KR20140134183A - Compensation circuit and Method for controlling bias voltage supplied photodiode - Google Patents
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Abstract
Description
포토 다이오드에 공급되는 바이어스 전압을 제어하는 보상 회로 및 제어하는 방법에 관한 것이다.A compensation circuit for controlling a bias voltage supplied to the photodiode, and a method of controlling the same.
환자를 진단하기 위해 인체 내부의 정보를 영상으로 획득하는 의료용 영상 기기는 질병 진단에 필요한 정보를 제공한다. 현재 병원에서 사용 또는 개발되고 있는 의료용 영상 촬영 방법은 크게 해부학적 영상과 생리학적 영상을 얻는 방법으로 나누어진다. 첫째로, 인체의 상세한 해부학적 영상을 높은 해상도로 제공하는 촬영기술의 예로는 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 또는 CT(Computed Tomography)가 있다. 이들은 인체의 단면에 대한 2차원 영상, 또는 여러 장의 2차원 영상을 이용하여 3차원 영상을 높은 해상도로 생성하여 인체 내 장기들의 정확한 위치와 형태를 나타낸다. 둘째로, 생리학적 영상 촬영 기술의 예로는 인체 내의 신진 대사 과정을 촬영하여 대사의 이상 유무의 진단에 기여하는 양전자 방출 단층 촬영(PET, Positron emission tomography)가 대표적이다. Medical imaging devices that acquire images of the inside of the human body to diagnose patients provide information necessary for diagnosis of diseases. The medical imaging methods currently being used or developed in hospitals are largely divided into methods of obtaining anatomical images and physiological images. First, MRI (Magnetic Resonance Imaging) or CT (Computed Tomography) are examples of imaging techniques that provide detailed anatomical images of the human body at high resolution. These two-dimensional images of a human body, or a plurality of two-dimensional images using three-dimensional images with high resolution to produce the exact position and shape of the organs in the body. Second, examples of physiological imaging techniques include positron emission tomography (PET), which captures the metabolic processes in the body and contributes to the diagnosis of metabolic abnormalities.
양전자 방출 단층 촬영은 양전자를 방출하는 특수 방사성 추적자를 인체 대사에 참여하는 성분의 형태로 생성하고, 이 추적자를 정맥주사나 흡입의 방법으로 인체에 주입하고, 이 추적자에서 방출되는 양전자가 전자와 결합할 때 서로 반대 방향으로 방출되는 511keV의 두 개의 감마선을 외부 기기를 이용하여 검출함으로써 추적자의 위치를 추적하고, 이들의 분포 형태와 시간에 따른 분포 양상의 변화를 관찰하는 촬영 기술이다. 이때, 감마선을 빛으로 변환하는 신실레이터(scintillator)와 변환된 빛을 감지하는 포토 다이오드(photodiode)가 사용된다. 포토 다이오드는 바이어싱(biasing) 되어, 브레이크다운(breakdown) 영역 또는 가이거(Geiger) 영역에서 동작한다. 따라서, 포토 다이오드를 바이어싱 하여 원하는 영역에서 동작하도록 제어하는 방법이 연구되고 있다.Positron emission tomography (CT) produces a special radioactive tracer that emits a positron in the form of a component that participates in human metabolism. The tracer is injected into the human body by intravenous injection or inhalation, and the positron emitted by this tracer is combined with electrons , Which are emitted in the opposite direction to each other, are detected by using an external device to observe the position of the tracer and to observe the distribution pattern and the change of the distribution pattern with time. At this time, a scintillator for converting the gamma rays into light and a photodiode for detecting the converted light are used. The photodiode is biased and operates in a breakdown region or Geiger region. Therefore, a method for controlling the photodiode to operate in a desired region by biasing is being studied.
포토 다이오드에 공급되는 바이어스 전압을 제어하는 보상 회로 및 제어하는 방법을 제공하는 데 있다. And a compensation circuit for controlling a bias voltage supplied to the photodiode and a method of controlling the same.
픽셀에 포함된 복수의 포토 다이오드(photodiode)들에 공급되는 바이어스 전압(bias voltage)을 제어하는 보상 회로(compensation circuit)는 상기 포토 다이오드들로부터 발생하는 다크 카운트(dark count)를 모니터링하고, 상기 다크 카운트를 기초로 상기 포토 다이오드들 중에 바이어스 전압의 변경이 필요한 포토 다이오드를 결정하는 제어부(controller); 및 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 결정된 포토 다이오드에 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 전압 공급부(bias voltage supplier)를 포함한다.A compensation circuit for controlling a bias voltage supplied to a plurality of photodiodes included in the pixel monitors a dark count generated from the photodiodes, A controller for determining a photodiode requiring a change in a bias voltage among the photodiodes based on the count; And a bias voltage supplier for supplying a bias voltage to the determined photodiode under the control of the control unit.
상기 제어부는 상기 다크 카운트의 비율(rate)에 대한 기준값(reference value)을 미리 설정하고, 상기 다크 카운트의 비율과 상기 기준값을 비교한 결과에 기초하여 바이어스 전압의 변경이 필요한 포토 다이오드를 결정하는 것을 특징으로 한다.The control unit sets a reference value for the rate of the dark count and determines a photodiode for which a bias voltage needs to be changed based on a result of comparing the ratio of the dark count and the reference value .
상기 제어부는 상기 기준값으로 최고값과 최저값을 미리 설정하고, 상기 다크 카운트의 비율이 상기 최고값보다 높은 경우 상기 결정된 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 낮추도록 제어하고, 상기 다크 카운트의 비율이 상기 최저값보다 낮은 경우 상기 결정된 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 높이도록 제어하는 것을 특징으로 한다.Wherein the control unit sets the maximum value and the minimum value as the reference value in advance and controls the bias voltage supplied to the determined photodiode to be lower when the ratio of the dark count is higher than the maximum value, The bias voltage to be supplied to the determined photodiode is increased.
상기 픽셀에 포함된 복수의 마이크로 셀들은 각각 전압 가산기(voltage adder) 및 상기 포토다이오드를 포함하고, 상기 전압 가산기에 기준 전압(reference voltage)을 공급하는 기준 전압 공급부(reference voltage supplier)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the plurality of microcells included in the pixel each include a voltage adder and a photodiode and further comprise a reference voltage supplier for supplying a reference voltage to the voltage adder .
상기 전압 가산기는 상기 기준 전압 공급 장치로부터 공급된 상기 기준 전압을 높이거나 낮춤으로써, 상기 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 변경하는 것을 특징으로 한다.And the voltage adder changes a bias voltage supplied to the photodiode by raising or lowering the reference voltage supplied from the reference voltage supply device.
상기 전압 가산기는 상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 바이어스 전압을 변경하는 것을 특징으로 한다.And the voltage adder changes the bias voltage under the control of the controller.
상기 기준 전압 공급 장치는 직렬로 연결된 기준 다이오드(reference diode) 및 전류원(current source)을 포함하는 것을 특징으로 한다.The reference voltage supply device includes a reference diode connected in series and a current source.
상기 제어부는 상기 포토 다이오드들 각각으로부터 발생하는 다크 카운트를 실시간으로 모니터링하고, 상기 모니터링을 기초로 상기 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 실시간으로 변경하는 것을 특징으로 한다.The control unit monitors the dark counts generated from the photodiodes in real time and changes the bias voltage supplied to the photodiodes based on the monitoring in real time.
상기 포토 다이오드는 실리콘 포토멀티플라이어(Silicon Photomultiplier, SiPM)인 것을 특징으로 한다.The photodiode is a silicon photomultiplier (SiPM).
픽셀에 포함된 복수의 포토 다이오드들 각각으로부터 발생하는 다크 카운트를 모니터링 하여, 각각의 포토 다이오드들에 공급되는 바이어스 전압을 제어할 수 있다.The dark count generated from each of the plurality of photodiodes included in the pixel can be monitored to control the bias voltage supplied to each of the photodiodes.
또한, 마이크로 셀의 외부에 위치한 기준 다이오드를 이용하여 포토 다이오드들에 공급하는 바이어스 전압을 설정할 수 있다.In addition, a bias voltage to be supplied to the photodiodes can be set using a reference diode located outside the microcell.
또한, 각각의 마이크로 셀에 위치한 전압 가산기를 이용하여 각각의 포토 다이오드들에 공급되는 바이어스 전압을 변경할 수 있다.In addition, a bias voltage supplied to each photodiode can be changed using a voltage adder located in each microcell.
도 1은 의료 영상 생성 장치의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 검출기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보상 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 보상 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 보상 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 바이어스 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 포토 다이오드에 인가되는 바이어스 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.1 is a view showing an embodiment of a medical image generating apparatus.
2 is a view for explaining the structure of the detector.
3 is a view for explaining a compensation circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a compensation circuit according to another embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining a compensation circuit according to another embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of controlling a bias voltage according to another embodiment of the present invention.
7 is a graph for explaining a method of controlling a bias voltage applied to the photodiode.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 의료 영상 생성 장치를 나타낸 것으로서, 대상체의 단면에 대한 영상을 생성하는 전체적인 시스템을 도시하였다. 도 1을 참조하면, 의료 영상 생성 장치는 영상 촬영 장치(100), 컴퓨터(200), 디스플레이 장치(300), 사용자 입력장치(400) 및 저장 장치(500)를 포함한다. FIG. 1 shows a medical image generating apparatus, which shows an overall system for generating an image of a cross section of a target object. Referring to FIG. 1, a medical image generating apparatus includes a radiographing apparatus 100, a computer 200, a display apparatus 300, a user input apparatus 400, and a storage apparatus 500.
도 1의 의료 영상 생성 장치는 대상체의 단면에 대한 영상을 생성할 수 있을 뿐 아니라, 의료 영상의 생성에 사용되는 검출기(110)의 시스템 응답을 생성할 수 있다. 시스템 응답은 검출기(110)의 보정 모델(blur model)을 나타낼 수 있다. 검출기(110)의 보정 모델은 검출기(110)로부터 획득한 신호를 이용하여 영상을 생성함에 있어서 고해상도의 영상을 생성하기 위하여 사용되거나, 또는 저해상도의 영상을 고해상도의 영상으로 보정하기 위하여 사용되는 모델로써, 그 예로 영상의 퍼짐을 보정하기 위한 블러 모델이 있을 수 있다.The medical image generating apparatus of FIG. 1 can generate an image of a cross section of a target body, as well as a system response of a detector 110 used for generating a medical image. The system response may represent a blur model of the detector 110. The correction model of the detector 110 is used to generate a high-resolution image in generating an image using the signal obtained from the detector 110, or to use a low-resolution image as a high-resolution image. , There may be a blur model for correcting the spread of the image.
의료 영상 생성 장치는 검출기(110)의 검출 공간 내에서의 위치 좌표들 각각에 위치한 양전자 방출 물질로부터 방출되는 신호를 획득하여 위치 좌표들 각각에 대한 PSF를 생성하고, 이러한 PSF들을 모두 합하여 검출기(110)의 검출 공간 전체에 대한 PSF 모델을 생성함에 따라 검출기(110)에 대한 시스템 응답(또는 블러 모델)을 생성할 수 있다.The medical image generation apparatus acquires a signal emitted from the positron emission material located in each of the position coordinates in the detection space of the detector 110 to generate a PSF for each of the position coordinates, (Or a blur model) for the detector 110 by generating a PSF model for the entire detection space of the detector 110. [
도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 대상체의 단면에 대한 영상을 생성하는 경우의 예를 들면, 영상 촬영 장치(100)는 대상체에 주입된 추적자로부터 방출되는 신호를 검출한다. 추적자는 양전자를 방출하는 물질을 지칭하는 용어로 사용된다. 예를 들어, 영상 촬영 장치(100)는 대상체에 주입된 양전자 방출 물질로부터 방출된 양전자가 주변의 전자와 결합하여 방출하는 두 개의 감마선을 검출한다. 영상 촬영 장치(100)는 검출한 감마선에 대한 LOR 데이터를 컴퓨터(200)에 전송한다.For example, in the case where an image of a cross section of a target object is generated using the medical image generating apparatus of Fig. 1, the image capturing apparatus 100 detects a signal emitted from a tracer injected into the target object. The tracer is used to refer to a substance that emits a positron. For example, the image capturing apparatus 100 detects two gamma rays emitted by a positron emitted from a positron emitting material injected into a target in combination with surrounding electrons. The image capturing apparatus 100 transmits the LOR data for the detected gamma rays to the computer 200.
컴퓨터(200)는 영상 촬영 장치(100)로부터 획득한 데이터를 이용하여 대상체에 대한 의료 영상을 생성한다. 도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 대상체의 의료 영상을 생성하는 경우의 예를 들면, 컴퓨터(200)는 영상 촬영 장치(100)로부터 획득한 데이터를 이용하여 대상체의 단면을 나타내는 의료 영상을 생성한다. 도 1의 의료 영상 생성 장치를 이용하여 검출기(110)의 블러 모델을 생성하는 경우의 예를 들면, 컴퓨터(200)는 영상 촬영 장치(100)로부터 획득한 데이터를 이용하여 검출기(110)의 블러 모델을 생성한다.The computer 200 generates a medical image for a target object by using the data acquired from the image capturing apparatus 100. For example, in the case of generating a medical image of a target object by using the medical image generating apparatus of Fig. 1, the computer 200 generates a medical image representing a section of the target object by using the data acquired from the image capturing apparatus 100 do. For example, when the blur model of the detector 110 is generated by using the medical image generating apparatus of Fig. 1, the computer 200 calculates the blur model of the detector 110 using the data acquired from the image photographing apparatus 100, Create a model.
디스플레이 장치(300)는 컴퓨터(200)로부터 생성된 의료 영상 또는 블러 모델을 디스플레이 패널에 표시한다.The display device 300 displays the medical image or the blur model generated from the computer 200 on the display panel.
사용자는 사용자 입력장치(400)를 이용하여 컴퓨터(200)의 동작에 필요한 정보를 입력할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 입력장치(400)를 이용하여 컴퓨터(200)의 동작 시작 또는 동작 종료를 명령할 수 있다.The user can input information necessary for the operation of the computer 200 using the user input device 400. [ For example, the user can use the user input device 400 to instruct the computer 200 to start or end the operation.
검출기(110)는 검출 공간 내에서 발생하는 신호를 획득한다. 검출기(110)의 검출 공간은 도 1에서 도시된 바와 같이, 실린더 형태의 내부를 나타낸다. 신호는 검출 공간 내에 위치한 포인트 소스로부터 방출되는 신호이거나, 추적자를 주입한 대상체로부터 방출되는 신호일 수 있다. 또한, 레이다(ladar) 시스템의 경우, 신호는 레이다로부터 발생한 레이저(laser)일 수 있다.The detector 110 acquires a signal that occurs in the detection space. The detection space of the detector 110 represents the inside of the cylinder shape, as shown in Fig. The signal may be a signal emitted from a point source located within the detection space, or a signal emitted from an object injected with a tracer. Also, in the case of a ladar system, the signal may be a laser originating from a radar.
양전자 방출 단층 촬영(PET, Positron emission tomography) 장치에서 신호는 대상체의 신체에 주입된 양전자 방출 물질로부터 방출된 양전자가 주변의 전자와 결합하여 방출하는 두 개의 감마선일 수 있다.In a positron emission tomography (PET) device, a signal can be two gamma rays, in which a positron emitted from a positron emitter injected into the body of a subject combines with surrounding electrons to emit.
양전자 방출 단층 촬영 장치의 검출기의 경우, 검출기의 표면에는 복수 개의 검출기 어레이들이 서로 연결되어 배열될 수 있다. 또한, 각 검출기 어레이는 복수 개의 검출소자들을 포함할 수 있으며, 검출소자들로 구분되는 영역을 픽셀이라고 한다. 각 검출기 어레이는 소정 각도만큼 떨어져서 배열되어 있고, 각 검출기 어레이의 안쪽 면은 곡면이 아니기 때문에, 검출기의 단면은 실제로 완전한 원형이 아닌 다각형의 형태일 수 있다.In the case of a detector of a positron emission tomography apparatus, a plurality of detector arrays may be arranged on the surface of the detector in connection with each other. Further, each detector array may include a plurality of detection elements, and an area divided by the detection elements is referred to as a pixel. Since each detector array is arranged at a predetermined angle apart, and the inner surface of each detector array is not a curved surface, the detector cross-section may be in the form of a polygon that is not actually a complete circle.
도 2는 검출기(110)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 검출기(110)는 복수의 검출기 어레이(210)들을 포함한다. 복수의 검출기 어레이(210)들 중 어느 하나의 검출기 어레이(210)를 살펴보면, 검출기 어레이(210)는 복수의 픽셀들(211 내지 215)로 구분된다. 픽셀은 방사선을 검출하는 단위를 나타낼 수 있으며, 검출기 어레이(210)를 구분하는 단위로 사용될 수 있다. 2 is a diagram for explaining the structure of the detector 110. As shown in FIG. Referring to FIG. 2, detector 110 includes a plurality of
하나의 픽셀(215)을 확대하여 살펴보면, 하나의 픽셀(215)은 신실레이터(220)와 복수의 마이크로 셀(230)들을 포함한다. 신실레이터(220)는 입사된 방사선을 빛으로 변환하는 소자이다. 따라서, 검출기(110) 내에서 발생한 방사선은 신실레이터(220)를 통하여 빛으로 변환되고, 변환된 빛은 마이크로 셀(230)로 출력된다. 하나의 픽셀(215) 내에는 복수의 마이크로 셀(230)들이 위치한다. 마이크로 셀(230)들은 각각 적어도 하나의 포토 다이오드를 포함한다. One
포토 다이오드는 빛을 전기 신호로 변환하는 소자이다. 예를 들어, 포토 다이오드는 실리콘 포토 멀티플라이어(Silicon photomultiplier, SiPM)일 수 있다. 또한, 실리콘 포토 멀티플라이어로써 애벌런치 영역에서 동작하는 애벌런치 포토 다이오드(Avalanche photodiode, APD) 또는 가이거 영역에서 동작하는 가이거 포토 다이오드(Geiger photodiode, GAPD) 등이 있다. 애벌런치 또는 가이거 영역에서, 포토 다이오드들은 빛 또는 열에 의해 캐리어(carrier)들(전자 또는 정공, electron or hole)을 생성한다. 실리콘 포토 멀티플라이어는 짧은 실리콘 채널(silicon channel)에서만 전자가 이동하므로 자기장의 영향에 강하며, 50v 이하의 낮은 전압을 필요로 하는 장점이 있다. 이러한 포토 다이오드들은 원하는 영역에서 동작하기 위해 바이어스 전압이 인가된다. 바이어스 전압은 각각의 포토 다이오드마다 서로 다를 수 있다. 따라서, 포토 다이오드를 원하는 영역에서 동작시키기 위해 인가되는 바이어스 전압을 제어할 필요가 있다. Photodiodes are devices that convert light into electrical signals. For example, the photodiode may be a silicon photomultiplier (SiPM). There is also an Avalanche photodiode (APD) that operates in the avalanche region as a silicon photomultiplier, or a Geiger photodiode (GAPD) that operates in the Geiger region. In the avalanche or Geiger region, photodiodes generate carriers (electrons or holes, electron or holes) by light or heat. Silicon photomultiplier is strong against the influence of magnetic field because electrons move only in a short silicon channel, and it has the advantage of requiring a voltage as low as 50v or less. These photodiodes are biased to operate in the desired region. The bias voltage may be different for each photodiode. Thus, there is a need to control the bias voltage applied to operate the photodiode in the desired region.
포토 다이오드의 브레이크다운 전압은 자기장이나 온도, 압력 등과 같은 요인에 의해 영향을 받는다. 따라서, 포토 다이오드의 브레이크다운 전압은 일정하지 않다. 포토 다이오드에 인가되는 전압을 제어하는 방법은 도 6 및 도 7에서 보다 상세히 설명한다.The breakdown voltage of the photodiode is affected by factors such as the magnetic field, temperature, and pressure. Therefore, the breakdown voltage of the photodiode is not constant. A method of controlling the voltage applied to the photodiode will be described in more detail in FIGS. 6 and 7. FIG.
픽셀(215)에서 방사선이 검출되었는지 여부를 검출하는 과정을 설명한다. 픽셀(215)에 방사선이 입사되면, 신실레이터(220)는 입사된 방사선을 빛으로 변환하여 마이크로 셀(230)들로 출력한다. 마이크로 셀(230)들 중 빛이 입사된 마이크로 셀(230)은 전기 신호를 출력한다. The process of detecting whether or not radiation is detected in the
방사선을 계수(count)하는 방법으로 아날로그 방식과 디지털 방식이 있다. 먼저, 아날로그 방식은 하나의 픽셀(215)에 포함된 마이크로 셀들로부터 출력된 전기 신호들을 누적하고, 누적된 전기 신호가 기준값(reference value) 이상인 경우에 픽셀(215)에 방사선이 입사된 것으로 계수하는 방식이다. 이에 반하여, 디지털 방식은 하나의 픽셀(215)에 포함된 마이크로 셀(230)들 중 전기 신호가 출력된 마이크로 셀(230)들이 특정 개수 이상인 경우, 픽셀(215)에 방사선이 입사된 것으로 계수하는 방식이다.There are analog and digital methods for counting radiation. First, the analog system accumulates the electrical signals output from the microcells included in one
디지털 방식을 보다 상세히 설명하면, 디지털 방식의 경우, 각각의 마이크로 셀(230)에 포함된 포토 다이오드로부터 전기 신호가 출력되는 것을 기초로 방사선의 입사 여부를 결정한다. 따라서, 포토 다이오드들이 빛이 입사되는 경우에 전기 신호를 출력하도록 포토 다이오드들에 인가되는 바이어스 전압을 제어할 필요가 있다. 포토 다이오드는 애벌런치 영역 또는 가이거 영역에서 원치 않는 전기 신호를 출력하는데, 이 전기 신호를 다크 카운트라고 한다. 다크 카운트가 발생하는 비율(dark count rate)이 높으면, 포토 다이오드로부터 출력된 전기 신호가 다크 카운트에 의해 발생된 것인지 빛에 의해 발생된 것인지 구분하기 어렵다. 또한, 다크 카운트가 발생하는 비율이 너무 낮으면, 빛이 입사되더라도 포토 다이오드에서 전기 신호를 출력하지 않을 수 있다. 따라서, 포토 다이오드로부터 출력되는 다크 카운트의 비율을 모니터링하고, 포토 다이오드에 인가되는 바이어스 전압을 조절하여 다크 카운트의 비율을 제어한다. 포토 다이오드에 인가되는 바이어스 전압을 조절하는 보상 회로 및 방법에 관하여, 이하에서 상세히 설명한다.The digital method will be described in more detail. In the case of the digital method, it is determined whether or not the radiation is incident based on the output of the electric signal from the photodiode included in each
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보상 회로를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 보상 회로는 제어부(310) 및 바이어스 전압 공급부(320)를 포함한다. 보상 회로는 픽셀(215) 내에 포함된 복수의 마이크로 셀(230)들로부터 출력되는 다크 카운트의 비율을 제어한다. 다시 말해서, 보상 회로는 마이크로 셀(230) 내에 포함된 포토 다이오드(330)로부터 출력되는 다크 카운트의 비율을 제어하기 위해, 포토 다이오드(330)에 인가되는 바이어스 전압을 제어한다. 이때, 제어부(310)은 각각의 포토 다이오드(330)들을 개별적으로 제어한다.3 is a view for explaining a compensation circuit according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the compensation circuit includes a
도 3에서는 픽셀(215)에 2개의 마이크로 셀(230)들만을 도시하였으나, 하나의 픽셀(215)에는 다수의 마이크로 셀(230)들이 포함되며, 예를 들어, 3600개의 마이크로 셀(230)들이 포함될 수 있다.Although only two
제어부(310)는 각각의 마이크로 셀(230)에 포함된 포토 다이오드(330) 및 바이어스 전압 공급부(320)와 연결된다. 제어부(310)는 각각의 포토 다이오드(330)와 연결되어, 포토 다이오드(330)로부터 출력되는 다크 카운트의 비율을 입력 받는다. 다시 말해서, 제어부(310)는 포토 다이오드(330)으로부터 출력되는 전압 또는 전류를 모니터링 하여 다크 카운트의 비율을 측정할 수 있다. 또한, 제어부(310)는 각각의 바이어스 전압 공급부(320)와 연결되어, 바이어스 전압 공급부(320)에 제어 신호를 출력한다.The
제어부(310)는 포토 다이오드(330)들로부터 출력되는 다크 카운트의 비율을 모니터링 한다. 제어부(310)는 실시간으로 다크 카운트의 비율을 모니터링 한다. 포토 다이오드(330)로부터 출력되는 다크 카운트는 포토 다이오드(330)에 인가되는 전압 또는 포토 다이오드(330)의 온도 등에 의해 변한다. 따라서, 제어부(310)는 포토 다이오드(330)로부터 출력되는 다크 카운트의 비율을 실시간으로 모니터링 하여, 다크 카운트의 비율의 변화를 감지한다.The
제어부(310)는 다크 카운트의 비율을 모니터링 한 결과에 기초하여, 바이어스 전압 공급부(320)를 제어한다. 제어부(310)는 다크 카운트의 비율을 모니터링 한 결과에 기초하여, 바이어스 전압을 변경할 마이크로 셀(230)을 결정한다. 예를 들어, 마이크로 셀(230)로부터 출력되는 다크 카운트의 비율이 설정된 기준값보다 높거나 낮은 경우, 제어부(310)는 해당 마이크로 셀(230)을 바이어스 전압을 변경할 것으로 결정할 수 있다. 기준값은 2개 이상의 값이 미리 설정될 수 있다. 제어부(310)는 결정된 마이크로 셀(230)에 위치한 바이어스 전압 공급부(320)에 제어 신호를 출력하여, 바이어스 전압 공급부(320)에서 포토 다이오드(330)로 출력하는 바이어스 전압을 변경한다.The
바이어스 전압 공급부(320)는 포토 다이오드(330)에 바이어스 전압을 공급한다. 바이어스 전압 공급부(320)는 설정된 기준 바이어스 전압(reference bias voltage)을 포토 다이오드(330)에 공급하고, 제어부(310)로부터 제어 신호를 입력 받으면, 입력된 제어 신호에 따라, 포토 다이오드(330)에 변경된 바이어스 전압을 공급한다. 바이어스 전압 공급부(320)은 다양한 형태의 전압 공급 장치들로 구현될 수 있다. The bias
바이어스 전압 공급부(320)는 제어부(310)에 의해 제어된다. 바이어스 전압 공급부(320)는 동작 초기에는 설정된 기준 바이어스 전압을 공급하지만, 제어부(310)에 의해 제어 신호가 입력된 이후부터는 제어부(310)의 제어에 따라 동작한다.The bias
바이어스 전압 공급부(320)는 각각의 마이크로 셀(230)에 포함된다. 마이크로 셀(230)은 바이어스 전압 공급부(320) 및 포토 다이오드(330)를 적어도 한 개씩 포함할 수 있다. 따라서, 각각의 마이크로 셀(230)에 포함된 포토 다이오드(330)에 인가되는 바이어스 전압은 서로 다를 수 있다. 포토 다이오드(330)들의 특성은 차이가 있기 때문에, 각각의 포토 다이오드(330)들에 인가되는 바이어스 전압을 개별적으로 제어함으로써, 포토 다이오드(330)들의 성능을 보장한다.A
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 보상 회로를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 보상 회로의 또 다른 일 예를 도시한 도면이다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 보상 회로에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 4의 실시 예에 따른 보상 회로에도 적용된다.4 is a view for explaining a compensation circuit according to another embodiment of the present invention. Fig. 4 is a diagram showing another example of the compensation circuit shown in Fig. 3. Fig. Therefore, the contents described above with respect to the compensation circuit are applied to the compensation circuit according to the embodiment of FIG. 4, even if omitted below.
도 4를 참조하면, 보상 회로는 기준 전압 공급부(410)를 더 포함한다. 기준 전압 공급부(410)는 전압 가산기(420)에 기준 바이어스 전압(reference bias voltage)을 공급한다. 기준 전압 공급부(410)는 마이크로 셀(230)들 각각에 위치한 전압 가산기(420)에 기준 바이어스 전압을 공급한다. 기준 전압 공급부(410)는 일정한 크기의 전압을 전압 가산기(420)에 공급한다. 공급된 전압은 초기에 포토 다이오드(330)에 인가될 수 있으며, 전압 가산기(420)는 공급된 기준 바이어스 전압을 높이거나 낮추어 포토 다이오드에 공급할 수 있다. 기준 전압 공급부(410)는 픽셀의 외부에 구현될 수 있다. Referring to FIG. 4, the compensation circuit further includes a
전압 가산기(420)는 바이어스 전압 공급부(320)의 일 예이다. 전압 가산기(420)는 마이크로 셀(230)들 각각에 포함되며, 기준 전압 공급부(410)로부터 기준 바이어스 전압을 입력 받고, 제어부(310)에 의해 제어된다.The
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 보상 회로를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 3에 도시된 보상 회로의 또 다른 일 예를 도시한 도면이다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 보상 회로에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 5의 실시 예에 따른 보상 회로에도 적용된다.5 is a diagram for explaining a compensation circuit according to another embodiment of the present invention. 5 is a diagram showing another example of the compensation circuit shown in FIG. Therefore, the contents described above with respect to the compensation circuit are applied to the compensation circuit according to the embodiment of FIG. 5, even if omitted below.
기준 전압 공급부(410)는 전류원(411) 및 기준 다이오드(reference diode)를 포함한다. 전류원(411)은 일정한 전류를 기준 다이오드(412)에 공급한다. 따라서, 기준 다이오드(412)의 양단의 전압은 항상 일정한 전압이 인가된다. 기준 전압 공급부(410)는 기준 다이오드(412)의 양단에 인가된 전압을 전압 가산기(420)로 출력하여, 일정한 크기를 갖는 기준 바이어스 전압(reference bias voltage)을 전압 가산기(420)에 공급할 수 있다.The reference
도 5를 참조하면, 마이크로 셀(230)은 전압 가산기(420), 저항(510) 및 포토 다이오드(330)를 포함한다. 전압 가산기(420)로부터 출력된 바이어스 전압은 저항을 거쳐 포토 다이오드(330)에 공급된다. 포토 다이오드(330)와 저항(510) 사이의 노드는 제어부(310)에 연결된다. 따라서, 제어부(310)는 포토 다이오드(330)의 양단의 전압 또는 포토 다이오드(330)로부터 출력되는 전류를 모니터링 할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 바이어스 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 6은 도 3의 보상 회로가 포토 다이오드의 바이어스 전압을 제어하는 것을 설명하기 위한 흐름도이다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 보상 회로에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 6의 실시 예에 따른 제어 방법에도 적용된다.6 is a flowchart illustrating a method of controlling a bias voltage according to another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a flow chart for explaining that the compensation circuit of FIG. 3 controls the bias voltage of the photodiode. Therefore, the contents described above with respect to the compensation circuit are applied to the control method according to the embodiment of Fig. 6, even if omitted below.
보상 회로는 픽셀에 포함된 복수의 포토 다이오드(photodiode)들에 공급되는 바이어스 전압(bias voltage)을 제어한다.The compensation circuit controls a bias voltage supplied to a plurality of photodiodes included in the pixel.
610단계에서, 보상 회로의 제어부(310)는 포토 다이오드들로부터 발생하는 다크 카운트(dark count)를 모니터링 한다. 제어부(310)는 실시간으로 다크 카운트를 모니터링 한다. 예를 들어, 제어부(310)는 보상 회로가 동작하는 동안, 일정한 주기마다 다크 카운트를 모니터링 한다. 즉, 제어부(310)는 각각의 포토 다이오드들로부터 발생하는 다크 카운트가 일정 시간 동안 몇 번 발생하는지 카운트한다.In
620단계에서, 제어부(310)는 다크 카운트를 기초로 포토 다이오드들 중에 바이어스 전압의 변경이 필요한 포토 다이오드를 결정한다. 제어부(310)는 모든 포토 다이오드들로부터 발생하는 다크 카운트의 비율을 모니터링하고, 다크 카운트의 비율이 설정된 기준값들보다 높거나 낮은 포토 다이오드를 결정한다. 예를 들어, 예를 들어, 최소 기준값보다 다크 카운트의 비율이 낮거나 최대 기준값보다 다크 카운트의 비율이 높은 포토 다이오드가 있는지 모니터링 한다.In
630단계에서, 보상 회로는 결정된 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 변경한다. 제어부(310)는 결정된 포토 다이오드의 바이어스 전압을 높일 것인지, 낮출 것인지를 결정한다. 또한, 제어부(310)는 바이어스 전압을 어느 정도 변경할 것인지도 함께 결정하여, 바이어스 전압 공급부(320)로 제어 신호를 출력한다. 제어 신호를 입력 받은 바이어스 전압 공급부(320)는 기준 바이어스 전압에 결정된 크기의 전압을 가하여 포토 다이오드로 공급한다. 예를 들어, 최소 기준값보다 다크 카운트의 비율이 낮으면, 제어부(310)는 바이어스 전압을 일정 전압만큼 낮출 것을 지시하는 제어 신호를 바이어스 전압 공급부(320)로 출력한다. 또한, 최대 기준값보다 다크 카운트의 비율이 높으면, 제어부(310)는 바이어스 전압을 일정 전압만큼 높일 것을 지시하는 제어 신호를 바이어스 전압 공급부(320)로 출력한다.In
제어부(310)는 610단계 내지 630단계를 반복한다. 제어부(310)는 610단계 내지 630단계를 일정 주기마다 반복한다. 제어부(310)는 포토 다이오드에 공급되는 바이어스 전압을 변경하는 과정을 반복하여 설정된 기준값들의 범위 내에서 다크 카운트의 비율이 유지되도록 바이어스 전압을 제어한다. 예를 들어, 제어부(310)는 포토 다이오드에서 발생하는 다크 카운트의 비율이 최소 기준값보다 크고 최대 기준값보다 작을 때까지 바이어스 전압을 변경한다.The
도 7은 포토 다이오드에 인가되는 바이어스 전압을 제어하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 7을 참조하면, 도 7은 포토 다이오드(330)에 인가되는 바이어스 전압(Vbias)에 따라 발생하는 다크 카운트를 나타낸다.7 is a graph for explaining a method of controlling a bias voltage applied to the photodiode. Referring to FIG. 7, FIG. 7 shows a dark count generated according to a bias voltage Vbias applied to the
제1 내지 제3 다크 카운트(710 내지 730)는 포토 다이오드(330)에 인가된 바이어스 전압이 각각 V1 내지 V3 인 경우에 포토 다이오드(330)로부터 출력되는 전압 또는 전류를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 제1 다크 카운트(710)는 일정 시간 동안 3번의 다크 카운트가 발생한 것을 나타내며, 제2 다크 카운트(720)는 일정 시간 동안 5번의 다크 카운트가 발생한 것을 나타내며, 제3 다크 카운트(730)는 일정 시간 동안 8번의 다크 카운트가 발생한 것을 나타낸다. 다시 말해서, 제1 다크 카운트(710)의 비율보다 제2 다크 카운트(720)의 비율이 더 높고, 제2 다크 카운트(720)의 비율보다 제3 다크 카운트(730)의 비율이 높다. The first to third dark counts 710 to 730 represent voltages or currents output from the
예를 들어, 제1 다크 카운트(710)의 비율은 설정된 최소 기준값일 수 있으며, 제3 다크 카운트(730)의 비율은 설정된 최대 기준값일 수 있다. 따라서, 제어부(310)는 제1 다크 카운트(710)의 비율보다 낮은 비율의 다크 카운트를 출력하는 포토 다이오드의 바이어스 전압을 낮추며, 제3 다크 카운트(730)의 비율보다 높은 비율의 다크 카운트를 출력하는 포토 다이오드의 바이어스 전압을 높인다. For example, the ratio of the first dark count 710 may be a set minimum reference value, and the ratio of the third dark count 730 may be a set maximum reference value. Accordingly, the
예를 들어, 제1 다크 카운트(710)와 제3 다크 카운트(730) 사이의 비율로 다크 카운트가 발생하는 영역은 가이거 영역(740)일 수 있으며, 제1 다크 카운트(710)의 비율과 제3 다크 카운트(730)의 비율은 원하는 특성을 유지하기 위해 변경될 수 있다.For example, a region where a dark count occurs as a ratio between the first dark count 710 and the third dark count 730 may be the Geiger region 740, and the ratio of the first dark count 710 and the dark count The ratio of three dark counts 730 may be varied to maintain the desired characteristics.
도 7에서는 바이어스 전압이 V1 내지 V3 인 경우에, 제1 내지 제3 다크 카운트(710 내지 730)가 발생하는 것을 도시하고 있으나, 이는 특정 포토 다이오드의 특성에 기인한 것일 뿐, 다른 포토 다이오드는 다른 특성을 나타낼 수 있으며, 동일한 다이오드라 할지라도, 온도 또는 압력의 변화 등과 같은 요인에 의해 특성은 변경될 수 있다. 따라서, 제어부(310)는 포토 다이오드(330)로부터 발생하는 다크 카운트의 비율을 모니터링 하여 원하는 다크 카운트의 비율을 유지하도록 실시간으로 바이어스 전압을 변경하는 과정을 반복한다. 7 shows that the first to third dark counts 710 to 730 occur when the bias voltage is V1 to V3, but this is due to the characteristics of the specific photodiode, and the other photodiodes are different from each other And even if the same diode is used, the characteristics can be changed by factors such as a change in temperature or pressure, and the like. Accordingly, the
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)를 포함한다. Meanwhile, the above-described method can be implemented in a general-purpose digital computer that can be created as a program that can be executed by a computer and operates the program using a computer-readable recording medium. In addition, the structure of the data used in the above-described method can be recorded on a computer-readable recording medium through various means. The computer-readable recording medium includes a magnetic storage medium (e.g., ROM, RAM, USB, floppy disk, hard disk, etc.), optical reading medium (e.g., CD-ROM, DVD, etc.).
215: 픽셀
230: 마이크로 셀
310: 제어부
320: 바이어스 전압 공급부
330: 포토 다이오드 215: Pixel
230: Microcell
310:
320: bias voltage supply unit
330: photodiode
Claims (14)
상기 포토 다이오드들로부터 발생하는 다크 카운트(dark count)를 모니터링하고, 상기 다크 카운트를 기초로 상기 포토 다이오드들 중에 바이어스 전압의 변경이 필요한 포토 다이오드를 결정하는 제어부(controller); 및
상기 제어부의 제어에 따라, 상기 결정된 포토 다이오드에 바이어스 전압을 공급하는 바이어스 전압 공급부(bias voltage supplier)를 포함하는 보상 회로.A compensation circuit for controlling a bias voltage supplied to a plurality of photodiodes included in a pixel, the compensation circuit comprising:
A controller for monitoring a dark count generated from the photodiodes and determining a photodiode requiring a change in a bias voltage in the photodiodes based on the dark count; And
And a bias voltage supplier for supplying a bias voltage to the determined photodiode under the control of the control unit.
상기 제어부는 상기 다크 카운트의 비율(rate)에 대한 기준값(reference value)을 미리 설정하고, 상기 다크 카운트의 비율과 상기 기준값을 비교한 결과에 기초하여 바이어스 전압의 변경이 필요한 포토 다이오드를 결정하는 것을 특징으로 하는 보상 회로.The method according to claim 1,
The control unit sets a reference value for the rate of the dark count and determines a photodiode for which a bias voltage needs to be changed based on a result of comparing the ratio of the dark count and the reference value A compensation circuit characterized by:
상기 제어부는 상기 기준값으로 최고값과 최저값을 미리 설정하고, 상기 다크 카운트의 비율이 상기 최고값보다 높은 경우 상기 결정된 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 낮추도록 제어하고,
상기 다크 카운트의 비율이 상기 최저값보다 낮은 경우 상기 결정된 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 높이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 보상회로. 3. The method of claim 2,
Wherein the control unit sets the maximum value and the minimum value as the reference value and controls the bias voltage to be supplied to the determined photodiode to be lower when the ratio of the dark count is higher than the maximum value,
And controls the bias voltage supplied to the determined photodiode to be higher when the ratio of the dark count is lower than the lowest value.
상기 픽셀에 포함된 복수의 마이크로 셀들은 각각 전압 가산기(voltage adder) 및 상기 포토다이오드를 포함하고,
상기 전압 가산기에 기준 전압(reference voltage)을 공급하는 기준 전압 공급부(reference voltage supplier)를 더 포함하는 보상 회로.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of microcells included in the pixel each include a voltage adder and the photodiode,
And a reference voltage supplier for supplying a reference voltage to the voltage adder.
상기 전압 가산기는 상기 기준 전압 공급 장치로부터 공급된 상기 기준 전압을 높이거나 낮춤으로써, 상기 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 변경하는 것을 특징으로 하는 보상 회로.5. The method of claim 4,
Wherein the voltage adder changes the bias voltage supplied to the photodiode by raising or lowering the reference voltage supplied from the reference voltage supply device.
상기 전압 가산기는 상기 컨트롤러의 제어에 따라 상기 바이어스 전압을 변경하는 것을 특징으로 하는 보상 회로.5. The method of claim 4,
And the voltage adder changes the bias voltage under the control of the controller.
상기 기준 전압 공급 장치는 직렬로 연결된 기준 다이오드(reference diode) 및 전류원(current source)을 포함하는 것을 특징으로 하는 보상 회로.The method according to claim 1,
Wherein the reference voltage supply comprises a reference diode and a current source connected in series.
상기 제어부는 상기 포토 다이오드들 각각으로부터 발생하는 다크 카운트를 실시간으로 모니터링하고, 상기 모니터링을 기초로 상기 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 실시간으로 변경하는 것을 특징으로 하는 보상 회로.The method according to claim 1,
Wherein the controller monitors a dark count generated from each of the photodiodes in real time and changes a bias voltage supplied to the photodiode based on the monitoring in real time.
상기 포토 다이오드는 실리콘 포토멀티플라이어(Silicon Photomultiplier, SiPM)인 것을 특징으로 하는 보상 회로.The method according to claim 1,
Wherein the photodiode is a Silicon Photomultiplier (SiPM).
상기 포토 다이오드들로부터 발생하는 다크 카운트(dark count)를 모니터링 하는 단계;
상기 다크 카운트를 기초로 상기 포토 다이오드들 중에 바이어스 전압의 변경이 필요한 포토 다이오드를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 변경하는 단계를 포함하는 제어 방법.A method for controlling a bias voltage supplied to a plurality of photodiodes included in a pixel,
Monitoring a dark count occurring from the photodiodes;
Determining a photodiode requiring a change in bias voltage among the photodiodes based on the dark count; And
And changing a bias voltage to be supplied to the determined photodiode.
상기 다크 카운트의 비율(rate)에 대한 기준값(reference value)을 미리 설정하고, 상기 다크 카운트의 비율과 상기 기준값을 비교한 결과에 기초하여 바이어스 전압의 변경이 필요한 포토 다이오드를 결정하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.11. The method of claim 10,
Wherein a reference value for the rate of the dark count is set in advance and a photodiode which requires a change in the bias voltage is determined based on a result of comparing the ratio of the dark count and the reference value Control method.
상기 기준값으로 최고값과 최저값을 미리 설정하고, 상기 다크 카운트의 비율이 상기 최고값보다 높은 경우 상기 결정된 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 낮추도록 제어하고,
상기 다크 카운트의 비율이 상기 최저값보다 낮은 경우 상기 결정된 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 높이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.12. The method of claim 11,
Wherein the control circuit controls the bias voltage to be supplied to the determined photodiode to be lower when the ratio of the dark count is higher than the maximum value,
And when the ratio of the dark count is lower than the minimum value, control is performed to increase the bias voltage supplied to the determined photodiode.
상기 포토 다이오드들 각각으로부터 발생하는 다크 카운트를 실시간으로 모니터링하고, 상기 모니터링을 기초로 상기 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 실시간으로 변경하는 것을 특징으로 하는 제어 회로.11. The method of claim 10,
Monitors a dark count generated from each of the photodiodes in real time and changes the bias voltage supplied to the photodiode based on the monitoring in real time.
상기 포토 다이오드들로부터 발생하는 다크 카운트(dark count)를 모니터링 하는 단계;
상기 다크 카운트를 기초로 상기 포토 다이오드들 중에 바이어스 전압의 변경이 필요한 포토 다이오드를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 포토 다이오드에 공급하는 바이어스 전압을 변경하는 단계를 포함하는 기록매체. A method of controlling a bias voltage supplied to a plurality of photodiodes included in a pixel, the method comprising the steps of:
Monitoring a dark count occurring from the photodiodes;
Determining a photodiode requiring a change in bias voltage among the photodiodes based on the dark count; And
And changing a bias voltage supplied to the determined photodiode.
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KR1020130054006A KR20140134183A (en) | 2013-05-13 | 2013-05-13 | Compensation circuit and Method for controlling bias voltage supplied photodiode |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
US10257497B2 (en) | 2015-12-21 | 2019-04-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Depth sensor, three-dimensional camera, and method of controlling noise of macro pixel |
KR102278791B1 (en) * | 2020-05-07 | 2021-07-20 | 한국과학기술원 | System for Searching Operating Voltage of Silicon Photomultipliers |
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2013
- 2013-05-13 KR KR1020130054006A patent/KR20140134183A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |