JP2021182751A - フォトンカウンティング装置およびフォトンカウンティング方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1はフォトンカウンティング装置の構成を示す図である。図1に示すように、フォトンカウンティング装置1は、CMOSイメージセンサ10と、CMOSイメージセンサ10に接続されたコンピュータ20とを備えている。CMOSイメージセンサ10は、複数の画素11と、A/Dコンバータ15とを含んでいる。複数の画素11は、2次元に配置されており、行方向及び列方向に配列されている。各画素11は、フォトダイオード(光電変換素子)12とアンプ13とを有している。フォトダイオード12は、フォトンの入力によって生成された電子(光電子)を電荷として蓄積する。アンプ13は、フォトダイオード12に蓄積された電荷を電圧に変換し、増幅する。増幅された電圧は、各画素11の選択スイッチ14の切換によって、ライン毎(行毎)に垂直信号線16に転送される。各垂直信号線16にはCDS(correlated double sampling)回路17が配置されている。CDS回路17は、画素間でバラツキのあるノイズを除去し、転送された電圧を一時的に保管する。
デジタル値[DN]=ゲイン[DN/e]×電子数[e]+オフセット値[DN]
デジタル値[DN]=ゲイン[DN/e]×電子数[e]+オフセット値[DN]
閾値(下限)=(電子数−0.5)×ゲイン+オフセット値
閾値(上限)=(電子数+0.5)×ゲイン+オフセット値
本実施形態に係るフォトンカウンティング装置は、記憶部21及び変換部22の構成において第1実施形態のフォトンカウンティング装置と相違している。以下、主として第1実施形態と相違する点について説明する。なお、装置構成については、図1に示す第1実施形態と同様であるため省略する。
補正後のデジタル値=((デジタル値−オフセット値)/ゲイン)×見た目上のゲイン+見た目上のオフセット値
補正後のデジタル値=((デジタル値−オフセット値)/ゲイン)×11+100
閾値(下限)=(電子数−0.5)×見た目上のゲイン+見た目上のオフセット値
閾値(上限)=(電子数+0.5)×見た目上のゲイン+見た目上のオフセット値
電子数=((デジタル値−オフセット値)/ゲイン)
Claims (19)
- イメージセンサを構成する複数の画素であって、入力された光を電荷に変換する光電変換素子と前記光電変換素子によって変換された電荷を増幅して電圧に変換するアンプとを含む前記複数の画素と、
前記複数の画素の前記アンプから出力される電圧をデジタル値に変換するA/Dコンバータと、
前記複数の画素を構成するアンプそれぞれのゲイン及びオフセット値のばらつきを補正することで前記デジタル値を補正し、補正されたデジタル値を、対応するフォトン数に区分するための閾値データに基づいてフォトン数に変換する変換部と、を備える、フォトンカウンティング装置。 - 前記変換部によって変換された前記フォトン数に基づいて、前記複数の画素のそれぞれのフォトン数を示す2次元画像を生成するデータ処理部をさらに備える、請求項1に記載のフォトンカウンティング装置。
- 前記変換部によって変換された前記フォトン数に基づいて、フォトン数に対する画素数のプロットであるヒストグラムを生成するデータ処理部をさらに備える、請求項1又は2に記載のフォトンカウンティング装置。
- 前記A/Dコンバータは、前記複数の画素ごとに設けられている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング装置。
- 前記アンプの読み出しノイズは、0.2[e−rms]以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング装置。
- 前記アンプの読み出しノイズは、0.15[e−rms]以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング装置。
- 前記ゲインは、10[DN/e]以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング装置。
- 前記フォトン数は、前記イメージセンサの量子効率を考慮したフォトン数である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング装置。
- 前記フォトン数は、光電子数である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング装置。
- イメージセンサの複数の画素を構成するそれぞれの光電変換素子に入力された光を電荷に変換するステップと、
変換された前記電荷を前記複数の画素を構成するアンプによって増幅して、電圧に変換するステップと、
それぞれの前記アンプから出力される電圧をA/Dコンバータによってデジタル値に変換して出力するステップと、
前記複数の画素を構成するアンプそれぞれのゲイン及びオフセット値のばらつきを補正することで前記A/Dコンバータによって変換された前記デジタル値を補正し、補正されたデジタル値を、対応するフォトン数に区分するための閾値データに基づいてフォトン数に変換するステップと、を備える、フォトンカウンティング方法。 - 変換された前記フォトン数に基づいて、前記複数の画素のそれぞれの前記フォトン数を示す2次元画像を生成するステップをさらに備える、請求項10に記載のフォトンカウンティング方法。
- 変換された前記フォトン数に基づいて、前記フォトン数に対する画素数のプロットであるヒストグラムを生成するステップをさらに備える、請求項10又は11に記載のフォトンカウンティング方法。
- 前記閾値データは、各フォトン数に対して設定された前記補正されたデジタル値の上限値及び下限値を含む閾値範囲を示すデータである、請求項10〜12のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング方法。
- 前記アンプの読み出しノイズは、0.2[e−rms]以下である、請求項10〜13のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング方法。
- 前記アンプの読み出しノイズは、0.15[e−rms]以下である、請求項10〜13のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング方法。
- 前記ゲインは、10[DN/e]以上である、請求項10〜15のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング方法。
- 前記フォトン数は、前記イメージセンサの量子効率を考慮したフォトン数である、請求項10〜16のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング方法。
- 前記フォトン数は、光電子数である、請求項10〜16のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング方法。
- 前記A/Dコンバータは、前記複数の画素ごとに設けられている、請求項10〜18のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング方法。
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