KR20160034393A

KR20160034393A - 방사선 검출기

Info

Publication number: KR20160034393A
Application number: KR1020167004680A
Authority: KR
Inventors: 다케시 나카야마
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 덴시칸 디바이스 가부시키가이샤
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2016-03-29
Also published as: EP3037844A1; EP3037844A4; JP2015038435A; KR101789454B1; WO2015025596A1; US20160161616A1; CN105474045A

Abstract

본 실시형태에 따르면, 방사선 검출기는 입사 방사선을 신호 전하로 변환하는 방사선 검출부, 신호 전하에 기초하여 방사선 이미지를 생성하는 회로부, 제1면에 방사선 검출부를 지지하고 제1면의 반대 측의 제2면에 회로부를 지지하는 지지판, 및 회로부에 설치된 기판과 제2면 사이에 설치된 열 전도부를 포함한다.

Description

방사선 검출기{RADIATION DETECTOR}

본 발명의 실시형태는 방사선 검출기에 관한 것이다.

X-선 검출기는 방사선 검출기의 일 예이다. 현재 실용화되어 있는 X-선 검출기의 대부분은 간접변환방식에 기초하고 있다. 간접변환방식의 X-선 검출기에서, 예컨대 인체를 투과한 X-선은 신틸레이터에 의해 가시광, 예컨대 형광으로 변환된다. 이 형광은 X-선 이미지를 얻기 위해 아몰퍼스 실리콘(a-Si) 포토다이오드 또는 CCD(charge coupled device)와 같은 광전변환소자를 사용하여 신호 전하로 변환된다.

인체에 대량의 X-선을 조사하면 건강에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라서, 인체에의 X-선 조사는 필요 최소한으로 억제되고 있다. 그 결과, X-선 검출기에 입사하는 X-선의 강도는 매우 약하다. 따라서, X-선 검출기 내에 설치된 박막 트랜지스터(TFT: thin film transistor)로부터 출력되는 전하량은 매우 적다. 특히, 동영상 관찰을 위한 X-선 이미지를 얻을 때, 각각의 픽셀로부터 출력된 전하량은 대략 1 fC이다. 이것은 노이즈에 의한 X-선 이미지의 열화를 초래할 수 있다.

이 경우에, X-선 이미지를 얻을 때, 출력 신호는 불가피하게 대량의 노이즈를 포함한다. 상기 노이즈는, 예를 들면, 각각의 픽셀에 접속된 포토다이오드의 암전류와, 적분증폭기 내부에서 발생하는 오프셋 시프트와, 박막 트랜지스터의 구동 신호의 전위 시프트를 포함한다. 이러한 노이즈는 포토다이오드의 온도와, 적분증폭기의 온도와, 제어회로의 온도가 증가함에 따라 증가한다. 온도 증가에 따른 노이즈의 증가는 반도체 재료를 포함하는 소자에 특유한 거동이다.

X-선 검출기는 다수의 회로소자들을 포함한다. 회로소자는 전원이 투입되어 구동상태가 되면 전력을 소모하고 열을 발생시킨다. 발생된 열은 X-선 검출기의 하우징 내부의 온도를 상승시킨다. 그 결과 노이즈가 증가한다.

이 경우에, 전원이 투입된 직후, 온도가 불안정하며, 이것은 노이즈를 보정하는 것이 매우 어렵다. 따라서, X-선 이미지의 품질이 전원 투입 직후 열화되기 쉽다.

또한, 회로소자 주변의 온도는 X-선 검출기의 하우징 내부의 온도의 증가에 따라 증가한다. 이것도 회로소자의 수명을 단축시킬 수 있다.

따라서, 회로소자와 하우징 사이에 열 전달 부재를 설치하여 발생된 열을 열 전달 부재를 통해 하우징에 전달하는 기술이 제안되어 있다.

그러나 회로소자와 하우징 사이에 설치된 열 전달 부재는 예컨대 외부 진동이나 충격을 회로소자에 직접 전달한다. 이것은 회로소자를 파손할 수 있다. 또한, 예를 들어 X-선 검출부(X-선 검출기 패널)의 기판(유리기판)에 전달된 외부 진동이나 충격에 의해 기판이 파손될 수도 있다.

일본 특허공보 제3957803호

본 발명에 의해 해결하려는 과제는 하우징 내부의 온도 상승을 억제할 수 있는 방사선 검출기를 제공하는 것이다.

실시형태에 의하면, 방사선 검출기는 입사 방사선을 신호 전하로 변환하는 방사선 검출부와, 상기 신호 전하에 기초하여 방사선 이미지를 생성하는 회로부와, 제1면에 상기 방사선 검출부를 지지하고 제1면과 반대측의 제2면에 상기 회로부를 지지하는 지지판과, 상기 회로부에 설치된 기판과 상기 제2면 사이에 설치된 열 전도부를 포함한다.

도 1은 실시형태에 따른 X-선 검출기를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 X-선 검출부를 도시하는 개략 사시도이다.
도 3은 X-선 검출부의 회로도이다.
도 4는 X-선 검출기의 블록도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 다양한 실시형태를 설명할 것이다. 각각의 도면에서, 동일한 구성요소에는 같은 부호를 부여하고 그것의 상세한 설명은 적절히 생략할 것이다.

본 발명의 실시형태에 따른 방사선 검출기는 X-선 외에도 γ-선과 같은 다양한 유형의 방사선에 적용 가능하다. 방사선을 대표하여 X-선을 참조하여 예들이 설명된다. 따라서, 다음 실시형태는 용어 "X-선"을 "다른 방사선"으로 대체함으로써 다른 방사선에도 적용 가능하다.

도면에서 화살표 X, Y, Z는 서로에 대해서 직교하는 3개 방향을 나타낸다.

아래에 예시되는 X-선 검출기(1)는 X-선 이미지를 검출하는 평면 X-선 센서이다.

평면 X-선 센서는 크게 직접 변환형과 간접 변환형으로 분류된다.

직접 변환형에서는, X-선이, 예컨대 아몰퍼스 실리콘(a-Si)으로 만들어진 광도전막에 의해 직접 신호 전하로 변환되며, 이 신호 전하는 전하 축적용 커패시터로 안내된다. 즉, 직접 변환형에서, 입사 X-선에 반응하여 광도전막 내부에 발생된 광도전 전하(신호 전하)는 높은 전기장에 의해 전하 축적 커패시터로 직접 안내된다.

간접 변환형에서는, X-선이 신틸레이터에 의해 형광(가시광)으로 변환된다. 이 형광은 포토다이오드와 같은 광전변환소자에 의해 신호 전하로 변환된다. 이 신호 전하는 전하 축적용 커패시터로 안내된다.

일 예로서, 다음 실시형태는 간접 변환형의 X-선 검출부(5)를 포함하는 예를 참조하여 설명한다. 그러나 이 실시형태는 직접변환형의 X-선 검출부를 포함하는 경우에도 역시 적용 가능하다.

방사선 검출기인 X-선 검출기(1)는 예컨대 일반적인 의료 목적으로 사용될 수 있다. 그러나 X-선 검출기(1)는 방사선 검출부(X-선 검출부)를 포함하는 한 특정 목적에 한정되지 않는다.

도 1은 실시형태에 따른 X-선 검출기(1)를 도시하는 개략 단면도이다.

도 2는 X-선 검출부(5)를 도시하는 개략 사시도이다.

도 3은 X-선 검출부(5)의 회로도이다.

도 4는 X-선 검출기(5)의 블록도이다.

도 1에 도시된 것과 같이, X-선 검출기(1)는 하우징(2), 지지판(3), 회로부(4), X-선 검출부(5), 열 전도부(6), 및 단열부(7)를 포함한다.

하우징(2)은 본체부(21)와 입사창(22)을 포함한다.

본체부(21)는 상자 형상이며, 일면에 입사창(22)을 설치하기 위한 개구부를 포함한다.

본체부(21)는 스테인레스 스틸과 같은 금속으로 형성될 수 있다.

본체부(21)는 또한 예를 들면 폴리페닐렌 설파이드 수지, 폴리카보네이트 수지, 또는 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP: carbon-fiber-reinforced plastic)으로 형성될 수도 있다. 그러나 후술하는 방열성을 고려할 때, 본체부(21)는 예컨대 열전도율이 높은 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.

입사창(22)은 판 형상이며, 본체부(21)의 개구부를 막도록 설치되어 있다.

입사창(22)은 X-선(100)을 투과시킨다. 입사창(22)은 X-선 흡수율이 낮은 재료로 형성될 수 있다. 입사창(22)은 예를 들어 탄소섬유강화 플라스틱으로 형성될 수 있다.

지지부(3)는 지지판(31)과 지주(32, 33, 34)를 포함한다.

지지판(31)은 판 형상이며 하우징(2) 내부에 설치되어 있다. X-선 검출부(5)는 짖판(31)의 입사창(22) 측의 면(제1면의 일 예에 상당함)에 설치되어 있다. 회로부(4)는 지지판(31)의 입사창(22) 측의 반대측의 면(제2면의 일 예에 상당함)에 지주(34)를 통해서 설치되어 있다.

지주(32)는 기둥 형상이다.

지주(32)의 일단은 본체부(21)의 상기 개구부가 설치되어 있는 측의 반대 측의 내벽에 설치되어 있다. 지주(32)의 타단은 지지판(31)에 설치되어 있다.

지주(33)는 블록 형상이다.

지주(33)의 일단은 본체부(21)의 상기 개구부가 설치되어 있는 측의 내벽에 설치되어 있다. 지주(33)의 타단은 지지판(31)에 설치되어 있다.

지주(32, 33)는 하우징(2) 내부의 소정의 위치에서 지지판(31)을 지지한다.

지주(34)는 기둥 형상이다.

지주(34)의 일단은 지지판(31)에 설치되어 있다. 지주(34)의 타단은 회로부(4)의 기판(4a)에 설치되어 있다.

지주(34)는 하우징(2) 내부의 소정의 위치에서 회로부(3)를 지지한다.

지지판(31)과 지주(32, 33, 34)의 재료는 어느 정도의 강성을 갖는다면 특별히 한정되지 않는다. 그러나 후술하는 방열성을 고려할 때, 지지판(31)과 지주(32, 33, 34)의 재료는 열 전도율이 높은 금속이 바람직하다. 지지판(31)과 지주(32, 33, 34)의 재료는 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 구리 합금일 수 있다.

한편, 예컨대 외부 진동 또는 충격이 회로부(4)에 전달되는 것을 억제하기 위해, 지주(34)의 재료는 예컨대 수지일 수 있다.

회로부(4)는 기판(4a), 회로소자(4b, 4c), 및 방열핀(4d)을 포함한다.

기판(4a)은 예컨대 인쇄된 배선기판일 수 있다.

기판(4a) 위에 실장된 회로소자(4b, 4c)는 후술하는 제어회로(41)와 증폭-변환회로(42)를 구성하고 있다.

회로소자(4b, 4c)는 예컨대 저항기, 커패시터, 코일, 또는 반도체 소자일 수 있다.

회로소자(4b, 4c)는 전원이 투입될 때 열을 발생시킨다.

이 경우에, 회로소자(4b)는 대량의 열을 발생시키는 회로소자(발열 회로소자)일 수 있다. 회로소자(4b)는 예컨대 CPU(central processing unit) 또는 FPGA(field-programmable gate array)일 수 있다.

회로소자(4b)에는 방열핀(4d)이 설치되어 있다.

도 4에 도시한 것과 같이, 제어회로(41)는 복수의 게이트 드라이버(41a)와 행 선택회로(41b)를 포함한다.

게이트 드라이버(41a)는 대응하는 제어라인(또는 게이트 라인)(51d)에 제어신호를 인가한다.

X-선 이미지의 주사방향에 따라서, 행 선택회로(41b)는 대응하는 게이트 드라이버(41a)에 회부 제어신호를 보낸다.

예를 들면, 제어회로(41)는 후술하는 플렉시블 인쇄기판(53)과 제어라인(51d)을 통해서 각각의 제어라인(51d)에 제어신호를 순차로 인가한다. 제어라인(51d)에 인가된 제어신호는 박막 트랜지스터(51c)를 온 상태가 되게 한다. 이것에 의해 광전변환소자(51b)로부터 이미지 데이터를 수신하는 것이 가능하게 된다.

증폭-변환회로(42)는 복수의 적분증폭기(42a), 복수의 A/D 변환기(42b), 및 이미지 합성회로(42c)를 포함한다.

적분증폭기(42a)는 각각의 광전변환소자(51b)로부터의 이미지 데이터를 증폭하여 출력한다. 적분증폭기(42a)로부터 출력된 이미지 데이터 신호는 병렬/직렬 변환되어 A/D 변환기(42b)로 입력된다.

A/D 변환기(42b)는 입력된 이미지 데이터 신호(아날로그 신호)를 디지털 신호로 변환한다.

이미지 합성회로(42c)는 A/D 변환기(42b)에 의해 변환된 이미지 데이터 신호(디지털 신호)에 기초하여 X-선 이미지를 생성한다.

예를 들면, 제어회로(41)는 후술하는 박막 트랜지스터(51c)의 동작, 즉 온-상태 및 오프-상태를 제어한다.

증폭-변환회로(42)는 후술하는 데이터 라인(또는 신호 라인)(51e) 및 플렉시블 인쇄기판(53)을 통해서 각각의 광전변환소자(51b)로부터 이미지 데이터 신호를 순차로 수신하여 증폭한다. 증폭-변환회로(42)는 그 다음 증폭된 이미지 데이터 신호를 디지털 신호로 변환한다. 또한, 증폭-변환회로(42)는 디지털 신호로 변환된 이미지 데이터 신호에 기초하여 X-선 이미지를 생성한다.

즉, 회로부(4)는 X-선 검출부(5)로부터의 신호 전하에 기초하여 X-선 이미지를 생성한다.

X-선 검출부(5)는 입사 X-선을 신호 전하로 변환한다.

도 2 및 도 3에 도시한 것과 같이, X-선 검출부(5)는 어레이 기판(51), 신틸레이터(52), 및 플렉시블 인쇄 기판(53)을 포함한다.

어레이 기판(51)은 기판(51a), 광전변환소자(51b), 박막 트랜지스터(51c), 제어 라인(51d), 및 데이터 라인(51e)을 포함한다.

기판(51a)은 판 형상이며 예컨대 유리로 형성된다.

광전변환소자(51b)와 박막 트랜지스터(51c)는 기판(51a)의 입사창(22) 측의 면에 복수의 쌍으로 설치되어 있다. 한 쌍의 광전변환소자(51b)와 박막 트랜지스터(51c)는 제어 라인(51d)과 데이터 라인(51e)에 의해 획정된 영역에 설치되어 있다. 복수의 쌍의 광전변환소자(51b)와 박막 트랜지스터(51c)는 매트릭스 형상으로 배열되어 있다. 한 쌍의 광전변환소자(51b)와 박막 트랜지스터(51c)는 1개의 픽셀에 대응한다.

광전변환소자(51b)에서 변환된 신호 전하를 축적하기 위한 축적 커패시터(51f)가 설치될 수 있다. 그러나 광전변환소자(51b)의 용량에 따라서, 광전변환소자(51b)는 축적 커패시터(5f)를 겸할 수도 있다.

광전변환소자(51b)는 예컨대 포토다이오드일 수 있다.

박막 트랜지스터(51c)는 광전변환소자(51b)에 입사한 형광에 반응하여 발생된 전하의 축적 및 방출의 스위칭을 수행한다. 박막 트랜지스터(51c)는 아몰퍼스 실리콘(a-Si) 및 폴리실리콘(P-Si)과 같은 반도체 재료를 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터(51c)는 게이트 전극(51c1), 소스 전극(51c2), 및 드레인 전극(51c3)을 포함한다. 박막 트랜지스터(51c)의 게이트 전극(51c1)은 대응하는 제어 라인(51d)에 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터(51c)의 소스 전극(51c2)은 대응하는 데이터 라인(51e)에 전기적으로 접속되어 있다. 박막 트랜지스터(51c)의 드레인 전극(51c3)은 대응하는 광전변환소자(51b)와 축적 커패시터(51f)에 전기적으로 접속되어 있다.

제어 라인(51d)은 복수 설치되어 있다. 제어 라인(51d)은 서로 소정의 간격을 두고 병렬로 설치되어 있다. 제어 라인(51d)은 X-방향으로(예컨대, 행 방향) 연장한다.

데이터 라인(51e)은 복수 설치되어 있다. 데이터 라인(51e)은 서로 소정의 간격을 두고 병렬로 설치되어 있다. 데이터 라인(51e)은 X-방향에 직교하는 Y-방향(예컨대, 열 방향)으로 연장한다.

광전변환소자(51b)에는 신틸레이터(52)가 설치되어 있다. 신틸레이터(52)는 입사 X-선을 형광, 즉 가시광으로 변환한다. 신틸레이터(52)는 기판(51a) 위의 복수의 광전변환소자(51b)가 설치된 영역을 덮도록 설치되어 있다.

신틸레이터(52)는 예를 들면, 요오드화 세슘(CsI):탈륨(Tl) 또는 요오드화 나트륨(NaI):탈륨(Tl)으로 형성될 수 있다. 이 경우에,예컨대 진공증착법에 의해 주상 결정들의 집합체가 형성될 수 있다.

신틸레이터(52)는 예컨대 산황화 가돌리늄(Gd₂O₂S)으로 형성될 수도 있다.

플렉시블 인쇄 기판(53)은 복수의 제어 라인(51d)의 각각을 회로부(4)에 설치된 제어회로(41)에 전기적으로 접속한다.

플렉시블 인쇄 기판(53)은 복수의 데이터 라인(51e)의 각각을 회로부(4) 설치된 증폭-변환회로(42)에 전기적으로 접속한다.

일반적으로, X-선 검출기(1)는 대량의 전력이 필요하다. 이것은 대량의 디지털 신호를 처리하는 다수의 적분증폭기(42a), A/D 변환기(42b) 및 이미지 합성회로(42c)가 대량의 전력을 소모하기 때문이다. 특히, 적분증폭기(42a)는 고속 저잡음인 것이 필요하다. 따라서, 적분증폭기(42a)는 소비 전력이 더 큰 A급 증폭기 구조인 것이 필요하다.

적분증폭기(42a), A/D 변환기(42b) 및 이미지 합성회로(42c)에 입력된 전력의 대부분은 하우징(2) 내부에서 열로 변환되어 방출된다.

따라서, X-선 검출기(1)가 대기 상태 또는 비통전 상태로부터 구동 상태 또는 통전 상태로 될 때, 하우징 내부의 온도는 점점 상승한다. 그 다음, 하우징(2) 내부의 온도가 어느 온도까지 상승하면, 발생 열량은 방출 열량과 같게 된다. 따라서, 하우징(2) 내부의 온도는 거의 일정하게 된다.

이 경우에, 하우징(2) 내부에 축적된 열은 예컨대 수랭 또는 공랭에 기초한 방열기구를 설치함으로써 방출될 수 있다.

그러나 X-선 검출기에 방열기구를 설치하는 것은 어렵다. 따라서, 하우징(2) 내부의 온도 상승이 커질 수 있다. 즉, 하우징(2) 내부의 최고 도달 온도가 너무 높을 수도 있다.

광전변환소자(51b), 박막 트랜지스터(51c), 제어회로(41), 및 증폭-변환회로(42)와 같은 X-선 검출기(1)에 설치된 많은 구성요소들은 온도 변화에 따라 특성이 크게 변한다. 특히, 포토다이오드(광전변환소자(51b))의 특성 변화와 증폭-변환회로(42)에 설치된 적분증폭기(42a)의 특성 변화는 생성되는 X-선 이미지의 품질에 크게 영향을 미친다.

여기서, 인체에 대한 X-선 조사는 필요 최소한으로 억제된다. 따라서, X-선 검출기(1)에 입사하는 X-선의 강도는 매우 약하다. 따라서, 상기 입사 X-선에 기초하여 출력된 이미지 데이터 신호 역시 매우 작게 된다. 그 결과, 암전류에 대한 이미지 데이터 신호의 비(S/N 비)는 광전변환소자(51b)의 암전류가 충분히 작지 않으면 너무 낮을 수 있다.

따라서, X-선 검출기(1)에서 사용된 광전변환소자(51b)에서, 입사 형광이 없는 상태에서 발생된 암전류는 매우 작을 필요가 있다.

그러나 X-선 검출기(1)에서 사용된 광전변환소자(51b)는 아몰퍼스 실리콘과 같은 반도체 재료를 포함하는 반도체 막으로 만들어진다. 따라서, 광전변환소자(51b)는 반도체 재료에 고유한 특성, 즉 온도 상승에 따라 암전류가 증가하는 특성이 있다.

예를 들면, 20℃에서 포토다이오드의 암전류는 대략 30 fA/mm²이다. 그러나 30℃에서 포토다이오드의 암전류는 대략 128 fA/mm²이다. 40℃에서 포토다이오드의 암전류는 대략 430 fA/mm²이다.

온도 상승에 따라 증가하는 암전류의 속성은 반도체 재료에 고유한 것이며, 피하기 어렵다.

이 경우에, 암전류 값은 X-선 검출기(1)에 설치된 보정회로(미도시)에 의해 보정될 수 있다. 그러나 암전류 값이 크게 변화할 때, 보정이 곤란하다. 이것은 궁극적으로 출력되는 X-선 이미지의 콘트라스트를 악화시킬 수 있다.

또한, 온도가 상승할 때, 모든 포토다이오드의 암전류 값은 그 변화가 동일하지 않다. 일반적으로, 각각의 포토다이오드는 암전류 값이 다르게 증가한다.

따라서, 온도 상승에 따라 출력되는 X-선 이미지에는 얼룩(smear)이나 불균일(unevenness)과 같은 아티팩트(artifacts)가 혼입된다. 이것은 X-선 이미지의 품질을 심각하게 손상시킬 수 있다.

또한, 증폭-변환회로(42)에 설치된 적분증폭기(42a) 역시 반도체 소자로 구성되어 있다. 따라서, 적분증폭기(42a)의 오프셋 값이 온도 상승에 따라 변화한다. 적분증폭기(42a)의 오프셋 값은 포토다이오드의 암전류와 유사한 영향을 미친다. 따라서, 온도 상승이 X-선 이미지의 품질을 심각하게 손상시킬 수 있다.

따라서, 실시형태에 따른 X-선 검출기(1)에서, 하우징(2) 내부의 온도 상승을 억제하기 위해 열전도부(6)가 설치된다.

도 1에서와 같이, 열전도부(6)는 전도부(61)와 완충부(62)를 포함한다.

전도부(61)는 지지부(3)와 회로부(4)를 열적으로 접합한다.

전도부(61)는 지지부(3)의 지지판(31)과 회로부(4)의 기판(4a) 사이에 설치되어 있다.

전도부(61)는 열전도율이 높은 재료로 형성된다. 전도부(61)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 및 구리 합금으로 형성될 수 있다.

완충부(62)는 전도부(61)와 회로부(4)의 기판(4a) 사이에 설치되어 있다.

완충부(62)는 전도부(61)를 통해서 예컨대 외부 진동이나 충격의 회로부(4)에의 전달을 억제하기 위해 설치된다.

완충부(62)는 외력을 흡수하는 동시에 열 전도를 방해하지 않는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

완충부(62)는 예컨대 수지를 포함할 수 있다.

이 경우에, 완충부(62)는 예컨대, 실리콘 고무, 실리콘계 그리스, 실리콘계 오일 컴파운드, 또는 세라믹 입자를 포함할 수 있다.

이와 같은 재료를 포함하는 완충부(62)는 회로부(4)에 예컨대 외부 진동이나 충격의 전달을 억제할 수 있다. 또한, 완충부(62)는 회로부(4)로부터 지지부(3)로 열을 전달하는 것을 용이하게 한다.

완충부(62)는 회로부(4)의 기판(4a)과 전도부(61) 사이의 영역과 지지부(3)의 지지판(31)과 전도부(61) 사이의 영역 중 적어도 하나에 설치될 수 있다.

그러나 전도부(61)의 일 단부 측에 완충부(62)를 설치하면 양단부 측에 완충부(62)를 설치하는 경우에 비해서 방열성을 향상시킬 수 있다.

이 경우에, 회로부(4)의 기판(4a)과 전도부(61) 사이에 설치된 완충부(62)는 회로부(4)에 작용하는 기계적 스트레스를 보다 효과적으로 억제하는 것이 가능하다.

전도부(61)의 완충부(62)와 접촉하는 측의 면적은 완충부(62)의 전도부(61)와 접촉하는 측의 면적과 다르게 만들어질 수 있다.

상기 접촉 부분들의 면적이 서로 다를 때, 전도부(61)와 완충부(62) 사이의 접촉 면적은 그것들 사이에 오정렬이 발생하더라도 일정하게 유지될 수 있다. 이것은 조립 오차에 의한 방열 특성의 변화를 억제할 수 있다.

이 경우에, 전도부(61)의 완충부(62)와 접촉하는 측의 면적은 완충부(62)의 전도부(61)와 접촉하는 측의 면적보다 작게 만들어지는 것이 바람직하다.

전도부(61)의 접촉 부분의 면적이 작을 때, 조립 공정에서 전도부(61)와 완충부(62) 사이에 오정렬이 발생하더라도, 전도부(61)와 완충부(62) 사이의 접촉이 방지될 수 있다. 이것은 조립 오차에 의해 회로부(4)에 기계적 스트레가 가해지는 것을 억제할 수 있다.

열 전도부(6)은 기판(4a)의 회로소자(4b)가 설치된 영역의 반대 측에 설치되는 것이 바람직하다.

예를 들면, 열 전도부(6)는 회로부(4)를 사이에 두고 회로소자(4a)와 마주하여 설치될 수 있다.

회로소자(4b)에 근접하여 설치된 열 전도부(6)는 특히 온도가 높은 회로부(4)의 부분으로부터 국소적으로 열을 방출하는 것이 가능하다. 또한, 특히 온도가 높은 회로부(4)의 부분에 근접하여 설치된 열 전도부(6)는 방열성을 향상시킬 수 있다.

도 1에서와 같이, 회로소자(4b)에는 방열핀(4d)이 설치되어 있다. 열은 회로소자(4b)로부터 방열핀(4d)을 통하여 하우징(2)의 내부로 방출된다. 그 다음에 그 열은 예컨대 대류에 의해 하우징(2)에 전달되고 하우징(2)으로부터 외부로 방출된다.

한편, 열은 회로소자(4b)로부터 열 전도부(6)로 전달된다. 그 다음에 그 열은 지지판(31), 지주(32, 33)을 통해 전달되고 하우징(2)의 외부로 방출된다. 즉, 열 전도부(6)를 통한 방열은 주로 열 전도에 기초한다. 따라서, 더욱 효율적인 열 방출이 이루어질 수 있다.

이것은 하우징(2) 내부의 최고 도달 온도를 저하시킬 수 있다.

회로부(4)의 기판(4a)과 지지부(3) 의 지지판(31) 사이에는 하나 이상의 열 전도부(6)가 설치되면 충분하다.

이 경우에, 만일 대량의 열을 발생시키는 복수의 회로소자(4b)가 설치되면, 열 전부(6)는 복수의 회로소자(4b) 각각에 대해 설치될 수 있다.

열 전도부(6)는 적은 양의 열을 발생시키는 회로소자(4c)에 대해서도 설치될 수 있다.

단열재(7)는 시트 형상이며 X-선 검출부(5)(어레이 기판(51))와 지지부(지지판(31)) 사이에 설치되어 있다.

단열재(7)는 열 전도부(6)를 통하여 지지판(31)에 전달된 열이 X-선 검출부(5)에 전달되는 것을 억제한다.

단열재(7)는 열전도율이 낮은 재료로 형성될 수 있다. 단열재(7)는 예컨대 실리콘 고무와 같은 수지로 형성될 수 있다.

이 경우에, 실리콘 고무와 같은 연질 재료로 형성된 단열재(7)는 X-선 검출부(5)를 부착할 때 기계적 스트레스를 감소시킬 수도 있다.

다음, X-선 검출기(1)의 기능을 설명한다.

먼저, 초기상태에서, 축적 커패시터(51f)에 전하가 축적되어 있다. 축적 커패시터(51f)에 병렬 접속된 광전변환소자(51b)에 역바이어스 전압이 인가된다. 광전변환소자(51b)에 인가된 전압은 데이터 라인(51e)에 인가된 전압과 같다. 광전변환소자(51b)는 예컨대 다이오드의 일종인 포토다이오드이다. 따라서, 역바이어스 인가 상태에서 전류는 거의 흐르지 않는다. 따라서, 축적 커패시터(51f)에 축적된 전하는 감소하지 않고 유지된다.

입사창(22)을 통해 신틸레이터(52)에 X-선(100)이 입사한다. 그 다음, 신틸레이터(152)의 내부에서 높은 에너지의 X-선(100)이 낮은 에너지의 형광(가시광)으로 변환된다. 신틸레이터(52)의 내부에서 발생된 형광의 일부가 광전변환소자(51b)에 입사한다.

광전변환소자(51b)에 입사한 형광은 광전변환소자(51b) 내부에서 전자와 정공으로 구성된 전하로 변환된다. 전자와 정공은 축적 커패시터(51f)에 의해 형성된 전기장의 방향을 따라 이동하여 광전변환소자(51b)의 양단자에 각각 도달한다. 따라서, 광전변환소자(51b)의 내부에 전류가 흐른다.

광전변환소자(51b) 내부에 흐르는 전류는 병렬 접속된 축적 커패시터(51f)로 흐른다. 축적 커패시터(51f)로 흐르는 전류는 축적 커패시터(51f)에 축적된 전하를 소거한다. 이것은 축적 커패시터(51f)에 축적된 전하를 감소시킨다. 축적 커패시터(51f)의 양단자 사이의 전위차도 초기 상태에 비해서 감소한다.

복수의 제어라인(51d)은 대응하는 게이트 드라이버(41a)에 전기적으로 접속되어 있다. 게이트 드라이버(41a)는 복수의 제어라인(51d)의 전위를 순차로 변화시킨다. 즉, 게이트 드라이버(41a)는 복수의 제어라인(51d)에 제어 신호를 순차로 인가한다. 이 경우에, 특정 시간에는, 하나의 제어라인(51d)만의 전위가 게이트 드라이버(41a)에 의해 변화된다. 전위가 변화된 제어라인(51d)에 대응하는 데이터 라인(51e)에 병렬 접속된 박막 트랜지스터(51c)의 전위소스 전극(51c2)과 드레인 전극(51c3) 사이의 영역은, 오프-상태(절연상태)로부터 온-상태(통전상태)로 변화한다.

각각의 데이터 라인(51e)에 소정의 전압이 인가된다. 데이터 라인(51e)에 인가된 전압은 전위가 변화된 제어라인(51d)에 전기적으로 접속된 박막 트랜지스터(51c)를 통해서 축적 커패시터(51f)에 인가된다.

초기상태에서, 축적 커패시터(51f)는 데이터 라인(51e)과 동일한 전위에 있다. 따라서, 축적 커패시터(51f)의 전하량이 초기상태로부터 변하지 않는 경우 데이터 라인(51e)으로부터 축적 커패시터(51f)로 전하가 이동하지 않는다.

한편, 형광이 조사된 광전변환소자(51b)에 병렬 접속된 축적 커패시터(51f)의 전하량은 감소된다. 즉, 형광 조사된 광전변환소자(51b)에 병렬 접속된 축적 커패시터(51f)의 전하량은 초기상태로부터 변화된다. 따라서, 온-상태로 변화된 박막 트랜지스터(51c)를 통해서 데이터 라인(51e)으로부터 축적 커패시터(51f)로 전하가 이동한다. 그 결과, 축적 커패시터(51f)에 축적된 전하량이 초기상태로 복귀한다. 이동한 전하는 데이터 라인(51e)을 흘러서 이미지 데이터 신호로서 적분증폭기(42a)를 향해 출력된다.

복수의 데이터 라인(51e)은 대응하는 적분증폭기(42a)에 전기적으로 접속되어 있다.

적분증폭기(42a)는 일정시간 내에 흐르는 전류를 적분하여 그 적분값에 대응하는 전압을 출력한다. 즉, 적분증폭기(42a)는 일정시간 내에 데이터 라인(51e)에 흐르는 전하량을 전압값으로 변환한다. 그 결과, 광전변환소자(51b) 내부에서 발생된 신호 전하(이미지 데이터 신호)는 적분증폭기(42a)에 의해 전위 정보로 변환된다.

적분증폭기(42a)에 의해 변환된 전위 정보는 A/D 변환기(42b)에 의해 디지털 신호로 순차 변환된다. 디지털화된 이미지 데이터 신호는 이미지 합성회로(42c)에 의해 X-선 이미지로 합성된다. 예를 들어, 이미지 합성회로(42c)는 디지털화된 이미지 데이터 신호를 픽셀의 행 및 열에 따라서 순차 합성하여 X-선 이미지를 생성한다. 생성된 X-선 이미지와 관련된 전기 신호는 디스플레이 장치(미도시)와 같은 외부기기를 향해 출력된다.

외부기기를 향해 출력된 X-선 이미지와 관련된 전기 신호는, 예컨대 통상의 디스플레이 장치에 의해 이미지로 용이하게 변화될 수 있다. 따라서, X-선 조사에 의해 얻어진 X-선 이미지는 가시광의 이미지로서 관찰될 수 있다.

본 실시형태에 의한 X-선 검출기(1)에서, 굽힘 강성이 높은 지지판(31)에 회로부(4)와 X-선 검출부(5)가 설치되어 있다. 지지부(3)의 지지판(31)과 회로부(4)의 기판(4a) 사이에 열 전도부(6)가 설치되어 있다.

이것은 예컨대 외부 진동이나 충격의 인가 상태에서 기계적 스트레스를 감소시킬 수 있다. 또한, 회로부(4)에 발생된 열은 열 전도율이 높은 지지판(31)으로 전달될 수 있다. 지지판(31)에 전달된 열은 열 전도에 의해 하우징(2)에 전달되어 하우징(2)으로부터 외부로 방출될 수 있다.

이것은 하우징(2) 내부에 설치된 구성요소들의 기계적 강도를 향상시킬 수 있고, 하우징(2) 내부의 온도 상승을 억제할 수 있다.

또한, 이것은 하우징(2) 내부의 온도가 안정화될 때까지의 시간을 단축할 수도 있다.

이상, 몇몇 실시형태를 설명했지만, 이 실시형태들은 단지 예로서 제시된 것이며, 본 발명의 범위를 한정하려는 의도는 아니다. 여기서 설명된 신규한 실시형태는 다양한 다른 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여기서 개시된 실시형태의 다양한 생략, 치환 및 변경이 이루어질 수 있다. 첨부한 청구항 및 그 균등물은 본 발명의 범위 및 요지에 속하는 실시형태 및 변형 예를 포함하는 것을 의도한다.

Claims

방사선 검출기에 있어서,
입사 방사선을 신호 전하로 변환하는 방사선 검출부;
상기 신호 전하를 기초로 방사선 이미지를 생성하는 회로부;
제1면에 상기 방사선 검출부를 지지하고, 상기 제1면과 반대 측의 제2면에 상기 회로부를 지지하는 지지판;
상기 회로부에 설치된 기판과 상기 제2면 사이에 설치된 열 전도부;
를 포함하는, 방사선 검출기.
제 1 항에 있어서,
상기 열 전도부는 금속을 포함하는 전도부와 수지를 포함하는 완충부를 포함하는, 방사선 검출기.
제 2 항에 있어서,
상기 완충부는 상기 기판과 상기 전도부 사이에 설치되어 있는, 방사선 검출기.
제 2 항에 있어서,
상기 전도부의 상기 완충부와 접촉하는 측의 면적은 상기 완충부의 상기 전도부와 접촉하는 측의 면적과 다른, 방사선 검출기.
제 2 항에 있어서,
상기 전도부의 상기 완충부와 접촉하는 측의 면적은 상기 완충부의 상기 전도부와 접촉하는 측의 면적보다 작은, 방사선 검출기.
제 1 항에 있어서,
상기 기판에 설치되고 전원 투입 시 열을 발생시키는 회로소자를 추가로 포함하고,
상기 열 전도부는 상기 기판의 상기 회로소자가 설치된 영역의 반대 측에 설치되어 있는, 방사선 검출기.
제 6 항에 있어서,
상기 회로소자에 설치된 방열핀을 추가로 포함하는, 방사선 검출기.
제 2 항에 있어서,
상기 완충부는 실리콘 고무, 실리콘계 그리스, 실리콘계 오일 컴파운드, 및 세라믹 입자로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 방사선 검출기.