説明

イメージセンサー及びこれを備えるX線イメージセンシングモジュール

【課題】高品質のイメージが得られるイメージセンサーを提供する。
【解決手段】検出部で検出された電荷を増幅させ、入力端子、増幅端子、及び出力端子を含む電荷検出増幅部を備え、電荷検出増幅部は、入力端子と前記増幅端子との間に接続された第1キャパシタと、入力端子と前記増幅端子との間に接続された第1スイッチングユニットと、増幅端子と出力端子との間に接続された第2キャパシタと、出力端子と基準電圧端子との間に接続された第2スイッチングユニットと、を備えることを特徴とするイメージセンサー。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イメージセンサー及びイメージセンシングモジュールに係り、さらに詳細には、X線(X−ray)イメージセンサー及びこれを備えるX線イメージセンシングモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
X線映像は、フィルムにX線を走査した後、フィルムを現像することで得られる。フィルムを用いたX線映像は、フィルム、現像液、現像機、ぼう大な量のフィルム保管場所などが必要であるという問題点を持つ。最近かかる問題点を解決するために、従来のフィルムなどを代替できるデジタルX線イメージセンサーが開発されることで、デジタル化したX線映像をハードディスクやCDなどのデジタル記録媒体に保管できるようになった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明が解決しようとする課題は、高品質の映像を獲得できるイメージセンサー及びイメージセンシングモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の一態様によるイメージセンサーが提供される。前記イメージセンサーは、検出部で検出された電荷を増幅させ、入力端子、増幅端子、及び出力端子を含む電荷検出増幅部を備え、前記電荷検出増幅部は、前記入力端子と前記増幅端子との間に接続された第1キャパシタと、前記入力端子と前記増幅端子との間に接続された第1スイッチングユニットと、前記増幅端子と前記出力端子との間に接続された第2キャパシタと、前記出力端子と基準電圧端子との間に接続された第2スイッチングユニットと、を備える。
【0005】
前記イメージセンサーの一例によれば、前記電荷検出増幅部の前記入力端子は、反転入力端子及び非反転入力端子を備え、前記増幅端子で、前記反転入力端子と前記非反転入力端子との電圧差が増幅された増幅電圧が出力される。
【0006】
前記イメージセンサーの他の例によれば、前記反転入力端子は前記検出部と接続され、前記非反転入力端子は前記基準電圧端子と接続される。
【0007】
前記イメージセンサーの他の例によれば、前記第1キャパシタ及び前記第1スイッチング素子は、前記反転入力端子と前記増幅端子との間に接続され、前記第2スイッチング素子は、前記非反転入力端子と前記出力端子との間に接続される。
【0008】
前記イメージセンサーの他の例によれば、前記第2スイッチングユニットと接続された遅延部をさらに備える。
【0009】
前記イメージセンサーの他の例によれば、前記第1スイッチングユニットは、リセット信号を受信してターンオンされ、前記第2スイッチングユニットは、前記リセット信号が前記遅延部により遅延された信号を受信してターンオンされる。
【0010】
前記イメージセンサーの他の例によれば、前記第1スイッチングユニット及び前記第2スイッチングユニットは、リセット信号を受信してターンオンされ、前記第2スイッチングユニットがターンオンされる期間は、前記第1スイッチングユニットがターンオンされる期間より長い。
【0011】
前記イメージセンサーの他の例によれば、前記第2キャパシタの容量は、前記第1キャパシタの容量より大きい。
【0012】
前記イメージセンサーの他の例によれば、前記イメージセンサーは、前記出力端子の出力電圧をデジタルイメージ情報に変換するイメージ制御部をさらに備える。この場合、前記イメージ制御部は、カウンタを備える。
【0013】
前記イメージセンサーの他の例によれば、前記イメージ制御部は、前記電荷検出増幅部の前記出力端子と前記カウンタとの間に接続された比較部をさらに備える。
【0014】
前記イメージセンサーの他の例によれば、前記イメージセンサーは、複数の単一ピクセルを含むピクセルアレイをさらに備え、前記電荷検出部は、前記単一ピクセルそれぞれに備えられる。また、前記単一ピクセルは、互いに非同期的に動作する。
【0015】
本発明の他の太陽によるイメージセンサーが提供される。前記イメージセンサーは、検出部で検出された電荷を増幅させ、前記検出部と接続された反転入力端子、基準電圧を受信する非反転入力端子、前記反転入力端子と前記非反転入力端子との電圧差が増幅された増幅電圧を出力する増幅端子、及び出力端子を含む電荷検出増幅部を備え、前記電荷検出増幅部は、前記反転入力端子と前記増幅端子との間に接続された第1キャパシタと、前記反転入力端子と前記増幅端子との間に接続された第1スイッチングユニットと、前記増幅端子と前記出力端子との間に接続された第2キャパシタと、前記出力端子と前記反転入力端子との間に接続された第2スイッチングユニットと、を備える。
【0016】
本発明の一態様によるイメージセンシングモジュールが提供される。前記イメージセンシングモジュールは、直接フォトンカウンティング方式を用いたX線イメージセンシングモジュールであり、X線検出部と、前記X線検出部と電気的に接続され、複数の単一ピクセルを含むピクセルアレイを備える少なくとも一つのイメージセンシングチップと、を備え、前記ピクセルアレイ単一ピクセルそれぞれは、前記X線検出部で検出された電荷を増幅させ、入力端子、増幅端子及び出力端子を含む電荷検出増幅部を備え、前記電荷検出増幅部は、前記入力端子と前記増幅端子との間に接続された第1キャパシタと、前記入力端子と前記増幅端子との間に接続された第1スイッチングユニットと、前記増幅端子と前記出力端子との間に接続された第2キャパシタと、前記出力端子と前記入力端子間に接続された第2スイッチングユニットと、を備える。
【発明の効果】
【0017】
本発明の技術的思想によるイメージセンサーは、外部条件及び内部回路のいろいろな雑音に耐えられる特性を持つ。したがって、高品質の映像が得られる。
【0018】
本発明の技術的思想によるイメージセンサーは、単純な回路構成だけでCDS(correlation double sampling)技法を具現できる。したがって、単一ピクセルが互いに非同期的に動作する単一ピクセルそれぞれにCDS技法が適用され、それにより、高品質のX線デジタルイメージが得られる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の技術的思想による一実施形態によるイメージセンサーを概略的に示す回路図である。
【図2】図1のイメージセンサーの動作方法を概略的に示すフローチャートである。
【図3】図2の動作方法によるリセット信号、遅延されたリセット信号、増幅電圧、及び出力電圧の波形を示すグラフである。
【図4】図1のイメージセンサーの動作方法を概略的に示すフローチャートである。
【図5】図4の初期化段階を具体的に示すフローチャートである。
【図6】従来技術によるイメージセンサーの出力電圧が外部条件の変動によって変化する態様を示すグラフである。
【図7】本発明の技術的思想による一実施形態によるイメージセンサーの出力電圧が外部条件の変動によって変化する態様を示すグラフである。
【図8】本発明の技術的思想による他の実施形態によるイメージセンサーを概略的に示す回路図である。
【図9】図8のイメージセンサーの動作につれて現れる増幅電圧、出力電圧、パルス電流、リセット信号、及び遅延されたリセット信号の波形を示すグラフである。
【図10】本発明の技術的思想によるさらに他の実施形態によるイメージセンサーを概略的に示す回路図である。
【図11】本発明の技術的思想による実施形態によるイメージセンシングモジュールを概略的に示す断面図である。
【図12】図11のA−A’断面図である。
【図13】本発明の技術的思想による実施形態に他のX線測定装置を概略的に示す図面である。
【図14】例示的な実施形態によるイメージセンサーの遅延部の非制限的な例に対応する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、添付した図面を参照して本発明による望ましい実施形態を説明することで本発明を詳細に説明する。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されるものではなく相異なる多様な形態で具現され、単に本実施形態は本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供されるものである。図面で構成要素は、説明の便宜のためにそのサイズが誇張される。
【0021】
以下で詳述される本発明の実施形態で用いられる用語は、該技術分野で通例的に知られている意味を持つ。例えば、少なくとも一つは最小限一つ、すなわち、一つまたはそれ以上の数を意味し、一つまたは複数とも同じ意味で使われる。
【0022】
図1は、本発明の技術的思想による一実施形態によるイメージセンサー100aを概略的に示す回路図である。
【0023】
図1を参照すれば、イメージセンサー100aは、検出部110及び電荷検出増幅部200を備える。
【0024】
検出部110は、光信号に含まれた光子を検出し、検出された光子に対応するパルス電流Iを生成できる。例えば、フォトンカウンティング方式のイメージセンサーで、検出部110は、X線を受信して電流を生成するフォトコンダクターでありうる。しかし、本発明はこれに制限されず、例えば、間接方式のイメージセンサーで、検出部110はフォトダイオードであってもよく、検出部110は、シンチレーターをさらに備えてもよい。選択的に、検出部110は、フォトコンダクターまたはフォトダイオードの代わりに、シンチレーターと接続されたフォトマルチプライヤチューブを備える。
【0025】
検出部110がフォトコンダクターである場合、前記フォトコンダクターはCdTe、a−Se、HgI2、GaAを含む。検出部110がフォトダイオードである場合、前記フォトダイオードは、Si、GaAsを含む。検出部110がシンチレーターを備える場合、前記シンチレーターはCsIを含む。しかし、例示的な実施形態は、これらに制限されないということに留意する。
【0026】
電荷検出増幅部200は、検出部110で検出された電荷を感知してこれを増幅できる。さらに具体的には、電荷検出増幅200は、入力端子INを通じて検出部110で生成されたパルス電流Iを受信し、これを増幅して、増幅端子Aを通じて増幅された増幅電圧Vを出力する増幅部210を備える。また、電荷検出増幅部200は、第1キャパシタC1、第1スイッチングユニットSW1、第2キャパシタC2、第2スイッチングユニットSW2、及び遅延部220をさらに備える。
【0027】
第1キャパシタC1は、電荷検出増幅部200内の入力端子INと増幅端子Aとの間に接続される。第1キャパシタC1は、検出部110で検出された電荷を保存する。保存された電荷は増幅部210により増幅されて、増幅電圧Vに出力される。例えば、第1キャパシタC1は、約10フェムトファラッド(fF)未満の容量を持つ。
【0028】
第1スイッチングユニットSW1は、電荷検出増幅部200内の入力端子INと増幅端子Aとの間に接続される。第1スイッチングユニットSW1は、第1キャパシタC1に保存された電荷を放電させることができる。さらに具体的には、第1スイッチングユニットSW1は、リセット信号Rを受信してターンオンされることで、入力端子INと増幅端子Aとをショート(short)させることができ、それにより、第1キャパシタC1に保存された電荷が放電される(discharged)。第1スイッチングユニットSW1は、リセット信号Rを受信しない場合、ターンオフされうる。
【0029】
第2キャパシタC2は、電荷検出増幅部200内の増幅端子Aと出力端子OUTとの間に接続される。第2キャパシタC2は、ノイズによる増幅端子Aの電圧変化を保存でき、それにより、出力端子OUTの電圧が一定に維持される。さらに具体的には、第2キャパシタC2は、第1スイッチングユニットSW1のスイッチ・オフ時に発生するリセットノイズによる増幅端子Aの電圧変化を保存できる。第2キャパシタC2の容量は、第1キャパシタC1の容量より大きい。例えば、第2キャパシタC2は、約10ないし100フェムトファラッド(fF)でありうる。
【0030】
第2スイッチングユニットSW2は、電荷検出部内の出力端子OUTと基準電圧端子VREFとの間に接続される。第2スイッチングユニットSW2がターンオンされることで、出力端子OUTは、基準電圧端子VREFから受信された基準電圧に維持される。さらに具体的には、第2スイッチングユニットSW2は、遅延されたリセット信号R’を受信してターンオンされ、したがって、第1スイッチングユニットSW1のスイッチ・オフ時に発生するリセットノイズと関係なく、出力端子OUTは基準電圧に維持される。第2スイッチングユニットSW2は、遅延されたリセット信号R’を受信しない場合、ターンオフされうる。
【0031】
遅延部220は、第2スイッチングユニットSW2と接続される。さらに具体的には、遅延部220はリセット信号Rを受信し、遅延されたリセット信号R’を生成して第2スイッチングユニットSW2に伝達できる。例えば、前記リセット信号Rが第1パルス幅を持つ信号である場合、前記遅延されたリセット信号R’は、前記第1パルス幅より大きい第2パルス幅を持つ信号でありうる。したがって、第2スイッチングユニットSW2がターンオンされる期間は、第1スイッチングユニットSW1がターンオンされる期間より長い。イメージセンサー100aは、前記イメージセンサーの動作を制御するコントロールロジック250を備える。コントロールロジック250が第1スイッチングユニットSW1をターンオンさせるために、リセット信号Rを生成して伝送し、前記リセット信号を遅延部220に伝送するように構成されたハードウェアストラクチャーでありうるということが理解されねばならない。例えば、コントロールロジック250は、マイクロプロセッサーまたは制御回路でありうるが、例示的な実施形態がこれらに制限されるものではない。
【0032】
図2は、図1のイメージセンサー100aの動作方法を概略的に示すフローチャートである。図3は、図2の動作方法によるリセット信号R、遅延されたリセット信号R’、増幅電圧V、及び出力電圧VOUTの波形を示すグラフである。
【0033】
図1ないし図3を参照すれば、リセット信号R及び遅延されたリセット信号R’に応答して、第1スイッチングユニットSW1及び第2スイッチングユニットSW2がそれぞれターンオンされる(S2)。第1スイッチングユニットSW1がターンオンされることで、第1キャパシタC1に保存された電荷が放電される。したがって、増幅電圧Vが低減し、それにより、出力電圧VOUTも低減する。一方、第2スイッチングユニットSW2がターンオンされることで、出力端子OUTは基準電圧に維持される。
【0034】
図1、図3、及び図8ないし図10に示したように、リセット信号R及び遅延されたリセット信号R’の持続期間は、コントローラ250及び/または遅延部22により、例示的な実施形態によるイメージセンサーの動作速度によって調節される。例えば、リセット信号R及び遅延されたリセット信号R’の持続期間は、約10nsないし約2μsの範囲であり、ただし、例示的な実施形態がこれらに制限されるものではない。次いで、第1スイッチングユニットSW1がターンオフされる(S3)。第1スイッチングユニットSW1がターンオフされることで、リセットノイズが発生する。第2スイッチングユニットSW2は基準電圧に維持されるので、前記リセットノイズによる増幅端子Aの電圧変動は第2キャパシタC2に保存される。
【0035】
次いで、第2スイッチングユニットSW2がターンオフされる(S4)。リセットノイズによる増幅端子Aの電圧変動が第2キャパシタC2に保存された状態であるため、出力端子OUTの出力電圧VOUTは一定に維持される。
【0036】
段階S2ないしS4が行われることで、電荷を保存している第1及び第2キャパシタC1、C2がリセットされる。次いで、感知及び増幅段階S1が行われる。感知及び増幅段階S1中に、検出部110は、検出された電荷を感知するとともに増幅させる。増幅された電荷は、増幅端子Aで増幅電圧Vとして出力される。増幅された電圧により出力端子OUTの出力電圧VOUTも増大する。前記出力電圧VOUTは、比較部(図10の130)により臨界電圧と比較され、イメージ制御部(図10の120)内のカウンタにより前記出力電圧VOUTがカウンティングされる。これらの比較及びカウンティング動作は、図10で後述する。
【0037】
次いで、段階S5で、ループが終了しない限り、第1及び第2キャパシタC1、C2に保存された電荷が段階S2ないしS4を通じて再びリセットされ、感知及び増幅段階S1が再び行われる。
【0038】
たとえ図面には図示していないとしても、電荷の感知及び増幅段階S1以前に初期化段階Iが行われ、この場合、段階S2ないしS4は、初期化段階Iに含まれる。初期化段階Iについては、図4及び図5でさらに詳細に説明する。
【0039】
図4は、図1のイメージセンサー100aの動作方法を概略的に示すフローチャートである。図5は、図4の初期化段階Iをさらに具体的に示すフローチャートである。
【0040】
図1及び図4を参照すれば、イメージセンサー100aに電源が印加される(P)。コントロールロジック250は、電源(図示せず)からイメージセンサー100aに供給される電力量を制御するように構成されるが、例示的な実施形態がこれらに制限されるものではない。次いで、初期化段階Iが行われる。初期化段階Iは、イメージセンサー100a内に含まれた第1キャパシタC1及び第2キャパシタC2に残っている電荷をリセットするための段階である。初期化段階Iが行われた後、感知及び増幅ループSALが行われる。感知及び増幅ループSALは、図2の段階S1ないしS5を含む。すなわち、感知及び増幅ループSALで感知及び増幅段階S1が行われ、感知及び増幅段階S1により、第1及び第2キャパシタC1、C2に保存された電荷が段階S2ないしS4によりリセットされる過程が反復される。
【0041】
図5は、初期化段階Iをさらに具体的に示す。図1及び図5を参照すれば、電源が印加されたP後、第1スイッチングユニットSW1及び第2スイッチングユニットSW2がターンオンされる(S2’)。第1スイッチングユニットSW1がターンオンされることで、第1キャパシタC1に残っていられる電荷が放電される。
【0042】
次いで、第1スイッチングユニットSW1がターンオフされる(S3’)。第1スイッチングユニットSW1がターンオフされることで、リセットノイズが発生する。第2スイッチングユニットSW2は基準電圧に維持されるので、前記リセットノイズによる増幅端子Aの電圧変動は第2キャパシタC2に保存される。
【0043】
次いで、第2スイッチングユニットSW2がターンオフされる(S4’)。リセットノイズによる増幅端子Aの電圧変動が第2キャパシタC2に保存された状態であるため、出力端子OUTの出力電圧VOUTは一定に維持される。
【0044】
段階S2’、S3’、S4’は、感知及び増幅ループSALに含まれる段階(図2のS2、S3、S4)と対応する。すなわち、感知及び増幅ループSALでイメージセンサー内の第1及び第2キャパシタC1、C2の電荷を放電させるために行われる段階(図2のS2、S3、S4)が、イメージセンサーの電源印加後に行われる初期化段階(図4のI)にも活用できるということが分かる。
【0045】
図6は、従来の技術によるイメージセンサーの出力電圧が外部条件の変動によって変化する態様を示すグラフである。図7は、本発明の技術的思想による実施形態によるイメージセンサーの出力電圧が外部条件の変動によって変化する態様を示すグラフである。
【0046】
図6を参照すれば、従来の技術によるイメージセンサーの場合、外部条件(例えば、工程、電圧、及び温度など)の変動によって出力電圧が急激に変化(約55mVの変動)することが分かる。かかる出力電圧の変化は、増幅器の制限された利得による入力オフセット電圧が存在し、さらにリセットノイズが発生するためである。前記リセットノイズはさらに、増幅器の入力端に入力されて増幅され、出力電圧に影響を及ぼすため、出力電圧は大幅の散布を持つ。
【0047】
出力電圧が基準電圧を維持せずに外部条件の変動によって急激に変化する場合、検出器の検出動作が正確に行われず、結果的にイメージの品質が低下する。
【0048】
しかし、本発明の技術的思想による実施形態によるイメージセンサーの場合、図7に示したように、外部条件(例えば、工程、電圧、及び温度など)の変動によって出力電圧が相対的に少なく変化(約3mVの変動)することが分かる。したがって、外部条件の変動にもかかわらず出力電圧が基準電圧に維持されて、高品質のイメージが得られる。
【0049】
図8は、本発明の技術的思想による他の実施形態によるイメージセンサー100bを概略的に示す回路図である。この実施形態によるイメージセンサー100bは、図1のイメージセンサー100aの変形例でありうる。以下、実施形態間の重なる説明は省略する。
【0050】
図8を参照すれば、増幅部210は、OP−AMP(operational amplifier)で具現される。この場合、増幅部210の入力端子INは反転入力端子(−)及び非反転入力端子(+)を含み、増幅部210は、反転入力端子(−)及び非反転入力端子(+)間の電圧差を増幅した増幅電圧Vを出力できる。
【0051】
増幅部210の反転入力端子(−)は、検出部110と接続されて検出部110から生成されたパルス電流Iを受信できる。第1キャパシタC1は、反転入力端子(−)と増幅端子Aとの間に接続されて、前記パルス電流Iに基づいた電荷を保存できる。第1スイッチングユニットSW1は、反転入力端子(−)と増幅端子Aとの間に接続されて、第1キャパシタC1に保存された電荷を放電させる。
【0052】
増幅部210の非反転入力端子(+)は、基準電圧端子VREFと接続される。第2スイッチングユニットSW2は、出力端子OUTと非反転入力端子(+)との間に接続され、したがって、第2スイッチングユニットSW2がターンオンされる場合、出力端子OUTは基準電圧に維持される。
【0053】
図9は、図8のイメージセンサー100bの動作につれて現れる増幅電圧V、出力電圧VOUT、パルス電流I、リセット信号R、及び遅延されたリセット信号R’の波形を示すグラフである。
【0054】
図8及び図9を参照すれば、初期化段階Iが行われた結果、出力電圧VOUTは基準電圧状態を維持し、増幅電圧Vは基準電圧に増幅部210のオフセット電圧Voffsetが加えられた電圧状態を維持する。次いで、検出部110によりパルス電流Iが生成されれば、第1キャパシタC1に電荷が保存され、前記電荷が増幅されることで増幅電圧V及び出力電圧VOUTが上昇する(図2のS1参照)。
【0055】
次いで、第1スイッチングユニットSW1及び第2スイッチングユニットSW2がターンオンされる(図2のS2参照)。第1スイッチングユニットSW1がターンオンされるにつれて第1キャパシタC1に保存された電荷が放電され、したがって、増幅電圧V及び出力電圧VOUTが低減する。次いで、第1スイッチングユニットSW1がターンオフされ(図2のS3参照)、それによるリセットノイズが発生する。
【0056】
リセットノイズが発生する間に、第2スイッチングユニットSW2は、遅延部220により遅延されたリセット信号R’を受信するので、ターンオンされた状態を維持する。したがって、出力端子OUTは基準電圧に維持される。さらに、増幅端子Aと出力端子OUTとの間には第2キャパシタが接続されるので、リセットノイズの発生により増幅電圧Vが変化しても、前記増幅電圧Vの変動部分が第2キャパシタC2に保存される。結果的に、出力端子OUTの出力電圧VOUTが第1スイッチングユニットSW1のスイッチング動作により急激に変化する問題点が防止される。
【0057】
図10は、本発明の技術的思想によるさらに他の実施形態によるイメージセンサー100cを概略的に示す回路図である。この実施形態によるイメージセンサー100cは、図8のイメージセンサー100bの変形例である。以下、実施形態らの重なる説明は省略する。
【0058】
図10を参照すれば、イメージセンサー100cは比較部130をさらに備える。
【0059】
イメージ制御部120は、出力端子OUTの出力電圧VOUTをデジタルイメージ情報に変換できる。フォトンカウンティング方式のイメージセンサーで、イメージ制御部120はカウンタを備え、前記カウンタにより検出部110で検出された電荷に基づいて生成された出力電圧VOUTがカウントされることで、デジタルイメージ情報が生成される。
【0060】
選択的に、イメージセンサー100cは、イメージ制御部120と出力端子OUTとの間に接続された比較部130をさらに備える。比較部130は、出力端子OUTの出力電圧VOUTと臨界電圧とを比較でき、比較結果をイメージ制御部120に伝達できる。
【0061】
図11は、本発明の技術的思想による実施形態によるイメージセンシングモジュール10を概略的に示す断面図である。図12は、図11のA−A’による断面図である。
【0062】
図11及び図12を参照すれば、イメージセンシングモジュール10は、直接フォトンカウンティング方式を用いたX線イメージセンシングモジュールでありうる。直接フォトンカウンティング方式は、フォトコンダクターを用いて生成された電流に基づいて映像を得る方式でであり、前記フォトコンダクターは、X線を受信して直接電流を生成できる。一方、間接方式は、シンチレーター及びフォトダイオードなどの光検出器を用い生成された電流に基づいて映像を得る方式で説明される。シンチレーターは、X線を受信して光子を生成し、フォトダイオードなどの光検出器は、前記光子を受信して電流を生成できる。直接フォトンカウンティング方式で、イメージセンシングモジュール10は、X線検出部110及びイメージセンシングチップ170を備える。選択的に、検出部110は、フォトダイオードまたはフォトコンダクターの代わりに、シンチレーターと接続されたフォトマルチプライヤチューブを備える。
【0063】
X線検出部110は、X線を受信して電流を生成できる。X線検出部110は、ビアV及びパッドPを通じてイメージセンシングチップ170と電気的に接続される。
【0064】
イメージセンシングチップ170は、X線検出部110から検出される電流に基づいてデジタルイメージ情報を生成できる。イメージセンシングチップ170は、複数の単一ピクセルPXで構成されたピクセルアレイPAを備える。単一ピクセルPXそれぞれは、図1、図8、及び図10で説明されたイメージセンサー100cを備える。
【0065】
単一ピクセルPXそれぞれが電荷検出増幅部200を備えるという点に留意する必要がある。フォトンカウンティング方式を用いるX線イメージセンシングモジュールの場合、単一ピクセルPXそれぞれが互いに非同期的に動作するので、これらイメージセンシングを個別に処理するために単一ピクセルPXそれぞれに電荷検出増幅部が備えられなければならない。本発明の技術的思想によるイメージセンサーは、単純な回路構成(第2キャパシタ(図1のC2)、第2スイッチングユニット(図1のSW2)及び遅延部(図1の220))のみでCDS(correlation double sampling)技法を具現できる。したがって、個別にCDS技法が適用された単一ピクセルが互いに非同期的に動作でき、それにより高品質のX線デジタルイメージが得られる。
【0066】
図13は、本発明の技術的思想による実施形態に他のX線測定装置300を概略的に示すものである。
【0067】
図13を参照すれば、X線測定装置300は、映像領域310、複数のX線イメージセンシングモジュール10、及び映像処理ユニット330を備える。
【0068】
映像領域310は、対象物を収容する領域であり、前記対象物の映像を測定するために提供された領域である。映像領域310は、X線測定装置300のボディBにより定義される。対象物の固定のために映像領域310内に支持部320が備えられる。X線イメージセンシングモジュール10は、対象物を通過したX線を受信して前記X線をデジタルイメージ情報に変換できる。X線イメージセンシングモジュール10は、図11のX線測定モジュール(図13の10)であるところ、以下でX線イメージセンシングモジュール10についての重なる説明は省略する。映像処理ユニット330は、X線測定モジュール300により生成されたデジタルイメージ情報に基づいて対象物についての映像を生成できる。
【0069】
たとえ、例示的な実施形態によるX線イメージセンシングモジュールが図11ないし図13を参照して説明されたとしても、例示的な実施形態はこれらに制限されない。例示的な実施形態によるイメージセンサーは、X線以外にも電磁スペクトルの他の部分(例えば、可視光線、赤外線など)を検出するように構成された放射センサー及び/または医学測定装置にも適用される。
【0070】
図14は、例示的な実施形態によるイメージセンサーの遅延部の非制限的な例に対応する回路図である。
【0071】
図14を参照すれば、イメージセンサーの遅延部は、部分Cに示されたように、2つのPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタを備え、部分Bに示したように、インバータが前記遅延部に接続されうる。図14の前記遅延部の部分Cを参照すれば、上部PMOSトランジスタに印加されたバイアス電圧Vbiasが制御されて電流Iが増加または減少し、それにより、遅延時間が調節される。
【0072】
たとえ、図14が遅延部の一例を図示しているとしても、例示的な実施形態によるイメージセンサーは、図14に示した遅延部に制限されないということに留意する。当業者ならば、遅延部の他の構成を容易に導出でき、例示的な実施形態によるイメージセンサーの遅延部が他の構成を持つ遅延部に代替できるということが分かる。
【0073】
本発明を明確に理解させるために添付した図面の各部位の形状は例示的なものであると理解せねばならない。図示された形状以外の多様な形状に変形できるということに注意せねばならない。図面に記載された同じ番号は同じ要素を称する。
【0074】
以上で説明した本発明は前述した実施形態及び添付した図面に限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で色々な置換、変形及び変更が可能であるということは、当業者に明らかである。
【産業上の利用可能性】
【0075】
本発明は、X線イメージセンサー及びこれを備えるX線イメージセンシングモジュール関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【0076】
SW1 第1スイッチングユニット
C1 第1キャパシタ
SW2 第2スイッチングユニット
C2 第2キャパシタ
10 イメージセンシングモジュール
100a、110b、100c イメージセンサー
110 検出部
120 イメージ制御部
130 比較部
170 イメージセンシングチップ
200 電荷検出増幅部
210 増幅部
220 遅延部
310 映像領域
320 支持部
330 映像処理ユニット

【特許請求の範囲】
【請求項1】
検出部と、
前記検出部に接続された電荷検出増幅部と、を備え、
前記電荷検出増幅部は、前記検出部から信号を受信して前記信号を増幅するように構成され、
前記電荷検出増幅部は、入力端子及び出力端子を備え、
第1キャパシタ及び第2キャパシタが、前記入力端子と前記出力端子との間に電気的に接続され、
第1スイッチングユニットが、前記入力端子と前記出力端子との間に電気的に接続されることを特徴とするイメージセンシング装置。
【請求項2】
前記電荷検出増幅部は、増幅端子及び前記出力端子と、基準電圧端子との間に接続された第2スイッチングユニットをさらに備え、
前記第1キャパシタは、前記入力端子と前記増幅端子との間に電気的に接続され、
前記第2キャパシタは、前記増幅端子と前記出力端子との間に電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載のイメージセンシング装置。
【請求項3】
前記電荷検出増幅部の前記入力端子は、反転入力端子及び非反転入力端子を備え、
前記増幅端子は、前記反転入力端子及び非反転入力端子間の電圧を増幅することで得られた増幅電圧を出力するように構成されることを特徴とする請求項2に記載のイメージセンシング装置。
【請求項4】
前記反転入力端子は、前記検出部に接続され、
前記非反転入力端子は、前記基準電圧端子に接続されることを特徴とする請求項3に記載のイメージセンシング装置。
【請求項5】
前記第1キャパシタ及び前記第1スイッチングユニットは、前記反転入力端子と前記増幅端子との間に接続され、
前記第2スイッチングユニットは、前記非反転入力端子と前記出力端子との間に接続されることを特徴とする請求項4に記載のイメージセンシング装置。
【請求項6】
前記第2スイッチングユニットに接続された遅延部をさらに備え、
前記第1スイッチングユニットは、リセット信号を受信した後でターンオンされるように構成され、
前記第2スイッチングユニットは、前記遅延部から遅延されたリセット信号を受信した後でターンオンされるように構成され、
前記遅延されたリセット信号は、前記リセット信号を遅延させる前記遅延部から得られることを特徴とする請求項2に記載のイメージセンシング装置。
【請求項7】
前記第1及び第2スイッチングユニットは、リセット信号及び遅延されたリセット信号を受信することでターンオンされるように構成され、
前記第2スイッチングユニットは、前記第1スイッチングユニットに比べてさらに長い時間間隔においてターンオンされるように構成されることを特徴とする請求項2に記載のイメージセンシング装置。
【請求項8】
前記第2キャパシタのキャパシタンスは、前記第1キャパシタのキャパシタンスより大きいことを特徴とする請求項2に記載のイメージセンシング装置。
【請求項9】
前記出力端子の出力電圧をデジタルイメージ情報に変換するように構成されたイメージコントロールユニットをさらに備える請求項1に記載のイメージセンシング装置。
【請求項10】
前記イメージコントロールユニットは、カウンタを備え、
前記イメージコントロールユニットは、前記カウンタと前記電荷検出増幅部の前記出力端子との間に接続された比較部をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載のイメージセンシング装置。
【請求項11】
X線検出部と、
前記X線検出部と接続された少なくとも一つのイメージセンシングユニットを備え、
前記少なくとも一つのイメージセンシングユニットそれぞれは、
前記X線検出部から信号を受信して前記信号を増幅するように構成された電荷検出増幅部を備え、
前記電荷検出増幅部は、入力端子及び出力端子を備え、
第1キャパシタ及び第2キャパシタが、前記入力端子と前記出力端子との間に電気的に接続され、
第1スイッチングユニットが、前記入力端子と前記出力端子との間に電気的に接続されることを特徴とするX線イメージセンシングモジュール。
【請求項12】
前記電荷検出増幅部は、
増幅端子と、
前記出力端子と基準電圧端子との間に接続された第2スイッチングユニットとをさらに備え、
前記第1キャパシタは、前記入力端子と前記増幅端子との間に電気的に接続され、
前記第2キャパシタは、前記増幅端子と前記出力端子との間に電気的に接続され、
前記第1スイッチングユニットは、前記入力端子と前記増幅端子との間に電気的に接続されることを特徴とする請求項11に記載のX線イメージセンシングモジュール。
【請求項13】
前記第2スイッチングユニットに接続された遅延部をさらに備え、
前記遅延部は、リセット信号を受信し、遅延されたリセット信号を出力するように構成され、
前記第1スイッチングユニットは、リセット信号に応答してターンオンされるように構成され、
前記第2スイッチングユニットは、前記遅延されたリセット信号に応答してターンオンされるように構成され、
前記第2スイッチングユニットは、前記遅延されたリセット信号に応答して、前記第1スイッチングユニットがターンオンされた時間よりさらに長い時間間隔においてターンオンされるように構成されることを特徴とする請求項12に記載のX線イメージセンシングモジュール。
【請求項14】
前記第2キャパシタのキャパシタンスは、前記第1キャパシタのキャパシタンスより大きいことを特徴とする請求項12に記載のX線イメージセンシングモジュール。
【請求項15】
前記第1スイッチングユニット及び前記第1キャパシタは、前記入力端子と前記増幅端子との間に並列に接続されることを特徴とする請求項12に記載のX線イメージセンシングモジュール。
【請求項16】
前記出力端子の出力電圧をデジタルイメージ情報に変換するように構成されたイメージコントロールユニットをさらに備える請求項12に記載のX線イメージセンシングモジュール。
【請求項17】
前記少なくとも一つのイメージセンシングユニットは、ビア及びパッドを介してイメージセンシングチップと電気的に接続されることを特徴とする請求項12に記載のX線イメージセンシングモジュール。
【請求項18】
少なくとも一つの入力端子及び少なくとも一つの出力端子を含む増幅ユニットを備え、
第1キャパシタ及び第2キャパシタは、前記少なくとも一つの入力端子の第1入力端子と前記少なくとも一つの出力端子の第1出力端子との間に電気的に接続され、
第1スイッチングユニットが、前記第1入力端子と前記第1出力端子との間に電気的に接続されることを特徴とする電荷検出増幅器。
【請求項19】
前記増幅ユニットは、増幅端子を備え、
第2スイッチングユニットは、前記出力端子と基準電圧端子との間に接続され、
前記第1キャパシタは、前記少なくとも一つの入力端子と前記増幅端子との間に電気的に接続され、
前記第2キャパシタは、前記増幅端子と前記少なくとも一つの出力端子との間に電気的に接続され、
前記第1スイッチングユニットは、前記少なくとも一つの入力端子と前記増幅端子との間に電気的に接続されることを特徴とする請求項18に記載の電荷検出増幅器。
【請求項20】
前記第1キャパシタ及び前記第1スイッチングユニットは、前記入力端子と前記増幅端子との間に並列に接続されることを特徴とする請求項19に記載の電荷検出増幅器。
【請求項21】
前記第2キャパシタのキャパシタンスは、前記第1キャパシタのキャパシタンスより大きいことを特徴とする請求項20に記載の電荷検出増幅器。
【請求項22】
前記第2スイッチングユニットと接続された遅延部をさらに備え、
前記遅延部は、第1パルス幅を持つリセット信号を受信し、前記第2スイッチングユニットをターンオンさせるための遅延されたリセット信号を出力するように構成され、
前記遅延されたリセット信号は、前記第1パルス幅より大きい第2パルス幅を持つことを特徴とする請求項21に記載の電荷検出増幅器。
【請求項23】
前記増幅ユニットは、反転入力端子及び非反転入力端子を含むOP−AMP(operational amplifier)であり、
前記第1キャパシタは、前記反転入力端子と前記増幅端子との間に接続され、
前記第1スイッチングユニットは、前記反転入力端子と前記増幅端子との間に接続され、
前記基準電圧端子は、前記非反転入力端子に接続され、
前記増幅端子は、前記反転入力端子及び非反転入力端子における電圧間の差に基づいて増幅された電圧を出力するように構成されることを特徴とする請求項22に記載の電荷検出増幅器。
【請求項24】
前記出力端子と接続されたイメージ制御部をさらに備え、
前記イメージ制御部は、前記出力端子の出力電圧をデジタルイメージ情報に変換するように構成されることを特徴とする請求項19に記載の電荷検出増幅器。
【請求項25】
前記イメージ制御部は、前記出力端子の前記出力電圧をカウンティングしたものに基づいて、デジタルイメージ情報を生成するように構成されたカウンタを備えることを特徴とする請求項24に記載の電荷検出増幅器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【公開番号】特開2013−70372(P2013−70372A)
【公開日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−205465(P2012−205465)
【出願日】平成24年9月19日(2012.9.19)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung−ro,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do,Republic of Korea
【出願人】(592127149)韓国科学技術院 (129)
【氏名又は名称原語表記】KOREA ADVANCED INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
【住所又は居所原語表記】373−1,Gusung−dong,Yuseong−ku,Daejeon 305−701 KR
【Fターム(参考)】