KR20140001968A - 반사 능력을 포함하는 고성능 라디오그래픽 영상 어레이를 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원에 따른 방법/장치의 실시예는 화소들의 영상 어레이 또는 신틸레이터로부터 광을 수광하기 위한 제 1 측부와 신틸레이터 광의 충돌에 반응하여 제 2 광을 통과시키기 위한 제 2 측부를 포함하는 복수의 포토 센서 및 제 2 광의 충돌에 반응하여 제 3 광을 반사시키도록 구성된 반사층을 포함하는 라디오그래픽 영상 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 포토 센서들은 제 1 투과성 측부를 통해 수광된 신틸레이터 광과 제 2 투과성 측부를 통해 수광된 제 3 광의 규정된 양을 흡수할 수 있다. 예시적인 반사 장치들은 신틸레이터 방사 특성 및/또는 포토 센서 흡수 특성을 기초로 하여 선택될 수 있다. 라디오그래픽 검출기 어레이와 방법들의 실시예들은 포토 센서 두께, 소음, 영상 지연의 감소 및/또는 충전 용량의 증가를 가능하게 한다. 실시예들은 감소된 두께의 포토 센서의 양자 효율을 유지할 수 있다.
Description
본 발명은 진단 영상(diagnostic imaging) 분야, 특히 디지털 라디오그래픽 검출기(digital radiographic detector)를 위한 방법 및/또는 시스템에 관한 것이다.
전통적으로, 디지털 라디오그래픽(digital radiographic: DR) 적용을 위한 평판 영상 센서는 들어오는 엑스레이 방사선을 가시광으로 변환하기 위한 신틸레이터(scintillator)와 가시광을 전기 신호로 변환하기 위한 평판 영상 센서를 채용한다. 평판 영상 센서의 화소(pixel)는 광 센서와 판독 요소(readout element)를 포함한다. 광 센서의 예는 PIN 포토 다이오드, MIS 포토 센서, 포토 트랜지스터 및 광 도전체이다. 이러한 통상적인 DR 영상 센서들은 일반적으로 포토 센서 및 판독 요소를 위해 비정질 실리콘(amorphous-Silicon: a-Si)을 사용한다. 또한, 이러한 관련된 기술의 DR 영상 센서들은 라디오그래픽 적용, 형광투시법 적용(fluoroscopic application) 및/또는 볼륨 영상 재구성 적용(volume image reconstruction application)을 위해 사용될 수 있다.
따라서, 본 출원의 일 양상은 관련된 기술의 적어도 상술한 그리고 다른 결함들을 전체적으로 또는 부분적으로 해결하기 위한 것이다.
본 출원의 다른 양상은 여기에 서술된 이점들을 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 제공하기 위한 것이다.
본 출원의 일 양상에서, 평판 DR 검출기(FPD)의 포토 센서 부품은 광-투과성 이면 접점(light transmissive back contact)과 반사 광 기구가 포토 센서 밑에서 사용될 때 (예를 들어, 규정된 파장 밴드에서, 550㎚ 내지 700㎚ 파장 밴드 또는 전체 포토 센서 QE에 대하여) 개선된 양자 효율(quantum efficiency: QE)을 제공할 수 있다. 포토 센서는 상부 조명된(top-illuminated) 포토 센서이다.
다른 양상에서, 포토 센서의 실시예들은 반사층, 두께(들)를 갖는 1개 또는 그 이상의 유전체, 유전체 필름, 반사 유기층 및 광학 성질을 포함하여 신틸레이터 방사 특성 및 포토 센서 특성과 관련하여 전체 양자 효율을 증가 또는 최적화할 수 있는 반사 광학 메카니즘을 제공할 수 있다. 반사층은 화소들 사이 등의 크로스 토크(cross-talk)를 감소시킴으로써 포토 센서 성능 특성을 개량하기 위해 작동될 수 있다.
다른 양상에서, 본 출원의 실시예들은 지연(lag|)을 감소시키거나 충전 용량을 증가시키고/시키거나 암전류를 감소시키기 위해 포토 센서의 반도체 재료부의 두께를 감소시킬 수 있다.
다른 양상에서, 본 출원의 실시예들은 반사층 또는 광학 반사기 메카니즘을 통해 리세트 광을 통과시킴으로써 포토 센서를 리세트시키기 위한 광학 리세트 유닛을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 라디오그래픽 영상 시스템은 신틸레이터, 신틸레이터로부터 제 1 광을 수광하기 위한 제 1 측부를 포함하고, 또한 제 1 광의 충돌에 반응하는 제 2 광을 통과시키기 위한 제 2 측부를 포함하는 복수의 감광 요소(photosensitive element), 복수의 감광 요소로부터 제 2 광을 수광하고, 제 2 광의 충돌에 반응하는 제 3 광을 반사시키도록 구성된 반사층 및 복수의 감광 요소의 제 2 측부 상의 기판을 포함하되, 복수의 감광 요소의 감광 요소 특성이 제 1 측부를 통해 수광된 제 1 광과 제 2 측부를 통해 수광된 제 3 광의 규정된 양을 흡수하기 위해 선택되며, 반사층의 반사도는 50%보다 크다.
또 다른 실시예에서, 대상물의 복수의 엑스레이 영상을 포착하기 위한 라디오그래픽 영상 장치를 작동하기 위한 방법은 입사 방사선을 수광하고 제 1 밴드의 파장에서 여기된 방사선을 방사함으로써 반응하기 위한 신틸레이션 스크린을 제공하는 단계, 신틸레이터로부터 제 1 밴드의 파장에서 제 1 광을 수광하기 위한 제 1 광-투과성 측부와 제 1 광의 충돌에 반응하여 제 2 광을 통과시키기 위한 제 2 광-투과성 측부를 포함하는 포토 센서들의 어레이를 제공하는 단계, 포토 센서들의 어레이로부터 제 2 광을 수광하고 제 2 광의 충돌에 반응하여 제 3 광을 반사하기 위한 반사층을 제공하는 단계 및 감광 요소의 어레이를 지지하기 위해 제 2 측부 위에 기판을 제공하는 단계를 포함하되, 포토 센서들의 어레이는 제 1 측부를 통해 수광된 제 1 광의 규정된 양을 흡수하고 또한 제 2 측부를 통해 수광된 제 3 광의 규정된 양을 흡수하며, 반사층의 반사도는 50%보다 크다.
본 발명의 더 나은 이해를 위하여 첨부 도면들과 연결하여 읽혀질 하기의 본 발명의 상세한 설명이 참고가 될 것이다.
도 1은 본 출원에 따른 엑스레이 검출기의 일 실시예의 구조를 도시한 도면;
도 2는 본 출원에 따른 DR 검출기의 다른 실시예의 구조를 도시한 도면;
도 3은 본 출원에 따른 투명한 상부 전극/접점 및 투명한 하부 전극/접점을 갖는 포토 센서의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면;
도 4는 본 출원에 따른 반사기의 일 실시예의 횡단면을 도시한 도면;
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 출원에 따른 반사층들의 실시예들의 횡단면을 도시한 도면;
도 6은 본 출원에 따른 실시예들을 통합하는 평판 라디오그래픽 영상기에 사용될 수 있는 영상 패널을 도시한 도면;
도 7은 본 출원에 따른 반사층 밑에 광학 리세트 유닛을 갖는 엑스레이 검출기의 일 실시예의 단면도;
도 8은 본 출원에 따른 반사층의 일 실시예의 상부를 도시한 도면;
도 9는 예시적인 신틸레이터에 대한 파장의 함수로서 파장의 ㎚ 당 정규화된 퍼센트 방사량의 그래프를 도시한 도면;
도 10은 다른 예시적인 신틸레이터에 대한 파장의 함수로서 파장의 ㎚ 당 정규화된 퍼센트 방사량의 그래프를 도시한 도면;
도 11은 관련된 기술의 비정질 실리콘 PIN 포토다이오드에서 광 흡수의 그래프를 도시한 도면;
도 12는 예시적인 신틸레이터 스크린에 대한 비정질 실리콘 진성 층(intrinsic layer) 두께의 함수로서 비정질 실리콘 포토 센서의 상대적인 양자 효율을 포함하는 그래프를 도시한 도면.
도 1은 본 출원에 따른 엑스레이 검출기의 일 실시예의 구조를 도시한 도면;
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도 8은 본 출원에 따른 반사층의 일 실시예의 상부를 도시한 도면;
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도 12는 예시적인 신틸레이터 스크린에 대한 비정질 실리콘 진성 층(intrinsic layer) 두께의 함수로서 비정질 실리콘 포토 센서의 상대적인 양자 효율을 포함하는 그래프를 도시한 도면.
이하, 본 출원에 따른 예시적인 실시예들이 설명될 것이며, 첨부 도면이 참고될 것이고, 각 도면의 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 식별되며, 이미 서술된 부품들의 유사한 설명, 배치 또는 상호 작용 등은 생략되었다. 용어 "제 1", "제 2" 등은 반드시 어떤 순서적인 또는 우선적인 관계를 나타내지 않고 단순히 다른 것으로부터 보다 명백히 구별시키기 위해 사용된다.
본 출원에 따른 장치/방법의 실시예들의 하나의 목적은 디지털 라디오그래피를 위해 사용되는 평판 영상 센서의 광-감도를 증가시키는 것이다. DR 적용을 위한 평판 영상 센서는 입사되는 엑스레이 방사선을 가시광으로 변환시키는 신틸레이트와, 가시광을 전기 신호로 변환시키는 평판 영상 센서를 사용한다. 평판 영상 센서의 화소는 포토 센서와 판독 요소를 포함한다. 포토 센서의 예는 PIN 포토 다이오드, MIS 포토 센서, 포토 트랜지스터 및 광 도전체를 포함한. 포토 센서는 1측부로부터 조명될 수 있다. 포토 센서의 스펙트럼 양자 효율(QE)은 포토 센서 위에 놓이는 절연층의 광학 성질 및 두께, 반도체 층의 각각의 광 흡수에 의해 유발된 캐리어 생성(carrier generation), 및 포토 센서 위에 놓이는 층의 광학 성질에 따른다. 일 예로서, PIN 포토 다이오드에서 포토 다이오드 상에 입사하는 광자의 대략 80%는 광학적으로 비정질 실리콘 반도체로 전송된다. 이 입사하는 광자의 일부는 반도체 층에 흡수될 것이며 일부는 이면 측부 접점에 의해 흡수될 것이다. 550㎚ 보다 큰 파장과 전형적인 a-Si 반도체 두께 500㎚에서, 입사 광자의 상당한 부분이 a-Si 층들을 침투 및 통과하며 금속 이면 접점에서 흡수되며, 따라서 이들 광자는 자유 캐리어를 생성시키지 않는다. Mo와 MoW 같은 이면 측부 접점 금속들은 매우 흡수성이 크다.
포토 센서에 의한 광의 흡수를 증가시키기 위해 두께가 증가된다. 그러나, 포토 센서(예를 들어 a-Si)의 충전 트랩의 전체 개수가 증가함에 따라 충전 트랩의 전체 개수에 따르는 암 전류 및/또는 영상 지연도 증가한다. 그리고, 신틸레이터에 의한 광 출력은 신틸레이터의 특성에 따르며, 포토 센서의 광 흡수는 포토 센서를 포함하는 재료의 흡수 특성에 따른다.
일 실시예에서, DR 검출기를 위한 화소는 광전송 정면 및 이면(예를 들어 제 1 및 제 2) 측부를 포함하는 포토 센서, 판독 전자 소자 및 화소의 개량된 양자 효율로의 광-투과성 이면 측부에 대응하는 반사기 능력을 포함할 수 있다. 예를 들어, 포토 센서의 개량된 양자 효율은 광-투과성 이면 접점이 포토 다이오드를 위해 사용되며 반사층이 포토 다이오드 밑에 사용될 때 적색 스펙트럼에서 얻을 수 있다.
도 1은 본 출원에 따른 엑스레이 검출기의 예시적인 실시예의 구조를 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 엑스레이 검출기(100)는 신틸레이터(120), 영상 어레이(130), 반사층(140) 및 기판(150)을 포함할 수 있다. 엑스레이(160)는 신틸레이터(120) 상에 입사한다. 엑스레이(160)는 신틸레이터 내부에서 가시광(170)으로 변환된다. 보호층(122)이 신틸레이터(120)를 보호하기 위해 신틸레이터(120)에 제공될 수 있다. 영상 어레이(130)는 포토 센서(PS) 및 판독 전자소자(RO)를 포함할 수 있고, 이는 데이터 라인, 스캔 라인, 증폭기, 트랜지스터 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 포토 센서(PS)는 연속적인 층을 형성할 수 있으며, 판독 전자소자(RO)는 포토 센서(PS) 아래쪽에 수직적으로 통합될 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 포토 센서(PS)는 광학적으로 전송적인 이면 측부 접점 및/또는 전극을 포함할 수 있다. 광선(180)의 적어도 일부는 개별적인 포토 센서(PS)와 충돌할 수 있다. 광선(180)은 포토 센서(PS)상에 충돌할 뿐 아니라 일부는 흡수되며 일부는 완전히 통과한다. 이면 측부 반사층(140)은 포토 센서(PS)를 통과하여 포토 센서(PS)로 되돌아 반사광(185)을 재지향시켜 포토 센서(PS)에 의해 흡수되는 광선(180)의 양을 증가시키기 위해 배치될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 광선(180)은 포토 센서(PS)의 제 1 측부와 충돌할 수 있으며 반사광(185)은 포토 센서(PS)의 제 2 측부(예를 들어 반대 측부)와 충돌할 수 있다. 예를 들어 반사층(140)으로부터 반사된 반사광(185)은 적절한 포토 센서(PS)에 도달할 수 있어 엑스레이 검출기(100)에 의한 신호 생성에 기여한다. 기판(150)(예를 들어 유리 기판)은 반사층(140) 밑에 제공될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 광학적으로 전송적인 절연층(예를 들어 유전층)(145)은 그 사이의 간섭(예를 들어 합금 형성)을 감소 또는 방지하기 위해 반사층(140)과 포토 센서(PS)사이에 있을 수 있다. 기판(150)은 엑스레이 검출기(100)를 위한 지지체 또는 기판으로서 작용한다.
도 2는 본 출원에 따른 엑스레이 검출기의 다른 예시적인 실시예의 구조를 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 판독 전자소자(RO1)는 포토 센서(PS1)와 같은 층 또는 같은 평면에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 포토 센서(PS1)는 광학적으로 전송적인 이면 측부 접점 및/또는 전극을 포함할 수 있다. 포토 센서(PS1)의 예는 PIN 포토 다이오드, MIS 포토 센서, 포토 트랜지스터 및 광 도전체를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
포토 센서(PS, PS1)는 투명한 도전성 전극 및/또는 접점을 포함할 수 있다. 도 3은 상부(예를 들어 제 1) 전극 및/또는 하부(예를 들어 제 2) 전극 상에 충돌하는 광을 통과시킬 수 있는 포토 센서 구조(300)의 예시적인 실시예를 단면도로 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 간접 전환형의 평판 DR 영상 센서는 해당 영상 센서의 앞쪽에 신틸레이터 스크린(도시 생략)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 비정질 Si 기반 포토 다이오드 구조가 포토 센서(PS, PS1)를 위해 사용될 수 있다. 상부 또는 하부 전극(312,314)은 ITO 또는 ZnO:Al 전극과 같은 재료로 형성되어 투과하거나 광-투과성일 수 있다. PIN 포토 다이오드(310)의 p형 영역(322) 및 n형 영역(324)은 도핑된 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H)을 포함할 수 있다. 도핑되지 않은 a-Si:H 층(325)이 진성 층으로서 사용될 수 있다. 도 3의 예시적인 포토 다이오드 구조(300)의 반도체 층이 상대적으로 저온(예를 들어 150℃ 내지 300℃)에서 다중 챔버 플라즈마 강화 화학적 증기 증착(PECVD) 시스템을 사용하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서 포토 다이오드 구조(300)의 예시적인 치수는, 예를 들어, 약 170㎚의 Si 질화물 층을 포함할 수 있고, 예를 들어, 약 40㎚의 ITO층이 상부 전극을 형성할 수 있으며; PIN 포토 다이오드는 예를 들어 약 15㎚의 p형 영역(322), 예를 들어 약 600㎚의 i형 영역(325) 및 예를 들어 약 40㎚의 n형 영역(324)을 포함할 수 있고; 예를 들어 약 100㎚의 ITO 층(324)이 하부 전극을 형성할 수 있다. 일 실시예에서 투명 상부 및 하부 전극을 갖는 화소의 치수는 100㎛×100㎛ 내지 200㎛×200㎛의 범위를 가질 수 있다.
대안적으로, 포토 다이오드(310)의 p형 영역(322) 및 n형 영역(324)은 도핑된 수소화 나노 결정 실리콘(nc-Si:H)을 포함할 수 있다. 이러한 도핑된 nc-Si:H 층은 a-Si:H 또는 비결정성 실리콘 카바이드(a-SiC:H)에 대해 높은 전도도 및/또는 낮은 광학 흡수를 가질 수 있다.
본 출원에 따른 영상 어레이, 평판 검출기 또는 엑스레이 영상 시스템 및/또는 이 장치를 사용하기 위한 방법들은 광학적 반사 메카니즘(예를 들어 유리 기판과 포토 센서 사이 또는 유리 기판 및 포토 센서 아래)과 조합하여 상부(예를 들어 제 1) 전극 및/또는 하부(예를 들어 제 2) 전극 상에 충돌하는 광에 민감한 포토 센서를 사용하여, 디지털 라디오그래픽 영상 시스템과 같은 전자기 영상 시스템의 단일 측부 조명의(예를 들어 상부 조명된) 포토 센서의 양자 효율을 증가시킬 수 있다.
도 4는 본 출원에 따른 반사기의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 반사기 구조물(400)은 반사층(410)과 반사층(410)과 대응하는 포토 센서 사이의 상호 작용이 바람직하지 않거나 반사기 구조의 특성을 개량하기 위할 때 제공되는 선택적인 절연층(420)을 포함할 수 있다.
화소의 반사층(410)은 예를 들어 화소의 금속화(예를 들어 게이트 금속)의 제 1레벨 또는 파장 밴드의 전체 높은 반사도 또는 높은 반사도를 위해 선택된 추가적인 금속 레벨에 대응할 수 있다. 파장 밴드는 단일 파장일 수 있다. 반사층(410)은 알루미늄과 같은 금속일 수 있다.
일 실시예에서, 반사층(400)은 상부측 조명된 포토 센서의 전체 양자 효율을 증가 또는 최적화시키기 위해 특정 밴드의 파장에서 반사를 증가 또는 최적화시키기 위해 선택된 1개 또는 그 이상의 층들의 두께를 갖는 광학 유전체 스택(dielectric stack)일 수 있다. 대안적으로, 반사 구조물(400)은 전체 양자 효율을 증가 또는 최적화하기 위해 두께 및 광학 특성/특성들을 갖는 유전체 필름(예를 들어 SiO2, Si3N4)일 수 있다. 다른 실시예에서, 반사 구조물(400)은 그 반사 특성을 위해 선택된 유기층 또는 포토아크릴일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 양자 효율은 신틸레이터 방사 특성 및 포토 센서/포토 다이오드 특성을 기초로 할 수 있으며, 이어서 반사 구조물(400)의 반사 특성은 전체 양자 효율을 증가 또는 최적화시키기 위해 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 포토 센서(QE)의 개량은 보다 긴 파장에서 더 크다.
일 실시예에서, 반사층(400)은, 개선된 성능으로, 예를 들어, 공간적인 해상도를 증가시키거나 화소들(예를 들어 포토 센서들) 사이의 크로스토크를 감소시키거나 DR 영상 어레이의 신틸레이터로부터의 방사 광의 각도 퍼짐을 증가시킴으로써 구성될 수 있다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 반사층은 확산 반사기(510)인 반사 제어층을 포함한다. 확산 반사기(510)는 입사 광(180) 각도가 수직이 아니므로 반사광(185) 각도를 증가(예를 들어 직선형, 비직선형으로)시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 반사층(400)은 DR 영상 어레이 내의 공간 해상도를 증가시키거나 화소들(예를 들어 포토 센서들) 사이의 크로스토크를 감소시키기 위한 반사층을 포함하도록 구성될 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 반사 제어층은 입사 광(180) 각도가 수직이 아니므로 반사된 광(185)을 증분식으로 포착하기 위하여 광 흡수 패턴(525)을 포함할 수 있는 층(520)일 수 있다. 광 흡수 패턴(525)은, (예를 들어 화소의 2D 레이아웃과 부합하도록) 행 또는 종렬 또는 격자로 정렬된 단속적인 또는 연속적인 줄무늬일 수 있다. 대안적으로, 반사층(520)은 입사광(180) 각도가 수직이 아니므로 반사광(185)의 방향을 바꾸기 위한 반사 패턴(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 도 5c에 도시한 바와 같이, 반사 제어층은 반사광(185)이 반사층(530)을 통해 멀리 이송하므로 반사광(185)을 증분식으로 포착하기 위한 확산된 광 흡수 재료(535)를 포함할 수 있다. 층(510, 520, 530)은 선택적인 절연층(420)을 대체 또는 보충할 수 있다.
디지털 검출기 또는 평판 검출기는 노출 영상이 잡힌 후 리세트될 수 있다. 관련된 기술의 FPD는 전기 충전(예를 들어 리세트 기간 중 다이오드를 가로지르는 스위칭 전압)을 사용하여 리세트될 수 있거나 선택적으로 리세트된다. 본 출원에 따른 실시예는 포토 센서가 두께가 저감될 수 있거나 보다 적은 수의 트랩을 보유하므로 효율의 증가, 리세트 또는 바이어스 전압의 감소 및/또는 리세트 작동(예를 들어, 포토 센서 리세트)에 대한 일관성의 증가를 제공할 수 있다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 화소 및/또는 영상 어레이의 실시예들을 통합하는 평판 영상기의 회로의 블럭 선도를 도시한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 평판 영상기(10)는 센서 어레이(12)를 포함할 수 있다. a-Si 기반 센서 어레이는 m개의 데이터 라인(14)과 n개의 행(row) 선택 또는 게이트 라인(16)을 포함한다. 각 화소는 TFT(20)에 연결된 a-Si 포토 다이오드(18)를 포함한다. 각 포토 다이오드(18)는 공통의 바이어스 라인(22)과 그 연관된 TFT의 드레인(24)에 연결된다. 게이트 라인(16)은 게이트 드라이버(26)에 연결된다. 바이어스 라인(22)은 포토 다이오드(18)와 TFT(20)에 가해진 바이어스 전압을 반송한다. TFT(20)는 그 연관된 게이트 라인(26)에 의해 제어되며, 어드레스되었을 때 저장된 전하를 데이터 라인(14)으로 전달한다. 판독 동안, 게이트 라인은 한정된 시간(대략 10 내지 100㎳) 동안 온 상태로 전환되어, 그 행 상의 TFT(20)에 대해 충분한 시간 그 화소 전하를 모든 m개의 데이터 라인에 전달할 수 있게 한다. 데이터 라인(14)은 병렬로 작동하는 충전 증폭기(28)에 연결된다. 일반적으로, 충전 증폭기(28)는 복수의 그룹으로 분할되며, 각 그룹은 전형적으로 64, 128 또는 256개의 충전 증폭기를 구비한다. 각 그룹의 연관된 충전 증폭기는 영상 신호를 검출하고, 멀티플렉서(30) 상에 신호들을 클럭함으로써, 그것들은 멀티플렉스되며 순차적으로 아날로그 대 디지털 변환기(32)에 의해 디지털화된다. 디지털 영상 데이터는 그 후 커플링 위로 메모리로 전달된다. 일부 설계에서, 상호 관련된 이중 샘플링(CDS) 회로(34)가 전자 소음을 감소시키기 위해 각 충전 증폭기(28)와 멀티플렉서(30) 사이에 배치된다. 게이트 라인(16)은 순차적으로 온 상태로 전환되어 전체 프레임이 스캐닝 되기 위해 대략 수 초를 요구한다. 추가적인 영상 수정과 영상 처리가 컴퓨터에 의해 실행되며, 결과적으로 영상은 모니터(38) 상에 디스플레이되거나 프린터(40)에 의해 프린트된다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 화소 및/또는 영상 어레이의 실시예를 통합할 수 있는 선택적인 리세트 FPD의 단면도이다. 포토 센서의 선택적인 리세트는 더 효율적 및/또는 더 균일할 수 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 기판(150) 밑에 광학 리세트 유닛(710)이 제공된다. 광학 리세트 유닛(710)은 복수의 광원(도시하지 않음), 예를 들어 포토 센서(PS)를 리세트하기에 적절한 스펙트럼 범위에서 광(270)을 방사할 수 있는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 포토 센서(PS)는 광(720)을 사용함으로써 리세트될 수 있다. 반사층(140)은 포토 센서(PS, PS1)를 리세트하기 위해 리세트 광(720)의 충분한 양을 통과시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 반사층(140)은 리세트 광(720)을 통과시키기에 충분한 구멍을 포함할 수 있다. 도 8은 본 출원에 따른 반사층의 일 실시예의 평면도를 도시한 다이어그램이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 예를 들어, 배열된 구멍(810)은 반사층(140)의 작은 양의 표면적(예를 들어 <10%, <5%, 또는 <2%)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 반사층(140)은 구멍을 갖지 않지만, 리세트 광(720)에 대해서 투명하거나 그 하부면에 충돌하는 입사 리세트광(720)의 규정된 양(예를 들어 >25%, >50%, >75%)을 통과시킬 수 있다. 일 실시예에서, 리세트광은 자외선일 수 있다.
도 9는 예시적인 신틸레이터에 대한 파장의 함수로서 파장의 ㎚ 당 정규화된 퍼센트 방사량을 도시한 도면이다. 그래프(910)는 대표적인 CsI 신틸레이터를 위한 파장의 함수로서 파장의 ㎚ 당 정규화된 퍼센트 방사량(예를 들어 파장에 대한 방사%의 적분치는 100%임)을 도시한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 600㎚보다 큰 파장에서 상당한 방사가 있고, 이때 a-Si 흡수는 떨어진다.
도 10은 예시적인 신틸레이터에 대한 파장의 함수로서 파장의 ㎚ 당 정규화된 방사%를 도시한 다이어그램이다. 그래프(1010)는 대표적인 GOS 신틸레이터에 대한 파장의 함수로서 파장의 ㎚ 당 정규화된 방사%(예를 들어 파장에 대한 방사%의 적분치는 100%임)를 도시한다.
도 11은 500㎚ 두께의 비정질 실리콘, ITO 투명 전극 상부 접점 및 MoW 이면 접점을 갖는 관련 기술의 PIN 포토다이오드에서 광 흡수를 도시한다. a-Si의 흡수는 제 1 곡선(1110)에 도시되며, a-Si를 통해 전송된 후 MoW 이면 접점에서 흡수되는 광은 도 11의 제 2 곡선(1120)에 도시된다. a-Si를 통해 투과되고 MoW에서 흡수되는 600㎚보다 큰 파장에서 상당한 에너지가 있다. 예시적인 실시예에서 본 출원에 따른 포토 센서는 PIN 포토 다이오드를 통해 더 많은 광을 투과시킨다.
도 12는 예시적인 CsI 신틸레이터 스크린의 방사 스펙트럼(1210)과 예시적인 GOS 신틸레이터 스크린의 방사 스펙트럼(1220)에 대해 계산된 비정질 실리콘 진성 층 두께의 함수로서 비정질 실리콘 PIN 포토 다이오드의 상대적인 양자 효율을 도시한다. 1um보다 작은 비정질 실리콘 진성 층 두께에 대하여, 비정질 실리콘을 통한 광-투과와 MoW 이면 접점의 순차적인 흡수는 양자 효율을 감소시킨다. 도 12에 도시한 바와 같이, 500㎚에 의하면, 손실은 CsI 방사 스펙트럼에 대해 ~ 8%이고, 250㎚에 의하면 손실은 25%이다. 얇은 a-Si 두께는 암 전류를 감소시키고/시키거나, 트래핑에 의해 유발된 영상 지연을 감소시키고/시키거나, 충전 용량을 증가시키기 위해 바람직하다. 금속(예를 들어 MoW, Mo) 또는 광 흡수 이면 측부 접점을 갖는 관련된 기술의 PIN 포토 다이오드에 대하여, 신호 대 잡음은 500㎚ 진성 층 두께로 선택 또는 최적화된다. 광-투과성 전극을 포함하고 반사층의 실시예를 포함하는 예시적인 PIN 포토 다이오드에 대하여, 250㎚와 같은 감소된 두께는 500㎚ 관련된 기술의 포토 다이오드와 대략 같은 양자 효율을 초래하지만, 감소된 소음, 감소된 영상 지연 및/또는 보다 높은 충전 용량을 포함할 수 있었다. 대안적으로, 실시예에 따라서, 포토 센서의 진성 층 또는 반도체 층의 두께는 200㎚, 300㎚, 350㎚ 또는 400㎚보다 작을 수 있다.
반사층의 실시예 및 이를 사용하기 위한 방법은 신틸레이터 재료와 포토 센서 재료의 특성에 기초한다. 반사층의 실시예는 예를 들어 신틸레이터의 방사 특성과 FPR의 포토 다이오드의 흡수 특성에 기초하여 양자 효율을 증가시키도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 신틸레이터 특성은 신틸레이터 두께, 신틸레이터 조성, 신틸레이터 엑스레이 흡수 계수 및 신틸레이터 광 방사 스펙트럼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 포토 센서 특성은 감광 요소 면적, 감광 요소 피치, 감광 요소 감도 중 적어도 하나를 포함할 수 있거나, 또는 포토 센서 층의 각각에 대한 특성은 파장, 파장의 함수로서 흡수 계수, 파장의 함수로서 굴절률 또는 두께를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 반사층의 특성은 반사광의 스펙트럼 반사율 또는 각도 분포 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반사층과 포토 센서 사이에 형성된 선택적인 광학적으로 투명한 유전체는 파장의 함수로서 흡수 계수의 특성 또는 파장의 함수로서 굴절률을 갖는 유전체일 수 있다.
일 실시예에서, 반사된 광의 흡수는 550㎚ 내지 700㎚ 사이의 광에 대해서 DR 검출기에서 포토 센서의 전체 흡수의 적어도 15%, 적어도 25%, 적어도 35%일 수 있거나, 반사된 광의 흡수는 550㎚ 내지 700㎚ 사이의 광의 적어도 하나의 파장에 대하여 10% 또는 20% 등과 같은 규정된 양 이상 포토 센서의 흡수를 증가시킨다. 포토 센서의 두께는, 신틸레이터로부터 충돌하는 광의 적어도 하나의 파장의 적어도 50%를 통과할 수 있게 형성될 수 있으며, 이는 400㎚ 내지 700㎚일 수 있다. 반사층의 실시예는 파장의 규정된 밴드를 우선적으로 반사시키거나, 550㎚ 내지 650㎚ 또는 500㎚ 내지 700㎚ 사이에서 선택된 파장에 대하여 가장 높은 반사 계수를 포함하도록 선택될 수 있다.
정규의 엑스레이 라디오그래픽 또는 CT 영상에서 스크리닝, 영상 가이드된 간섭이 물체 및 작업자에게 연관된 엑스레이 노출 위험을 감소 또는 최소화하여야 하는 것이 점차 일반적으로 인식되고 있다. 포토 센서 두께가 감소함에 따라 엑스레이 선량이 감소될 수 있다. 현재의 의료 엑스레이 기술이 행할 수 있는 것에 비교해서 보다 적은 엑스레이 선량으로 동일 혹은 보다 양호한 영상 품질이 달성될 수 있다면 낮은 엑스레이 선량 의료 영상화는 아주 매력적일 것이다.
본 발명의 교시는 도면에 도시된 실시예로 범위를 제한하고자 의도되지 않은 것에 유의해야 한다.
본 발명이 1개 이상의 실시 수단들에 대하여 설명되었지만 첨부된 특허청구범위의 정신과 범위를 일탈함이 없이 설명된 실시예들의 변경 및/또는 수정이 가능하다. 예를 들어, 다양한 화소 실시예다 라디오그래픽 영상 시스템에 사용될 수 있다. 일 예의 라디오그래픽 영상 시스템은 하나의 어레이 내에 복수의 다양한 화소 실시예, 구동 회로, 인광 물질 스크린을 포함한다. 방사선 원도 포함될 수 있다. 그리고, DR 영상 센서/방법들 실시예들이 라디오그래픽 적용들, 투시경 적용, 이동식 영상 시스템 적용 및/또는 볼륨 영상 재표시 적용을 위해 사용될 수 있다.
또한, 일 실시예의 특별한 특징이 수개의 실시 수단들 중 단지 하나에 대해서 서술되었지만, 이러한 특징들이 어떤 주어진 또는 특별한 기능에 대해 요구되며 유리하므로 다른 실시 수단 및/또는 예시적인 실시예들의 하나 또는 그 이상의 특징들과 조합될 수 있다. 본 발명의 넓은 범위를 기술하는 수치 범위 및 매개 변수들은 근사치들이라 하더라도 특정한 예들에 기술된 수치들은 가능한 한 정밀한 것으로 보고되었다. 그러나, 어떤 수치들은 그 각 시험 측정에서 발견되는 표준 편차로부터 필수적으로 오는 어떤 오차들을 본질적으로 보유한다. 그리고, 여기에 게재된 모든 범위들은 그 속에 포함된 어떤 그리고 모든 서브 범위들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어 "10보다 적은"의 범위는 -2의 최소치와 10의 최대치 사이의(그리고 포함하여) 어떤 그리고 모든 서브 범위를, 즉 -2와 같거나 큰 최소치와 10과 같거나 적은 최대치를 갖는 어떤 그리고 모든 서브 범위를, 예를 들어 1 내지 5를 포함할 수 있다. 또한, 용어 "포함하여", "포함하는", "갖는", "가진", "와 함께" 또는 그 변형들이 상세한 설명과 청구의 범위에 사용되는 한, 이러한 용어들은 용어 "포함하는"과 유사하게 그것을 포함하고자 하는 것이다. 여기서 사용될 때 용어 "연결된"은 그 사이의 추가적인 요소들과 직접 또는 간접으로 전기적으로 연결되는 것을 의미한다. 여기서 아이템들의 일람에 관한 용어 "1개 또는 그 이상의" 또는 "및/또는", 예를 들어 "A 및 B" 또는 "A 및/또는 B"는 A 단독, B 단독 또는 A 와 B를 의미한다. 용어 " 의 적어도 하나"는 리스트된 아이템들 중 1개 또는 그 이상을 의미하기 위해 사용된다.
그리고, 여기서 용어 2개 재료에 대해 사용되는 다른 재료 상의 한 재료에서의 "상" 은 그 재료 들 사이에 적어도 일부의 접촉을 의미하지만, "위"는 그 재료들이 서로 가깝거나 근접하지만 접촉이 요구되지 않는 것을 의미한다. "상", "위", "아래", "상방", 또는 "하방"은 여기서 사용된 것과 같이 어떤 방향성을 의미하지는 않는다. 2개 요소들에 대해 사용된 "사이"는 요소 A 와 B "사이"의 요소 C는 A가 C에 근접하고 C가 B에 근접하거나 그 역이 성립하게 적어도 1 방향으로 공간적으로 배치되는 것을 의미한다. 용어 "적합한"은 밑에 놓인 재료의 각도가 적합한 재료에 의해 보존되는 코팅 재료를 설명한다. 그리고, 용어 "예시적인"은 이상적인 것을 의미하기보다는 1 예로서 사용되는 것을 나타내었다.
Claims (10)
- 라디오그래픽 영상 장치로서,
신틸레이터(scintillator);
상기 신틸레이터로부터 제 1 광을 수광하기 위한 제 1 측부를 포함하고, 또한 상기 제 1 광의 충돌에 반응하여 제 2 광을 통과시키는 제 2 측부를 포함하는 복수의 감광 요소;
상기 복수의 감광 요소로부터 제 2 광을 수광하고, 상기 제 2 광의 충돌에 반응하여 제 3 광을 반사시키도록 구성된 반사층; 및
상기 복수의 감광 요소의 제 2 측부 상의 기판을 포함하되,
상기 복수의 감광 요소의 감광 요소 특성들은 상기 제 1 측부를 통해 수광된 제 1 광과 상기 제 2 측부를 통해 수광된 제 3 광의 규정된 양을 흡수하도록 선택되며, 상기 반사층의 반사도는 50%보다 큰 것인
라디오그래픽 영상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 감광 요소 특성들은 상기 신틸레이터를 포함하는 재료의 방사 특성을 기초로 하는 것인
라디오그래픽 영상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 감광 요소들의 두께는 상기 제 1 광의 적어도 하나의 파장의 적어도 50%를 통과시키도록 구성되고, 상기 제 1 광은 400㎚ 내지 700㎚ 사이인 것인
라디오그래픽 영상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 광의 흡수는 550㎚ 내지 700㎚ 사이의 광에 대한 상기 복수의 감광 요소의 전체 흡수의 적어도 15%, 적어도 25% 또는 적어도 35%를 포함하거나, 또는 상기 제 3 광의 흡수는 550㎚ 내지 700㎚ 사이의 광의 적어도 하나의 파장에 대한 상기 복수의 감광 요소의 흡수를 10% 또는 20% 이상 증가시키는 것인
라디오그래픽 영상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 감광 요소를 형성하는 포토 센서의 a-Si 반도체 부분이 400㎚ 미만의 두께를 포함하거나, 상기 포토 센서들의 반도체 부분이 400㎚ 미만의 두께를 포함하는 것인
라디오그래픽 영상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반사층은 파장의 규정된 밴드를 우선적으로 반사하도록 선택되거나, 또는 상기 반사층의 반사 계수가 540㎚ 내지 650㎚ 사이에서 선택된 파장에 대하여 가장 높으며, 상기 반사층의 특성은 반사된 광의 스펙트럼 반사율 또는 각도 분포 중 적어도 하나를 포함하는 것인
라디오그래픽 영상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반사층은 상기 신틸레이터의 방사 특성(emission characteristic)과 상기 복수의 감광 요소를 형성하는 포토 다이오드들의 흡수 특성을 기초로 하는 양자 효율을 증가시키도록 선택되고,
상기 감광 요소 특성은 감광 요소 면적, 감광 요소 피치, 감광 요소 감도 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 포토 센서들의 각각에 대한 상기 감광 요소 특성이 파장의 함수로서의 흡수 계수, 파장의 함수로서의 굴절률 또는 두께를 포함하는 것인
라디오그래픽 영상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반사층과 상기 복수의 감광 요소들 사이에 형성된 광학적으로 투명한 유전체를 추가로 포함하되, 유전체 특성은 파장의 함수로서의 흡수 계수 또는 파장의 함수로서의 굴절률 중 적어도 하나를 포함하거나, 상기 굴절률이 복합 변수이며,
상기 반사층은 유전체 스택, 금속, 유기층 또는 유전체 필름을 형성하는 복수의 증착된 유전체를 포함하며, 상기 반사층이 영상 어레이에 대응하는 유리 기판 위에 또는 영상 어레이에 대응하는 상기 유리 기판 밑에 널리 증착되고, 상기 반사층은 입사광과 비교해서 상기 반사광의 각도 분포를 증가시키도록 확산 반사기를 포함하는 반사 제어층을 포함하며,
신틸레이터 특성은 신틸레이터 두께, 신틸레이터 조성, 신틸레이터 엑스레이 흡수 계수 및 신틸레이터 광 방사 스펙트럼 중 적어도 하나를 포함하는 것인
라디오그래픽 영상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 측부를 사용하여 상기 복수의 감광 요소를 리세트하기 위하여 상기 반사층 아래에 배치된 광학 리세트 장치를 더 포함하되, 상기 반사층은 상기 복수의 감광 요소를 리세트하기 위해 상기 광학 리세트 장치로부터의 리세트광이 통과할 수 있게 하고,
적어도 하나의 판독 요소가 감광 요소인 포토 센서 아래쪽에 수직으로 형성된 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하거나 적어도 하나의 트랜지스터가 상기 포토 센서와 같은 평면에 형성되며, 상기 포토 센서는 PIN 포토 다이오드, MIS 포토 센서, 포토 트랜지스터 및 광전도체를 포함하는 것인
라디오그래픽 영상 장치. - 대상물의 복수의 엑스레이 영상을 포착하기 위하여 라디오그래픽 영상 장치를 작동하기 위한 방법으로서,
입사 방사선을 수광하여 파장의 제 1 밴드에서 여기된 방사선을 방사함으로써 반응하기 위한 신틸레이션 스크린을 제공하는 단계;
신틸레이터로부터 파장의 제 1 밴드에서 제 1 광을 수광하기 위한 제 1 광-투과성 측부와 상기 제 1 광의 충돌에 반응하여 제 2 광을 통과시키기 위한 제 2 광-투과성 측부를 포함하는 포토 센서들의 어레이를 제공하는 단계;
상기 포토 센서들의 어레이로부터 제 2 광을 수광하고, 상기 제 2 광의 충돌에 반응하여 제 3 광을 반사하기 위한 반사층을 제공하는 단계; 및
감광 요소들의 어레이를 지지하기 위하여 제 2 측부 위쪽에 기판을 제공하는 단계를 포함하되,
상기 포토 센서들의 어레이는 상기 제 1 측부를 통해 수광된 제 1 광의 규정된 양을 흡수하고 상기 제 2 측부를 통해 수광된 제 3 광의 규정된 양을 흡수하며, 상기 반사층의 반사율은 50%를 초과하고, 상기 포토 센서들 중 적어도 1층은 상기 제 2 광-투과성 측부를 통해 선택된 파장 밴드의 규정된 양을 통과시키도록 감소된 두께를 가지며, 상기 포토 센서들 중 적어도 1층의 상기 감소된 두께는, 상기 각 포토 센서의 전체 전기 트랩의 개수에 의존하여, 각 포토 센서에 의해 생성된 암 전류를 감소시키거나 또는 상기 각 포토 센서에 의해 생성된 영상 지연을 감소시키도록 구성되는 것인
라디오그래픽 영상 장치의 작동 방법.
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