MedAppl. - How a FPD works - Banner
일상과 함께하는 센싱

우리의 비전은 광학 솔루션 분야의 확고한 선두기업으로서 끊임없는 혁신과 기술 개발 투자를 통해 성장과 발전을 선도하는 것입니다.

MedAppl. - How an FPD works - standard article

픽셀 어레이

평면 패널 검출기(FPD)에서 민감한 부분은 픽셀 어레이입니다. 이것은 치과 X-레이 촬영의 경우 몇 센티미터에서 흉부 영상 촬영의 경우 최대 수십 센티미터에 이르는 면적을 가진 직사각형 또는 사각형 영역입니다.

어레이에는 수천 개의 픽셀이 포함되어 있으며, 각 픽셀은 필요한 공간 해상도에 따라 각 변의 길이가 수십 또는 수백 마이크로미터인 사각형입니다.

X-레이 영상을 촬영할 때마다 픽셀 어레이는 매우 짧게 방사선에 조사됩니다. 픽셀은 이 조사를 수집하여 판독될 때까지 저장합니다. 각 픽셀은 광 다이오드와 스위치로 구성됩니다. 광 다이오드는 충돌하는 X-레이에서 전하를 발생시키는 기본 구성 요소입니다. 이것은 여기에 설명된 것과 같이 직접 또는 간접 변환 방식을 사용하여 구현될 수 있습니다. 

픽셀의 다른 요소인 스위치는 디스플레이 산업에서 파생된 기술인 박막 트랜지스터(TFT)로 주로 구성됩니다. 스위치는 TFT보다 나은 성능을 제공하는 최신 개발인 인듐갈륨아연산화물(IGZO)로 구현될 수도 있으며, 향후 몇 년 안에 FPD에 더 보편적으로 사용될 것으로 예상됩니다.


 

 

평면 패널 검출기(FDP)의 판독 방식

FPD에는 제어 추적 및 신호 추적 그리드가 포함되어 있습니다. 각 제어 추적은 한 열의 모든 픽셀 스위치의 게이트에 연결되고, 각 신호 추적은 한 행의 모든 출력 노드에 연결됩니다. 각 픽셀에서 스위치의 입력 노드는 광 다이오드에 연결됩니다. 따라서, 스위치를 통해 광 다이오드가 신호 추적에 연결될 수 있습니다.

게이트 제어 라인에 전기가 공급되면 모든 스위치가 켜지고 픽셀 열의 광 다이오드가 신호 추적에 연결됩니다. 그러면 충돌하는 X-레이에서 발생하는 전하가 판독 노드로 흐를 수 있게 됩니다. 한 번에 1열씩 스위치가 켜지면서 시스템은 1열씩 모든 열을 판독합니다. 이 절차가 끝나면 FPD는 전체 픽셀 어레이를 판독하게 됩니다. 그러면 픽셀 어레이는 또 다른 X-레이 이미지를 얻을 준비가 됩니다.

이 판독 체계를 구현하기 위해 FPD에는 2개의 중요한 집적 회로(IC) 즉, 판독 IC(ROIC)와 게이트 드라이버 IC가 사용됩니다. 

판독 IC는 픽셀 어레이의 한쪽을 따라 배치되고, 가장 큰 FPD의 경우 판독 시퀀스의 속도를 높이기 위해 마주보는 양쪽에 배치될 수 있습니다. 판독 IC의 입력은 신호 추적입니다. 일반적으로 ROIC는 256 라인을 지원하는 멀티채널 장치입니다. 각 채널에는 아날로그 프론트엔드가 있어 판독 라인의 전하를 수집하고 증폭합니다. 그러면 통합 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 픽셀에서 충돌하는 X-레이에 의해 방출된 에너지에 해당하는 디지털 출력어를 생성하여 컴퓨터에서 처리될 준비가 됩니다.

게이트 드라이버 IC는 ROIC가 배열되어 있는 픽셀 어레이와 직각에 위치하는 픽셀 어레이를 따라 배열되어 있습니다. 이 IC는 제어 라인을 구동하며 따라서 픽셀의 각 열을 따라 모든 스위치를 활성화하거나 비활성화할 수 있습니다. TFT 스위치를 켜는 데 비교적 큰 전압이 필요하기 때문에 게이트 드라이버는 이러한 높은 전압을 처리할 수 있어야 합니다. 그 밖에도 다른 전압 레벨 사이를 빠르게 전환해야 하며, ROIC의 작동을 방해하지 않는 저노이즈 출력을 생성해야 합니다.
 

성능 파라미터 

최종 이미지 품질과 그에 따른 의료 진단의 정확성은 FPD의 여러 파라미터에 따라 달라집니다. ROIC와 게이트 드라이버의 성능은 이러한 파라미터의 대부분에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서, 고성능용으로 특별히 설계되고 제조된 IC를 선택하는 것이 중요합니다. 가장 중요한 성능 파라미터는 다음과 같습니다:

  • X-레이 에너지에 대한 검출기의 감도. 여기에는 광 다이오드의 양자 효율과 간접 변환의 경우 섬광체 효율이 포함됩니다.
  • 공간 해상도. 이것은 픽셀 크기에 따라 달라집니다. 필요한 피치와 일치할 정도로 작게 채널을 설계해야 하기 때문에 ROIC와 게이트 드라이버 개발의 도전 과제이기도 합니다.
  • 판독 시간. 특히 초당 프레임 수(전체 픽셀 매트릭스의 판독)가 높은 동적 응용의 경우. IC는 이러한 속도를 처리할 수 있을 만큼 빨라야 합니다. 판독 단계에서 라인을 변환하는 데 걸리는 시간을 라인 시간이라고 합니다.
  • 이미지 노이즈. 노이즈가 심할수록 디테일을 식별할 수 있는 능력이 떨어지고 선명한 이미지를 얻기 위해 환자가 더 많은 X-레이 방사선량에 노출됩니다.  IC에 의해 추가되는 노이즈는 검출기의 고유 노이즈의 극히 작은 부분이어야 합니다.
  • 전력 소비. 이것은 전기 비용과 환경뿐만 아니라, 배터리 크기와 비용은 물론 휴대용, 배터리 구동 FPD의 유용한 작동 시간에도 영향을 미칩니다.


>> 디지털 X-레이 센서 AS5850B에 대해 자세히 알아보기
​​​​