KR890000312B1 - 방사선 검출장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

방사선 검출장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명 실시예의 구성을 도시한 도면.

제2도는 상기 실시예에 사용한 집적회로의 광신호 입력부에 있어서의 광전다이오우드의 배열을 도시한 도면.

제3도는 상기 실시예에 있어서의 섬광체의 발광을 상기 집적회로에 인도하는 수단 및 동 집적회로의 내부구성을 도시한 도면.

제4도는 본 발명의 일실시예에 있어서의 방사선 센서아레이 소자의 배열방법을 도시한 사시도.

제5도는 동 실시예에서의 방사선 센서아레이 소자의 사시도.

제6도는 동 실시예에서의 방사선 센서아레이의 내부를 도시한 블록도.

제7도는 동 실시예에서의 방사선 센서아레이의 배열방법의 정면도.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 섬광체 2 : 섬광체 매트릭스판

3 : 광파이버 묶음 4 : 집적회로

5 : 광전다이오우드 6 : 집적회로 부착판

7 : 섬광체(1)의 블록렌즈형상 단(端)부 8 : 광파이버

9 : 펄스고검출회로 10 : 2진계수기

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 방사선 검출장치에 관한 것이다.

X선이나 σ선등의 방사선을 사용한 촬상장치로서는 종래부터 먼저, 사용방사선에 대하여 고감도의 "감광"특성을 가진 특수한 에멀존·필름을 수상면에 놓고 피사체를 사진화상으로서 촬상하는 X선 카메라나 σ선 카메라가 제일 잘 알려져 있다. 그런데 사진의 경우, 수상면상에서의 도래방사선의 강도 분포는 감광한 에멀존·필름의 흑화도에 반영되나, 흑화도의 측정에서는 방사선 강도를 정량적으로 정밀하게 구할수는 없으며, 따라서, 사진판정으로는 피사체 각부의 물리적 정보를 상세히 아는 것은 불가능하다.

이에 비해서, 수상면상에 가이거계수기를 주사(走査)시켜, 방사선 강도를 전기신호로 변환하여 정밀하게 측정하는 방법도 있으나, 이 방법은 수상면의 국부에 관한 정보의 상세한 해석에는 적합하나, 피사체 전체로부터의 정보를 총괄적으로 파악하는데는 매우 불편하다. 따라서, 이와같은 방법은 「카메라」로서 보다도, 오로지 X선 해석장치등에 사용되고 있다.

또한, 이상의 어떤 방법도, 피사체 각부로부터의 방사선강도나, 피사체 그 자체의 형상에, 꽤 빠른 시간적 변화가 있는 경우에는, 그것에 응답하여 정보를 얻는것은 불가능하다. 그 때문에, 수상면을 다수의 화소로 분할 구성하고, 각화소면에 입사되는 방사선을 전기신호로 변환하여 촬상하는 방법이 생각되고 있다. 이와같은 방법은 σ선카메라에 응용되고 있으나, 구성이 매우 복잡할 뿐만 아니라, 고감도, 고분해능인 촬상을 실현하기 위해서는 후술하는 바와같은 해결을 요하는 문제가 다수 존재한다.

예를들면 의료용 X선 촬상장치의 경우, 수상면의 치수를 30cm×30cm로 하여 1000×1000개 이상의 화소로 수상면을 구성하는 일이 요망 되고, 또 촬상을 수밀리초 이내에 완료하는 일이 필요하게 된다. 또한 고감도 이고 손실이 적은 정보를 얻기 위해서는, 각 화소에 입사되는 방사선 강도를 광자단위로 검지하는 일이 필요하다. 따라서, 예를들면 수상면에 1장의 섬광체를 두고서 방사선상을 광학상으로 변환하여, 이상을, 매트릭스 형상으로 배열된 광전소자를 입력부에 가진 광펄스용 직접회로로 전기신호로서 수상하는 것을 생각할 수 있다(이 경우 집적회로 입력부의 각 광전소자가 화소로 된다). 그러나, 기존의 이런 종류의 집적회로에서는 광전소자의 수는 32×32=1024, 입력부의 수광면적은 10mm²정도로서, 도저히, 30cm×30cm의 수상면을 커버하는 것은 불가능하며, 장래에 있어서도 이와같이 큰 수광면적을 가진 집적회로의 실현은 기대할수 없다. 물론, 다수의 집적회로를 사용해도, 배열된 집적회로의 수광창틀 사이가 수상면을 종횡으로 분단하게 되어, 실용으로 되지 않는다. 본 발명은, 이상과 같은 문제를 해결하고, 고감도, 고분해능의 검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 있어서는 상기한 문제를 해결하기 위하여, 방사선상(像)수상면에, 매트릭스형상으로 배열된 다수의 섬광체를 배치하고, 이들 섬광체에 의하여 방사선상의 단계에서 수상면을 다수의 화소로 분할하고, 각 섬광체의 광신호를, 광신호 수신용 집적회로 신호입력부의 각 광전소자에 인도하고 있다. 이 때문에, 본 발명에 의해 방사선 검출장치는, 방사선 검지면에 밀접배열된 복수개의 섬광체와, 이들 복수개의 섬광체의 각각에 대응하여 각 섬광체의 출력광을 광-전기변환소자에 인도하는 복수개의 광유도로와, 신호입력부가 상기복수개의 광유도로에 대하여 배열된 복수개의 광-전기변환소자로 구성된 이들 복수개의 광-전기변환소자의 출력신호를 측정하는 복수개의 전자회로가 집적되어서 이루어지는 복수개의 집적회로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 다른 태양으로서 복수개의 섬광체 및 그것에 대응하는 광전변환소자 및 집적회로를, 그 방사선검지면이 횡 1렬로 배열되게 일정개수 서로 밀접시켜 배열함과 동시에, 횡 1렬의 배열을 소정수열 종방향으로 약간씩 어긋나게 해서 기와형상으로 포개어 배열하여, 방사선검지면의 횡렬이 정면으로 노출하여 상하로 밀접해서 배열되게한 것을 특징으로 한다.

따라서, 화소를 구성하는 각 섬광체로부터 출력되는 광신호는, 예를들면 광파이버로 구성되는 광유도로를 통과해서 집적회로 입력부의 광전소자에 인도되며, 거기에서 전기신호로 변환된다. 그런데, 변환된 전기신호는, 입력광의 광자수에 대응하는 펄스신호(펄스 강도는, 입력부에 도달시각이 식별되지 않고 동시 도착으로 간주되는 광자의 수에 비례한다)로서, 이것은, 집적회로 중의 PHA회로부 및 2진 계수기에 의해서 신호 처리되어 출력데이터 버스로 부터 출력된다.

이하에 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 제1도는 본 발명의 실시예의 전체구성을 도시한 도면으로서, 저면을 0.3mm×0.3mm의 정방형으로 하는 각주 형상의 고체섬광체(1)를 예를들면, 1024개 수평방향으로 밀접 배열한 섬광체의조(組)를 1024조 종방향으로 여러 겹으로 쌓아서 이루어지는 섬광체 매트릭스판(2)을 구성하여, 그 편면을 면적 3072(=0.3×1024)mm평방의 수상면으로 하고 있다. 수상면의 이면쪽에서는 각 섬광체의 단부는 볼록렌즈를 구성하도록 볼록면 형상으로 가공되며, (제3도의 7참조), 섬광체(1)의 발광은, 각 섬광체에 대응해서 준비된 클래드직경 0.14mm, 코어직경 0.1mm의 광파이버(8)의 수광단부에 각각 집광된다(제3도 참조). 이들 광파이버(8)는, 수평방향으로 1024개 배열되어서 이루어지는 상기 섬광체의 조마다 광파이버 묶음(3)으로 묶어져서, 각 섬광체의 발광을, 광전다이오우드를 입력소자로 하는 집적회로(4)에 인도한다. 집적회로(4)의 광신호입력창에는, 제2도에 도시한 바와같이 32×32=1024개의 광전다이오우드(5)가 입력소자로서 네모꼴로 배열되어 있으며, 각각에 각 광파이버를 통해서 각 섬과체의 발광이 입력되도록 되어있다. 이와같이 해서 1개의 집적회로는 수평으로 배열된 1024개의 섬광체의 조의 하나를 담당하게 되므로, 집적 회로의 총수는, 이와같은 섬광체의 조의 종방향의 겹으로 쌓은 단수(1024단)에 대응해서 1024개가 된다. 이들 1024개의 집적회로는, 그 부착면적을 될수 있는 데로 작게하기 위하여, 광신호 입력창 이외의 부분이 비스듬하게 맞포개지도록, 도면에 도시한 바와같이 비늘살 형상으로 배열된 32장의 부착기판(6)에, 광신호 입력창의 부분만을 노출시켜서 1장당 32개의 집적회로를 부착한다. 이와같은 부착방법에 의해, 각 부착기판상의 집적회로 부착간격을 15mm로 하여, 집적회로 1024(=32×32)개의 부착부 점유 면적은 약 500mm×500mm의 범위에 그친다.

이상과 같은 전체구성에 있어서, 각 광파이버(8)에 의해 집적회로 광신호 입력부의 광전다이오우드(5)에 입력되는 각 섬광체의 발광은, 거기서 전기펄스신호로 변환된다. 집적회로는 제3도에 도시한 바와 같은 내부회로 구성을 가지고 있으며, 광전다이오우드(5)의 출력신호는, 각 광전다이오우드 마다 형성된 펄스고검출 증폭회로부(9)와 2진계수 기부(10)에 의해서 신호처리되며, 각 섬광체(1)에 의해서 구성되는 촬상면의 화소마다. 입사방사선 강도가 광자에너지에 대응하는 정밀도로 촬상전기신호로 변환된다. 이와같이 해서 고감도, 고분해능 촬상신호를 얻을 수 있다.

이상 실시예에 있어서는, 광파이버 묶음(3)(제1도)은 집적회로(4)의 광신호 입력창에 직접 삽입되어, 각 광파이버의 출력광이, 대응하는 각 광전다이오우드에 직접 입력되게 되어 있으나, 광파이버묶음의 단면을 광신호 입력창에 일치시킬 수 없는 경우나, 어떠한 사정으로 묶음의 종단부와 광신호 입력창의 거리를 두지 않으면 안되는 경우에는 (예를들면, 진공부가 개재하는 것과 같은 경우), 각 광묶음 마다에 집광렌즈등의 광학계를 개재하여, 광파이버의 출력광을 광전다이오우드에 입력할 수 있는 것은 물론이다.

다음에, 섬광체와 광전변환소자등을 밀접 배치한 경우에 대하여 설명한다.

제6도가 그 내부의 개요를 도시한 도면으로서 상술한 것과 동일한 것에는 동일 번호가 붙어 있다. 신호 처리의 형식은 상술한 것과 동일하며, 이 섬광체(1)로 부터 계수기(10)까지의 구성으로 방사선상의 1화소분의 방사선 센서가 구성되어 있으며, 1패키지중에 이와같은 센서가 1렬 32개 수납되어 있으며, 1패키지 중에는 외부로부터의 어드레스 지정시호에 의하여 패키지 내의 1개의 계소를 지정하여 그 계수 데이터를 출력라인 1에 출력시키는 어드레스 지정회로 Adr가 있으며, 전체가 집적회로화 되어 있다. 또한 AP는 앰프, L은 레벨선 별기이다.

제5도는 1개의 방사선 센서아레이를 도시하며, 섬광체(1)가 32개 1렬로 배열되어 수선부(受線部)열 A을 형성하고 있다. 이 수선부는 길이가 10mm남짓, 폭이 0.5mm이며, 패키지 전체에 점하는 면적비율은 매우 적으며, 대부분은 방사선에 감응하지 않는 면적 B으로 되어 있다.

그리하여 본 발명에서는 제4도에 도시한 바와같이 센서아레이를 횡 1렬로 배열한 것을 패키지의 B의 부분에 아래쪽의 패키지를 포개도록 하여 종횡으로 가와형상으로 배열해서, 수선부를 방사선상의 수상면 전체에 틈새없이 배열하였다. 제7도는 이와같이해서 배열한 수선부의 배열의 정면도이다. 1개의 센서아레이는 패키지의 가장자리 형성 때문에 수선부열 A의 양단부의 바깥쪽에 불가피하게 수선부가 없는 폭이 생긴다. 이 때문에 수선부의 횡의 배열에는 1패키지 마다 끊어진 자리 N가 생긴다. 이 끊어진 자리는 상하의 센서아레이의 열을 약간 횡방향으로 어긋나게 하므로서 도면과 같이 종으로 이어지는 것을 피하게 하고, 끊어진 자리부분의 화상데이터는 그 끊어진 자리의 좌우상하의 수선부의 화상데이터로부터 내삽(內揷) 연산으로 구할수 있도록 되어 있다.

이상의 설명에서 명백한 바와같이 본 발명에 의하면, 「수광」면적이 매우 작은 다수의 섬광체로 수상면을 작은 화소로 분해할 수가 있고, 또 각 섬광체의 발광은 각각 광파이버로 광신호용 집적회로의 입력부에 인도되므로, 기존의 광신호 집적회로를 사용하여, 임의의 확산을 가진 방사선상을, 분단선을 발생시키는 일 없이, 고감도, 고분해능으로 촬상할 수 있다.

또, 방사선상의 1화소분의 센서를 방사선 광자를 계수 하는 형식 센서로 구성하고, 이와같은 센서의 일정개수를 배열한 아레이 소자를 기와형상으로 포개어 배열하므로서 각 센서마다의 방사선 수선면을 종횡으로 거의 틈새없이 배열할 수 있게 되었으므로, 이와같은 방사선 수선면의 종횡의 배열면에 방사선상을 투사하므로서, 기계적인 주사수단과 같은 것을 사용하지 않고 간단한 구성으로서, 간단한 조작으로 신속하게 고감도, 고화질의 방사선 화상을 얻을 수 있게 되었다.

Claims (4)

1. 입사되어 오는 방사선을 검지하는 장치로서, 방사선 검지면에 배열된 복수개의 섬광체와, 이들 복수개의 섬광체의 각각에 대응하여 배치된 광전변환소자와, 이들 복수개의 광전변환소자의 출력신호를 측정하는 복수개의 전자회로가 집적된 복수개의 집적회로로 이루어진 방사선 검출장치.
2. 제1항에 있어서, 섬광체와 그것에 대응하는 광전변환소자를 광유도로로 결합하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 섬광체의 배열이, 횡방향으로 1렬로 배열된 복수개의 섬광체로 이루어진 섬광체의 열을 복수 개종으로 포개어 쌓아서 이루어진 것을 특징으로 하는 방사선 검출장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 섬광체및 그것에 대응하는 광변환소자 및 집적회로를 그 방사선 검지면이 횡 1렬로 배열되게 일정개수 서로 밀접시켜서 배열함과 동시에, 횡 1렬의 배열을 소정수열 종방향으로 약간씩 어긋나게 하여 기와형상으로 포개어 배열하고, 방사선 검지면 횡렬이 정면으로 노출하여 상하로 밀접해서 배열되게 한 것을 특징으로 하는 방사선 검출장치.

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