CN114127588A - 光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法 - Google Patents

光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114127588A
CN114127588A CN202080051617.XA CN202080051617A CN114127588A CN 114127588 A CN114127588 A CN 114127588A CN 202080051617 A CN202080051617 A CN 202080051617A CN 114127588 A CN114127588 A CN 114127588A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
signal
detection
photodetection
pixels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080051617.XA
Other languages
English (en)
Inventor
渡利威士
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of CN114127588A publication Critical patent/CN114127588A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20184—Detector read-out circuitry, e.g. for clearing of traps, compensating for traps or compensating for direct hits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/161—Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
    • G01T1/164—Scintigraphy
    • G01T1/1641—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras
    • G01T1/1644—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras using an array of optically separate scintillation elements permitting direct location of scintillations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20188—Auxiliary details, e.g. casings or cooling
    • G01T1/2019—Shielding against direct hits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/32—Transforming X-rays

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

信号读出电路(11)是读出来自具有与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素(71)的光检测元件(7)的信号的电路，包括从N个(N为2以上的整数)光检测像素(71)分别输入检测信号并输出表示光的入射的信号的N个光入射检测部(13)和检测来自N个光入射检测部(13)的输出信号的合计值的合计值检测部(14)。各光入射检测部(13)输出与各光检测像素(71)对应地实施了不同的加权的信号。其权重以对于各个光检测像素(71)和光检测像素(71)彼此间的所有组合模式、使得合计值互不相同的方式设定。由此实现抑制在电路规模的大型化的同时、即使在多个位置同时射入光的情况下也能够对它们进行区分检测的光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法。

Description

光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法
技术领域
本发明涉及光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法。
背景技术
在专利文献1中，公开有关于放射线检测器的技术。该放射线检测器包括包含2维耦合的多个闪烁器的闪烁器组和与闪烁器组光学耦合的光学传感器，检测射入闪烁器组的伽马射线的入射位置。闪烁器组使各闪烁器彼此紧贴或靠近而构成。在闪烁器组光学耦合有多个光传感器，基于在各光传感器检测到的检测光量求取光量分布的重心而检测伽马射线的入射位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平7-311270号公报
非专利文献
非专利文献1:Andrew L.Goertzen et al.，“Design and Performance of aResistor Multiplexing Readout Circuit for a SiPM Detector”，IEEE Transactionson Nuclear Science，Vol.60No.3，pp.1541-1549(2013)
非专利文献2:Vladimir Popov et al.，“A novel readout concept formultianode photomultiplier tubes with pad matrix anode layout”，NuclearInstruments and Methods in Physics Research，A 567，pp.319-322(2006)
发明内容
发明所要解决的问题
例如在从MPPC(Multi-Pixel Photon Counter：多像素光子计数器)、多阳极PMT(Photomultiplier Tube：光电倍增管)这样的多通道型的光检测元件读出信号时，最广泛使用的方式为使用电阻链的方式。图14是一个例子，概念性地表示使用电阻链的放射线检测器的结构。该放射线检测器100包括由呈一维状或二维状排列的多个闪烁器102构成的闪烁器组101和与该闪烁器组101粘贴的多通道型的光检测元件103。
光检测元件103的各光检测像素(通道)104通过由连接相邻的光检测像素104彼此的多个电阻106构成的电阻链105相互电连接。在该放射线检测器100，从电阻链105的两端读出信号，基于其大小确定光的入射位置(即放射线的入射位置)。这样的方式特别多地用于来自多阳极PMT的信号的读出，在正电子发射断层摄影(Positron EmissionTomography：PET)和放射线测量仪等中被广泛采用。
但是，在这样的电阻链方式中存在以下问题。即，因为用于确定光的入射位置的信号处理需要几十～几百微秒，所以尽管检测元件自身的响应速度比较快(例如100纳秒以下)，信号处理速度还是会减慢在整个装置的响应速度。此外，在多个位置同时射入光的情况下不能对它们进行区分检测，失去了入射位置信息。
针对电阻链方式具有的这些问题，考虑设置与光检测像素104相同数量的读出电路，将来自各个光检测像素104的输出信号分别单独读出的方式(参照图15)。但是，在这样的方式中与光检测像素104的个数相应地扩大读出电路的规模，例如相对于64个或256个这样的光检测像素数成为庞大的电路规模。
实施方式的目的在于，提供在抑制电路规模的大型化的同时、即使在多个位置同时射入光的情况下也能够对它们进行区分检测的光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法。
用于解决问题的方式
实施方式为光检测元件的信号读出电路。光检测元件的信号读出电路是读出来自光检测元件的信号的电路，该光检测元件具有与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素，该光检测元件的信号读出电路的特征在于，包括：从多个光检测像素中包含的N个(N为2以上的整数)的光检测像素分别输入检测信号，并输出表示光的入射的信号的N个光入射检测部；和合计值检测部，检测来自N个光入射检测部的输出信号的合计值，各光入射检测部输出与各光检测像素对应地实施了不同的加权的信号，其权重以对于N个光检测像素中的各个光检测像素和光检测像素彼此间的所有组合模式、使得合计值相互不同的方式设定。
实施方式为光检测元件的信号读出方法。光检测元件的信号读出方法是读出来自光检测元件的信号的方法，该光检测元件具有与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素，该光检测元件的信号读出方法的特征在于，包括：基于分别来自多个光检测像素中包含的N个(N为2以上的整数)光检测像素的信号，生成表示光的入射的N个信号的第1步骤；和检测N个信号的合计值的第2步骤，在第1步骤，生成与各光检测像素对应地施加了不同的加权的信号，以对于N个光检测像素的各个光检测像素和光检测像素彼此间的所有组合模式、使得合计值相互不同的方式设定其权重。
在上述的信号读出电路和信号读出方法中，当在光入射检测部(第1步骤)生成表示光入射的信号时，与各光检测像素对应地实施不同的加权，在合计值检测部(第2步骤)检测加权后的N个信号的合计值。其权重以对于各个光检测像素和光检测像素彼此间的所有组合模式、使得合计值相互不同的方式设定。
在这样的结构中，能够从合计值唯一地判定是否向哪个光检测像素(1个或多个)射入了光。因此，根据该信号读出电路和信号读出方法，即使在多个位置同时射入光的情况下也能够对它们进行区分检测。此外，和设置与N个光检测像素分别对应的N个信号读出电路的情况相比较，能够抑制电路规模的大型化。
实施方式为光检测元件的信号读出装置。光检测元件的信号读出装置是读出来自光检测元件的信号的装置，该光检测元件具有分别包含与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素的、M个(M为2以上的整数)光检测像素组，该光检测元件的信号读出装置的特征在于：包括作为上述结构的光检测元件的信号读出电路的M个信号读出电路，M个信号读出电路分别读出分别来自M个光检测像素组的信号。
根据该信号读出装置，能够通过使M个信号读出电路为上述结构的信号读出电路，在抑制电路规模的大型化的同时、即使在多个位置同时射入光的情况下也对它们进行区分检测。此外，能够通过将光检测元件的大量光检测像素划分为M个光检测像素组，并按每个光检测像素组设置信号读出电路，与使用单一的信号读出电路的情况相比较，减小光入射检测部的个数N。因此，能够抑制利用N个光检测像素实现的所有组合模式的个数过大。
发明的效果
根据实施方式的光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法，能够在抑制电路规模的大型化的同时、即使在多个位置同时射入光的情况下也对它们进行区分检测。
附图说明
图1是表示一个实施方式的放射线检测器1A的外观的立体图。
图2是表示闪烁器阵列5的外观的立体图。
图3是表示光检测元件7的外观的立体图。
图4是表示光检测元件7的光入射面7a的平面图。
图5是表示信号读出装置10的外观的立体图。
图6是概略地表示信号读出电路11的内部结构的图。
图7的(a)是表示一个光检测像素组74的图，图7的(b)是表示与图7的(a)所示的4个光检测像素71分别对应的光入射检测部13的权重值的例子的图。
图8是表示来自在合计值检测部14检测的N个光入射检测部13的输出信号的合计值与通道号的组合的关系的图表。
图9的(a)～(e)是概念性地表示判定光子射入了光检测元件7的哪个光检测像素71的例子的图。
图10是概念性地表示信号读出电路11的动作例的图。
图11是概念性地表示信号读出电路11的另外的动作例的图。
图12是表示一个实施方式的信号读出方法的时序图。
图13是表示光检测元件7的光入射面7a的变形例的平面图。
图14是概念性地表示使用电阻链的放射线检测器的结构的图。
图15是概念性地表示具备设置与光检测像素相同数量的读出电路、将来自各个光检测像素的输出信号分别单独读出的方式的放射线检测器的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法的实施方式。另外，在附图的说明中对相同的要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。
图1是表示一个实施方式的放射线检测器1A的外观的立体图。该放射线检测器1A包括闪烁器阵列5、光检测元件7和信号读出装置10。闪烁器阵列5配置在光检测元件7的一个端面(光入射面)上。信号读出装置10配置在光检测元件7的另一个端面(信号输出面)上。换言之，在放射线的入射方向上，光检测元件7配置在闪烁器阵列5与信号读出装置10之间。
图2是表示闪烁器阵列5的外观的立体图。闪烁器阵列5具有L个(L为2以上的整数，在图中表示L＝16的情况)的闪烁器51。L个闪烁器51分别具有长方体形的外形，呈一维状或二维状并排排列。在图示例子中，16个闪烁器51排列成4行×4列的二维状。
各闪烁器51在有放射线入射时产生光子(photon)。在彼此相邻的闪烁器51之间设置有遮蔽光的壁，在闪烁器51内产生的光子的至少一部分不移动至相邻的其他闪烁器51，而移动至与射入放射线的面相反侧的面。另外，作为闪烁器51的材料，能够列举塑料等。
图3是表示光检测元件7的外观的立体图。光检测元件7例如为MPPC或多阳极PMT这样的多通道型的光检测元件，例如在为MPPC的情况下，主要由硅等半导体材料构成。光检测元件7在光入射面7a内具有L个光检测像素71。L个光检测像素71与闪烁器阵列5中的闪烁器51的排列对应地，呈一维状或二维状并排排列。
即，各光检测像素71与各闪烁器51一对一地对应，与各闪烁器51相对。在图示例中，16个光检测像素71呈4行×4列的二维状排列。此外，光检测元件7进一步具有L个输出端子72。各输出端子72从与光入射面7a相反侧的信号输出面7b突出，与各光检测像素71一对一对应地设置。
L个光检测像素71分别与来自闪烁器51的光子的入射相应地生成检测信号。各光检测像素71例如包括以盖革模式动作的雪崩光电二极管(APD：Avalanche Photo Diode)和与APD串联连接的淬灭电阻。淬灭电阻与输出端子72电连接。在各光检测像素71生成的检测信号从输出端子72向光检测元件7的外部输出。
图4是表示光检测元件7的光入射面7a的平面图。在本实施方式中，将L个光检测像素71划分为分别包含N个光检测像素71的M个(M2以上的整数)的光检测像素组74。在图示例中，将16个光检测像素71均等地划分为4个光检测像素组74。在这种情况下，各光检测像素组74中包含的光检测像素71的个数N为4。此外，在图示例中，表示将彼此相邻的N1行×N2列(N1、N2为1以上的整数，且N1×N2＝N)光检测像素71划分为1个光检测像素组74，且在行数N1和列数N2彼此相等的情况(具体而言为N1＝N2＝2)。
另外，光检测像素组74的个数M并不限定于4，例如，能够为M＝2或M＝6等各种各样的数。同样，光检测像素组74中包含的光检测像素71的个数N并不限定于4，例如能够为N＝2或N＝6等各种各样的数。行数N1和列数N2也是任意的。
图5是表示信号读出装置10的外观的立体图。信号读出装置10具有M个信号读出电路11。M个信号读出电路11与光检测元件7中的光检测像素组74的排列对应地，呈一维状或二维状并排排列。
即，各信号读出电路11与各光检测像素组74一对一地对应。各信号读出电路11具有与对应的光检测像素组74的N个输出端子72连接的N个输入端子12。在图示例中，信号读出电路11的个数M为4，输入端子12的个数N为4。
图6是概略地表示信号读出电路11的内部结构的图。信号读出电路11包括N个光入射检测部13和一个合计值检测部14。N个光入射检测部13与N个光检测像素71分别对应地设置，通过输出端子72和输入端子12与对应的光检测像素71电连接。即，各光入射检测部13通过电阻值实质上为零的配线与对应的光检测像素71连接。
各光入射检测部13从对应的光检测像素71输入检测信号，输出表示射向该光检测像素71的光子的入射的信号。表示光子的入射的信号例如是具有矩形状的时间波形的脉冲信号。在一个实施例中，光入射检测部13包含比较器。在来自光检测像素71的检测信号超过规定的阈值的情况下，比较器输出预先设定的大小的脉冲信号。
在上述结构中，“预先设定的大小的脉冲信号”是按各光入射检测部13实施了不同的加权的信号，按每光入射检测部13具有不同的大小。在一个例子中，各光入射检测部13的比较器在检测到光子的入射时，生成某一定大小的脉冲信号。而且，各光入射检测部13的比较器根据按各光入射检测部13决定的权重将该脉冲信号转换为按各光入射检测部13不同的大小的脉冲信号。
合计值检测部14通过阻抗实质上为零的信号传输系统与N个光入射检测部13电连接，检测来自N个光入射检测部13的输出信号的合计值。为了使从各光入射检测部13到合计值检测部14的信号传输时间相等，合计值检测部14之间的线长在N个光入射检测部13彼此相等。此外，自N个光入射检测部13出发的信号传输系统在节点Nd耦合为一个之后，到达合计值检测部14。
在一个实施例中，来自N个光入射检测部13的输出信号为模拟信号，合计值检测部14包含模拟-数字转换电路。在这种情况下，合计值检测部14将使来自N个光入射检测部13的输出信号重合后的信号转换为数字信号。即，在某个光入射检测部13输出V1(V)的信号，另一个光入射检测部13输出V2(V)的信号的情况下，合计值检测部14将V1+V2(V)的信号转换为数字信号。从合计值检测部14输出的数字信号向放射线检测器1A的外部输出。
对N个光入射检测部13进一步详细说明。图7的(a)是表示一个光检测像素组74的图。在该例子中表示2行×2列的4个光检测像素71。为了便于说明，对这些光检测像素71标注(1)～(4)的通道(CH)号。而且，各光入射检测部13输出与各光检测像素71对应而实施了不同的加权的信号。
图7的(b)表示与图7的(a)所示的4个光检测像素71分别对应的光入射检测部13的权重值的例子。在该例子中，对通道号(1)赋予权重1，对通道号(2)赋予权重2，对通道号(3)赋予权重4，对通道号(4)赋予权重8。换言之，通道号为第n个(n＝1，2，……，N)的光入射检测部13的权重值为2(n-1)。
各光入射检测部13的权重例如能够通过将向比较器供给的电压通过电阻分割等调整为与该权重相应的大小来实现。合计值检测部14所需的最小的分辨能力由与该合计值检测部14连接的光入射检测部13的个数N规定。例如在N＝4的情况下，合计值检测部14所需的最小的分辨能力为4位。
图8是表示来自在合计值检测部14检测的N个光入射检测部13的输出信号的合计值与通道号的组合的关系的图表。例如，合计值为零时，表示在任何光检测像素71都没有射入光子。合计值为1时，表示仅在通道号(1)的光检测像素71射入了光子。合计值为2时，表示仅在通道号(2)的光检测像素71射入了光子。合计值为3时，表示在通道号(1)和(2)的两个光检测像素71同时射入了光子。
这样，对于N个光检测像素71中的各个光检测像素71和光检测像素71彼此间的所有组合模式，合计值互不相同，合计值不重复。
图9是概念性地表示判定光子射入了光检测元件7的哪个光检测像素71的例子的图。在图9的(a)表示分别包含2行×2列(共计4个)光检测像素71的4个光检测像素组74。
例如，如图9的(b)所示，与4个光检测像素组74分别对应的4个信号读出电路11分别输出1、1、6、2的合计值。此时，在合计值为1的2个光检测像素组74，如图9的(c)所示那样，判定为仅在通道号(1)的光检测像素71射入了光子(将判定为射入了光子光检测像素71以影线表示)。在合计值为6的光检测像素组74，判定为在通道号(2)和(3)的两个光检测像素71同时射入了光子。在合计值为2的光检测像素组74，判定为仅在通道号(2)的光检测像素71射入了光子。
在另一个例子中，如图9的(d)所示那样，与4个光检测像素组74分别对应的4个信号读出电路11分别输出0、14、0、2的合计值。此时，在合计值为0的2个光检测像素组74，如图9的(e)所示那样，判定为在任一个通道号(1)的光检测像素71都不射入光子。在合计值为14的光检测像素组74，判定为在通道号(2)、(3)和(4)的三个光检测像素71同时射入了光子。在合计值为2的光检测像素组74，判定为仅在通道号(2)的光检测像素71射入了光子。
图10是概念性地表示信号读出电路11的动作例的图。例如，使得光子大致同时射入通道号(1)和(3)的两个光检测像素71。此时，从与通道号(1)对应的光入射检测部13输出高度(电压值)为1的脉冲信号P1。此外，从与通道号(3)对应的光入射检测部13输出高度(电压值)为4的脉冲信号P2。另外，脉冲信号P1、P2的高度是相对值。
这些脉冲信号P1、P2在节点Nd相互重合，成为峰高度(最大电压值)为5的脉冲信号P3，向作为合计值检测部14的A/D转换电路输入。合计值检测部14生成与脉冲信号P3的峰高度相应的数字信号，将该数字信号向信号读出装置10的外部输出。另外，如图10所示那样，即使脉冲信号P1、P2的产生定时稍有偏差，该偏差只要为脉冲信号P1、P2的时间宽度以下就能够容许。
从光入射检测部13输出的脉冲信号的时间宽度影响放射线检测器1A的响应速度。因此，优选能够根据使用环境和要求规格任意地设定时间宽度。此外，如果从光入射检测部13输出的脉冲信号的时间宽度相对于合计值检测部14的处理周期(处理速度)过短，则在多个脉冲信号在时间上分离的情况下，存在输入合计值检测部14的信号不成为它们的合计值，从而引起误检测的风险。因此，可根据合计值检测部14的处理周期设定脉冲信号的时间宽度。
图11是概念性地表示信号读出电路11的另一个动作例的图。在该例中，光子也大致同时射入通道号(1)和(3)的两个光检测像素71。此时，从与通道号(1)对应的光入射检测部13输出脉冲面积(即脉冲高度的时间积分值，典型的是脉冲时间宽度×脉冲高度)为1的脉冲信号P4。此外，从与通道号(3)对应的光入射检测部13输出脉冲面积为4的脉冲信号P5。另外，脉冲信号P4、P5的面积是相对值。
这些脉冲信号P4、P5向作为合计值检测部14的A/D转换电路输入。合计值检测部14生成与脉冲信号P4、P5的合计面积相应的数字信号，并将该数字信号向信号读出装置10的外部输出。另外，合计值检测部14生成与规定的处理周期内存在的脉冲信号的合计面积相应的数字信号，并在2个脉冲信号分别在不同的处理周期内产生的情况下，这些脉冲信号的面积不进行合计，而各自在不同的定时进行A/D转换。即，如图11所示那样，即使脉冲信号P4、P5的产生定时稍有偏差，该偏差只要为合计值检测部14的处理周期以下就也作为同时入射处理。
图12是表示本实施方式的信号读出方法的时序图。该信号读出方法是将来自具有与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素71的光检测元件7的信号读出的方法，例如能够使用本实施方式的信号读出电路11实现。
首先，在第1步骤S1，基于分别来自光检测像素组74中包含的N个光检测像素71的信号，生成表示光的入射的N个信号。该第1步骤S1例如在N个光入射检测部13进行。接着，在第2步骤S2，检测N个信号的合计值。该第2步骤S2例如在合计值检测部14进行。
而且，在第1步骤S1，生成与各光检测像素71对应地实施了不同的加权的信号，将其权重以对于该光检测像素组74中的各个光检测像素71和光检测像素71彼此间的所有组合模式、使得合计值互不相同的方式设定(参照图8)。
对以上说明的、本实施方式的信号读出装置10和信号读出电路11以及由信号读出方法获得的效果进行说明。
在本实施方式的信号读出电路11和信号读出方法中，在光入射检测部13(第1步骤S1)生成表示光的入射的信号时，与各光检测像素71对应地实施了不同的加权，被加权的N个信号的合计值在合计值检测部14(第2步骤S2)被检测。如图8所示，其权重以对于各个光检测像素71和光检测像素71彼此间的所有组合模式、使得合计值互不相同的方式设定。
在这样的结构中，能够从合计值唯一地判定光射入了哪个光检测像素71(1个或多个)。因此，根据该信号读出电路11和信号读出方法，即使在多个位置同时射入光的情况下也能够对它们进行区分检测。此外，与设置与N个光检测像素71对应的N个信号读出电路的情况相比较，能够抑制电路规模的大型化。
另外，在专利文献1中公开的放射线检测器，也对来自各光检测像素的输出信号进行加权。但是，权重值的決定方法与本实施方式不同，因此在多个位置同时射入光的情况下，不能对它们进行区分检测。本实施方式的信号读出电路11和信号读出方法具有即使在多个位置同时射入光的情况下也能够对它们进行区分检测的，专利文献1中记载的技术中没有的特别效果。
此外，在本实施方式的信号读出装置10，将光检测元件7的大量的光检测像素71划分为M个光检测像素组74，按每个光检测像素组74设置信号读出电路11。由此，与使用单一的信号读出电路11的情况相比较，能够减小光入射检测部13的个数N。因此，能够抑制由N个光检测像素71实现的所有组合模式的个数过大。此外，与针对一个光检测像素71设置一个信号读出电路的情况相比较，能够使电路规模成为N分之1。
如本实施方式那样，各光入射检测部13也可以包含比较器。在这种情况下，能够对来自光检测像素71的检测信号设定阈值，高精度地判定是否射入了光。此外，通过使比较器的信号输出条件(电压值等)按每个比较器不同，还能够容易地以对于各个光检测像素71和光检测像素71彼此间的所有组合模式、使得合计值互不相同的方式设定权重。
如本实施方式那样，也可以来自N个光入射检测部13的输出信号为模拟信号，合计值检测部14包含将使来自N个光入射检测部13的输出信号重合而得到的信号转换为数字信号的A/D转换电路。通过例如这样的结构，能够适当地检测来自N个光入射检测部13的输出信号的合计值。
如本实施方式那样，也可以使得第n个(n＝1，2，……，N)的光入射检测部13的权重为2(n-1)。通过例如这样设定权重，能够对于各个光检测像素71和光检测像素71彼此间的所有组合模式、使得合计值互不相同。不过，光入射检测部13的权重值并不限定于此，只要对于各个光检测像素71和光检测像素71彼此间的所有组合模式、合计值互不相同，也可以使用其它各种各样的权重值。
(变形例)
图13是表示光检测元件7的光入射面7a的变形例的平面图。在上述实施方式的图4中，表示将彼此相邻的N1行×N2列的光检测像素71划分为1个光检测像素组74且行数N1和列数N2彼此相等的情况(具体而言，N1＝N2＝2)，不过也可以如图13所示那样，行数N1和列数N2互不相同。在图13的例子中，在64个光检测像素71呈8行×8列的二维状排列的光入射面7a，令各光检测像素组74的行数N1为8，列数N2为1。
此外，例如也可以使得1个光检测像素组74中包含的N个光检测像素71中的至少1个光检测像素71与其它光检测像素71不相邻而分离。这样，光检测像素组74的划分模式就是任意的，无论怎样的划分都能够适当地获得上述实施方式的效果。
光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法并不限定于上述的实施方式和结构例，而能够进行其它各种各样的变形。
例如，在上述实施方式中，对从光入射检测部13输出的信号的脉冲高度(电压值)或脉冲面积进行了加权，不过也可以对从光入射检测部13输出的信号的其它各种各样的特征值进行加权。
此外，在上述实施方式中，作为光入射检测部13采用比较器，使被加权的信号从比较器输出，不过光入射检测部13的结构并不限定于此，例如也可以从各比较器输出一定的大小的信号，使用连接到比较器的后级的各种加权电路对来自各比较器的输出信号进行加权。或者，光入射检测部13也可以使用逻辑电路和解码器构成。
上述实施方式的光检测元件的信号读出电路是读出来自光检测元件的信号的电路，该光检测元件具有与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素，该光检测元件的信号读出电路的特征在于，包括：从多个光检测像素中包含的N个(N为2以上的整数)的光检测像素分别输入检测信号，并输出表示光的入射的信号的N个光入射检测部；和合计值检测部，检测来自N个光入射检测部的输出信号的合计值，各光入射检测部输出与各光检测像素对应地实施了不同的加权的信号，其权重以对于N个光检测像素中的各个光检测像素和光检测像素彼此间的所有组合模式、使得合计值相互不同的方式设定。
上述实施方式的光检测元件的信号读出方法是读出来自光检测元件的信号的方法，该光检测元件具有与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素，该光检测元件的信号读出方法的特征在于，包括：基于分别来自多个光检测像素中包含的N个(N为2以上的整数)光检测像素的信号，生成表示光的入射的N个信号的第1步骤；和检测N个信号的合计值的第2步骤，在第1步骤，生成与各光检测像素对应地施加了不同的加权的信号，以对于N个光检测像素的各个光检测像素和光检测像素彼此间的所有组合模式、使得合计值相互不同的方式设定其权重。
在上述的信号读出电路中，也可以为各光入射检测部包含比较器的结构。在这种情况下，能够对来自光检测像素的检测信号设定阈值，高精度地判定是否射入了光。此外，通过使比较器的信号输出条件(电压值等)按每个比较器不同，还能够容易地以对于各个光检测像素和光检测像素彼此间的所有组合模式、使得合计值互不相同的方式设定权重。
在上述的信号读出电路中，也可以来自N个光入射检测部的输出信号为模拟信号，合计值检测部包含将使来自N个光入射检测部的输出信号重合而得到的信号转换为数字信号的模拟-数字转换电路。通过例如这样的结构，能够检测来自N个光入射检测部的输出信号的合计值。
在上述的信号读出电路中，也可以使得第n个(n＝1，2，……，N)的光入射检测部的权重为2(n-1)。通过例如这样设定权重，能够对于各个光检测像素和光检测像素彼此间的所有组合模式、使得合计值互不相同。
上述实施方式的光检测元件的信号读出装置是读出来自光检测元件的信号的装置，该光检测元件具有分别包含与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素的、M个(M为2以上的整数)光检测像素组，该光检测元件的信号读出装置的特征在于：包括作为上述结构的光检测元件的信号读出电路的M个信号读出电路，M个信号读出电路分别读出分别来自M个光检测像素组的信号。
工业上的可利用性
实施方式能够作为在抑制电路规模的大型化的同时、即使在多个位置同时射入光的情况下也能够对它们进行区分检测的光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法加以利用。
附图标记的说明
1A 放射线检测器
5 闪烁器阵列
7 光检测元件
7a 光入射面
7b 信号输出面
10 信号读出装置
11 信号读出电路
12 输入端子
13 光入射检测部
14 合计值检测部
51 闪烁器
71 光检测像素
72 输出端子
74 光检测像素组
100 放射线检测器
101 闪烁器组
102 闪烁器
103 光检测元件
104 光检测像素
105 电阻链
106 电阻
Nd 节点
P1～P5 脉冲信号。

Claims (6)

1.一种光检测元件的信号读出电路，其是读出来自光检测元件的信号的电路，该光检测元件具有与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素，该光检测元件的信号读出电路的特征在于，包括：
从所述多个光检测像素中包含的N个的光检测像素分别输入所述检测信号，并输出表示光的入射的信号的N个光入射检测部，其中，N为2以上的整数；和
检测来自所述N个光入射检测部的输出信号的合计值的合计值检测部，
各光入射检测部输出与各光检测像素对应地实施了不同的加权的信号，其权重以对于所述N个光检测像素中的各个光检测像素和光检测像素彼此间的所有组合模式、使得合计值相互不同的方式设定。
2.如权利要求1所述的光检测元件的信号读出电路，其特征在于：
各光入射检测部包含比较器。
3.如权利要求1或2所述的光检测元件的信号读出电路，其特征在于：
来自所述N个光入射检测部的输出信号是模拟信号，
所述合计值检测部包含将使来自所述N个光入射检测部的输出信号重合而得到的信号转换为数字信号的模拟-数字转换电路。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的光检测元件的信号读出电路，其特征在于：
第n个所述光入射检测部的权重为2(n-1)，其中，n＝1，2，……，N。
5.一种光检测元件的信号读出装置，其是读出来自光检测元件的信号的装置，该光检测元件具有分别包含与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素的、M个光检测像素组，其中，M为2以上的整数，该光检测元件的信号读出装置的特征在于：
包括作为权利要求1～4中的任一项所述的光检测元件的信号读出电路的M个信号读出电路，
所述M个信号读出电路分别读出分别来自所述M个光检测像素组的信号。
6.一种光检测元件的信号读出方法，其是读出来自光检测元件的信号的方法，该光检测元件具有与光的入射相应地生成检测信号的多个光检测像素，该光检测元件的信号读出方法的特征在于，包括：
基于分别来自所述多个光检测像素中包含的N个光检测像素的信号，生成表示光的入射的N个信号的第1步骤，N为2以上的整数；和
检测所述N个信号的合计值的第2步骤，
在所述第1步骤，生成与各光检测像素对应地施加了不同的加权的信号，以对于所述N个光检测像素的各个光检测像素和光检测像素彼此间的所有组合模式、使得合计值相互不同的方式设定其权重。
CN202080051617.XA 2019-07-18 2020-07-06 光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法 Pending CN114127588A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-132677 2019-07-18
JP2019132677A JP6814848B1 (ja) 2019-07-18 2019-07-18 光検出素子の信号読出回路、信号読出装置および信号読出方法
PCT/JP2020/026468 WO2021010218A1 (ja) 2019-07-18 2020-07-06 光検出素子の信号読出回路、信号読出装置および信号読出方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114127588A true CN114127588A (zh) 2022-03-01

Family

ID=74164494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080051617.XA Pending CN114127588A (zh) 2019-07-18 2020-07-06 光检测元件的信号读出电路、信号读出装置和信号读出方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11662483B2 (zh)
JP (1) JP6814848B1 (zh)
CN (1) CN114127588A (zh)
WO (1) WO2021010218A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023100061A (ja) * 2022-01-05 2023-07-18 浜松ホトニクス株式会社 放射線検出器及び放射線検出器アレイ
JP2023100063A (ja) * 2022-01-05 2023-07-18 浜松ホトニクス株式会社 放射線検出器及び放射線検出器アレイ

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2670405B2 (ja) * 1991-07-24 1997-10-29 浜松ホトニクス株式会社 微弱光計測装置
JP2686034B2 (ja) * 1993-06-08 1997-12-08 浜松ホトニクス株式会社 放射線位置検出装置
JPH07311270A (ja) 1994-05-19 1995-11-28 Shimadzu Corp 放射線検出器
JP3908973B2 (ja) * 2002-03-27 2007-04-25 浜松ホトニクス株式会社 位置検出装置
DE102004016585B4 (de) * 2004-03-31 2006-02-09 Siemens Ag Verfahren zur Rauschkorrektur bei einem Flachbilddetektor
JP2010169516A (ja) * 2009-01-22 2010-08-05 Tohoku Univ 放射線検出装置および飛来放射線の消滅位置特定方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021019241A (ja) 2021-02-15
US11662483B2 (en) 2023-05-30
JP6814848B1 (ja) 2021-01-20
WO2021010218A1 (ja) 2021-01-21
US20220268948A1 (en) 2022-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Frach et al. The digital silicon photomultiplier—System architecture and performance evaluation
TWI638180B (zh) 成像器件及電子裝置
EP2255220B1 (en) Low-power tdc-adc and anger logic in radiation detection applications
US7709801B2 (en) Nuclear medicine diagnosis equipment
EP2257835B1 (en) Single photon radiation detector
US10182198B2 (en) Imaging device and camera system with photosensitive conversion element
US20150237289A1 (en) Imaging device and camera system with photosensitive conversion element
US9568360B2 (en) Silicon photomultiplier with improved detection accuracy
CN103430533A (zh) 具有改进的计数器结构的单光子计数检测器系统
WO2021010218A1 (ja) 光検出素子の信号読出回路、信号読出装置および信号読出方法
JP2017117836A (ja) 光電変換素子及び光電変換モジュール
JP2004193675A (ja) イメージセンサ
Janecek et al. A high-speed multi-channel readout for SSPM arrays
JP6911872B2 (ja) 光検出器
KR101330117B1 (ko) 다채널 광전소자를 이용하는 양전자방출 단층촬영장치
US7495201B2 (en) Charge multiplexed array of solid-state photosensitive detectors
Shih et al. An 8× 8 row-column summing readout electronics for preclinical positron emission tomography scanners
CN109613586B (zh) 一种带有补偿电阻的电阻网络位置读出电路及方法
KR101905690B1 (ko) 지연소자를 이용한 멀티플렉싱 신호처리 장치
Stapels et al. Solid-state photomultiplier in CMOS technology for gamma-ray detection and imaging applications
KR102222349B1 (ko) 반도체 수동소자 기반의 멀티플렉싱 신호 처리 장치
Sajedi et al. A Generic, scalable, and cost-effective detector front-end block for PET
KR20120003245A (ko) Ｐｅｔ 모듈에서의 광자 수집 효율 및 입사한 감마선 에너지 대 광전소자 어레이에서 출력된 전자의 수 간의 선형성 향상 방법
KR20240050618A (ko) 다채널 방사선 검출기용 멀티플렉싱 회로
Kucewicz et al. Front-end electronics for Silicon Photomultipliers implemented in CMOS VLSI

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination