KR20180102095A - 치과용 방사선의학 센서를 위한 x-레이 검출 회로 - Google Patents

Abstract

방사선의학적 이미지 캡처를 트리거하기 위한 목적으로 x-레이의 출현을 검출하기 위한 회로 (300) 로서, 그라운드 (G_D) 에 연결되는 포토다이오드들의 셋트 (301), 증폭 회로 (302) 및 커패시터 (C2) 를 포함하고, 상기 증폭 회로 (302) 는 증폭기 (AMP) 및 전압 소스 (GEN) 를 포함하고 제 1 입력부를 통해 상기 포토다이오드들의 셋트 (301) 의 출력부에 연결되며, 상기 커패시터 (C2) 는 상기 그라운드 (G_D) 와 상기 증폭기 (AMP) 의 제 2 입력부 사이에 연결되고, 상기 검출 회로 (300) 는, 상기 증폭 회로 (302) 가,

상기 전압 소스 (GEN) 에 의해 생성된 레퍼런스 전압 (V_ref) 으로 상기 커패시터 (C2) 를 충전하는 단계;

상기 전압 소스 (GEN) 로부터 상기 증폭기 (AMP) 의 상기 제 2 입력부를 분리시키는 단계; 및

상기 포토다이오드들의 셋트 (301) 에 의해 생성된 전류를 적분하는 단계
를 연속적으로 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 검출 회로.

Description

치과용 방사선의학 센서를 위한 X-레이 검출 회로

본 발명은 의학적 촬상의 분야에 관한 것이고, 보다 정확하게는, 치과용 애플리케이션들에 관한 것이다. 이 분야에서, 특히 CMOS 기술에서의 이미지-센서 칩들로 이루어진 치과용 방사선의학 센서들 (dental radiology sensors) 이 존재한다. 방사선의학적 센서는 소스에 의한 x-레이의 방출 덕분에 이미지가 획득되도록 허용한다. 센서는 이들 x-레이를 수신하고, 그것들을 특정 재료의 레이어로 가시 광선들로 변환하고, 이 레이어는 신틸레이터 (scintillator) 로서 지칭되고 이미지 센서에 접착적으로 결합된다. 이미지는 신틸레이터 아래에 위치되는 픽셀들의 포토다이오드들에서의 생성된 포톤들의 아날로그 판독을 통해 획득된다. 사용되는 포토다이오드들의 유형에 따라, x-레이는 신틸레이터를 통과함이 없이 전기적 신호로 바로 변환될 수도 있다.

x-레이의 방출과 이미지의 획득의 시작을 동기화시키기 위해, 방사선의학적 센서는 필수적으로 x-레이를 검출하기 위한 시스템을 포함하여야만 한다. 이러한 시스템은 x-레이의 방출의 시작을 검출하기 위해 기능할 뿐만 아니라, 이미지의 획득의 종료를 검출하기 위해서도 기능한다.

본 발명은, 보다 상세하게는, x-레이를 검출하기 위한 회로에 관한 것이고, 이 회로는 치과용 방사선의학적 센서 내로 통합된다.

x-레이를 검출하기 위한 회로는 전반적으로 다음과 같은 방식으로 작동한다. 그것은 주로 포토다이오드들의 셋트 및 전자적 검출 회로를 포함한다. x-레이의 플래시는, x-레이를 전류로 변환하는 포토다이오드들의 방향으로 소스에 의해 방출된다. 검출 회로는 주로 트랜스임피던스 증폭기, 비교기 및 아날로그 출력 스테이지를 포함한다. 포토다이오드들의 셋트에 의해 생성된 전류는 증폭기로 전달되고, 이 증폭기는 증폭된 신호를 생성하며, 증폭된 신호는 그 다음에, 검출을 수행하기 위해 비교기를 통해 임계치에 대해 비교된다.

의학적 표준-설정 기구들의 권고안들은 시스템에 대해 제약들이 부과되도록 요구한다. 구체적으로, 환자들에 의해 받아들여지는 방사선의 도즈 (dose) 는 엄격한 최소로 제한되어야만 한다. 이를 위해서, 2 가지 솔루션들이 가능하다, 방출되는 x-레이의 플럭스의 강도가 감소하거나, 또는 아니면, 환자의 노출의 길이, 즉, 검출 시간이 감소하거나. 양자의 경우들에서, 검출될 신호의 진폭이 감소하고, 따라서 검출 임계치가 감소된다.

하지만, 이 임계치에서의 감소는 다른 문제점을 야기한다. 구강 외과에서, 방사선의학적 센서는 가장 자주, 예를 들어 USB 케이블을 통해서 치과의사의 퍼스널 컴퓨터에 직접 연결된다. 트랜스임피던스 증폭기에 전달된 레퍼런스 전압은 치과의사의 컴퓨터로부터 발생하는 공급 전압으로부터, 그리고 따라서 센서 외부의 소스에 의해 생성된다. 이들 공급 전압들은 무작위적 (random) 변동들을 겪고, 또한 전자기 환경에 의해 영향을 받는다. 증폭기의 입력부 상의 안정적인 레퍼런스 전압의 부존재는 출력 신호에서의 변동들을 유발하고, 이는 x-레이의 부존재 시에도 때 아니게 검출 임계치가 초과될 수도 있도록 할 수도 있다.

공급 전압에서 존재하는 노이즈에 영향을 받지 않고, 검출 면에서 효율적이고 신뢰가능하며, 감소된 검출 임계치로 신속한 검출을 허용하는, x-레이를 검출하기 위한 회로를 설계할 목적으로 해결될 문제점이 따라서 존재한다.

치과용 방사선의학적 센서들을 위해 x-레이를 검출하기 위한 다양한 회로들이 알려져 있고, 이들 회로들은 특히 미국 특허들 US 8119990, US8324587, US 6307915, US 5887049 및 US 7592577 에서 기술되어 있다. 이들 문헌들에서 기술된 다양한 솔루션들은 외부 공급기를 이용하는 회로들로 x-레이의 신뢰가능하고 신속한 검출이 획득되도록 허용하지 않는다.

본 발명은 외부 공급 전압들에서의 변동들이 관계 없도록 허용하고, 따라서, 증폭된 신호에서의 노이즈의 영향 때문에 검출기의 때 아닌 트리거링에 관련된 잘못된 경보의 가능성을 증가시킴이 없이 검출 임계치가 감소되도록 허용하는, x-레이를 검출하기 위한 차동 회로를 제공한다.

따라서, 본 발명의 하나의 주제는, 방사선의학적 이미지 캡처 (radiological image capture) 를 트리거하기 위한 목적으로 x-레이의 출현 (appearance) 을 검출하기 위한 회로로서, 그라운드 (ground) 에 연결되는 포토다이오드들의 셋트, 증폭 회로 및 커패시터를 포함하고, 증폭 회로는 증폭기 및 전압 소스를 포함하고 제 1 입력부를 통해 포토다이오드들의 셋트의 출력부에 연결되며, 커패시터는 그라운드와 증폭기 (AMP) 의 제 2 입력부 사이에 연결되고, 이 검출 회로는, 증폭 회로가,

검출 회로의 초기화 단계의 제 1 부분 동안 전압 소스에 의해 생성된 레퍼런스 전압 (reference voltage) 으로 커패시터를 충전하기 위한 수단;

초기화 단계의 제 2 부분 동안 전압 소스로부터 증폭기 (AMP) 의 제 2 입력부를 분리시키기 위한 수단; 및

초기화 단계의 제 2 부분에 이은 검출 단계 동안 포토다이오드들의 셋트에 의해 생성된 전류를 적분 (integrate) 하기 위해 증폭 회로의 제 1 입력부와 증폭기의 출력부 사이에 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 회로이다.

본 발명의 하나의 특정 양태에 따르면, 증폭 회로는 증폭기의 출력부와 제 1 입력부 사이에 연결된 제 1 스위치를 포함한다.

본 발명의 하나의 특정 양태에 따르면, 증폭 회로는 증폭기의 제 2 입력부와 전압 소스의 출력부 사이에 연결된 제 2 스위치를 포함한다.

본 발명의 하나의 특정 양태에 따르면, 제 2 스위치는, 전압 소스에 의해 생성된 레퍼런스 전압으로 커패시터를 충전하기 위해 초기화 단계의 제 1 부분 동안 폐쇄 위치 (closed position) 에 있도록 구성된다.

본 발명의 하나의 특정 양태에 따르면, 제 2 스위치는, 전압 소스로부터 증폭기의 제 2 입력부를 분리시키기 위해 초기화 단계의 제 2 부분 동안 개방 위치 (open position) 로 패스 (pass) 하도록 구성된다.

본 발명의 하나의 특정 양태에 따르면, 제 1 스위치는 초기화 단계 동안 폐쇄 위치에 있도록 구성된다.

본 발명의 하나의 특정 양태에 따르면, 초기화 단계의 종료 후에 제 1 스위치를 개방시키기 위한 수단이 제공된다.

본 발명의 하나의 특정 양태에 따르면, 커패시터는, 검출 포토다이오드들의 일부를 마스킹 (masking) 하고, 그 마스킹된 포토다이오드들의 출력부를 증폭기의 제 2 입력부에 연결함으로써 생성된다.

본 발명의 하나의 특정 양태에 따르면, 마스킹된 포토다이오드들은 검출 포토다이오드들의 셋트 내에 균일하게 분포된다.

본 발명의 하나의 특정 양태에 따르면, 검출 포토다이오드들에 대한 마스킹된 포토다이오드들의 비율은 적어도 1/2 이다.

하나의 특정 변형에서, 본 발명에 따른 회로는, 증폭기의 출력 전압을 임계 전압에 대해 비교하기 위한 비교기 (comparator) 를 더 포함한다.

본 발명의 하나의 특정 양태에 따르면, 검출 회로는, 증폭기의 출력 전압이 임계 전압을 초과할 때 이미지 캡처를 트리거하기 위한 신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 다른 주제는, 본 발명에 따른, x-레이를 검출하기 위한 회로를 포함하는 방사선의학적 이미지 센서이다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 이하의 설명을 읽으면 보다 명확하게 분명해질 것이다.
- 도 1a 는 x-레이를 검출하기 위한 회로의 일반적인 개략도이다.
- 도 1b 는 검출 회로의 동작을 나타내는 복수의 타이밍도들이다.
- 도 2 는 종래 기술에 따른 증폭 회로의 아키텍처의 개략도이다.
- 도 3 은 본 발명에 따른 검출 회로의 아키텍처의 개략도이다.
- 도 4 는 본 발명의 하나의 특정 실시형태에 따른 검출 회로의 포토다이오드들의 스트립의 개략도이다.

도 1a 는 치과용 방사선의학적 센서를 위해 x-레이를 검출하기 위한 회로의 기능적 개략도를 나타낸다. 도 1b 는 그 회로의 일반적인 동작을 복수의 타이밍도들을 통해 나타낸다.

x-레이를 검출하기 위한 회로는 주로, x-레이의 플럭스를 수신할 수 있고, 그것을 트랜스임피던스 증폭기 (102) 의 제 1 입력부에 전달되는 전류 (I) 로 변환할 수 있는 포토다이오드들의 셋트 (101) 를 포함한다. 사용되는 포토다이오드들 (101) 의 유형에 따라, 전류 (I) 는 포토다이오드들에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 생성된다. 특히, 방사선의학적 센서가 x-레이를 사전에 가시 광선으로 변환하는 신틸레이터라고 불리는 재료 층을 이용할 때 전류 (I) 는 간접적으로 생성된다.

외부 소스로부터 발생되는 전압 공급은 클럭 (Cl) 에 의해 클럭킹되는 트랜스임피던스 증폭기 (102) 의 제 2 입력부에 전달된다. 증폭된 신호 V_{out _trans} 는 그 다음에, 비교기 (103) 의 제 1 입력부에 송신되고, 이 비교기 (103) 는 제 2 입력부를 통해 임계 신호 V_threshold 를 수신한다. 비교기 (103) 는, 임계치 V_threshold 가 증폭된 신호 V_{out _trans} 에 의해 초과되었는지 여부를 나타내는 신호 V_{out _ comp} 를 출력으로서 생성한다. 비교기 (103) 로부터 출력된 신호의 형태는 그 다음에, 아날로그 출력 스테이지 (104) 를 통해 변경된다.

도 1b 는, 비교기 (103) 로 입력되고 비교기 (103) 로부터 출력되는 신호들 및 아날로그 출력 스테이지 (104) 로부터 출력되는 신호에서의 변화를 나타낸다. 다양한 신호들은 볼트로 표현된 전압 신호들에 대응한다.

하나의 적분 기간 (100) 에 걸쳐, 증폭된 신호 V_{out _trans} 는 초기화 단계 (initializing phase) (110) 동안 레퍼런스 전압 V_ref 으로 설정되고, 그 다음에, 그것은 적분 단계 (integrating phase) (120) 동안 증폭된다. 초기화 단계 (110) 는 트랜스임피던스 증폭기 (102) 의 입력 전압을, 전류의 적분을 위한 레퍼런스 포인트로서 기능하는 레퍼런스 전압 V_ref 으로 설정하도록 기능한다. 이 단계는 증폭기 (102) 의 입력 레퍼런스 전압을 안정화시키기 위해 필요하다. 초기화 단계 (110) 는 적분 단계 (120) 보다 실질적으로 더 짧은 지속기간을 갖는다. 예를 들어, 크기의 정도는 초기화 단계 (110) 의 지속기간이 적분 단계 (120) 의 지속기간보다 3 배 더 짧다.

증폭된 신호 V_{out _trans} 가 임계치 V_threshold 를 초과할 때, 비교기 (103) 의 출력 신호 V_{out _comp} 가 하이 값 (high value) 으로 패스된다. 검출 회로의 출력 신호 (detX) 는 따라서, x-레이의 검출을 시그널링하기 위해, 일단 증폭된 신호가 검출 임계치를 초과하면, 하이 값으로 패스된다. 검출 임계치의 값은 프로그래밍가능하다.

도 2 는, 기생 커패시터 (C0) 와 병렬로 탑재되고 그라운드 (G_D) 에 접속된 전류 소스 (I_PD) 의 형태로 모델링되는 포토다이오드들의 셋트 (101) 에 접속된, 종래 기술에 따른 트랜스임피던스 증폭기 (102) 의 아키텍처를 나타낸다. 기생 커패시터 (C0) 는 모든 포토다이오드들의 기생 커패시터들의 합을 모델링한다.

트랜스임피던스 증폭기 (102) 는 증폭기 (AMP), 레퍼런스 전압 V_ref 발생기 (GEN), 커패시터 (C₁) 및 스위치 (T1) 를 포함한다.

발생기 (GEN) 는 증폭기 (AMP) 의 제 1 입력부 (비반전 입력부 +) 에 공급되는 레퍼런스 전압 V_ref 을 생성한다. 커패시터 (C1) 는 증폭기 (AMP) 의 제 2 입력부와 그것의 출력부 사이에 연결되고, 신호의 증폭 이득이 조정되도록 허용한다. 스위치 (T₁) 는 또한 증폭기 (AMP) 의 제 2 입력부와 그것의 출력부 사이에 연결된다. 발생기 (GEN) 는 검출 회로 외부의 공급들로부터 레퍼런스 전압 V_ref 을 생성한다. 외부 공급들은 포지티브 외부 공급 (VDD_ref) 및 네거티브 외부 공급 (GND_ref) 의 형태로 도 2 에서 표현된다. 트랜스임피던스 증폭기의 제 2 입력부 (반전 입력부) 는, 포토다이오드들의 셋트 (101) 가 x-레이 플럭스에 의해 활성화될 때 그 포토다이오드들의 셋트 (101) 에 의해 생성된 전류 (I_D) 에 의해 어택된다.

(도 1b 의 타이밍도들에서 표현된) 초기화 단계 (110) 동안, 스위치 (T1) 는 폐쇄된 위치에 있고, 이는, 증폭기 (AMP) 의 출력 전압 V_out 이 레퍼런스 입력 전압 V_ref 과 동일함을 의미한다. 적분 단계 (120) 동안, 스위치 (T1) 는 그것의 개방 위치에 놓이고, 증폭기 (AMP) 는 그러면 입력 신호를 증폭한다. 그것의 전달 함수는 다음과 같은 관계식에 의해 주어지고, 여기서, A 는 증폭기 (AMP) 의 이득이다:

트랜스임피던스 증폭기의 이득은 특히 2 개의 파라미터들에 의존한다. 그것은, 적분 시간 간격 Δt 에 영향을 미치는 샘플링 주파수의 선택에 뿐만 아니라 커패시터 (C1) 의 커패시턴스에도 의존한다. 상기 커패시턴스가 더 낮을 수록, 증폭 이득은 더 높다.

더욱이, 입력 전압 V_ref 에서의 변동들 (variations) DV_ref 과 출력 전압 V_out 은 또한 관계식 (2) 에 의해 관련된다:

관계식 (2) 는, 증폭기의 메인 전달 함수, 즉, 관계식 (1) 에 의해 주어진 전달 함수에 추가되는 기생 전달 함수를 나타낸다. 기생 커패시터들의 합 (C0) 은 적분되는 커패시터 (C1) 보다 현저하게 더 높은 커패시턴스를 가지고, 커패시터 (C1) 의 커패시턴스는 증폭 이득을 보존하기 위해 제한되어야만 한다. 통상적으로, 기생 커패시터들 (C0) 의 합의 크기의 정도는 100pF 인 반면에, 커패시터 (C1) 의 크기의 정도는 50fF 이다. 따라서, 비율 C0/C1 은 약 2000 이다. 입력 전압 V_ref 에서의 변동들은 따라서, 증폭기 (AMP) 의 출력 전압 (V_out) 으로 2000 의 인자에 의해 증폭된다.

서두에서 나타낸 바와 같이, 레퍼런스 전압 V_ref 이 안정적이지 않은 경우에, 이 전압의 진폭에서의 변동들이, 그것들이 작은 경우에도, 2000 의 인자에 의해 증폭되는 증폭기 (AMP) 의 출력에서의 변동들을 유발하기 때문에, 문제점이 존재한다. 이러한 변동들은 따라서, x-레이의 부존재 시에도, 즉, 전류 I_D 가 제로일 때에도, 비교기 (103) 의 임계치가 초과되게끔 할 수도 있다. 예를 들어, 적분 단계 동안의 레퍼런스 전압에서의 1mV 의 변동은 증폭기 (AMP) 의 출력에서의 2V 의 증가를 야기한다.

이제, 레퍼런스 전압 V_ref 은, 검출 디바이스 내로 통합되고 하지만 외부 공급들을 이용하는 발생기 (GEN) 에 의해 생성된다. 통상적으로, 이들 공급들은, 치과의사의 퍼스널 컴퓨터 또는 그에 동등한 디바이스에 의해 전달되고, 이 치과의사는 예를 들어 USB 링크 또는 임의의 다른 적합한 연결 수단을 통해 방사선의학적 센서를 이 디바이스에 연결한다.

외부 공급들을 이용한다는 사실은, 고-정밀 센서 전용의 사용에 대해 의도되지 않은, 무작위적 전자기 환경 때문에 그리고 퍼스널 컴퓨터에 의해 전달되는 공급들에 내재하는 불안정성 때문에, 레퍼런스 전압 V_ref 에서의 변동들 및 불안정성을 잠재적으로 야기한다.

더욱이, 포토다이오드들의 셋트 (101) 는 의학적 촬상을 위해 의도된 다수의 포토다이오드들을 포함하는 큰 사이즈의 매트릭스 어레이 내로 통합되기 때문에, 포토다이오드들의 기생 커패시터들 (C0) 의 높은 커패시턴스에서 문제점이 또한 존재한다. 이들 기생 커패시터들은 디바이스의 성질에 내재하는 것이고, 제거될 수 없다.

더욱이, 기생 커패시터 (C0) 의 영향에 대해 보상하기 위해 증폭기의 커패시터 (C1) 의 커패시턴스를 증가시키는 것은, 증폭 이득에서의 감소를 초래할 것이고 따라서 동일 레벨로 증폭된 출력 신호를 획득하기 위해 x-레이 플럭스의 강도를 증가시키거나 적분 시간을 증가시킬 필요성으로 이끌 것이기 때문에, 그것 또한 가능하지 않다. x-레이에 대한 환자의 노출의 증가는 의학적 표준-설정 기구들의 권고안들에 반대되는 방향으로의 진행이고, 따라서 해결책일 수 없다.

이러한 문제점을 바로잡기 위해, 본 발명은, 오직 관계식 (1) 에 의해 주어진 증폭 함수만을 보존하기 위해, 증폭기의 출력 전압 및 레퍼런스 전압에 관련되는 관계식 (2) 에 의해 주어진 기생 전달 함수를 제거하는 것을 제안한다. 이를 위해서, 솔루션은, 일정하고 변동을 겪지 않는 레퍼런스 전압 V_ref 을 생성하는 것에 있고, 이 효과는 이 레퍼런스 전압을 검출 회로에 대해 외부의 공급들에 독립적이도록 만듦으로써 획득된다.

도 3 은 본 발명에 따른 x-레이 검출기 (300) 의 아키텍처를 개략적으로 나타낸다. 이 도면에서, 오직 포토다이오드들의 셋트 (301) 및 증폭 회로 (302) 만이 도시된다. 도 1a 에서 도시된 검출기 (103) 및 아날로그 출력 체인 (104) 은 수정되지 않고 따라서 도시되지 않는다.

본 발명에 따른 증폭 회로 (302) 는 도 2 에서 도시된 종래 기술에 따른 증폭 회로 (102) 와 동일한 엘리먼트들을 포함하고, 유일한 차이점은 제 2 스위치 (T₂) 가 레퍼런스 전압 V_ref 의 발생기 (GEN) 의 출력부와 증폭기 (AMP) 의 제 1 입력부 사이에 연결된다는 것이다.

포토다이오드들의 셋트 (301) 는 또한, 포토다이오드들의 그라운드 (G_D) 와 증폭기 (AMP) 의 제 1 입력부 사이에 연결되는 저장 커패시터 (C2) 를 추가함으로써, 도 2 에서 기술된 종래 기술에 따른 회로의 셋트 (101) 에 비해 수정된다. 이 추가적인 커패시터 (C2) 는 포토다이오드들의 일부를 이용하여 특정 기법을 통해 획득될 수도 있고, 이 기법은 상세한 설명에서 추가로 보다 상세하게 설명된다. 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 추가적인 커패시터 (C2) 가, 증폭기 (AMP) 의 제 2 입력부 상에서 전류 (I) 를 생성하는 포토다이오드들과 동일한 그라운드 (G_D) 에 접속되는 것이 중요하다.

회로가 전압 하에 놓일 때, 제 1 스위치 (T₁) 및 제 2 스위치 (T₂) 는 폐쇄된다. 초기화 단계의 제 1 부분 동안, 발생기 (GEN) 에 의해 레퍼런스 전압 V_ref 이 생성되고, 발생기 (GEN) 의 출력부에 연결되는 커패시터 (C2) 는 레퍼런스 전압 V_ref 으로 충전된다.

초기화 단계의 제 2 부분 동안, 제 2 스위치 (T2) 는 개방된다. 레퍼런스 전압 V_ref 은 커패시터 (C2) 에 의해 저장되고, 발생기 (GEN) 와는 독립적이고 안정적인 레퍼런스 전압으로 증폭기 (AMP) 의 제 1 입력부에 공급한다. 구체적으로, 스위치 (T2) 를 개방하는 것은, 증폭기 (AMP) 의 제 1 입력부가 회로의 외부 환경으로부터 분리되도록 허용한다. 초기화 단계의 제 2 부분의 지속기간은 증폭기 (AMP) 의 입력 레퍼런스 전압 V_ref 에서의 안정성을 보장하기 위해 필요하다. 제 2 스위치 (T2) 가 개방될 때, 레퍼런스 전압 V_ref 은 그러면 추가적인 커패시터 (C2) 에 의해 생성되고, 이 액션 동안, 기생 펄스가 생성될 수도 있다. 제 1 스위치 (T1) 가 제 2 스위치 (T2) 와 동시에 개방되는 경우에, 기생 펄스는 증폭기의 출력부로 전파될 수도 있고, 원하지 않는 기생 진폭 변동을 발생시킬 수도 있다. 이러한 이유로, 제 2 스위치 (T2) 의 개방과 제 1 스위치 (T1) 의 개방 사이에 지연이 필요하고, 이러한 지연은 제 2 스위치 (T2) 의 개방에 이은 레퍼런스 전압 V_ref 의 안정화에 대응한다. 초기화 단계의 제 2 부분의 지속기간은 적분 단계가 짧아지는 것을 방지하기 위해 최소화되어야만 한다.

적분 단계는 따라서 그 다음에, 커패시터 (C1) 를 경유하는 증폭기의 루프를 활성화시키기 위해 그리고 포토다이오드들에 의해 생성된 전류를 증폭하기 위해 제 1 스위치 (T1) 를 개방함으로써 활성화된다. 적분 단계 동안, 제 2 스위치 (T2) 는 개방된 채로 유지된다.

도입된 추가적인 커패시터 (C2) 가 포토다이오드들과 동일한 그라운드 (G_D) 에 접속된다는 사실은 또한, 증폭기 (AMP) 의 2 개의 입력 채널들이 동일한 그라운드에 대해 레퍼런스되고 동일한 누설 전류들을 가지기 때문에, 적분 단계 동안 안정성이 증가되도록 허용한다. 예를 들어, 커패시터 (C2) 가 회로 외부의 그라운드에 접속되었더라면, 이 그라운드에서의 잠재적인 변동들은 커패시터에 저장되는 레퍼런스 전압에서의 변동들을 야기할 수 있을 것이다. 포토다이오드들에 대해서 그리고 추가적인 커패시터 (C2) 에 대해서 동일한 그라운드를 이용한다는 사실은, 그라운드에서의 변동들의 영향이 억제되도록 허용하고, 이는, 만약 그것들이 존재한다면, 그것들은 포토다이오드들에 의해 생성되는 전류 및 커패시터 (C2) 에 저장되는 전압 양자에 대칭적으로 영향을 미치기 때문이다.

본 발명의 하나의 특정 실시형태에 따르면, 추가적인 커패시터 (C2) 는, 당초에 검출에서 채용되도록 의도된 복수의 포토다이오드들을, 그것들을 마스킹하고 오직 그것들의 기생 커패시터만을 이용하며 x-레이를 전류로 변환하는 그것들의 기능이 억제되도록 할 목적으로, 그룹핑함으로써 생성된다. "마스킹 (mask)" 이라는 용어는, 예를 들어, 포토다이오드들을 커버하고 x-레이가 포토다이오드들에 도달하는 것을 방지하기 위해 금속을 이용하여, 포토다이오드들이 x-레이에 무감각하도록 만들어지는 것을 의미하기 위해 채용된다. 마스킹된 포토다이오드들은 따라서, 증폭기 (AMP) 의 전압 입력부에 연결되는 반면, 마스킹되지 않은 포토다이오드들은 증폭기 (AMP) 의 전류 입력부에 연결된다.

마스킹될 포토다이오드들의 수의 선택은 절충의 결과이다. 마스킹된 포토다이오드들의 수가 많을 수록, 커패시터 (C2) 의 커패시턴스가 더 클 것이고, 적분 지속기간에 대응하는 지속기간에 걸쳐 레퍼런스 전압을 저장하기 위한 커패시터 (C2) 의 능력은 더 양호할 것이다. 반면, 마스킹된 포토다이오드들의 큰 수는 x-레이를 검출하기 위해 사용될 수도 있는 포토다이오드들의 수를 그만큼 감소시킨다. 검출 포토다이오드들의 수는 생성되는 전류의 크기에 직접적으로 영향을 미치고, 그 생성되는 전류는 신뢰가능한 검출이 달성되려면 너무 낮아서는 안된다.

하지만, 특히, 도 3 에서 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 검출 회로를 생성함으로써, 전류의 부존재 시의 때 아닌 검출들이 방지되고, 따라서 검출의 임계 값 V_threshold 을 감소시키고 감소된 수의 검출 포토다이오드들로 인해 크기가 보다 낮은 입력 전류에 대해 회로를 적응시키는 것이 가능하기 때문에, 검출에 전용되는 포토다이오드들의 일부를 마스킹하는 것이 가능하다.

도 4 에서 예시된 하나의 특정 실시형태에 따르면, 마스킹된 포토다이오드들은 유리하게는, 컴포넌트들 사이의 기술적인 분산을 고려하기 위해서 그리고 보다 양호한 균일성을 달성하기 위해서 포토다이오드들의 셋트 내에 균일하게 분포된다. 통상적으로, 검출 포토다이오드들의 셋트는, 방사선의학적 센서의 픽셀들의 매트릭스 어레이의 행 또는 열로 위치될 수도 있는 스트립 (strip) (400) 으로 배열된다. 이 스트립 (400) 에서, 포토다이오드들은 정렬되고, n 에서 하나의 포토다이오드가 마스킹되고, n 은 2 보다 더 크거나 동일한 정수이다. 양호한 절충은, 예를 들어, n 의 값을 5 로 설정하는 것에 있다. 도 4 에서, 5 와 동일한 인자 n 을 갖는 마스킹된 포토다이오드들 (PM₁,PM₂,..,PM_n) 의 분포의 일 예가 도시된다.

본 발명은 하지만 도 4 에서 예시된 특정 배열에 한정되지 않는다. 특히, 포토다이오드들의 셋트 (101) 는 다른 방식으로 배열될 수도 있고, 선택되는 배열은 특히 방사선의학적 센서의 설계에 의존한다. 본 발명의 최선의 동작 모드는 나타낸 바와 같이 포토다이오드들의 셋트 내에 균일하게 위치되는 마스킹된 포토다이오드들에 대응하지만, 본 발명은 또한, 불균일하게 위치된 마스킹된 포토다이오드들에 대해, 예를 들어, 스트립 (400) 의 일 단부에서 그룹핑된 마스킹된 포토다이오드들에 대해 확장될 수도 있다.

Claims (13)

1. 방사선의학적 이미지 캡처를 트리거하기 위한 목적으로 x-레이의 출현을 검출하기 위한 검출 회로 (300) 로서, 상기 검출 회로는 그라운드 (G_D) 에 연결되는 포토다이오드들의 셋트 (301), 증폭 회로 (302) 및 커패시터 (C2) 를 포함하고, 상기 증폭 회로 (302) 는 증폭기 (AMP) 및 전압 소스 (GEN) 를 포함하고 제 1 입력부를 통해 상기 포토다이오드들의 셋트 (301) 의 출력부에 연결되며, 상기 커패시터 (C2) 는 상기 그라운드 (G_D) 와 상기 증폭기 (AMP) 의 제 2 입력부 사이에 연결되고, 상기 검출 회로 (300) 는, 상기 증폭 회로 (302) 가,
   

   

   상기 검출 회로의 초기화 단계의 제 1 부분 동안 상기 전압 소스 (GEN) 에 의해 생성된 레퍼런스 전압 (V_ref) 으로 상기 커패시터 (C2) 를 충전하기 위한 수단;
   

   

   상기 검출 회로의 상기 초기화 단계의 제 2 부분 동안 상기 전압 소스 (GEN) 로부터 상기 증폭기 (AMP) 의 상기 제 2 입력부를 분리시키기 위한 수단 (T2); 및
   

   

   상기 초기화 단계의 상기 제 2 부분에 이은 검출 단계 동안 상기 포토다이오드들의 셋트 (301) 에 의해 생성된 전류를 적분하기 위해 상기 증폭 회로의 상기 제 1 입력부와 상기 증폭기의 출력부 사이에 연결된 커패시터 (C1) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출 회로.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 증폭 회로 (302) 는 상기 증폭기 (AMP) 의 출력부와 상기 제 1 입력부 사이에 연결된 제 1 스위치 (T1) 를 포함하는, 검출 회로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 증폭 회로 (302) 는 상기 증폭기 (AMP) 의 상기 제 2 입력부와 상기 전압 소스 (GEN) 의 출력부 사이에 연결된 제 2 스위치 (T2) 를 포함하는, 검출 회로.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 스위치 (T2) 는, 상기 전압 소스 (GEN) 에 의해 생성된 레퍼런스 전압 (V_ref) 으로 상기 커패시터 (C2) 를 충전하기 위해 상기 초기화 단계의 상기 제 1 부분 동안 폐쇄 위치에 있도록 구성되는, 검출 회로.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 2 스위치 (T2) 는, 상기 전압 소스 (GEN) 로부터 상기 증폭기 (AMP) 의 상기 제 2 입력부를 분리시키기 위해 상기 초기화 단계의 상기 제 2 부분 동안 개방 위치로 패스하도록 구성되는, 검출 회로.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 스위치 (T1) 는 상기 초기화 단계 동안 폐쇄 위치에 있도록 구성되는, 검출 회로.
7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 초기화 단계의 종료 후에 상기 제 1 스위치 (T1) 를 개방시키기 위한 수단의 제공이 이루어지는, 검출 회로.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 커패시터 (C2) 는, 검출 포토다이오드들의 일부를 마스킹하고, 그 마스킹된 포토다이오드들의 출력부를 상기 증폭기의 상기 제 2 입력부에 연결함으로써 생성되는, 검출 회로.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 마스킹된 포토다이오드들은 상기 검출 포토다이오드들의 상기 셋트 (301) 내에 균일하게 분포되는, 검출 회로.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 검출 포토다이오드들에 대한 상기 마스킹된 포토다이오드들의 비율은 약 1/n 이고, n 은 2 이상의 정수인, 검출 회로.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증폭기 (AMP) 의 출력 전압을 임계 전압에 대해 비교하기 위한 비교기 (103) 를 더 포함하는, 검출 회로.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 회로는, 상기 증폭기 (AMP) 의 상기 출력 전압이 상기 임계 전압을 초과할 때 이미지 캡처를 트리거하기 위한 신호를 생성할 수 있는, 검출 회로.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된, 방사선의학적 이미지 캡처를 트리거하기 위한 목적으로 x-레이의 출현을 검출하기 위한 회로 (301) 를 포함하는, 방사선의학적 이미지 센서.

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