KR20140075423A - 전자-정공쌍이 발생하는 횟수에 따라 ｘ 선을 검출하는 ｘ 선 검출기 - Google Patents

전자-정공쌍이 발생하는 횟수에 따라 ｘ 선을 검출하는 ｘ 선 검출기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 X 선 검출기는 서로 다른 에너지 레벨을 지닌 제1 X 선과 제2 X 선을 방출하는 X 선 소스, 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 입사에 따라 전자-정공쌍을 생성하여 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 투과 거리에 따른 신호를 출력하는 X 선 검출부 및 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 투과거리에 대한 정보와, 상기 투과거리에서의 상기 제1 X 선 및 상기 제2 X 선의 세기에 대한 정보를 갖는 출력신호를 생성하며, 상기 제1 X 선 및 상기 제2 X 선에 의하여 복수의 전압영역들 중 적어도 하나에 해당되는 상기 전자-정공쌍이 발생하는 횟수에 대한 정보를 획득하는 신호 처리부를 포함한다.

Description

전자-정공쌍이 발생하는 횟수에 따라 Ｘ 선을 검출하는 Ｘ 선 검출기{X-RAY DETECTOR DETECTING X-RAY IN ACCORDANCE TO THE NUMBER OF GENERATION OF ELECTRON-HOLE}
본 발명은 전자-정공쌍이 발생하는 횟수에 따라 X 선을 검출하는 X 선 검출기에 관한 것이다.
X 선을 이용한 검사는 검사대상물을 개방하거나 파괴하지 않아도 그 내부에 대한 검사를 실시할 수 있어 의료 및 산업분야의 전반에 걸쳐 비파괴 검사법으로 널리 사용되고 있다.
종래에는 이러한 엑스선 촬영을 위하여 엑스선에 감광되는 필름을 사용하여 피사체의 두께나 밀도 차에 의한 음영으로서 피사체 내부를 영상화 하여 이로써 내부 결함을 판단하게 된다.
한편, 종래와 같은 필름을 사용한 아날로그식 촬영방법은 찍을 때마다 필름이 필요하며 필름의 인화에 시일이 걸리는 단점이 있고, 촬영된 필름을 보관하기 위한 별도의 보관시설이 필요하며, 촬영된 필름을 이동시키기 위한 작업도 필요하여 사용 및 운용이 번거로운 단점이 있었다.
최근에 들어 전자기술 및 IT 기술이 발달함에 따라 종래의 필름을 이용한 아날로그식 촬영방법 대신 필름이 필요 없는 디지털 장치를 이용하여 X 선 영상을 획득하는 X 선 검출기가 소개되고 있다.
한국등록특허 10-0680700
본 발명의 실시예에 따른 X 선 검출기는 X 선의 흡수되는 비율을 증가시키고 사용자에게 오브젝트에 대한 다양한 정보를 제공할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 X 선 검출기는 서로 다른 에너지 레벨을 지닌 제1 X 선과 제2 X 선을 방출하는 X 선 소스, 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 입사에 따라 전자-정공쌍을 생성하여 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 투과 거리에 따른 신호를 출력하는 X 선 검출부 및 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 투과거리에 대한 정보와, 상기 투과거리에서의 상기 제1 X 선 및 상기 제2 X 선의 세기에 대한 정보를 갖는 출력신호를 생성하며, 상기 제1 X 선 및 상기 제2 X 선에 의하여 복수의 전압영역들 중 적어도 하나에 해당되는 상기 전자-정공쌍이 발생하는 횟수에 대한 정보를 획득하는 신호 처리부를 포함한다.
상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 투과 거리에서 일정 시간 동안 상기 X 선 검출부로부터 생성된 전하량에 해당하는 신호를 처리할 수 있다.
상기 X 선 검출부는 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 진행 방향으로 배열된 복수 개의 단위 센서를 포함하는 검출 센싱부를 포함하며, 상기 단위 센서는 상기 제1 X 선 및 상기 제2 X 선에 따라 상기 전자-정공쌍을 생성하는 광전물질을 포함하고, 상기 신호 처리부는 상기 단위 센서로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기, 상기 증폭기를 통하여 입력된 아날로그 신호를 일정 시간동안 적분하는 적분기, 및 상기 적분기에 의한 적분 결과를 샘플링하고 샘플링값을 소정 시간만큼 유지하는 샘플앤홀드 회로를 포함할 수 있다.
상기 X 선 검출부는 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 진행 방향으로 배열된 복수 개의 단위 센서를 포함하는 검출 센싱부를 포함하며, 상기 단위 센서는 상기 제1 X 선 및 상기 제2 X 선으로부터 변환된 가시광선에 따라 상기 전자-정공쌍을 생성하는 포토 다이오드를 포함하고, 상기 신호 처리부는 상기 단위 센서로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기, 및 상기 증폭된 아날로그 신호를 샘플링하고 샘플링값을 소정 시간만큼 유지하는 샘플앤홀드 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 X 선 검출기는 복수의 에너지 레벨을 지닌 X 선을 이용하여 X 선의 흡수 비율을 높이면서도 사용자에게 다양한 정보를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 X 선 검출기를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시에에 따른 방사선 검출기와 비교하기 위한 검출 센싱부를 나타낸다.
도 3은 X선의 에너지 레벨에 따른 투과 거리를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 검출기의 신호 처리부의 예들을 나타낸다.
도 6은 도 4에 도시된 신호 처리부를 통하여 얻을 수 있는 정보의 영역을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방사선 검출기를 나타낸다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방사선 검출기의 신호 처리부의 예들을 나타낸다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1a 및 도 1b은 본 발명의 제1 실시예에 따른 X 선 검출기를 나타낸다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 X 선 검출기는 X 선 소스(radiation source)(100), X 선 검출부(200), 신호 처리부(300)를 포함한다.
X 선 소스(100)는 서로 다른 에너지 레벨(energy level)을 지닌 제1 X 선과 제2 X 선을 방출한다. 본 발명의 제1 실시예에서 X 선 소스(100)는 알파선(α-ray), 감마선(γ-ray) 또는 X선과 같은 X 선을 방출한다. 이 때 X 선 소스(100)가 방출하는 제1 X 선과 제2 X 선은 서로 다른 에너지를 지닐 수 있다. 예를 들어, 제1 X 선과 제2 X 선이 X선인 경우 제1 X 선과 제2 X 선은 서로 다른 에너지 레벨을 지닐 수 있으며 60 keV, 88 keV, 또는 120 keV의 에너지 레벨을 지닐 수 있다.
X 선 검출부(200)는 제1 X 선과 제2 X 선의 입사에 따라 전자-정공쌍을 생성하여 제1 X 선과 제2 X 선의 투과 거리에 따른 신호를 출력한다.
본 발명의 제1 실시예에서 X 선 검출부(200)는 검출 센싱부(210)를 포함하며, 검출 센싱부(210)는 제1 X 선 및 제2 X 선의 투과에 따라 전자-정공쌍를 방출하는 광전물질을 포함할 수 있다. 광전물질은 X 선이 가전자대의 전자와 충돌하여 전자를 자유공간으로 여기시키고 반도체를 이온화시켜 전자-정공쌍을 형성하는 물질이다. 광전물질은 CZT(Cadmium-Zinc-Telluride), Amorphous Selenium, CdTe, PbO, HgO 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 이와는 다른 광전물질을 포함할 수도 있다.
이 때 제1 X 선 및 제2 X 선이 입사되는 검출 센싱부(210)의 제1 측면(S1)의 폭(w1)은 제1 X 선 및 제2 X 선의 진행 방향(예를 들어, 도 1a 및 도 1b의 X축 방향)과 평행한 검출 센싱부(210)의 제2 측면(S2)의 폭(w2)보다 작을 수 있다.
이 때 검출 센싱부(210)의 제1 측면(S1)의 폭(w1)은 X 선의 진행 방향과 교차하는 방향(예를 들어, 도 1a 및 도 1b의 Y축 방향)의 폭일 수 있고, 검출 센싱부(210)의 제2 측면(S2)의 폭(w2)은 X 선의 진행 방향과 평행한 방향의 폭일 수 있다.
X 선은 파장이 매우 작기 때문에 X 선이 투과하는 검출 센싱부(210)의 폭이 작을 수록 검출 센싱부(210)가 X 선을 검출할 확률은 작아지게 된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예와 다르게 X 선이 입사되는 검출 센싱부(210)의 제2 측면(S2)의 폭(w2)이 검출 센싱부(210)의 제1 측면(S1)의 폭(w1)보다 클 경우, X 선의 투과 가능 거리는 검출 센싱부(210)의 제1 측면(S1)의 폭(w1)과 같으므로 검출 센싱부(210)가 X 선을 검출할 확률은 작아지게 된다.
반면에 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예의 경우 X 선이 입사되는 검출 센싱부(210)의 제1 측면(S1)의 폭(w1)이 검출 센싱부(210)의 제2 측면(S2)의 폭(w2)보다 작으므로 X 선의 투과 가능 거리는 검출 센싱부(210)의 제2 측면(S2)의 폭(w2)과 같으므로 검출 센싱부(210)가 X 선을 검출할 확률은 커진다.
이 때 제1 X 선 및 제2 X 선의 투과거리는 제1 X 선 및 제2 X 선의 에너지 레벨에 비례한다. 도 3은 X 선의 에너지 레벨과 투과 거리의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 3의 그래프에서 가로축은 X 선이 CZT를 투과한 거리를 나타내고, 도 2의 세로축은 X 선의 에너지 밀도를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 에너지 레벨이 높은 X 선일수록 CZT를 투과하는 거리가 증가할 확률이 높아짐을 알 수 있다.
따라서 X 선 소스(100)가 서로 다른 에너지 레벨을 지닌 제1 X 선과 제2 X 선을 방출하고 제1 X 선의 에너지 레벨이 제2 X 선의 에너지 레벨보다 큰 경우, 제1 X 선이 검출 센싱부(210)를 투과하는 거리가 제2 X 선이 검출 센싱부(210)를 투과하는 거리보다 클 확률이 증가한다.
X 선 소스(100)가 서로 다른 에너지 레벨을 지닌 제1 X 선과 제2 X 선을 방출하므로 X 선 검출부(200)는 제1 X 선과 제2 X 선에 따른 신호를 출력한다.
본 발명의 제1 실시예에서 투과 거리는 검출 센싱부(210)의 단위 센서(sen1, sen2, sen3)의 위치에 따라 결정될 수 있다. 검출 센싱부(210)는 제1 X 선과 제2 X 선의 진행 방향(예를 들어, X축 방향)으로 배열된 복수 개의 단위 센서(sen1, sen2, sen3)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단위 센서 sen1은 X 선 소스(100)로부터 가장 가깝고 단위 센서 sen3은 X 선 소스(100)로부터 가장 멀다. 따라서 단위 센서 sen3은 제1 X 선 및 제2 X 선 중 에너지 레벨이 높은 X 선을 검출할 확률이 커질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서는 제1 X 선과 제2 X 선의 진행방향으로 3 개의 단위 센서가 배열되었으나 이는 일례일 뿐이며 이에 한정되는 것은 아니다.
신호 처리부(300)는 제1 X 선과 제2 X 선의 투과거리에 대한 정보와, 투과거리에서의 제1 X 선 및 제2 X 선의 세기에 대한 정보를 갖는 출력신호를 생성한다.
이를 위하여 본 발명의 제1 실시예에서 신호 처리부(300)는 제1 X 선 및 제2 X 선의 진행방향을 따라 배열된 단위 센서들(sen 1, sen 2, sen 3)로부터 출력된 신호들을 디지털 신호로 변환할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 X 선 검출기의 신호 처리부(300)의 예들을 나타낸다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각 단위 센서(sen1, sen2, sen3)는 제1 전극(E11, E12, E13)과 제2 전극(E2)을 포함할 수 있다. 제1 전극(E11, E12, E13)과 제2 전극(E2) 사이의 광전물질은 제1 X 선 및 제2 X 선의 입사에 따라 전자-정공쌍을 생성한다. 도 4 및 도 5에서 E11, E12, E13 각각은 단위 센서 sen1, 단위 센서 sen2, 단위 센서 sen3의 제1 전극에 해당된다.
이 때 제2 전극(E2)에는 전자-정공쌍을 분리하기 위한 전압(Vo)가 공급될 수 있다. 전압(Vo)이 양의 전압이면 광전물질에 의하여 생성된 전자가 제2 전극(E2)으로 이동하고 정공이 제1 전극(E11, E12, E13)으로 이동할 수 있다. 또한 전압(Vo)가 음의 전압이면 광전물질에 의하여 생성된 정공이 제2 전극(E2)으로 이동하고 전자가 제1 전극(E11, E12, E13)으로 이동할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 신호 처리부(300)는 증폭기(310), 비교부(320) 및 카운터(counter)(330)를 포함할 수 있다. 증폭기(310)는 제1 전극(E11, E12, E13)으로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭한다. 제1 전극(E11, E12, E13)으로부터 출력된 아날로그 신호는 광전물질에 의하여 형성된 전자 또는 정공에 의하여 생성된 것이다. 본 발명의 제1 실시예에서 증폭기(310)는 미소전류를 증폭할 수 있는 전하증폭기(charge amplifier)일 수 있다.
증폭기(310)에 의하여 증폭된 신호는 극히 짧은 시간에 생기는 펄스일 수 있으므로 제1 셰이퍼(shaper)(340)는 증폭기(310) 및 비교부(320) 사이에 연결되어 증폭된 아날로그 신호에 대해 잡신호를 제거하고 파고선별 기능을 수행하여 펄스 모양을 재구성한다.
제1 셰이퍼(340)로부터 출력된 신호는 비교부(320)로 입력되고, 비교부(320)는 기준전압과 제1 셰이퍼(340)로부터 출력된 신호의 전압을 비교한다. 비교부(320)는 제1 비교기(321)와 제2 비교기(323)를 포함할 수 있다. 이 때 제1 비교기(321)는 제1 기준전압과 증폭된 아날로그 신호의 전압을 비교하고, 제2 비교기(323)는 제2 기준전압과 증폭된 아날로그 신호의 전압을 비교할 수 있다
제1 비교기(321)는 제1 기준전압(Vth_H_1, Vth_H_2, Vth_H_3)과 제1 셰이퍼(340)로부터 출력된 신호의 전압을 비교하고, 제2 비교기(323)는 제2 기준전압(Vth_L_1, Vth_L_2, Vth_L_3)과 제1 셰이퍼(340)로부터 출력된 신호의 전압을 비교할 수 있다.
이 때 Vth_H_1, Vth_H_2, Vth_H_3 각각은 Vth_L_1, Vth_L_2, Vth_L_3보다 큰 전압값일 수 있다. 또한, Vth_H_1, Vth_H_2, 및 Vth_H_3은 서로 같은 전압값이거나, Vth_H_1, Vth_H_2, 또는 Vth_H_3 중 하나의 전압값은 나머지 두 전압값과 다를 수 있다. 마찬가지로 Vth_L_1, Vth_L_2, 및 Vth_L_3은 서로 같은 전압값이거나, Vth_L_1, Vth_L_2, 또는 Vth_L_3 중 하나의 전압값은 나머지 두 전압값과 다를 수 있다.
제1 비교기(321)와 제2 비교기(323)의 동작에 따라 비교부(320)는 다양한 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 비교기(321)가 기준전압(Vth_H_1, Vth_H_2, Vth_H_3)보다 큰 비교전압의 입력시 하이 레벨 신호(high level signal)를 출력하거나, 기준전압(Vth_H_1, Vth_H_2, Vth_H_3)보다 작은 비교전압의 입력시 하이 신호를 출력할 수 있다. 마찬가지로 제2 비교기(323)가 기준전압(Vth_L_1, Vth_L_2, Vth_L_3)보다 큰 비교전압이 입력될 때 하이 신호를 출력하거나, 기준전압(Vth_L_1, Vth_L_2, Vth_L_3)보다 작은 비교전압이 입력될 때 하이 신호를 출력할 수 있다.
제2 셰이퍼(350)는 비교부(320) 및 카운터(330) 사이에 연결되어 비교부(320)로부터 출력된 펄스 형태의 신호로부터 노이즈를 제거하고, 카운터(330)는 비교부(320)의 비교 결과를 카운팅한다.
이와 같이 신호 처리부(300)는 제1 방사선 및 제2 방사선에 의하여 복수의 전압영역들 중 적어도 하나에 해당되는 전자-정공쌍의 발생하는 횟수에 대한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 비교부(320) 및 카운터(330)의 동작에 따라 도 6에 도시된 바와 같이, ① 영역, ② 영역, 또는 ③ 영역 각각에 해당되는 이벤트(event)의 횟수, 즉, 방사선에 의하여 단위 센서 sen1, 단위 센서 sen2, 단위 센서 sen3로부터 ① 영역, ② 영역, 또는 ③ 영역에 해당되는 전자-정공쌍이 발생하는 횟수에 대한 정보가 획득될 수 있다.
데이터 스캐너(data scanner)(360)는 카운터(330)로부터 병렬적으로 입력된 입력신호를 직렬적으로 출력한다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 X 선 검출기는 제1 X 선 및 제2 X 선의 진행방향에 따라 배열된 복수 개의 단위 센서(sen1, sen2, sen3)를 통하여 제1 X 선 및 제2 X 선의 투과 거리에 대한 정보와, 투과거리에서의 제1 X 선과 제2 X 선의 세기에 대한 정보를 갖는 출력신호를 생성할 수 있다.
이 때 제1 X 선과 제2 X 선의 세기에 대한 정보는 단위 센서들(sen1, sen2, sen3)로부터 특정 전압 영역(예를 들어, ① 영역, ② 영역, 또는 ③ 영역)에 해당되는 전자-정공쌍이 발생하는 횟수에 해당될 수 있다.
이와 같은 정보를 통하여 제1 X 선과 제2 X 선이 투과된 특정 오브젝트(object)(도 1a 및 도 1b 참조)(40)의 상태를 보다 상세히 알 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 에너지 레벨을 지닌 제1 X 선과 제2 X 선이 사람 몸의 암세포 조직에 방출된다고 가정한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 X 선 검출기는 동일한 암세포 조직에 서로 다른 에너지 레벨을 지닌 제1 X 선과 제2 X 선을 방출하고, 오브젝트(40)를 투과한 제1 X 선과 제2 X 선이 검출 센싱부(210)를 투과한 거리에 대한 정보를 획득할 수 있다. 암세포 조직과 같은 오브젝트(40)의 경우 특정 에너지 레벨의 X 선에 의해서는 구별이 안될 수 있지만 본 발명의 제1 실시예에 따른 X 선 검출기는 제1 에너지 레벨을 지닌 제1 X 선과 제2 에너지 레벨을 지닌 제2 X 선이 동일 오브젝트(40)를 통과할 때 제1 X 선과 제2 X 선의 투과 거리에 대한 정보를 동시에 얻을 수 있으므로 오브젝트(40)의 상태 파악에 대한 정확도를 높일 수 있다.
이상의 설명에서는 증폭부와 비교부(320) 사이에 제1 셰이퍼(340)가 있으나 증폭부가 비교부(320)와 연결될 수도 있다. 또한 도 4의 신호 처리부(300)의 경우 비교부(320)와 카운터(330) 사이에 제2 셰이퍼(350)가 있으나 서로 비교부(320)와 카운터(330)가 연결될 수도 있다.한편 본 발명의 제1 실시예에 따른 방사선 검출기의 신호 처리부(300)는 제1 방사선과 제2 방사선의 투과 거리에서 일정 시간 동안 방사선 검출부(200)로부터 생성된 전하량에 해당하는 신호를 처리할 수 있다.
이를 위하여 도 5와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 방사선 검출기의 신호 처리부(300)가 구현될 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 방사선 검출기의 신호 처리부(300)는 증폭기(310), 적분기(325) 및 샘플앤홀드 회로(sample and hold circuit)(335)를 포함할 수 있다.
증폭기(310)는 단위 센서(sen1, sen2, sen3)로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭한다. 즉, 증폭기(310)는 제1 전극(E11, E12, E13)으로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭한다. 제1 방사선과 제2 방사선의 투과거리는 제1 방사선과 제2 방사선에 의하여 생성된 전하를 출력하는 단위 센서(sen1, sen2, sen3)까지의 거리에 해당되므로 아날로그 신호를 출력하는 단위 센서(sen1, sen2, sen3)의 위치는 투과거리에 해당될 수 있다.
적분기(325)는 증폭기(310)를 통하여 입력된 아날로그 신호를 일정 시간동안 적분한다. 적분기(325)에 의한 적분결과는 제1 방사선과 제2 방사선의 투과 거리에서 일정 시간 동안 방사선 검출부(200)로부터 생성된 전하량에 해당할 수 있다.
샘플앤홀드 회로(335)는 적분 결과를 샘플링하고 샘플링값을 소정 시간만큼 유지한다.
멀티플렉서(multiplexer)(345)는 복수의 샘플앤홀드 회로(335)로부터 샘플링값을 입력받아 아날로그-디지털 컨버터(355)로 출력할 수 있으며, 아날로그-디지털 컨버터는 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
도 4 및 도 5에는 3개의 단위 센서가 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 X 선 검출기에 대해 설명한다.
도 7a 및 도 7b은 본 발명의 제2 실시예에 따른 X 선 검출기를 나타낸다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 X 선 검출기는 X 선 소스(100), X 선 검출부(400) 및 신호 처리부(500)를 포함한다.
X 선 소스(100)는 서로 다른 에너지 레벨(energy level)을 지닌 제1 X 선과 제2 X 선을 방출한다. X 선 소스(100)에 대해서는 앞서 상세한 설명이 이루어졌으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
X 선 검출부(400)는 제1 X 선과 제2 X 선의 입사에 따라 전자-정공쌍을 생성하여 제1 X 선과 제2 X 선의 투과 거리에 따른 신호를 출력한다. 투과 거리에 대해서는 앞서 상세히 설명하였으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
본 발명의 제2 실시예에서 방사선 검출부(400)는 신틸레이터(scintillator)(410)와 검출 센싱부(430)를 포함할 수 있다. 신틸레이터(410)는 제1 방사선 및 제2 방사선을 가시광선으로 변환하고, 검출 센싱부(430)는 가시광선의 입사에 따라 전자-정공쌍을 생성한다. 검출 센싱부(430)는 가시광선의 입사에 따라 전자-정공쌍을 생성하는 포토 다이오드(photo diode)(D1, D2, D3)를 포함할 수 있다.
이 때 신틸레이터(410)와 검출 센싱부(430)는 마주보도록 배치될 수 있으며, 제1 방사선 및 제2 방사선이 입사되는 신틸레이터(410)의 제1 측면(S3)의 폭(w3)은 방사선의 진행 방향(예를 들어, 도 1a 및 도 1b의 X축 방향)과 평행한 신틸레이터(410)의 제2 측면(S4)의 폭(w4)보다 작을 수 있다. 이 때 신틸레이터(410)와 검출 센싱부(430)의 마주보는 면들은 서로 접촉하거나 일정 거리만큼 이격되어 있을 수 있다.
이 때 신틸레이터(410)의 제1 측면(S3)의 폭(w3)은 방사선의 진행 방향과 교차하는 방향(예를 들어, 도 1a 및 도 1b의 Y축 방향)의 폭일 수 있고, 신틸레이터(410)의 제2 측면(S4)의 폭(w4)은 제1 방사선과 제2 방사선의 진행 방향과 평행한 방향의 폭일 수 있다.
앞서 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이 방사선은 파장이 매우 작기 때문에 방사선이 투과하는 신틸레이터(410)의 폭이 작을 수록 작을수록 신틸레이터(410)가 방사선을 검출할 확률은 작아지게 된다. 반면에 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예의 경우 방사선이 입사되는 신틸레이터(410)의 제1 측면(S3)의 폭(w3)이 신틸레이터(410)의 제2 측면(S4)의 폭(w4)보다 작으므로 제1 방사선과 제2 방사선의 투과 가능 거리는 신틸레이터(410)의 제2 측면(S4)의 폭(w4)과 같으므로 신틸레이터(410)가 방사선을 가시광선으로 변환할 확률은 커진다.
이 때 앞서 설명된 바와 같이 방사선의 투과거리는 방사선의 에너지에 비례한다. 따라서 방사선 소스(100)가 서로 다른 에너지 레벨을 지닌 제1 방사선과 제2 방사선을 방출하고 제1 방사선의 에너지 레벨이 제2 방사선의 에너지 레벨보다 큰 경우, 제1 방사선이 검출 센싱부(430)를 투과하는 거리가 제2 방사선이 검출 센싱부(430)를 투과하는 거리보다 클 확률이 증가한다.
방사선 소스(100)가 서로 다른 에너지 레벨을 지닌 제1 방사선과 제2 방사선을 방출하므로 방사선 검출부(400)는 제1 방사선과 제2 방사선에 따른 신호를 출력한다.
본 발명의 제2 실시예에서 제1 방사선과 제2 방사선의 투과 거리는 제1 실시예와 마찬가지로 검출 센싱부(430)의 단위 센서(sen1, sen2, sen3)의 위치에 따라 결정될 수 있다. 검출 센싱부(430)는 제1 방사선과 제2 방사선의 진행 방향(예를 들어, X축 방향)으로 배열된 복수 개의 단위 센서(sen1, sen2, sen3)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단위 센서 sen1은 방사선 소스(100)로부터 가장 가깝고 단위 센서 sen3은 방사선 소스(100)로부터 가장 멀다. 따라서 단위 센서 sen3은 제1 방사선 및 제2 방사선 중 에너지 레벨이 높은 방사선으로부터 변환된 가시광선을 검출할 확률이 커질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서는 제1 방사선과 제2 방사선의 진행방향으로 3 개의 단위 센서(sen1, sen2, sen3)가 배열되었으나 이는 일례일 뿐이며 이에 한정되는 것은 아니다.
신호 처리부(500)는 제1 방사선과 제2 방사선의 투과거리에 대한 정보와, 투과거리에서의 제1 방사선 및 제2 방사선의 세기에 대한 정보를 갖는 출력신호를 생성한다.
이를 위하여 본 발명의 실시예에서 신호 처리부(500)는 제1 방사선 및 제2 방사선의 진행방향을 따라 배열된 단위 센서들(sen 1, sen 2, sen 3)로부터 출력된 신호들을 디지털 신호로 변환할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방사선 검출기의 신호 처리부(500)의 예들을 나타낸다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 각 단위 센서(sen1, sen2, sen3)는 포토 다이오드(D1, D2, D3)를 포함할 수 있다. 포토 다이오드(D1, D2, D3)는 제1 방사선 및 제2 방사선이 신틸레이터(410)에 입사함에 따라 신틸레이터(410)로부터 형성된 가시광선으로 전자-정공쌍을 생성한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 신호 처리부(500)는 증폭기(510), 비교부(520) 및 카운터(counter)(530)를 포함할 수 있다. 증폭기(510)는 포토 다이오드(D1, D2, D3)로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭한다. 이 때 아날로그 신호는 포토 다이오드(D1, D2, D3) 에 의하여 형성된 전자 또는 정공에 의하여 생성된 것이다.
증폭기(510)에 의하여 증폭된 신호는 극히 짧은 시간에 생기는 펄스일 수 있으므로 제1 셰이퍼(540)는 증폭된 신호에 대해 잡신호를 제거하고 파고선별 기능을 수행하여 펄스 모양을 재구성한다.
제1 셰이퍼(540)로부터 출력된 신호는 비교부(520)로 입력되고, 비교부(520)는 기준전압과 제1 셰이퍼(540)로부터 출력된 신호의 전압을 비교한다. 이 때 비교부(520)는 제1 비교기(521)와 제2 비교기(523)를 포함할 수 있다. 제1 비교기(521)는 제1 기준전압(Vth_H_1, Vth_H_2, Vth_H_3)과 제1 셰이퍼(540)로부터 출력된 신호의 전압을 비교하고, 제2 비교기(523)는 제2 기준전압(Vth_L_1, Vth_L_2, Vth_L_3)과 제1 셰이퍼(540)로부터 출력된 신호의 전압을 비교할 수 있다. 이와 같은 제1 비교기(521)와 제2 비교기(523)의 동작에 대해서는 앞서 본 발명의 제1 실시예를 통하여 설명하였으므로 제2 실시예에서의 제1 비교기(521)와 제2 비교기(523)에 대한 설명은 생략된다.
제2 셰이퍼(550)는 비교부(520)로부터 출력된 펄스 형태의 신호로부터 노이즈를 제거하고, 카운터(530)는 비교부(520)의 비교 결과를 카운팅한다.
이와 같은 비교부(520) 및 카운터(530)의 동작에 대한 설명은 앞서 제1 실시예에 이루어졌으므로 이에 대한 설명은 생략된다. 데이터 스캐너(560)는 카운터(530)로부터 병렬적으로 입력된 입력신호를 직렬적으로 출력한다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 방사선 검출기는 제1 방사선 및 제2 방사선의 진행방향에 따라 배열된 복수 개의 단위 센서(sen1, sen2, sen3)를 통하여 제1 방사선 및 제2 방사선의 투과 거리에 대한 정보와, 투과거리에서의 제1 방사선과 제2 방사선의 세기에 대한 정보를 갖는 출력신호를 생성할 수 있다.
이상의 설명에서는 증폭부와 비교부(520) 사이에 제1 셰이퍼(540)가 있으나 증폭부가 비교부(520)와 연결될 수도 있다. 또한 도 8의 신호 처리부(500)의 경우 비교부(520)와 카운터(530) 사이에 제2 셰이퍼(550)가 있으나 비교부(520)와 카운터(530)가 서로 연결될 수도 있다.
한편 본 발명의 제2 실시예에 따른 방사선 검출기의 신호 처리부(500)는 제1 방사선과 제2 방사선의 투과 거리에서 일정 시간 동안 방사선 검출부(400)로부터 생성된 전하량에 해당하는 신호를 처리할 수 있다.
이를 위하여 도 9와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 방사선 검출기의 신호 처리부(500)가 구현될 수도 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 방사선 검출기의 신호 처리부(500)는 증폭기(510) 및 샘플앤홀드 회로(sample and hold circuit)(525)를 포함할 수 있다.
증폭기(510)는 포토 다이오드(D1, D2, D3)로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭한다. 제1 방사선과 제2 방사선의 투과거리는 제1 방사선과 제2 방사선으로부터 변환된 가시광선에 따라 생성된 전하를 출력하는 단위 센서(sen1, sen2, sen3)까지의 거리에 해당되므로 아날로그 신호를 출력하는 단위 센서(sen1, sen2, sen3)의 위치는 투과거리에 해당될 수 있다.
도 9의 신호 처리부(500)의 경우 포토 다이오드(D1, D2, D3)가 전하를 일정 시간동안 축적하기 때문에 적분기를 포함하지 않을 수 있다.
샘플앤홀드 회로(525)는 증폭된 아날로그 신호를 샘플링하고 샘플링값을 소정 시간만큼 유지한다.
멀티플렉서(multiplexer)(545)는 복수의 샘플앤홀드 회로로부터 샘플링값을 입력받아 아날로그-디지털 컨버터(555)로 출력할 수 있으며, 아날로그-디지털 컨버터는 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (4)

  1. 서로 다른 에너지 레벨을 지닌 제1 X 선과 제2 X 선을 방출하는 X 선 소스;
    상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 입사에 따라 전자-정공쌍을 생성하여 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 투과 거리에 따른 신호를 출력하는 X 선 검출부; 및
    상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 투과거리에 대한 정보와, 상기 투과거리에서의 상기 제1 X 선 및 상기 제2 X 선의 세기에 대한 정보를 갖는 출력신호를 생성하며, 상기 제1 X 선 및 상기 제2 X 선에 의하여 복수의 전압영역들 중 적어도 하나에 해당되는 상기 전자-정공쌍이 발생하는 횟수에 대한 정보를 획득하는 신호 처리부
    를 포함하는 X 선 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 투과 거리에서 일정 시간 동안 상기 X 선 검출부로부터 생성된 전하량에 해당하는 신호를 처리하는 것을 특징으로 하는 X 선 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 X 선 검출부는 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 진행 방향으로 배열된 복수 개의 단위 센서를 포함하는 검출 센싱부를 포함하며,
    상기 단위 센서는 상기 제1 X 선 및 상기 제2 X 선에 따라 상기 전자-정공쌍을 생성하는 광전물질을 포함하고,
    상기 신호 처리부는
    상기 단위 센서로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기, 상기 증폭기를 통하여 입력된 아날로그 신호를 일정 시간동안 적분하는 적분기, 및 상기 적분기에 의한 적분 결과를 샘플링하고 샘플링값을 소정 시간만큼 유지하는 샘플앤홀드 회로
    를 포함하는 X 선 검출기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 X 선 검출부는 상기 제1 X 선과 상기 제2 X 선의 진행 방향으로 배열된 복수 개의 단위 센서를 포함하는 검출 센싱부를 포함하며,
    상기 단위 센서는 상기 제1 X 선 및 상기 제2 X 선으로부터 변환된 가시광선에 따라 상기 전자-정공쌍을 생성하는 포토 다이오드를 포함하고,
    상기 신호 처리부는
    상기 단위 센서로부터 출력된 아날로그 신호를 증폭하는 증폭기, 및
    상기 증폭된 아날로그 신호를 샘플링하고 샘플링값을 소정 시간만큼 유지하는 샘플앤홀드 회로를 포함하는 X 선 검출기.
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