KR101759437B1 - 단일 포톤 계수 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 복수 위상 락 루프(PLL)를 이용하여 인가되는 각 클락의 에지를 검출하여 결합 신호를 생성하는 에지 컴바이너, 단일 포톤 검출(SPAD) 어레이의 각 SPAD에서 발생하는 모든 이벤트를 OR 트리 및 XOR 트리를 이용하여 샘플링하는 샘플링부 및 상기 결합 신호에 기초하여 상기 샘플링된 이벤트를 카운트하여 단일 포톤을 계수하는 계산부를 포함한다.

Description

단일 포톤 계수 장치 및 그 방법{Method and Apparatus For Counting Single Photon}
반사된 광원이 SPAD(Single Photon Avalanche Diode)를 활성화 시켜 발생하는 단일 포톤을 계수하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
형광 라이프 타임(fluorescence life time)을 이용하는 어플리케이션에서는 감도를 높이기 위해서 SPAD를 사용할 수 있다. SPAD는 감도가 좋기 때문에, 주변 광(ambient light) 및 열(thermal)에 의한 광의 활성화로 인하여, 광원의 실제 형광(fluorescence photon)은 감지되지 못하는 어려움이 있다. ToF(Time of Flight)를 이용하는 어플리케이션에서는 감도를 높이기 위해서 SPAD를 사용할 수 있다. SPAD가 구동되는 한 주기 동안 두 번째 또는 그 이후에 활성화된 포톤(photon)을 감지하지 못하여, 검출(detection) 및 경로(routing) 과정에서 충돌 왜곡(pile-up distortion)이 발생하는 문제가 있다.
이와 같이, 감도를 높이기 위해 SPAD를 사용하는 과정에서, 감지하고자 하는 광원에 의하여 활성화된 단일 포톤을 정확하게 계산하기 위해, SPAD에서 감지된 신호를 후처리 하는 기술이 개발되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0145360호(발명의 명칭: 미세 다중 샘플링 시간-디지털 변환기를 이용한 올-디지털 위상 잠금 루프 및 그 동작 방법) 미국 등록특허 US7,436,265 (발명의 명칭: CLOCK GENERATOR AND CLOCK GENERATING METHOD USING DELAY LOCKED LOOP)
논문: 256 2 SPAD line sensor for time resolved fluorescence spectroscopy(Optics express v. 23 no.5, pp.5653-5669, 2015)
관심 대상물로부터 반사된 광원에 의하여 SPAD에서 활성화된 포톤을 정확히 계수하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
보다 구체적으로, OR 트리 및 XOR 트리 모두를 사용하여 샘플링 된 이벤트를 이용하고, 히스토그래밍 TDC(Time to Digital Converter)를 이용하여 이벤트를 카운팅함으로써, 관심을 가지는 포톤을 정확히 계수하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 복수 위상 락 루프(PLL)를 이용하여 인가되는 각 클락의 에지를 검출하여 결합 신호를 생성하는 에지 컴바이너, 단일 포톤 검출 다이오드(SPAD) 어레이의 각 SPAD에서 발생하는 모든 이벤트를 OR 트리 및 XOR 트리를 이용하여 샘플링하는 샘플링부 및 상기 결합 신호에 기초하여 상기 샘플링된 이벤트를 카운트하여 포톤을 계수하는 계산부를 포함한다.
상기 에지 컴바이너는 상기 각 클락의 상승 에지를 검출하여 상기 결합 신호를 생성할 수 있다.
상기 에지 컴바이너는 상기 각 클락의 하강 에지를 검출하여 상기 결합 신호를 생성할 수 있다.
다른 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 상기 OR 트리와 상기 XOR 트리 사이의 전파 지연(propagation delay)을 지연 락 루프(DLL) 이용하여 보상하는 보상부를 더 포함할 수 있다.
상기 계산부는 상기 XOR 트리에서 이벤트가 샘플링 되지 않고, 상기 OR 트리에서 이벤트가 샘플링 되면 2개의 이벤트를 업 카운트할 수 있다.
상기 OR 트리에 연결된 펄스 형성기(Pulse Shaper)와 상기 XOR 트리에 연결된 티 플립플롭(T Flip Flop)은 모두 같은 구조의 플립 플롭을 사용하여, 전파 지연(propagation delay)이 동일할 수 있다.
상기 OR 트리를 구성하는 OR 게이트 구조와 상기 XOR 트리를 구성하는 XOR 게이트 구조는 동일한 드라이빙 스트렝스(Driving Strength)를 가지는 경로로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 방법은 복수 위상 락 루프(PLL)를 이용하여 인가되는 각 클락의 에지를 검출하여 결합 신호를 생성하는 단계, 단일 포톤 검출(SPAD) 어레이의 각 SPAD에서 발생하는 모든 이벤트를 OR 트리 및 XOR 트리를 이용하여 샘플링하는 단계 및 상기 결합 신호에 기초하여 상기 샘플링된 이벤트를 카운트하여 포톤을 계수하는 단계를 포함한다.
다른 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 방법은 상기 OR 트리와 상기 XOR 트리 사이의 전파 지연(propagation delay)을 지연 락 루프(DLL) 이용하여 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 계산하는 단계는 상기 XOR 트리에서 이벤트가 샘플링 되지 않고, 상기 OR 트리에서 이벤트가 샘플링 되면 2개의 이벤트를 업 카운트할 수 있다.
상기 결합 신호를 생성하는 단계는 상기 각 클락의 상승 에지를 검출하여 상기 결합 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 관심 대상물로부터 반사된 광원에 의하여 SPAD에서 활성화된 포톤을 정확히 계수할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 OR 트리 및 XOR 트리 모두를 사용하여 직렬적으로 샘플링 된 이벤트를 이용하고, 히스토그래밍 TDC(Time to Digital Converter)를 이용하여 이벤트를 카운팅함으로써, 관심을 가지는 포톤을 계수하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 듀티 사이클 제어(DCC, Duty Cycle Control) 방식을 이용하여 위상 락 루프(PLL, Phase Lock Loop)의 클락에서 상승에지 및 하강에지를 모두 샘플링에 이용함으로써, PLL의 주파수 절감 효과 및 전력 절감 효과를 가져올 수 있다.
일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 일 예로, 시간 상관 단일 포톤 카운팅(TCSPC, Time correlated single photon counting) 어플리케이션 및 형광 수명 영상 현미경(FLIM, Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy )에 사용될 수 있다.
도 1은 종래 기술 사용시 발생할 수 있는 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치의 블록도이다.
도 3은 다른 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치의 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치의 구성 중 에지 컴바이너의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치에서 OR 트리와 XOR 트리 모두를 이용하여 샘플링하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치에서, 전파 지연을 최소화 하기 위한 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치에서, XOR 게이트와 OR 게이트의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도 1은 종래 기술 사용시 발생할 수 있는 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 5개의 SPAD로 구성된 어레이에서 포톤이 감지되는 이벤트가 발생한 예를 통해, OR 트리 또는 XOR 트리를 사용하여 5개의 이벤트를 감지하는 것이 어려움을 알 수 있다.
OR 트리를 보면, 동일한 시간에 발생하는 SPAD 0과 SPAD 4에서의 이벤트가 1개로 감지되고, SPAD 2에서 발생한 이벤트는 감지되지 못하여, 3개의 이벤트만 감지된다.
XOR 트리를 보면, 동일한 시간에 발생하는 SPAD 0과 SPAD 4에서의 이벤트가 감지되지 않아, 3개의 이벤트만 감지된다.
따라서, OR 트리 또는 XOR 트리 중 하나만 사용하는 경우에는 SPAD 어레이에서 발생하는 이벤트를 모두 감지하기 어렵다.
아래에서는 SPAD 어레이에서 발생하는 이벤트를 오류를 최소화하며 감지하기 위한 구조를 설명하고자 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치의 블록도이다.
일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치(100)는 기본 구성으로 샘플링부(220), 에지 컴바이너(230) 및 계산부(240)를 포함할 수 있다. 추가 구성으로 단일 포톤 계수 장치(100)는 SPAD 어레이(210) 및 보상부(250)가 포함될 수 있다.
SPAD 어레이(210)는 복수의 SPAD로 구성되며, 입사하는 광신호를 포톤 단위로 전기신호로 변환한다. 다양한 종류의 SPAD가 어레이로 구성될 수 있다.
샘플링부(220)는 단일 포톤 검출 다이오드(SPAD) 어레이의 각 SPAD에서 발생하는 모든 이벤트를 OR 트리 및 XOR 트리를 이용하여 샘플링한다. 여기서 이벤트는 한 주기 동안 SPAD에 입사된 광신호가 포톤 단위로 전기신호로 변환되어 출력되는 경우를 의미한다. 샘플링부(220)는 OR 트리와 XOR 트리 모두를 이용하여 SPAD 어레이에서 검출된 신호를 직렬화(Serialize) 한다. 하나의 계산부(240)를 이용하기 위해 직렬화 된 이벤트가 사용될 수 있다. 하나의 계산부(240)는 하나의 TDC(Time to Digital Converter)를 의미할 수 있으며, 구체적으로 Histogramming TDC가 사용될 수 있다.
에지 컴바이너(230)는 복수 위상 락 루프(PLL)(231)를 이용하여 인가되는 각 클락의 에지를 검출하여 결합 신호를 생성한다. 에지 컴바이너(230)는 DCC(Duty Cycle Control)을 이용하여, PLL(231)의 상승 에지 및 하강 에지 모두를 샘플링에 이용하여 결합 신호를 생성할 수 있다. 기존에 사용하는 기술 대비, 동일 주파수로 샘플링하면 2배의 해상도 이득이 발생하고, 기존 기술 대비 절반의 주파수로 샘플링하면, 동일 해상도에서 절반의 전력으로 구동시킬 수 있다.
일 예로, 에지 컴바이너(230)는 PLL(231)의 클락에서 상승 에지 및 하강 에지를 검출하여 결합 신호를 생성할 수 있다. 상승 에지 및 하강 에지 모두를 사용하기 위해 PLL(231) 위상들의 Duty가 맞아야 하기 때문에, DCC가 사용될 수 있다.
계산부(240)는 에지 컴바이너(230)의 결합 신호에 기초하여 직렬화되어 샘플링된 이벤트를 카운트함으로써, 단일 포톤을 계수한다. 계산부(240)는 타겟 해상도와 다이나믹 레인지에 따라 히스토그램 빈(histogram bin)을 형성하고, 정해진 주기에 발생한 이벤트는 카운터를 통하여 히스토그램을 수행할 수 있다.
계산부(240)는 XOR 트리에서 이벤트가 샘플링 되지 않고, OR 트리에서 이벤트가 샘플링 되면 히스토그래밍 카운터에 캐리를 생성하여, 2개의 이벤트를 업 카운트할 수 있다. 위와 같이 2개의 이벤트를 업 카운트 함으로써, 동일한 시간에 발생한 이벤트 중 하나가 누락되는 것을 방지할 수 있다.
보상부(250)는 OR 트리와 XOR 트리 사이의 전파 지연(propagation delay)을 지연 락 루프(DLL) 이용하여 보상한다. 전파 지연을 보상하여 정해진 주기 동안 발생하는 이벤트의 직렬화가 정확하게 이루어질 수 있기 때문이다.
OR 트리에 연결된 펄스 형성기(Pulse Shaper)와 XOR 트리에 연결된 티 플립플롭(T Flip Flop)은 모두 같은 구조의 플립 플롭을 사용하여, 전파 지연(propagation delay)이 동일하게 될 수 있다. 서로 다른 구조의 플립 플롭을 사용하는 경우 구조 차이에서 발생하는 전파 지연이 있기 때문에, 구조를 동일하게 함으로써, 전파 지연의 차이를 최소화할 수 있다.
또한, OR 트리를 구성하는 OR 게이트 구조와 XOR 트리를 구성하는 XOR 게이트 구조는 동일한 드라이빙 스트렝스(Driving Strength)를 가지는 경로로 구성되어, OR 트리와 XOR 트리 간에 전파 지연이 최소화 되도록, 하드웨어가 구성될 수도 있다.
도 3은 다른 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치의 블록도이다.
도 3을 참조하면, 샘플링부(320)는 단안정(Mono stable) 타입의 펄스 형성기(Pulse Shaper)와 클락에 따라 동작하는 멀티플렉서(MUX), OR 트리, 티 플립플롭(T Flip Flop), XOR 트리를 포함할 수 있다. OR 트리와 XOR 트리를 통해 모든 SPAD 어레이의 출력 신호가 히스토그래밍 TDC로 전달될 수 있다. 샘플링 된 모든 이벤트가 검출되어 측정에 필요한 포톤에 대해 정확한 히스토그램의 형성이 가능하다. 또한, 히스토그래밍에 필요한 측정 회수가 감소될 수 있다.
XOR 트리의 전파 지연은 DLL을 이용하여 OR 트리에 맞게 보상될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치의 구성 중 에지 컴바이너의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 에지 컴바이너는 DCC가 임베디드된 오실레이터 구조를 사용하여 PLL의 서로 다른 클락을 모두 샘플링에 이용하여 결합 신호를 생성할 수 있다. 위상 0도 클락의 상승 에지와 위상 90도 클락의 상승 에지를 모두 샘플링에 이용하기 위해 결합하여, 클락 신호를 생성할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치에서 OR 트리와 XOR 트리 모두를 이용하여 샘플링하는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5(a)를 참조하면, Event 0과 Event 1이 서로 다른 시간에 발생하는 경우, OR 트리 및 XOR 트리에서 두 이벤트가 모두 검출되어 TDC에서 사용될 수 있다.
도 5(b)를 참조하면, Event 0과 Event 1이 동일한 시간에 발생하는 경우, OR 트리에서는 하나의 이벤트로 인식되고, XOR 트리에서는 이벤트가 없는 것으로 인색될 수 있는데, 계산부(240)는 XOR 트리에 이벤트가 없고, OR 트리에 이벤트가 존재하는 경우, 2개의 이벤트로 카운트하도록 프로그래밍될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치에서, 전파 지연을 최소화 하기 위한 구성을 나타낸 도면이다.
도 6(a)를 참조하면, 펄스 형성기와 OR 트리가 3개의 레벨로 연결되고, 도 6(b)를 참조하면, 티 플립플롭과 XOR 트리가 3개의 레벨로 연결되어 같은 구조를 가짐으로써, 전파 지연이 동일하게 될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치에서, XOR 게이트와 OR 게이트의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7(a) 및 도 7(b)를 참조하면, OR 트리를 구성하는 OR 게이트 구조와 XOR 트리를 구성하는 XOR 게이트 구조는 동일한 드라이빙 스트렝스(Driving Strength)를 가지는 경로로 구성될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 방법의 흐름도이다.
810단계에서, 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 복수 위상 락 루프(PLL)를 이용하여 인가되는 각 클락의 에지를 검출하여 결합 신호를 생성한다.
일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 PLL 각 클락의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하여 결합 신호를 생성할 수 있다.
820단계에서, 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 단일 포톤 검출다이오드(SPAD) 어레이의 각 SPAD에서 발생하는 모든 이벤트를 OR 트리 및 XOR 트리를 모두 이용하여 샘플링 할 수 있다.
830단계에서, 일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 결합 신호에 기초하여 샘플링된 이벤트를 카운트하고, 포톤 이동시간을 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 XOR 트리에서 이벤트가 샘플링 되지 않고, OR 트리에서 이벤트가 샘플링 되면 2개의 이벤트를 업 카운트할 수 있다.
일 실시예에 따른 단일 포톤 계수 장치는 OR 트리와 XOR 트리 사이의 전파 지연(propagation delay)을 지연 락 루프(DLL) 이용하여 보상할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
210: SPAD 어레이
220: 샘플링부
230: 에지 컴바이너, 231: PLL
240: 계산부
250: 보상부

Claims (11)

  1. 복수 위상 락 루프(PLL)를 이용하여 인가되는 각 클락의 에지를 검출하여 결합 신호를 생성하는 에지 컴바이너;
    단일 포톤 검출 다이오드(SPAD) 어레이의 각 SPAD에서 발생하는 적어도 하나 이상의 이벤트를 OR 트리 및 XOR 트리를 이용하여 직렬화한 후, 샘플링하는 샘플링부; 및
    상기 결합 신호에 기초하여 상기 샘플링된 이벤트를 카운트하여 단일 포톤을 계수하는 계산부를 포함하고,
    상기 계산부는,
    하나의 시간 구간에서 상기 XOR 트리에서 이벤트가 샘플링 되지 않고, 상기 OR 트리에서만 이벤트가 샘플링되면 2개의 이벤트들을 업 카운트하는
    단일 포톤 계수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에지 컴바이너는
    상기 각 클락의 상승 에지를 검출하여 상기 결합 신호를 생성하는
    단일 포톤 계수 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에지 컴바이너는
    상기 각 클락의 하강 에지를 검출하여 상기 결합 신호를 생성하는
    단일 포톤 계수 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 OR 트리와 상기 XOR 트리 사이의 전파 지연(propagation delay)을 지연 락 루프(DLL) 이용하여 보상하는 보상부
    를 더 포함하는 단일 포톤 계수 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 OR 트리에 연결된 펄스 형성기(Pulse Shaper)와 상기 XOR 트리에 연결된 티 플립플롭(T Flip Flop)은 모두 같은 구조의 플립 플롭을 사용하여, 전파 지연(propagation delay)이 동일한 단일 포톤 계수 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 OR 트리를 구성하는 OR 게이트 구조와 상기 XOR 트리를 구성하는 XOR 게이트 구조는 동일한 드라이빙 스트렝스(Driving Strength)를 가지는 경로로 구성되는 단일 포톤 계수 장치.
  8. 복수 위상 락 루프(PLL)를 이용하여 인가되는 각 클락의 에지를 검출하여 결합 신호를 생성하는 단계;
    단일 포톤 검출 다이오드(SPAD) 어레이의 각 SPAD에서 발생하는 적어도 하나 이상의 이벤트를 OR 트리 및 XOR 트리를 이용하여 직렬화한 후, 샘플링하는 단계; 및
    상기 결합 신호에 기초하여 상기 샘플링된 이벤트를 카운트하여 단일 포톤을 계수하는 단계를 포함하고,
    상기 계수하는 단계는,
    하나의 시간 구간에서 상기 XOR 트리에서 이벤트가 샘플링되지 않고, 상기 OR 트리에서만 이벤트가 샘플링되면 2개의 이벤트들을 업 카운트하는 단계
    를 포함하는 단일 포톤 계수 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 OR 트리와 상기 XOR 트리 사이의 전파 지연(propagation delay)을 지연 락 루프(DLL) 이용하여 보상하는 단계
    를 더 포함하는 단일 포톤 계수 방법.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 결합 신호를 생성하는 단계는
    상기 각 클락의 상승 에지를 검출하여 상기 결합 신호를 생성하는 단일 포톤 계수 방법.
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