CN108139268B - 光学脉冲检测装置、光学脉冲检测方法、辐射计数装置和生物测试装置 - Google Patents

光学脉冲检测装置、光学脉冲检测方法、辐射计数装置和生物测试装置 Download PDF

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Abstract

本技术涉及能够进行更准确的辐射计数的光学脉冲检测装置、光学脉冲检测方法、辐射计数装置和生物测试装置。提供了一种光学脉冲检测装置，包括：像素阵列部，其中多个像素以二维格子状排列；AD转换器，其将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值；和输出控制电路，其用于进行将所述数字值与预定阈值进行比较并且将大于所述阈值的数字值作为误差丢弃的误差判定处理。例如，本技术可以适用于辐射计数装置等。

Description

光学脉冲检测装置、光学脉冲检测方法、辐射计数装置和生物 测试装置
技术领域
本技术涉及一种光学脉冲检测装置、光学脉冲检测方法、辐射计数装置和生物测试装置，更具体地，涉及一种能够以更准确的方式进行辐射计数的光学脉冲检测装置、光学脉冲检测方法、辐射计数装置和生物测试装置。
背景技术
对入射到检测器的辐射剂量进行计数同时以入射光子为单位进行单独的能量分离的辐射计数器(光子计数)被应用于诸如测量仪和伽马相机等各种领域。作为检测器，通常使用闪烁体和光电倍增管。辐射计数器对入射到检测器的辐射的能量和数量进行计数。当一个或多个辐射光子入射到闪烁体时，闪烁体发光，并释放具有与辐射能量成比例的光量的可见光脉冲。每当辐射光子入射时就会产生发光脉冲(light-emission pulse)，并且发光脉冲由光电倍增管检测。这里，闪烁体由分隔壁覆盖，其中只有面向光电倍增管的表面处于开口状态。分隔壁遮挡来自外部的可见光的侵入，并且反射从内部产生的光，以允许全部光入射到光电倍增管中。
在辐射计数器中，光电倍增管将发光脉冲转换成电子，并对该电子进行放大以产生模拟电脉冲。模拟电脉冲的脉冲高度与闪烁体的光发射量(即，辐射的能量)成比例。另外，每当一个辐射光子入射时，就输出独立的脉冲，从而辐射计数器可以通过对脉冲数进行计数来获得入射的辐射光子的数量。
辐射计数器中的检测电路对产生的脉冲进行放大和整形以将该脉冲转换成具有适度延迟的模拟波，并且通过AD转换器将模拟波转换成数字值。据此，辐射计数器可以将每个入射的辐射光子的能量导出为数字值。辐射计数器中的数字处理电路将在预定时间段内检测电路的输出结果进行积分，并且导出辐射光子的能谱。能谱表示由辐射计数器计数的辐射光子的每能量的存在比率。据此，辐射计数器可以指定辐射源。另外，可以对从辐射源直接入射的辐射和在中途散射的辐射进行区分。
如上所述，在辐射的光子计数中，主要使用闪烁体和光电倍增管。然而，光电倍增管价格昂贵，并且不适合小型轻量化。另外，光电倍增管易于受到磁场的影响。因此，代替光电倍增管，还提出了其中使用雪崩光电二极管(APD)或硅光电倍增管(SiPM)阵列(例如，参见专利文献1和专利文献2)的构成。
[引用文献列表]
[专利文献]
专利文献1：日本专利申请特开No.2009-25308
专利文献2：PCT日文翻译专利公开No.2011-515676
发明内容
[发明要解决的技术问题]
然而，在使用APD阵列的构成中，输出信号非常微弱，从而由温度引起的输出波动很激烈，并且易于受到外部环境的影响。另外，在使用SiPM阵列的构成中，需要强电场，从而暗电流很大，并且由于后脉冲、串扰等而导致本底噪声很大。另外，由于在APD和SiPM的任何一种构成中都使用了高电压，所以需要附加的电源电路，并且输出是模拟信号。据此，需要在外部附加地安装放大器、积分电路和AD转换电路，并且在信号传输的过程中易于受到外部噪声的影响。
另外，在如上所述使用闪烁的辐射计数中，存在多个误差因素。误差因素中的主要一个是在通过闪烁体发送的辐射直接入射到检测器的情况下发生的过剩信号。另外，在APD、SiPM等中，由于X射线的影响而导致硅晶体破裂，从而随着时间的推移暗电流变弱或者可能产生缺陷像素。
考虑到上述情况而完成了本技术，其目的是实现更准确的辐射计数。
[解决问题的技术方案]
根据本技术第一方面的光学脉冲检测装置包括：像素阵列部，其中多个像素以二维格子状排列；AD转换器，其将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值；和控制电路，其进行将所述数字值与第一阈值进行比较并且将所述数字值中的大于所述第一阈值的数字值作为误差丢弃的误差判定处理。
根据本技术第二方面提供了一种光学脉冲检测方法，其中光学脉冲检测装置包括：像素阵列部，其中多个像素以二维格子状排列；AD转换器，其将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值；和控制电路，其进行将所述数字值与预定阈值进行比较并且将所述数字值中的大于所述阈值的数字值作为误差丢弃的误差判定处理，所述方法包括：将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值；以及进行将所述数字值与所述预定阈值进行比较并且将所述数字值中的大于所述阈值的数字值作为误差丢弃的误差判定处理。
根据本技术的第一方面和第二方面，进行如下误差判定处理：将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值，将转换后的数字值与预定阈值进行比较，并且将所述数字值中的大于所述阈值的数字值作为误差丢弃。
根据本技术的第三方面，提供了一种包括根据第一方面的光学脉冲检测装置和闪烁体的辐射计数装置。所述光学脉冲检测装置检测当辐射入射到所述闪烁体时发光的发光脉冲。
根据本技术的第三方面，当辐射入射到闪烁体时发光的发光脉冲由根据第一方面的光学脉冲检测装置检测。
根据本技术的第四方面，提供了一种包括根据第一方面的光学脉冲检测装置的生物测试装置。所述光学脉冲检测装置检测当用激光照射流体内的样本时激发的荧光或散射光。
根据本技术的第四方面，当用激光照射流体内的样本时激发的荧光或散射光由根据第一方面的光学脉冲检测装置检测。
光学脉冲检测装置、辐射计数装置和生物测试装置可以是独立装置或构成一个装置的内部块。
[本发明的效果]
根据本技术的第一至第四方面，可以以更准确的方式检测微弱脉冲光。
另外，根据本技术的第一至第三方面，可以以更准确的方式进行辐射计数。
此外，本文记载的效果不是限制性的，并且可以是本公开中记载的任何一种效果。
附图说明
图1是示出了本技术适用的辐射计数装置的第一实施方案的构成例的图。
图2是示出了光学检测器的电路构成的图。
图3是示出了像素的电路构成的图。
图4是示出了从各像素输出的数字值的例子的图。
图5是示出了由正常信号构成的像素输出的推定例的图。
图6是示出了由正常信号构成的像素输出的推定例的图。
图7是示出了三种放射性物质的能量分辨率的图。
图8是涉及辐射计数装置的误差判定处理的框图。
图9是示出了误差判定处理的流程图。
图10是涉及辐射计数装置的误差判定处理的框图。
图11是示出了误差判定处理的流程图。
图12是示出了像素的操作序列的时序图。
图13是示出了整个像素阵列部的读出操作的时序图。
图14是示出了在单位检测时间段中发生多次脉冲发光的情况下的应对方法的图。
图15是示出了光学脉冲的计数率与误差发生率之间的关系的图。
图16是示出了控制单位检测时间段的检测周期控制处理的流程图。
图17是示出了提高采样率的控制例的图。
图18是示出了提高采样率的控制例的图。
图19是示出了剂量检测处理的流程图。
图20是示出了在读出时间段中存在脉冲发光的情况下的像素输出例的图。
图21是示出了判定处理的图。
图22是示出了进行全局快门的像素的操作序列的时序图。
图23是变形为不灵敏时间段为零的情况下的时序图。
图24是示出了本技术适用的辐射计数装置的第二实施方案的构成例的图。
图25是示出了光学检测器的半导体基板结构例的图。
图26是示出了像素的另一个电路构成的图。
图27是示出了图26的像素电路的平面布置的图。
图28是示出了图26的像素电路的操作序列的时序图。
图29是示出了在不灵敏时间段为零的情况下图26的像素电路的操作序列的时序图。
图30是示出了作为本技术适用的生物测试装置的流式细胞分析仪的构成例的图。
图31是示出了流式细胞分析仪的光学检测器的微弱脉冲检测状态的图。
具体实施方式
在下文中，对用于实施本技术的方式(在下文中，被称为“实施方案”)进行说明。此外，按照以下顺序进行说明。
1.辐射计数装置的第一实施方案(其中相对于光学检测器配置一个闪烁体的构成例)
2.辐射计数装置的第二实施方案(其中相对于光学检测器配置多个闪烁体的构成例)
3.光学检测器的半导体基板结构例
4.像素电路的另一个构成例
5.光学检测器的另一个应用例
<1.第一实施方案>
<1.1辐射计数装置的构成例>
图1示出了本技术适用的辐射计数装置的第一实施方案的构成例。
图1所示的辐射计数装置1包括受光部11和数据处理部12。受光部11包括闪烁体21、分隔壁22和光学检测器23。
图1的A示出了受光部11的闪烁体21、分隔壁22和光学检测器23的断面图，图1的B示出了受光部11的闪烁体21和光学检测器23的立体图。
当辐射31入射到闪烁体21上时，闪烁体21生成光子32。例如，闪烁体21包括碘化钠(NaI)，并且被加工成面向光学检测器23的表面的尺寸为4mm见方的矩形平行六面体形状。
闪烁体21由遮挡可见光的分隔壁22覆盖。然而，在分隔壁22中，仅面向光学检测器23且靠近其的表面被开口。优选的是，分隔壁22由反射光的放射性物质(例如，铝)构成。据此，能够允许由闪烁体21产生的大部分光子32入射到光学检测器23上。
光学检测器23检测光并生成数字信号。光学检测器23包括面向闪烁体21的受光面，并且多个像素41以二维格子状排列在受光面上。在本实施方案中，假定排列有200(X方向(水平方向))×200(Y方向(垂直方向))的40,000个像素41。稍后说明像素41的细节。光学检测器23通过信号线42将生成的数字信号供给到数据处理部12。
此外，优选的是，利用具有适当折射率的光学粘合剂使闪烁体21和光学检测器23彼此粘结。可选择地，可以在闪烁体21和光学检测器23之间夹设诸如玻璃纤维等导光体。
数据处理部12对从光学检测器23供给的数字信号进行处理以进行辐射计数。另外，数据处理部12导出发光脉冲的光量，并进行入射的辐射的能量判定(基于能量来指定辐射源)。
例如，数据处理部12可以由包括中央处理器(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等的计算机构成。数据处理部12可以通过读出存储在ROM、半导体存储器等中的程序并且通过在CPU中执行该程序来执行稍后说明的各种信号处理。
辐射计数装置1可以具有通过在XY方向上平铺闪烁体21和光学检测器23的组(通过将多个组排列成阵列状)而具有空间分辨率的诸如伽马相机等辐射计数装置的构成。
<1.2光学检测器的构成例>
图2示出了光学检测器23的电路构成。
光学检测器23包括像素阵列部51、检测电路52、开关53、行驱动电路54、时序控制电路55、参考电压生成电路56、输出控制电路57等。例如，构成光学检测器23的各个电路设置在一个芯片中。
在像素阵列部51中多个像素41以二维格子状排列。在下文中，将其中排列有多个像素41的预定方向(图1中的X方向)称为行方向，将与行方向垂直的方向(图1中的Y方向)称为列方向。
相对于像素阵列部51内的一列像素41设置四个检测电路52和四个开关53，并且在图2中示出为检测电路52A～52D以及开关53A～53D。例如，对于像素阵列部51的第0列，第0行的像素41通过垂直信号线58A与检测电路52A和开关53A连接，并且第一行的像素41通过垂直信号线58B与检测电路52B和开关53B连接。第二行的像素41通过垂直信号线58C与检测电路52C和开关53C连接，并且第三行的像素41通过垂直信号线58D与检测电路52D和开关53D连接。以下，类似地，第四行、第八行、······的像素41与检测电路52A和开关53A连接，第五行、第九行、······的像素41与检测电路52B和开关53B连接，第六行、第十行、······的像素41与检测电路52C和开关53C连接，并且第七行、第十一行、······的像素41与检测电路52D和开关53D连接。其他像素列的构成也是如此。另外，像素阵列部51的各像素41也通过控制线59与行驱动电路54连接。
检测电路52根据时序控制电路55的控制将从像素阵列部51内的像素41供给的模拟电信号转换成数字信号，并将该数字信号供给到开关53。
开关53打开和关闭作为连接目标的检测电路52和输出控制电路57之间的路径。配置在各列中的四个开关53遵照顺次选择各列的列驱动电路(图中未示出)的控制，并将保持在作为连接目标的检测电路52中的数字信号供给到输出控制电路57。
行驱动电路54根据时序控制电路55的控制来控制各像素41的驱动。如上所述，在像素阵列部51中，相对于以矩阵形状排列的像素41的一列，设有四个检测电路52A～52D和开关53A～53D。据此，行驱动电路54可以同时选择四个相邻行进行曝光以生成模拟电信号。在同时选择的四行像素41中生成的电信号由检测电路52A～52D读出，并被转换成数字信号。当读出完成时，行驱动电路54对后续的四行进行类似的控制。也就是说，检测电路52A～52D在列方向上以四行为单位读出数字信号，并且当像素阵列部51中的全部行的读出完成时，输出与一帧(即，一个单位的光学脉冲检测)相对应的图像数据。在本实施方案中，在假定像素阵列部51包括200×200的40,000个像素并且四行的处理需要16微秒(μs)的情况下，一帧的读出和输出需要50次处理，从而需要大约0.8毫秒(ms)。
时序控制电路55控制检测电路52、行驱动电路54、参考电压生成电路56等的操作时序。例如，时序控制电路55生成指示行扫描时序的时序控制信号，并将该时序控制信号供给到行驱动电路54。另外，时序控制电路55生成用于控制参考电压供给操作的数模(DAC)控制信号，并将该DAC控制信号供给到参考电压生成电路56。另外，时序控制电路55将用于控制检测电路52的操作的检测控制信号供给到检测电路52。
参考电压生成电路56根据DAC控制信号生成参考电压Vref，并将参考电压Vref供给到检测电路52中的每一个。检测电路52将从像素41供给的模拟像素信号(其电压)与参考电压Vref进行比较，并将模拟像素信号转换成数字信号。
输出控制电路57将数字信号输出到后级的数据处理部12(图1)。稍后说明输出控制电路57的细节。输出控制电路57对与在像素阵列部51的各像素41中检测到的光学脉冲相对应的数字值进行误差判定处理，并在去除和校正误差数据之后输出图像数据。
<1.3像素的电路构成>
接着，参照图3对像素41的电路构成进行说明。
像素41中的每一个都包括光电二极管71、累积节点72、传输晶体管73、放大晶体管74、复位晶体管75、检测节点76和选择晶体管77。例如，作为传输晶体管73、放大晶体管74、复位晶体管75和选择晶体管77，可以使用n型金属氧化物半导体(MOS)晶体管。
光电二极管71是将光子转换成电荷的光电转换元件。光电二极管71通过累积节点72与传输晶体管73连接。光电二极管71从入射到其中形成有像素41的电路的硅基板上的光子产生一对电子和空穴，并将电子累积在累积节点72中。
传输晶体管73根据行驱动电路54的控制将来自累积节点72的电荷传输到检测节点76。检测节点76累积从传输晶体管73传输的电荷，并且生成与所累积的电荷的量相对应的模拟电压。该电压被施加到放大晶体管74的栅极。
复位晶体管75将累积在累积节点72或检测节点76中的电荷取出到电源VDD以用于初始化(复位)。在复位晶体管75中，栅极与行驱动电路54连接，漏极与电源VDD连接，并且源极与检测节点76连接。
例如，行驱动电路54将复位晶体管75与传输晶体管73同时控制为导通状态，以将累积在累积节点72中的电子取出到电源VDD，并将像素41初始化为在累积之前的暗状态，即，光未入射的状态。另外，行驱动电路54仅将复位晶体管75控制为导通状态，以将累积在检测节点76中的电荷取出到电源VDD，并对电荷量进行初始化。
放大晶体管74放大栅极的电压。在放大晶体管74中，栅极与检测节点76连接，漏极与电源VDD连接，并且源极与选择晶体管77连接。放大晶体管74结合通过垂直信号线58与其连接的恒定电流电路78构成源极跟随器，并且检测节点76的电压以小于1的增益输出到垂直信号线58。电压的电信号由包括AD转换器91的检测电路52获取。
选择晶体管77根据行驱动电路54的控制输出电信号。在选择晶体管77中，栅极与行驱动电路54连接，漏极与放大晶体管74连接，并且源极与垂直信号线58连接。
在光电二极管71复位之后进行读出之前的时间段中，像素41在其内部累积经光电转换的电荷，并且输出与在读出时所累积的电荷相对应的信号。像素41在单位时间段内重复进行累积和读出。当在累积期间光学脉冲入射时，像素41可以在读出时获得结果。
作为光电二极管71的类型，由于复位而在电荷排出时完全耗尽的埋入型光电二极管是优选的。埋入型光电二极管71具有检测节点76和光电二极管71的累积节点72在读出时不电容性地耦合的特性。结果，与检测节点76的寄生电容的减少成比例地提高了转换效率，并且可以提高相对于一个光子的入射的灵敏度。另外，光电二极管71的尺寸增大，但转换效率不会劣化。因此，光电二极管71的尺寸越大，相对于相同的光通量密度，每个像素的灵敏度提高得越多。另一方面，在MOS型光电转换元件中也观察到类似的性质。
例如，具有上述构成的像素41不伴有如在APD、SiPM和高电子倍增管中的电子倍增。因此，像素41的输出受到由放大晶体管74或检测电路52内的AD转换器91引起的读出噪声的影响，但是当通过利用上述性质使像素灵敏度最大化时，可以使噪声的影响相对地最小化。也就是说，当检测节点76的寄生电容尽可能地减小，并且光电二极管71的尺寸在能够实现一个电子的传输的范围内增大时，像素41的SN比最大化，从而可以将像素41实现为高灵敏度检测器。
<像素输出例>
例如，辐射计数装置1测量包括当例如一束辐射31被光电吸收到闪烁体21时产生的数千个光子32的微弱发光脉冲。光学检测器23通过包括多个像素41的像素阵列部51来接收作为测量对象的微弱发光脉冲，并产生与各像素41所接收的光量相对应的独立输出。通过AD转换器91将像素41的输出转换成具有大于1位的灰度的数字值。另外，像素41可以检测多个光子。
在光学检测器23的像素阵列部51接收到微弱脉冲光的情况下，以大致均匀且随机地分散到像素41的状态接收微弱脉冲光。因此，即使在接收微弱脉冲光的情况下，像素的输出也变得大致均匀。
图4示出了通过AD转换器91对从各像素41输出的电信号进行AD转换之后的数字值的例子。
在本实施方案中，AD转换器91在转换成具有灰度的数字值之后进行输出，使得一个光子信号被输出为10LSB。这里，LSB是数字值的最小输出单位。此外，除了与光子信号相对应的值以外，输出的数字值还包括读出噪声。也就是说，像素输出变成通过组合光子信号和读出噪声而获得的值。因此，可能由于噪声而输出负值。在图4的输出例中，负值按原样记载，但是可以对所有值施加偏移，或者负值可以四舍五入为零。
光学检测器23是各个都为具有灰度输出的高灵敏度光学检测单元的像素41的集合体。光学检测器23的各像素41的输出信号极其微小而使得不会类似于APD或Si-PM由于强电场而进行电子倍增。因此，输出信号包括显著的读出噪声，从而使得入射到各像素41的光子的数量不清楚。然而，当对像素41的像素输出进行求和时，可以高精度地导出与一束辐射相对应的脉冲光量。
另一方面，在光学检测器23中，在辐射透过闪烁体21并直接入射到像素阵列部51上的情况下，或者在像素阵列部51内产生缺陷像素的情况下，像素41局部产生大的输出信号。因此，需要将局部产生的大的输出信号作为异常输出信号排除。
这里，光学检测器23具有重点关注像素阵列部51内的正常信号与异常信号之间的分布差异并且仅选择性地丢弃异常信号的功能。也就是说，光学检测器23进行将局部产生的大的输出信号看作不能从正常信号统计地存在的信号的处理。
高电子倍增管或典型的APD检测单个检测器中的脉冲光，并产生与光量相对应的模拟脉冲。SiPM通过像素阵列接收脉冲光，但只有光子入射到其上的像素以二进制形式输出恒定的电荷脉冲。另外，最终输出强度由脉冲发射像素的数量确定。也就是说，在高电子倍增管、APD、SiPM等中的任一个中，与光学检测器23不同的是，呈二维格子状的各像素41不进行灰度输出，从而难以如光学检测器23那样进行从像素阵列部51内的分布判断输出值的异常并排除输出值的处理。
<1.4误差判定处理>
对光学检测器23中的从像素阵列部51的像素41的像素输出判断异常值并丢弃异常值的误差判定处理进行详细说明。
图5和图6示出了由正常信号构成的像素输出的推定例。
假定闪烁体21针对包括锝(Tc)99m、铯(Cs)137和钾(K)40的三种放射性物质的辐射发光，并且光学检测器23接收总光发射量的80％。在具有200×200的排列的像素阵列部51被构造为30μm见方的情况下，各像素41的信号电荷(即，入射光子数)的发生概率(从0e-累积)如图5和图6所示。根据泊松累积分布(Poisson accumulation distribution)，可以从作为测量对象的辐射能量的上限预期的平均像素信号λs导出发生概率。
根据泊松分布，在平均像素信号λs中发生k个光子入射的概率P(k)为如下所示。
P(k)＝(λs)k*e-λs/k！
图5所示的泊松累积分布是k设定为0的P(0)、k设定为1的P(1)、k设定为2的P(2)的累积。
此外，平均像素信号λs是通过将光学检测器23上的有效入射光子数N除以总像素数而获得的值，并且可以如下近似导出。
λs＝N/总像素数
N＝闪烁体的总发光量×辐射能量×闪烁光到光学检测器的入射率×光学检测器的量子效率
这里，闪烁体的总发光量是由闪烁体21确定的特性值，光学检测器的入射率以及光学检测器的量子效率是由分隔壁22或像素41的结构确定的并且是光学检测器23所固有的值。
假定输出信号的发生概率高达99.999％被覆盖为正常信号。此时，例如，在1460keV以下的辐射(对应于K40的衰减伽马射线)作为测量对象的情况下，从图5和图6可以看出，超过8e-的像素信号被视为某种误差。当将与读出噪声相对应的余量(例如，3e-)添加到超过8e-的像素信号时，可以将11e-设定为异常信号的阈值。也就是说，当光学检测器23从帧的全部输出信号中丢弃超过11e-的输出信号时，可以在接收正常信号的同时几乎完全消除伪信号的影响。
在作为单个受光元件的高电子倍增管或APD以及其中各像素是二进制输出的SiPM中，基本上难以将异常信号和正常信号彼此分离。
在上述例子中，假定将99.999％的累积分布设定为阈值，但是考虑到设备所允许的误差率、判定的便利性等，可以灵活地设定阈值。例如，在许多情况下，即使在阈值被设定为大约100e-的情况下，也可以去除大多数误差因素。
在各像素41的读出噪声σn被设定为0.5e-rms的情况下，200×200的像素阵列部51中的总噪声被计算为100e-rms。总噪声和有效入射光子数N的偏差的组合是关于光学检测器23的噪声，并且以半峰全宽[％]计算的光学检测器23的能量分辨率Rp推定如下。
Rp＝2.35*(N+σn2*总像素数)0.5/N
图7示出了在将各像素41的读出噪声σn设定为0.5e-rms的情况下，光学检测器23对于包括Tc 99m、Cs 137和K 40的三种放射性物质的能量分辨率Rp。
即使在与所计算的各种放射性物质的能量分辨率Rp相比各像素41中的光子入射量不清楚的情况下，也可以看出，当对像素输出进行求和时，从统计上确保了脉冲光量的检测精度。
图8是涉及将异常信号作为误差去除的误差判定处理的框图。
误差判定处理可以由光学检测器23内的输出控制电路57进行。
输出控制电路57包括比较器101、阈值寄存器102、误差计数器103、加法器104、和信号寄存器105以及信号校正部106。
在单位检测时间段中，将入射到像素阵列部51的预定像素41上的光学脉冲光电转换成模拟像素信号，并且将所得到的像素信号供给到与像素41相对应的检测电路52。检测电路52的AD转换器91将所供给的模拟像素信号转换成具有大于1位的灰度的数字值，并将所得到的数字值供给到输出控制电路57的比较器101。
比较器101将从检测电路52供给并且作为预定像素41的像素输出值的数字值与从阈值寄存器102读出的阈值进行比较，以判定像素输出值是否是误差。根据像素输出值和阈值之间的比较结果，在判定像素输出值大于阈值并且是误差的情况下，比较器101丢弃像素输出值，并且使误差计数器103的计数值递增。另一方面，在判定像素输出值不是误差的情况下，比较器101将像素输出值供给到加法器104。
阈值寄存器102存储针对每种使用情况而不同的多个阈值，并且根据需要将多个阈值供给到比较器101。误差计数器103基于从比较器101供给的指令来使内部计数器递增或复位。
加法器104将从比较器101供给的像素输出值与从和信号寄存器105供给的和相加，并将相加结果供给到和信号寄存器105。和信号寄存器105将存储在其内的和供给到加法器104，并且将由加法器104新供给的和覆写到此时存储的和上，并存储所得到的和。另外，在与一帧相对应的求和结束的情况下，和信号寄存器105将存储在其内的和供给到信号校正部106。
误差计数器103存储像素输出值被判定为误差的次数(计数值)，并将该计数值供给到信号校正部106。
信号校正部106基于从误差计数器103供给的误差计数值，进行将从和信号寄存器105供给的和校正为与一帧相对应的和的校正处理。具体地，在其中像素阵列部51的像素41的总数是M并且误差的数目是E的情况下，存储在和信号寄存器105中的和是(M-E)个像素的总输出值。信号校正部106通过将存储在和信号寄存器105中的和乘以M/(M-E)来校正成与M个像素相对应的和。然而，在E远小于M的情况下，可以省略校正。
参照图9中的流程图对由输出控制电路57进行的误差判定处理进行说明。
例如，假设像素阵列部51的与一帧相对应的像素41的像素输出值例如按照诸如光栅扫描顺序等预定顺序顺次地供给到输出控制电路57，那么图9中的误差判定处理在当供给与一帧相对应的第一像素41的像素输出时开始。
首先，在步骤S1中，比较器101通过判定所供给的预定像素41的像素输出值是否大于从阈值寄存器102读出的阈值来判定像素输出值是否是误差。
在步骤S1中，在判定所供给的像素输出值大于阈值并且是误差的情况下，处理进行到步骤S2，比较器101丢弃像素输出值，并且使误差计数器103的计数值(误差计数值)递增。
另一方面，在步骤S1中，在判定所供给的像素输出值等于或小于阈值并且不是误差的情况下，处理进行到步骤S3，比较器101将像素输出值供给到加法器104。另外，加法器104将从比较器101供给的像素输出值与从和信号寄存器105获取的和相加，并将相加之后的和供给到和信号寄存器105。
接着，在步骤S4中，和信号寄存器105将从加法器104供给的和覆写为新和，并且存储该和。
在步骤S5中，输出控制电路57判定是否已经进行了与一帧相对应的全部像素41的像素输出值与阈值之间的比较。
在步骤S5中，在判定没有完成对与一帧相对应的全部像素的比较的情况下，处理返回到步骤S1。另外，针对从检测电路52供给的后续像素输出值，重复进行步骤S1～S5中的处理。
另一方面，在步骤S5中，在判定完成对与一帧相对应的全部像素的比较的情况下，处理进行到步骤S6，信号校正部106基于从误差计数器103供给的误差计数值，将从和信号寄存器105供给的和校正为与一帧相对应的和。另外，信号校正部106将表示校正之后的和的和信号作为光学检测器23的输出信号供给到后级的数据处理部12，并且结束误差判定处理。
如上所述，在误差判定处理中，输出控制电路57将像素输出值与从阈值寄存器102读出的阈值进行比较，并在丢弃作为误差的像素输出值之后输出通过仅将判定为正常信号的像素输出值相加而获得的和信号。据此，可以更准确地检测微弱脉冲光，并且可以更准确地进行辐射计数。
在上述误差判定处理中，输出控制电路57在对与作为误差丢弃的像素相对应的信号进行校正之后进行输出。然而，根据误差像素的数量，可以省略校正处理。
上述误差判定处理是以一个像素为单位进行异常信号的判定的例子，但是可以以两个像素为单位或以少数的多个像素的组为单位进行异常信号的判定。在这种情况下，光学检测器23导出每个像素组的像素输出值的总值，并且将其中像素输出值大于阈值的像素组的总值丢弃并且不将该像素值添加到和。在像素组中进行误差判定处理的情况下，正常信号的像素输出值可能包含在被丢弃的和中。因此，如果组单位的大小增大，则像素信息的缺失与该增大成比例地发生。因此，在以像素组为单位进行异常信号判定的情况下，优选的是，构成一个像素组的像素的数量是全部像素的1/100以下。
另外，在上述误差判定处理中，输出控制电路57将与一帧相对应的全部像素的数据相加，并将和输出到后级的数据处理部12，但是相加和输出单位可以设定为行、多行或者由多个像素构成的块。在这种情况下，通过后级的数据处理部12等将与像素阵列部51的像素数量相对应的除了与误差相对应的像素输出值之外的像素输出值彼此相加，并且可以通过使用所得到的和来导出脉冲光量。
另外，上述例子是光学检测器23内的输出控制电路57进行误差判定处理的例子，但是光学检测器23的后级的数据处理部12可以进行误差判定处理。
上述误差判定处理对于去除作为在半导体基板上形成的像素的初始缺陷的白点(white spot)、闪烁白点(flickering white spot)或不规则地发生的突发噪声(burstnoise)的影响也是有效的。另外，误差判定处理适用于微小光学脉冲的一般测量，而不限于辐射计数。此时的阈值可以根据泊松累积分布由从作为测量对象的脉冲强度的上限预期的平均像素信号λs导出。
然而，在像素的读出噪声十分小的情况下，当不仅设定上述上限的阈值，而且设定关于下限的阈值并且针对每个像素进行类似的误差判定时，可以进一步改善脉冲光量的检测精度。
在图4所示的输出分布中，一个光子入射到其上的像素具有在与一个光子信号相对应的10LSB附近的与读出噪声相对应的波动。例如，0.4e-rms的读出噪声对应于4LSB，但是此时，出现大于作为2σ的8LSB的波动，并且小于2LSB的信号的输出概率为98％以下。也就是说，通过误差判定处理，即使小于2LSB的信号被视为无信号并且被从计数中去除，也获取了98％的光子信号，从而灵敏度的降低很小。
另一方面，光子未入射到其上的无信号像素在0LSB附近具有相似的波动，但是当2LSB以下的像素被视为无信号像素时，98％的波动分量被过滤。
如以上本技术中所述的，在通过使用包括多个像素的像素阵列的总输出来导出入射光量的情况下，无信号像素的波动分量的过滤直接引起光量判定的精度的改善。
图10是涉及在不仅设定上限阈值而且设定下限阈值的情况下的误差判定处理的框图。
图10和图8的区别在于，在输出控制电路57中，图8中的阈值寄存器102用图10中的上限阈值寄存器102A和下限阈值寄存器102B代替。
上限阈值寄存器102A存储与图8的阈值寄存器102中的阈值类似的上限的阈值(上限阈值)，并根据需要将上限阈值供给到比较器101。相比之下，下限阈值寄存器102B存储与图8的阈值寄存器102中的阈值不同的下限的阈值(下限阈值)，并根据需要将下限阈值供给到比较器101。与阈值寄存器102类似，上限阈值寄存器102A和下限阈值寄存器102B存储针对每种使用情况而不同的多个上限阈值或多个下限阈值。
图11是由图10所示的输出控制电路57进行的误差判定处理的流程图。
在图11的误差判定处理中，图9的误差判定处理中的步骤S1用步骤S1A代替。
在步骤S1A中，比较器101通过判定所供给的预定像素41的像素输出值是否在从上限阈值寄存器102A读出的上限阈值和从下限阈值寄存器102B读出的下限阈值的范围外来判定像素输出值是否是误差。
在步骤S1A中，在判定所供给的像素输出值在上限阈值和下限阈值的范围外并且是误差的情况下，处理进行到步骤S2。另一方面，在判定像素输出值在上限阈值和下限阈值的范围内的情况下，处理进行到步骤S3。
步骤S2～S6中的处理与参照图9说明的误差判定处理类似，从而省略对其的详细说明。在上限阈值和下限阈值的范围外的像素输出值被称为“误差”，并且使误差计数值递增。另外，对在上限阈值和下限阈值范围内的像素输出值进行求和，并且将该和校正为与一帧相对应的和。将所得到的和作为光学检测器23的输出信号供给到后级的数据处理部12。
如上所述，针对像素输出值，不仅设定上限阈值而且设定下限阈值，并且将任意像素输出值排除为误差数据。结果，可以进一步改善脉冲光量的检测精度。
<像素41的操作序列>
参照图12对像素41的操作进行说明。图12是示出了像素41的操作序列的时序图。
在紧接在曝光时间段之前的时机T1，行驱动电路54将传输晶体管73和复位晶体管75控制为导通状态。由于该控制而将累积在光电二极管71和传输晶体管73之间的累积节点72中的全部电荷排出到电源VDD。该控制被称为“PD复位”。
随后，行驱动电路54将传输晶体管73控制为截止状态。由于该控制而使累积节点72进入浮动状态，并且开始新的电荷累积。另外，行驱动电路54在PD复位之后将复位晶体管75控制为截止状态。此外，在电荷累积期间，复位晶体管75可以照原样处于导通状态。
另一方面，将选择晶体管77控制为截止状态，以实现对连接到垂直信号线58的其他像素41的访问。
另外，在曝光时间段结束之前的时机T2，行驱动电路54将复位晶体管75和选择晶体管77控制为导通状态。由于选择晶体管77进入导通状态，所以被选择的像素41与垂直信号线58连接。另外，由于复位晶体管75进入导通状态，所以作为放大晶体管74的输入的检测节点76和电源VDD短路。据此，在被选择的像素41中生成参考电位。
当从时机T2起经过了预定的高脉冲时间段时，行驱动电路54将复位晶体管75控制为截止状态。由于该控制，所以检测节点76的电位由于与复位晶体管75的栅极耦合而从参考电位下降一定程度，并且检测节点76进入浮动状态。另外，此时在检测节点76中出现显著的kTC噪声。通常，作为检测节点76，可以使用浮动扩散层。因此，通过将复位晶体管75设定为导通状态来将检测节点76的电位复位的控制被称为“FD复位”。
检测电路52在FD复位和曝光时间段的结束之间进行N次(例如，四次)采样。由于采样，所以通过检测电路52的AD转换器91将垂直信号线58的电位信号转换成作为复位信号的数字信号Ds1。复位信号的多次采样被视为相关双采样中的第一次读出。
另外，在紧接在曝光时间段的结束之前的时机T4，行驱动电路54将传输晶体管73控制为导通状态。由于该控制而将累积在累积节点72中的电荷传输到检测节点76。此时，当检测节点76的电位十分深时，累积在累积节点72中的全部电子被传输到检测节点76，并且累积节点72进入完全耗尽状态。当从时机T4起经过了预定的高脉冲时间段时，行驱动电路54将传输晶体管73控制为截止状态。由于该控制，所以与传输晶体管73的操作之前的电位相比，检测节点76的电位进一步下降累积电荷量(即，电位变浅)。与该下降相对应的电压由放大晶体管74放大，并输出到垂直信号线58。
检测电路52在传输晶体管73被控制为截止状态的时刻与后续时机T6之间进行N次(例如，四次)采样。在采样中，通过检测电路52的AD转换器91将垂直信号线58的电位信号转换成作为累积信号的数字信号Ds2。累积信号的多次采样被视为相关双采样中的第二次读出。
检测电路52将作为采样的累积信号的数字信号Ds2和作为复位信号的数字信号Ds1进行比较，并且基于比较结果计算与入射光子量相对应的像素输出值。
更具体地，检测电路52将全部的多个采样数字信号Ds1相加，并且计算其平均值。类似地，也将全部的多个采样数字信号Ds2相加，并且计算其平均值。检测电路52获取数字信号Ds1的平均值与数字信号Ds2的平均值之间的差作为净累积信号。净累积信号变成与入射光子量相对应的像素输出值。当数字信号Ds1和Ds2之间的差被设定为净累积信号时，FD复位期间发生的kTC噪声被消除。
如上所述，可以通过对数字信号Ds1和Ds2进行N次(多次)采样来降低噪声，但是采样次数也可以是一次。另外，在对数字信号进行多次采样的情况下，可以不计算平均值而在总值状态下将信号处理为N倍信号。
各像素41的曝光时间段是复位操作和读出操作之间的时间段，并且准确地说是从传输晶体管73在时机T1导通之后的截止与传输晶体管73在时机T4导通之后的截止之间的时间段。当光子在曝光时间段入射到光电二极管71并生成电荷时，所生成的电荷变为由复位信号和累积信号之间的差表示的净累积信号，并且根据上述序列通过检测电路52导出。
此外，在曝光结束之后，到达后续时机T1之后开始曝光之前的时间变为不灵敏时间段。在从装置的灵敏度的角度来看出现不灵敏时间段不适合的情况下，读出的行可以立即经受PD复位。可选择地，可以省略PD复位，并且时机T4处的电荷传输也可以用作时机T1处的PD复位。当省略PD复位时，紧接在曝光结束的电荷传输之后开始光电二极管71中的后续电荷累积。据此，不灵敏时间段变为零。在这种情况下，曝光时间由帧频确定。
然而，例如，在连接到像素阵列部51内的检测电路52A～52D的各个像素41被视为像素组并且以像素组为单位进行数据处理的情况下，可以极大地简化读出过程。也就是说，像素阵列部51内的检测电路52A连接有50个像素41，并且检测电路52B～52D也是如此。在将50个像素41设定为像素组的状态下，在检测电路52A～52D内可以容易地进行相对于复位信号和累积信号的针对每个像素组进行像素输出值相加并且将差设定为像素组的净累积信号的总输出的处理。因此，不需要将以四行为单位进行AD转换的一组数据传输到输出控制电路57，并且各像素组可以一帧一次传输净累积信号的总输出。
在以像素组为单位进行读出处理的情况下，输出控制电路57以像素组为单位进行误差判定处理。在以像素组为单位进行异常信号判定的情况下，构成一个像素组的像素的数量优选地如上所述设定为全部像素的1/100以下。在本实施方案中，检测电路52A～52D的共享像素的数量是50，从而构成一个像素组的像素的数量是包括200×200像素的像素阵列部51的全部像素的1/800，由此满足1/100以下。
<整个像素阵列部51的读出序列>
接着，参照图13对在以四行为单位同时进行像素输出的情况下整个像素阵列部51的读出操作进行说明。
图13是示出了一帧的像素数据的读出序列的时序图。在图13中，纵轴表示行地址，横轴表示时间。
在光学检测器23中，以相同的时间间隔对全部像素以四行为单位进行像素数据的读出。以四行为单位同时选择像素阵列部51的像素行，并且从较低位址(lower address)顺次地进行访问。在下一级，像素输出被记载为四行的总值。
在最简单的方法中，各像素41在被读出后立即经受PD复位，并且开始微小脉冲光检测。另外，在经过恒定的单位检测时间段TACC之后，顺次地进行读出。在从读出TRD1的结束时刻到后续读出TRD2的开始时刻的单位检测时间段TACC内入射的发光脉冲在读出TRD2的读出时作为帧数据输出。
在辐射的入射频率(即，发光脉冲的发生频率)较低并且单位检测时间段TACC相对于读出时间段可以设定为十分长的情况下，或者在发光脉冲发生时机可以通过外部机器等来控制的情况下，如图13所示，在读出操作中不存在问题。
然而，在发光脉冲的发生频率相对较高并且时机未知的情况下，存在以下两个问题。一个问题是在单位检测时间段TACC中可能存在多次脉冲发光的问题，另一个问题是在读出时间段中可能存在脉冲发光的问题。在下文中，对这两个问题的具体发生例及其应对方法进行说明。
<在单位检测时间段TACC中存在多次脉冲发光的情况下的应对方法>
首先，对在单位检测时间段TACC中存在多次脉冲发光的情况下的应对方法进行说明。
图14的A是示出了在单位检测时间段TACC中存在多次脉冲发光的例子的图。
图14的A示出了两束辐射入射到闪烁体21上，从而在从读出TRD2的结束时刻到后续读出TRD3的开始时刻的单位检测时间段TACC内发生脉冲发光的状态。在这种情况下，难以从在读出TRD3中读出的像素数据获得正确的辐射能量。
对于这个问题，如图14的B所示，光学检测器23通过缩短像素41的累积时间(即，单位检测时间段TACC)来应对该问题。也就是说，首先，预先判定在光学检测器23中允许的误差发生率。另外，在从测量数据预期到误差发生率高于预先判定的误差发生率的情况下，光学检测器23缩短单位检测时间段TACC并提高读出频率。
与在辐射计数等中一样，在随机发生发光脉冲的情况下，误差发生率也符合泊松分布，从而可以从发光脉冲的计数率来预测误差发生率。
图15的A是示出了发光脉冲的计数率Ps相对于单位检测时间段TACC中的发光脉冲的平均发光次数λp的图。
发光脉冲的计数率Ps是发光脉冲检测比率，并且是在单位检测时间段TACC中发生1次以上的发光的概率。
这里，发生k次发光的概率可以由下式表示。
P(k)＝(λp)k*e-λp/k！
发光脉冲的计数率Ps变为概率P(k)中从k＝1到k＝∞的累积。仅在k＝1的情况下，能量被正确地检测，并且这种情况对应于图15的A的图中的虚线。
图15的A中的实线与虚线之间的差表示错误检测。例如，当发光脉冲的计数率Ps为0.08时，作为实际平均发光次数λp，预期为0.0834，虚线中的正确的能量检测比率为0.0767。此时的差0.0033是错误检测的发生概率，并且对应于发光脉冲的计数率Ps的4.1％。
也就是说，在发光脉冲的计数率Ps为8％的情况下，误差发生率为4.1％，可以判定在计数的像素数据的4.1％处发生两次以上的发光，从而在能量检测中发生误差。
图15的B是示出了此时的发光脉冲的计数率Ps和误差发生率之间的关系的图。
根据如图15的B所示的发光脉冲的计数率Ps和误差发生率之间的关系，例如，在期望将误差发生率保持在1％以下的情况下，可以通过缩短像素41的累积时间(即，单位检测时间段TACC)来缩短检测周期，以使发光脉冲的计数率Ps变为2％以下。
<检测周期控制处理的流程图>
图16示出了基于允许的误差发生率来控制单位检测时间段TACC的检测周期控制处理的流程图。例如，当辐射计数装置1进行辐射计数时开始该处理。
首先，在步骤S21中，辐射计数装置1以预定采样率进行预先确定的预定次数的采样(即，发光脉冲检测)。例如，光学检测器23以100次/秒的采样率进行总计500次的采样。数据处理部12基于从光学检测器23发送的像素输出值来进行辐射计数。此外，在检测周期控制处理的首次的步骤S21中，光学检测器23以预先确定的初始采样率进行预定次数的采样。在第二次以后的步骤S21中，以与后述的步骤S24、S26或S27的处理结果相对应的采样率进行预定次数的采样。
在步骤S22中，数据处理部12根据在步骤S21中进行的预定次数的采样中检测到发光脉冲的次数来计算发光脉冲的计数率Ps。例如，在500次采样中检测到发光脉冲的次数是15次的情况下，发光脉冲的计数率Ps变为0.03(3％)。
在步骤S23中，数据处理部12判定所计算的发光脉冲的计数率Ps是否在限定范围内。例如，在允许的误差发生率判定为3％的情况下，从图15的B所示的图可以看出，相应的发光脉冲的计数率Ps变为大约6％，从而在输出控制电路57中设定例如3％～6％的范围作为发光脉冲的计数率Ps的限定范围。在这种情况下，数据处理部12判定所计算的发光脉冲的计数率Ps是否在3％～6％的范围内。
在步骤S23中，在判定所计算的发光脉冲的计数率Ps在限定范围内的情况下，处理进行到步骤S24，并且数据处理部12保存辐射计数结果。所保存的辐射计数结果用于导出能量分布。
另一方面，在步骤S23中，在判定所计算的发光脉冲的计数率Ps小于限定范围的情况下，例如，在允许的误差发生率判定为3％的上述例子中，在所计算的发光脉冲的计数率Ps是2％的情况下，处理进行到步骤S25，并且数据处理部12保存辐射计数结果。另外，在步骤S26中，数据处理部12将采样率改变为其中累积时间与当前时间相比进一步延长的采样率，并且将改变后的采样率供给到光学检测器23。当累积时间延长时，可以减少数据处理量和功耗。
另一方面，在步骤S23中，在判定所计算的发光脉冲的计数率Ps大于限定范围的情况下，例如，在允许的误差发生率判定为3％的上述例子中，在所计算的发光脉冲的计数率Ps是7％的情况下，处理进行到步骤S27，并且数据处理部12将采样率改变为其中累积时间与当前时间相比进一步缩短的采样率，并且将改变后的采样率供给到光学检测器23。因此，在判定所计算的发光脉冲的计数率Ps大于限定范围的情况下，辐射计数结果被丢弃而不被保存。
在步骤S24、S26或S27之后，处理返回到步骤S21，并且重复步骤S21～S27中的上述处理。
连续地进行上述检测周期控制处理，直到辐射计数装置1结束辐射计数，并且当结束辐射计数时，例如通过使用者的指示操作等结束上述检测周期控制处理。
如上所述，根据检测周期控制处理，进行以下控制。也就是说，当所计算的发光脉冲的计数率Ps小于限定范围时，延长累积时间以降低采样率，并且当所计算的发光脉冲的计数率Ps大于限定范围时，缩短累积时间以提高采样率。
此外，单位检测时间段TACC的最小值为0，并且此时的时序图如图17所示。在一帧的读出TRD的时间段为0.8毫秒的情况下，检测周期变为0.8毫秒，采样率变为1,250次/秒。
另外，如图18所示，也可以通过设定仅使用像素阵列部51的一部分像素行而不使用全部像素行来提高采样率。例如，假定对于一帧中的200行的像素阵列部51，利用四行共同访问来进行50次读出处理。相比之下，例如，驱动控制被改变为仅使用在开口表面中央附近的20行，读出处理在五次时结束。在检测中，只有10％的入射脉冲光被检测到，从而能量分辨率很微弱，但采样率变成12,500次/秒，这是上述采样率的十倍。
还考虑到，即使在通过仅使用像素阵列部51的一部分像素行等来提高采样率，并且因此采样率达到辐射计数装置1的上限值的状态下，所计算的发光脉冲的计数率Ps也被判定为大于限定范围。在这种情况下，能量的检测变得很困难。
然而，即使在采样率达到辐射计数装置1的上限值的状态下，在判定所计算的发光脉冲的计数率Ps大于限定范围的情况下，也可以通过以下处理来测量辐射量。
在图16的检测周期控制处理中，当将与采样率的上限值相对应的发光脉冲的计数率Ps设定为例如第一计数率Ps_A1的情况下，在辐射计数装置1中，除了计数率Ps_A1之外，还设定了大于计数率Ps_A1的第二计数率Ps_A2。在发光脉冲的计数率Ps变为第二计数率Ps_A2之前，辐射计数装置1的数据处理部12根据图15的A所示的发光脉冲的计数率Ps与平均发光次数λp之间的关系式从所计算的发光脉冲的计数率Ps来计算平均发光次数λp。例如，在辐射以与采样率相同的频率入射的情况下，发光脉冲的计数率Ps变为大约0.63，并且数据处理部12基于发光脉冲的计数率Ps与平均发光次数λp之间的关系式来导出平均发光次数λp。
另一方面，在发光脉冲的计数率Ps大于第二计数率Ps_A2的情况下，数据处理部12降低采样率，并且导出积分的辐射量。
也就是说，在降低采样率的状态下进行采样的情况下，当将各帧中入射的辐射束的数量设定为M、将发光脉冲的光量积分值的平均值设定为Ap并且将偏差设定为σp时，满足以下关系。
Ap＝ηM
σp＝η√M
各帧中的入射的辐射束的数量M由下式表示。
M＝(Ap/σp)2
因此，数据处理部12通过使用针对每帧的光量积分值的平均值Ap和偏差σp来获取辐射束的数量M。
参照图19中的流程图对还包括高辐射量的检测的剂量检测处理进行说明。
首先，在步骤S41中，辐射计数装置1以预定采样率进行预先确定的预定次数的采样，并且计算发光脉冲的计数率Ps。
在步骤S42中，辐射计数装置1判定所计算的发光脉冲的计数率Ps是否等于或小于第一计数率Ps_A1。
在步骤S42中，在判定所计算的发光脉冲的计数率Ps等于或小于第一计数率Ps_A1的情况下，处理进行到步骤S43，并且辐射计数装置1导出检测到的发光脉冲(单脉冲)的光量。在步骤S43之后，处理返回到步骤S41。
另一方面，在步骤S42中，在判定所计算的发光脉冲的计数率Ps大于第一计数率Ps_A1的情况下，处理进行到步骤S44，并且辐射计数装置1判定当前采样率是否是辐射计数装置1的上限值。
在步骤S44中，在判定当前采样率不是上限值的情况下，辐射计数装置1提高采样率，处理返回到步骤S41。
另一方面，在步骤S44中，在判定采样率是上限值的情况下，处理进行到步骤S46，并且辐射计数装置1判定所计算的发光脉冲的计数率Ps是否等于或小于第二计数率Ps_A2。
在步骤S46中，在判定所计算的发光脉冲的计数率Ps等于或小于第二计数率Ps_A2的情况下，处理进行到步骤S47，并且辐射计数装置1根据发光脉冲的计数率Ps与平均发光次数λp之间的关系式从所计算的发光脉冲的计数率Ps来计算平均发光次数λp，以导出辐射量。在步骤S47之后，处理返回到步骤S41。
另一方面，在步骤S46中，在判定所计算的发光脉冲的计数率Ps大于第二计数率Ps_A2的情况下，处理进行到步骤S48，并且辐射计数装置1降低采样率并导出积分的辐射量。也就是说，辐射计数装置1通过使用式M＝(Ap/σp)2来导出辐射束的数量M。在所导出的辐射量等于或大于预定值的情况下，重复步骤S48中的积分的辐射量的导出，并且在所导出的辐射量小于预定值的情况下，处理可以返回到步骤S41中的处理。
在图19中，由虚线框围住的步骤S41～S45中的处理是与图16中的检测周期控制处理相对应的部分。
如上所述，作为高辐射量的对策，可以通过分成三个步骤的以下处理来检测辐射量。
(1)第一步骤：在采样率达到上限值之前，缩短累积时间以使发光脉冲的计数率Ps变得等于或小于第一计数率Ps_A1，从而提高采样率。
(2)第二步骤：在采样率达到上限值之后，发光脉冲的计数率Ps变为第二计数率Ps_A2之前，从所计算的发光脉冲的计数率Ps计算平均发光次数λp，并且导出辐射量。
(3)第三步骤：在发光脉冲的计数率Ps超过第二计数率Ps_A2之后，通过使用式M＝(Ap/σp)2以积分方式导出辐射量。
此外，累积时间控制方法不限于参照图3说明的像素41的电路构成或者光学检测器23的构成。在像素包括光电转换元件、在像素中累积光电转换的电荷的累积部、在期望的时机将累积部中的电荷输出为信号的输出部和将累积部中的电荷复位的复位部并且通过以像素的复位、电荷累积和读出为单位的采样进行辐射计数的情况下，上述累积时间控制方法是适用的。
<在读出时间段中发生脉冲发光的情况下的应对方法>
接着，对在读出时间段中存在脉冲发光的情况下的应对方法进行说明。
图20示出了在读出时间段中存在脉冲发光的情况下的像素输出例。
在图20中，在读出TRD2的时间段中入射微小光学脉冲。在该状态下，入射的微小光学脉冲仅在一帧的一部分像素的输出上反射为累积信号，在其余的像素中，微小光学脉冲输出为后续的读出TRD3的时间段的累积信号。在增加辐射量并且在图16的检测周期控制处理等中缩短单位检测时间段TACC的情况下，上述状态高频率地发生。
作为这种情况的对策，可以考虑以下两种类型。
(1)引入如下判定处理：从读出数据组判定和提取与单脉冲光入射相对应的数据
(2)引入所谓的全局快门，其中独立地控制曝光时间段和读出时间段，并且同时对全部像素执行曝光的开始和结束
在下文中，顺次地说明(1)和(2)两种类型的对应关系。
<判定和提取与单脉冲光入射相对应的数据的判定处理>
首先，对(1)的应对方法(即，从读出数据组判定和提取与单脉冲光入射相对应的数据的判定处理)进行说明。
对于从光学检测器23供给的数字信号，数据处理部12通过使用多个连续帧来判定是否存在发光脉冲以及其强度。
图21示出了当在像素阵列部51的四个相邻行被设定为读出单位(块)的状态下进行四行共同读出时与两帧相对应的读出数据。
图21的A表示作为第一帧的读出TRD1中的读出数据和作为第二帧的读出TRD2中的读出数据。图21的B表示作为第二帧的读出TRD2中的读出数据和作为第三帧的读出TRD3中的读出数据。
由于四行被设定为读出单位(块)，所以一帧以分割成50个块的方式读出，并且两帧被设定为与100个块相对应的数据。
当入射到一个像素的微小光学脉冲的平均信号量设定为0.1[e-]时，由于作为读出单位的一个块中的像素的数量是200×4＝800像素，所以当微小光学脉冲入射时，一个块的平均信号量为80[e-]。另一方面，读出噪声为每像素0.5[e-]，从而一个块的本底噪声为0.5*√800＝14.14[e-]。当微小光学脉冲入射时，一个块的输出由平均信号量和读出噪声之和表示。因此，在获得了80±14.14[e-](即，大约65～95[e-])的输出的情况下，可以看到微小光学脉冲入射。
这里，例如，当观察以块为单位的输出时，在多个连续块中的一个或全部超过限定的判定阈值的情况下，数据处理部12将该输出视为重要的数据，并且判定光学脉冲输出开始。
这里，例如，判定阈值被设定为作为本底噪声的大约2σ的30[e-]，并且在四个块连续超过限定的判定阈值的情况下，数据处理部12判定光学脉冲的输出。在这种情况下，光学脉冲未入射到其中的块超过判定阈值的概率为大约2.5％。另外，在不存在光学脉冲的入射的状态下，超过30[e-]的状态连续发生在四个块上的概率变为0.0254＝3.9E-7，因此该概率是可以忽略的水平。
当第二帧的读出TRD2结束时，数据处理部12通过使用读出TRD1中的读出数据和读出TRD2中的读出数据来进行判定处理。
在读出TRD2的读出结束时的判定处理中，第64个块的信号量超过判定阈值，开始脉冲输出。然而，即使在第100个块中，信号量也超过判定阈值，并且脉冲输出未结束并且跨越后续帧(第三帧)继续。因此，在这个时间点，暂停判定。
当后续读出TRD3的读出结束时，数据处理部12通过使用读出TRD2中的读出数据和读出TRD3中的读出数据来进行判定处理。
在读出TRD3的读出结束的时间点的判定处理中，第14个块的信号量超过判定阈值，开始脉冲输出。另外，脉冲输出跨越第三帧和第四帧进行，并停止在第四帧的中间。数据处理部12通过从脉冲开始位置将与50个块(与一帧相对应的块的数量)相对应的信号量相加来进行光量检测。
在后续读出TRD4的读出结束的时间点的判定处理中，通过使用第三帧和第四帧的读出数据来进行判定处理。然而，不是从作为前一帧的第三帧的开始(第一个块)进行脉冲检测，而是从作为检测到脉冲输出结束的块的第14个块开始脉冲输出检测。
在上述判定处理中，检测脉冲输出开始位置，通过将与从检测到的开始位置起的预定块数相对应的信号量相加来进行光量检测，但判定处理不限于该例子，并且可以存在各种变化。例如，可以添加如下处理：在检测到脉冲输出的开始之后，通过检测多个块的信号量连续地小于判定阈值来检测脉冲输出结束的处理，或者通过检测两帧的最后四个块(第97到第100个块)的信号量来确认脉冲输出结束的处理等。
如上所述，数据处理部12通过确认从像素阵列部51读出的以块为单位的信号量来指定与发光脉冲相对应的数据的发生时机。在上述例子中，通过将一个块或跨越多个块的信号量与判定阈值进行比较来指定发生时机。对彼此连续或相邻的多个块进行与判定阈值的比较，误差检测大幅减少，从而改善了检测精度。
此外，可以对以块为单位的数据进行上述误差判定处理，并且可以在丢弃误差数据之后对信号量进行相加。在误差判定处理中对与丢弃的误差数据相对应的信号量进行校正，并且将其输出。
<能够实现全局快门的访问序列>
接着，对(2)的应对方法(即，通过全局快门在读出时间段中不曝光未选择的像素的方法)进行说明。
图22是示出了能够实现全局快门的像素41的操作序列的时序图。
首先，行驱动电路54在时机T11进行PD复位以开始曝光。另外，在紧接在开始曝光之后的时机T12，行驱动电路54将选择晶体管77控制为导通状态。另外，在直到选择晶体管77被控制为截止状态的时机T13之前的时间段，检测电路52进行N次(例如，四次)复位信号的采样。针对每个像素保存复位信号的采样结果，用于代替图12的时机T2处的FD复位以及后续的复位信号的采样。
在紧接在曝光时间段结束之前的时机T14，行驱动电路54将传输晶体管73控制为导通状态。由于该控制而将累积在累积节点72中的电荷传输到检测节点76。
在后续时机T15，行驱动电路54将选择晶体管77控制为导通状态。另外，在直到选择晶体管77被控制为截止状态的时机T16之前的时间段内，检测电路52进行N次(例如，四次)累积信号的采样。
在读出序列中，曝光时机T11和曝光时机T14以及信号采样的时机T12和时机T15彼此独立。因此，例如，即使在多个像素41共享检测电路52的情况下，也可以进行所谓的全局快门的操作，其中针对全部读出像素同时执行曝光的开始和结束，并且针对每个读出像素顺次地执行曝光的开始和结束。当获取针对每个像素或针对每个像素组的复位信号和累积信号之间的差时，可以消除在各像素41中的FD复位期间(这里，在时机T11的PD复位期间同时进行FD复位)发生的kTC噪声，并且可以获取净累积信号。
此外，即使在操作序列中，也可以通过省略一次PD复位来使不灵敏时间段为零。
图23是在图22中的操作序列变形为不灵敏时间段为零的情况下的时序图。
在这种情况下，在时机T11，传输晶体管73不工作，只有复位晶体管75接通，并且只有FD(检测节点76)被复位，同时保持光电二极管71的电荷。另外，当在时机T14通过电荷传输将光电二极管71的电荷传输到检测节点76时，曝光时间段结束，并且在结束的同时进行PD复位，开始光电二极管71中的后续电荷累积。据此，脉冲光检测不灵敏时间段变为零，并且累积时间变得等于帧频。
图22和图23所示的操作序列具有以下特征。
(第一过程)从各像素41的光电二极管71排出电荷，并且对全部像素同时开始曝光。
(第二过程)接着，使各像素41的检测节点76复位。
(第三过程)接着，针对每个像素41，通过检测电路52读出复位信号。
(第四过程)接着，将光电二极管71的累积信号传输到检测节点76，并且对全部像素同时结束曝光。
(第五过程)最后，针对每个像素41，通过检测电路52读出累积信号。
这里，在第一过程也作为第四过程并且在之前的曝光完成之后立即开始后续曝光的情况下，实现其中不灵敏时间段为零的操作序列。
<2.第二实施方案>
图24示出了本技术适用的辐射计数装置的第二实施方案的构成例。
图24是与图1的B相对应的第二实施方案的辐射计数装置1的立体图。
在图24中，对与第一实施方案相对应的部分给予相同的附图标记，并且适宜省略其说明。
与第一实施方案中一样，第二实施方案的辐射计数装置1也包括受光部11和数据处理部12。
在第一实施方案中，一个闪烁体21与光学检测器23相关联，并且闪烁光扩散到光学检测器23的开口的整个表面上。
相比之下，第二实施方案的辐射计数装置1包括相对于光学检测器23的闪烁体阵列121，该闪烁体阵列包括四个闪烁体21-C1～21-C4。四个闪烁体21-C1～21-C4在光学上彼此分离。
光学检测器23的受光区域被分割成与闪烁体阵列121的四个闪烁体21-C1～21-C4相对应的四个区域122-C1～122-C4。在光学检测器23的受光区域中，在彼此相邻的区域122之间设有遮光部123。遮光部123防止来自与四个区域122-C1～122-C4相对应的闪烁体21以外的闪烁体21的光的泄露。此外，可以省略遮光部123。
根据该构成，例如，由于入射到闪烁体21-C1的伽马射线而产生的脉冲发光光子只能到达对应的区域122-C1。与第一实施方案的情况一样，在四个区域122-C1～122-C4中的每一个中以二维格子状配置有多个像素41，并且对于四个区域122-C1～122-C4中的每一个，独立地进行闪烁光的接收。
数据处理部12针对每个区域122基于从光学检测器23供给的数字信号进行辐射计数、光量测量、能量判定等。
如上所述，当闪烁体阵列121与光学检测器23相关联时，可以允许光学检测器23具有空间分辨率。还可以允许辐射计数装置具有能够通过在XY方向上平铺光学检测器23和闪烁体阵列121的组(将多个组排列成阵列状)来改善空间分辨率的构成。
此外，在图24的例子中，闪烁体阵列121包括4(2×2)个闪烁体21-C1～21-C4，但是闪烁体21在X方向(水平方向)和Y方向(垂直方向)上的配置数不限于此。也就是说，只要在闪烁体阵列121中配置有多个闪烁体21，就可以采用任意的构成。
<3.光学检测器的半导体基板结构例>
图25示出了光学检测器23的半导体基板结构例。
光学检测器23可以形成在一片半导体基板(例如，硅基板)中，但是例如，如图25所示，光学检测器23也可以形成在两片半导体基板中。
在图25中，光学检测器23由包括上基板141和下基板142的两片半导体基板的层叠结构构成。
在上基板141中形成有像素阵列部51。另一方面，在下基板142中形成有多个检测电路52、行驱动电路54、参考电压生成电路56、时序控制电路55、输出控制电路57等。上基板141和下基板142通过使用诸如硅晶片层叠等基板接合技术层叠。另外，上基板141和下基板142通过诸如Cu-Cu接合等金属结合、通孔等而电连接。
例如，在下基板142中形成有多个检测电路52，使得检测电路52中的一个与像素阵列部51内的包括四个相邻像素的像素组161相对应。也就是说，下基板142的一个检测电路52由像素阵列部51内的多个相邻像素41共享。这里，像素组161由多个相邻像素41构成，以对应于当辐射直接入射时的异常值发生在多个相邻像素中的情况。
各检测电路52对相应像素组161内的像素41的输出信号顺次地进行AD转换，对所得到的值进行求和，并且将该和供给到输出控制电路57。也就是说，在其中针对像素阵列部51内的包括多个相邻像素的像素组161设有一个检测电路52的情况下，检测电路52可以对像素组161内的各像素41的输出信号进行AD转换，并且进行对像素组161内的像素41的输出信号进行求和的处理。
与参照图8说明的处理的情况一样，在输出控制电路57中，比较器101将从检测电路52供给的以像素组161为单位的输出信号和从阈值寄存器102读出的阈值进行比较，并且判定以像素组161为单位的输出信号是否是误差。在判定以像素组161为单位的输出信号大于阈值并且是误差的情况下，丢弃输出信号。
在输出控制电路57中，对多个像素组161的每一个的输出信号进行求和，并将该和存储在和信号寄存器105中。另外，在与一帧相对应的求和结束的情况下，将存储在和信号寄存器105中的输出信号供给到信号校正部106。信号校正部106基于从误差计数器103供给的误差计数值将从和信号寄存器105供给的输出信号校正为与一帧相对应的输出信号，并且将所得到的输出信号输出到后级侧。
如上所述，由于光学检测器23由两片半导体基板的层叠结构构成，所以光学检测器23中的像素阵列部51的比率(开口率)得到提高，从而可以改善能量分辨率。据此，即使在光学检测器23的受光面的前表面配置有大型闪烁体21的情况下，也可以接收大部分的闪烁光，并且可以提高辐射灵敏度。特别地，在进行平铺的情况下，可以提高光产率。
即使在如图24所示的使用中，当开口以外的边缘部分被最小化时，也可以在使遮光部123的宽度变窄的同时以均匀的开口进行平铺。大型半导体像素的量子效率接近100％，从而在许多应用中，能量分辨率与高电子倍增管的能量分辨率相当。
光学检测器23的批量生产可以通过与CMOS图像传感器中相同的生产线和类似的制造工艺来实现。以这种方式制造的辐射计数装置1尺寸小、重量轻、不易受环境波动影响并且特性稳定。因此，辐射计数装置1的维护也很容易。另外，辐射计数装置1的输出是数字信号。因此，后级电路可以仅处理数字信号，不易受到来自周围的噪声的影响，从而可以容易地处理从多个受光部输出的数据。
此外，在上述例子中，在下基板142中，针对像素阵列部51内的包括四个相邻像素的像素组161设有一个检测电路52，但是检测电路52可以以像素为单位形成。在这种情况下，例如，一帧是16μs，在一帧中一次全部读出所有像素。另外，以一个像素为单位将各像素41的输出信号与阈值进行比较，以判定输出信号是否是误差。
<4.像素电路的其他构成例>
图3所示的像素41的电路构成可以经常用作相机的CMOS图像传感器中的构成。
在诸如闪烁等微弱光学脉冲检测中，尽可能地增大光电二极管71的面积是有利的。另一方面，由于光电二极管71的面积的增大，所以难以使通过光电转换在光电二极管71内产生的电荷漂移，以收集一个电子电平的电荷。在光电二极管71中残留未收集的电荷的情况下，该电荷会使光量检测精度劣化，并且该电荷变为后续检测中发生噪声的起因。当电荷以任意概率俘获到由光电二极管71内的杂质浓度的偏差引起的电位下降中时，产生未收集的电荷。当光电二极管71的尺寸增大并且因此其内部电场变弱时，俘获概率增加。
例如，假定在像素阵列部51的全部像素中平均5％的电荷残留在光电二极管71中。在光学检测器23在像素阵列部51中进行信号脉冲光检测的情况下，在对像素输出进行求和的时间点检测到的光量与有效入射光子数N减少5％的情况大致相当。这是重要的，但是如果这个状态总是稳定的，则可以进行校正。因此，仅存在与有效入射光子数N的减少相对应的某种程度的偏差的劣化。基本上，这种情况几乎没有问题。
另一方面，在后续检测中电荷仍然残留的情况下，可以用俘获的电荷填充电位下降(potential dip)，从而通过填充减少俘获概率。另外，俘获的电荷扩散并开始被排出。也就是说，量子效率随着时间的推移而波动，并且本底噪声变弱。
考虑到上述情况，即使在光电二极管71中略微存在不能收集为信号的残余电荷的情况下，如果设有在PD复位期间能够完全去除残余电荷的单元，则认为也可以使脉冲光检测能够有效地发挥作用。
图26示出了作为像素41的另一个电路构成的包括在PD复位期间能够完全去除光电二极管71中略微存在的电荷的单元的电路。
在图26中，对与图3相对应的部分给予相同的附图标记，并适宜省略其说明。
当将图26中的像素电路与图3中的像素电路进行比较时，在图26的像素41中，除了作为第一复位晶体管的复位晶体管75之外，还添加有构造成排出光电二极管71中的残余电荷的第二复位晶体管181。
也就是说，图26中的像素41包括光电二极管71、传输晶体管73、检测节点76和放大检测节点76的信号并输出所得到的信号的放大晶体管74。另外，像素41还包括将检测节点76连接到电源VDD的第一复位晶体管75以及直接连接到光电二极管71并连接到电源VDD的第二复位晶体管181。
图27示出了图26所示的像素电路的平面布置。
可以设置一个第二复位晶体管181。然而，如图27所示，可以设置多个第二复位晶体管181，以便完全排出具有大面积的光电二极管71中的残余电荷。第二复位晶体管181不会对检测节点76的寄生电容产生影响，从而可以实现灵活的多重配置。
图28是示出了图26所示的像素电路的操作序列的时序图。
操作序列与图12所示的操作序列的不同之处在于，在进行PD复位的时机T1，使额外添加的第二复位晶体管181控制为导通状态。据此，光电二极管71中的残余电荷被完全排出。其他操作与参照图12说明的操作类似。
此外，第二复位晶体管181接通的时机可以是曝光时间段以外的任何时机。
同样在图26所示的像素电路中，第四过程中的传输晶体管73的“导通”也作为第一过程中的PD复位，并且实现了不灵敏时间段为零的操作序列。
图29是示出了在不灵敏时间段为零的情况下图26中的像素电路的操作序列的时序图。
在不灵敏时间段为零的情况下，第二复位晶体管181可以在传输晶体管73被接通的相同时机T24处被接通。然而，第二复位晶体管181可以在时机T24之前或之后接通，或者与传输晶体管73连续接通。图29示出了其中在传输晶体管73接通之后接通第二复位晶体管181的控制例。
首先，在时机T21，仅接通第一复位晶体管75，并进行FD复位。
然后，在时机T22，行驱动电路54将选择晶体管77控制为导通状态，并且检测电路52在时机T22与选择晶体管77被控制为截止状态的时机T23之间进行N次(例如，四次)复位信号的采样。检测电路52针对每个像素保存复位信号的采样结果。
接着，在时机T24，行驱动电路54将传输晶体管73控制为导通状态。由于该控制而将累积在累积节点72中的电荷传输到检测节点76。
在传输晶体管73变成截止状态之后，在时机T25，行驱动电路54将第二复位晶体管181控制为导通状态。由于该控制而完全排出光电二极管71中的电荷。在时机T24处接通的传输晶体管73被控制为截止状态的时间点处结束曝光时间段，并且从在时机T25接通的第二复位晶体管181变为截止状态的时间开始后续曝光时间段。
接着，在时机T26，行驱动电路54将选择晶体管77控制为导通状态。另外，检测电路52在时机T26与选择晶体管77被控制为截止状态的时机T27之间进行N次(例如，四次)累积信号的采样。检测电路52针对每个像素保存累积信号的采样结果。另外，检测电路52针对每个像素导出由复位信号和累积信号之间的差表示的净累积信号。
如上所述，在省略PD复位，并且读出时的电荷传输与光电二极管71内的电荷的排出相结合的情况下，第二复位晶体管181进行的排出也可以在通过接通传输晶体管73的电荷传输之后立即进行。
在图29所示的操作序列中，读出序列和曝光时机彼此独立，以使得能够实现灵活的时机设定。据此，即使在检测电路52由多个像素共享的情况下，也可以引入所谓的全局快门，其中对全部像素同时执行曝光的开始和结束。
也就是说，在像素41中，传输晶体管73和第二复位晶体管181彼此同步地接通，并且通过使用传输晶体管73和第二复位晶体管181将光电二极管71中的累积电荷排出。更通常地，像素41通过使用与光电二极管71直接连接的多个晶体管来同步地排出光电二极管71中的累积电荷。
此外，通常，其上需要安装第二复位晶体管181的光电二极管71的尺寸为100μm2以上。
<5.光学检测器的其他适用例>
检测微弱光学脉冲的光学检测器23也适用于上述辐射计数装置以外的装置。这里，作为光学检测器23适用于辐射计数装置以外的装置的例子，对生物测试装置进行说明。
图30示出了作为本技术适用的生物测试装置的流式细胞分析仪的构成例。
流式细胞分析仪200至少包括检测前方散射光205的光电二极管201和检测侧方散射光或从附着于样本203上的荧光标记发出的荧光206的光学检测器23。
从样品管202流出的诸如细胞等样本203在样品流204中排成一列，并且用来自激光光源209的激光207照射。当样本203中的每一个通过激光207的照射点208时，产生从荧光标记等激发的荧光206和散射光。具有大量光的前方散射光205由光电二极管201接收，检测到样本203的大小，并且获取样本通过时机，从而生成其事件信号。另一方面，从附着于样本203的荧光标记发出的荧光206或侧方散射光变为微弱脉冲光，并且由光学检测器23检测。
图31示出了流式细胞分析仪200的光学检测器23的微弱脉冲检测状态。
当样本203通过激光207的照射点208时，侧方散射光或从附着于样本203的荧光标记发出的荧光206的强度示出为脉冲形状221，并且各脉冲形状221与一个样本203的通过相对应。此时，由光电二极管201检测到的前方散射光205示出为具有类似时序的脉冲形状222。
光电二极管201将前方散射光205的强度与预定阈值231进行比较。在前方散射光205的强度等于或大于阈值231的时机T31，光电二极管201检测到样本203的通过并生成事件信号232。
光学检测器23中曝光的完成和数据读出与涉及样本通过的事件信号232同步地进行。数据读出访问序列符合图23或图29，并被设定为其中不灵敏时间段几乎不存在的全局快门。此时，与涉及样本通过的事件信号232同步地进行像素内传输，并且结束曝光时间段，从而开始读出。另外，后续曝光时间段在全部像素中同时开始。
也就是说，光学检测器23在获取事件信号232之后在经过了考虑到样本203的流量和大小的一定的延迟之后的时机T32完成各像素41的曝光(累积)，并开始累积信号的读出。另外，在时机T32，光学检测器23开始后续曝光(累积)。在各读出序列处的像素输出的总值与由光学检测器23针对每个脉冲接收的光子总量相对应。据此，针对每个样本203导出侧方散射光或荧光的强度。
光学检测器23具有在期望的时机完成全部有效像素的累积并输出累积信号的功能。另外，光学检测器23在完成累积之后立即开始后续累积。
另外，在该例子中，涉及样本通过的事件信号232在通过阈值231之后强度增大的时机T31生成，但是也可以在通过阈值231之后强度减小的时机T33生成。在时机T33生成事件信号232的情况下，存在容易契合样本203的大小或流量的波动的优点。
另外，可以通过使用侧方散射光和荧光206来生成事件信号232。在这种情况下，侧方散射光和荧光206可以在光谱上分散以与另一个事件生成元件接触，或者可以在光学检测器23中附加地安装事件生成元件。
本技术的实施方案不限于上述实施方案，并且在不脱离本技术的要旨的范围内可以进行各种修改。
例如，作为光学脉冲检测装置，光学检测器23可以设定为独立装置。除此之外，光学检测器23可以设置为辐射计数装置1或流式细胞分析仪200以外的装置的一部分。
可以采用将多个实施方案的全部或部分组合的方面。
例如，本技术可以具有其中通过一个功能网络与多个装置协作处理一个功能的云计算构成。
另外，例如，在上述流程图中说明的各步骤除了由一个装置进行之外，还可以与多个装置协作地进行。
另外，在一个步骤中包括多种处理的情况下，包含在一个步骤中的多种处理除了由一个装置进行之外，还可以与多个装置协作地进行。
在本说明书中，在流程图中说明的步骤以时间序列方式进行，或者即使这些步骤不以时间序列方式进行的情况下，这些步骤也可以并行进行，或者可以在当呼叫时等必要时机进行。
此外，本说明书中记载的效果仅是说明性的，而不是限制性的。可以存在本说明书中记载的效果以外的效果。
此外，本技术可以采用以下构成。
(1)一种光学脉冲检测装置，包括：
像素阵列部，其中多个像素以二维格子状排列；
AD转换器，其将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值；和
控制电路，其进行将所述数字值与第一阈值进行比较并且将所述数字值中的大于所述第一阈值的数字值作为误差丢弃的误差判定处理。
(2)根据(1)所述的光学脉冲检测装置，
其中所述控制电路还进行将所述数字值与不同于所述第一阈值的第二阈值进行比较并且将所述数字值中的小于所述第二阈值的数字值作为无信号丢弃的误差判定处理。
(3)根据(1)所述的光学脉冲检测装置，
其中所述控制电路对等于或小于所述第一阈值的所述数字值进行求和，并输出所得到的和。
(4)根据(1)或(3)所述的光学脉冲检测装置，
其中所述控制电路在对通过对等于或小于所述第一阈值的所述数字值进行求和而获得的和进行与作为误差丢弃的像素的数字值相对应的校正之后，输出所述和。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的光学脉冲检测装置，
其中所述控制电路针对以包括多个像素的像素组为单位的所述数字值进行所述误差判定处理。
(6)根据(1)～(5)中任一项所述的光学脉冲检测装置，
其中所述像素包括：
电荷累积部，其累积由光电转换元件光电转换的电荷；
复位晶体管，其使所述电荷累积部中的电荷复位；和
输出晶体管，其将所述电荷累积部中的电荷输出为所述输出信号。
(7)根据权利要求(6)所述的光学脉冲检测装置，
其中所述像素还包括
第二复位晶体管，其与所述光电转换元件直接连接并使所述光电转换元件的电荷复位。
(8)根据权利要求(7)所述的光学脉冲检测装置，
其中所述像素包括多个所述第二复位晶体管。
(9A)根据(1)～(8)中任一项所述的光学脉冲检测装置，
其中所述像素阵列部同时对全部像素执行曝光的开始和结束。
(9B)根据(1)～(8)中任一项所述的光学脉冲检测装置，
其中所述光学脉冲检测装置具有多片半导体基板的层叠结构。
(10)一种光学脉冲检测装置中的光学脉冲检测方法，所述光学脉冲检测装置包括：像素阵列部，其中多个像素以二维格子状排列；AD转换器，其将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值；和控制电路，其进行将所述数字值与预定阈值进行比较并且将所述数字值中的大于所述阈值的数字值作为误差丢弃的误差判定处理，所述方法包括：
将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值；以及
进行将所述数字值与所述预定阈值进行比较并且将所述数字值中的大于所述阈值的数字值作为误差丢弃的误差判定处理。
(11)一种辐射计数装置，包括：
根据(1)所述的光学脉冲检测装置；和
闪烁体，
其中所述光学脉冲检测装置检测当辐射入射到所述闪烁体时发光的发光脉冲。
(12)根据(11)所述的辐射计数装置，还包括：
数据处理部，其从由所述光学脉冲检测装置检测到的所述发光脉冲的次数来计算发光脉冲的计数率，并且基于所计算的所述发光脉冲的计数率来控制所述像素的累积时间。
(13)根据(12)所述的辐射计数装置，
其中在判定所计算的所述发光脉冲的计数率大于限定范围的情况下，所述数据处理部将采样率改变为其中所述像素的累积时间与当前时间相比更短的采样率。
(14)根据(13)所述的辐射计数装置，
其中在判定所计算的所述发光脉冲的计数率大于所述限定范围的情况下，所述数据处理部进行控制，使得仅使用所述像素阵列部中的一部分像素行来将所述采样率改变为其中所述像素的累积时间与当前时间相比更短的采样率。
(15)根据(12)所述的辐射计数装置，
其中在判定所计算的所述发光脉冲的计数率大于第一计数率并且等于或小于第二计数率的情况下，所述数据处理部从所计算的所述发光脉冲的计数率来计算平均发光次数，并且导出辐射量。
(16)根据(15)所述的辐射计数装置，
其中在判定所计算的所述发光脉冲的计数率大于所述第二计数率的情况下，所述数据处理部导出积分的辐射量。
(17)根据(12)所述的辐射计数装置，
其中在读出单位的输出信号大于限定的判定阈值的情况下，所述数据处理部判定发光脉冲输出开始，并且导出所述发光脉冲的光量。
(18)根据(11)～(17)中任一项所述的辐射计数装置，
其中所述闪烁体由其中配置有多个光学分离的闪烁体的闪烁体阵列构成，
所述像素阵列部包括与所述多个闪烁体相对应的受光区域。
(19)根据(18)所述的辐射计数装置，
其中所述像素阵列部包括在与所述多个闪烁体相对应的受光区域之间的遮光部。
(20)一种生物测试装置，包括：
根据(1)所述的光学脉冲检测装置，
其中所述光学脉冲检测装置检测当用激光照射流体内的样本时激发的荧光或散射光。
附图标记列表
1 辐射计数装置
11 受光部
12 数据处理部
21 闪烁体
23 光学检测器
41 像素
51 像素阵列部
52 检测电路
54 行驱动电路
57 输出控制电路
71 光电二极管
72 累积节点
73 传输晶体管
74 放大晶体管
75 复位晶体管
76 检测节点
77 选择晶体管
91 AD转换器
101 比较器
104 加法器
105 和信号寄存器
106 信号校正部
121 闪烁体阵列
122 区域
123 遮光部
141 上基板
142 下基板
181 第二复位晶体管
200 流式细胞分析仪
201 光电二极管
202 样品管
203 样本
206 荧光
209 激光光源

Claims (18)

1.一种光学脉冲检测装置，包括：
像素阵列部，其中多个像素以二维格子状排列；
AD转换器，其将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值；和
控制电路，其进行将所述数字值与第一阈值进行比较并且将所述数字值中的大于所述第一阈值的数字值作为误差丢弃的误差判定处理，
其中所述控制电路对等于或小于所述第一阈值的所述数字值进行求和，并输出所得到的和；或者
所述控制电路在对通过对等于或小于所述第一阈值的所述数字值进行求和而获得的和进行与作为误差丢弃的像素的数字值相对应的校正之后，输出所述和。
2.根据权利要求1所述的光学脉冲检测装置，
其中所述控制电路还进行将所述数字值与不同于所述第一阈值的第二阈值进行比较并且将所述数字值中的小于所述第二阈值的数字值作为无信号丢弃的误差判定处理。
3.根据权利要求1或2所述的光学脉冲检测装置，
其中所述控制电路针对以包括多个像素的像素组为单位的所述数字值进行所述误差判定处理。
4.根据权利要求1或2所述的光学脉冲检测装置，
其中所述像素包括：
电荷累积部，其累积由光电转换元件光电转换的电荷；
复位晶体管，其使所述电荷累积部中的电荷复位；和
输出晶体管，其将所述电荷累积部中的电荷输出为所述输出信号。
5.根据权利要求4所述的光学脉冲检测装置，
其中所述像素还包括
第二复位晶体管，其与所述光电转换元件直接连接并使所述光电转换元件的电荷复位。
6.根据权利要求5所述的光学脉冲检测装置，
其中所述像素包括多个所述第二复位晶体管。
7.根据权利要求1或2所述的光学脉冲检测装置，
其中所述像素阵列部同时对全部像素执行曝光的开始和结束。
8.一种光学脉冲检测装置中的光学脉冲检测方法，所述光学脉冲检测装置包括：像素阵列部，其中多个像素以二维格子状排列；AD转换器，其将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值；和控制电路，其进行将所述数字值与预定阈值进行比较并且将所述数字值中的大于所述阈值的数字值作为误差丢弃的误差判定处理，所述方法包括：
将所述像素阵列部的各像素的输出信号转换成具有大于1位的灰度的数字值；
进行将所述数字值与所述预定阈值进行比较并且将所述数字值中的大于所述阈值的数字值作为误差丢弃的误差判定处理；以及
对等于或小于所述阈值的所述数字值进行求和，并输出所得到的和；或者
在对通过对等于或小于所述阈值的所述数字值进行求和而获得的和进行与作为误差丢弃的像素的数字值相对应的校正之后，输出所述和。
9.一种辐射计数装置，包括：
根据权利要求1所述的光学脉冲检测装置；和
闪烁体，
其中所述光学脉冲检测装置检测当辐射入射到所述闪烁体时发光的发光脉冲。
10.根据权利要求9所述的辐射计数装置，还包括：
数据处理部，其从由所述光学脉冲检测装置检测到的所述发光脉冲的次数来计算发光脉冲的计数率，并且基于所计算的所述发光脉冲的计数率来控制所述像素的累积时间。
11.根据权利要求10所述的辐射计数装置，
其中在判定所计算的所述发光脉冲的计数率大于限定范围的情况下，所述数据处理部将采样率改变为其中所述像素的累积时间与当前时间相比更短的采样率。
12.根据权利要求11所述的辐射计数装置，
其中在判定所计算的所述发光脉冲的计数率大于所述限定范围的情况下，所述数据处理部进行控制，使得仅使用所述像素阵列部中的一部分像素行来将所述采样率改变为其中所述像素的累积时间与当前时间相比更短的采样率。
13.根据权利要求10所述的辐射计数装置，
其中在判定所计算的所述发光脉冲的计数率大于第一计数率并且等于或小于第二计数率的情况下，所述数据处理部从所计算的所述发光脉冲的计数率来计算平均发光次数，并且导出辐射量。
14.根据权利要求13所述的辐射计数装置，
其中在判定所计算的所述发光脉冲的计数率大于所述第二计数率的情况下，所述数据处理部导出积分的辐射量。
15.根据权利要求10所述的辐射计数装置，
其中在读出单位的输出信号大于限定的判定阈值的情况下，所述数据处理部判定发光脉冲输出开始，并且导出所述发光脉冲的光量。
16.根据权利要求9～15中任一项所述的辐射计数装置，
其中所述闪烁体由其中配置有多个光学分离的闪烁体的闪烁体阵列构成，
所述像素阵列部包括与所述多个闪烁体相对应的受光区域。
17.根据权利要求16所述的辐射计数装置，
其中所述像素阵列部包括在与所述多个闪烁体相对应的受光区域之间的遮光部。
18.一种生物测试装置，包括：
根据权利要求1所述的光学脉冲检测装置，
其中所述光学脉冲检测装置检测当用激光照射流体内的样本时激发的荧光或散射光。
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