KR20140075462A

KR20140075462A - 광자 계수 검출 장치 및 독출 회로

Info

Publication number: KR20140075462A
Application number: KR1020120143829A
Authority: KR
Inventors: 윤대건; 김창정
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-19
Also published as: CN103860184A; KR102004987B1; US20140158900A1; US9411055B2; EP2743732A3; EP2743732A2

Abstract

멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 검출하는 광자 계수 검출 장치를 개시한다. 광자 계수 검출 장치는 상기 광자가 입사하는 영역인 픽셀 영역; 및 바이어스 전압 또는 전류를 공급하는 바이어스 회로를 포함하고, 상기 바이어스 회로는 상기 픽셀 영역 내에 위치한 것을 특징으로 한다.

Description

광자 계수 검출 장치 및 독출 회로{Photon counting detector and Readout circuit}

광자 계수 검출 장치 및 독출 회로에 관한 것이다.

방사선을 이용한 의료영상기기인 X선 영상촬영 시스템이 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 변화하고 있다. 이러한 추세에 맞추어 디지털 X선 시스템의 핵심부품인 X선 검출장치 역시 변화하고 있다. 디지털 X선 검출 기술은 크게 X선을 가시광으로 바꾼 후 가시광 신호를 전기 신호로 변환하여 영상을 생성하는 간접 방식과 X선 신호를 바로 전기 신호로 변환하여 영상을 생성하는 직접 방식으로 나눌 수 있다.

직접 방식에서는 일정 시간 동안 바뀐 전기 신호를 누적하여 영상 신호를 생성하는 적분 방식과 입사하는 X선 광자들의 개수를 계수하여 영상 신호를 생성하는 광자 계수 방식으로 나누어진다. 이 중 광자 계수 방식은 한 번의 촬영만으로도 X선 에너지 대역 구분 가능한 영상을 만들 수 있고, 적은 X선 노출만으로도 고화질의 영상을 얻을 수 있는 방식이다.

광자 계수 검출 장치 및 독출 회로를 제공하는 데 있다. 그러나 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같이 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

일 실시예에 따른 광자 계수 검출 장치는 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 검출하는 광자 계수 검출 장치에 있어서, 상기 광자가 입사하는 영역인 픽셀 영역; 및 바이어스 전압 또는 전류를 공급하는 바이어스 회로를 포함하고, 상기 바이어스 회로는 상기 픽셀 영역 내에 위치한 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른 독출 회로는 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 검출하는 독출 회로에 있어서, 센서로부터 입력된 전기 신호를 누적하는 적분기; 상기 누적된 전기 신호를 임계값과 비교하는 비교부; 상기 비교부로부터 출력된 비교 결과에 기초하여 광자를 계수하는 카운터; 및 상기 적분기 및 상기 비교부에 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 회로를 포함한다.

바이어스 회로를 픽셀 영역 내에 배치하여 각 픽셀의 정상적인 동작을 보장한다.

인접한 복수의 픽셀들이 하나의 바이어스 회로를 공유하여 전류 소모를 줄일 수 있다.

독출 회로 내에 바이어스 회로를 포함함으로써, 독출 회로 내의 적분기 또는 비교기에 공급되는 바이어스 전압 또는 전류를 보장한다.

도 1은 일 실시예에 따른 의료영상 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치의 일 예의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 바이어스 회로가 픽셀 영역 내에 배치되는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 바이어스 회로가 픽셀 영역 내에 배치되는 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 바이어스 회로가 픽셀 영역 내에 배치되는 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 바이어스 회로가 픽셀 영역 내에 배치되는 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 8과 9는 도 2에 도시된 독출 회로의 일 예를 도시한 구성도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 의료영상 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 의료영상 시스템은 방사선 발생장치(10), 광자 계수 검출 장치(11, Photon Counting Detector) 및 영상 생성 장치(12)를 포함한다. 방사선을 이용하는 의료영상 시스템은 인체 등과 같은 피검체를 투과한 멀티-에너지(Multi-energy) 방사선을 센서를 통하여 검출하고, 센서에 의해 검출된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수(counting)한 결과에 기초하여 인체 영역의 영상을 에너지 대역 별로 생성한다. 의료영상 시스템은 인체 등과 같은 피검체를 투과한 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수하며, 계수된 에너지 대역(energy level)에 따른 광자들의 개수를 이용하여 에너지 대역 별 의료영상을 생성한다. 멀티-에너지 방사선이 조사된 피검체의 종류, 밀도 또는 방사선의 에너지 대역에 따라 피검체가 방사선을 흡수하는 정도는 다르다. 예를 들어 뼈는 X선을 많이 흡수하며, 반대로 근육 등은 뼈에 비하여 X선을 많이 흡수하지 않는다. 따라서, 방사선 발생장치(10)에서 발생한 방사선에 포함된 광자들은 뼈를 투과한 경우와 다른 인체 조직을 투과한 경우에 검출되는 광자의 수가 서로 다르다. 또한, 방사선 발생장치(10)에서 발생한 방사선에 포함된 광자들의 에너지 대역에 따라, 뼈를 투과한 경우와 다른 인체 조직을 투과한 경우 검출되는 광자들의 에너지 대역 별 개수는 서로 다르다. 영상 생성 장치(12)는 광자 계수 검출 장치(11)에서 광자들을 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한 결과를 이용하여 인체 조직들을 선명하게 구분하는 X선 영상을 생성할 수 있다.

방사선 발생장치(10)는 방사선을 발생시켜 환자에게 조사한다. 방사선 발생장치(10)로부터 발생하는 방사선은 초음파, 알파선, 베타선, 감마선, X선 및 중성자선 등 여러 가지가 될 수 있다. 다만, 일반적으로 방사선이라 하면 전리 현상을 일으켜 인체에 해를 줄 수 있는 X선을 의미할 수 있다. 이하 X선을 예를 들어 실시예들을 설명하지만, X선 이외의 방사선에도 기술적 원리들이 동일하게 적용될 수 있다.

광자 계수 검출 장치(11)의 픽셀 영역은 방사선을 이용하여 피검체를 촬영하고자 하는 촬영 영역에 대응하며, 광자 계수 검출 장치(11)는 픽셀 영역에 포함된 각 픽셀(Pixel)에 대응하는 독출 회로(Readout Circuit)를 포함하고 있다. 광자 계수 검출 장치(11)는 각각의 독출 회로에서 계수한 결과를 영상 생성 장치(12)로 출력하기 때문에, 동일한 픽셀 영역 내에 픽셀의 수를 증가시킬수록, 픽셀에 대응하는 독출 칩(Readout chip)의 독출 회로들이 많아지므로, 영상 생성 장치(12)는 고해상도의 영상을 생성할 수 있다. 즉, 픽셀의 크기를 줄일수록 고해상도의 영상을 생성할 수 있다.

독출 칩 내에 어레이(array) 형태로 포함되는 독출 회로는 독출 회로에 대응하는 단위 센서로부터 입력 받은 전기 신호를 광자의 에너지 대역에 따라 구분하여 디지털 신호로 변환하여 영상 생성 장치(12)에 출력한다. 단위 센서는 센서의 일정 영역에 해당하며, 단위 출력단을 통해서 대응하는 독출 칩 내의 독출 회로로 검출된 광자에 의한 전기 신호를 출력한다. 독출 회로가 단위 센서로부터 입력 받은 전기 신호를 독출하는 방법으로는 전하 축적 방식(Charge Integration mode)과 포톤 계수형 방식(Photon Counting mode)이 있다. 전하 축적 방식은 전하 축적용 캐패시터(capacitor)를 이용하는 방식으로 일정한 시간 동안 발생된 전기 신호를 캐패시터에 축적하여 A/D 변환기(Analog to Digital Convertor)를 통하여 읽어내는 방식이다. 이 방식은 광자의 에너지 대역에 상관없이 모든 대역의 광자에 의해 발생하는 전기 신호가 축적됨에 따라 광자의 에너지 대역에 따라 구분하여 디지털 신호로 변환하는 것이 용이하지 않다. 하지만, 포톤 계수형 방식의 독출 회로는 광자를 검출하는 단위 센서로부터 입력 받은 전기 신호를 비교를 통해 임의의 임계값과 비교하여 '1' 또는 '0'의 디지털 신호를 출력하고, 계수기에서 '1'이 몇 번 나왔는지 계수하여 디지털 형태로 데이터를 출력한다. 포톤 계수형 방식은 단일 광자에 의해 신호가 발생 될 때마다 비교기를 통해 정해진 임계값(threshold value)과 비교하여 계수하는 방식을 사용한다. 광자 계수 검출 장치(11)는 포톤 계수형 방식을 이용한 독출 회로를 구현하여, 각 단위 센서에서 검출된 광자를 단위 센서에 대응하는 독출 회로에서 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한다.

도 2는 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치의 일례를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 광자 계수 검출 장치(11)는 센서(21) 및 독출 칩(22)을 포함한다. 센서(21)는 인체 등과 같은 피검체를 투과한 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 검출하고, 검출된 광자를 전기 신호로 변환하여 광자가 검출된 영역에 대응하는 독출 칩(22)의 독출 회로(23)로 센서(21)의 단위 출력단을 통해 전기 신호를 출력한다. 센서(21)는 촬영 영역 또는 픽셀 영역에 대응하며, 픽셀 영역의 각 픽셀이 대응하는 센서(21)의 일정 영역을 단위 센서라 한다. 단위 센서는 입사한 광자를 전기 신호로 변환하여, 단위 센서에 대응하는 단위 출력단을 통하여 전기 신호를 출력한다. 독출 칩(22)은 픽셀 영역 및 센서(21)에 대응하며, 픽셀 영역의 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(23)들을 포함한다.

도 3은 도 1에 도시된 광자 계수 검출 장치의 일예의 단면도를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 광자 계수 검출 장치(11)는 센서(21) 및 독출 칩(22)을 포함한다. 센서(21)는 광자를 검출하여 전기 신호로 변환하고 변환된 전기 신호를 본딩(34)을 통해 센서의 각 영역에 대응하는 독출 칩(22)의 독출 회로(23)로 출력한다. 광자가 센서(21)의 공핍영역(312)에 입사하면 전자-정공 쌍을 발생시키고, 전자-정공 쌍은 전계의 영향으로 N형 중성영역(311)과 P형 중성영역(313)으로 끌려가 외부로 전류가 흐르게 된다. 예를 들어, 센서(21)로 멀티-에너지 X선이 입사하면, 센서(21)는 입사한 멀티-에너지 X선에 포함된 광자의 에너지 대역에 따라 다른 크기의 전기 신호를 발생시키며, 발생된 전기 신호를 센서(21)의 각 영역에 대응하는 P형 중성영역(313)을 통해 독출 칩(22)의 독출 회로(23)로 출력한다. P형 중성영역(313)은 센서(21)의 단위 센서에 대응하는 단위 출력단이며, 센서(21)는 픽셀 영역의 각 픽셀에 대응하는 단위 센서에서 광자를 검출하면 단위 출력단을 통해 전기 신호를 독출 칩(22)의 각 독출 회로(23)로 출력한다.

센서(21)는 입사된 멀티-에너지 X선에 포함된 광자의 에너지 대역에 따라 서로 다른 크기의 전기 신호를 발생시키며, 센서(21)에 입사된 멀티-에너지 X선에 포함된 광자들의 수에 대응하여 전기 신호들을 발생시킨다. 센서(21)는 광자가 입사되면 전기 신호를 발생시키며, 발생된 전기 신호들 간에는 시간 간격이 존재할 수 있다. 발생된 전기 신호들 간의 시간 간격은 광자 계수 검출 장치(11)에서 입력된 전기 신호를 통해 광자의 에너지 대역을 구분하는데 충분한 시간일 수 있다. 다만, 센서(21)에서 발생된 전기 신호들이 광자 계수 검출 장치(11)에서 구분하여 검출하지 못할 정도의 짧은 시간 간격을 갖는 경우가 있을 수 있으나, 이러한 경우가 발생할 확률은 매우 낮기 때문에 전체 영상 생성에 미치는 영향은 미미하다.

도 3에서는 센서(21)가 N형 중성영역(311, Quasi-Neural n-region), 공핍영역(312, Depletion region) 및 P형 중성영역(313, Quasi-Neural p-region)을 포함하는 경우를 일례로써 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며 광자를 검출하는 다양한 센서가 이용될 수 있다. 또한, 도 3을 통해서, 센서(21)와 독출 칩(22)이 본딩(34)으로 연결되어 있는 경우를 예를 들었으나, 센서(21)와 독출 칩(22)은 본딩(34)뿐만 아니라, 증착(evaporation) 등의 방법을 통해서 연결될 수 있다.

독출 칩(22)은 센서(21)의 각 영역에 대응하는 독출 회로(23)의 어레이로 이루어져 있으며, 독출 회로(23)는 센서(21)로부터 입력된 광자에 의한 전기 신호를 통해 센서(21)에 입사된 광자의 에너지 대역을 구분하여 계수하고, 계수한 데이터를 영상 생성 장치(12)로 출력한다. 영상 생성 장치(12)가 픽셀 영역의 각 픽셀에 대하여 생성하는 영상은 픽셀 영역의 각 픽셀에 대응하는 독출 회로(23)에서 광자를 계수한 결과에 기초하여 생성된다.

독출 회로(23)는 센서(21)에 입사된 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 구분하고, 구분한 결과에 따라 광자의 에너지 대역을 나타내는 디지털 신호를 출력하여 광자를 에너지 대역 별로 계수한다. 독출 회로(23)는 대응하는 단위 센서로부터 전기 신호가 입력되면, 미리 설정된 임계값들과 순차적으로 비교하는 과정을 통해서 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 에너지 대역에 따라 구분하여 계수한다. 예를 들어, 독출 회로(23)는 대응하는 단위 센서로부터 입력된 전기 신호를 미리 설정된 임계값들과 순차적으로 비교한 결과, 5V의 임계값보다 크고, 6V의 임계값보다 작은 경우, 센서(21)로부터 입력된 전기 신호가 5V와 6V사이의 크기를 가짐을 확인할 수 있고, 독출 회로(23)는 확인된 전기 신호의 크기에 대응되는 디지털 신호를 통해 센서(21)에 입사된 광자의 에너지 대역을 구분하여 계수한다.

본딩(Bonding, 34)은 센서(21)와 독출 칩(22)의 각각의 독출 회로(23)를 연결하여 독출 회로(23)에 대응하는 센서(21)의 영역에서 발생한 전기 신호가 독출 칩(22)의 독출 회로(23)로 이동할 수 있도록 한다. 도 3에서는 센서(21)와 독출 칩(22)의 독출 회로(23)를 연결하는 방식으로 본딩(34)을 예로 들어 도시하였으나, 센서(21)와 독출 칩(22)의 독출 회로(23)를 연결하는 방식은 독출 칩(22)위에 센서(21)를 반도체 공정을 통해 증착하는 방식을 사용할 수도 있으며, 본딩 및 증착 등의 방식에 한정되지 않는다.

도 4는 바이어스 회로가 픽셀영역 내에 배치되는 일 예를 나타낸 도면이다. 광자 계수 검출 장치(11)는 픽셀 영역(50)과 주변 영역으로 구분된다. 픽셀 영역(50)은 방사선이 촬영되는 영역과 대응되는 광자 계수 검출 장치(11)의 영역을 나타낸다. 주변 영역은 광자 계수 검출 장치(11)에서 픽셀 영역(50)을 제외한 나머지 영역을 나타낸다. 픽셀 영역(50)은 대부분 광자 계수 검출 장치(11)의 중앙에 위치하기 때문에, 주변 영역은 픽셀 영역(50)의 테두리를 나타내는 것이 일반적이다. 하지만, 픽셀 영역(50)은 광자 계수 검출 장치(11)의 일정 부분에 위치할 수 있으며, 이때에는 주변 영역은 픽셀 영역(50)의 테두리가 아닌 다른 영역일 수 있다.

픽셀 영역(50)은 광자가 입사하는 영역이고 피검체의 촬영 영역에 대응하는 영역이다. 다시 말해서, 피검체에서 촬영하고자 하는 영역이 결정되고 촬영 영역으로 방사선이 조사될 때, 광자 계수 검출 장치(11)에서 방사선이 입사하는 영역이 픽셀 영역(50)이다. 픽셀 영역(50)은 복수의 픽셀(51)들로 구분된다. 픽셀(51)은 영상 생성 장치(12)가 영상을 생성할 때 기본이 되는 영상 단위이다.

바이어스 회로(52, bias circuit)는 셀프 스타트 바이어스 회로(self-start bias circuit)이다. 바이어스 회로(52)는 다른 전자 소자의 동작을 위한 동작 전압 또는 전류를 출력한다. 바이어스 회로(52)는 픽셀 영역(50) 내에 포함된다. 바이어스 회로(52)는 주변 영역이 아닌 픽셀 영역(50) 내에 배치된다. 따라서, 픽셀 영역(50) 내에 위치한 전자 소자에 동작 전압 또는 전류를 공급할 수 있다.

도 4는 바이어스 회로(52)가 픽셀(51)에 배치되는 것을 나타낸다. 바이어스 회로(52)는 픽셀 영역(50) 내에 배치되며, 각각의 픽셀(51)에 배치된다. 따라서, 각 픽셀(51) 내에 위치한 전자 소자들은 바이어스 회로(52)로부터 전압 또는 전류를 공급 받는다. 각 픽셀(51)은 픽셀(51) 내에 위치한 바이어스 회로(52)로부터 전압 또는 전류를 공급 받기 때문에, 광자 계수 검출 장치(11)의 크기가 커지더라도 각 픽셀(51) 내의 전자 소자들은 정상적인 동작이 가능하다.

도 5는 바이어스 회로가 픽셀 영역 내에 배치되는 다른 예를 나타낸 도면이다. 픽셀 영역(50)에 포함된 픽셀들 중 인접한 픽셀들은 하나의 바이어스 회로를 공유한다. 인접한 픽셀들은 2개 또는 그 이상의 픽셀들일 수 있다.

도 5를 참조하면, 픽셀 영역(50)에 포함된 픽셀들은 NxN 픽셀들 단위로 구분되고, 바이어스 회로(52)는 NxN 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀에 포함된다. 바이어스 회로(52)는 NxN 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀에 포함되지만, NxN 픽셀들 모두에 바이어스 전압 또는 전류를 공급한다. 예를 들어, 픽셀들(511 내지 519)의 중앙 픽셀(515)에 배치된다. 픽셀들(511 내지 519)은 하나의 바이어스 회로(52)를 공유한다. 다시 말하면, 바이어스 회로(52)는 특정 개수의 픽셀들(511 내지 519)에 포함된 전자 소자들의 동작을 위한 전압 또는 전류를 공급한다. 도 5에서는 9개의 픽셀들(511 내지 519)만을 도시하였으나, 픽셀 영역(50) 내에 배치된 나머지 픽셀들도 픽셀들(511 내지 519)과 같이 하나의 바이어스 회로(52)를 공유하도록 설계된다.

도 6은 바이어스 회로가 픽셀 영역 내에 배치되는 또 다른 예를 나타낸 도면이다. 바이어스 회로(52)는 2x2 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀에 배치된다. 예를 들어, 도 6과 같이, 바이어스 회로(52)는 4개의 픽셀들(611 내지 614)들 중 픽셀(614)에 배치될 수 있다. 4개의 픽셀들(611 내지 614)은 하나의 바이어스 회로(52)를 공유한다. 다시 말하면, 바이어스 회로(52)는 픽셀들(611 내지 614)에 포함된 전자 소자들의 동작을 위한 전압 또는 전류를 공급한다.

도 7은 바이어스 회로가 픽셀 영역 내에 배치되는 또 다른 예를 나타낸 도면이다. 바이어스 회로(52)는 2개의 픽셀들 중 어느 하나의 픽셀에 배치된다. 예를 들어, 도 7과 같이, 바이어스 회로(52)는 2개의 픽셀들(711, 712) 중 픽셀(712)에 배치될 수 있다. 2개의 픽셀들(711, 712)은 하나의 바이어스 회로(52)를 공유한다. 다시 말하면, 바이어스 회로(52)는 픽셀들(711, 712)에 포함된 전자 소자들의 동작을 위한 전압 또는 전류를 공급한다.

도 8은 도 2에 도시된 독출 회로의 일례를 도시한 구성도이다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 독출 회로(23)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 8의 실시예에 따른 독출 회로(23)에도 적용된다. 도 8을 참조하면, 독출 회로(23)는 적분기(61), 비교부(62), 카운터(63) 및 바이어스 회로(52)를 포함한다. 독출 회로(23)는 픽셀에 대응되는 영역에 배치된 회로이다. 적분기(61)는 센서(21)로부터 검출된 광자를 변환한 전기 신호를 입력 받아 누적하고, 누적된 전기 신호를 비교부(62)로 출력한다. 비교부(62)는 적분기(61)에 의해 누적된 전기 신호와 임계값의 크기를 비교하여 그 비교 결과를 카운터(63)로 출력한다. 임계값은 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 적어도 두 개 이상으로 구분하기 위해 미리 정해진 크기의 전압값이다. 따라서, 비교하는 임계값이 많을수록 광자의 에너지 대역을 세밀하게 나누어 검출할 수 있다. 카운터(63)는 비교부(62)로부터 입력 받은 신호에 따라 광자를 계수한다.

바이어스 회로(52)는 적분기(61) 또는 비교부(62)에 바이어스 전압 또는 전류를 공급한다. 적분기(61) 또는 비교부(62)와 같은 아날로그 회로(analog circuit)는 트랜지스터(transistor)를 포함한다. 트랜지스터는 동작하기 위하여 바이어스 전압 또는 전류가 필요하다. 바이어스 회로(52)가 독출 회로(23)의 외부에 위치하고, 바이어스 회로(52)에 공급되는 전력이 충분하지 않을 경우, 바이어스 회로(52)에서 모든 독출 회로들에 공급되는 바이어스 전압 또는 전류가 급격히 감소할 수 있다. 따라서, 바이어스 회로(52)가 독출 회로(23)의 내부에 위치하여, 바이어스 회로(52)는 아날로그 회로에 바이어스 전압 또는 전류를 공급하여 아날로그 회로가 정상적으로 동작하게 한다.

또한, 바이어스 회로(52)는 인접한 독출 회로(23)에 포함된 적분기 또는 비교부에 바이어스 전압 또는 전류를 공급할 수도 있다. 모든 독출 회로(23)에 바이어스 회로(52)를 배치하지 않고, 어느 하나의 독출 회로(23)에 바이어스 회로(52)를 배치한다. 배치된 바이어스 회로(52)는 인접한 독출 회로(23)들에 바이어스 전압 또는 전류를 공급하여 바이어스 회로(52)에서 소모하는 전류를 줄일 수 있다.

바이어스 회로(52)는 독출 회로(23) 내에 포함된다. 따라서, 바이어스 회로(52)는 독출 회로(23) 내에 포함된 적분기(61) 및 비교부(62)의 동작을 위한 바이어스 전압 또는 전류를 안정적으로 공급할 수 있다.

도 9는 도 2에 도시된 독출 회로의 일례를 도시한 구성도이다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 독출 회로에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 9의 실시예에 따른 독출 회로에도 적용된다.

적분기(61)는 증폭기(615), 캐패시터(616) 및 스위치(617)를 포함한다. 증폭기(615)는 캐패시터(616) 및 스위치(617)와 병렬로 연결된다. 다시 말해, 증폭기(615)의 입력단과 출력단에 캐패시터(616) 및 스위치(617)가 연결된다. 증폭기(615)가 동작하기 위해서는 바이어스 전압 또는 전류가 필요하고, 독출 회로(23) 내에 포함된 바이어스 회로(52)로부터 바이어스 전압 또는 전류를 입력 받는다. 바이어스 회로(52)는 독출 회로(23) 내에 포함되므로, 증폭기(615)의 동작을 위한 바이어스 전압 또는 전류를 일정하게 공급할 수 있다.

비교부(62)는 복수의 비교기들을 포함한다. 비교기들은 적분기(61)에 의해 누적된 전기 신호와 임계값의 크기를 비교한다. 비교기들은 각각 다른 임계값들과 누적된 전기 신호를 비교한다. 임계값은 멀티-에너지 방사선에 포함된 광자의 에너지 대역을 적어도 두 개 이상으로 구분하기 위해 미리 정해진 크기의 전압값이다. 따라서, 비교하는 임계값의 수가 많을수록 광자의 에너지 대역을 세밀하게 나누어 검출할 수 있다. 도 9에서는 비교기가 3개인 경우를 예를 들어 나타내었으나, 비교기의 개수는 이에 한정되지 않는다.

비교기들은 바이어스 회로(52)로부터 바이어스 전압 또는 전류를 입력 받는다. 비교기들이 동작하기 위해서는 바이어스 전압 또는 전류가 필요하고, 독출 회로(23) 내에 포함된 바이어스 회로(52)로부터 바이어스 전압 또는 전류를 입력 받는다. 바이어스 회로(52)는 독출 회로(23) 내에 포함되므로, 비교기들의 동작을 위한 바이어스 전압 또는 전류를 일정하게 공급할 수 있다.

독출 회로(23)는 드라이빙 인버터(64)를 더 포함할 수 있다. 드라이빙 인버터(64)는 카운터(63)에 저장된 계수 결과를 컬럼 라인(67)으로 출력한다. 드라이빙 인버터(64)는 카운터(63)의 출력단에 연결되어, 카운터(63)로부터 출력된 신호를 컬럼 라인(67)으로 출력한다. 드라이빙 인버터(64)의 출력단은 스위치(65)가 연결된다. 스위치(65)는 로우 셀렉션 라인(66)의 제어에 의해 온-오프(on-off) 된다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

11: 광자 계수 검출 장치
50: 픽셀 영역
51: 픽셀
52: 바이어스

Claims

멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 검출하는 광자 계수 검출 장치에 있어서,
상기 광자가 입사하는 영역인 픽셀 영역; 및
바이어스 전압 또는 전류를 공급하는 바이어스 회로를 포함하고,
상기 바이어스 회로는 상기 픽셀 영역 내에 위치한 것을 특징으로 하는 광자 계수 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 픽셀 영역은 복수의 픽셀들을 포함하고,
상기 바이어스 회로는 상기 각각의 픽셀에 포함되는 광자 계수 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 픽셀 영역은 복수의 픽셀들을 포함하고,
상기 바이어스 회로는 상기 복수의 픽셀들 중 하나 또는 그 이상의 픽셀들에 포함되는 광자 계수 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 픽셀 영역은 NxN 픽셀들로 구분되고,
상기 NxN 픽셀에는 하나의 상기 바이어스 회로가 포함되는 광자 계수 검출 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 NxN 픽셀에 포함된 상기 바이어스 회로는 상기 NxN 픽셀 모두에 바이어스 전압을 공급하는 광자 계수 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 픽셀 영역은 2x2 픽셀들로 구분되고,
상기 2x2 픽셀들에는 하나의 상기 바이어스 회로가 포함되고,
상기 바이어스 회로는 상기 2x2 픽셀들에 바이어스 전압을 공급하는 광자 계수 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 바이어스 회로는 2개의 픽셀들마다 하나씩 포함되고,
상기 바이어스 회로는 상기 2개의 픽셀들에 바이어스 전압을 공급하는 광자 계수 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 픽셀 영역은 복수의 픽셀들을 포함하고,
상기 복수의 픽셀들 중 인접한 픽셀들은 하나의 바이어스 회로를 공유하는 광자 계수 검출 장치.
멀티-에너지 방사선에 포함된 광자를 검출하는 독출 회로에 있어서,
센서로부터 입력된 전기 신호를 누적하는 적분기;
상기 누적된 전기 신호를 임계값과 비교하는 비교부;
상기 비교부로부터 출력된 비교 결과에 기초하여 광자를 계수하는 카운터; 및
상기 적분기 및 상기 비교부에 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 회로를 포함하는 독출 회로.
제 9 항에 있어서,
상기 적분기는 증폭기를 포함하고,
상기 바이어스 회로는 상기 증폭기에 바이어스 전압을 공급하는 독출 회로.
제 9 항에 있어서,
상기 비교부는 복수의 비교기들을 포함하고,
상기 바이어스 회로는 상기 복수의 비교기들에 바이어스 전압을 공급하는 독출 회로.
제 9 항에 있어서,
상기 바이어스 회로는 인접한 독출 회로에 바이어스 전압을 공급하는 독출 회로.