KR20160047314A - 방사선 검출기 및 방사선 검출기 구동 방법 - Google Patents

방사선 검출기 및 방사선 검출기 구동 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160047314A
KR20160047314A KR1020140143599A KR20140143599A KR20160047314A KR 20160047314 A KR20160047314 A KR 20160047314A KR 1020140143599 A KR1020140143599 A KR 1020140143599A KR 20140143599 A KR20140143599 A KR 20140143599A KR 20160047314 A KR20160047314 A KR 20160047314A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
radiation
photoconductive layer
counter electrode
pixel electrodes
Prior art date
Application number
KR1020140143599A
Other languages
English (en)
Inventor
이강호
김진명
박재철
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020140143599A priority Critical patent/KR20160047314A/ko
Priority to US14/807,192 priority patent/US20160116612A1/en
Priority to EP15190757.3A priority patent/EP3013035B1/en
Publication of KR20160047314A publication Critical patent/KR20160047314A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/247—Detector read-out circuitry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/241—Electrode arrangements, e.g. continuous or parallel strips or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
    • H01L27/14676—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/63—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to dark current
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/32—Transforming X-rays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/50—Detectors
    • G01N2223/501—Detectors array

Abstract

가변 전압 인가 방식의 방사선 검출기 구동 방법이 제시된다. 제시된 방사선은 검출기 구동 방법은 방사선 검출기에 방사선이 조사되지 않는 대기 단계와, 방사선이 조사되는 조사 단계에서 서로 다른 전압이 인가된다. 대기 단계에서 인가되는 전압은 조사 단계에서 인가되는 전압보다 절대값이 작은 값으로, 대기 단계에서 방사선 검출기의 광도전층 내에 발생할 수 있는 암전류를 최소화하도록 정해질 수 있다.

Description

방사선 검출기 및 방사선 검출기 구동 방법{Apparatus and method for detecting radiation}
방사선 검출기 및 방사선 검출기 구동 방법에 관한 것이다.
엑스선(X-ray) 및 감마선(γ-ray)과 같은 방사선은 투과성이 강하여 이를 이용하면 물체의 내부를 볼 수 있다. 따라서 방사선은 의료 분야 및 비파괴 검사 등에 중요하게 쓰인다. 피사체 내부의 밀도에 따라서 방사선의 투과량이 달라지고, 이러한 투과량의 차이를 측정하여 피사체의 내부를 영상화할 수 있다.
방사선 투과량의 차이를 검출하기 위해 광도전체(photoconductor), 즉, 광전변환 물질이 사용될 수 있다. 광도전체에 방사선이 조사되면, 광도전체 내부에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair)이 발생할 수 있고, 광도전체 내에 전기장이 형성되면, 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전기적 신호로 변환될 수 있다. 피사체를 투과하여 광도전체에 주입된 방사선의 양(세기)에 따라, 광도전체에서 발생하는 전하량이 달라질 수 있고, 이러한 전하량의 차이를 이용해서 피사체의 내부를 영상화할 수 있다.
방사선 검출기 및 방사선 검출기의 구동방법을 제시한다.
일 유형에 따른 방사선 검출기 구동 방법은 복수의 화소 전극과, 상기 복수의 화소 전극과 마주하게 배치된 상대 전극과, 상기 복수의 화소 전극과 상기 상대 전극 사이에 배치된 광도전층을 포함하는 방사선 검출기의 구동 방법에 있어서, 상기 광도전층에 방사선이 조사되지 않은 상태에서, 상기 상대 전극에 제 1 전압을 인가하는 대기 단계; 및 상기 상대 전극에 상기 제 1 전압보다 큰 절대값을 가지는 제 2 전압을 인가하고 상기 광도전층에 방사선을 조사하는 조사 단계;를 포함한다.
상기 제 1 전압은 0V 또는 플로팅(floating) 전압일 수 있다.
상기 화소 전극과 상기 상대 전극이 실질적으로 등가의 전위를 갖도록 상기 제 1 전압의 값이 설정될 수 있다.
상기 방사선 검출기는 상기 복수의 화소 전극과 연결된 판독 회로부(read out circuit)를 더 포함하며, 상기 제1전압은 상기 판독 회로부(read out circuit)의 기준 공통 전압과 실질적으로 등가일 수 있다.
상기 제 2 전압은 절대값이 300V 이하일 수 있다.
상기 방사선 검출기는 상기 복수의 화소 전극 각각에 연결된 커패시터와, 상기 커패시터를 스위치하는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터와 연결된 판독 회로부를 더 포함하며, 상기 대기 단계와 상기 조사 단계 사이에 상기 커패시터에 충전된 전하를 방출하는 리셋(reset) 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 조사 단계는 상기 광도전층에 조사된 방사선에 의해 생성된 전하를 상기 복수의 화소 전극 각각에 연결된 충전 커패시터에 수집하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 방사선 검출기 구동 방법은 상기 커패시터에 저장된 전하가 상기 판독 회로부에서 독출되도록 상기 커패시터를 순차적으로 방전하는 스캔 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 유형에 따른 방사선 검출기는 복수의 화소 전극이 배열된 기판; 상기 복수의 화소 전극과 마주하게 배치된 상대 전극; 상기 복수의 화소 전극과 상기 상대 전극 사이에 배치되고 방사선에 감응하여 전하를 생성하는 광도전층; 상기 상대 전극에 가변 전압을 인가하는 전압원; 상기 광도전층에 방사선이 조사되지 않는 상태에서 상기 상대 전극에 제1전압을 인가하고, 상기 광도전층에 방사선이 조사되는 상태에서 상기 상대 전극에 상기 제1전압보다 큰 절대값을 가지는 제2전압을 인가하도록 상기 전압원을 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 상기 제 1 전압을 0V 또는 플로팅(floating) 전압으로 설정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 화소 전극과 상기 상대 전극이 실질적으로 등가의 전위를 갖도록 상기 제 1 전압의 값을 설정할 수 있다.
상기 방사선 검출기는 상기 복수의 화소 전극 각각에 연결된 복수의 커패시터; 상기 복수의 커패시터 각각을 스위치하는 복수의 트랜지스터; 상기 복수의 트랜지스터와 연결된 판독 회로부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제 1 전압을 상기 판독 회로부(read out circuit)의 기준 공통 전압과 실질적으로 등가로 설정할 수 있다.
상기 광도전층은 HgI2, HgO, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO, PbO2, CdS, 또는 BiI3를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제 2 전압의 절대값을 300V 이하로 설정할 수 있다.
상기 방사선 검출기는 엑스선(X-ray) 검출기 또는 감마선(γ-ray) 검출기일 수 있다.
또한, 일 유형에 따른 방사선 영상 촬영 장치는 대상체를 향해 방사선을 조사하는 방사선 발생부; 상기 대상체를 투과한 방사선을 전기 신호로 출력하는 것으로, 복수의 화소 전극과, 상기 복수의 화소 전극과 마주하게 배치된 상대 전극과, 상기 복수의 화소 전극과 상기 상대 전극 사이에 배치된 광도전층을 포함하는 방사선 검출기; 상기 상대 전극에 가변 전압을 인가하는 전압원; 상기 광도전층에 방사선이 조사되지 않는 상태에서 상기 상대 전극에 제1전압을 인가하고, 상기 광도전층에 방사선이 조사되는 상태에서 상기 공통 전극에 상기 제1전압보다 큰 절대값을 가지는 제2전압을 인가하도록 상기 전압원을 제어하는 제어부;를 포함한다.
실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에 따르면 방사선 검출기의 광도전층에 방사선이 조사되지 않는 대기 단계에서의 암전류 발생이 최소화된다.
실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법은, 따라서, 방사선 조사 전에 통상 수행되는 초기화 과정이 생략되거나 짧은 시간내에 수행될 수 있으므로, 고속 구동이 가능하다.
실시예에 따른 방사선 영상 촬영 장치는 고속으로, 양호한 품질의 방사선 영상을 획득할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 방사선 검출기의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 방사선 검출기의 구동 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3a 내지 3c는 도 2의 흐름도의 대기 단계에서 방사선 검출기의 상대 전극에 인가되는 예들을 보이는 도면이다.
도 4는 도 2의 흐름도의 조사 단계에서, 방사선 검출기의 상대 전극에 제 2 전압이 인가되고, 광도전층에 방사선이 조사되면 방사선에 의해 광전류가 발생함을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 방사선 검출기의 어레이 기판 상에 형성된 트랜지스터와 충전 커패시터를 하나의 화소에 대하여 보인 모식도이다.
도 6은 실시예에 따른 방사선 검출기의 회로 구성을 예시적으로 보이는 회로도이다.
도 7은 실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법의 각 단계에서 방사선, 가변전압원, 게이트, 충전 커패시터의 구동을 상세히 보인 블록도이다.
도 8은 실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법의 각 단계에서 방사선, 인가전압, 게이트의 구동을 시간에 따라 보인 그래프이다.
도 9는 실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법의 각 단계에서 커패시터 전압(Vst)의 변화를 보인 그래프이다.
도 10은 비교예에 따른 방사선 검출기 구동 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 11a 및 도 11b는 비교예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에서 암전류에 의한 전하가 방사선에 의한 전하와 함께 검출되는 것을 설명하는 개념도이다.
도 12는 비교예에 따른 방사선 검출기 구동 방법의 각 단계에서, 방사선, 인가 전압, 게이트의 구동을 시간에 따라 보인 그래프이다.
도 13은 실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법의 각 단계에서 커패시터 전압의 변화를 보인 그래프이다.
도 14는 실시예에 따른 방사선 영상 촬영 장치의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.
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.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다.
본 명세서에 기재된 “…부”와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 수치와 관련하여 기재된, “약”, “실질적으로”, “등가”, “이상”, “이하”와 같은 표현은 제시된 수치에 대하여 완벽하게 일치하여야 해당 표현에 부합하는 것으로 해석되지는 않아야 한다. 상기 표현들은 해당 기술 분야에서 당업자에게 통상적으로 용인되는 정도의 범위로서, 예를 들어, 관련된 측정 오차, 측정 시스템의 한계에 의해 용인되는 범위를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "방사선 영상"이란 방사선을 이용하여 획득된 대상체(object)에 대한 영상을 의미한다. 또한, 대상체는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 1은 실시예에 따른 방사선 검출기(100)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
방사선 검출기(100)는 복수의 화소 전극(PE)이 형성된 어레이 기판(110), 복수의 화소 전극(PE)과 마주하는 상대 전극(CE), 복수의 화소 전극(PE)과 상대 전극(CE) 사이에 배치된 광도전층(130)을 포함한다. 방사선 검출기(100)는 또한, 상대 전극(CE)에 가변 전압원(150)을 인가하는 가변 전압원(150)을 포함한다.
복수의 화소 전극(PE)은 이차원 배열로 어레이 기판(110) 상에 형성될 수 있고, 어레이 기판(110)에는 복수의 화소 전극(PE) 각각과 연결된 충전 커패시터, 트랜지스터가 더 형성될 수 있다.
상대 전극(CE)은 복수의 화소 전극(PE) 전체와 마주하도록 배치될 수 있다. 상대 전극(CE)은 광도전층(130)에 전기장을 형성하기 위한 전극이며, 복수의 화소 전극(PE) 각각에 대향하여 공통된 전압을 인가한다는 의미에서 공통 전극이라고 불릴 수 있다.
광도전층(130)은 광에 의해 전기 전도성을 갖게 되는 광전 변환 물질로 이루어질 수 있다. 광전 변환 물질은 광이 조사되지 않은 상태에서는 유전체와 같은 성질을 가지지만, 광이 조사되면 도체의 성질을 띠는 물질이다. 실시예에서는 이러한 광전 변환 물질 중, 보다 구체적으로, 엑스선(X-ray)이나 감마선(γ-ray)과 같은 방사선에 감응하여 전하를 생성시키는 특성을 갖는 물질이 광도전층(130)에 사용될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 방사선 검출기(100)는, 엑스선(X-ray) 검출기이거나 감마선(γ-ray) 검출기일 수 있다.
광도전층(130)에 방사선이 조사되면 조사된 방사선 에너지에 의해 전자가 전도대(conduction band)까지 여기(excite)된다. 광도전층(130)에 전기장이 형성되지 않은 상태에서는, 방사선에 의해 여기된 전자들은 다시 기저상태로 되돌아가서 가전자대(valence band)를 이룬다. 광도전층(130)에 전기장이 형성된 상태에서 방사선이 조사되면, 방사선 에너지에 의해 전도대(conduction band)를 형성한 전하들은 전자들이 전기장의 방향을 따라 이동한다. 이와 같이 이동한 전하들이 수집되어 방사선 영상 형성에 사용될 수 있다.
광도전층(130)은 다양한 종류의 포토 컨덕터(photoconductor) 물질로 이루어질 수 있다. 광도전층(130)은 예를 들어, HgI2, HgO, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO, PbO2, CdS, 또는 BiI3를 포함할 수 있다. 이러한 물질들은 원자량 및 밀도가 커서 얇은 두께에서도 방사선(엑스선, 감마선 등)을 잘 흡수할 수 있고, 방사선에 의한 이온화 에너지(ionization energy)가 작기 때문에 우수한 광도전 성능을 나타낼 수 있다. 우수한 광도전 성능은 방사선을 흡수하고 전자-정공 쌍을 형성하는 변환 효율이 높음을 의미한다. 즉, 광자 효율(quantum efficiency)이 높아서 조사된 방사선에 의해 발생하는 전자-정공 쌍의 개수가 많음을 의미한다. 변환 효율이 낮을수록, 필요한 만큼의 전기적 신호를 얻기 위해 광도전층(130)의 두께를 두껍게 형성해야 한다. 광도전층(130)의 두께가 두꺼운 경우, 방사선에 의해 형성된 전하를 수집하기 위해, 전하를 광도전층(130)내에서 이동시켜야 하는 거리가 길기 때문에 두께가 얇은 경우에 비해 큰 전기장을 형성해야 한다. 따라서, 변환 효율이 높은 광전 변환 물질을 광도전층(130)에 사용하는 경우, 광도전층(130)의 두께를 상대적으로 얇게 할 수 있고, 낮은 바이어스 전압으로 전하를 수집할 수 있다. 예를 들어, 비정질 셀레니움(amorphous selenium; a-Se)의 경우 방사선에 감응한 전하 검출을 위해 수 KV 내지 수십 KV의 바이어스 전압이 필요하다. 반면, HgI2의 경우 수백 V의 바이어스 전압, 예를 들어, 약 300V 이하의 바이어스 전압을 사용하여 방사선에 의한 전하 검출이 가능하다.
광도전층(130)은 PIB(Particle-In-Binder) 방법으로 형성될 수 있다. PIB(Particle-In-Binder) 방법에 의하면, 광도전성 입자(photoconductive particles)와 바인더(binder)가 혼합된 페이스트를 열처리하여 광도전층(130)이 형성된다. 광도전성 입자는 광전 변환 특성을 가지는 물질로서 HgI2, HgO, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO, PbO2, CdS, 또는 BiI3 가 사용될 수 있고, 바인더 물질로는 광도전성 입자와 혼합되어 접착력을 부여하는 역할을 하는 물질로, 유기 고분자 물질이 사용될 수 있다.
PIB 방법은 광도전층(130)을 대면적으로 두껍게 형성할 수 있는 방법으로 알려져 있다. 다만, 광도전층(130) 형성 방법은 이에 한정되지 않으며, 통상의 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)으로 형성될 수도 있다. 즉, 상기한 광전 변환 물질 중 어느 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어진 타겟을 물리적인 힘을 가해 증발시키는 방법으로 형성될 수도 있다.
가변 전압원(150)은 광도전층(130)에 전기장(electric field)를 형성하도록 상대 전극(CE)에 전압을 인가한다. 본 실시예에서, 가변 전압원(150)은 방사선 검출기(100)를 동작하는 각 단계에 따라 다른 전압을 상대 전극(CE)에 인가하도록 구성된다. 구체적으로, 광도전층(130)에 방사선이 조사되지 않는 대기 단계(stand-by step)에서, 상대 전극에 인가하는 전압과, 광도전층(130)에 방사선이 조사되는 조사 단계에서 상대 전극(CE)에 인가되는 전압은 서로 다르다. 이하에서, 대기 단계에서 상대 전극(CE)에 인가되는 전압은 제 1 전압, 조사 단계에서 상대 전극(CE)에 인가되는 전압은 제 2 전압으로 칭하기로 한다. 제 1 전압은 광도전층(130) 내에 전기장이 형성되지 않도록 또는, 가능한 최소의 전기장이 형성되도록 상대 전극(CE)에 인가되는 전압이며, 제 2 전압은 방사선에 의해 형성된 전하를 화소 전극(PE) 쪽으로 이동시키기 위한 전기장을 광도전층(130) 내에 형성하기 위한 전압이다. 제 2 전압은 제 1 전압에 비해 큰 절대값을 가지며, 구체적인 값은 광도전층(130)을 이루는 물질에 따라 정해진다. 예를 들어, HgI2의 경우, 제 2 전압은 약 300V 이하의 값이 될 수 있다.
광도전층(130)을 이루는 광전 변환 물질은 유한한, 즉, 0보다 큰 전기 전도도를 가진다. 따라서, 방사선이 조사되지 않는 상태에서도 광도전층(130)에 전기장이 형성되는 경우, 전하의 흐름이 발생한다. 이와 같은 전류는 방사선이 조사되지 않은 암(dark) 상태에서의 전류라는 의미로, 암전류(dark current)라고 한다. 방사선에 의해 형성된 전하의 흐름을 의미하는 광전류(photocurrent)와 구별되며, 광전류 검출시 암전류가 함께 검출되는 경우 이는 노이즈가 된다. 따라서, 본 실시예에서는 방사선이 광도전층(130)에 조사되기 전에 광도전층(130)내에 발생할 수 있는 암전류를 최소화하는 구동을 위해 상술한 가변 전압원(150)을 채용한 가변 전압 구동 방법을 제시하고 있다.
도 2는 실시예에 따른 방사선 검출기의 구동 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 3a 내지 3c는 도 2의 흐름도의 대기 단계에서 방사선 검출기의 상대 전극에 인가되는 제 1 전압의 예들을 보이는 도면이며, 도 4는 도 2의 흐름도의 조사 단계에서, 방사선 검출기의 상대 전극에 제 2 전압이 인가되고 광도전층에 방사선이 조사되면, 방사선에 의해 광전류가 발생함을 설명하기 위한 도면이다.
실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법은 광도전 물질에 조사된 방사선을 검출하는 방법으로, 화소 전극과 상대 전극 및 이들 사이에 광도전 물질이 배치된 방사선 검출기, 예를 들어, 도 1과 같은 방사선 검출기(100)를 구동하는 방법이다. 도 1의 방사선 검출기(100)를 예시하여 방사선 검출기 구동 방법을 설명하기로 한다.
실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에 의하면, 광도전층(130)에 방사선이 조사되지 않는 대기 단계에서, 상대 전극(CE)에 제 1 전압이 인가된다(S120).
상기 제 1 전압은 광도전층(130) 내에 형성되는 전기장을 최소화하기 위해 상대 전극(CE)에 인가되는 전압이다.
광도전층(130)을 이루는 광전 변환 물질은 전술한 바와 같이, 방사선이 조사되지 않은 상태에서는 유전체와 같은 성질을 가지다가 방사선이 조사되면 도체의 성질을 띠는 물질이다. 광도전층(130)의 전기 전도도는 방사선이 조사되기 전에도 완전한 0은 아니며, 실질적으로 0보다 큰 값을 가진다. 즉, 광도전층(130)의 비저항은 매우 크지만 무한대는 아니다. 예를 들어, HgI2의 경우, 전기 전도도와 관련된 전자 이동도, 정공 이동도는 각각 10-4(㎝2/(Vㆍs)), 10-6(㎝2/(Vㆍs)) 정도이고, 비저항은 약 1013(Ω㎝)정도로 알려져 있다. 따라서, 광도전층(130) 내에 전기장이 형성되는 경우, 방사선이 광도전층(130)에 조사되지 않은 경우에도, 광도전층(130) 내에 전하의 흐름이 발생한다. 이는 암전류로서 노이즈 성분이 되며, 본 실시예에서는 이러한 암전류를 최소화하기 위해 가변 전압을 인가하는 구동방법을 사용한다.
도 3a를 참조하면, 제 1 전압은 플로팅(floating) 전압(Vfloat)일 수 있다. 즉, 가변 전압원(150)과 상대 전극(CE) 간에 전기적 연결이 끊어진 오프(off) 상태를 형성한다. 화소 전극(PE)에 형성된 전위(Vref)는 어레이 기판(110)과 연결된 판독 회로부의 기준 공통 전압에 해당하는 값으로, 대략 4~5V 정도이다. 상대 전극(CE)에 부여된 플로팅(floating) 전압(Vfloat)은 일정한 전위가 유지되지 않는 상태이며, 전위(Vref)가 부여된 화소 전극(PE)과의 사이에는 실질적으로 의미있는 전기장이 형성되지 않는 것으로 볼 수 있다.
도 3b를 참조하면, 제 1 전압은 0V 일 수 있다. 화소 전극(PE)에 인가되는 전위(Vref)는 0에 가까운 작은 값이므로, 광도전층(130) 내에 전기장이 거의 형성되지 않는다.
도 3c를 참조하면, 제 1 전압은 화소 전극(PE)의 전위와 동일한 값, Vref일 수 있다. 구체적으로, 화소 전극(PE)과 연결된 판독 회로부의 기준 공통 전압과 실질적으로 등가의 값을 상대 전극(CE)에 인가할 수 있다.
상기 설명에서, 상대 전극(CE)에 인가되는 제 1 전압으로, 플로팅 전압, 0V, 화소 전극(PE)에 인가되는 전압과 실질적으로 등가의 값인 약 4~5V를 제시하였으나, 상대 전극(CE)에 인가될 수 있는 제 1 전압의 값은 이에 한정되지 않는다. 제 1 전압은 광도전층(130)에 방사선이 조사되지 않은 상태에서 발생할 수 있는 암전류를 방지 내지 최소화하기 위한 것으로, 광도전층(130) 내에 전기장이 형성되지 않거나, 최소로 형성되게 하기에 적합한 범위의 값이 선택될 수 있다.
상대 전극(CE)에 도 3a 내지 도 3c 중 어느 하나와 같이 제 1 전압을 인가하는 대기 단계 후, 상대 전극(CE)에 제 2 전압을 인가하며 방사선을 조사한다(S140).
도 4를 참조하면, 상대 전극(CE)에 인가된 제 2 전압은 ?c일 수 있다. Vc는 광도전층(130)을 이루는 광전 변환 물질에 따라 정해지며, 가변 전압 구동을 위해서는 수백 V 정도의 값이 인가되는 것이 적절하다. 예를 들어, Vc는 약 300V 이하의 값일 수 있고, 약 200V~300V 범위의 값일 수 있다. 화소 전극(PE)에는 판독회로부의 기준 공통 전압으로 수 V 정도의 Vref가 인가되며, 광도전층(130) 내에는 화소 전극(PE)에서 상대 전극(CE)을 향하는 방향으로 전기장이 형성된다.
대상체(OBJ)에 조사된 방사선은 대상체(OBJ)를 투과하여 광도전층(130)에 입사된다. 방사선이 광도전층(130)에 입사됨에 따라, 광도전층(130)에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair)(e-h pair)이 발생할 수 있고, 광도전층(130) 내에 형성된 전기장에 의해, 전자-정공 쌍은 전자(e)와 정공(h)으로 분리되어, 전자(e)는 화소 전극(PE)쪽으로 이동하고, 정공(h)은 상대 전극(CE) 쪽으로 이동할 수 있다. 대상체(OBJ)를 투과한 방사선의 투과량에 따라 광도전층(130) 내에서 전하, 즉, 전자와 정공의 발생량이 달라지고, 즉, 복수의 화소 전극(PE) 각각을 통해 검출되는 전하량은 달라진다. 이러한 차이에 기초해서, 대상체(OBJ)의 내부를 영상화할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 방사선 검출기의 어레이 기판 상에 형성된 트랜지스터(TR)와 충전 커패시터(Cst)를 하나의 화소(PX)에 대하여 보인 모식도이고, 도 6은 실시예에 따른 방사선 검출기의 회로 구성을 예시적으로 보이는 회로도이다.
도 5를 참조하면, 화소 전극(PE)은 충전 커패시터(Cst)와 연결되어 있다. 충전 커패시터(Cst)는 광도전층(130)에 형성된 전하를 화소 전극(PE)을 통해 수집하기 위한 것이다. 트랜지스터(TR)는 충전 커패시터(Cst)에 저장된 전하들이 외부로 출력되는 것, 즉, 방전을 제어하기 위한 스위치 역할을 한다. 트랜지스터(TR)의 한 전극, 예를 들어, 소스 전극은 충전 커패시터(Cst)와 연결되고, 다른 한 전극, 예를 들어, 드레인 전극은 판독회로부(RC)와 연결된다. 하나의 화소 전극(PE)과 이에 연결된 충전 커패시터(Cst) 및 트랜지스터(TR)가 하나의 화소(PX)을 구성한다.
도 6을 참조하면, 복수의 화소(PX)는 이차원적으로 배열되어 있다.
구체적으로, 제1 방향으로 연장된 복수의 게이트 라인(GL)이 소정 간격으로 이격하여 배치되며, 복수의 데이터 라인(DL)이 복수의 게이트 라인(GL)과 교차하게 배치될 수 있다. 복수의 게이트 라인(GL)과 복수의 데이터 라인(DL)이 교차하며 형성된 복수의 영역에는 각각 화소 전극(PE), 충전 커패시터(Cst), 트랜지스터(TR)가 마련되어 화소(PX)를 형성한다.
또한, 복수의 게이트 라인(GL)에 연결된 게이트 구동부(gate driver)(GD)가 구비될 수 있고, 복수의 데이터 라인(DL)에 연결된 판독 회로부(readout circuit)(RC)가 구비될 수 있다.
게이트 라인(GL)을 경유하여 트랜지스터(TR)의 게이트(G)에 게이트 전압이 인가되면 트랜지스터(TR)의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 채널이 형성되고, 충전 커패시터(Cst)에 충전된 전하들이 데이터 라인(DL)을 통해 출력되어 판독 회로부(RC)에서 독출된다.
도 7은 실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법의 각 단계에서 방사선, 가변전압원, 게이트, 충전 커패시터의 구동을 상세히 보인 블록도이고, 도 8은 실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법의 각 단계에서 방사선, 인가 전압, 게이트의 구동을 시간에 따라 보인 그래프이며, 도 9는 실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법의 각 단계에서 커패시터 전압(Vst)의 변화를 보인 그래프이다.
실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법은 대기 단계(S120), 리셋 단계(S130), 조사 단계(S140), 스캔 단계(S150)를 포함할 수 있다.
대기 단계(S150)는 광도전층(130)에 방사선이 조사되지 않고, 가변 전압원이 상대 전극(CE)에 제 1 전압(V1)을 인가하는 단계이다. 이 때, 화소 전극(PE)과 연결된 트랜지스터(TR)의 게이트는 오프 상태로, 즉, 게이트 전압이 인가되지 않은 상태로, 충전 커패시터(Cst)는 충전 가능 상태가 된다. 한편, 제 1 전압은 플로팅 전압 또는 0V 에서 4~5V의 낮은 전압으로, 광도전층(130)내에는 전기장이 거의 형성되지 않는다. 다만, 약간의 전기장이 형성된 경우, 이에 의한 전하 흐름이 발생하여 충전 커패시터(Cst)가 충전된다. 예를 들어, 광도전층(130) 내에서 화소 전극(PE) 쪽으로 전자가 이동하는 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 충전 커패시터(Cst)가 충전됨에 따라 커패시터 전압(V_cst)은 낮아진다. 실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에 따르면, 대기 단계(S120)에서 광도전층(130) 내에는 전기장이 거의 형성되지 않기 때문에 커패시터 전압(V_cst)의 변화는 거의 없거나 미미하다.
리셋 단계(S130)는 초기화 단계로서, 즉, 충전 커패시터(Cst)에 충전된 전하를 모두 방전시키는 단계이다. 리셋 단계(S130)에서 광도전층(130)에 방사선은 조사되지 않으며, 가변 전압원(150)은 상대 전극(CE)에 제 2 전압을 인가한다. 또한, 트랜지스터(TR)의 게이트(G)에는 게이트 전압이 인가되며, 이에 의해, 트랜지스터(TR)의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 채널이 형성되고, 충전 커패시터(Cst)에 충전된 전하들이 방전된다. 충전된 전하들이 방전됨에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이, 커패시터 전압(V_cst)은 초기 상태로 돌아간다.
실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에서, 리셋 단계(S130)에 소요되는 시간(Δt)은 최소화될 수 있다. 대기 단계(S120)에서 광도전층(130) 내에 암전류가 거의 발생하지 않도록 상대 전극(CE)에 제 1 전압을 인가하고 있어, 충전 커패시터(Cst)의 충전량은 미미하며, 즉, 커패시터 전압(V_cst)의 변동폭은 매우 작기 때문이다.
실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에서, 리셋 단계(S130)는 생략될 수도 있다.
실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에서, 리셋 단계(S130)는 상대 전극(CE)에 제 2 전압을 인가하는 타이밍을 방사선 조사 타이밍보다 선행하게 하는 점에서 의의를 가질 수 있다. 광도전층(130) 내에 전기장을 형성한 후에, 대상체에 방사선을 조사하는 것이 방사선에 의해 발생한 전하를 수집하는데 효율적일 수 있다. 즉, 대상체에 대한 방사선 피폭 시간을 줄일 수 있다.
조사 단계(S140)는 가변 전압원이 상대 전극(CE)에 제 2 전압(V2)을 인가한 상태에서, 방사선이 광도전층(130)에 조사되는 단계이다. 제 2 전압(V2)은 ?c일 수 있고, Vc는 광도전층(130)의 물질에 따라 정해지는 값으로, 약 300V 이하의 값을 가질 수 있다. 조사 단계(S140)에서 또한, 광도전층(130)에 조사된 방사선(R)에 의해 생성된 전하는 복수의 화소 전극(PE) 각각에 연결된 충전 커패시터(Cst)에 수집될 수 있다. 광도전층(130) 내에 형성된 전자, 정공의 쌍은 광도전층(130) 내에 형성된 전기장에 의해 분리되어 각각 화소 전극(PE), 상대 전극(CE)으로 이동한다. 충전 커패시터(Cst)의 게이트는 오프되며, 화소 전극(PE)으로 이동한 전자는 충전 커패시터(Cst)에 저장된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 충전 커패시터(Cst)가 충전됨에 따라, 커패시터 전압(V_cst)은 낮아진다. 이 때, 커패시터 전압(V_cst) 변화는 방사선(R)에 의해 여기된 전자(e)-정공(h) 쌍에 의한 것이며, 암전류 성분은 이에 기여하지 않는다. 대상체(OBJ)를 투과한 방사선량은 방사선이 투과된 대상체(OBJ)의 영역에 따라 다르기 때문에, 광도전층(130) 내에 전자(e)-정공(h) 쌍이 발생한 양도 광도전층(130)내의 영역에 따라 다르다. 따라서, 복수의 화소 전극(PE)에 각각 연결된 복수의 충전 커패시터(Cst)에는 서로 다른 양의 전하가 충전될 수 있다.
스캔 단계(S150)는 복수의 충전 커패시터(Cst) 각각에 저장된 전하가 판독회로부에서 순차적으로 판독되는 단계이다. 이 단계에서, 방사선 조사는 중지된다. 또한, 가변 전압원(150)은 상대 전극에 제 1 전압(V1)을 인가할 수 있다. 복수의 트랜지스터(TR)의 게이트에는 순서대로 게이트 전압이 인가되어, 이에 저장된 전하가 판독회로부로 이동한다. 충전 커패시터(Cst)에 저장된 전하가 판독회로부로 이동함에 따라, 커패시터 전압(V_cst)은 다시 높아진다.
다수 프레임의 영상을 연속적으로 촬영하기 위해, 상기 단계들, 즉, 대기 단계(S120), 리셋 단계(S130), 조사 단계(S140), 스캔 단계(S150)는 반복될 수 있다.
도 10은 비교예에 따른 방사선 검출기 구동 방법을 설명하는 흐름도이고, 도 11a 및 도 11b는 비교예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에서 암전류에 의한 전하가 방사선에 의한 전하와 함께 검출되는 것을 설명하는 개념도이다. 또한, 도 12는 비교예에 따른 방사선 검출기 구동 방법의 각 단계에서, 방사선, 인가 전압, 게이트의 구동을 시간에 따라 보인 그래프이고, 도 13은 비교예에 따른 방사선 검출기 구동 방법의 각 단계에서 커패시터 전압(V_cst)의 변화를 보인 그래프이다.
비교예에 따른 방사선 검출기 구동 방법은 대기 단계(S20), 리셋 단계(S30), 조사 단계(S40)를 포함하며, 대기 단계(S20)와 리셋 단계(S30)에서, 동일한 제 2 전압(V2)이 방사선 검출기의 상대 전극에 인가된다. 즉, 방사선 검출기에 인가되는 전압은 일정한 값을 유지하며 변하지 않는다.
이와 같은 구동에 의한 방사선 검출은 암전류에 의한 노이즈를 포함하게 되며, 이를 도 11a, 도 11b를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 11a를 참조하면, 대기 단계(S20)에서 광도전층(130) 내에 전기장이 형성되기 때문에, 유한한 전기 전도도를 가지는 광전 변환 물질로 이루어진 광도전층(130) 내에 전하의 흐름이 발생한다. 이는 암전류(ID, dark current)이며, 화소 전극(PE)을 통해 충전 커패시터(Cst)에 이에 의한 전하가 충전된다. 커패시터 전압(V_cst)은 대기 단계(S20)에서, 도 13에 도시된 바와 같이 변화된다.
도 11b를 참조하면, 광도전층(130)에 암전류(ID)가 존재하는 상태에서, 광 방사선이 대상체(OBJ)에 조사된다. 대상체(OBJ)를 투과한 방사선이 광도전층(130)에 입사하면, 전자(e)-정공(h) 쌍이 발생하고, 광도전층(130) 내에 형성된 전기장에 의해 분리되어, 전자(e)는 화소 전극(PE) 쪽으로, 정공(h)은 상대 전극(CE) 쪽으로 이동한다. 화소 전극(PE)을 통해 충전 커패시터(Cst)에 충전되는 전하는 암전류(dark current, ID)에 의한 것과 방사선에 의해 여기된 전자-정공 쌍에 의한 것을 모두 포함하게 되며, 방사선 검출시 노이즈가 된다.
비교예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에서는 따라서, 이러한 노이즈를 방지하기 위해, 리셋 단계(S30)로서, 암전류에 의해 수집된 전하를 방전하는 과정이 필요하다.
리셋 단계(S30)는 도 13에 도시한 바와 같이, 충전 커패시터(Cst)를 방전하여, 커패시터 전압(V_cst)을 원상태로 초기화 시키는 단계이다. 암전류에 의해 축적된 전하가 많을수록 리셋 단계(S30)에 소요되는 시간은 증가된다.
리셋 단계(S30) 후, 방사선을 조사하는 조사 단계(S40)가 수행된다. 방사선(R)이 광도전층(130)에 입사되면, 전자(e)-정공(h) 쌍이 생성되고, 충전 커패시터(Cst)가 충전된다. 이에 따라 커패시터 전압(V_cst)은 도 13과 같이 변화되는데, 리셋 단계(S30)에서 커패시터 전압(V_cst)이 원상태로 완전히 회복되지 않은 경우, 충전 커패시터(Cst)에 충전되는 전하는 방사선(R)에 의해 여기된 전자(e)-정공(h) 쌍에 의한 것과 암전류(dark current)에 의한 것을 포함하게 된다. 이와 같이 충전된 전하가 스캔 단계에서 순차 방전되며 판독회로부에서 판독되는 경우 영상 노이즈가 된다.
실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에 따르면, 이러한 리셋 단계가 생략되거나 짧은 시간내에 수행될 수 있으며, 비교예의 경우처럼, 긴 리셋 단계를 거치고도 암전류에 의한 전하가 노이즈로 작용할 가능성이 있는 불리한 점이 해소된다. 또한, 연속 촬영시에는 상기한 단계들이 반복되므로, 실시예에 따른 방사선 검출기 구동 방법에 따라, 리셋 단계의 생략이나 리셋 단계에 의해 소요되는 시간을 감소시키는 효과는 더욱 커진다.
도 14는 실시예에 따른 방사선 영상 촬영 장치(1000)의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.
방사선 영상 촬영 장치(1000)는 대상체(OBJ)를 향해 방사선을 조사하는 방사선 발생부(1100), 대상체(OBJ)를 투과한 방사선을 검출하는 방사선 검출부(1200), 방사선 검출부(1200)에 가변 전압을 인가하는 가변 전압원(1300), 가변 전압원(1300)을 제어하는 제어부(1400)를 포함한다. 또한, 방사선 검출부(1200)로부터의 전기적 신호를 화소별로 판독하는 판독회로부(1500), 판독회로부(1500)에서 화소별로 판독된 전기 신호로부터 대상체(OBJ)의 방사선 영상을 생성하는 영상 처리부(1600)를 포함할 수 있고, 방사선 영상 촬영 장치(1000)와 사용자간의 인터페이스를 제공하는 사용자 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
방사선 발생부(1100)는 방사선을 방출하는 방사선원(radiation source)를 포함한다. 방사선원은 예를 들어 캐소드(cathode)와 애노드(anode)를 포함하는 방사선 튜브일 수 있다. 방사선 튜브의 캐소드(cathode)로부터 진공 방전에 의해 고속으로 튀어나오는 전자선(electron ray)이 애노드(anode)에 충돌하여 파장이 짧은 전자기파, 예를 들어 엑스선이나 감마선 같은 방사선이 발생될 수 있다. 애노드(anode)로는 텅스텐이나 몰리브덴 같은 금속 물질이 사용될 수 있다. 애노드(anode) 물질에 따라 물질에 따라 방사선 스펙트럼은 달라질 수 있다.
방사선원은 소정 에너지의 방사선을 방출하여 단일 에너지 방사선 영상이 획득되도록 할 수 있다. 다른 예로서, 방사선원은 서로 상이한 복수 에너지의 방사선을 대상체(OBJ)로 수회 조사하여 멀티 에너지 방사선 영상(MEX, multi-energy X-ray image)이 획득되도록 할 수도 있다. 또한, 방사선 발생부(300)는 방사선 스펙트럼을 조절하기 위한 필터(filter), 방사선의 조사 방향이나 조사 범위를 제어하는 콜리메이터(collimator)를 더 포함할 수도 있다.
방사선 검출부(1200)는 방사선 발생부(1100)에서 조사되고 대상체(OBJ)를 투과한 방사선을 수광하여 전기적 신호로 출력한다. 방사선 검출부(1200)는 복수의 화소 전극, 복수의 화소 전극과 마주하는 상대 전극, 복수의 화소 전극과 상대 전극 사이에 배치된 광도전층을 포함하며, 또한, 복수의 화소 전극 각각과 연결된 커패시터, 트랜지스터를 포함한다.
방사선 검출부(1200)는 예를 들어, 대상체(OBJ)가 놓이는 거치대(미도시)의 내면이나 하단에 설치될 수 있다.
가변 전압원(1300)은 방사선 검출부(1200)의 상대 전극에 가변 전압을 인가한다. 예를 들어, 제어부(1400)에 의해 제어되며, 대상체(OBJ)에 방사선이 조사되지 않는 상태에서 상대 전극에 제 1 전압을 인가하고, 대상체(OBJ)에 방사선이 조사되는 상태에서 상대 전극에 상기 제 1 전압보다 큰 절대값을 가지는 제 2 전압을 인가할 수 있다.
가변 전압원(1300)에서 방사선 검출부(1200)에 인가하는 제 1 전압은 방사선이 대상체(OBJ)에 조사되지 않는 상태에서의 암전류를 최소화하는 것이다. 이러한 가변 전압 구동에 의해, 방사선 검출부(1200)에 제 2 전압을 인가하고 방사선을 조사하는 조사 단계에 착수하기 이전에 통상 수행되어야 하는 리셋(reset) 과정, 즉, 커패시터 전압을 초기화하는 데 소요되는 시간이 최소화될 수 있고, 고속 영상 촬영이 가능해진다.
판독 회로부(1500)는 방사선 검출부(1200)의 각 화소와 연결되어 방사선 검출부(1200)에서 출력된 전기적 신호를 화소별로 판독한다.
영상 처리부(1600)는 판독 회로부(1500)에서 판독한 화소별 전기적 신호를 기초로 방사선 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어 영상 처리부(1600)는 각각의 화소에서 검출한 전기적 신호의 세기에 따라 방사선의 강도를 추정하고, 이에 따라 각각의 화소에 상응하는 방사선 영상 상의 화소에 대해 소정의 영상값을 대입하여 방사선 영상을 생성하도록 할 수도 있다.
방사선 영상 촬영 장치(1000)는 또한, 영상 처리부(1600)에서 처리한 방사선 영상에 대해 후처리(post-processing)를 수행하는 영상 후처리부를 더 포함할 수 있다. 영상 후처리부는 방사선 영상의 명도(brightness)나 채도(color), 대조도(contrast) 또는 선예도(sharpness)를 수정하여 방사선 영상을 더 보정할 수 있다. 다른 예로서 영상 후처리부는 복수의 방사선 영상을 이용하여 삼차원 입체 방사선 영상을 생성할 수도 있다.
이상 설명한 영상 처리부(1600)는 방사선 영상 촬영 장치(1000)에 구비된 것으로 설명되었으나, 이는 예시적인 것이고, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 영상 처리부(1600)는 방사선 영상 촬영 장치(1000)와 유무선 통신망으로 연결된 워크스테이션 등에 설치될 수도 있다.
제어부(1400)는 상술한 바와 같이 가변 전압원(1300)을 제어할 뿐 아니라, 방사선 영상 촬영 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자로부터의 입력에 따라 생성된 소정의 제어 신호를 방사선 발생부(1100), 판독 회로부(1500), 또는 영상 처리부(1600) 등에 전달함으로써 방사선 영상 촬영 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어하도록 할 수 있다.
구체적으로 제어부(200)는 사용자 인터페이스(1700)를 통해 사용자의 지시나 명령 또는 각종 정보를 전달받고, 전달받은 지시나 명령 또는 각종 정보를 이용하여 방사선 영상 촬영 장치(1000)의 소정의 동작을 제어하도록 할 수도 있고, 미리 정의된 설정에 따라서 방사선 영상 촬영 장치(1000)의 소정의 동작을 제어하도록 할 수도 있다. 예를 들어 제어부(1400)는 방사선 발생부(1100)에 대해 조사할 방사선량이나 조사 개시에 대한 제어 신호를 전달할 수 있다.
사용자 인터페이스(1700)는 사용자와 방사선 영상 촬영 장치(1000)간의 인터페이스로서, 입력부와 출력부를 포함한다. 사용자 인터페이스(1700)를 통해 방사선 영상 촬영 장치(1000)를 동작하기 위해 필요한 정보가 입력되고, 분석된 결과가 출력될 수 있다. 예를 들어, 사용자로부터 소정의 정보, 지시 또는 명령이 입력되는 입력 수단으로, 각종 버튼, 키보드, 마우스, 트랙볼(track-ball), 트랙패드(track-pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드, 터치스크린 패널 또는 각종 레버(lever), 핸들(handle)이나 스틱(stick) 등을 포함할 수 있다. 또한, 출력 수단으로, 디스플레이부, 음향 출력부를 포함할 수 있다. 디스플레이부에는 영상 처리부(1600)에서 형성한 방사선 영상이 표시될 수 있다. 디스플레이부로는 LCD(Liquid crystal display) 패널이나 OLED(organic light emitting diode display) 패널 등, 다양한 디스플레이 패널이 사용될 수 있고, 또한, 3차원 디스플레이 패널이 사용될 수 있다. 또한, 음향 출력부를 통해, 방사선 영상 촬영의 개시나 종료를 알리는 음향 신호가 출력될 수 있다. 음향 출력부에는 스피커(speaker), 버저(Buzzer)등이 포함될 수 있다.
사용자 인터페이스(1700)는 방사선 영상 촬영 장치(1000)에 포함된 것으로 기술되었으나, 이는 예시적인 것이고 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(1700)는 방사선 영상 촬영 장치(1000)와 유무선 통신망을 통하여 데이터를 송수신할 수 있는 별도의 워크스테이션(workstation)에 마련되어 있을 수도 있다.
방사선 영상 촬영 장치(1000)는 또한, 제어부(1400)에서 실행할 프로그램이나, 제어부(1400)의 제어에 필요한 데이터, 또는 영상 처리부(1600)에서 형성한 영상 등이 저장되는 메모리를 더 포함할 수 있다.
이상, 본 발명인 방사선 검출기, 방사선 검출기 구동 방법 및 방사선 영상 촬영 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100... 방사선 검출기 110...어레이 기판
130... 광도전층 CE... 상대 전극
PE... 공통 전극 Cst... 충전 커패시터
TR... 트랜지스터 DL...데이터 라인
GL...게이트 라인 RC...판독회로부
1000...방사선 영상 촬영 장치

Claims (17)

  1. 복수의 화소 전극과, 상기 복수의 화소 전극과 마주하게 배치된 상대 전극과, 상기 복수의 화소 전극과 상기 상대 전극 사이에 배치된 광도전층을 포함하는 방사선 검출기의 구동 방법에 있어서,
    상기 광도전층에 방사선이 조사되지 않은 상태에서, 상기 상대 전극에 제1전압을 인가하는 대기 단계; 및
    상기 상대 전극에 상기 제1전압보다 큰 절대값을 가지는 제2전압을 인가하고 상기 광도전층에 방사선을 조사하는 조사 단계;를 포함하는 방사선 검출기 구동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전압은 0V 또는 플로팅(floating) 전압인 방사선 검출기 구동방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화소 전극과 상기 상대 전극이 실질적으로 등가의 전위를 갖도록 상기 제1전압의 값을 설정하는 방사선 검출기 구동 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 검출기는 상기 복수의 화소 전극과 연결된 판독 회로부(read out circuit)를 더 포함하며,
    상기 제1전압은 상기 판독 회로부(read out circuit)의 기준 공통 전압과 실질적으로 등가인 방사선 검출기 구동 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2전압은 절대값이 300V 이하인 방사선 검출기 구동방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 검출기는 상기 복수의 화소 전극 각각에 연결된 커패시터와, 상기 커패시터를 스위치하는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터와 연결된 판독 회로부를 더 포함하며,
    상기 대기 단계와 상기 조사 단계 사이에
    상기 커패시터에 충전된 전하를 방출하는 리셋(reset) 단계;를 더 포함하는 방사선 검출기 구동방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조사 단계는 상기 광도전층에 조사된 방사선에 의해 생성된 전하를 상기 복수의 화소 전극 각각에 연결된 커패시터에 수집하는 단계;를 더 포함하는 방사선 검출기 구동방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 커패시터에 저장된 전하가 상기 판독 회로부에서 독출되도록 상기 커패시터를 순차적으로 방전하는 스캔 단계;를 더 포함하는 방사선 검출기 구동방법.
  9. 복수의 화소 전극이 배열된 기판;
    상기 복수의 화소 전극과 마주하게 배치된 상대 전극;
    상기 복수의 화소 전극과 상기 상대 전극 사이에 배치되고 방사선에 감응하여 전하를 생성하는 광도전층;
    상기 상대 전극에 가변 전압을 인가하는 전압원;
    상기 광도전층에 방사선이 조사되지 않는 상태에서 상기 상대 전극에 제1전압을 인가하고, 상기 광도전층에 방사선이 조사되는 상태에서 상기 상대 전극에 상기 제1전압보다 큰 절대값을 가지는 제2전압을 인가하도록 상기 전압원을 제어하는 제어부;를 포함하는 방사선 검출기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1전압을 0V 또는 플로팅(floating) 전압으로 설정하는 방사선 검출기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 화소 전극과 상기 상대 전극이 실질적으로 등가의 전위를 갖도록 상기 제1전압의 값을 설정하는 방사선 검출기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 화소 전극 각각에 연결된 복수의 커패시터;
    상기 복수의 커패시터 각각을 스위치하는 복수의 트랜지스터;
    상기 복수의 트랜지스터와 연결된 판독 회로부;를 더 포함하는 방사선 검출기.
  13. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 전압을 상기 판독 회로부(read out circuit)의 기준 공통 전압과 실질적으로 등가로 설정하는 방사선 검출기.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 광도전층은 HgI2, HgO, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO, PbO2, CdS, 또는 BiI3를 포함하는 방사선 검출기.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 전압의 절대값을 300V 이하로 설정하는 방사선 검출기.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 방사선 검출기는 엑스선(X-ray) 검출기 또는 감마선(γ-ray) 검출기인 방사선 검출기.
  17. 대상체를 향해 방사선을 조사하는 방사선 발생부;
    상기 대상체를 투과한 방사선을 전기 신호로 출력하는 것으로, 복수의 화소 전극과, 상기 복수의 화소 전극과 마주하게 배치된 상대 전극과, 상기 복수의 화소 전극과 상기 상대 전극 사이에 배치된 광도전층을 포함하는 방사선 검출기;
    상기 상대 전극에 가변 전압을 인가하는 전압원;
    상기 광도전층에 방사선이 조사되지 않는 상태에서 상기 상대 전극에 제1전압을 인가하고, 상기 광도전층에 방사선이 조사되는 상태에서 상기 공통 전극에 상기 제1전압보다 큰 절대값을 가지는 제2전압을 인가하도록 상기 전압원을 제어하는 제어부;를 포함하는 방사선 영상 촬영 장치.
KR1020140143599A 2014-10-22 2014-10-22 방사선 검출기 및 방사선 검출기 구동 방법 KR20160047314A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140143599A KR20160047314A (ko) 2014-10-22 2014-10-22 방사선 검출기 및 방사선 검출기 구동 방법
US14/807,192 US20160116612A1 (en) 2014-10-22 2015-07-23 Radiation detection apparatus and method of driving the same
EP15190757.3A EP3013035B1 (en) 2014-10-22 2015-10-21 Radiation detection apparatus and method of driving the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140143599A KR20160047314A (ko) 2014-10-22 2014-10-22 방사선 검출기 및 방사선 검출기 구동 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160047314A true KR20160047314A (ko) 2016-05-02

Family

ID=54359962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140143599A KR20160047314A (ko) 2014-10-22 2014-10-22 방사선 검출기 및 방사선 검출기 구동 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20160116612A1 (ko)
EP (1) EP3013035B1 (ko)
KR (1) KR20160047314A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160149904A (ko) * 2015-06-19 2016-12-28 (주) 뉴케어 감마/엑스선 융합 영상 검출 장치
KR20180052530A (ko) * 2016-11-10 2018-05-18 캐논 가부시끼가이샤 방사선 촬영 장치, 방사선 촬영 시스템 및 방사선 촬영 방법
KR102025777B1 (ko) * 2018-07-25 2019-09-26 세심광전자기술(주) 액정 엑스선 검출기의 엑스선 영상 결정 방법
WO2019212145A1 (ko) * 2018-05-02 2019-11-07 세심광전자기술(주) 액정 엑스선 검출기의 엑스선 영상 결정 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201703196D0 (en) 2017-02-28 2017-04-12 Univ Of Sussex X-ray and gammay-ray photodiode
CN113031047B (zh) * 2021-03-02 2022-11-08 中国科学院近代物理研究所 双向残余气体电离剖面探测器系统及其探测方法
CN115000109A (zh) * 2022-06-08 2022-09-02 京东方科技集团股份有限公司 射线探测器及射线探测设备

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6797960B1 (en) * 1999-04-26 2004-09-28 Simage Oy Self triggered imaging device for imaging radiation
KR100336616B1 (ko) * 1999-12-31 2002-05-16 구본준, 론 위라하디락사 엑스-선 이미지 촬영장치의 구동방법
US6838690B2 (en) * 2001-05-30 2005-01-04 Fuji Photo Film Co., Ltd. Method and apparatus for recording and reading out an electrostatic latent image
US6784433B2 (en) * 2001-07-16 2004-08-31 Edge Medical Devices Ltd. High resolution detector for X-ray imaging
JP4207659B2 (ja) * 2003-05-16 2009-01-14 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその駆動方法、ならびにカメラ装置
JP4659341B2 (ja) * 2003-06-23 2011-03-30 キヤノン株式会社 Ｘ線撮影装置
JP4307230B2 (ja) * 2003-12-05 2009-08-05 キヤノン株式会社 放射線撮像装置及び放射線撮像方法
US7211803B1 (en) * 2006-04-24 2007-05-01 Eastman Kodak Company Wireless X-ray detector for a digital radiography system with remote X-ray event detection
JP4758318B2 (ja) * 2006-09-29 2011-08-24 富士フイルム株式会社 固体撮像装置
KR20090107254A (ko) * 2008-04-08 2009-10-13 삼성전자주식회사 이진 광신호를 이용한 이미지 센서 및 구동방법
US8174601B2 (en) * 2008-12-19 2012-05-08 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with controllable transfer gate off state voltage levels
BR112013005913A2 (pt) * 2010-09-13 2016-05-17 Thunder Bay Regional Res Inst métodos de apagar uma imagem residual, de obter uma imagem de raio-x, de pré-condicionar um dispositivo de formação de imagem de válvula de luz de raio-x, sistema para medir imagens de raio-x, e, dispositivo de formação de imagem de válvula de luz de raio-x
JP5457320B2 (ja) * 2010-09-28 2014-04-02 富士フイルム株式会社 放射線画像検出装置
JP5289477B2 (ja) * 2011-02-09 2013-09-11 富士フイルム株式会社 放射線画像検出装置及び放射線の照射開始検出方法
JP5925777B2 (ja) * 2011-07-26 2016-05-25 富士フイルム株式会社 放射線画像検出装置及びその制御方法
US9438038B1 (en) * 2012-03-26 2016-09-06 Juniper Networks, Inc. Power supply fast turn-on and increased hold-up time within an electrical device
KR20140000477A (ko) * 2012-06-22 2014-01-03 삼성디스플레이 주식회사 엑스레이 검출기, 엑스레이 검출기를 포함하는 엑스레이 촬영 시스템 및 엑스레이 검출기 구동 방법
JP6442144B2 (ja) * 2013-02-28 2018-12-19 キヤノン株式会社 放射線撮像装置、放射線撮像システム、放射線撮像方法およびプログラム
KR20150027636A (ko) * 2013-09-04 2015-03-12 삼성전자주식회사 잔류 전하 제거 방법, 이 방법을 이용한 엑스선 영상 촬영 방법 및 장치
KR102116321B1 (ko) * 2013-12-04 2020-05-28 주식회사 레이언스 엑스선 디텍터 및 이를 이용한 엑스선 영상장치와 이의 구동방법
US9817137B2 (en) * 2014-01-15 2017-11-14 Sharp Kabushiki Kaisha Energy ray detector
JP6557455B2 (ja) * 2014-06-25 2019-08-07 キヤノン株式会社 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160149904A (ko) * 2015-06-19 2016-12-28 (주) 뉴케어 감마/엑스선 융합 영상 검출 장치
KR20180052530A (ko) * 2016-11-10 2018-05-18 캐논 가부시끼가이샤 방사선 촬영 장치, 방사선 촬영 시스템 및 방사선 촬영 방법
US11047808B2 (en) 2016-11-10 2021-06-29 Canon Kabushiki Kaisha Radiation imaging apparatus, radiation imaging system, and radiation imaging method
US11686691B2 (en) 2016-11-10 2023-06-27 Canon Kabushiki Kaisha Radiation imaging apparatus, radiation imaging system, and radiation imaging method
WO2019212145A1 (ko) * 2018-05-02 2019-11-07 세심광전자기술(주) 액정 엑스선 검출기의 엑스선 영상 결정 방법
KR20190126506A (ko) * 2018-05-02 2019-11-12 세심광전자기술(주) 액정 엑스선 검출기의 엑스선 영상 결정 방법
US11086033B2 (en) 2018-05-02 2021-08-10 Sesim. Ltd Method of determining x-ray image for liquid crystal x-ray detector
KR102025777B1 (ko) * 2018-07-25 2019-09-26 세심광전자기술(주) 액정 엑스선 검출기의 엑스선 영상 결정 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20160116612A1 (en) 2016-04-28
EP3013035A1 (en) 2016-04-27
EP3013035B1 (en) 2019-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160047314A (ko) 방사선 검출기 및 방사선 검출기 구동 방법
CN107615750B (zh) 放射线成像装置和放射线成像系统
US7323692B2 (en) Flat-panel detector with avalanche gain
Kasap et al. Direct-conversion flat-panel X-ray image sensors for digital radiography
US6985555B2 (en) Radiation imaging apparatus, radiation imaging system, and radiation imaging method
US6243441B1 (en) Active matrix detector for X-ray imaging
US7412031B2 (en) Radiation imaging apparatus, radiation imaging system and radiation imaging method
CN109069085A (zh) 放射线图像拍摄装置、放射线图像拍摄系统和放射线图像拍摄装置的控制方法
CN103239245A (zh) 放射线成像设备及其控制方法，和放射线成像系统
JPH11504163A (ja) アクティブマトリックスｘ線撮像アレイ
Zhao et al. Ghosting caused by bulk charge trapping in direct conversion flat‐panel detectors using amorphous selenium
US9749558B2 (en) System and method for utilizing X-ray detector having pixel with multiple charge-storage devices
EP2748638A1 (en) Radiation-sensitive detector device with charge-rejecting segment gaps
KR20130004130A (ko) 트랩 점유 변화 모니터와 피드백을 포함하는 방사선 검출기, 이미징 장치 및 이를 사용하는 방법
US10921466B2 (en) Radiation imaging apparatus and radiation imaging system
Freestone et al. Analysis of a new indium gallium zinc oxide (IGZO) detector
US8634516B2 (en) Energy subtraction imaging system, X-ray imaging apparatus, and computer readable recording medium
Kabir et al. Direct conversion x-ray sensors: Sensitivity, DQE and MTF
Rowlands et al. Flat panel detector for digital radiology using active matrix readout of amorphous selenium
JP2014068882A (ja) 放射線画撮影制御装置、放射線動画撮影システム、放射線画撮影装置の欠陥判定方法、及び放射線画撮影制御プログラム
JP2014068857A (ja) 放射線画撮影制御装置、放射線動画撮影システム、放射線画撮影装置の欠陥判定方法、及び放射線画撮影制御プログラム
US11246554B2 (en) Smart grid processing enabled by AEC reconfiguration
JP6929327B2 (ja) 放射線撮像装置及び放射線撮像システム
CN114488253A (zh) 放射线检测器及其使用方法和放射线检查装置
JP5786517B2 (ja) 放射線画像撮影システムおよび放射線画像撮影装置

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid