JP2012511711A - 単一光子感度センサのための処理方法およびこれを用いた装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置された、光子を一次電子に変換するように設計された光電陰極と、加速された一次電子のエネルギーの少なくとも一部を複数の検出セルによって収集される二次電荷に変換する変換器と、前記検出セルによって収集された電荷を、単位時間あたりおよび単一電子程度のセルの単位面積あたりで衝突密度を得ることを可能にする集積時間と共に、読み出すように構成された取得回路と、少なくともそのうちの１つが閾値よりも大きな収集電荷量を持ついわゆるメインセルである近接する検出セルのクラスターを特定する手段と、前記クラスターの少なくとも１つの特性を決定する手段と、一次電子の変換に起因する参照クラスターの少なくとも１つの特性を記憶する手段と、前記クラスターが一次電子の変換に起因するかどうかを証明するために、前記クラスターの決定された特性を前記参照クラスターの記憶された特性と比較する手段と、を含むセンサを備えた光子検出装置に関する。

Description

本発明の技術分野は、光量が低いシーンでの光子の検出に関する。

より詳しくは、本発明は、単一光子検出用の感度を持つセンサを備えた光子検出装置の分野、およびそれらの実行方法に関する。

本発明は、暗視シーンを処理する分野、例えば、防衛安全、または蛍光顕微鏡法などの科学産業画像化の分野に、好ましいが非限定的な用途を見つけ出す。

技術状況としては、この目的のために、ＥＢＣＭＯＳと略される、電子衝撃相補型金属酸化膜半導体（Electro Bombarded Complementary Metal-Oxide Semiconductor）を使用することが知られている。

特許文献１には、光電陰極とシリコン画素アレイとで構成された前記センサが記載されている。これらの２つの構成要素は、シールされ、真空チャンバを形成する。

光電陰極は、少なくとも１つの光源から放射された光子を、光電効果により一次電子に変換する。一次電子は、それらが個々に検出され得るようにそれらの電子に十分な運動エネルギーを与える電磁場により画素アレイに向かって加速される。

画素アレイは、光電陰極と対向して配置された検出体を有し、加速された一次電子がこの検出体に入り込む。検出体内での一次電子の相互作用は、規則的なピッチで、例えばマトリクス状に配置され、かつ、読み出しノイズを最適化しつつ電荷を収集するように構成されたダイオードまで拡散する電荷を作り出す。ダイオードの基本パターンが画素に対応し、１つの画素に数個のダイオードを配置することができる。

ダイオード内での電荷の蓄積は、画像の連続からなるビデオ信号を生成するように処理された電気信号の形成を可能とする。各画像は、センサの集積時間中に画素に堆積したエネルギーの合計に対応する。

この種のセンサは、４０ｍｓの集積時間に対応する２５Ｈｚ程度の画像周波数を持つ光量が低いシーンでの使用のために、例えば、暗視のために主として設計された。

しかしながら、画素アレイは、望ましくないこととして、光子の変換の後に光電陰極から直接的には生じない電子をも変換する。これは、画素アレイによって記録される画像中に寄生効果を発生させる。

寄生効果の第１の類型は、ハロー効果である。これは、画素アレイ上での一次電子の後方散乱、それらの画素アレイに向かっての再加速、およびアレイによるそれらの検出が原因である。画像は、センサの集積時間中に画素に堆積したエネルギーの合計を、このエネルギーが後方散乱電子に由来しようと一次電子に由来しようと、効果的に受ける。光量が低い、すなわち１ミリルクス未満で、かつ、局所的な強輝度源を含むシーンに対しては、源の画像の回りに円形ハローの形成をもたらす後方散乱電子のために、電荷の蓄積が発生する。ハローの半径は、大きくても光電陰極と画素アレイの間の距離の２倍である。このハローに含まれる対象物の全ての画像が見えなくなる。通常は１ｍｍ程度の光電陰極と画素アレイの間の距離により、ハローがセンサ面積の大部分をカバーすることがあり、センサがその全機能を失う。

寄生効果の第２の類型は、いわゆる「光電陰極でのイオン後方照射」効果である。真空チャンバ内に存在する残余原子は、それ自身が光電陰極に向かって加速される前に、一次電子によってイオン化されることがある。この後に、多数の電子の光電陰極からの局所的な引き離しが続き、それらが画素アレイに向かって加速される。この電子の高密度は、得られる画像に強い点として現れる。

寄生効果の第３の類型は、いわゆる「暗所カウント」効果である。この効果は、熱イオン効果または電界効果を受けた光電陰極による電子の放射から生じる電子放射バックグラウンドノイズに起因する。光量が低いシーンの画像にとっては、電子バックグラウンドノイズは再現されるシーンにおいてランダムなスノー効果の原因となる。

電子の後方散乱の現象およびそれ故のハロー現象を減少させることを試みるために、特許文献２には、電子収集用表面に型押し構造を付けることが提案されている。前記表面を製造する問題に加えて、この解決策は、収集用表面感度の一部を取り除いてしまうとともに、記録画像において寄生効果を低減させることができない。

国際公開第０１／０６５７１号 米国特許出願公開第２００５／０１２２０２１号明細書

本発明の１つの目的は、寄生効果があるにもかかわらず、光量が低いシーンでの光子の検出または認識を可能にすることである。

本発明のさらなる目的は、低い光量でのシーンの処理に適したセンサであって光子の変換に起因するいわゆる一次電子の検出を可能とするセンサにより生成されたデータを処理する方法を提供することである。

この目的のために、本発明の方法は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置された、少なくとも１つの光源から放射された光子を一次電子に変換するように設計され、かつ、前記一次電子を加速するように調整された電磁場を受ける光電陰極と、電子を二次電荷に変換する、前記真空チャンバ内に前記光電陰極と対向して配置され、かつ、加速された一次電子のエネルギーの少なくとも一部を、規則的なピッチで配置された複数の検出セルによって収集される二次電荷、に変換するように構成された変換器であって、光子の変換から直接的には生じず、後方散乱型、イオン後方照射に起因する型または電子放射バックグラウンドノイズから生じる型であり得るいわゆる寄生電子も変換する変換器と、前記検出セルによって収集された前記電荷を、単位時間あたりおよび単一電子程度のセルの単位面積あたりで衝突密度を得ることを可能にする集積時間と共に、読み出すように構成された取得回路と、を含む形式のセンサにより生成されるデータを使用する。

本発明によれば、前記方法は、以下の工程を備える。
−少なくともそのうちの１つが閾値よりも大きな収集電荷量を持ついわゆるメインセルである近接する検出セルのクラスターを特定する。
−前記クラスターの少なくとも１つの特性を決定する。
−一次電子の変換に起因するクラスターを証明するために、前記クラスターの決定された特性を、一次電子の変換に起因するクラスターの少なくとも１つの特性、と比較する。

実施形態の１つの変形によれば、前記方法は、一次電子の変換に起因しないと特定されたクラスターを削除する工程をさらに備える。

実施形態の１つの有益な変形によれば、前記方法は、後方散乱電子の変換に起因するクラスターを特定するために、前記クラスターの決定された一次的な特性と後方散乱電子の変換に起因するクラスターの少なくとも１つの二次的な特性とを対比する工程と、前記対比工程で証明されたクラスターを削除する工程と、をさらに備える。

この変形は、局所的な強輝度源を含む、光量が低いシーンを検出する際、後方散乱電子によるハロー効果の削除を利点的に可能にする。

実施形態の１つの有益な変形によれば、前記方法は、イオン後方照射に起因するクラスターを特定するために、前記クラスターの決定された一次的な特性とイオン後方照射に起因するクラスターの少なくとも１つの二次的な特性との類似性を調査する工程と、前記対比工程で証明されたクラスターを削除する工程と、を備える。

この変形は、光電陰極でのイオン後方照射の効果の削除を利点的に可能にする。

実施形態の１つの有益な変形によれば、前記方法は、以下の工程も備える。
−特定され、かつ、削除されなかった各クラスターの基点に前記光子の位置を決定する。
−決定された全ての位置の少なくとも一部を格納する。
−決定された新しい各位置を格納された位置と比較する。
−電子バックグラウンドノイズに起因する電子の位置を証明するために、比較の結果から、格納された位置に含まれない新しい位置を特定する。
−前記特定工程で証明された新しい位置を削除する。

この変形は、熱イオン効果によるまたは電界効果による光電陰極からの電子の放射から生じる電子放射バックグラウンドノイズの効果の削除を利点的に可能にする。

本発明に係る方法は、さらに以下の特徴の少なくとも１つを備えていてもよい。
−前記クラスターの特定工程は、収集電荷量が閾値よりも大きな前記メインセルを少なくとも証明する工程と、前記メイン検出セルに隣接するセルにおいて収集された電荷から前記クラスターを認識する工程と、を備える。
−前記方法は、特定され、かつ、削除されなかったクラスターからビデオ信号を生成する工程を備える。
−前記方法は、決定され、かつ、削除されなかった位置から位置信号を生成する工程を備える。

本発明のさらなる目的は、寄生効果があるにもかかわらず、光量が低いシーンで光子を検出する装置を提供することである。

この目的のために、本発明に係る光子検出装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置された、光子を一次電子に変換するように設計され、かつ、前記一次電子を加速するように調整された電磁場を受ける光電陰極と、電子を二次電荷に変換する、前記真空チャンバ内に前記光電陰極と対向して配置され、かつ、加速された一次電子のエネルギーの少なくとも一部を、規則的なピッチで配置された複数の検出セルによって収集される二次電荷、に変換するように構成された変換器であって、光子の変換から直接的には生じず、後方散乱型、イオン後方照射に起因する型または電子放射バックグラウンドノイズから生じる型であり得るいわゆる寄生電子も変換する変換器と、前記検出セルによって収集された前記電荷を、単位時間あたりおよび単一電子程度のセルの単位面積あたりで衝突密度を得ることを可能にする集積時間と共に、読み出すように構成された取得回路と、を含むセンサを備える。

本発明によれば、前記検出装置は、少なくともそのうちの１つが閾値よりも大きな収集電荷量を持ついわゆるメインセルである近接する検出セルのクラスターを特定する手段と、前記クラスターの少なくとも１つの特性を決定する手段と、一次電子の変換に起因するクラスターの少なくとも１つの特性を記憶する手段と、一次電子の変換に起因するクラスターを証明するために、前記クラスターの特性を一次電子の変換に起因するクラスターの記憶された特性と比較する手段と、も備える。

実施形態の１つの変形によれば、前記検出装置は、前記比較手段によって一次電子の変換に起因しないと特定されたクラスターを削除する手段を備える。

実施形態の１つの有益な変形によれば、前記記憶手段は、後方散乱電子の変換に起因するクラスターの少なくとも１つの特性を記憶し、前記装置は、後方散乱電子の変換に起因する前記クラスターを証明するために、前記クラスターの決定された特性を後方散乱電子の変換に起因するクラスターの記憶された特性と対比する手段を備え、前記装置は、前記対比手段によって証明されたクラスターを削除する手段を備える。

この変形は、局所的な強輝度源を含む、光量が低いシーンでのハロー効果の形成を利点的に防止する。

実施形態の１つの有益な変形によれば、前記記憶手段は、イオン後方照射に起因するクラスターの少なくとも１つの特性を記憶し、前記装置は、イオン後方照射に起因するクラスターを証明するために、前記クラスターの決定された特性をイオン後方照射に起因するクラスターの記憶された特性と対比する手段を備え、前記装置は、前記対比手段によって証明されたクラスターを削除する手段を備える。

この変形は、光電陰極でのイオン後方照射の効果の削除を利点的に可能にする。

実施形態の１つの有益な変形によれば、前記装置は、特定され、かつ、削除されなかった各クラスターの基点に前記光子の位置を決定する手段と、決定された全ての位置の少なくとも一部を格納する手段と、決定された新しい各位置を格納された位置と比較する手段と、熱イオン効果によるまたは電界効果による電子放射バックグラウンドノイズに起因する電子の位置を証明するために、比較の結果を使用して格納された位置に含まれない新しい位置を特定する手段と、前記特定手段によって証明された位置を削除する削除手段と、をさらに備える。

この変形は、熱イオン効果によるまたは電界効果による光電陰極からの電子の放射から生じる電子放射バックグラウンドノイズの効果の削除を利点的に可能にする。

本発明の前記装置は、さらに以下の特徴の少なくとも１つを備えていてもよい。
−前記クラスターの特定手段は、収集電荷量が閾値よりも大きなメインセルを少なくとも特定する手段と、前記メインセルに隣接するセルにおいて収集された電荷から前記クラスターを認識する手段と、を備える。
−前記装置は、特定され、かつ、所定の時間間隔を超えて削除されなかったクラスターからビデオ信号を生成する手段を備える。
−前記装置は、決定され、かつ、削除されなかった各位置から位置信号を生成する手段を備える。

種々の他の特徴が、本発明の主題の実施形態を限定されない例として示す添付図面を参照した以下の記述から明らかになろう。

図１は、本発明に係る装置の実施形態の例を示す図である。 図２は、一次電子の変換に起因するクラスターの例、およびそのクラスターのセルにおいて収集された電荷の量を示す。 図３は、ハロー効果を説明する図である。 図４Ａは、通常のＥＢＣＭＯＳ形式のセンサにより得られた、ハロー効果を含む画像である。 図４Ｂは、図４Ａの画像と同様の画像であるが、本発明に係る装置により得られたものである。 図５は、本発明の方法の論理図である。

図１に示される光子検出装置１は、低い光量でのシーンに適している。この検出装置１は、単一光子検出感度で造られたセンサ２を備えている。図示された好ましい形態では、このセンサ２はＥＢＣＭＯＳ形式のものである。明らかに、本発明は、この形式のセンサを具備する装置に限られるものではない。本発明では、例えばハイブリッドピクセルやＳＯＩ（Silicon on Insulator）形式のＣＭＯＳセンサなどの単一光電子感度の能力がある任意のシリコンセンサを用いることができる。

装置１は、所定の真空チャンバ３と、チャンバ３内に配置された光電陰極４とを備えている。光電陰極４は、図示しない少なくとも１つの光源から放射された光子５を電子に変換するように構成されている。源から放射され、前記装置により少なくとも一部が変換された光子群は、入射束を規定する。本明細書では、光電陰極４による光子５の変換に起因する電子を一次電子６という。

光子５は、例えば、可視スペクトルおよび／または近赤外線および／または近紫外線から生じ得る。

光電陰極４は、電磁場Ｅを生成する手段７を用いて作り出される、電位差により誘発される電磁場Ｅを受ける。前記電磁場Ｅは、光電陰極４から電子変換器８まで一次電子６を加速するように調整されており、電子変換器に対する一次電子６の衝突を発生させる。光電陰極４は、電子変換器８から離間距離Ｄだけ離れた位置にある。

電磁場４の値は、センサ２による各一次電子６の個別的な検出を可能にするために、一次電子６に十分な運動エネルギーを与えるように調整される。

電子変換器８は、加速された一次電子６のエネルギーの少なくとも一部を、規則的なピッチで例えばマトリクス状に配置された複数の検出セル１０によって収集される二次電荷９、に変換するように構成されている。

実施形態の図例では、電子変換器８は、厚さｅを有する、光電陰極４と対向して配置された、一次電子６の少なくとも一部が透過するいわゆる受動的入力層１１を備えている。電子変換器８は、入力層１１に隣接する検出体１２も備えており、その中では、少なくとも一次電子６が、検出セル１０、好ましくはマトリクス状に配置されたダイオードまで拡散する正孔対を形成するために相互作用する。

電子変換器８は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）要素であってＭＡＰＳ（Monolithic Active Pixel Sensor）形式のものであることが好ましい。明らかに、本発明では、例えば、ビーズまたはＴＳＶｓ（Through Silicon Via）を介してＣＭＯＳ読み出し回路に接続された感応層が設けられた電子変換器などの他の形式の一次電子変換器８が使用できる。

装置１は、検出セル１０によって収集された電荷９を、単位時間あたりおよび単一電子程度のセル１０の単位面積あたりで衝突密度を得ることを可能にする集積時間と共に、読み出すように構成された取得回路１３をさらに備えている。集積時間は、１ｍｓ以下であることが好ましい。

実施形態の１つの有益な変形によれば、集積時間は、ダイナミックであろうとなかろうと、検出セル１０のサイズおよび入射光束に応じて集積時間を計算する図示しない手段により算出される。

取得回路１３は、単一光子５に対する検出感度を可能にするように構成された検出セル１０の読み出し時に生成された読み出しノイズと読み出された電荷９との比を提示するように構成されている。読み出された電荷９と読み出しノイズとの比は、少なくとも、電磁場Ｅの値、電子変化器８の受動的層の厚さｅ、および光電陰極４と電子変換器８の間の離間距離Ｄ、に依存する。

本発明によれば、装置１は、その一例が図２に示されるクラスター１５を特定する特定手段１４をさらに備える。ここで、図２は、一次電子の変換に起因するクラスター１５を示す。

特定手段１４は、取得回路１３によって読み出された電荷９から、少なくともそのうちの１つが閾値Ｖｓよりも大きな収集電荷９量を持ついわゆるメインセル１０ａである近接する検出セル１０のクラスター１５を特定する。

選択される閾値Ｖｓは、検出セル１０の読み出しノイズに依存することが好ましい。閾値Ｖｓは、読み出しノイズの値の５倍に等しいことが好ましい。

図示された好ましい実施形態によれば、特定手段１４は、収集電荷９量が閾値Ｖｓよりも大きなメインセル１０ａを少なくとも証明する手段１７を備えている。特定手段１７は、メインセル１０ａに隣接するセル１０ｂにおいて収集された電荷９の量からクラスター１５を認識する認識手段１８をさらに備えている。

クラスター１５の最適サイズ、すなわち考慮される近接するセル１０の数は、変更可能であり、メインセル１０ａ回りの電荷９の分布および検出セル１０のピッチに依存する。クラスター１５のサイズは、３×３、５×５または７×７検出セル１０であることが好ましい。実施形態の図例では、クラスター１５のサイズは３×３検出セル１０である。

クラスター１５の最適サイズは、ダイナミックであろうとなかろうと、最適なクラスターサイズを決定する図示しない手段によって利点的に計算され得る。

利点的に、クラスター１５を認識する認識手段１４は、電子変換器８への一次電子６の衝突に位置的に対応する領域の認識をその分析を目的として可能にする。

装置１は、クラスター１５の少なくとも１つの特性を決定する決定手段１９をさらに備えている。

決定手段１９は、クラスター１５のメインセル１０ａおよび隣接するセル１０ｂにおいて収集された電荷９を合計することにより、クラスター１５において収集された電荷９の総量を決定することが好ましい。

実施形態の異なる変形によれば、決定手段１９は、クラスター１５の他の特性、例えばクラスターのトポロジーまたはクラスターの電荷９の平均密度などを決定することができる。

例えば、収集電荷９量が最も大きなセル１０ａ，１０ｂは、クラスター１５の基点での電子の衝突がそれぞれ単一セル１０ａ，１０ｂ上にあるか４つのセル１０ａ，１０ｂの間にあるかに応じた十字状または正方形状のパターンを形成し得る。

装置１は、一次電子６の変換に起因する参照クラスター１５ａの少なくとも１つの特性を記憶する記憶手段２０をさらに備えている。参照クラスター１５ａの特性はそれ自体周知であり、特性の選択は、純粋に任意であって装置１の実施形態に依存する。

記憶手段２０は、３Ｑａｄｃセルあたりの平均ノイズとして２２０〜２８０Ｑａｄｃの、好ましくは２５０Ｑａｄｃである参照クラスター１５ａの電荷９の総量を記憶することが好ましい。

実施形態の１つの変形によれば、記憶手段２０は、１７μｍピッチの３×３セル１０のアレイに対し２４〜３０の、好ましくは２７Ｑａｄｃ／ｃｅｌｌである参照クラスター１５ａの電荷９の平均密度を記憶する。

装置１は、クラスター１５が一次電子６の変換に起因するかどうかを証明するために、クラスター１５の決定された特性を参照クラスター１５ａの記憶された特性と比較する比較手段２１をさらに備えている。換言すれば、クラスター１５は、周知のプロファイルを有する参照クラスター１５ａと、それらのクラスター１５，１５ａが類似するかどうかを決定するように比較される。

比較手段２１は、クラスター１５において収集された電荷９の総量を参照クラスター１５ａにおける電荷の総量と比較することが好ましい。

本発明の装置１は、これにより光子変換に起因する一次電子の簡素かつ信頼性のある特定を可能にする。

装置１は、画像の連続の形を成す画像および／またはビデオ信号を生成することを可能にし、各画像は、センサ２の集積時間中に検出セル１０によって収集された電荷９の合計から生成される。

しかしながら、電子変換器８も、望ましくないことに、光子５の変換から生じないいわゆる寄生電子を二次電荷９に変換することに注意すべきである。寄生電子は、少なくとも、後方散乱型、イオン後方照射に起因する型または電子放射バックグラウンドノイズから生じる型のものであり得る。各型の寄生電子は、異なる類型の寄生効果を生み出す。後方散乱型の寄生電子はハロー寄生効果を生み出し、イオン後方照射に起因する型の寄生電子はいわゆる「イオン後方照射」寄生効果を生み出し、光電陰極による電子放射バックグラウンドノイズから生じる型の寄生電子はいわゆる「暗所カウント」寄生効果を生み出す。

それ故に、寄生効果のない画像および／またはビデオ信号を生成するために、寄生電子の変換に起因するクラスター１５を特定好ましくは削除して、一次電子６の変換に起因するクラスター１５のみを維持することは有益である。

実施形態の１つの変形によれば、参照クラスター１５ａの記憶された特性と比較される相違が少なくとも１つある決定された特性のどのクラスター１５も、寄生電子の変換に起因するクラスターであるとみなされ、それ故に削除される。実施形態のこの変形によれば、装置１は、比較手段２１の出力に接続され、比較手段２１によって一次電子の変換に起因しないと特定されたクラスター１５を削除するように構成された削除手段２２を備える。

実施形態の１つの有益な変形によれば、装置１は、上記に規定された寄生電子の少なくとも１つ好ましくは３つの型の特定を、例えばそれらの削除を目的として可能にする。

図３に説明されているように、ハロー効果は、電子変換器８から後方散乱した、すなわち電子変換器から光電陰極に向かって散乱した電子６₁が原因である。一次電子６の１２％から１８％までが、電子変換器８から後方散乱し、電磁場Ｅによって加速され、その後に初期の一次電子６の位置と異なる位置で検出される。例えば、モンテ−カルロ法を用いて行われるシミュレーションによってまたは分析的計算によって、一次衝突から二次衝突までに後方散乱電子が進んだ距離Ｒが大きくても光電陰極４と電子変換器８の間の距離の２倍であることを示すことができる。

図４Ａは、光量が低い、すなわち１ミリルクス未満で、かつ、光ファイバ２３の形を成す局所的な強輝度源を含むシーンの画像を示す。この画像は、技術状況に応じた通常のＥＢＣＭＯＳセンサ２から得られる。後方散乱電子６₁による電荷９の蓄積は、強輝度源の回りに円形ハロー２４の形成をもたらす。ハロー２４に含まれる対象物の全ての画像、例えば対象物２５は、ハロー２４によって弱められおよび／またはマスクされる。

ハロー効果を削除するように利点的に構成された本発明の１つの実施形態によれば、記憶手段２０は、後方散乱電子６₁の変換に起因する基準クラスター１５ｂの少なくとも１つの特性を記憶する。

基準クラスター１５ｂの特性はそれ自体周知であり、特性の選択は、純粋に任意であって装置１の実施形態に依存する。

記憶手段２０は、７５〜１２５Ｑａｄｃの、好ましくは１２５Ｑａｄｃである基準クラスター１５ｂの電荷９の総量を記憶することが好ましい。

この変形によれば、装置１は、クラスター１５が後方散乱電子６₁の変換に起因するかどうかを証明するために、クラスター１５の決定された特性を基準クラスター１５ｂの記憶された特性と対比する対比手段２６も備える。換言すれば、クラスター１５は、周知のプロファイルを有する基準クラスター１５ｂと、それらのクラスター１５，１５ｂが類似するかどうかを決定するように比較される。

対比手段２６は、クラスター１５において収集された電荷９の総量を基準クラスター１５ｂにおける電荷９の総量と対比することが好ましい。この変形によれば、装置１は、対比手段２６によって証明された後方散乱電子６₁に対応するクラスター１５を削除する削除手段２２を備えることが好ましい。

図４Ｂは、図４Ａの画像と同様の画像を示すが、ハロー効果を削除するように構成された本発明の装置１により得られたものである。光源２３に近い対象物の画像、例えば画像２５は、マスクされない。

光電陰極４でのイオン後方照射の効果は、一次電子６による、チャンバ３内に存在する残余原子のイオン化が原因である。いったんプラスにイオン化されると、残余原子は、電磁場Ｅにより光電陰極４に向かって加速される。これは、多数の電子の光電陰極４からの局所的な引き離しをもたらし、それらの引き離された電子自身が電子変換器８に向かって加速される。

イオン後方照射の効果を削除するように利点的に構成された本発明の１つの実施形態によれば、記憶手段２０は、イオン後方照射に起因するモデルクラスター１５ｃの少なくとも１つの特性を記憶する。モデルクラスター１５ｃの特性はそれ自体周知であり、特性の選択は、純粋に任意であって装置１の実施形態に依存する。記憶手段２０は、１０００〜４０００Ｑａｄｃの、好ましくは２０００Ｑａｄｃであるモデルクラスター１５ｃの電荷９の総量を記憶することが好ましい。実施形態の１つの変形によれば、記憶手段２０は、１７μｍピッチの７×７セル１０のアレイに対し４０〜６０Ｑａｄｃ／ｃｅｌｌの、好ましくは５０Ｑａｄｃ／ｃｅｌｌであるモデルクラスター１５ｃの電荷９の平均密度を記憶する。

この変形によれば、装置１は、クラスター１５がイオン後方照射に起因するかどうかを証明するために、クラスター１５の決定された特性とモデルクラスター１５ｃの記憶された特性との類似性調査手段２８をさらに備える。換言すれば、類似性調査手段２８は、クラスター１５と周知のプロファイルを有するモデルクラスター１５ｃとの比較を、それらのクラスター１５，１５ｃが類似するかどうかを決定するように行う。類似性調査手段２８は、クラスター１５において収集された電荷９の総量をモデルクラスター１５ｃにおける電荷９の総量と対比することが好ましい。

装置１は、類似性調査手段２８によりイオン後方照射に起因するとみなされるとともに証明されたクラスター１５を削除する削除手段２２を備えることが好ましい。

電子放射バックグラウンドノイズの効果は、熱イオン効果または電界効果を受けた光電陰極４から自発的かつ不規則に放射された電子が原因である。低い光量でのシーンの画像にとっては、この類型の効果が、画像においてランダムな「スノー」効果として現れる。利点的に、電子放射バックグラウンドノイズから生じた型の電子を、それらが不規則に局所的であるか否かを決定することにより、検出することができる。

この目的のために、電子放射バックグラウンドノイズの効果を削除するように構成された本発明の１つの変形によれば、装置１は、特定され、かつ、削除されなかった各クラスター１５の基点に、光子５の位置を決定する決定手段２９を備える。この変形によれば、装置１は、決定された全ての位置の少なくとも一部を格納する格納手段３０と、決定された新しい各位置を格納された位置と比較する比較手段３１をさらに備える。このため、決定手段２９および格納手段３０は、比較手段３１に接続される。

装置１は、電子放射バックグラウンドノイズに起因する光子の位置を証明するために、格納された位置に含まれない新しい位置の比較の結果を使用する特定手段３２を備えることが好ましい。

換言すれば、特定手段３２は、新しい各位置が格納された位置に既に含まれているかどうか、この場合は光源の１つから放射された光子５に新しい位置が恐らく対応する、または新しい位置が格納された位置に含まれないかどうか、この場合は電子変換器８により電子放射バックグラウンドノイズから生じる型の電子の変換に新しい位置が対応する、を決定する。

装置１は、特定手段３２によって証明された位置を削除する削除手段２２も備えることが好ましい。

明らかに、削除手段２２によって削除された位置は、その後の位置と比較されるという目的のために、格納手段３０によって格納され得る。利点的に、この特徴は、明白な光源からの光子の削除を防止する。

ハロー効果を削除するように構成された実施形態、イオン後方照射効果を削除するように構成された実施形態および電子放射バックグラウンドノイズを削除するように構成された実施形態は、両立しないわけではないことに注意すべきである。本発明に係る装置１は、それらの実施形態の１つおよび／またはその他を組み合わせて、好ましくは３つ全てを実行することができる。

最後に、装置１は、出力信号を生成する手段３３を備えている。本発明の１つの変形によれば、この信号は複数の画像で構成されたビデオ信号であり、出力信号を生成する手段３３は、特定され、かつ、所定の時間間隔、例えば２５Ｈｚの画像周波数を得るような４０ｍｓを超えて削除されなかったクラスターからビデオ信号を生成する手段を備える。

本発明の１つの変形によれば、この信号は、検出された光子の位置を示すデジタル信号である。この場合、信号を生成する手段３３は、決定され、かつ、削除されなかった各位置から位置信号を生成する手段で構成される。

利点的に、この変形は、図示しない外部処理手段による、光子の連続的な位置から後の好きな時での画像の再現を可能にする。

実施形態の１つの変形によれば、位置信号を使用して、画像ごとの単一光子の点状放射体の位置を決定する、必要に応じてこの点状放射体の位置を追跡することを想定できることに注意すべきである。

本発明の方法は、その論理図が図５に示され、光子の変換から生じる一次電子を特定し、低い光量でのシーンを処理する際の寄生効果の少なくとも１つの類型を光学的に克服できるようにする目的のために、単一光子感度として造られたセンサ２によって生成されたデータを処理する。

これらの寄生効果は、ハロー寄生効果、いわゆる「イオン後方照射」寄生効果およびいわゆる「暗所カウント」寄生効果を含むいくつかの類型のものであってもよい。

実施形態であり好ましい態様のこの例では、本発明の方法は、本発明に係る装置１で実行されるように、および／または本発明に係るセンサ２から得られるデータを処理するように設計される。明らかに、本発明の主題を満たさない装置上で前記方法を実行することは可能である。

前記方法は、少なくともそのうちの１つが閾値Ｖｓよりも大きな収集電荷９量を持ついわゆるメインセル１０ａである近接する検出セル１０のクラスター１５を特定する第１工程Ｅ１を備える。実施形態の図例では、クラスター１５の特定は、特定手段１４を用いて行われる。

実施形態の１つの変形によれば、工程Ｅ１は、収集電荷９量が閾値Ｖｓよりも大きなメインセル１０ａを少なくとも特定する第１特定サブ工程Ｅ１１と、メインセル１０ａに隣接するセル１０ｂにおいて収集された電荷９の量からクラスター１５を認識する第２サブ工程Ｅ１２を備える。実施形態の図例では、メインセル１０ａの特定は証明手段１７を用いて行われ、クラスター１５の認識は認識手段１８を用いて行われる。

次に、第２工程Ｅ２において、前記方法は、クラスター１５の少なくとも１つの特性を決定する。実施形態の図例では、その決定は、決定手段１９を用いて行われる。第２工程Ｅ２は、クラスター１５の異なるセル１０ａ，セル１０ｂにおいて収集された電荷９を合計することにより、クラスター１５において収集された電荷９の総量を決定することが好ましい。

その後、前記方法は、第３工程Ｅ３において、クラスター１５が一次電子６の変換に起因するかどうかを証明するために、クラスター１５の決定された特性を、一次電子６の変換に起因する参照クラスター１５ａの少なくとも１つの特性、と比較する。換言すれば、前記方法は、クラスター１５を、周知のプロファイルを有する参照クラスター１５ａと、それらのクラスター１５，１５ａが類似するかどうかを決定するように比較する。

参照クラスター１５ａの特性はそれ自体周知であり、特性の選択は、純粋に任意であって本発明の方法の実施形態に依存する。実施形態の図例では、その比較は、比較手段２１を用いて行われる。第３工程は、クラスター１５において収集された電荷９の総量を参照クラスター１５ａにおける電荷９の総量と比較することが好ましい。

少なくとも第１、第２および第３工程は、継続的かつ連続的に繰り返されることが好ましい。

それ故に、本発明の方法は、一次電子の変換に起因するクラスターの特定を通じて光子の検出を可能にする。

図示しない実施形態の１つの変形によれば、前記方法は一次電子の変換に起因しないと特定されたクラスターを削除する工程を実行できることに注意すべきである。

ハロー効果を削除するように利点的に構成された１つの変形によれば、前記方法は、クラスター１５が後方散乱電子６₁の変換に起因するかどうかを特定するために、クラスター１５の決定された特性を後方散乱電子６₁の変換に起因する基準クラスター１５ｂの少なくとも１つの特性と対比する第４工程Ｅ４を備える。それ故に、前記方法は、クラスター１５を、周知のプロファイルを有する基準クラスター１５ｂと、それらのクラスター１５，１５ｂが類似するかどうかを決定するように比較する。

基準クラスター１５ｂの特性はそれ自体周知であり、特性の選択は、純粋に任意であって本発明の方法の実施形態に依存する。

第４工程は、クラスター１５において収集された電荷９の総量を基準クラスター１５ｂにおける電荷９の総量と比較することが好ましい。この例では、対比は対比手段２６を用いて行われる。この変形によれば、前記方法は、第４工程Ｅ４で証明されたクラスター１５を削除する第５工程Ｅ５をさらに備える。実施形態のこの例では、削除は削除手段２２を用いて行われる。

イオン後方照射の効果を削除するように利点的に構成された１つの変形によれば、前記方法は、クラスター１５がイオン後方照射に起因するかどうかを特定するために、クラスター１５の決定された特性をイオン後方照射に起因するモデルクラスター１５ｃの少なくとも１つの特性と対比する第６工程Ｅ６をさらに備える。それ故に、前記方法は、クラスター１５を、周知のプロファイルを有するモデルクラスター１５ｃと、それらのクラスター１５，１５ｃが類似するかどうかを決定するように比較する。

モデルクラスター１５ｃの特性はそれ自体周知であり、特性の選択は、純粋に任意であって本発明の方法の実施形態に依存する。第６工程は、クラスター１５において収集された電荷９の総量をモデルクラスター１５ｃにおける電荷９の総量と比較することが好ましい。実施形態の図例では、対比は類似性調査手段２８を用いて行われる。

この変形では、前記方法は、第６工程Ｅ６で証明されたクラスター１５を削除する第７工程Ｅ７をさらに備える。実施形態の図例では、削除は削除手段２２を用いて行われる。

電子放射バックグラウンドノイズの効果を削除するように利点的に構成された１つの変形によれば、前記方法は、特定され、かつ、削除されなかった各クラスター１５の基点に光子５の位置を決定する第８工程Ｅ８をさらに備える。図例では、光子５の位置の決定は、光子５の位置を決定する決定手段２９を用いて行われる。

前記方法は、決定された全ての位置の少なくも一部を格納する、この例では装置１の格納手段３０を用いて行われる第９工程Ｅ９をさらに備える。この変形によれば、第１０工程Ｅ１０で、決定された新しい各位置が格納された位置と比較され、第１１工程Ｅ１１で、電子放射バックグラウンドノイズに起因する位置を証明するために、その比較の結果から格納された位置に含まれない新しい位置が特定される。

実施形態の図例では、前記比較は装置の比較手段２１を用いて行われ、新しい位置の前記特定は特定手段３２を用いて行われる。しかも、実施形態のこの変形は、第１１工程Ｅ１１で証明された新しい位置を削除する第１２工程Ｅ１２を備える。実施形態のこの例では、削除は削除手段２２を用いて行われる。

明らかに、削除された位置は、それにもかかわらず、新しい位置との次の比較のために格納されることができ、光子５が削除されてはならない新しい光源の出現を特定することが可能になる。

ハロー効果を削除するように構成された方法の変形、イオン後方照射の効果を削除するように構成された方法の変形および電子放射バックグラウンドノイズの効果を削除するように構成された方法の変形は、両立しないわけではないことに注意すべきである。本発明に係る方法は、それらの変形の１つおよび／またはその他を、好ましくは３つ全てを実行できる。

最後に、本発明の方法は、出力信号を生成する第１３工程Ｅ１３を備える。

本発明の１つの変形によれば、この信号は複数の画像で構成されたビデオ信号であり、第１３工程Ｅ１３は、特定され、かつ、所定の時間間隔、例えば２５Ｈｚの画像周波数を得るような４０ｍｓを超えて削除されなかったクラスター１５からビデオ信号を生成することからなる。

本発明の別の変形によれば、この信号は検出された光子５の位置を示すデジタル信号であり、第１３工程Ｅ１３は、決定され、かつ、削除されなかった各位置から位置信号を生成することからなる。出力信号を生成するこの工程に基づいて、実施形態の１つの変形に応じた本発明の方法は、画像ごとに単一光子の点状放射体の位置を決定できる。前記方法は、この点状放射体の位置を追跡するように構成されることも可能である。

Claims (17)

1. −真空チャンバ（３）と、
   −前記真空チャンバ（３）内に配置された、光子（５）を一次電子（６）に変換するように設計され、かつ、前記一次電子（６）を加速するように調整された電磁場（Ｅ）を受ける光電陰極（４）と、
   −電子（６）を二次電荷（９）に変換する、前記真空チャンバ（３）内に前記光電陰極（４）と対向して配置され、かつ、加速された一次電子（６）のエネルギーの少なくとも一部を、規則的なピッチに応じた複数の検出セルによって収集される二次電荷（９）、に変換するように構成された変換器（８）であって、光子（５）の変換から直接的には生じず、後方散乱型、イオン後方照射に起因する型または電子放射バックグラウンドノイズから生じる型であり得る、いわゆる寄生電子を、必要に応じて、二次電荷（９）に変換する変換器（８）と、
   −前記検出セル（１０）によって収集された前記電荷（９）を、単位時間あたりおよび単一電子程度のセル（１０）の単位面積あたりで衝突密度を得ることを可能にする集積時間と共に、読み出すように構成された取得回路（１３）と、
   を含むセンサを備えた、光子（５）を検出する装置（１）であって、
   −少なくともそのうちの１つが閾値Ｖｓよりも大きな収集電荷（９）量を持ついわゆるメインセル（１０ａ）である近接する検出セル（１０）のクラスター（１５）を特定する特定手段（１４）と、
   −前記クラスター（１５）の少なくとも１つの特性を決定する決定手段（１９）と、
   −一次電子（６）の変換に起因する参照クラスター（１５ａ）の少なくとも１つの特性を記憶する記憶手段（２０）と、
   −前記クラスター（１５）が一次電子（６）の変換に起因するかどうかを証明するために、前記クラスター（１５）の決定された特性を前記参照クラスター（１５ａ）の記憶された特性と比較する比較手段（２１）と、
   を備えることを特徴とする検出装置。
2. 前記特定手段（１４）は、
   −収集電荷（９）量が閾値Ｖｓよりも大きな前記メインセル（１０ａ）を少なくとも証明する手段（１７）と、
   −メインセル（１０ａ）に隣接するセル（１０ｂ）において収集された電荷（９）から前記クラスター（１５）を認識する認識手段（１８）と、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記比較手段（２１）によって一次電子の変換に起因しないと特定されたクラスター（１５）を削除する削除手段（２２）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. −前記記憶手段（２０）は、後方散乱電子（６₁）の変換に起因する基準クラスター（１５ｂ）の少なくとも１つの特性を記憶し、
   −前記装置（１）は、前記クラスター（１５）が後方散乱電子（６₁）の変換に起因するかどうかを証明するために、前記クラスター（１５）の決定された特性を前記基準クラスター（１５ｂ）の記憶された特性と対比する対比手段（２６）を備え、
   −前記装置（１）は、前記対比手段（２６）によって証明されたクラスター（１５）を削除する削除手段（２２）を備える、
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. −前記記憶手段（２０）は、イオン後方照射に起因するモデルクラスター（１５ｃ）の少なくとも１つの特性を記憶し、
   −前記装置（１）は、前記クラスター（１５）がイオン後方照射に起因するかどうかを証明するために、前記クラスター（１５）の決定された特性と前記モデルクラスター（１５ｃ）の記憶された特性との類似性調査手段（２８）を備え、
   −前記装置（１）は、前記類似性調査手段（２８）によって証明されたクラスター（１５）を削除する削除手段（２２）を備える、
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記装置（１）は、特定され、かつ、所定の時間間隔を超えて削除されなかったクラスター（１５）からビデオ信号（３３）を生成する手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記装置（１）は、
   −特定され、かつ、削除されなかった各クラスター（１５）の基点に前記光子（５）の位置を決定する決定手段（２９）と、
   −決定された全ての位置の少なくとも一部を格納する格納手段（３０）と、
   −決定された新しい各位置を格納された位置と比較する比較手段（３１）と、
   −熱イオン効果によるまたは電界効果による電子放射バックグラウンドノイズに起因する電子の位置を証明するために、格納された位置に含まれない新しい位置の比較の結果を使用する特定手段（３２）と、
   −前記特定手段（３２）によって証明された位置を削除する削除手段（２２）と、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記装置（１）は、決定され、かつ、削除されなかった各位置から位置信号（３３）を生成する手段をさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. −真空チャンバ（３）と、
   −前記真空チャンバ（３）内に配置された、少なくとも１つの光源から放射された光子（５）を一次電子（６）に変換するように設計され、かつ、前記一次電子（５）を加速するように調整された電磁場（Ｅ）を受ける光電陰極（４）と、
   −電子（６）を二次電荷（９）に変換する、前記真空チャンバ（３）内に前記光電陰極（４）と対向して配置され、かつ、加速された一次電子（６）のエネルギーの少なくとも一部を、規則的なピッチで配置された複数の検出セルによって収集される二次電荷（９）、に変換するように構成された変換器（８）であって、光子（５）の変換から直接的には生じず、後方散乱型、イオン後方照射に起因する型または電子放射バックグラウンドノイズから生じる型であり得る、いわゆる寄生電子を、必要に応じて、二次電荷（９）に変換する変換器（８）と、
   −前記検出セル（１０）によって収集された前記電荷（９）を、単位時間あたりおよび単一電子程度のセル（１０）の単位面積あたりで衝突密度を得ることを可能にする集積時間と共に、読み出すように構成された取得回路（１３）と、
   を含む形式のセンサ（２）により生成されるデータを処理する方法であって、継続的かつ連続的に繰り返される以下の工程を備えることを特徴とする方法。
   −少なくともそのうちの１つが閾値Ｖｓよりも大きな収集電荷（９）量を持ついわゆるメインセル（１０ａ）である近接する検出セル（１０）のクラスター（１５）を特定する。
   −前記クラスター（１５）の少なくとも１つの特性を決定する。
   −前記クラスター（１５）が一次電子（６）の変換に起因するかどうかを証明するために、前記クラスター（１５）の決定された特性を、一次電子（６）の変換に起因する参照クラスター（１５ａ）の少なくとも１つの特性、と比較する。
10. 前記クラスター（１５）の特定工程は、以下の工程を備えることを特徴とする、請求項９に記載の処理方法。
    −収集電荷（９）量が閾値Ｖｓよりも大きな前記メインセル（１０ａ）を少なくとも特定する。
    −メイン検出セル（１０ａ）に隣接するセル（１０ｂ）において収集された電荷（９）の量から前記クラスター（１５）を認識する。
11. 一次電子の変換に起因しないと特定されたクラスター（１５）を削除する工程を備えることを特徴とする、請求項９または１０に記載の処理方法。
12. −前記クラスター（１５）が後方散乱電子（６ａ）の変換に起因するかどうかを特定するために、前記クラスター（１５）の決定された特性と前記後方散乱電子（６ａ）の変換に起因する基準クラスター（１５ｂ）の少なくとも１つの特性とを対比する工程と、
    −前記対比工程で証明されたクラスター（１５）を削除する工程と、
    を備えることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の処理方法。
13. −前記クラスター（１５）がイオン後方照射に起因するどうかを特定するために、前記クラスター（１５）の決定された特性と前記イオン後方照射に起因するモデルクラスター（１５ｃ）の少なくとも１つの特性とを対比する工程と、
    −前記対比工程で証明されたクラスター（１５）を削除する工程と、
    を備えることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の処理方法。
14. 特定され、かつ、削除されなかったクラスター（１５）からビデオ信号を生成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の処理方法。
15. 以下の工程をさらに備えることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の処理方法。
    −特定され、かつ、削除されなかった各クラスター（１５）の基点に前記光子（５）の位置を決定する。
    −決定された全ての位置の少なくとも一部を格納する。
    −決定された新しい各位置を格納された位置と比較する。
    −電子バックグラウンドノイズに起因する新しい位置を証明するために、比較の結果から、格納された位置に含まれない新しい位置を特定する。
    −前記特定工程で証明された新しい位置を削除する。
16. 決定され、かつ、削除されなかった位置から位置信号を生成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１５に記載の処理方法。
17. 位置信号を生成する前記工程から出発し、画像ごとの単一光子の点状放射体の位置を決定する、必要に応じてこの放射体の位置を追跡することを特徴とする、請求項１６に記載の処理方法。

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