KR20150024720A - 평판형 엑스선 발생기 및 이를 구비하는 엑스선 영상 시스템 - Google Patents

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Abstract

평판형 엑스선 발생기 및 이를 구비하는 엑스선 영상 시스템이 개시된다. 개시된 평판형 엑스선 발생기는 2차원 형태로 배열되어 전자들을 방출하는 복수의 전자방출유닛들을 포함하는 전자방출소자와, 상기 전자방출소자로부터 방출된 전자들에 의해 엑스선을 방출하는 엑스선 방출소자와, 상기 엑스선 방출소자에서 방출된 엑스선으로부터 방향성을 가지는 엑스선을 추출하여 방출하는 평행광 추출부재를 포함한다.

Description

평판형 엑스선 발생기 및 이를 구비하는 엑스선 영상 시스템{Flat panel tpye X-ray generator and X-ray imaging system having the X-ray generator}
평판형 엑스선 발생기 및 이를 구비하는 엑스선 영상 시스템에 관한 것이다.
엑스선(X-ray)은 산업, 과학, 의료 등의 다양한 분야에서 비파괴 검사, 재료의 구조 및 물성 검사, 영상 진단, 보안 검색 등에 사용되고 있다. 일반적으로, 이러한 엑스선을 이용한 영상 시스템은 엑스선을 방출시키는 엑스선 발생기와 피사체를 통과한 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기를 포함한다.
엑스선 검출기는 필름 방식에서 디지털 방식으로 급속히 전환되고 있지만, 엑스선 발생기는 일반적으로 점광원 방식의 엑스선 소스, 즉 텅스텐 필라멘트 방식의 열 음극(hot cathode)을 이용한 전자 방출 소자를 사용하여 왔다. 일반적으로 엑스선 검출기는 평판형으로 구현되기 때문에 점광원 방식의 엑스선 소스를 이용하여 영상을 획득하기 위해서는 엑스선 발생기와 피사체가 일정한 거리를 두어야 하고, 하나의 엑스선 소스로부터 일정한 면적의 피사체를 촬영해야 하므로 피사체의 특정 부분만 선택하여 촬영할 수 없는 문제가 있다. 이에 따라, 최근에는 엑스선 발생기와 피사체 사이에 거리를 확보할 필요가 없고, 또한 피사체의 특정 부분만을 선택하여 촬영할 수 있는 면광원 방식의 엑스선 소스를 사용하는 평판형 엑스선 발생기가 개발되고 있다.
예시적인 실시예에 따르면 평판형 엑스선 발생기 및 이를 구비하는 엑스선 영상 시스템을 제공한다.
일 측면에 있어서,
전자들을 방출하는 복수의 전자방출유닛들을 포함하는 전자방출소자;
상기 전자방출소자로부터 방출된 전자들에 의해 엑스선을 방출하는 엑스선 방출소자; 및
상기 엑스선 방출소자에서 방출된 엑스선으로부터 방향성을 가지는 엑스선을 추출하여 방출하는 평행광 추출부재;를 포함하는 엑스선 발생기가 제공된다.
상기 평행광 추출부재에는 상기 엑스선 방출소자에서 방출된 엑스선 중 상기 방향성을 가지는 엑스선만이 통과할 수 있는 복수의 관통공들이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 관통공들은 상기 엑스선 방출소자의 표면에 대해 수직 방향으로 형성될 수 있다.
상기 평행광 추출부재는 엑스선에 대한 투과성이 없는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 평행광 추출부재는 대략 50 이상의 질량감쇠계수를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 평행광 추출부재는 중금속 또는 중금속 산화물을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 평행광 추출부재는 Pb, W, Mo 또는 PbO를 포함할 수 있다.
상기 관통공은 수십 내지 수백의 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 관통공은 200 이상의 종횡비를 가질 수 있다. 상기 평행광 추출부재의 두께는 수 mm ~ 수십 mm 이며, 상기 관통공의 직경은 10 ~ 20㎛ 정도가 될 수 있다. 그리고, 상기 관통공들 사이의 간격은 수 ㎛ 정도가 될 수 있다. 상기 관통공은 엑스선 검출기의 픽셀보다 작은 사이즈를 가질 수 있다. 이러한 상기 관통공들 내부는 공기로 채워질 수 있다.
상기 복수의 전자방출유닛들은 2차원 형태로 배열되고, 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 여기서, 상기 전자방출유닛들 각각은, 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 상에 마련되는 것으로 상기 캐소드 전극을 노출시키는 게이트홀이 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 마련되는 게이트 전극; 및 상기 게이트홀을 통해 노출된 상기 캐소드 전극 상에 마련되는 전자방출원;을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 전자방출원은 예를 들면, 카본나노튜브(CNT), 카본 나노파이버, 금속, 실리콘, 산화물, 다이아몬드, DLC, 카바이드 화합물 또는 질소 화합물을 포함할 수 있다.
상기 엑스선 방출소자는 상기 전자방출소자로부터 방출된 전자들에 의해 엑스선을 발생시키는 애노드 전극; 및 상기 애노드 전극 상에 마련되어 상기 애노드 전극을 지지하는 애노드 플레이트;를 포함할 수 있다. 상기 애노드 전극은 예를 들면, W, Mo, Ag, Cr, Fe, Co 또는 Cu를 포함하는 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 상기 애노드 플레이트는 엑스선에 대한 투과성이 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 애노드 플레이트는 유리, 석영(quartz) 또는 Al을 포함할 수 있다.
상기 엑스선 발생기는 상기 전자방출소자와 상기 엑스선 방출 소자 사이의 공간을 밀폐시키는 밀폐 용기를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
엑스선 발생기; 및
상기 엑스선 발생기와 이격되게 마련되어 그 사이에는 피사체가 배치되는 엑스선 검출기;를 포함하며,
상기 엑스선 발생기는,
2차원 형태로 배열되며 각각 독립적으로 구동되어 전자들을 방출하는 복수의 전자방출유닛들을 포함하는 전자방출소자;
상기 전자방출소자로부터 방출된 전자들에 의해 엑스선을 방출하는 엑스선 방출소자; 및
상기 엑스선 방출소자에서 방출된 엑스선으로부터 방향성을 가지는 엑스선을 추출하여 방출하는 평행광 추출부재;를 포함하는 엑스선 영상 시스템이 제공된다.
상기 엑스선 발생기는 상기 전자방출유닛들 중 적어도 하나가 구동하여 엑스선을 방출시키며, 상기 방출된 엑스선은 상기 피사체의 적어도 일부 영역을 투과하여 상기 엑스선 검출기에 도달할 수 있다.
실시예에 따른 엑스선 영상 시스템은 큰 종횡비를 가지는 관통공들이 형성된 평행광 추출부재를 마련함으로써 방향성을 가진 엑스선이 피사체에 조사될 수 있고, 이에 따라 고해상도의 품질이 우수한 엑스선 영상을 얻을 수 있다. 또한, 상기 엑스선 영상 시스템은 면광원 방식의 평판형 엑스선 발생기를 구비함으로써 얇은 두께의 엑스선 영상 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 엑스선 영상 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전자방출소자의 일부를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 본 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 본 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 평행광 추출부재의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 평행광 추출부재의 일부를 도시한 단면도이다.
도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 엑스선 영상 시스템을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 엑스선 영상 시스템을 도시한 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 엑스선 영상 시스템은 평판형 엑스선 발생기(100)와 상기 엑스선 발생기(100)로부터 발생된 엑스선을 검출하는 엑스선 검출기(200)를 포함한다. 엑스선 발생기(100)와 엑스선 검출기(200) 사이에 피사체(W)가 배치되며, 상기 엑스선 검출기(200)는 엑스선 발생기(100)로부터 방출되어 피사체(W)를 투과한 엑스선을 검출함으로써 피사체(W)의 내부를 촬영하게 된다. 여기서, 상기 피사체(W)는 엑스선 발생기(100) 및 엑스선 검출기(200)에 접촉하도록 마련될 수 있다. 한편, 상기 피사체(W)는 엑스선 발생기(100)와 엑스선 검출기(200) 중 어느 하나와 접촉하도록 마련될 수도 있다. 평판형 엑스선 발생기와 엑스선 검출기(200) 사이에 피사체(W)를 배치시킴으로써 얇은 두께의 엑스선 영상 시스템을 구현할 수 있다.
평판형 엑스선 발생기(100)는 전자들을 방출하는 전자방출소자(110)와, 상기 전자방출소자(110)로부터 방출된 전자들에 의해 엑스선을 방출하는 엑스선 방출소자(120)와, 상기 엑스선 방출소자(120)에서 방출된 엑스선으로부터 방향성을 가지는 엑스선을 추출하는 평행광 추출부재(140)를 포함한다. 여기서, 상기 전자방출소자(110)는 면광원 방식의 엑스선 소스로서, 2차원 형태로 배열된 복수의 전자방출유닛들(110a)을 포함한다. 여기서, 상기 전자방출유닛들(110a)은 각각 독립적으로 구동되어 선택적으로 전자들을 방출시킬 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 전자방출소자(110)의 일부를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 본 단면도이고, 도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ'선을 따라 본 단면도이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 기판(111) 상에 복수의 캐소드 전극들이(112) 서로 나란하게 형성되어 있으며, 상기 캐소드 전극들(112)의 상부에는 복수의 게이트 전극들(114)이 캐소드 전극들(112)과 교차하도록 형성되어 있다. 이러한 캐소드 전극들(112)과 게이트 전극들(114)이 교차하는 지점들에 전자방출유닛들(110a)이 마련되어 있다. 이러한 전자방출유닛들(110a)은 2차원의 매트릭스(matrix) 형태로 기판(111) 상에 배열될 수 있다. 그리고, 이렇게 2차원 형태로 배열된 전자방출유닛들(110a) 각각은 독립적으로 구동하여 전자들을 방출할 수 있다. 즉, 상기 캐소드 전극들(112) 중 어느 하나와 상기 게이트 전극들(114) 중 어느 하나에 각각 소정 전압이 인가되면, 전압이 각각 인가된 캐소드 전극(112) 및 게이트 전극(114)이 교차하는 지점에 마련된 전자방출유닛(110a)이 구동되어 전자들을 방출할 수 있다.
상기 전자방출유닛(110a)은 캐소드 전극(112), 상기 캐소드 전극(112) 상에 마련되는 절연층(113), 상기 절연층(113) 상에 마련되는 게이트 전극(114) 및 전자들을 방출하는 전자방출원(115)을 포함한다. 상기 캐소드 전극(112)은 기판(111) 상에 마련되어 있다. 기판(111)으로는 예를 들면, 글라스 기판 등과 같은 절연 기판이 사용될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 상기 기판(111)으로 도전성 기판이 사용되는 것도 가능하다. 이 경우, 상기 도전성 기판의 표면에는 절연층(미도시)이 형성되어 있을 수 있다. 캐소드 전극(112)은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 캐소드 전극(112)은 금속 또는 전도성 금속 산화물 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 캐소드 전극(112)은 Ti, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu 등과 같은 금속을 포함하거나 ITO(indium tin oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), SnO2 또는 In2O3 등과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 이외에도 캐소드 전극(112)은 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.
캐소드 전극(112) 상에는 절연층(113)이 마련되어 있으며, 상기 절연층(113) 상에는 게이트 전극(114)이 마련되어 있다. 상기 절연층(113)은 캐소드 전극(112)과 게이트 전극(114) 사이를 절연하는 역할을 한다. 이러한 절연층(113)은 예를 들면, SiO2, Si3N4, HfO2 또는 Al2O3 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 절연층(113)에는 캐소드 전극(112)을 노출시키는 게이트홀(113a)이 형성되어 있다. 그리고, 절연층(113) 상에는 게이트 전극(114)이 마련되어 있다. 이러한 게이트 전극(114)은 캐소드 전극(112)과 마찬가지로 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 게이트 전극(114)은 금속 또는 전도성 금속 산화물 등을 포함할 수 있다.
상기 게이트홀(113a)을 통해 노출된 캐소드 전극(112) 상에는 전자방출원(115)이 마련되어 있다. 상기 전자방출원(115)은 캐소드 전극(112)과 게이트 전극(114) 사이에 전압이 인가됨에 따라 전자들을 방출한다. 상기 전자방출원(115)은 예를 들면, 카본나노튜브(CNT; carbon nanotube), 카본나노파이버, 금속, 실리콘, 산화물, 다이아몬드, DLC(Diamond Like Carbon), 카바이드 화합물 또는 질소 화합물 등을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전자방출원(115)은 절연층(113) 보다 낮은 높이로 형성될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나 상기 게이트 전극(114)의 상부에 전자방출원(115)으로부터 방출된 전자들을 집속시키는 포커싱 전극이 더 마련될 수도 있다.
상기 엑스선 발생소자(120)는 전자방출소자(110)로부터 방출된 전자들에 의해 엑스선을 방출하는 애노드 전극(121)과, 상기 애노드 전극(121) 상에 마련되는 애노드 플레이트(anode plate,122)를 포함한다. 상기 애노드 전극(121)은 예를 들면, W, Mo, Ag, Cr, Fe, Co, Cu 등과 같은 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 이러한 애노드 전극(121)은 비교적 얇은 두께로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 애노드 전극(121)은 대략 4㎛ 정도의 두께로 형성될 수 있지만 이는 단지 예시적인 것이다. 이러한 애노드 전극(121)은 일체형으로 제작되거나 또는 전자방출유닛들(110a)에 대응하여 복수개로 분리되어 제작될 수도 있다.
상기 애노드 플레이트(122)는 애노드 전극(121)을 지지하는 역할을 한다. 이러한 애노드 플레이트(122)는 애노드 전극(121)으로부터 방출된 엑스선이 투과할 수 있는 물질을 포함한다. 상기 애노드 플레이트(122)는 예를 들면, 유리(glass), 석영(quartz) 또는 Al 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 애노드 플레이트(122)는 후술하는 바와 같이 밀폐 용기(130)의 내외부 압력 차이를 견딜 수 있도록 비교적 두꺼운 두께로 마련될 수 있다. 예를 들면, 상기 애노드 플레이트(130)가 Al 로 이루어진 경우, 상기 애노드 플레이트(130)는 대략 6mm 정도의 두께를 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자방출소자(110)와 엑스선 방출소자(120) 사이의 공간을 밀폐시키기 위한 밀폐 용기(130)가 상기 전자방출소자(110)와 상기 엑스선 방출소자(120)를 둘러싸도록 마련되어 있다. 이러한 밀폐 용기(130)는 전자방출소자(110)와 엑스선 방출 소자(120) 사이의 공간을 진공이나 또는 예를 들면 대략 10-6 Torr 이하의 진공에 가까운 압력으로 유지시키는 역할을 한다. 상기 밀폐 용기(130)는 밀폐 용기(130)의 내외부 압력 차이를 견딜 수 있도록 비교적 강도가 큰 물질로 이루어질 수 있다.
상기 평행광 추출부재(140)는 엑스선 방출소자(120)의 하부에 마련되어 엑스선 방출소자(120)에서 방출된 엑스선으로부터 방향성을 가지는 엑스선만을 추출하여 방출한다. 구체적으로, 상기 평행광 추출부재(140)는 애노드 전극(121)으로부터 방출되어 애노드 플레이트(122)를 투과한 엑스선으로부터 방향성을 가지는 엑스선을 추출하여 피사체(W) 쪽으로 출사시킨다. 예를 들면, 상기 평행광 추출부재(140)는 애노드 플레이트(120)의 표면에 대해 수직에 가까운 방향으로 방출되는 엑스선을 추출할 수 있다.
도 6에는 도 1에 도시된 평행광 추출부재(140)의 사시도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 6에 도시된 평행광 추출부재(140)의 일부를 도시한 단면도가 도시되어 있다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 평행광 추출부재(140)에는 엑스선 방출소자(120)에서 방출된 엑스선 중에서 방향성을 가지는 엑스선만 통과할 수 있는 복수의 관통공들(140a)이 형성되어 있다. 상기 평행광 추출부재(140)의 관통공들(140a)은 상기 전자방출소자(110)의 전자방출 유닛들(110a)과 일대일 대응하도록 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 관통공(140a)이 복수의 전자방출유닛(110a)과 대응하도록 형성되거나 또는 복수의 관통공(140a)이 하나의 전자방출유닛(110a)과 대응하도록 형성되는 것도 가능하다. 이러한 관통공들(140a)은 애노드 플레이트(122)의 표면에 대해 수직인 방향으로 형성될 수 있다. 상기 관통공들(140a)의 내부는 비어있을 수 있다. 즉, 상기 관통공들(140a)의 내부는 공기로 채워질 수 있다.
상기한 평행광 추출부재(140)는 엑스선에 대한 투과성이 없는 물질(다시 말하면, 엑스선을 잘 흡수하는 물질)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 엑스선의 투과도를 결정하는 물성으로는 질량감쇠계수(mass attenuation coefficient)가 사용되는데, 질량감쇠계수가 큰 물질일수록 엑스선을 잘 흡수하게 된다. 따라서, 엑스선의 소멸특성은 물질의 질량감쇠계수 및 두께에 따라 결정된다. 예를 들면, 엑스선이 질량감쇠계수가 65.7이고, 두께가 25㎛인 PbO 글라스를 통과하게 되면 엑스선의 세기가 절반으로 떨어지게 된다. 본 실시예에서, 상기 평행광 추출부재(140)는 엑스선을 잘 흡수하는 물질, 즉 질량감쇠계수가 큰 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 평행광 추출부재(140)는 대략 50 이상의 질량감쇠계수를 가지는 물질을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적인 예로서, 상기 평행광 추출부재(140)는 예를 들면, 중금속 또는 중금속 산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 평행광 추출부재(140)는 Pb, W, Mo 또는 PbO 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 평행광 추출부재(140)는 이외에도 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 애노드 전극(121)으로부터 발생되어 애노드 플레이트(122)를 투과한 엑스선 중 애노드 플레이트(122)의 표면에 대해 특정 각도 범위 내로 출사되는 엑스선(예를 들면, 애노드 플레이트(122)의 표면에 대해 거의 수직인 방향으로 방출되는 엑스선)은 평행광 추출부재(140)에 형성된 관통공들(140a)을 통과하여 나오게 된다. 그리고, 애노드 플레이트(122)의 표면에 대해 특정 각도 범위를 벗어나 방출되는 엑스선은 평행광 추출부재(140)의 상면으로 입사하게 되며, 이렇게 입사된 엑스선은 평행광 추출부재(140)에 의해 흡수되어 소멸된다. 즉, 평행광 추출부재(140)에 입사된 엑스선 중 관통공들(140a)을 통과한 엑스선만이 평행광 추출부재(140)로부터 나오게 된다. 따라서, 평행광 추출부재(140)에서 나오는 엑스선은 특정 방향성을 가지게 된다. 예를 들면, 상기 평행광 추출부재(140)로부터 출사되는 엑스선은 애노드 플레이트(122)의 표면에 대해 수직에 가까운 방향으로 진행할 수 있다.
상기 평행광 추출부재(140)로부터 출사되는 엑스선의 방향성이나 균일도 등은 평행광 추출부재(140)에 형성된 관통공들(140a)의 종횡비(aspect ratio) 또는 관통공들(140a) 사이의 간격 등에 의해 조절될 수 있다. 여기서, 상기 관통공(140a)의 종횡비는 관통공(140a)의 높이에 대한 직경(D)의 비율을 의미한다. 상기 관통공(140a)의 높이는 평행광 추출부재(140)의 두께(t)에 해당한다. 이러한 관통공(140a)의 종횡비는 평행광 추출부재(140)와 엑스선 검출기(200) 사이의 거리, 엑스선 검출기(200)의 픽셀 사이즈 등에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 평행광 추출부재(140)와 엑스선 검출기(200) 사이의 거리가 크거나 또는 엑스선 검출기(200)의 픽셀 사이즈가 작은 경우에는 관통공(140a)은 큰 종횡비를 가질 수 있다. 본 실시예에서는 상기 관통공(140a)이 대략 수십에서 수백 정도의 비교적 큰 종횡비를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 관통공(140a)은 대략 200 이상의 종횡비를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 관통공(140a)의 높이, 즉 상기 평행광 추출부재의 두께(t)는 대략 수 mm ~ 수십 mm 정도가 될 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 관통공(140a)의 높이는 대략 1 ~ 10mm 정도가 될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 관통공(140a)은 후술하는 엑스선 검출기(200)의 픽셀 사이즈 보다 작은 사이즈를 가질 수 있지만, 이에 한정되진 않는다. 구체적인 예로서, 상기 관통공(140a)의 직경(D)은 대략 10 ~ 20㎛ 정도가 될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 평행광 추출부재(140)에 형성된 관통공들(140a) 사이의 간격(h)은 수 ㎛ 정도가 될 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 관통공들(140a) 사이의 간격(h)은 대략 1 ~ 5㎛ 정도가 될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 한편, 이상에서는 상기 관통공(140a)의 단면이 원형인 경우가 예시적으로 설명되었으며, 이외에도 상기 관통공(140a)의 단면은 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 엑스선 검출기(200)는 엑스선 발생기(100)의 평행광 추출부재(140)와 이격되도록 마련되며, 상기 평행광 추출부재(140)와 상기 엑스선 검출기(200) 사이에는 엑스선 영상을 얻고자 하는 피사체(W)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 엑스선 검출기(200)는 2차원 형태로 배열되며 각각이 독립적으로 구동될 수 있는 복수의 픽셀들(미도시)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 엑스선 검출기(200)의 픽셀들은 상기 엑스선 발생기(100)의 전자방출유닛들(110a)과 일대일 대응하도록 마련될 수 있다. 한편, 상기 전자방출유닛들(110a) 각각이 2 이상의 픽셀들과 대응하도록 마련되거나 또는 상기 픽셀들 각각이 2 이상의 전자방출유닛(110a)과 대응하도록 마련되는 것도 가능하다.
이상과 같이, 엑스선 방출소자(120)의 하부에 평행광 추출부재(140)를 마련함으로써 방향성을 가진 엑스선만이 피사체(W)에 조사될 수 있다. 즉, 엑스선 방출소자(120)로부터 방출된 엑스선은 평행광 추출부재(140)를 경유하면서 애노드 플레이트(122)의 표면에 대해 거의 수직 방향으로 진행하는 엑스선만이 평행광 추출부재(140)로부터 출사될 수 있다. 그리고, 이렇게 출사된 방향성을 가진 엑스선은 피사체(W)를 투과한 다음, 엑스선 검출기(200)에서 검출되게 된다. 이에 따라, 상기 엑스선 검출기(200)는 고해상도의 품질이 우수한 엑스선 영상을 얻을 수 있다.
한편, 이상의 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 전자방출유닛들(110a) 모두가 구동됨으로써 엑스선을 피사체(W)의 모든 영역을 조사하는 경우가 설명되었다. 하지만, 상기 전자방출유닛들(110a) 중 일부만이 구동됨으로써 엑스선이 피사체(W)의 일부 영역만을 조사하는 것도 가능하다. 도 8은 다른 예시적인 실시예에 따른 엑스선 영상 시스템의 단면을 도시한 것이다. 도 8에는 전자방출유닛들(110a) 중 일부의 전자방출유닛들(110a)이 구동되어 엑스선이 피사체(W)의 특정 영역(P)을 조사하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 즉, 도 8을 참조하면, 전자방출유닛들(110a) 중 3개의 전자방출유닛들(110a) 만이 구동되어 전자들이 방출되며, 이렇게 방출된 전자들에 의해 엑스선 방출소자(120)의 일부로부터 엑스선이 방출된다. 그리고, 엑스선 방출소자(120)로부터 방출된 엑스선은 평행광 추출부재(140)를 통과하면서 방향성을 가지는 엑스선을 변화하게 되고, 이러한 방향성을 가지는 엑스선은 피사체(W)의 특정 영역(P)을 투과한 다음, 엑스선 검출기(200)에 도달하게 된다. 이 경우, 상기 엑스선 검출기(200)에서는 상기한 3개의 전자방출유닛들(110a)에 대응되는 픽셀들만이 구동됨으로써 피사체(W)의 특정 영역(P)에 대한 엑스선 영상을 촬영할 수 있다.
이상에서 설명된 엑스선 영상 시스템은 큰 종횡비를 가지는 관통공들(140a)이 형성된 평행광 추출부재(140)를 마련함으로써 방향성을 가진 엑스선이 피사체(W)에 조사될 수 있다. 이에 따라, 고해상도의 품질이 우수한 엑스선 영상을 얻을 수 있다. 또한, 상기 엑스선 영상 시스템은 면광원 방식의 평판형 엑스선 발생기를 구비함으로써 얇은 두께의 엑스선 영상 시스템을 구현할 수 있다.
이상에서 예시적인 실시예들을 통하여 기술적 내용을 설명하였으나, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100... 엑스선 발생기 110... 전자방출소자
110a... 전자방출유닛 111... 기판
112... 캐소드 전극 113... 절연층
113a... 게이트홀 114... 게이트 전극
115... 전자방출원 120... 엑스선 방출소자
121... 애노드 전극 122... 애노드 플레이트
130... 밀폐 용기 140... 평행광 추출부재
140a... 관통공 200... 엑스선 검출기
W... 피사체 P... 피사체의 특정영역

Claims (37)

  1. 전자들을 방출하는 복수의 전자방출유닛들을 포함하는 전자방출소자;
    상기 전자방출소자로부터 방출된 전자들에 의해 엑스선을 방출하는 엑스선 방출소자; 및
    상기 엑스선 방출소자에서 방출된 엑스선으로부터 방향성을 가지는 엑스선을 추출하여 방출하는 평행광 추출부재;를 포함하는 엑스선 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평행광 추출부재에는 상기 엑스선 방출소자에서 방출된 엑스선 중 상기 방향성을 가지는 엑스선만이 통과할 수 있는 복수의 관통공들이 형성된 엑스선 발생기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 관통공들은 상기 엑스선 방출소자의 표면에 대해 수직 방향으로 형성되는 엑스선 발생기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 평행광 추출부재는 엑스선에 대한 투과성이 없는 물질을 포함하는 엑스선 발생기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 평행광 추출부재는 50 이상의 질량감쇠계수를 가지는 물질을 포함하는 엑스선 발생기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 평행광 추출부재는 중금속 또는 중금속 산화물을 포함하는 엑스선 발생기.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 평행광 추출부재는 Pb, W, Mo 또는 PbO를 포함하는 엑스선 발생기.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 관통공은 수십 내지 수백의 종횡비(aspect ratio)를 가지는 엑스선 발생기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 관통공은 200 이상의 종횡비를 가지는 엑스선 발생기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 평행광 추출부재의 두께는 수 mm ~ 수십 mm 이며, 상기 관통공의 직경은 10 ~ 20㎛인 엑스선 발생기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 관통공들 사이의 간격은 수 ㎛인 엑스선 발생기.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 관통공은 엑스선 검출기의 픽셀보다 작은 사이즈를 가지는 엑스선 발생기.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 관통공들 내부는 공기로 채워지는 엑스선 발생기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전자방출유닛들은 2차원 형태로 배열되고, 각각 독립적으로 구동되는 엑스선 발생기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전자방출유닛들 각각은, 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 상에 마련되는 것으로 상기 캐소드 전극을 노출시키는 게이트홀이 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 마련되는 게이트 전극; 및 상기 게이트홀을 통해 노출된 상기 캐소드 전극 상에 마련되는 전자방출원;을 포함하는 엑스선 발생기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전자방출원은 카본나노튜브(CNT), 카본 나노파이버, 금속, 실리콘, 산화물, 다이아몬드, DLC, 카바이드 화합물 또는 질소 화합물을 포함하는 엑스선 발생기.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑스선 방출소자는 상기 전자방출소자로부터 방출된 전자들에 의해 엑스선을 발생시키는 애노드 전극; 및 상기 애노드 전극 상에 마련되어 상기 애노드 전극을 지지하는 애노드 플레이트;를 포함하는 엑스선 발생기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 애노드 전극은 W, Mo, Ag, Cr, Fe, Co 또는 Cu를 포함하는 금속 또는 금속 합금을 포함하는 엑스선 발생기.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 애노드 플레이트는 엑스선에 대한 투과성이 있는 물질을 포함하는 엑스선 발생기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 애노드 플레이트는 유리, 석영(quartz) 또는 Al을 포함하는 엑스선 발생기.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자방출소자와 상기 엑스선 방출 소자 사이의 공간을 밀폐시키는 밀폐 용기를 더 포함하는 엑스선 발생기.
  22. 엑스선 발생기; 및
    상기 엑스선 발생기와 이격되게 마련되어 그 사이에는 피사체가 배치되는 엑스선 검출기;를 포함하며,
    상기 엑스선 발생기는,
    2차원 형태로 배열되며 각각 독립적으로 구동되어 전자들을 방출하는 복수의 전자방출유닛들을 포함하는 전자방출소자;
    상기 전자방출소자로부터 방출된 전자들에 의해 엑스선을 방출하는 엑스선 방출소자; 및
    상기 엑스선 방출소자에서 방출된 엑스선으로부터 방향성을 가지는 엑스선을 추출하여 방출하는 평행광 추출부재;를 포함하는 엑스선 영상 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 평행광 추출부재에는 상기 엑스선 방출소자에서 방출된 엑스선 중 상기 방향성을 가지는 엑스선만이 통과할 수 있는 복수의 관통공들이 형성된 엑스선 영상 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 관통공들은 상기 엑스선 방출소자의 표면에 대해 수직 방향으로 형성되는 엑스선 영상 시스템.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 평행광 추출부재는 엑스선에 대한 투과성이 없는 물질을 포함하는 엑스선 영상 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 평행광 추출부재는 중금속 또는 중금속 산화물을 포함하는 엑스선 영상 시스템.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 관통공은 수십 내지 수백의 종횡비(aspect ratio)를 가지는 엑스선 영상 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 평행광 추출부재의 두께는 수 mm ~ 수십 mm 이며, 상기 관통공의 직경은 10 ~ 20㎛인 엑스선 영상 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 관통공들 사이의 간격은 수 ㎛인 엑스선 영상 시스템.
  30. 제 23 항에 있어서,
    상기 관통공은 상기 엑스선 검출기의 픽셀보다 작은 사이즈를 가지는 엑스선 영상 시스템.
  31. 제 23 항에 있어서,
    상기 관통공들 내부는 공기로 채워지는 엑스선 영상 시스템.
  32. 제 22 항에 있어서,
    상기 전자방출유닛들 각각은, 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 상에 마련되는 것으로 상기 캐소드 전극을 노출시키는 게이트홀이 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 마련되는 게이트 전극; 및 상기 게이트홀을 통해 노출된 상기 캐소드 전극 상에 마련되는 전자방출원;을 포함하는 엑스선 영상 시스템.
  33. 제 22 항에 있어서,
    상기 엑스선 방출소자는 상기 전자방출소자로부터 방출된 전자들에 의해 엑스선을 발생시키는 애노드 전극; 및 상기 애노드 전극 상에 마련되어 상기 애노드 전극을 지지하는 애노드 플레이트;를 포함하는 엑스선 영상 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 애노드 플레이트는 엑스선에 대해 투과성이 있는 물질을 포함하는 엑스선 영상 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 애노드 플레이트는 유리, 석영(quartz) 또는 Al을 포함하는 엑스선 영상 시스템.
  36. 제 22 항에 있어서,
    상기 엑스선 발생기는 상기 전자방출소자와 상기 엑스선 방출 소자 사이의 공간을 밀폐시키는 밀폐 용기를 더 포함하는 엑스선 영상 시스템.
  37. 제 22 항에 있어서,
    상기 엑스선 발생기는 상기 전자방출유닛들 중 적어도 하나가 구동하여 엑스선을 방출시키며, 상기 방출된 엑스선은 상기 피사체의 적어도 일부 영역을 투과하여 상기 엑스선 검출기에 도달하는 엑스선 영상 시스템.
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