CN113138029A - 信号处理电路、信号处理方法、成像系统和移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及信号处理电路、信号处理方法、成像系统和移动体。一种信号处理电路包括：检测单元，被配置为检测基于光子输入的模拟信号中的峰的产生；A/D转换单元，被配置为通过从高比特到低比特确定每个比特的值来执行信号值到比特的数字数据的A/D转换；以及控制单元，被配置为控制A/D转换单元，使得在模拟信号的第一峰的信号值的A/D转换期间检测到模拟信号的第二峰的产生的情况下，第一峰的信号值的A/D转换将被中断，并且第二峰的信号值的A/D转换将被开始。

Description

信号处理电路、信号处理方法、成像系统和移动体
技术领域
本公开涉及信号处理电路、信号处理方法、成像系统和运动体。
背景技术
已知一种被称为光子计数的光检测方法，该光检测方法通过对光子数进行计数来检测光。光子计数CT(计算机断层扫描)装置是使用该光子计数方法的装置的示例。采用该方法的CT装置根据能量(波长)区域对由X射线检测器产生的电信号(脉冲)进行分类，并执行信号处理以针对每个预定时间对每个能量区域中的脉冲数进行计数。基于该信号处理的结果产生对象的断层图像。日本专利公开No.2016-61614公开了一种技术，其中在已对由X射线检测器产生的电信号进行放大/整形之后执行A/D转换，并且针对每个峰值对脉冲数进行计数。由于光子是随机输入的，因此可能导致多个脉冲信号重叠。这种现象被称为堆积(pileup)。日本专利公开No.2016-61614公开了在堆积的情况下，将使用多个电容器来保持多个峰的信号值，并且将通过移位定时来执行这些信号值的A/D转换。
发明内容
考虑到上述问题，提供了一种信号处理电路，包括：检测单元，被配置为检测其信号值根据光子的输入而改变的模拟信号中的峰的产生；A/D转换单元，被配置为通过从高比特到低比特确定多个比特中的每个比特的值，执行所述模拟信号的峰的信号值到所述多个比特的数字数据的A/D转换；以及控制单元，被配置为控制所述A/D转换单元，使得在正在执行所述模拟信号的第一峰的信号值的A/D转换的时段期间检测到所述模拟信号的第二峰的产生的情况下，所述第一峰的信号值的A/D转换将被中断，并且所述第二峰的信号值的A/D转换将被开始。
在另一实施例中，提供了一种信号处理方法，包括：检测其信号值根据光子的输入而改变的模拟信号中的峰的产生；以及通过从高比特到低比特确定多个比特中的每个比特的值，执行所述模拟信号的峰的信号值到所述多个比特的数字数据的A/D转换；其中，在执行所述A/D转换时，在正在执行所述模拟信号的第一峰的信号值的A/D转换的时段期间检测到所述模拟信号的第二峰的产生的情况下，所述第一峰的信号值的A/D转换将被中断，并且所述第二峰的信号值的A/D转换将被开始。
从示例性实施例的以下描述(参照附图)中，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是用于说明根据第一实施例的放射线成像装置的布置的示例的框图；
图2是用于说明根据第一实施例的信号处理电路的布置的示例的框图；
图3是用于说明根据第一实施例的信号处理电路的详细布置的示例的框图；
图4是用于说明根据第一实施例的峰检测电路的布置的示例的框图；
图5是用于说明根据第一实施例的正常操作的示例的时序图；
图6是用于说明根据第一实施例的堆积操作的示例的时序图；
图7是用于说明根据第一实施例的操作的示例的流程图；
图8是用于说明根据第二实施例的A/D转换电路的布置的示例的框图；
图9是用于说明根据第二实施例的正常操作的示例的时序图；
图10是用于说明根据第二实施例的中断操作的示例的时序图；
图11是用于说明根据第二实施例的继续操作的示例的时序图；
图12是用于说明由于堆积而产生错误的曲线图；
图13是用于说明根据第三实施例的信号处理电路的布置的示例的框图；
图14是用于说明根据第三实施例的用于计算校正量的表格的示例的视图；
图15是用于说明根据第四实施例的信号处理电路的布置的示例的框图；
图16是用于说明根据第五实施例的成像系统的布置的示例的框图；
图17A和图17B是用于说明根据第六实施例的移动体的布置的示例的框图；以及
图18是用于说明根据第七实施例的放射线检测系统的布置的示例的框图。
具体实施方式
下文将参照附图详细描述实施例。注意，以下实施例不意图限制要求保护的发明的范围。在实施例中描述了多个特征，但是不限于需要所有这些特征的发明，并且多个这样的特征可以适当地组合。此外，在附图中，向相同或相似的构造赋予相同的附图标记，并且省略了对其的冗余描述。
在下文将描述的多个实施例中，放射线可以包括X射线、α射线、β射线、γ射线、宇宙射线和中子束。
日本专利公开No.2016-61614中公开的技术需要多个电容器来保持多个峰的信号值。结果，电路规模增大。本说明书将描述一种可以通过简单布置提高计数性能的技术。
<第一实施例>
[放射线成像装置的总体布置]
将参照图1描述根据第一实施例的放射线成像装置100的布置的示例。放射线成像装置100是产生与进入放射线成像装置100的放射线对应的放射线图像的装置。放射线成像装置100可以是例如CT装置。
放射线成像装置100包括放射线检测单元110、光子计数信号处理单元120和图像处理单元130。光子计数信号处理单元120包括传感器放大器电路121、波形整形电路122、信号处理电路123、解码器电路124和直方图计数器电路125。图1中仅示出了以下描述中使用的组件，而省略了其他组件。图1中未示出的组件可以类似于相关技术的那些组件。
放射线检测单元110将进入放射线成像装置100的放射线光子(例如，X射线光子)转换成电信号(微电流脉冲)。更具体地，放射线检测单元110产生具有与输入放射线光子的能量(波长)对应的峰电平的电脉冲信号。放射线光子将随机进入放射线检测单元。放射线检测单元110可以是将输入放射线光子直接转换成电荷的直接放射线检测单元，或者可以是通过具有荧光特性的闪烁体将放射线转换成光并检测这种经转换的光的间接放射线检测单元。
传感器放大器电路121放大从放射线检测单元110供应的微电流信号，并将该信号转换为电压信号。波形整形电路122通过对来自传感器放大器电路121的电压信号执行滤波处理来执行波形整形，并将已被整形的电压信号Vin供应给信号处理电路123。电压信号Vin是根据放射线光子的输入而改变的模拟信号。信号处理电路123检测电压信号Vin中峰的产生，并执行A/D(模拟/数字)转换以将峰的信号值转换成由多个比特形成的数字数据输出码。数字数据也可以被称为数字码。
解码器电路124将已经受A/D转换的数字数据(如果ADC分辨率为8比特，则为8比特宽度数据)转换为独热(one-hot)信号(在2^8＝256比特中仅1比特为高而其余比特为低的信号)。例如，经AD转换的8比特的数据被转换为256比特的脉冲信号。执行该处理以对后续阶段的直方图计数器电路125中的每个区间(bin)中的脉冲数进行计数。
直方图计数器电路125基于来自解码器电路124的输出对针对A/D转换后的每个电平检测到的脉冲数进行计数。结果，直方图计数器电路125可以对进入每个能量区域的放射线光子的数量进行计数。图像处理单元130通过基于来自直方图计数器电路125的计数值执行图像处理和图像形成来产生放射线图像。放射线图像例如是被检体的横截面图像。
[信号处理电路的布置]
将参照图2描述信号处理电路123的布置的示例。信号处理电路123包括峰检测电路126和A/D转换电路127。峰检测电路126检测从波形整形电路122供应的电压信号Vin的峰，并输出指示检测到峰的产生的峰检测信号(数字信号)。峰检测电路126还保持电压信号Vin的峰的信号值，并将该信号值作为峰保持信号(模拟信号)输出。峰的信号值也可以被称为峰值。A/D转换电路127基于峰检测信号和峰保持信号产生上面所述的数字数据输出码。
A/D转换电路127包括控制单元201和A/D转换单元202。控制单元201基于作为触发从峰检测电路126输出的峰检测信号来产生A/D转换控制信号。该A/D转换控制信号是控制由A/D转换单元202进行的A/D转换的开始和结束的信号。A/D转换单元202由所产生的A/D转换控制信号触发，以对峰保持信号执行A/D转换。在峰保持信号的A/D转换期间供应了指示检测到后续峰的产生的峰检测信号的情况下，控制单元201将中断当前正在执行的A/D转换。在这种情况下，A/D转换单元202可以立即开始下一个A/D转换操作。在A/D转换结束之后，A/D转换单元202输出数字数据输出码作为A/D转换的结果。
如上所述，在A/D转换操作期间检测到下一个峰的产生的情况下，信号处理电路123可以在基于控制单元201的A/D转换控制信号确定数字数据的所有比特之前中断A/D转换。因此，信号处理电路123可以根据电压信号Vin的峰检测间隔来改变A/D转换的分辨率的精度。
[信号处理电路的更具体布置]
将参照图3描述信号处理电路123的更具体布置的示例。峰检测电路126包括峰检测单元301和峰保持单元302。峰检测单元301检测电压信号Vin中的峰的产生，并产生指示已产生峰的峰检测信号(数字信号)。峰检测单元301将峰检测信号供应给A/D转换电路127。此外，峰检测单元301产生控制峰保持单元302的峰保持状态的保持复位信号(数字信号)。峰检测单元301将保持复位信号供应给A/D转换电路127和峰保持单元302。
峰检测单元301在峰保持单元302要保持峰值的时段期间将保持复位信号设置为高，并在其他时段将保持复位信号设置为低。峰检测单元301将保持复位信号维持在高电平足够长的时间，直到A/D转换(稍后将描述)完成。
峰保持单元302基于保持复位信号来保持电压信号Vin的信号值，并且将与所保持的信号值对应的电压信号Vin作为峰保持信号供应给A/D转换电路127。更具体地，在保持复位信号为高的情况下，峰保持单元302输出电压信号Vin的最大值作为从保持复位信号变为高的时间点到输出的(当前)时间点所获得的峰保持信号。因此，随后，当电压信号Vin达到峰、同时保持复位信号为高时，峰保持单元302将保持峰值并将该峰值供应给A/D转换电路127。峰保持单元302在保持复位信号为低时执行跟随电压信号Vin的操作。因此，当保持复位信号已从高变为低时，峰保持单元302将取消峰值的保持状态。
[峰检测电路的更具体布置]
将参照图4描述峰检测电路126的更具体布置的示例。峰检测单元301包括延迟电路401、比较器电路402和控制电路403。电压信号Vin(即，峰检测电路126的输入信号)经由比较器电路402的延迟电路401被供应给非反相输入端子以及反相输入端子。比较器电路402将从这些端子获得的差供应给控制电路403。因此，当电压信号Vin增加时，正值信号将被供应给控制电路403，而当电压信号Vin减小时，负值信号将被供应给控制电路403。
当来自比较器电路402的信号是正信号时，控制电路403将峰检测信号设置为高，并且当来自比较器电路402的信号是负信号时，控制电路403将峰检测信号设置为低。此外，当来自比较器电路402的信号为0时，控制电路403可以将信号电平维持在直到该点的电平。峰检测信号的上升沿(当从低变为高时)指示电压信号Vin已开始增加并且随后将达到峰。峰检测信号的下降沿(当从高变为低时)指示电压信号已达到峰。在随后的说明中，峰检测单元301基于电压信号Vin的增加来检测峰的产生。备选地，峰检测单元301可以基于电压信号Vin实际上已达到峰的事实来检测峰的产生。任何一种情况都可以表示为检测到峰的产生。
在来自比较器电路402的信号已从负信号变为正信号的情况下，控制电路403将保持复位信号变为高。在来自比较器电路402的信号已从负信号变为正信号之后，控制电路403在将保持复位信号维持为高长达预定时间之后，随后将保持复位信号设置为低。将保持复位信号维持为高的时段被预先设置，使得该时段将长于峰值的A/D转换所需的时间。如稍后将描述的，在要中断A/D转换的情况下，控制电路403暂时将保持复位信号变为低，即使设置的时段尚未过完。
峰保持单元302包括跨导放大器404、电流镜电路405、缓冲电路406、保持电容器407和复位开关408。峰保持单元302的输入信号(即，电压信号Vin)被供应给跨导放大器404的反相输入端子。来自峰保持单元302的输出信号(即，峰保持信号)被供应给跨导放大器404的非反相输入端子。当电压信号Vin超过峰保持信号时，从电流镜电路405输出其值对应于电压信号Vin的电流Iout。电流Iout作为峰保持信号经由缓冲电路406从峰保持单元302输出，并且被供应给保持电容器407。另一方面，当电压信号Vin变为低于峰保持信号时，来自电流镜电路405的电流Iout为0。因此，在电压信号Vin低于峰保持信号的时段期间，峰保持信号的值将对应于由保持电容器407保持的电压。
当保持复位信号为高时，复位开关408被设置为非导通状态，并且当保持复位信号为低时，复位开关408被设置为导通状态。当复位开关408被设置为导通状态时，保持电容器407中保持的电荷被复位。
[A/D转换电路的更具体布置]
将再次参照图3描述A/D转换电路127的布置的示例。控制单元201基于峰检测信号和保持复位信号产生A/D转换控制信号。A/D转换控制信号包括指示A/D转换开始的信号SOC(转换开始)和指示A/D转换结束的信号EOC(转换结束)。控制单元201将具有与峰检测信号相同波形的信号作为信号SOC供应给A/D转换单元202。当结束A/D转换时，控制单元201将信号EOC变为高。在信号EOC已变为高之后，控制单元201将在经过预定时间之后将信号EOC变回低以做出下一个结束指令。
A/D转换单元202对峰保持信号(模拟信号)执行A/D转换，以将峰保持信号转换成由多个比特组成的数字数据。A/D转换单元202从高比特到低比特顺序地确定数字数据的多个比特。该A/D转换单元202可以是SAR(逐次逼近寄存器)A/D转换电路、循环A/D转换电路或流水线A/D转换电路。下面将描述A/D转换单元202是SAR A/D转换电路的情况。
A/D转换单元202包括比较器303和SAR逻辑电路304。响应于信号SOC从低变为高，A/D转换单元202通过使SAR逻辑电路304复位来初始化A/D转换单元202。结果，开始A/D转换的准备工作完成。随后，A/D转换单元202根据信号SOC正从低变为高而开始峰保持信号的A/D转换。A/D转换单元202可以在SAR逻辑电路304中自己产生A/D时钟信号。A/D转换单元202还可以具有以这种方式自己产生A/D时钟信号的自记时布置。比较器303可以是动态比较器或电容DAC(数模转换器)。
当A/D转换开始时，A/D转换单元202通过二进制搜索确定数字数据的每个比特。更具体地，SAR逻辑电路304将峰保持信号与来自比较器303的参考电压进行比较。在峰保持信号的电压高于参考电压的情况下，SAR逻辑电路304将目标比特设置为1，并且在其他情况下将目标比特设置为0。SAR逻辑电路304向比较器303发出指令，使得将针对每个比特的确定操作供应用于确定后续比特的参考电压。
当A/D转换被中断时，填充电路305填充每个未确定比特。填充电路305可将所有未确定比特设置为0、1或0至1之间的中间值。例如，填充电路305可以将未确定比特中的最高有效比特设置为1，并将剩余比特设置为0。在A/D转换未被中断的情况下，填充电路305将直接输出所提供的数字数据比特。填充电路305可以针对A/D转换的每次中断循环未确定比特，而不是为每个未确定比特设置固定值。如果在数字数据的每个比特的初始值为0的情况下所有未确定比特都为0，则不需要执行填充电路305的处理。在这种情况下，可以省略填充电路305。
[正常操作]
将参照图5描述信号处理电路123的操作的示例。图5处理没有发生堆积的情况(即，两个连续的峰501和502之间的时间间隔大并且在峰501的信号值的A/D转换结束之后检测到峰502的产生的情况)。这种情况的操作将被称为正常操作。在下面的描述中，假设A/D转换单元202的分辨率精度为8比特。此外，在图5和后续附图中，“Vin”、“峰检测信号”、“保持复位信号”、“峰保持信号”、“SOC”和“EOC”指示各自的信号值。“峰保持”指示峰保持单元302是否正在执行峰保持操作。“ON”指示正在执行峰保持操作，而“OFF”指示未在执行峰保持操作(即，峰保持单元正在跟随电压信号Vin)。“A/D时钟”指示A/D转换单元202的操作时钟信号。“A/D转换时段”指示A/D转换单元202正在执行A/D转换的时段。“确定-目标比特”指示要通过A/D转换确定的比特。参考符号D8至D1表示从最高有效比特MSB(最高有效比特)到最低有效比特LSB(最低有效比特)的数字数据的比特。“输出码”指示要从A/D转换单元202输出的数字数据。
在时刻t0，假设电压信号Vin已根据放射线光子的输入而增加。峰检测电路126根据该增加而检测到将产生峰，并将峰检测信号和保持复位信号变为高。响应于保持复位信号已变为高的事实，峰保持单元302开始保持电压信号Vin。如图5中所示，当保持复位信号为高时，峰保持信号的值被设置为从时刻t0起直到当前时间点所获得的最大值。
响应于峰检测信号变为高，控制单元201将信号SOC变为高。响应于信号SOC变为高，A/D转换单元202准备(初始化A/D转换单元202)以开始A/D转换。
在时刻t1，峰检测单元301检测到电压信号Vin已达到峰501。响应于此，峰检测信号变为低。响应于峰检测信号变为低，控制单元201将信号SOC变为低。响应于信号SOC变为低，A/D转换单元202开始峰保持信号的A/D转换。峰保持信号的值在时间点t1变为的峰501的信号值。
在A/D转换期间，SAR逻辑电路304产生A/D时钟信号，并将所产生的A/D时钟信号供应给比较器303。与A/D时钟信号同步地，SAR逻辑电路304从最高有效比特MSB(即，比特D8)起依次确定表示峰保持信号的信号值的数字数据的多个比特。
在时刻t2，峰检测单元301检测到从时刻t1起经过了预定时间(即，电压信号Vin已达到峰501)，并且将保持复位信号变为低。该预定时间被预先设置为长于峰501的信号值的A/D转换所需的时间(即，确定比特D8至D1所需的时间)。响应于保持复位信号变为低，峰保持信号结束保持操作并开始跟随电压信号Vin。
响应于保持复位信号变为低，控制单元201将信号EOC变为高。响应于信号EOC变为高，A/D转换单元202输出其值已确定的比特(即，比特D8至D1)作为数字数据输出码。A/D转换单元202可以并行地输出数字数据输出码的多个比特。
在时刻t3，控制单元201在检测到从时刻t2起经过了预定时间时将信号EOC变为低。在时刻t4，假设电压信号Vin已根据放射线光子的输入而开始增加。响应于该增加，峰检测电路126将峰检测信号和保持复位信号变为高。在时刻t5，峰检测单元301检测到电压信号Vin已达到峰502。随后，峰502的信号值以类似于峰501的信号值的A/D转换的方式经受A/D转换。
如上所述，在正常操作中，峰501的信号值和峰502的信号值各自以8比特的精度经受A/D转换。
[堆积操作]
将参照图6描述信号处理电路123的操作的示例。图6示出了发生堆积的情况(即，两个连续的峰601和602之间的时间间隔小并且在峰601的信号值的A/D转换完成之前检测到峰602的产生的情况)。在这种情况下执行的操作被称为堆积操作。
在图6的时刻t0和时刻t1执行的操作与在图5的时刻t0和时刻t1执行的操作类似。在图6中，峰601的信号值的A/D转换在时刻t1开始。
在时刻t2，假设在峰601的信号值的A/D转换期间，电压信号Vin已根据放射线光子的输入而开始增加。响应于该增加，峰检测电路126将峰检测信号变为高。此外，峰检测电路126在将保持复位信号临时变为低之后使保持复位信号返回到高。响应于保持复位信号临时变为低，峰保持单元302开始重新保持电压信号Vin。如图6中所示，当保持复位信号为高时，峰保持信号的值被设置为自保持复位信号变为高起直到当前时间点所获得的最大值。
响应于在A/D转换期间峰检测信号变为高，控制单元201将信号SOC和信号EOC变为高。响应于信号EOC变为高，A/D转换单元202中断当前正在执行的峰601的信号值的A/D转换，并将其值已确定的每个比特供应给填充电路305。在时间点t2，对于比特D8到D3，已完成了峰601的信号值的A/D转换。因此，填充电路305确定峰601的数字数据的未确定比特(在上述示例中为比特D2和D1)的值，而非使它们基于峰601的信号值(Vin)。未确定比特的确定方法如上所述。随后，填充电路305输出基于峰602的信号值确定的比特D8至D3以及补足的比特D2和D1作为数字数据输出码。以这种方式，峰601以6比特的精度经受A/D转换。
此外，根据信号SOC正变为高，A/D转换单元202执行用于峰602的信号值的A/D转换的初始化。以这种方式，通过在预测电压信号Vin达到峰602的时间点(t2)执行用于A/D转换的准备工作，可以在电压信号Vin已达到峰602之后立即开始峰602的信号值的A/D转换。
在时刻t3，控制单元201在检测到从时刻t2已经过预定时间时将信号EOC变为低。此外，在时刻t3，峰检测单元301检测到电压信号Vin已达到峰602。随后，以类似于峰601的信号值的A/D转换的方式开始峰602的信号值的A/D转换。虽然电压信号Vin达到峰602并且信号EOC同时变为低，但是它们可以在不同的时刻出现。
如上所述，其A/D转换被中断的峰601的信号值以6比特的精度被转换为数字数据，并且其A/D转换未被中断的峰602的信号值以8比特的精度被转换为数字数据。以这种方式，根据本实施例，即使在发生堆积的情况下，也可以通过牺牲ADC分辨率精度来立即对峰601和602这两者进行计数。此外，由于在一个时间点仅保持峰的一个信号值，因此仅需要将保持电容器407布置成用于保持峰的信号值的电容器。以这种方式，根据本实施例，可以通过简单布置(具有低功耗和小空间)来提高计数性能。
<第二实施例>
[操作概要]
在第一实施例中，当在A/D转换期间检测到下一个峰的产生时，中断A/D转换。然而，如果在A/D转换操作开始后立即中断A/D转换操作，则要输出的数字数据的精度将大幅降低。因此，在第二实施例中，控制单元201基于A/D转换的进行状态来确定是否中断A/D转换。下面将主要描述与第一实施例的不同之处。第二实施例中未提及的事项可以类似于上述第一实施例中描述的那些事项。
将参照图7描述根据第二实施例的控制单元201的操作。在步骤S701中，控制单元201确定是否已检测到峰的产生。如果已检测到峰的产生(步骤S701中为是)，则控制单元201使过程前进到步骤S702。否则(步骤S701中为否)，重复步骤S701的过程。如上所述，控制单元201可以响应于峰检测信号正变为高来检测峰的产生。
在步骤S702中，控制单元201确定是否正在执行A/D转换。如果正在执行A/D转换(步骤S702中为是)，则控制单元201使过程前进到步骤S704。否则(步骤S702中为否)，过程前进到步骤S703。
如果过程转移到步骤S703，则前一个峰的A/D转换已完成。因此，控制单元201将开始新达到峰的信号值的A/D转换。
在步骤S704中，控制单元201确定其值已确定的比特的数量是否小于阈值。如果其值已确定的比特的数量小于阈值(步骤S704中为是)，则控制单元201使过程前进到步骤S706。否则(比特的数量等于或大于阈值)(步骤S704中为否)，过程前进到步骤S705。在步骤S704中要使用的阈值是表示该峰的信号值的数字数据所允许的精度的最小比特数。该阈值被预先设置，并且A/D转换电路127可以被使用。阈值可以是从放射线成像装置设置的寄存器信号。
如果过程转移到步骤S705，则即使正在执行前一个峰的A/D转换，也将设置可以创建最小精度的数字数据的状态。因此，控制单元201以类似于第一实施例的堆积操作的方式中断A/D转换。
如果过程转移到步骤S706，则仍将设置不能创建最小精度的数字数据的状态，因为正在执行前一个峰的A/D转换。因此，控制单元201继续A/D转换。在这种情况下，不执行新到达的峰的A/D转换。
[A/D转换电路的布置示例]
将参照图8描述根据第二实施例的A/D转换电路801的布置的示例。根据第二实施例的放射线成像装置与根据第一实施例的放射线成像装置100的不同之处在于包括A/D转换电路801而不是A/D转换电路127。第二实施例的其他点可以类似于第一实施例的那些点。在第一实施例中也可以使用A/D转换电路801。
除了A/D转换电路127的元件之外，A/D转换电路801还包括采样和保持电路803(图8中表示为S&H电路)。峰保持信号从峰检测电路126供应，并且信号SOC从控制单元201被供应给采样和保持电路803。采样和保持电路803将在信号SOC为高时对峰保持信号进行采样，并在信号SOC变为低的时间点保持信号值。也就是说，采样和保持电路803用作保持单元。
[正常操作]
将参照图9描述信号处理电路123的操作的示例。图7示出了执行步骤S703的过程的情况。这种情况的操作将被称为正常操作。在下面的描述中，假设A/D转换单元202的分辨率精度为8比特。此外，在图9至图11中，“阈值信号”指示被维持为高长达与步骤S704的阈值对应的长度的信号。例如，假设阈值为3比特。在这种情况下，在A/D转换开始之后，阈值信号将被维持为高长达3比特的A/D转换所需的长度(A/D时钟的三个周期的长度)，并且将在除此之外的时段内被维持为低。在第二实施例中，保持复位信号具有与峰检测信号相同的波形。因此，图9至图11中将省略保持复位信号。
在时刻t0，假设电压信号Vin已根据放射线光子的输入而开始增加。响应于该增加，峰检测电路126检测到峰的产生，并将峰检测信号和保持复位信号变为高。响应于保持复位信号变为高，峰保持单元302开始保持电压信号Vin。如图5所示，当保持复位信号为高时，峰保持信号的值被设置为从时刻t0起直到当前时间点所获得的最大值。
响应于峰检测信号变为高，控制单元201将信号SOC变为高。响应于信号SOC变为高，A/D转换单元202准备(初始化A/D转换单元202)以开始A/D转换。
在时刻t1，峰检测单元301检测到电压信号Vin已达到峰501。响应于此，峰检测信号和峰保持信号变为低。响应于保持复位信号正变为低，峰保持单元结束保持操作并开始跟随电压信号Vin。由于峰保持信号的波形将变得类似于电压信号Vin的波形，因此在图9至图11中将省略描述。
响应于峰检测信号变为低，控制单元201将信号SOC变为低。响应于信号SOC变为低，A/D转换单元202保持峰保持信号，并开始所保持的信号值的A/D转换。此外，控制单元201将阈值信号变为高。在时间点t1，峰保持信号的值被设置为峰901的信号值。A/D转换的细节类似于第一实施例的细节。
从时刻t2到时刻t3执行的操作与第一实施例的那些操作类似。在时刻t4，假设电压信号Vin已根据放射线光子的输入而开始增加。响应于该增加，峰检测电路126将峰检测信号和保持复位信号变为高。响应于峰检测信号变为高，控制单元201将信号SOC变为高。响应于信号SOC变为高，A/D转换单元202开始对峰保持信号进行采样。在时刻t5，峰检测单元301检测到电压信号Vin已达到峰902。随后，峰902的信号值以类似于峰901的信号值的A/D转换的方式经受A/D转换。
如上所述，在正常操作中，以8比特的精度对峰901的信号值和峰902的信号值中的每一个执行A/D转换。
[堆积时的中断操作]
将参照图10描述信号处理电路123的操作的示例。图10示出了要执行图7的步骤S705的过程的情况。这种情况下的操作将被称为堆积时的中断操作。
在图10的时刻t0和时刻t1执行的操作与在图9的时刻t0和时刻t1执行的操作类似。在图10中，峰1001的信号值的A/D转换在时刻t1开始。
在时刻t2，假设在峰1001的信号值的A/D转换期间，电压信号Vin已根据放射线光子的输入而开始增加。响应于该增加，峰检测电路126将峰检测信号变为高。
响应于在A/D转换期间峰检测信号变为高，控制单元201确定阈值信号是高还是低。阈值信号为低的情况表示确定比特数是否满足阈值的步骤S704的过程已完成。阈值信号为高的情况表示确定比特数是否满足阈值的步骤S704的过程尚未完成。由于在图10的示例中阈值信号为低，因此控制单元201将信号SOC和信号EOC变为高，以中断峰1001的信号值的A/D转换。响应于信号EOC变为高，A/D转换单元202中断正在执行的峰1001的信号值的A/D转换，并将其值已确定的比特供应给填充电路305。中断操作类似于第一实施例的图6中描述的操作。
在时刻t3，控制单元201检测从时刻t2起是否经过了预定时间，并将信号EOC变为低。此外，在时刻t3，峰检测单元301检测到电压信号Vin已达到峰1002。随后，以类似于峰901的信号值的A/D转换的方式开始峰1002的信号值的A/D转换。虽然电压信号Vin与信号EOC变为低的时刻同时达到峰1002，但它们可以在不同的时刻出现。
[堆积时的继续操作]
将参照图11描述信号处理电路123的操作的示例。图11示出执行图7的步骤S706的过程的情况。这种情况下的操作将被称为堆积时的继续操作。
在图11的时刻t0和时刻t1执行的操作与在图9的时刻t0和时刻t1执行的操作类似。在图11中，峰1101的信号值的A/D转换在时刻t1开始。
在时刻t2，假设在峰1101的信号值的A/D转换期间，电压信号Vin已根据放射线光子的输入而开始增加。响应于该增加，峰检测电路126将峰检测信号变为高。
响应于在A/D转换期间峰检测信号变为高，控制单元201确定阈值信号是高还是低。由于在图11的示例中阈值信号为高，所以控制单元201继续峰1101的信号值的A/D转换，而不是中断A/D转换。如图11中所示，在时间点t2仅确定了两个比特D8和D7，并且比特数小于3比特的阈值。因此，控制单元201将信号SOC和信号EOC维持在低电平。随后，峰1101的A/D转换在时刻t3完成。从时刻t3到时刻t6执行的操作类似于从图9的从时刻t2到时刻t5执行的操作。
由于将继续峰1101的信号值的A/D转换，因此跳过峰1102的A/D转换。即使在检测到峰1102的产生之后峰保持信号的值已改变之后，采样和保持电路803也可以继续保持峰1101的信号值。
如上所述，根据本实施例，可以通过简单布置提高计数性能，并且进一步确保最小ADC分辨率精度。
<第三实施例>
[由堆积产生的错误]
将参照图12描述由于堆积产生而导致的信号值错误。曲线图1201示出了假设仅发生了第一光子输入的情况的电压信号Vin的波形。曲线图1202示出假设仅发生了第二光子输入的情况的电压信号Vin的波形。曲线图1203示出实际发生了第一和第二光子输入的情况的电压信号Vin的波形。曲线图1201和曲线图1203在时刻t2和在时刻t2之前的时间匹配。从时刻t2到时刻t4，曲线图1203的值变为曲线图1201的值和曲线图1202的值的和。曲线图1202和曲线图1203在时刻t4以及随后的时间匹配。
在曲线图1203中在时刻t1达到第一峰，并且在曲线图1203中在时刻t3达到第二峰。曲线图1203在时刻t1的值表示由于第一光子输入而产生的峰的信号值。然而，曲线图1203在时刻t1的值变得大于第二光子输入的峰的信号值(曲线图1202的峰)。第二光子输入的峰的信号值(曲线图1202的峰)基本上等于通过从曲线图1203的第二峰减去曲线图1201在时刻t3的值而获得的值。因此，在第三实施例中，在发生堆积的情况下(更具体地，在A/D转换中断的情况下)，表示后续峰的信号值的数字数据将被校正。
[信号处理电路的布置的示例]
将参照图13描述根据第三实施例的信号处理电路1301的布置的示例。根据第三实施例的放射线成像装置与根据第一实施例的放射线成像装置100的不同之处在于包括信号处理电路1301而不是信号处理电路123。第三实施例的其他点可以类似于第一实施例的那些点。信号处理电路1301也可以在第二实施例中使用。
信号处理电路1301还包括校正电路1302和计算电路1303。校正电路1302和计算电路1303用作校正单元。校正电路1302校正数字数据输出码。计算电路计算要在校正电路1302中使用的校正量，并将计算出的校正量供应给校正电路1302。数字数据输出码、信号EOC和已确定的比特的数量从A/D转换电路127供应给校正电路1302和计算电路1303中的每一个。已确定的比特的数量表示其值已通过A/D转换确定的比特的数量。例如，在图5的峰501的信号值的A/D转换中已确定的比特的数量为8，并且在图6的峰601的信号值的A/D转换中已确定的比特的数量为6。
基于信号EOC，校正电路1302和计算电路1303检测到A/D转换已完成。响应于A/D转换的完成，计算电路1303计算用于校正数字数据输出码的校正量。校正电路1302通过从数字数据输出码减去该校正量来校正数字数据输出码。
将参照图14描述计算电路1303的校正量的计算方法。计算电路1303保存表1400。表1400的列1401表示如下数字数据：该数字数据表示发生堆积时的前半部分的峰(第一峰)的信号值。表1400的列1402表示如下数字数据：该数字数据表示从发生堆积时已达到前半部分的峰(第一峰)直到检测到后半部分的峰(第二峰)的产生所经过的时间。表1400的列1403表示代表发生堆积时的后半部分的峰(第二峰)的信号值的数字数据的校正量。
如图12中所示，假设仅发生了第一光子输入的情况的电压信号Vin的波形根据特定的衰减特性衰减。因此，由第二光子输入产生的峰的信号值的校正量将根据从电压信号Vin已达到峰(在时刻t1)起所经过的时间而改变。由于第一峰的信号值的A/D转换是在已达到第一峰的时间点开始的，所以上述经过的时间对应于A/D转换的执行时间，即，在A/D转换中确定的比特的数量。因此，将基于前一阶段的峰的信号值的数字数据、在该信号值的A/D转换中其值已确定的比特的数量、以及电压信号Vin的衰减特性来预先确定校正量，并且所确定的校正量将被存储在表1400中。在A/D转换被中断(列1402的值小于8)的情况下，校正量将为正值，并且在A/D转换完成(列1402的值为8)的情况下，校正量将为0。计算电路1303通过参照表1400来确定校正量。计算电路1303还可以通过使用表示衰减特性的函数来计算校正量，而不是参照表1400。
如上所述，根据本实施例，即使在已发生堆积的情况下，也可以精确地计算峰的信号值。
<第四实施例>
[信号处理电路的布置示例]
将参照图15描述根据第四实施例的信号处理电路1301的布置的示例。根据本实施例的信号处理电路1301与第三实施例的不同之处在于计算电路1303还基于与信号处理电路1301相关的环境信息来计算校正量。其他点可以类似于第三实施例的那些点。
在第三实施例中，基于电压信号Vin的衰减特性来计算校正量。该衰减特性可以根据与信号处理电路1301相关的环境信息(例如，产品的个体差异、周边温度等)而改变。因此，计算电路1303从环境信息检测单元1501获得环境信息，并且还基于该环境信息确定校正量。计算电路1303可以包括图14中所示的表1400或针对环境信息的每个属性值(例如，周边温度)的转换函数，并且根据每个属性值使用该表或转换函数。环境信息检测单元1501可以被包括在放射线成像装置100中。在环境信息中包括周边信息的情况下，环境信息检测单元1501可以包括温度传感器。环境信息检测单元1501可以被包括在信号处理电路1301中，或者可以被布置在信号处理电路1301的外部。
如上所述，根据本实施例，即使在已发生堆积的情况下，也可以进一步精确地确定峰的信号值。
<第五实施例>
将参照图16描述根据第五实施例的成像系统。图16是示出了根据本实施例的成像系统的示意性布置的框图。
提供了一种光电转换设备，该光电转换设备包括根据第一实施例至第四实施例中的每一个的光子计数信号处理单元120。这种光电转换设备适用于各种成像系统。适用的成像系统包括但不限于例如数字静止相机、数字摄像机、监控相机、复印机、传真机、蜂窝电话、车载相机、观测卫星、医用相机等。此外，还可以包括相机模块作为成像系统，该相机模块包括诸如透镜和光电转换设备之类的光学系统。图16示出了作为这些成像系统的一个示例的数字静止相机的框图。
成像系统1600包括光电转换设备1601、成像光学系统1602、CPU 1610、透镜控制单元1612、成像装置控制单元1614、图像处理单元1616、光圈快门控制单元1618、显示单元1620、操作开关1622和存储介质1624。光电转换设备1601包括根据第一实施例至第四实施例中的每一个的光子计数信号处理单元120。
成像光学系统1602是用于形成被摄体的光学图像的光学系统，并且包括透镜、光阑1604等。除了通过调整光圈大小来调整成像时的光量的功能之外，光阑1604还具有在要捕获静止图像时作为曝光时间调整快门的功能。透镜和光阑1604被保持为可沿光轴方向相互移动，并且通过这些协作移动来实现倍率功能(变焦功能)和焦点调整功能。成像光学系统1602可以被集成在成像系统中，或者可以是能从成像系统拆卸/附连到成像系统的成像透镜。
光电转换设备1601被布置在成像光学系统1602的图像空间中，使得图像平面将位于图像空间中。光电转换设备1601包括CMOS传感器(像素单元)及其外围电路(外围电路区域)。外围电路包括根据第一实施例至第四实施例中的每一个的光子计数信号处理单元120。光电转换设备1601形成二维单层颜色传感器，其中包括光电转换单元的多个像素被二维布置并且滤色器相对于这些像素被布置。光电转换设备1601对由成像光学系统1602形成的被摄体图像进行光电转换，并将所形成的被摄体图像输出为图像信号和焦点检测信号。
透镜控制单元1612是用于通过控制成像光学系统1602的透镜的相互驱动来操作倍率和调整焦点的单元，并且由为实现这些功能而形成的电路和处理设备形成。光圈快门控制单元1618是用于通过改变光阑1604的光圈大小(通过改变f-数)来调整用于成像的光量的单元，并且由为实现该功能而形成的电路和处理设备形成。
CPU 1610是被布置在相机内以控制相机主体的各种控制操作的控制设备，并且包括操作单元、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器、通信接口电路等。CPU 1610根据存储在ROM等中的计算机程序来控制相机中的每个单元的操作，并执行一系列成像操作，例如包括成像光学系统1602的聚焦状态的检测(聚焦检测)自动聚焦控制、成像、图像处理、存储等。CPU1610也是信号处理单元。
成像装置控制单元1614是用于控制光电转换设备1601的操作的单元，并且由为实现该功能而形成的电路和控制设备形成。图像处理单元1616是用于通过对经AD转换的信号执行诸如颜色内插、γ转换等图像处理来产生图像信号的单元，并且由为实现该功能而形成的电路和控制设备形成。显示单元1620是诸如液晶显示设备(LCD)等之类的显示设备，并且显示与相机的成像模式有关的信息、成像操作前的预览图像、成像操作之后用于确认的图像、焦点检测时的对焦状态等。操作开关1622由电源开关、释放(成像触发)开关、变焦操作开关、成像模式选择开关等形成。存储介质1624是用于存储所捕获的图像等的介质，并且可以是并入在成像系统中的介质，或者可以是诸如存储卡等的可拆卸介质。
以这种方式，可以通过形成其中应用了根据第一实施例至第四实施例中的每一个的光子计数信号处理单元120的成像系统1600来实现高性能成像系统。
<第六实施例>
将参照图17A和17B描述根据第六实施例的成像系统和移动体。图17A和17B是示出了根据本实施例的成像系统和移动体的布置的视图。
图17A示出了与车载相机相关的成像系统1700的示例。成像系统1700包括光电转换设备1710。光电转换设备1710包括根据第一实施例至第四实施例中的每一个的光子计数信号处理单元120。成像系统1700包括图像处理单元1712，图像处理单元1712是对由光电转换设备1710获得的多个图像数据执行图像处理的处理设备。成像系统1700还包括视差获得单元1714，视差获得单元1714是根据由光电转换设备1710获得的多个图像数据计算视差(视差图像的相位差)的处理设备。另外，成像系统1700包括距离获得单元1716和碰撞确定单元1718，距离获得单元1716是基于计算出的视差计算到目标物体的距离的处理设备，碰撞确定单元1718是基于计算出的距离确定碰撞可能性的处理设备。在这种情况下，视差获得单元1714和距离获得单元1716是用于获取诸如到目标的距离信息等信息的信息获得单元的示例。也就是说，距离信息是关于视差、散焦量、到目标的距离等的信息。碰撞确定单元1718可以使用这些距离信息之一来确定碰撞可能性。上述各种处理设备中的每一种都可以通过专门设计的硬件或者基于软件模块执行算术处理的通用硬件来实现。替代地，每个处理设备可以由FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)来实现，或者可以通过其组合来实现。
成像系统1700连接到车辆信息获取设备1720，并且可以获取诸如车速、偏航率和转向角之类的车辆信息。成像系统1700还连接到控制ECU1730，ECU1730是被配置为基于碰撞确定单元1718的确定结果来向车辆输出产生制动力的控制信号的控制设备。也就是说，控制ECU 1730是用于基于距离信息来控制移动体的移动体控制单元的示例。此外，成像系统1700还连接到警告设备1740，警告设备1740基于碰撞确定单元1718的确定结果来向驾驶员产生警告。例如，在碰撞确定单元1718的确定结果为碰撞可能性高的情况下，控制ECU1730例如通过刹车、恢复油门或抑制引擎输出来执行车辆控制以避免碰撞或减少损伤。警告设备1740通过例如产生警告声音等、在汽车导航系统等的屏幕上显示警告信息、或者振动安全带或方向盘来警告用户。
在本实施例中，成像系统1700捕获周边环境，例如车辆的前部或后部。图17B示出了捕获车辆前部(成像范围1750)的情况下的成像系统1700。车辆信息获取设备1720发送指令以使成像系统1700操作并执行成像。通过使用包括根据第一实施例至第四实施例中的每一个的光子计数信号处理单元120的光电转换设备1710，根据本实施例的成像系统1700可以提高测量精度。
上面已描述了执行控制以防止与另一车辆相撞的示例。然而，成像系统还可以应用于通过跟随另一车辆来执行自动驾驶的控制或执行自动驾驶以防止偏离车道的控制。成像系统不仅可以应用于诸如汽车之类的车辆，而且还可以应用于例如诸如船舶、飞机或工业机器人之类的移动体(移动装置)。移动体的移动设备(移动装置)是诸如引擎、马达、轮子、螺旋桨等的各种移动单元。此外，成像系统不仅可以应用于移动体，还可以应用于广泛使用物体识别的设备，例如ITS(智能交通系统)等。
光电转换设备可以是正面照射型光电转换设备或背面照射型光电转换设备。光电转换设备可以具有通过堆叠布置有多个光电转换元件的第一半导体芯片和布置有外围电路的第二半导体芯片而形成的结构(堆叠芯片结构)。第二半导体芯片的每个外围电路可以被设置为与第一半导体芯片的像素阵列对应的阵列电路。此外，第二半导体芯片的每个外围电路可以被设置为与第一半导体芯片的像素或像素块对应的矩阵电路。可以采用直通硅通孔(TSV)、通过直接接合诸如铜等的导体而在芯片之间布置的布线、通过芯片之间的微凸点的连接、通过引线接合的连接等来作为第一半导体芯片和第二半导体芯片之间的连接。在要采用堆叠芯片结构的情况下，光子计数信号处理单元120可以被布置在第一半导体芯片或第二半导体芯片中。
<第七实施例>
图18是示出根据本公开的放射线检测装置应用于X射线诊断系统(放射线检测系统)的示例的视图。由X射线管6050(放射源)产生的X射线6060穿过患者或被检者6061的胸部6062，并且进入通过将闪烁体布置在根据本公开的检测装置的上部而形成的检测装置6040。在这种情况下，其上部布置有闪烁体的检测转换装置形成放射线检测装置。入射的X射线包括患者6061的体内信息。闪烁体与X射线的输入对应地发出光，并且所发出的光被光电转换以获得电信息。该电子信息被转换为数字信号，经受用作信号处理单元的图像处理器6070的图像处理，并且可以在控制室中的用作显示单元的显示器6080上观察到。注意，放射线检测系统可以至少包括检测装置和用于处理来自检测装置的信号的信号处理单元。
此外，该信息可以由诸如电话线6090等的发送处理单元传送到远程位置。这允许在另一地方的医生办公室中用作显示单元的显示器6081上显示信息，或者将信息存储在诸如光盘等的存储单元中，并且允许在远程位置的医生进行诊断。此外，胶片处理器6100还可以将信息存储在用作存储介质的胶片6110上。
根据上述实施例，可以通过简单布置提高计数性能。
本发明不限于以上实施例，并且可以在本发明的精神和范围内进行各种改变和修改。因此，为了让公众了解本发明的范围，提出所附权利要求书。
虽然参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围将被给予最宽泛的解释，以涵盖所有这样的修改和等效的结构和功能。

Claims (15)

1.一种信号处理电路，包括：
检测单元，被配置为检测其信号值根据光子的输入而改变的模拟信号中的峰的产生；
A/D转换单元，被配置为通过从高比特到低比特确定多个比特中的每个比特的值，执行所述模拟信号的峰的信号值到所述多个比特的数字数据的A/D转换；以及
控制单元，被配置为控制所述A/D转换单元，使得在正在执行所述模拟信号的第一峰的信号值的A/D转换的时段期间检测到所述模拟信号的第二峰的产生的情况下，所述第一峰的信号值的A/D转换将被中断，并且所述第二峰的信号值的A/D转换将被开始。
2.根据权利要求1所述的信号处理电路，其中，在所述第一峰的信号值的A/D转换被中断的情况下，所述A/D转换单元基于其值已确定的一个或多个比特来确定所述第一峰的数字数据。
3.根据权利要求1所述的信号处理电路，其中，所述控制单元基于所述第一峰的信号值的A/D转换的进行状态，确定在检测到所述第二峰的产生的情况下是否要中断所述第一峰的信号值的A/D转换。
4.根据权利要求2所述的信号处理电路，其中，所述控制单元基于所述第一峰的信号值的A/D转换的进行状态，确定在检测到所述第二峰的产生的情况下是否要中断所述第一峰的信号值的A/D转换。
5.根据权利要求3所述的信号处理电路，其中，在所述第一峰的信号值的A/D转换中其值已确定的比特的数量小于阈值的情况下，所述控制单元继续所述第一峰的信号值的A/D转换，并且
在所述第一峰的信号值的A/D转换中其值已确定的比特的数量不小于所述阈值的情况下，所述控制单元中断所述第一峰的信号值的A/D转换。
6.根据权利要求4所述的信号处理电路，其中，在所述第一峰的信号值的A/D转换中其值已确定的比特的数量小于阈值的情况下，所述控制单元继续所述第一峰的信号值的A/D转换，并且
在所述第一峰的信号值的A/D转换中其值已确定的比特的数量不小于所述阈值的情况下，所述控制单元中断所述第一峰的信号值的A/D转换。
7.根据权利要求1所述的信号处理电路，还包括：
保持单元，被配置为保持所述第一峰的信号值，
其中，在已检测到所述第二峰的产生之后，所述保持单元能继续保持所述第一峰的信号值。
8.根据权利要求7所述的信号处理电路，其中，所述保持单元是采样和保持电路。
9.根据权利要求1所述的信号处理电路，还包括：
校正单元，被配置为在所述第一峰的信号值的A/D转换被中断的情况下，基于表示所述第一峰的信号值的第一数字数据和在所述第一峰的信号值的A/D转换中其值已确定的比特的数量，校正表示所述第二峰的信号值的第二数字数据。
10.根据权利要求9所述的信号处理电路，其中，所述校正单元基于所述第一数字数据、在所述第一峰的信号值的A/D转换中确定的比特的数量、以及所述模拟信号的衰减特性来确定校正量，并且通过从所述第二数字数据减去所述校正量来校正所述第二数字数据。
11.根据权利要求9所述的信号处理电路，其中，所述校正单元还基于与所述信号处理电路相关的环境信息来校正所述第二数字数据。
12.根据权利要求1所述的信号处理电路，其中，所述A/D转换单元是SAR A/D转换电路、循环A/D转换电路和流水线A/D转换电路中的一个。
13.一种成像系统，包括：
根据权利要求1-12中任一项所述的信号处理电路；以及
被配置为处理从所述信号处理电路输出的信号的处理设备。
14.一种移动体，包括：
根据权利要求1-12中任一项所述的信号处理电路；
移动装置；
被配置为根据从所述信号处理电路输出的信号来获得信息的处理装置；以及
被配置为基于所述信息来控制所述移动装置的控制装置。
15.一种信号处理方法，包括：
检测其信号值根据光子的输入而改变的模拟信号中的峰的产生；以及
通过从高比特到低比特确定多个比特中的每个比特的值，执行所述模拟信号的峰的信号值到所述多个比特的数字数据的A/D转换；
其中，在执行所述A/D转换时，在正在执行所述模拟信号的第一峰的信号值的A/D转换的时段期间检测到所述模拟信号的第二峰的产生的情况下，所述第一峰的信号值的A/D转换将被中断，并且所述第二峰的信号值的A/D转换将被开始。
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