KR100867891B1 - Single photon counting read-out apparatus - Google Patents

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진승오
허영
전성채
이재윤
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Abstract

A single photon counting read-out apparatus can consecutively read out photon data detected from the sensor unit without loss and read out exact photon data by removing the signal generated by external noise. A single photon counting read-out includes a sensor unit(10) reacting to the light generated from a light source and generating current; an amplification transform unit(20) which amplifies the current generated in the sensor unit and outputs the amplified current; a comparison unit(30) outputting a comparison value by comparing the output from the amplification transform unit with a reference value which is set over the sum of a leakage current value and a noise current value amplified in the amplification transform unit; a digital counter part(40) counting the comparison value outputted from the comparison unit; and a shift register part(50) which receives and transmits the counted value from the digital counter part to an external device(60).

Description

단일 광자 계수형 독출 장치{single photon counting read­out apparatus}Single photon counting read­out apparatus

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단일 광자 계수형 독출 장치의 블럭도이다.1 is a block diagram of a single photon counting reading apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단일 광자 계수형 독출 장치의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a single photon counting reading device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비교부의 출력을 보여주는 타이밍도이다.3 is a timing diagram showing an output of a comparator according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 카운터부와 쉬프트레지스터부의 회로 구성도이다.4 is a circuit diagram illustrating a digital counter and a shift register according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 카운터부와 쉬프트레지스터부의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.5 is a timing diagram for explaining the operation of the digital counter and the shift register according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 검출센서부 20 : 증폭변환부10: detection sensor unit 20: amplification conversion unit

30 : 비교부 40 : 디지털 카운터부30: comparison unit 40: digital counter unit

50 : 쉬프트레지스터부 60 : 외부장치50: shift register unit 60: external device

본 발명은 단일 광자 계수형 독출 장치에 관한 것으로, 특히 검출센서부로부터 검출된 광자 데이터를 손실 없이 연속적으로 독출이 가능하고, 외부 잡음에 의해 발생된 신호를 상쇄함으로써, 정확한 광자 데이터를 독출할 수 있는 단일 광자 계수형 독출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a single photon counting type reading apparatus, and in particular, it is possible to continuously read photon data detected from a detection sensor unit without loss, and to read out accurate photon data by canceling a signal generated by external noise. A single photon counting reading device is provided.

종래에 광자를 독출하는 방법은 광원에 의해 발생한 전하를 CCD(Charged Coupled Device)에서 축적하여, 독출 회로에서 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 사용하여, 일정 시간마다 디지털로 변환하여 광량의 크기를 측정하는 방식의 적분(Integration Mode) 방식의 회로를 사용하고 있다. Conventionally, a method of reading photons accumulates charges generated by a light source in a charged coupled device (CCD), and converts them digitally at a predetermined time using an analog-to-digital converter (ADC) in a readout circuit, thereby converting the amount of light into light. The circuit uses an integration mode method of measuring magnitude.

이와 같은 방식은 검출센서로 주로 사용되는 포토다이오드의 열 잡음, 독출 회로에서의 열잡음 및 공급전압 변동에 의한 잡음 등 다양한 잡음에 의한 성분까지 축적함으로써, 노출된 광원에 의해 포토다이오드에서 순수하게 발생하는 전하량과 혼합되어, 신호대 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 감쇄시켜, 광량의 측정 정밀도를 향상하는 데, 많은 장애가 되고 있으며, 특히, X-선, 감마선과 같은 고정밀 계측 분야에서는 이로 인한 정밀도가 상대적으로 많은 입사광량을 요구함으로써, 의료분야에서는 인체에 유해한 요소로 작용되고 있다.This method accumulates various components such as thermal noise of photodiodes, which are mainly used as detection sensors, thermal noise in a readout circuit, and noise caused by supply voltage fluctuations, thereby purely generating the photodiode by the exposed light source. Mixed with the amount of charge, the signal-to-noise ratio (SNR) is attenuated to improve the measurement accuracy of the amount of light, which is a major obstacle, especially in high-precision measurement applications such as X-rays and gamma rays. By requiring a relatively large amount of incident light, it is acting as a harmful element to the human body in the medical field.

또한, 종래의 광자 독출 방법은 회로의 구성상 연속적인 데이터를 획득할 수 없는 단점이 있으며, 이로 인하여, X-선 단층촬영장치와 같은 기술분야에 적용할 수 없는 문제점이 있다.In addition, the conventional photon reading method has a disadvantage in that continuous data cannot be obtained due to the configuration of the circuit, and thus there is a problem that it cannot be applied to a technical field such as an X-ray tomography apparatus.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 검출센서부로부터 검출된 광자 데이터를 손실 없이 연속적으로 독출이 가능하고, 외부 잡음에 의해 발생된 신호를 상쇄함으로써, 정확한 광자 데이터를 독출할 수 있는 단일 광자 계수형 독출 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above problems of the prior art, and it is possible to continuously read the photon data detected from the detection sensor unit without loss, and cancel the signal generated by external noise, thereby correcting the accurate photon data. It is an object of the present invention to provide a single photon counting reading device capable of reading a.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 단일 광자 계수형 독출 장치를 이루는 구성수단은, 단일 광자 계수형 독출 장치에 있어서, 광원에서 발생하는 광에 반응하여 전류를 발생하는 검출센서부와, 상기 검출센서부에서 발생한 전류를 증폭하여 출력하는 증폭변환부와, 상기 증폭변환부에서 출력되는 출력 값과 사전에 정해진 기준 값을 비교하여, 비교 값을 출력하는 비교부와, 상기 비교부로부터 출력되는 비교 값을 계수하는 디지털 카운터부와, 상기 디지털 카운터부에서 계수한 값을 전송받아서 외부 장치로 전송하는 쉬프트레지스터부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The constituent means of the single photon counting reading device of the present invention proposed to solve the above technical problem includes a detection sensor unit for generating a current in response to light generated from a light source; An amplification converter for amplifying and outputting the current generated by the detection sensor unit, a comparison unit comparing the output value output from the amplification conversion unit with a predetermined reference value, and outputting a comparison value from the comparison unit; And a digital register for counting the output comparison value and a shift register for receiving the value counted by the digital counter and transmitting the received value to an external device.

또한, 상기 검출센서부는 포토다이오드로 구성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the detection sensor unit is characterized in that consisting of a photodiode.

또한, 상기 기준 값은 상기 증폭변환부에서 증폭되는 누설전류 값과 잡음전류 값을 더한 값 이상으로 설정되는 것을 특징으로 한다.The reference value may be set to a value equal to or greater than the sum of the leakage current value and the noise current value amplified by the amplification converter.

또한, 상기 비교부는 상기 증폭변환부로부터 출력되는 출력 값이 상기 기준 값 이상인 경우에는 High("1") 값을 비교 값으로 출력하고, 상기 증폭변환부로부터 출력되는 출력 값이 상기 기준 값 미만인 경우에는 Low("0") 값을 비교 값으로 출 력하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the output value output from the amplification converter is equal to or greater than the reference value, the comparator outputs a high value ("1") as a comparison value, and when the output value output from the amplification converter is less than the reference value. Has a low ("0") value as a comparison value.

또한, 상기 비교부로부터 출력되는 비교 값은 시스템 클럭에 동기하여 상기 디지털 카운터부에 전송되어 한 주기 동안 계수되고, 상기 디지털 카운터부는 한 주기 동안 계수된 값을 상기 쉬프트레지스터부에 전송한 후, 리셋되는 것을 특징으로 한다.In addition, the comparison value output from the comparison unit is transmitted to the digital counter unit in synchronization with a system clock and counted for one period, and the digital counter unit transmits the counted value for one period to the shift register unit, and then resets. It is characterized by.

또한, 상기 쉬프트레지스터부는 상기 계수된 값을 시스템 클럭에 동기하여 쉬프트시켜 외부 장치에 전송하는 것을 특징으로 한다.The shift register unit may shift the counted value in synchronization with a system clock and transmit the shifted value to an external device.

또한, 상기 디지털 카운터부와 상기 쉬프트레지스터부는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.The digital counter unit and the shift register unit may be connected in series.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 단일 광자 독출 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of a single photon reading device of the present invention consisting of the above configuration means.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광자 에너지 측정 장치의 전체 블록도이고, 도 2는 상기 도 1의 광자 에너지 측정 장치를 회로적으로 표현한 일예시도이다.1 is an overall block diagram of a photon energy measuring device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an exemplary view of a circuit representation of the photon energy measuring device of FIG.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광자 에너지 측정 장치는 에너지 및 광량을 측정하고자 하는 광원에 반응하여 전류를 발생시키는 검출센서부(10)와, 상기 전류를 증폭하여 출력하는 증폭변환부(20)와, 상기 증폭된 출력값을 기준값과 비교하는 비교부(30)와, 상기 비교부(30)에서 출력되는 비교 값을 계수하는 디지털 카운터부(40)와, 상기 디지털 카운터부(40)에서 계수한 값을 전송받아서 외부 장치(60)로 전송하는 쉬프트레지스터부(50)를 포함하여 이루어진다.As shown in Figure 1 and 2, the photon energy measuring device according to the present invention and the detection sensor unit 10 for generating a current in response to the light source to measure the energy and the amount of light, and to amplify and output the current An amplifying converter 20, a comparator 30 for comparing the amplified output value with a reference value, a digital counter 40 for counting a comparison value output from the comparator 30, and the digital counter part. The shift register unit 50 receives the value counted at 40 and transmits the value to the external device 60.

상기 검출센서부(10)는 에너지 및 광량을 측정하고자 하는 광원에서 발생하는 광에 반응하여 상기 광을 전류 및 전압으로 전환할 수 있으면 다양하게 구성할 수 있다. 본 발명에서는 상기 검출센서부(10)를 포토다이오드를 이용하여 구성한다. 상기 포토다이오드는 광원에 반응하여 전자전공쌍을 발생한 후, 이를 전류로 전환하여 출력한다. 즉, 가시광, X선, 감마선과 같은 광원의 에너지 및 광량을 검출하여 이를 전류로 전환하여 상기 증폭변환부(20)로 전송한다.The detection sensor unit 10 may be configured in various ways as long as the light may be converted into current and voltage in response to light generated from a light source to measure energy and light quantity. In the present invention, the detection sensor unit 10 is configured using a photodiode. The photodiode generates an electron-electron pair in response to a light source, and then converts the photodiode into a current and outputs the pair. That is, the energy and the amount of light of a light source such as visible light, X-rays, and gamma rays are detected and converted into a current and transmitted to the amplification converter 20.

상기 포토다이오드로 구성되는 상기 검출센서부(10)에서 출력되는 전류 신호는 증폭변환부(20)에 입력되어 소정 비율로 증폭되어 출력된다. 상기 증폭변환부(20)는 입력되는 신호를 증폭할 수 있다면, 다양한 회로고 구성할 수 있는데, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, OP 앰프와 커패시터 및 저항으로 구성한다.The current signal output from the detection sensor unit 10 constituted by the photodiode is input to the amplification converter 20 and amplified at a predetermined ratio and output. If the amplification converter 20 can amplify the input signal, it can be configured with a variety of circuits, in the present invention, as shown in Figure 2, composed of an OP amplifier, a capacitor and a resistor.

상기 증폭변환부(20)에서 증폭되어 출력되는 출력 값은 비교부(30)에 전달된다. 상기 출력 값을 입력받은 비교부(30)는 사전에 정해진 기준 값과 상기 출력 값을 비교하여, 그 결과 값으로 비교 값을 출력한다.The output value amplified and output by the amplification converter 20 is transmitted to the comparator 30. The comparison unit 30 receiving the output value compares the predetermined reference value with the output value, and outputs a comparison value as a result value.

상기 기준 값은 광원에서 발생하는 광 이외의 인자에 의하여 발생되는 전류의 증폭 값 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 기준 값은 상기 증폭변환부(20)에서 증폭되는 누설전류 값과 잡음전류 값을 더한 값 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.The reference value is preferably set to be equal to or greater than the amplification value of the current generated by factors other than light generated by the light source. That is, the reference value may be set to a value equal to or greater than the sum of the leakage current value and the noise current value amplified by the amplification converter 20.

상기 비교부(30)는 상기 증폭변환부(20)로부터 출력되는 출력 값이 상기 기준 값 이상인 경우에는 High("1") 값을 비교 값으로 출력하고, 상기 증폭변환부(20)로부터 출력되는 출력 값이 상기 기준 값 미만인 경우에는 Low("0") 값을 비 교 값으로 출력한다.When the output value output from the amplification converter 20 is equal to or greater than the reference value, the comparator 30 outputs a high (“1”) value as a comparison value and is output from the amplification converter 20. When the output value is less than the reference value, a low value ("0") is output as a comparison value.

상기 비교부(30)로부터 출력되는 비교 값(High 또는 Low 값)은 디지털 카운터부(40)에 입력된다. 그러면, 상기 디지털 카운터부(40)는 상기 비교 값에 해당하는 펄스의 개수를 계수한다. 즉, 상기 비교부(30)로부터 출력되는 비교 값은 별도로 구비되는 시스템 클럭에 동기하여 상기 디지털 카운터부(40)에 전송되어, 시스템 클럭의 소정의 클럭 수에 해당하는 한 주기 동안 계수된다.The comparison value (high or low value) output from the comparison unit 30 is input to the digital counter unit 40. Then, the digital counter 40 counts the number of pulses corresponding to the comparison value. That is, the comparison value output from the comparator 30 is transmitted to the digital counter 40 in synchronization with a system clock provided separately and counted for one period corresponding to a predetermined number of clocks of the system clock.

그러면, 상기 디지털 카운터부(40)는 상기 한 주기 동안 계수된 값을 상기 쉬프트레지스터부(50)에 전송한다. 상기 쉬프트레지스터부(50)에 상기 계수된 값을 전송한 후에, 상기 디지털 카운터부(40)는 리셋되어, 다시 상기 비교 값에 대하여 계수를 시작한다. 상기 디지털 카운터부(40)와 상기 쉬프트레지스터부(50)는 직렬로 연결되어 있어, 상기 계수된 값이 직렬로 연속해서 상기 쉬프트레지스터부(50)네 전송된다.Then, the digital counter unit 40 transmits the counted value to the shift register unit 50 during the one period. After transmitting the counted value to the shift register section 50, the digital counter section 40 is reset and again starts counting against the comparison value. The digital counter unit 40 and the shift register unit 50 are connected in series so that the counted values are successively transmitted in series to the shift register unit 50.

상기 디지털 카운터부(40)로부터 계수된 값을 전송받은 상기 쉬프트레지스터부(50)는 상기 시스템 클럭에 동기하여 상기 계수된 값을 외부 장치(60)로 전송한다. 즉, 상기 쉬프트레지스터부(50)는 상기 계수된 값을 시스템 클럭에 동기하여 쉬프트시켜 외부 장치(60)로 전송한다. 상기 외부 장치(60)는 상기 계수된 값을 전송받아서 저장하고, 필요에 따라 데이터 분석을 수행할 수 있는 장치이다.The shift register unit 50, which has received the counted value from the digital counter 40, transmits the counted value to the external device 60 in synchronization with the system clock. That is, the shift register unit 50 shifts the counted value in synchronization with the system clock and transmits the shifted value to the external device 60. The external device 60 is a device that can receive and store the counted value and perform data analysis as necessary.

이하에서는, 상기와 같은 구성으로 이루어진 단일 광자 계수형 독출 장치에 의하여 연속적으로 단일 광자를 독출하는 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of continuously reading a single photon by a single photon counting reading device having the above configuration will be described.

우선, 검출센서부(10)에서는 포토다이오드에 인가되는 역바이어스 전압에 의 한 일정량의 누설전류와 열 잡음 전류 그리고, 입사광에 의한 광 변환 전류가 발생되어 증폭변환부(20)에 전달되게 된다. 누설전류는 수 pA ~ 수 nA의 범위에 대부분 존재하지만, 광 변환 전류에 비해 비교적 많은 전류량이므로, 증폭변환부(20)의 정상적인 동작을 확보하기 위해서는 누설전류를 상쇄하기 위한 보상방법이 있어야 한다.First, in the detection sensor unit 10, a certain amount of leakage current, thermal noise current, and photoconversion current due to incident light are generated by the reverse bias voltage applied to the photodiode and transmitted to the amplification conversion unit 20. Although the leakage current exists mostly in the range of several pA to several nA, since a relatively large amount of current is compared with the photoconversion current, there must be a compensation method for canceling the leakage current in order to ensure normal operation of the amplification conversion unit 20.

상기 검출센서부(10)를 구성하는 포토다이오드의 잡음전류와 광변환전류는 서로 혼합되어 증폭변환부(20)에 입력이 되며, 상기 증폭변환부(20)를 구성하는 전자회로 역시 많은 잡음원을 내포하고 있다. The noise current and photoconversion current of the photodiode constituting the detection sensor unit 10 are mixed with each other and input to the amplification converter 20, and the electronic circuit constituting the amplification converter 20 also generates many noise sources. It is implicated.

이러한 잡음에 의한 전하 축적은 전체적으로 측정데이터의 신호대 잡음비를 감쇄하는 요인이 되기 때문에, 이러한 잡음을 효과적으로 제거하기 위해서, 본원 발명은 증폭변환부(20)의 출력이 일정한 기준 값을 초과하는지를 판단할 수 있는 비교부(30)를 구비한다. Since the charge accumulation due to the noise is a factor to attenuate the signal-to-noise ratio of the measurement data as a whole, in order to effectively remove such noise, the present invention can determine whether the output of the amplification converter 20 exceeds a predetermined reference value. Comparing unit 30 is provided.

상기 증폭변환부(20)는 상기 검출센서부(10)를 구성하는 포토다이오드에서 발생하는 전류를 입력으로 하여 전압을 출력할 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 출력전압이 일정 기준전압(기준 값) 이상인 경우에는, 상기 비교부(30)에서는 비교기 회로를 사용하여 디지털 출력 값인 "High("1")"를 출력하고, 출력전압이 다시 일정 기준전압(기준 값) 미만으로 떨어지면, "Low("0")"를 출력하여, 디지털 카운터부(40)의 클럭단자에 신호를 전달함으로써, 디지털 카운터부(40)의 계수 값을 증가시킨다.The amplification conversion unit 20 may output a voltage by inputting a current generated in the photodiode constituting the detection sensor unit 10, and as shown in FIG. More than the reference value), the comparator 30 outputs the digital output value "High (" 1 ")" using a comparator circuit, and if the output voltage falls back below a certain reference voltage (reference value), " By outputting Low ("0") "and transmitting a signal to the clock terminal of the digital counter unit 40, the coefficient value of the digital counter unit 40 is increased.

즉, 비교부(30)의 기준전압 값(기준 값)인 Vthr값과 비교하여 Vthr 값보다 절대 값이 큰 값이 되는 경우, 도 3에서와 같이 High 값을 출력하게 되며, 이 출력 펄스의 상승에지(rising edge) 또는 하강에지(falling edge) 중 하나에 기준하여 디지털 카운터부(40)의 값이 증가하게 된다.That is, when the absolute value is greater than the Vthr value compared to the Vthr value, which is the reference voltage value (reference value) of the comparator 30, the high value is output as shown in FIG. 3, and the output pulse rises. The value of the digital counter unit 40 is increased based on one of a rising edge or a falling edge.

상기와 같이 디지털 카운터부(40)에서 증가된 계수 값은, 사전에 설정한 일정한 주기마다, 쉬프트레지스터부(50)에 전달하고, 즉시, 다시 계수를 할 수 있도록 준비된다. The count value increased in the digital counter unit 40 as described above is transmitted to the shift register unit 50 at predetermined intervals, and is ready for counting again immediately.

상기와 같이, 상기 디지털 카운터부(40)는 시스템 클럭의 몇 개의 클럭 동안 계수된 값을 쉬프트레지스터부(40)에 전송하며, 이후, 즉시, 다시 계수를 할 수 있도록 준비됨으로써, 연속적으로 광자를 계수할 수 있으며, 쉬프트레지스터부(50)는 사전에 설정한 일정한 주기 내에 데이터 쉬프트를 위한 클럭을 인가하여 외부로 디지털 카운터의 값을 전송하게된다.As described above, the digital counter unit 40 transmits the counted value for several clocks of the system clock to the shift register unit 40, and is then ready for counting again immediately, thereby continuously generating photons. The shift register unit 50 transmits the value of the digital counter to the outside by applying a clock for data shifting within a predetermined period.

본 발명에 따라, 연속적인 광량 데이터 측정을 하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같이 디지털 계수를 위한 디지털 카운터부(40)와 외부 장치(60)로의 전송을 위한 쉬프트레지스터부(50)의 구성이 필요하다. According to the present invention, in order to measure continuous light quantity data, a configuration of a digital counter 40 for digital counting and a shift register 50 for transmission to an external device 60 is required as shown in FIG. 4. Do.

만약 상기 외부 장치(60)와 상기 디지털 카운터부(40)가 병렬로 연결되어 있다면, 상기 디지털 카운터부(40)의 출력 데이터를 상기 외부 장치(60)가 병렬로 전송받을 수 있기 때문에 상기 쉬프트레지스터부(50)의 구성이 필요하지 않을 수도 있으나, 다수의 검출센서를 사용하고, 사용된 다수 채널의 검출데이터를 최소 데이터 전송 선로를 통해서 직렬로 전송하는 경우에는 본 발명과 같이, 쉬프트레지스터부(50)의 사용이 필수적이며, 매우 유용하다.If the external device 60 and the digital counter unit 40 are connected in parallel, the shift register may receive the output data of the digital counter unit 40 in parallel. Although the configuration of the unit 50 may not be necessary, in the case of using a plurality of detection sensors and transmitting detection data of a plurality of used channels in series through a minimum data transmission line, the shift register unit ( 50) is essential and very useful.

본원 발명에 따른 디지털 카운터부와 쉬프트레지스터부의 제어 순차는 다음과 같다. The control sequence of the digital counter unit and the shift register unit according to the present invention is as follows.

외부 장치(60)에서 최초 데이터 획득을 하기 위하여, 도 5 도시된 바와 같이 리셋(RST_all)신호가 발생하면, 이에 동기하여 디지털 카운터부(40)의 내부 값을 초기화하기 위한 CNT_clr신호와 쉬프트레지스터부(50)의 내부값을 초기화하기 위한 SFT_clr 신호가 발생하게 된다. In order to acquire the first data from the external device 60, when the reset (RST_all) signal is generated as shown in FIG. 5, the CNT_clr signal and the shift register unit for initializing the internal value of the digital counter unit 40 in synchronization with this. The SFT_clr signal for initializing the internal value of 50 is generated.

이후, 비교부(30)의 출력 펄스가 Comp_out과 같은 패턴으로 발생한다고 가정하면, 계수된 카운터의 값은 Comp_cnt_out[15:0]과 같이 계수되며, 한 주기 동안 발생된 Comp_out 개수는 쉬프트레지스터부(50)로의 전송 시퀀스인 SFT_load에 동기하여 전송되며, 이후 쉬프트레지스터부(50)의 클럭 활성화 신호인 SFT_ce 신호에 동기하여 쉬프트 동작이 일어나게 된다. Subsequently, assuming that the output pulse of the comparator 30 is generated in the same pattern as Comp_out, the value of the counted counter is counted as Comp_cnt_out [15: 0], and the number of Comp_outs generated during one cycle is shift register unit ( The transmission is performed in synchronization with SFT_load, which is a transmission sequence to 50), and then a shift operation occurs in synchronization with the SFT_ce signal, which is a clock activation signal of the shift register unit 50.

상기 쉬프트된 값은 쉬프트레지스터부(50)의 최상위 비트인 SFT_out[15] 비트를 통하여 외부 장치(60)로 전송되게 되며, 본 발명의 일 예로, 한 주기 동안 32개의 Comp_out이 발생하면, 16진수로 0x0020에 해당하는 패턴이 전송되게 된다.The shifted value is transmitted to the external device 60 through the SFT_out [15] bit, which is the most significant bit of the shift register unit 50. As an example of the present invention, if 32 Comp_outs occur during one period, the hexadecimal number The pattern corresponding to 0x0020 is transmitted.

SFT_ce 신호는 쉬프트레지스터부(50)의 비트수와 같은 주기동안 활성화되며, 본 발명의 일 예로, 16비트 쉬프트레지스터를 사용한다면, 시스템 클럭인 SYS_CLK 신호의 16 클럭 동안 활성화된다.The SFT_ce signal is activated for the same period as the number of bits of the shift register unit 50. For example, if a 16-bit shift register is used, the SFT_ce signal is activated for 16 clocks of the SYS_CLK signal, which is a system clock.

따라서, 외부장치(60)에서 설정한 매 주기마다, CNT_clr 신호가 발생하는 시스템 클럭의 한 클럭 시간을 제외하고는 모든 시간 동안 광량을 연속해서 독출할 수 있으므로, 데이터의 측정에 매우 효과적이다.Therefore, since the amount of light can be read out continuously for every period except for one clock time of the system clock in which the CNT_clr signal is generated, every period set by the external device 60, it is very effective for measuring data.

상기와 같은 구성 및 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 단일 광자 계수형 독출 장치에 의하면, 검출센서부로부터 검출된 광자 데이터를 손실 없이 연속적으로 독출이 가능하고, 외부 잡음에 의해 발생된 신호를 상쇄함으로써, 정확한 광자 데이터를 독출할 수 있는 장점이 있다.According to the single photon counting reading device of the present invention having the above-described configuration and preferred embodiment, the photon data detected by the detection sensor unit can be continuously read without loss, and the signal generated by external noise is canceled. The advantage is that accurate photon data can be read.

Claims (7)

단일 광자 계수형 독출 장치에 있어서,In the single photon counting reading device, 광원에서 발생하는 광에 반응하여 전류를 발생하는 검출센서부와;A detection sensor unit generating a current in response to light generated from the light source; 상기 검출센서부에서 발생한 전류를 증폭하여 출력하는 증폭변환부와;An amplifying converter for amplifying and outputting the current generated by the detection sensor unit; 상기 증폭변환부에서 출력되는 출력 값과 상기 증폭변환부에서 증폭되는 누설전류 값과 잡음전류 값을 더한 값 이상으로 사전에 정해진 기준 값을 비교하여, 비교 값을 출력하는 비교부와;A comparator for comparing the output value output from the amplification converter with a predetermined reference value greater than the sum of the leakage current value and the noise current value amplified by the amplification converter, and outputting a comparison value; 상기 비교부로부터 출력되는 비교 값을 계수하는 디지털 카운터부와;A digital counter unit for counting the comparison value output from the comparison unit; 상기 디지털 카운터부에서 계수한 값을 전송받아서 외부 장치로 전송하는 쉬프트레지스터부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 단일 광자 계수형 독출 장치.And a shift register for receiving the value counted by the digital counter and transmitting the received value to an external device. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 검출센서부는 포토다이오드로 구성하는 것을 특징으로 하는 단일 광자 계수형 독출 장치.Single photon counting type reading device, characterized in that the detection sensor is composed of a photodiode. 삭제delete 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 비교부는 상기 증폭변환부로부터 출력되는 출력 값이 상기 기준 값 이상인 경우에는 High("1") 값을 비교 값으로 출력하고, 상기 증폭변환부로부터 출력되는 출력 값이 상기 기준 값 미만인 경우에는 Low("0") 값을 비교 값으로 출력하는 것을 특징으로 하는 단일 광자 독출 장치.The comparison unit outputs a high value ("1") as a comparison value when the output value output from the amplification conversion unit is greater than or equal to the reference value, and low when the output value output from the amplification conversion unit is less than the reference value. A single photon reading device characterized by outputting a ("0") value as a comparison value. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 비교부로부터 출력되는 비교 값은 시스템 클럭에 동기하여 상기 디지털 카운터부에 전송되어 한 주기 동안 계수되고, 상기 디지털 카운터부는 한 주기 동안 계수된 값을 상기 쉬프트레지스터부에 전송한 후, 리셋되는 것을 특징으로 하는 단일 광자 독출 장치.The comparison value output from the comparing unit is transmitted to the digital counter unit in synchronization with a system clock and counted for one period. The digital counter unit transmits the counted value for one period to the shift register unit and then resets. Single photon reading device characterized in that. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 쉬프트레지스터부는 상기 계수된 값을 시스템 클럭에 동기하여 쉬프트시켜 외부 장치에 전송하는 것을 특징으로 하는 단일 광자 독출 장치.And the shift register unit shifts the counted value in synchronization with a system clock to transmit the counted value to an external device. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 디지털 카운터부와 상기 쉬프트레지스터부는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 단일 광자 독출 장치.And the digital counter and the shift register are connected in series.
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