 포토다이오드들과 스위칭 소자들을 포함한다. 상기 포토다이오드에 리버스 바이어스(reverse bias)가 인가된 상태에서 엑스레이가 상기 포토다이오드로 인가되면, 엑스레이의 투과량에 대응되는 전기적인 검출 신호가 각 포토다이오드 내에 발생된다. 이러한 검출 신호는 데이터 라인을 통해 리드아웃되어 리드아웃 집적회로로 입력된다.
상기 엑스레이 검출기(100)는 엑스레이 비조사시 오프셋 이미지 획득을 위한 오프셋 리드아웃 및 엑스레이 조사 시 엑스레이 이미지 획득을 위한 엑스레이 리드아웃을 수행한다. 또한, 상기 엑스레이 검출기(100)는 상기 오프셋 리드아웃에 앞서 스크러빙에 의한 오프셋 조정을 수행하고, 상기 엑스레이 리드아웃에 앞서 스크러빙에 의한 신호 초기화를 수행한다. 상기 스크러빙 시 게이트 스캔은 적어도 2회 이상 수행할 수 있다.
상기 제어부(200)는 오프셋 보정된 엑스레이 이미지를 형성하기 위해 상기 에너지원(10), 상기 엑스레이 검출기(100), 및 디스플레이 장치(400)의 동작을 제어한다. 상기 제어부(200)는 상기 에너지원(10)의 엑스레이 조사 시기 및 조사 시간을 제어한다. 또한, 상기 제어부(200)는 상기 엑스레이 검출기(100)의 오프셋 이미지를 획득하기 위한 구동 시퀀스 및 엑스레이 이미지를 획득하기 위한 구동 시퀀스를 제어한다.
상기 신호 처리부(300)는 상기 엑스레이 검출기(100)로부터 출력되는 검출 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 신호 처리부(300)는 상기 디지털 신호로부터 오프셋 이미지와 엑스레이 이미지를 생성한다. 상기 신호 처리부(300)는 상기 엑스레이 이미지로부터 엑스레이 조사 전에 생성된 오프셋 이미지를 감산하여 오프셋 보정된 엑스레이 촬영 이미지를 생성한다.
상기 디스플레이 장치(400)는 상기 오프셋 보정된 엑스레이 촬영 이미지를 표시한다. 상기 디스플레이 장치(400)는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD), 유기 발광 표시 장치, 플라스마 표시 장치 등으로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 엑스레이 검출기(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 신호 검출부(160)의 구성을 도시한 도면이다.
엑스레이 검출기(100)는 화소부(110), 바이어스 드라이버(120), 게이트 드라이버(130), 리드아웃 집적회로(150), 및 타이밍 제어부(180)를 포함한다. 리드아웃 집적회로(150)는 신호 검출부(160) 및 멀티플렉서(170)를 포함한다.
상기 화소부(110)는 에너지원(10)으로부터 방출된 엑스레이를 감지하고, 감지된 신호를 광전 변환하여 전기적인 검출 신호로 출력한다. 화소부(110)는 복수의 게이트 라인(GL)들과 복수의 데이터 라인(DL)들이 교차하는 지점 근처에 매트릭스 형태로 배열된 복수의 광감지 화소(P)들을 구비한다. 상기 복수의 게이트 라인(GL)들과 복수의 데이터 라인(DL)들은 서로 거의 직교하도록 배치될 수 있다. 도 2는 4행 4열로 배치된 16개의 광감지 화소(P)들을 일예로서 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 광감지 화소(P)들의 개수는 다양하게 선택될 수 있다.
상기 광감지 화소(P) 각각은 엑스레이를 감지하여 검출 신호, 예를 들어 광검출 전압을 출력하는 포토다이오드(PD)와, 포토다이오드(PD)로부터 출력된 검출 신호를 게이트 펄스에 응답하여 전달하는 스위칭 소자(Tr)를 구비하며, 상기 스위칭 소자(Tr)는 예를 들면 트랜지스터일 수 있다. 이하 상기 스위칭 소자(Tr)가 트랜지스터(Tr)인 실시예를 중심으로 설명한다.
상기 포토다이오드(PD)는 에너지원(10)으로부터 방출된 엑스레이를 감지하고, 감지된 신호를 상기 검출 신호로써 출력한다. 상기 포토다이오드(PD)는 광전 효과에 의해 입사된 광을 전기적인 검출 신호로 변환하는 소자로서, 예를 들면 PIN다이오드일 수 있다. 상기 포토다이오드(PD)의 제1전극은 트랜지스터(Tr)의 제1 전극에 전기적으로 연결되고, 제2전극은 바이어스 전압이 인가되는 바이어스 라인(BL)에 전기적으로 연결된다.
상기 트랜지스터(Tr)는 포토다이오드(PD)로부터 출력된 검출 신호를 전달하는 스위칭 소자이다. 상기 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극은 게이트 라인(GL)에 전기적으로 연결되고, 제2 전극은 데이터 라인(DL)을 통해서 리드아웃 집적회로(150)와 전기적으로 연결된다.
바이어스 드라이버(120)는 복수의 바이어스 라인(BL)들로 구동전압을 인가한다. 상기 바이어스 드라이버(120)는 상기 포토다이오드(PD)에 리버스 바이어스(reverse bias) 또는 포워드 바이어스(forward bias)를 선택적으로 인가할 수 있다.
게이트 드라이버(130)는 복수의 게이트 라인(GL)들로 게이트 온 전압 레벨을 갖는 게이트 펄스들을 순차적으로 인가한다. 게이트 온 전압 레벨은, 광감지 화소(P)들의 트랜지스터(Tr)들을 턴-온(turn-on)시키는 전압 레벨이다. 광감지 화소(P)들의 트랜지스터(Tr)들은 상기 게이트 펄스에 응답하여 턴-온된다.
상기 트랜지스터(Tr)가 턴-온되면, 상기 포토다이오드(PD)로부터 출력된 검출 신호가 트랜지스터(Tr), 및 데이터 라인(DL)을 통해서 상기 리드아웃 집적회로(150)로 입력된다. 상기 게이트 드라이버(130)는 IC 형태로 이루어져 상기 화소부(110)의 일 측에 실장되거나 박막 공정을 통해서 상기 화소부(110)와 같은 기판 상에 형성될 수 있다.
상기 리드아웃 집적회로(150)는 상기 게이트 펄스에 응답하여 턴-온된 트랜지스터(Tr)로부터 출력되는 상기 검출 신호를 리드아웃한다. 상기 리드아웃 집적회로(150)는 오프셋 이미지를 리드아웃하는 오프셋 리드아웃 구간, 엑스레이 노광 후의 검출 신호를 리드아웃하는 엑스레이 리드아웃 구간, 및 이미지 래그 보상을 위한 다크 이미지를 리드아웃하는 다크 리드아웃 구간에 광감지 화소(P)로부터 출력되는 검출 신호를 리드아웃한다.
리드아웃 집적회로(150)는 신호 검출부(160) 및 멀티플렉서(170)를 포함할 수 있다.
신호 검출부(160)는 복수의 데이터 라인(DL)들과 일대일 대응하는 복수의 증폭부를 포함하고, 각 증폭부는 증폭기(OP), 커패시터(CP) 및 리셋소자(SW)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 증폭기(OP)는 데이터 라인(DL)과 연결된 제1입력단, 기준전압(Vref)을 인가받는 제2입력단 및 출력단을 포함한다. 상기 기준전압(Vref)은 그라운드 전압일 수 있다. 상기 제1입력단은 상기 증폭기(OP)의 반전 입력일 수 있고, 상기 제2입력단은 상기 증폭기(OP)의 비반전 입력일 수 있다. 증폭기(OP)의 출력단에서 출력된 신호는 멀티플렉서(170)로 입력된다.
상기 커패시터(CP)의 일단은 상기 증폭기(OP)의 상기 제1입력단과 전기적으로 연결되고, 타단은 상기 증폭기(OP)의 상기 출력단과 전기적으로 연결된다.
상기 리셋소자(SW)는 상기 커패시터(CP)에 충전된 전압을 방전하여 상기 커패시터(CP)를 리셋시킨다. 상기 리셋소자(SW)는 상기 커패시터(CP)에 병렬로 연결되며, 일단은 상기 커패시터(CP)의 일단과 전기적으로 연결되고, 타단은 상기 커패시터(CP)의 타단과 전기적으로 연결된다. 상기 리셋소자(SW)는 상기 커패시터(CP)의 양단을 전기적으로 연결시킬 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 상기 스위치가 닫히면, 상기 커패시터(CP)의 양단은 서로 전기적으로 연결되고, 상기 커패시터(CP)의 양단에 충전된 전압이 방전된다. 상기 리셋소자(SW)의 스위치는 게이트 스캔 모드동안 닫혀, 데이터 라인(DL)을 방전시킨다.
상기 멀티플렉서(170)는 상기 신호 검출부(160)의 증폭기(OP)로부터 전압 신호를 수신하고, 순차적으로 신호 처리부(300)로 출력한다. 상기 멀티플렉서(170)는 각 증폭기(OP)에 대응하는 스위치들을 포함할 수 있다.
타이밍 제어부(180)는 게이트 드라이버(130)의 동작을 제어하기 위하여, 개시신호(STV) 및 클럭신호(CPV) 등을 생성하여 게이트 드라이버(130)로 출력한다. 또한 타이밍 제어부(180)는 리드아웃 집적회로(150)의 동작을 제어하기 위하여, 리드아웃 제어신호(ROC) 등을 생성하여 리드아웃 집적회로(150)로 출력한다.
도 4는 도 2의 단위 광감지 화소(P)의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 단위 광감지 화소(P)는 베이스 기판(411) 상에 형성된 트랜지스터(Tr) 및 포토다이오드(PD)를 포함한다. 상기 트랜지스터(Tr)는 게이트 전극(412a), 액티브 패턴(412b), 제1 전극(412c), 및 제2 전극(412d)을 포함할 수 있다. 상기 포토다이오드(PD)는 제1전극(414a), 광도전층(414b) 및 제2전극(414c)을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(411)은 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 베이스 기판(411)은 투명한 물질, 예를 들어, 유리, 석영 또는 합성수지로 이루어질 수 있다.
상기 베이스 기판(411) 상에는 상기 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(412a)이 형성된다. 상기 게이트 전극(412a)은 게이트 라인(GL)으로부터 돌출된 형태로 형성될 수 있으며, 상기 게이트 라인(GL)과 동일한 물질, 예를 들어, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 전극(412a)은 게이트 절연막(413)에 의해 커버된다. 상기 게이트 절연막(413)은, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 및 산화 실리콘(SiOx) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(413) 상에는 상기 트랜지스터(Tr)의 액티브 패턴(412b)이 형성된다. 상기 액티브 패턴(412b)은, 예를 들어, 상기 게이트 절연막(413) 상에 형성된 채널층 및 상기 채널층 상에 형성된 오믹(ohmic) 콘택층을 포함할 수 있다. 상기 채널층은 비정질 실리콘(a-Si)을 포함할 수 있고, 상기 오믹 콘택층은 고밀도 이온도핑 비정질 실리콘(n+ a-Si 또는 p+ a-Si)을 포함할 수 있다.
상기 액티브 패턴(412b) 상에는 상기 트랜지스터(Tr)의 제1 전극(412c) 및 제2 전극(412d)이 형성되고, 상기 제1 전극(412c) 및 제2 전극(412d)은 서로 소정의 간격으로 이격된다. 상기 제1 전극(412c) 및 제2 전극(412d)은 데이터 라인(DL)과 동일한 물질, 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 절연막(413) 상에 포토다이오드(PD)의 제1전극(414a)이 상기 트랜지스터(Tr)의 제1 전극(412c)과 일체로 형성되어 서로 전기적으로 연결된다.
상기 포토다이오드(PD)의 제1전극(414a) 상에는 광도전층(414b)이 형성된다. 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 광도전층(414b)은 n-타입 실리콘층, 진성(Intrinsic) 실리콘층 및 p-타입 실리콘층이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 광도전층(414b) 상에는 포토다이오드(PD)의 제2전극(414c)이 상기 포토다이오드(PD)의 제1전극(414a)과 대향하여 형성된다. 상기 포토다이오드(PD)의 제2전극(414c)은 엑스레이가 상기 광도전층(414b) 내로 인가될 수 있도록 투명한 도전성 물질, 예를 들어, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO) 등을 포함할 수 있다.
상기 포토다이오드(PD)와 상기 트랜지스터(Tr)를 커버하며 상기 베이스 기판(411) 전면에 보호막(415)이 형성된다. 상기 보호막(415)은, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 및 산화 실리콘(SiOx) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 보호막(415)에는 상기 포토다이오드(PD)의 제2전극(414c)을 노출시키기 위한 콘택홀(415a)이 형성된다. 상기 바이어스 라인(BL)은 상기 콘택홀(415a)을 통해서 상기 포토다이오드(PD)의 제2전극(414c)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 보호막(415)과 상기 바이어스 라인(BL)을 커버하며 상기 베이스 기판(411) 전면에 절연층(416)을 더 구비할 수 있다.
상기 화소부(110)의 상면 즉, 상기 절연층(416) 상에는 신틸레이터(420)가 구비된다. 상기 신틸레이터(420)는 에너지원(10)으로부터 피사체(20)를 통과하여 입사된 엑스레이를 가시광선 영역의 약 550nm의 파장을 갖는 녹색 광으로 변환하여 상기 화소부(110) 측으로 전달한다. 상기 신틸레이터(420)는 예를 들면, 세슘 요오드화합물(cesium iodide)로 이루어질 수 있다.
도 5는 엑스레이 노광 이후에, 포토다이오드(PD)에서 발생하는 전하 트랩 현상을 설명하기 위한 도면이다.
엑스레이 검출기(100)는 포토다이오드(PD)에 리버스 바이어스가 인가된 상태에서 신틸레이터(420)를 통과한 엑스레이가 상기 각 포토다이오드(PD)로 인가되면, 상기 엑스레이의 투과량에 대응되는 검출 신호가 포토다이오드(PD)에서 발생된다. 포토다이오드(PD)는 내부에 전하를 트랩(trap)할 수 있는 트랩공간을 포함할 수 있다. 상기 트랩공간은 전자 또는 전공과 결합할 수 있는 댕글링 본드(dangling bond)에 의해 형성될 수 있다.
신틸레이터(420)를 통과한 엑스레이가 포토다이오드(PD)로 인가되면, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 트랩공간 내에 전하가 트랩된다.
상기 트랩공간 내에 트랩전하의 양은 각각의 포토다이오드(PD)로 인가된 상기 엑스레이의 양과 대응된다. 즉, 각각의 포토다이오드(PD)로 인가된 상기 엑스레이의 양이 증가하면, 상기 트랩전하의 양도 증가하고, 각각의 포토다이오드(PD)로 인가된 상기 엑스레이의 양이 감소하면, 상기 트랩전하의 양도 감소한다.
상기 트랩전하가 상기 트랩공간으로부터 외부로 방출되는 데에는 상당한 시간을 필요하기 때문에, 이전 프레임 때의 트랩전하 중 일부가 외부로 방출되지 않고 현재 프레임 때까지 상기 트랩공간 내에 남아 있을 수 있다. 그로 인해, 상기 현재 프레임 때의 트랩전하의 양은 상기 현재 프레임 때 인가되는 엑스레이의 광량에 대응되는 값보다 더 큰 값을 가질 수 있다.
도 5의 (a)에서는 노광으로 인해 포토다이오드(PD)의 애노드와 캐소드 사이의 에너지 차이가 작아져, 트랩전하가 쉽게 이동할 수 있다. 이때의 트랩전하는 로컬라이즈 상태(localize state)에 있으며, 1019EV 정도의 비교적 높은 에너지 레벨을 갖는 트랩 상태에 있다. 따라서 트랩전하는 비교적 빨리 트랩 상태에서 벗어날 수 있다. 엑스레이 노광 이후에, 포토다이오드(PD)를 초기화시키면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 포토다이오드(PD)의 애노드와 캐소드 사이의 에너지 차가 벌어지고, 트랩전하는 딥 상태(deep state)에 빠진다. 이 경우, 트랩전하는 1016EV 정도의 비교적 낮은 에너지 레벨을 가지며, 트랩전하가 트랩 상태에서 벗어나기 위해서는 높은 역전압(Vreverse)이 필요하다. 딥 상태의 트랩전하가 트랩 상태에서 벗어나는데 걸리는 시간이 로컬라이즈 상태에 비하여 길어진다.
결과적으로, 상기 이전 프레임 때의 트랩전하의 일부는 상기 현재 프레임 때의 엑스레이의 광량에 대응되는 영상을 디스플레이 장치(400)로 표시할 때, 이미지 래그(image lag)로 표시될 수 있다. 상기 이미지 래그는 디스플레이 장치(400)가 상기 엑스레이의 광량에 대응되는 영상을 정확하게 표시하는 것을 방해할 수 있다.
엑스레이 노광 주기가 15초 정도인 경우, 다음 촬영까지 남아있는 트랩 전하의 양이 0.01% 이하이므로 임상환경에서는 문제가 되지 않는다. 그런데 최근 토모그래피(tomography) 등 엑스레이 촬영 주기가 3초 이하가 되는 상황이 발생한다. 또한, RF 솔루션의 경우에는 방사선 영상 촬영 후 곧바로 플로로스코피(flouroscopy) 영상을 취득하는 경우가 발생한다. 이처럼 엑스레이 촬영 주기가 짧은 촬영법이 등장함으로 인하여 이미지 래그에 대한 해결책이 필요하다. 이미지 래그에 대한 해결책으로서, 이미지 래그를 보상하는 소프트웨어적 보상법이 주를 이룬다.
도 6은 엑스레이 노광 이후, 이미지 래그 보상을 위한 피팅 커브를 나타낸 도면이다.
이미지 래그의 보상은 도 6에 도시된 바와 같은 피팅 커브를 이용하여, 이미지 래그를 예측하고, 이를 보상하여 이루어질 수 있다. 엑스레이 노광 후의 잔상은 피팅 커브를 통해서 쉽게 알 수 있다. 그런데 피팅 커브는 광감지 화소(P)에 따라 다른 특성을 나타낼 수 있어, 피팅 커브의 예측이 어렵다. 피팅 커브가 광감지 화소(P)에 따라 다른 특성을 나타내는 이유는, 노광 이후 스크러빙에 대한 광감지 화소(P) 각각의 응답이 다를 수 있고, 광감지 화소(P)들이 행별로 리드아웃 시간이 다르기 때문이다. 결국, 각각의 광감지 화소(P)별로, 엑스레이 노광 이후에 검출 신호의 디케이(decay) 경향이 달라져, 피팅 커브를 이용한 이미지 래그 보상을 위해서는, 모든 픽셀에 대한 별도의 연산이 수행되어야 한다.
도 7 및 도 8은 시간에 따른 리드아웃 신호레벨 및 다이오드 신호레벨을 나타낸 그래프이다. 여기서 리드아웃 신호레벨은 리드아웃 집적회로(150)에서 검출되는 신호 레벨을 의미하고, 다이오드 신호레벨은 실제로 포토다이오드(PD)에서 발생한 검출 신호 레벨을 의미한다. 리드아웃 신호레벨은 리드아웃 집적회로(150)의 출력으로부터 측정 가능하지만, 다이오드 신호레벨은 엑스레이 검출기(100) 구동 시, 측정 불가능하다.
피팅 커브를 이용하여 이미지 래그를 보상할 때, 신호 포화 레벨(Lsat)의 리드아웃 신호레벨이 검출되는 경우가 문제된다. 신호 포화 레벨(Lsat)은 리드아웃 집적회로(150)에서 출력되는 리드아웃 신호의 최고레벨을 의미한다. 엑스레이 검출기(100)에서 신호 포화 레벨(Lsat)의 리드아웃 신호레벨 검출되더라도, 실제로 포토다이오드(PD)는 포화되지 않았을 수 있다. 이는 포토다이오드(PD)의 축전성분(Cph)이 신호 검출부(160)의 커패시터(CP)의 축전성분(Cfb)보다 크기 때문이다. 즉, 엑스레이 검출기(100)에서 포화 레벨의 리드아웃 신호레벨이 출력되어도, 각 광감지 화소(P)의 포토다이오드(PD)는 아직 포화되지 않았을 수 있다. 따라서 이러한 경우, 엑스레이 노광으로 인한 포토다이오드(PD)의 다이오드 신호레벨을 알 수 없어, 피팅 커브를 이용한 이미지 래그 보정의 정확도가 떨어질 수밖에 없다.
도 7에 도시된 바와 같이, 신호 포화 레벨(Lsat)보다 낮은 리드아웃 신호레벨 La1이 검출되면, 엑스레이 노광이 종료된 시점(Texp) 이후에 리드아웃 신호레벨은 시간이 지남에 따라 감소한다. 그런데 도 8에 도시된 바와 같이, 리드아웃 신호레벨이 신호 포화 레벨(Lsat)을 갖는 경우, 엑스레이 노광이 종료된 시점(Texp) 이후의 Ta 시점에도 신호 포화 레벨(Lsat)의 리드아웃 신호레벨이 검출된다. 이는 포토다이오드(PD)가 신호 포화 레벨(Lsat)보다 높은 La2 레벨을 갖기 때문이다. 이러한 경우 리드아웃 신호레벨로부터 다이오드 신호레벨 La2를 예측할 수 없다.
본 발명의 실시예들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 엑스레이 리드아웃 이후에 다크 리드아웃을 추가적으로 수행하여, 피팅 커브를 이용한 이미지 보정의 정확도를 증가시킨다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 엑스레이 검출기 구동방법을 설명하는 타이밍도이다.
본 발명의 실시예들에 따른 엑스레이 검출기 구동방법은 오프셋 이미지 취득 구간, 노광 이미지 취득 구간, 및 다크 이미지 취득 구간을 포함한다. 도 8을 참조하면, 엑스레이 검출기(100)는 오프셋 이미지 취득 구간동안, 엑스레이 조사 없이 수행된 리드아웃을 통해 오프셋 이미지를 획득하고, 노광 이미지 취득 구간동안, 엑스레이 조사 후 수행된 리드아웃을 통해 엑스레이 이미지를 획득하며, 다크 이미지 취득 구간동안, 이미지 래그 보상을 위한 다크 이미지를 획득한다.
오프셋 이미지 취득 구간은 제1 스크러빙 구간(A)과 오프셋 리드아웃 구간(B)을 포함한다.
제1 스크러빙 구간(A)동안, 엑스레이 검출기(100)는 게이트 스캔을 n회 수행한다.(n은 자연수) 상기 게이트 스캔은 적어도 2회 수행될 수 있다. 게이트 스캔 타임(ts)은 첫 번째 게이트 라인부터 마지막 게이트 라인으로 순차적으로 게이트 펄스가 인가되어 게이트 스캔이 수행되는 시간이다. 게이트 스캔 간격(ti)은 0일 수 있다. n회의 게이트 스캔은 전체 게이트 스캔 타임(TS) 동안 수행된다.
구체적으로, 상기 게이트 드라이버(130)로부터 게이트 펄스가 순차적으로 복수의 게이트 라인(GL)으로 인가되고, 상기 게이트 펄스에 의해 각 행의 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 다음으로 턴-온된 트랜지스터(Tr)가 턴-오프된다. 이때, 신호 검출부(160)의 리셋소자(SW)는 닫힌 상태로써 커패시터(CP)의 양단에 전기적으로 연결되어 있다. 데이터 라인(DL)의 전기적 신호는 상기 리셋소자(SW)에 의해 방전된다. 즉, 스크러빙 시 수집되는 데이터는 폐기된다. 게이트 스캔이 종료되면 리셋소자(SW)는 열린 상태가 된다. 또한, 제1 스크러빙 구간(A) 동안, 게이트 스캔 사이에 각 포토다이오드(PD)는 소정의 초기전위까지 충전된다.
스크러빙은 엑스레이 조사 후, 포토다이오드(PD)에 남아있는 이미지 래그를 리셋하여, 엑스레이 검출기를 초기화하는 동작이다. 또한, 스크러빙은 휴지기 사이에 포토다이오드(PD)의 양단의 적절한 바이어스 전위를 유지하기 위해 행해진다. 또한, 스크러빙은 포토다이오드(PD)의 지연 또는 불완전한 전하회복의 영향을 줄이기 위해 행해진다. 노광 이후, 포토다이오드(PD)의 양단의 전위를 초기전위로 회복시키는데 필요한 전하량은, 엑스레이를 노광시키는 시간에 걸쳐서 각 광감지 화소(P)의 단위 구역에서 적분되고, 각 광감지 화소(P)에서 검출된 엑스레이 량에 비례한다.
오프셋 리드아웃 구간(B)에서, 엑스레이 검출기(100)는 오프셋 윈도우 타임(TW1) 동안 아이들 상태를 유지한다. 이때, 트랜지스터(Tr)는 턴-오프 상태이다.
오프셋 윈도우 타임(TW1) 경과 후, 엑스레이 검출기(100)는 각 광감지 화소(P)의 검출 신호를 판독하는 오프셋 리드아웃(TR1)을 수행한다.
구체적으로, 게이트 드라이버(130)로부터 복수의 게이트 라인(GL)으로 게이트 펄스가 순차적으로 인가된다. 상기 게이트 펄스에 의해 각 광감지 화소(P)의 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 상기 턴-온된 트랜지스터(Tr)가 출력하는 검출 신호는 데이터 라인(DL)을 통해 리드아웃되고, 리드아웃 집적회로(150)로 전달된다.
신호 처리부(300)는 리드아웃 집적회로(150)로부터 출력된 신호를 기초로 오프셋 이미지를 획득한다.
노광 이미지 취득 구간은 제2 스크러빙 구간(C)과 엑스레이 리드아웃 구간(D)을 포함한다.
제2 스크러빙 구간(C)에서, 엑스레이 검출기(100)는 게이트 스캔을 n회 수행한다. 상기 게이트 스캔은 적어도 2회 수행될 수 있다. 게이트 스캔 타임(ts)은 첫 번째 게이트 라인부터 마지막 게이트 라인까지 순차적으로 게이트 펄스가 인가되어 게이트 스캔이 수행되는 시간이다. 게이트 스캔 간격(ti)은 0일 수 있다. n회의 게이트 스캔은 전체 게이트 스캔 타임(TS) 동안 수행된다.
구체적으로, 상기 게이트 드라이버(130)로부터 게이트 펄스가 순차적으로 복수의 게이트 라인(GL)으로 인가되고, 상기 게이트 펄스에 의해 각 행의 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 이때, 신호검출부(160)의 리셋소자(SW)는 닫힌 상태로써 커패시터(CP)의 양단에 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 스크러빙 시 수집되는 데이터는 폐기된다. 데이터 라인(DL)의 검출 신호는 상기 리셋소자(SW)에 의해 방전된다. 또한, 제2 스크러빙 구간(C) 동안, 게이트 스캔 사이에 각 포토다이오드(PD)는 소정의 초기전위까지 충전된다.
게이트 스캔이 종료되면 리셋소자(SW)는 열린 상태가 된다.
엑스레이 리드아웃 구간(D)에서, 엑스레이 검출기(100)는 엑스레이 윈도우 타임(TW2) 동안 엑스레이에 노출된다. 이때, 트랜지스터(Tr)는 턴-오프 상태이다. 엑스레이 검출기(100)가 엑스레이에 노출되면, 엑스레이가 신틸레이터(420)에 흡수되고, 신틸레이터(420)로부터 포토다이오드(PD)로 방출되는 빛은, 포토다이오드(PD)를 부분적으로 방전시킨다. 신틸레이터(420)로부터 포토다이오드(PD)로 방출되는 빛의 광량은 신틸레이터(420)에서 흡수된 엑스레이의 광량에 비례한다.
엑스레이 윈도우 타임(TW2) 경과 후, 엑스레이 검출기(100)는 각 광감지 화소(P)의 전기적 신호를 판독하는 엑스레이 리드아웃(TR2)을 수행한다.
구체적으로, 게이트 드라이버(130)로부터 복수의 게이트 라인(GL)으로 게이트 펄스가 순차적으로 인가된다. 상기 게이트 펄스에 의해 각 광감지 화소(P)의 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 엑스레이 윈도우 타임(TW2) 동안 포토다이오드(PD)에 형성된 검출 신호는 상기 턴-온된 트랜지스터(Tr)로 전달된다. 상기 턴-온된 트랜지스터(Tr)가 출력하는 검출 신호는 데이터 라인(DL)을 통해 리드아웃되고, 리드아웃 집적회로(150)로 전달된다.
다크 이미지 취득 구간은 제3 스크러빙 구간(E)과 다크 리드아웃 구간(F)을 포함한다.
제3 스크러빙 구간(E)에서, 엑스레이 검출기(100)는 게이트 스캔을 m회 수행한다.(m은 자연수) 제3 스크러빙 구간(E) 동안의 게이트 스캔 횟수 m은 제1 및 제2 스크러빙 구간(A, C)에서의 게이트 스캔 횟수 n과 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. 또한 제3 스크러빙 구간(E) 동안의 게이트 스캔 횟수 m은 다크 이미지가 신호 포화 레벨(Lsat)보다 작은 리드아웃 신호레벨을 갖는 것을 보장하도록 결정될 수 있다. 즉, 게이트 스캔 횟수 m은 엑스레이 노광에 의해 포토다이오드(PD)가 포화되더라도, 다크 이미지가 신호 포화 레벨(Lsat)보다 작은 리드아웃 신호레벨을 갖도록 결정될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 신호 포화 레벨(Lsat)의 리드아웃 신호레벨이 검출되더라도, 다이오드 신호레벨을 정확히 추정하는 것이 가능하다. 또한 노광으로 인한 다이오드 신호레벨을 정확하게 추정함으로 인하여, 이미지 래그를 정확하게 보상할 수 있다.
게이트 스캔 타임(ts)은 첫 번째 게이트 라인부터 마지막 게이트 라인까지 순차적으로 게이트 펄스가 인가되어 게이트 스캔이 수행되는 시간이다. 게이트 스캔 간격(ti)은 0일 수 있다. m회의 게이트 스캔은 전체 게이트 스캔 타임(TS) 동안 수행된다.
구체적으로, 상기 게이트 드라이버(130)로부터 게이트 펄스가 순차적으로 복수의 게이트 라인(GL)으로 인가되고, 상기 게이트 펄스에 의해 각 행의 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 이때, 신호검출부(160)의 리셋소자(SW)는 닫힌 상태로써 커패시터(CP)의 양단에 전기적으로 연결되어 있다. 즉, 스크러빙 시 수집되는 데이터는 폐기된다. 데이터 라인(DL)의 전기적 신호는 상기 리셋소자(SW)에 의해 방전된다. 또한, 제3 스크러빙 구간(E) 동안, 게이트 스캔 사이에 각 포토다이오드(PD)는 소정의 초기전위까지 충전된다.
제3 스크러빙 구간(E)이 종료되면, 다크 리드아웃 구간(F)에서, 엑스레이 검출기(100)는 다크 윈도우 타임(TW3) 동안 아이들 상태를 유지한다. 다크 윈도우 타임(TW3)동안 트랜지스터(Tr)는 턴-오프 상태이다. 다크 윈도우 타임(TW3)의 길이는 엑스레이 윈도우 타임(TW2)와 같을 수도 있고, 다를 수도 있다.
다른 실시예로서 다크 윈도우 타임(TW3)을 거치지 않고, 제3 스크러빙 구간(E) 이후에 바로 다크 리드아웃을 수행하는 것도 가능하다. 이러한 경우 TW3은 게이트 스캔 간격(ti)일 수 있다.
다크 윈도우 타임(TW3) 경과 후, 엑스레이 검출기(100)는 각 광감지 화소(P)의 검출 신호를 판독하는 다크 리드아웃(TR3)을 수행한다.
구체적으로, 게이트 드라이버(130)로부터 복수의 게이트 라인(GL)으로 게이트 펄스가 순차적으로 인가된다. 상기 게이트 펄스에 의해 각 광감지 화소(P)의 트랜지스터(Tr)가 턴-온된다. 이때, 제3 스크러빙 구간(E)동안 엑스레이 이미지로부터 감쇠된 검출 신호가 턴-온된 트랜지스터(Tr)로 전달된다. 상기 턴-온된 트랜지스터(Tr)가 출력하는 검출 신호는 데이터 라인(DL)을 통해 리드아웃되고, 리드아웃 집적회로(150)로 전달된다.
신호 처리부(300)는 상기 엑스레이 이미지로부터 상기 오프셋 이미지를 감산하고, 다크 이미지를 이용하여 이미지 래그를 보상하여 엑스레이 촬영 이미지를 획득한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 래그 보상 방법을 나타낸 흐름도이다.
우선 오프셋 이미지 취득 구간동안 오프셋 이미지를 취득하고(S1002), 엑스레이 이미지 취득 구간동안 엑스레이 이미지를 취득하며(S1004), 다크 이미지 취득 구간동안 다크 이미지를 취득한다(S1006). 오프셋 이미지를 취득하는 순서는 도 10에 도시된 순서로 제한되지 않으며, 엑스레이 이미지 취득 이후에 오프셋 이미지를 취득하는 것도 가능하다.
다음으로 상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지를 이용하여 다이오드 신호레벨을 산출한다(S1008). 리드아웃 신호레벨이 신호 포화 레벨(Lsat)보다 작은 경우는 엑스레이 이미지의 리드아웃 신호레벨이 다이오드 신호레벨이다. 리드아웃 신호레벨이 신호 포화 레벨(Lsat)인 경우에는, 각 광감지 화소(P)의 디케이 커브와 다크 이미지를 이용하여 엑스레이 노광시의 다이오드 신호레벨을 추정한다. 여기서 디케이 커브는 게이트 스캔 횟수에 따른 다이오드 신호레벨의 디케이 경향을 나타낸 커브일 수 있다. 리드아웃 신호레벨이 신호 포화 레벨(Lsat)인 경우, 각 광감지 화소(P)의 디케이 커브에 다크 이미지에서의 리드아웃 신호레벨을 대응시키면, 엑스레이 노광시의 다이오드 신호레벨을 추정할 수 있다. 각 광감지 화소(P)의 디케이 커브는 제어부(200) 또는 신호 처리부(300) 등에 미리 저장되어 있을 수 있다.
다음으로, 상기 엑스레이 노광시의 다이오드 신호레벨을 이용하여 이미지 래그를 추정하고(S1010), 추정된 이미지 래그를 이용하여 다음 엑스레이 촬영 시, 금번 엑스레이 촬영으로 인해 발생한 이미지 래그를 보상한다(S1012). 본 발명의 실시예들은, 신호 포화 레벨(Lsat)의 리드아웃 신호가 검출된 경우에도 다이오드 신호레벨을 정확하게 추정할 수 있어, 피팅 커브를 이용하여 이미지 래그를 추정할 때, 보다 정확하게 이미지 래그를 추정할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 엑스레이 노광이 종료된 시점(Texp)에 다이오드 신호레벨은 La2 레벨인데, 엑스레이 검출기(100)에서는 신호 포화 레벨(Lsat)이 검출되어, 다이오드 신호레벨을 신호 포화 레벨(Lsat)로 가정하고 이미지 래그를 보정하면, 다음 엑스레이 촬영 시, 이미지 래그 량을 실제보다 낮게 추정하여, 이미지 래그가 완전하게 보정되지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예들은, 다크 이미지를 이용하여 엑스레이 노광이 종료된 시점(Texp)에 다이오드 신호레벨이 La2 레벨임을 추정할 수 있고, 실제 다이오드 신호레벨을 이용하여 다음 엑스레이 촬영 시 금번 엑스레이 촬영으로 인한 이미지 래그를 보상하므로, 이미지 래그 보상이 완전하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이미지 래그 보상의 정확도를 증가시킴으로 인하여 엑스레이 촬영 주기를 단축시킬 수 있는 효과가 있다. 엑스레이 검출기(100)를 이용하여 엑스레이 촬영을 수행하는 경우, 이미지 래그의 제거를 위하여 다수의 게이트 스캔이 요구된다. 그런데 본 발명의 실시예들로 인하여 이미지 래그 보상의 정확도가 높아짐으로 인하여, 이미지 래그 추정을 위한 게이트 스캔만을 수행한 후, 바로 다음 엑스레이 촬영을 수행할 수 있게 되어, 이미지 촬영 주기가 대폭 단축되는 효과가 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 신호 처리부(300)의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부(300)는 디케이 커브 저장부(1102), 다이오드 신호레벨 산출부(1104), 피팅 커브 저장부(1106), 이미지 래그 추정부(1108), 이미지 래그 보상부(1110), 및 오프셋 이미지 제거부(1112)를 포함한다.
디케이 커브 저장부(1102)는 게이트 스캔 횟수에 따른 다이오드 신호레벨의 디케이 경향을 나타내는 디케이 커브를 저장한다. 상기 디케이 커브는 상기 복수의 광감지 화소(P)마다 별개로 저장될 수 있다.
다이오드 신호레벨 산출부(1104)는 상기 디케이 커브를 이용하여, 엑스레이 이미지와 다크 이미지로터, 엑스레이 노광으로 인한 다이오드 신호레벨을 산출한다. 앞서 설명한 바와 같이, 다이오드 신호레벨 산출부(1104)는 리드아웃 신호레벨이 신호 포화 레벨(Lsat)보다 작은 경우는 엑스레이 이미지의 리드아웃 신호레벨을 다이오드 신호레벨로 산출하고, 리드아웃 신호레벨이 신호 포화 레벨(Lsat)인 경우에는, 각 광감지 화소(P)의 디케이 커브와 다크 이미지를 이용하여 엑스레이 노광으로 인한 다이오드 신호레벨을 추정한다. 리드아웃 신호레벨이 신호 포화 레벨(Lsat)인 경우, 다이오드 신호레벨 산출부(1104)는 각 광감지 화소(P)의 디케이 커브에 다크 이미지에서의 리드아웃 신호레벨을 대응시켜, 엑스레이 노광으로 인한 다이오드 신호레벨을 추정한다.
피팅 커브 저장부(1106)는 게이트 스캔 횟수에 따른 이미지 래그의 비율을 나타내는 피팅 커브를 저장한다. 상기 피팅 커브는 복수의 광감지 화소(P)마다 별개로 저장될 수 있다.
이미지 래그 추정부(1108)는 다이오드 신호레벨 산출부(1104)에서 산출된 다이오드 신호레벨로부터, 상기 피팅 커브를 이용하여, 이미지 래그를 추정한다. 상기 산출된 다이오드 신호레벨을 상기 피팅 커브에 대응시켜, 다음 엑스레이 촬영 시의 이미지 래그를 추정할 수 있다.
이미지 래그 보상부(1110)는 이미지 래그 추정부(1108)에서 산출된 금번 엑스레이 촬영으로 인한 이미지 래그를 이용하여 다음 엑스레이 촬영 시, 이미지 래그를 보상한다. 예를 들면, 이미지 래그 보상부(1110)는 다음 엑스레이 촬영으로부터 획득된 엑스레이 이미지로부터 상기 이미지 래그를 감산하여, 다음 엑스레이 촬영 시, 이미지 래그를 보상할 수 있다. 금번 엑스레이 촬영 시에는, 이전 엑스레이 촬영 시 획득된 이미지 래그를 이용하여 이전 엑스레이 촬영으로 인한 이미지 래그를 보상한다.
또한, 오프셋 이미지 제거부(1112)는 상기 오프셋 이미지를 상기 엑스레이 이미지로부터 감산하여, 오프셋 이미지를 제거한다. 오프셋 이미지 제거와 이미지 래그 보상 처리의 순서는 앞서 설명된 순서로 제한되지 않고, 다양하게 결정될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
1 엑스레이 검출 시스템 10 에너지원
20 피사체 100 엑스레이 검출기
200 제어부 300 신호처리부
400 디스플레이 장치 110 화소부
120 바이어스 드라이버 130 게이트 드라이버
150 리드아웃 집적회로 160 신호 검출부
170 멀티플렉서 180 타이밍 제어부
PD 포토다이오드 Tr 스위칭 소자
GL 게이트 라인 DL 데이터 라인
SW 리셋소자 CP 커패시터
OP 증폭기 1102 디케이 커브 저장부
1104 다이오드 신호레벨 산출부
1106 피팅 커브 저장부
1108 이미지 래그 추정부
1110 이미지 래그 보상부
1112 오프셋 이미지 제거부

Claims (15)

  1. 입사광에 대응하는 전기적인 검출 신호를 생성하는 포토다이오드(photo diode) 및 상기 검출 신호를 전달하는 스위칭 소자를 포함하는 복수의 광감지 화소들;
    상기 스위칭 소자를 턴 온시키는 게이트 펄스를 복수의 게이트 라인들을 통해 상기 스위칭 소자에 공급하는 게이트 드라이버; 및
    상기 복수의 광감지 화소들로부터 상기 검출 신호를 리드아웃하는 리드아웃 집적회로를 포함하고,
    상기 게이트 드라이버 및 상기 리드아웃 집적회로는, 엑스레이 노광에 따른 엑스레이 이미지의 리드아웃 이후에, 엑스레이 이미지로 인한 이미지 래그를 추정하기 위해 이용되는 다크 이미지를 리드아웃하도록 구성되는, 엑스레이 검출기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 게이트 드라이버 및 상기 리드아웃 집적회로는, 상기 엑스레이 이미지의 리드아웃 이후에, 적어도 한번의 게이트 스캔을 수행한 후, 상기 다크 이미지를 리드아웃하도록 구성된, 엑스레이 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엑스레이 검출기는, 상기 리드아웃 집적회로에서 출력된 상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지로부터 이미지 래그를 보정하여 엑스레이 촬영 이미지를 도출하는 신호 처리부를 더 포함하고,
    상기 신호 처리부는, 상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지로부터 상기 엑스레이 노광에 의해 발생한 포토다이오드에서의 다이오드 신호레벨을 추정하고, 상기 추정된 다이오드 신호레벨을 이용하여 상기 엑스레이 이미지에 의해 발생한 이미지 래그를 추정하는, 엑스레이 검출기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    게이트 스캔 횟수에 따른 다이오드 신호레벨의 디케이(decay) 경향을 나타내는 디케이 커브를 이용하여, 상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지로부터 상기 다이오드 신호레벨을 산출하는 다이오드 신호레벨 산출부;
    게이트 스캔 횟수에 따른 이미지 래그 감소 경향을 나타내는 피팅 커브를 이용하여, 상기 다이오드 신호레벨로부터 상기 엑스레이 노광으로 인한 이미지 래그를 추정하는 이미지 래그 추정부; 및
    상기 추정된 이미지 래그를 이용하여, 다음 엑스레이 촬영 시, 상기 엑스레이 노광으로 인한 이미지 래그를 보상하는 이미지 래그 보상부를 포함하는, 엑스레이 검출기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
    상기 디케이 커브를 저장하는 디케이 커브 저장부; 및
    상기 피팅 커브를 저장하는 피팅 커브 저장부를 더 포함하는, 엑스레이 검출기.
  6. 제4항에 있어서, 상기 다이오드 신호레벨 산출부는, 상기 엑스레이 이미지가 신호 포화 레벨보다 작은 신호레벨을 갖는 경우, 상기 엑스레이 이미지의 신호레벨을 상기 다이오드 신호레벨로 산출하고, 상기 엑스레이 이미지가 상기 신호 포화 레벨을 갖는 경우, 상기 다크 이미지의 신호레벨을 상기 디케이 커브에 대응시켜, 상기 엑스레이 노광에 의해 발생한 다이오드 신호레벨을 추정함으로써 상기 다이오드 신호레벨을 산출하는, 엑스레이 검출기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버 및 리드아웃 집적회로는 상기 엑스레이 검출기를 엑스레이에 노광시키지 않고 상기 복수의 광감지 화소들로부터 리드아웃을 수행하여 오프셋 이미지를 획득하도록 더 구성되고,
    상기 신호 처리부는, 상기 엑스레이 이미지로부터 상기 오프셋 이미지를 제거하는 오프셋 이미지 제거부를 더 포함하는, 엑스레이 검출기.
  8. 제3항에 있어서, 상기 디케이 커브 및 상기 피팅 커브는 광감지 화소에 따라 달라지는, 엑스레이 검출기.
  9. 엑스레이 검출기를 엑스레이에 노광시키는 단계;
    상기 엑스레이 노광으로 인해 발생한 엑스레이 이미지를 리드아웃하는 단계;
    상기 엑스레이 이미지 리드아웃 이후에, 다크 이미지를 리드아웃하는 단계; 및
    상기 엑스레이 이미지와 상기 다크 이미지를 이용하여, 이미지 래그를 추정하는 단계를 포함하는, 엑스레이 검출기 구동방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 엑스레이 이미지를 리드아웃한 이후에, 그리고 상기 다크 이미지를 리드아웃하기 전에, 적어도 한번의 게이트 스캔을 수행하는 단계를 더 포함하는, 엑스레이 검출기 구동방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 이미지 래그를 추정하는 단계는,
    상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지로부터 상기 엑스레이 노광에 의해 발생한 포토다이오드에서의 다이오드 신호레벨을 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 다이오드 신호레벨을 이용하여 상기 엑스레이 이미지에 의해 발생한 이미지 래그를 추정하는 단계를 포함하는, 엑스레이 검출기 구동방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 다이오드 신호레벨을 추정하는 단계는, 게이트 스캔 횟수에 따른 다이오드 신호레벨의 디케이(decay) 경향을 나타내는 디케이 커브를 이용하여, 상기 엑스레이 이미지 및 상기 다크 이미지로부터 상기 다이오드 신호레벨을 산출하고,
    상기 이미지 래그를 추정하는 단계는, 게이트 스캔 횟수에 따른 이미지 래그 감소 경향을 나타내는 피팅 커브를 이용하여, 상기 다이오드 신호레벨로부터 상기 엑스레이 노광으로 인한 이미지 래그를 추정하고,
    상기 엑스레이 검출기 구동방법은, 상기 추정된 이미지 래그를 이용하여, 다음 엑스레이 촬영 시, 상기 엑스레이 노광으로 인한 이미지 래그를 보상하는 단계를 더 포함하는, 엑스레이 검출기 구동방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 다이오드 신호레벨을 추정하는 단계는, 상기 엑스레이 이미지가 신호 포화 레벨보다 작은 신호레벨을 갖는 경우, 상기 엑스레이 이미지의 신호레벨을 상기 다이오드 신호레벨로 산출하고, 상기 엑스레이 이미지가 상기 신호 포화 레벨을 갖는 경우, 상기 다크 이미지의 신호레벨을 상기 디케이 커브에 대응시켜, 상기 엑스레이 노광에 의해 발생한 다이오드 신호레벨을 추정함으로써 상기 다이오드 신호레벨을 산출하는, 엑스레이 검출기 구동방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 엑스레이 검출기를 엑스레이에 노광시키지 않고 상기 복수의 광감지 화소들로부터 리드아웃을 수행하여 오프셋 이미지를 획득하는 단계; 및
    상기 엑스레이 이미지로부터 상기 오프셋 이미지를 제거하는 단계를 더 포함하는, 엑스레이 검출기 구동방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 디케이 커브 및 상기 피팅 커브는 광감지 화소에 따라 달라지는, 엑스레이 검출기 구동방법.
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