KR20240050618A - 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로는, 복수의 실리콘 광센서 셀들이 M×N(M과 N은 각각 복수인 자연수)어레이 형태로 배치된 다채널 실리콘 광센서에 각 광센서 셀별로 배치된 복수의 광센서 셀; 상기 각 광센서 셀별로 제 1 채널의 타단에 각각 접속된 M개의 제 1 축 배선; 상기 각 광센서 셀별로 제 2 채널의 타단에 각각 접속된 N 개의 제 2 축 배선; 상기 제 1 축 배선의 각 단부에 결합되며 서로 상이한 저항값을 갖는 M개의 제 1 출력 저항; 상기 M개의 제 1 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 1 출력단; 상기 제 2 축 배선의 각 단부에 결합되며 서로 상이한 저항값을 갖는 N개의 제 2 출력 저항; 상기 N개의 제 2 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 2 출력단; 상기 제 1 축 배선의 각 단부에 상기 제 1 출력 저항과 병렬 상태로 결합되는 M 개의 제 3 출력 저항; 및 상기 M 개의 제 3 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 3 출력단을 포함하되, 상기 제 1 축 배선과 제 2 축 배선은 서로 교차 관계에 있는 것이다.
Description
본 발명은 방사선 영상 촬영 장치 등에 사용되는 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로에 관한 것이다.
양전자방출단층촬영장치(Positron Emission Tomography: 이하, ‘PET’라 함)나 감마카메라(Gamma camera)와 같은 방사선 영상기기에서 사용하는 검출기는 일반적으로 방사선을 검출하여 광신호로 변환하는 섬광결정과 광신호를 전기신호로 변환하는 광센서를 포함한다.
지난 수십 년간 광센서로서 광전자증배관이 많이 사용되었지만, 최근에는 광전자증배관 대신 저렴한 가격, 우수한 성능, 콤팩트한 크기 등의 장점을 가진 다채널 실리콘 광센서를 많이 사용하고 있다. 다채널 실리콘 광센서를 사용하여 방사선 검출기를 제작할 경우, 검출면적에 따라 다채널 실리콘 광센서 여러 개를 타일 형태로 붙여서 사용하게 되며, 이로 인해 수십~수백 개의 신호가 출력된다. 방사선 검출기의 성능을 최대화하려면 전체 출력신호를 개별 신호처리 해야 한다고 알려져 있지만, 이로 인해 신호처리회로의 복잡성이 증가하고, 회로의 크기가 커지며, 회로 개발 및 제작비용이 상승하는 문제점이 발생하게 된다.
개별 신호처리회로의 단점을 극복하기 위해 앵거회로(Anger circuit), 개별위치회로(Discretized positioning circuit), 횡열방향 전하합산회로(row-column summing circuit)와 같이 출력신호의 수를 줄일 수 있는 멀티플렉싱 회로가 개발되었으며, 최근까지 개발된 멀티플렉싱 회로에서 줄일 수 있는 최대 출력신호의 수는 4개였다. 횡열방향 전하합산회로와 위치인코딩회로를 사용하여 출력 신호의 수를 4개로 줄이는 방법에 대해서는 선행 논문(David Stratos, et al., "Comparison of three resistor network division circuits for the readout of 4x4 pixel SiPM arrays,” Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, vol. 702, pp. 121-125, 2013.)에 개시된 바와 같다.
본 발명에서는 이러한 최대 출력신호의 수를 3개로 감소시킬 수 있는 새로운 회로 구성을 제안하고자 한다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다채널 실리콘 광센서에 연결된 횡열방향 전하합산회로의 출력단에 위치별로 크기가 다른 저항과 신호 증폭기를 결합하고, 전체 횡방향 전하를 합산할 수 있는 합산 증폭기를 결합한 새로운 구조의 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로를 제안하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일측면에 따른 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로는, 복수의 실리콘 광센서 셀들이 M×N(M과 N은 각각 복수인 자연수)어레이 형태로 배치된 다채널 실리콘 광센서; 상기 각 광센서 셀별로 제 1 채널의 타단에 각각 접속된 M개의 제 1 축 배선; 상기 각 광센서 셀별로 제 2 채널의 타단에 각각 접속된 N 개의 제 2 축 배선; 상기 제 1 축 배선의 각 단부에 결합되며 서로 상이한 저항값을 갖는 M개의 제 1 출력 저항; 상기 M개의 제 1 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 1 출력단; 상기 제 2 축 배선의 각 단부에 결합되며 서로 상이한 저항값을 갖는 N개의 제 2 출력 저항; 상기 N개의 제 2 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 2 출력단; 상기 제 1 축 배선의 각 단부에 상기 제 1 출력 저항과 병렬 상태로 결합되는 M 개의 제 3 출력 저항; 및 상기 M 개의 제 3 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 3 출력단을 포함하되, 상기 제 1 축 배선과 제 2 축 배선은 서로 교차 관계에 있는 것이다.
전술한 본 발명의 구성에 따라, 종래 기술에 비하여 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로의 출력신호의 수를 3개로 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로가 적용되는 실리콘 광센서를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로를 도시한 것이다.
도 3은 종래의 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로를 도시한 것이다.
도 3은 종래의 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로를 도시한 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로가 적용되는 실리콘 광센서를 도시한 것이다.
실리콘 광센서(100)는 복수의 광센서 셀들이 어레이 형태로 배치되는 것으로서, M(M은 복수의 자연수)개의 행과 N(N은 복수의 자연수)개의 열로 이루어질 수 있다. 이때, M과 N은 동일한 수 일 수 있다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 다채널 실리콘 광센서(100)에 횡방향 전하합산회로의 출력단에 위치별로 크기가 다른 저항과 신호 증폭기를 결합하고, 열방향 전하합산회로의 출력단에 위치별로 크기가 다른 저항과 신호 증폭기를 결합하고, 전체 횡방향 전하를 합산할 수 있는 합산 증폭기를 결합하는 구조를 특징으로 포함한다.
보다 구체적으로, 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로(200)는 각 광센서 셀별로 제 1 채널의 타단에 각각 접속된 M개의 제 1 축 배선(202), 각 광센서 셀별로 제 2 채널의 타단에 각각 접속된 N 개의 제 2 축 배선(204), 제 1 축 배선(202)의 각 단부에 결합되며 서로 상이한 저항값을 갖는 M개의 제 1 출력 저항(K1R~KMR, 210), M개의 제 1 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 1 출력단(212); 상기 제 2 축 배선(204)의 각 단부에 결합되며 서로 상이한 저항값을 갖는 N개의 제 2 출력 저항(K1R~KNR, 220); N개의 제 2 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 2 출력단(222); 제 1 축 배선(202)의 각 단부에 제 1 출력 저항(210)과 병렬 상태로 결합되는 M 개의 제 3 출력 저항(R, 230) 및 M 개의 제 3 출력 저항(R, 230)의 타단에 공통 접속된 제 3 출력단(232)을 포함한다. 이때, 제 1 축 배선(202)과 제 2 축 배선(204)은 서로 교차 관계에 있는 것으로, 제 1 축 배선(202)은 X축과 나란하게 배치되는 것이고, 제 2 축 배선(204)은 Y 축과 나란하게 배치되는 것이다.
각 광센서 셀은 2개의 채널과 연결되는데, 각 광센서 셀별로 병렬 접속되고 제 1 채널을 형성하는 제 1 채널 분류 저항과 제 2 채널을 형성하는 제 2 채널 분류 저항을 포함할 수 있다. 이때, 상기 M개의 제 1 축 배선(202)은 제 1 채널 분류 저항(206)과 각각 접속되고, N 개의 제 2 축 배선(204)은 제 2 채널 분류 저항(208)과 각각 접속된다.
그리고, 제 1 출력 저항(K1R~KMR, 210)은 제 2 출력단(222)으로부터 멀리 위치할수록 저항값이 커지도록 배치된다(K1>K2> ~ >KM).
또한, 제 2 출력 저항(K1R~KNR, 220)은 제 1 출력단(212)으로부터 멀리 위치할수록 저항값이 커지도록 배치된다(K1>K2> ~ >KN).
그리고, 제 3 출력 저항(R)은 모두 동일한 저항 값을 갖도록 한다. 이를 통해, 제 3 출력단(232)은 총 에너지(E)를 출력하는 동작을 수행한다.
이러한 구성에 따라, 제 1 출력단(212)의 출력(Y)을 총 에너지로 나눈값(Y/E)이, 제 2 축(y축)에서의 신호의 좌표(y 좌표)를 나타내게 된다.
또한, 제 2 출력단(222)의 출력(X)을 총 에너지로 나눈값(X/E)이, 제 1 축(x축)에서의 신호의 좌표(x 좌표)를 나타내게 된다.
즉, X좌표의 위치=X(제 2 출력단의 출력)/E
Y 좌표의 위치=Y(제 1 출력단의 출력)/E
도 3은 종래의 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로를 도시한 것이다.
도 3의 실시예에서는 8×8 배열을 갖는 총 64개의 광센서의 신호를 처리하기 위해, 총 16개의 출력단을 배치하고 있다.
그러나, 본 발명에서는 동일한 광센서에 대해 총 3개의 출력단만으로도, 각 신호의 위치를 특정할 수 있어, 멀티플렉싱 회로를 보다 단순하게 구성할 수 있다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 실리콘 광센서
200: 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로
200: 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로
Claims (4)
- 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로에 있어서,
복수의 실리콘 광센서 셀들이 M×N(M과 N은 각각 복수인 자연수)어레이 형태로 배치된 다채널 실리콘 광센서;
상기 각 광센서 셀별로 제 1 채널의 타단에 각각 접속된 M개의 제 1 축 배선;
상기 각 광센서 셀별로 제 2 채널의 타단에 각각 접속된 N 개의 제 2 축 배선;
상기 제 1 축 배선의 각 단부에 결합되며 서로 상이한 저항값을 갖는 M개의 제 1 출력 저항;
상기 M개의 제 1 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 1 출력단;
상기 제 2 축 배선의 각 단부에 결합되며 서로 상이한 저항값을 갖는 N개의 제 2 출력 저항;
상기 N개의 제 2 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 2 출력단;
상기 제 1 축 배선의 각 단부에 상기 제 1 출력 저항과 병렬 상태로 결합되는 M 개의 제 3 출력 저항; 및
상기 M 개의 제 3 출력 저항의 타단에 공통 접속된 제 3 출력단을 포함하되, 상기 제 1 축 배선과 제 2 축 배선은 서로 교차 관계에 있는 것인, 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 출력 저항은 상기 제 2 출력단으로부터 멀리 위치할수록 저항값이 커지도록 배치되고,
상기 제 2 출력 저항은 상기 제 1 출력단으로부터 멀리 위치할수록 저항값이 커지도록 배치되는 것인, 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 출력단은 총 에너지를 출력하는 것이고,
상기 제 1 출력단의 출력을 상기 총 에너지로 나눈값이, 제 2 축에서의 신호의 좌표를 나타내고,
상기 제 2 출력단의 출력을 상기 총 에너지로 나눈값이, 제 1 축에서의 신호의 좌표를 나타내는 것인, 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로. - 제 1 항에 있어서,
상기 각 광센서 셀별로 병렬 접속되고 상기 제 1 채널을 형성하는 제 1 채널 분류 저항과 상기 제 2 채널을 형성하는 제 2 채널 분류 저항을 더 포함하고,
상기 M개의 제 1 축 배선은 상기 제 1 채널 분류 저항과 각각 접속되고,
상기 N 개의 제 2 축 배선은 상기 제 2 채널 분류 저항과 각각 접속되는 것인, 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로.
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