WO2019102636A1 - 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

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 Download PDF

Info

Publication number
WO2019102636A1
WO2019102636A1 PCT/JP2018/023141 JP2018023141W WO2019102636A1 WO 2019102636 A1 WO2019102636 A1 WO 2019102636A1 JP 2018023141 W JP2018023141 W JP 2018023141W WO 2019102636 A1 WO2019102636 A1 WO 2019102636A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pixels
value
gain
photon counting
digital value
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/023141
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
丸野　正
英児 戸田
真央 中島
輝雄 高橋
樋口　貴文
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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 浜松ホトニクス株式会社 filed Critical 浜松ホトニクス株式会社
Priority to CN202211226537.0A priority Critical patent/CN115628808A/zh
Priority to EP18881454.5A priority patent/EP3716612A4/en
Priority to US16/764,053 priority patent/US11215717B2/en
Priority to CN201880074983.XA priority patent/CN111373737B/zh
Priority to JP2019556087A priority patent/JP7187478B2/ja
Publication of WO2019102636A1 publication Critical patent/WO2019102636A1/ja
Priority to US17/501,398 priority patent/US11835667B2/en
Priority to JP2022191987A priority patent/JP7470771B2/ja
Priority to US18/206,806 priority patent/US20230324570A1/en
Priority to JP2024062071A priority patent/JP2024074951A/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/247—Detector read-out circuitry
    • 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
    • G01J1/44—Electric circuits
    • 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
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/0228—Control of working procedures; Failure detection; Spectral bandwidth calculation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/46—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/65—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to reset noise, e.g. KTC noise related to CMOS structures by techniques other than CDS
    • 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
    • H04N25/74—Circuitry for scanning or addressing 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
    • H04N25/71—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
    • H04N25/767—Horizontal readout lines, multiplexers or registers
    • 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
    • H04N25/772—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising A/D, V/T, V/F, I/T or I/F converters
    • 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
    • H04N25/772—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising A/D, V/T, V/F, I/T or I/F converters
    • H04N25/773—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising A/D, V/T, V/F, I/T or I/F converters comprising photon counting circuits, e.g. single photon detection [SPD] or single photon avalanche diodes [SPAD]
    • 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
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself
    • 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
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4413—Type
    • G01J2001/442—Single-photon detection or photon counting
    • 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
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/444—Compensating; Calibrating, e.g. dark current, temperature drift, noise reduction or baseline correction; Adjusting
    • 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
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/446—Photodiode
    • 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
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/448—Array [CCD]
    • 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
    • G01T1/208—Circuits specially adapted for scintillation detectors, e.g. for the photo-multiplier section
    • 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
    • H04N25/78—Readout circuits for addressed sensors, e.g. output amplifiers or A/D converters

Definitions

  • the present disclosure relates to a photon counting device and a photon counting method.
  • Non-Patent Document 1 describes a technique of photon counting using a CMOS image sensor.
  • imaging is performed under the condition that only one photon is incident to one pixel in one frame by increasing the frame rate of the image sensor.
  • CMOS image sensor when performing photon counting using a CMOS image sensor, it is conceivable to determine the number of photons based on the digital value output from the A / D converter.
  • each pixel constituting the sensor has readout noise.
  • the gain and offset value in a plurality of pixels have variations within a certain range. In this case, since the digital value when the same number of photons are incident is different for each pixel, there is a possibility that the photon counting accuracy may decrease when binning of the pixel is performed.
  • An aspect of the present disclosure is to provide a photon counting device and a photon counting method capable of suppressing a decrease in counting accuracy of photons.
  • the photon counting device includes: a plurality of pixels including a photoelectric conversion element that converts input light into electric charge; an amplifier that amplifies the electric charge converted by the photoelectric conversion element and converts the electric charge into a voltage; A / D converter that converts the voltage output from each amplifier into a digital value and outputs the converted value, and the output of the A / D converter so that the influence of variations in gain and offset value between multiple pixels is suppressed Correction unit for correcting the digital value, an arithmetic unit for adding the corrected digital values corresponding to at least two pixels, and outputting an added value, and conversion for converting the added value output from the arithmetic unit into the number of photons And a unit.
  • a voltage corresponding to the photon input to the photoelectric conversion element is output from the amplifier.
  • the voltage is converted to a digital value by an A / D converter.
  • an addition value obtained by adding the digital values corrected by the correction unit to each other is converted into the number of photons.
  • the correction unit corrects the digital value so as to suppress the influence of variations in gain and offset value among a plurality of pixels. That is, when the same number of photons are input, variation in each pixel is suppressed in the corrected digital value.
  • the influence of variations in gain and offset value between pixels is not easily reflected in the added value, and only the number of photons is easily reflected. Therefore, it is possible to suppress the decrease in photon counting accuracy.
  • the correction unit is a parameter corresponding to the gain and the offset value, and has the parameter set in advance common to the plurality of pixels, and for each of the plurality of pixels based on the deviation between the gain and the offset value and the parameter
  • the digital value of may be corrected.
  • the digital value is corrected according to the difference between the reference parameter and the gain and the offset value, so that the added value can be converted into the number of photons using, for example, a threshold based on the parameter.
  • the readout noise of the amplifier may be 0.2 [e-rms] or less. In this case, for example, the false detection rate can be suppressed to 1% or less. Furthermore, the readout noise of the amplifier may be 0.15 [e-rms] or less. In this case, for example, the false detection rate can be suppressed to 0.1% or less.
  • the gain may be 10 [DN / e] or more. By increasing the gain, the analog value output from the amplifier can be reproduced with high accuracy.
  • a step of converting the light input to each photoelectric conversion element constituting the plurality of pixels into an electric charge, and the converted electric charge being amplified by an amplifier constituting the plurality of pixels The steps of converting into voltages, converting the voltages output from the respective amplifiers into digital values by the A / D converter and outputting the same, and suppressing the influence of variations in gain and offset value among a plurality of pixels
  • the step of correcting the digital value output from the A / D converter the step of adding the corrected digital value corresponding to at least two pixels, and outputting the added value, and converting the added value into the number of photons And d.
  • the voltage output from the amplifier is converted to a digital value in accordance with the input photons. Then, when binning of pixels is performed, an addition value obtained by adding digital values to each other is converted into the number of photons.
  • the digital values are corrected so as to suppress the influence of variations in gain and offset values among a plurality of pixels. That is, when the same number of photons are input, the variation in each pixel is suppressed with this corrected digital value. Therefore, also in the addition value, the influence of variations in gain and offset value between pixels is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the decrease in photon counting accuracy.
  • the digital value for each of the plurality of pixels is corrected based on the difference between the gain and the offset value and the parameter, and the parameter corresponds to the gain and the offset value. It may be preset to be common to the pixels of. In this configuration, the digital value is corrected according to the difference between the reference parameter and the gain and the offset value, so that the added value can be converted into the number of photons using, for example, a threshold based on the parameter.
  • the photon counting device and the photon counting method of one aspect it is possible to suppress a decrease in photon counting accuracy.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a photon counting apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of electrons and the probability density.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the read noise and the false detection rate.
  • FIG. 4A is a graph showing the relationship between the number of electrons and the probability density.
  • (B) of FIG. 4 is a graph which shows the result of the simulation based on (a) of FIG.
  • FIG. 5A is a graph showing the relationship between the number of electrons and the probability density.
  • (B) of FIG. 5 is a graph obtained by converting the result of the simulation based on (a) of FIG. 5 into a digital value.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of electrons and the probability density.
  • (B) of FIG. 6 is a graph obtained by converting the result of the simulation based on (a) of FIG. 6 into a digital value.
  • FIG. 7A is a graph showing the relationship between the number of electrons and the probability density.
  • (B) of FIG. 7 is a graph obtained by converting the result of the simulation based on (a) of FIG. 7 into a digital value.
  • FIG. 8 is a view schematically showing the process of converting the measured digital value into the number of photons.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the process of converting the measured digital value into the number of photons.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the process of deriving the offset value.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the process of deriving the gain.
  • FIG. 12 is a diagram showing the correspondence between the measured digital value and the corrected digital value.
  • FIG. 13 is a flow
  • the photon counting in the embodiment includes both the counting of the number of photoelectrons (photoelectrons) generated by the image sensor and the counting of the number of photons in consideration of the quantum efficiency (QE: Quantum Efficiency) of the image sensor. .
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a photon counting apparatus.
  • the photon counting device 1 includes a CMOS image sensor 10 and a computer 20 connected to the CMOS image sensor 10.
  • the CMOS image sensor 10 includes a plurality of pixels 11 and an A / D converter 15.
  • the plurality of pixels 11 are two-dimensionally arranged, and are arranged in the row direction and the column direction.
  • Each pixel 11 includes a photodiode (photoelectric conversion element) 12 and an amplifier 13.
  • the photodiode 12 accumulates electrons (photoelectrons) generated by the input of photons as charge.
  • the amplifier 13 converts the charge stored in the photodiode 12 into a voltage and amplifies it.
  • the amplified voltage is transferred to the vertical signal line 16 line by line by switching the selection switch 14 of each pixel 11.
  • a CDS (correlated double sampling) circuit 17 is disposed on each vertical signal line 16. The CDS circuit 17 removes noise that varies among the pixels, and temporarily stores the transferred voltage.
  • the A / D converter 15 converts the voltage output from each amplifier 13 in the plurality of pixels 11 into a digital value.
  • the A / D converter 15 converts the voltage stored in the CDS circuit 17 into a digital value.
  • the converted digital values are output to the computer 20, respectively.
  • the digital value may be sent to a horizontal signal line (not shown) by switching of column selection and output to the computer 20.
  • the A / D converter 15 may be provided in each pixel 11.
  • FIG. 2 is a graph showing the probability distribution of electrons, in which the horizontal axis is the number of electrons and the vertical axis is the probability density. As shown in FIG. 2, the number of electrons generated by the input photons follows a Poisson distribution. In FIG. 2, the probability distribution of electrons when two photons are input to one pixel on average is shown for each readout noise. Examples of readout noise include 0.12, 0.15, 0.25, 0.35, 0.40, 0.45 and 1.0 [e-rms]. As shown in FIG.
  • the read-out noise is smaller, the peak of the waveform of the probability distribution appears sharper, and the division of the distribution according to the number of electrons is clear.
  • the readout noise becomes large, the distributions overlap with each other in the number of electrons, and it becomes difficult to separate the distribution for each number of electrons.
  • the readout noise is 0.40 [e-rms] or less, a peak for each number of electrons appears distinguishably.
  • the readout noise is 0.45 [e-rms] or more, it is difficult to identify the peak for each number of electrons.
  • the magnitude of the read noise capable of dividing the number of electrons is determined depending on whether or not the peak is identified.
  • the read noise is 0.4 [e-rms] or less.
  • the inflection point may be detected by second-order differentiation of the probability distribution, and the magnitude of the readout noise capable of dividing the number of electrons may be determined.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the read noise and the false detection rate when, for example, 0.5e, 1.5e, 2.5e,. .
  • the false detection rate is a rate at which the false detection rate is detected as the wrong number of electrons and is caused by the spread of the probability distribution of electrons.
  • FIG. 3 when it is desired to set the false detection rate to 1% or less, it is necessary to set the read noise to 0.2 [e-rms] or less. When it is desired to reduce the false detection rate to 0.1% or less, it is necessary to set the readout noise to 0.15 [e-rms] or less.
  • FIG. 4A is a graph showing the relationship between the number of electrons and the probability density.
  • (B) of FIG. 4 is a graph which shows the result of the simulation based on (a) of FIG. FIG. 4A shows the probability distribution of electrons when two photons are input to one pixel on average when the readout noise is 0.15 [e-rms].
  • FIG. 4B the distribution of the number of electrons for each number of measurements is shown by an analog value.
  • the A / D converter 15 converts the analog value shown in (b) of FIG. 4 into a digital value and outputs it.
  • the digital value output from each pixel 11 is represented by the following equation.
  • Digital value [DN] gain [DN / e] ⁇ number of electrons [e] + offset value [DN]
  • FIG. 5 (B) of FIG. 5, (b) of FIG. 6, and (b) of FIG. 7 are graphs when the analog value of (b) of FIG. 4 is converted to a digital value.
  • the read noise is 0.15 [e-rms]. Probability distribution of electrons when two photons are input to one pixel on average is shown.
  • FIGS. 5 to 7, as 0.5e, 1.5e, 2.5e,..., The threshold value for dividing the electron numbers is set based on the intermediate value of the electron numbers. In the figures, the thresholds are indicated by dashed lines.
  • the gain is 2 [DN / e] and the offset value is 100 [DN].
  • the gain is 2 [DN / e]
  • the offset value is 100 [DN].
  • the gain is 10 [DN / e] and the offset value is 100 [DN].
  • the distribution of digital values approximates the distribution of analog values.
  • the gain is 11 [DN / e]
  • the offset value is 100 [DN].
  • the CMOS image sensor 10 may have a gain of, for example, 10 [DN / e] or more.
  • the computer 20 is physically configured to include a storage device such as a RAM and a ROM, a processor (arithmetic circuit) such as a CPU, and a communication interface.
  • Examples of the computer 20 include personal computers, cloud servers, smart devices (smartphones, tablet terminals, etc.), microcomputers, and field-programmable gate arrays (FPGAs).
  • the computer 20 functions as, for example, the storage unit 21, the correction unit 22, the calculation unit 23, the conversion unit 24, the data processing unit 25, and the control unit 26 by executing a program stored in the storage device by the CPU of the computer system. Do.
  • the computer 20 may be disposed inside the camera including the CMOS image sensor 10 or may be disposed outside the camera.
  • a display device 27 and an input device 28 can be connected to the computer 20.
  • the display device 27 is a display capable of displaying the photon counting result obtained by the computer 20, for example.
  • the input device 28 is a keyboard, a mouse or the like for the user to input measurement conditions. Note that a common touch screen may be used as the display device 27 and the input device 28.
  • the storage unit 21 stores reference data for converting the digital value output from the CMOS image sensor 10 into the number of photons.
  • the reference data includes, for example, gains and offset values for each of the plurality of pixels 11.
  • the reference data also includes threshold data for converting a digital value into the number of photons.
  • the threshold data may be prepared for the binning size.
  • the binning size may be, for example, the number of pixels to be binned. In the case of 3 ⁇ 3 pixel binning, the binning size is “9”.
  • the correction unit 22 corrects the digital value corresponding to each pixel output from the A / D converter 15.
  • the digital value is corrected such that the influence of variations in gain and offset value among the plurality of pixels 11 is suppressed.
  • the operation unit 23 outputs an added value obtained by adding the corrected digital values of at least two pixels 11 to each other.
  • the plurality of pixels to which digital values are added may have the same number of pixels in the row direction and the number of pixels in the column direction, such as 2 ⁇ 2 pixels and 3 ⁇ 3 pixels. Further, in the plurality of pixels to which digital values are added to each other, the number of pixels in the row direction may be different from the number of pixels in the column direction, such as 1 ⁇ 2 pixels or 2 ⁇ 5 pixels. Further, the corrected digital values of all the pixels constituting the CMOS image sensor 10 may be added to each other.
  • the conversion unit 24 converts the added value output from the calculation unit 23 into the number of photons with reference to the threshold data stored in the storage unit 21.
  • the data processing unit 25 creates a two-dimensional image indicating the number of photons in each pixel 11 based on the number of photons output from the conversion unit 24. Further, the data processing unit 25 may create a histogram or the like that is a plot of the number of pixels with respect to the number of photons. The created two-dimensional image or the like may be output to the display device 27.
  • the control unit 26 can integrally control each function of the computer 20 and the CMOS image sensor 10. For example, the control unit 26 controls the photon counting device 1 based on the setting conditions input by the input device 28.
  • the details of the photon counting device 1 will be described by showing a specific example focusing on the processing by the correction unit 22, the calculation unit 23 and the conversion unit 24.
  • the CMOS image sensor 10 of the photon counting device has a plurality (9) of pixels 11 arranged in 3 rows ⁇ 3 columns Will be explained.
  • the number of pixels in the row direction and the column direction in the binning may be designated by the measurement condition input to the input device 28.
  • FIG. 8 schematically shows the process of converting the measured digital value into the number of electrons.
  • the offset value is 100 [DN] and the gain is 11 [DN / e] in each pixel.
  • the readout noise is assumed to be 0.15 [e-rms].
  • the digital values in each pixel are added to each other for the pixels to be binning.
  • digital values 155, 153, 155, 156, 154, 156, 156, 157, 153 of nine pixels arranged in 3 rows ⁇ 3 columns are added to each other.
  • the sum of the digital values in the binned pixel 31 is 1395.
  • the added value is converted to the number of electrons.
  • the added value is converted into the number of electrons, for example, using a threshold range.
  • the threshold indicating the lower limit of the number of electrons and the threshold indicating the upper limit are represented by the following equations, respectively.
  • threshold (upper limit) (electron number + 0.5) ⁇ gain + offset value ⁇ binning size
  • the gain and offset values are 11 [DN / e] and 100 [DN], respectively, as described above, and there is no variation in gain and offset value between pixels. Therefore, for example, the lower limit of the threshold range corresponding to 45 electrons is 1390 [DN], and the upper limit is 1400 [DN].
  • 1395 [DN] which is the added value of the binned pixels 31 is converted into 45 electrons. Since the number of electrons generated by the input photons follows a Poisson distribution, the photon number can be obtained by dividing the converted electron number by the quantum efficiency. For example, when the quantum efficiency is 100%, the number of electrons and the number of photons are the same.
  • FIG. 9 shows an example of digital values in the case where the gain and offset values have variations.
  • the average gain is 11 [DN / e]
  • the variation ⁇ of the gain is 10%. That is, the gain ⁇ ⁇ can take a value of 9.9 to 12.1.
  • the average offset value is 100 [DN]
  • the variation ⁇ of the offset value is 3%. That is, the offset value ⁇ ⁇ can take a value of 97 to 103.
  • the example of FIG. 9 is also a model in which five electrons are stored in all the pixels as in FIG.
  • the added value of the binned pixels 31 is 1435 [DN].
  • the threshold range is determined based on the average offset value and the average gain as in the example of FIG. 8, the threshold range including 1435 [DN] which is the added value corresponds to 49 electrons. That is, 1435 [DN] is converted to 49 electrons. As described above, it may be difficult to convert the digital value into the correct number of electrons when the gain and the offset value have variations.
  • the correction unit 22 outputs the digital value output from the A / D converter 15 so as to suppress the influence of variations in gain and offset value among the plurality of pixels 11. to correct.
  • the correction unit 22 corrects the digital value of each pixel 11 so that the apparent gain and the apparent offset value become the same in each pixel 11.
  • the corrected digital value can be derived based on the difference between the gain and offset value of each pixel 11 and the apparent gain and the apparent offset value common to all the pixels.
  • the corrected digital value is derived by the following correction equation.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a process of acquiring an offset value.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a process of acquiring a gain.
  • a plurality of frame images are acquired by the CMOS image sensor 10 under a condition where a sufficient amount of light is given.
  • the average light signal value S [DN] of the digital value in each pixel and the standard deviation N [DN] are acquired. Since the gain is represented by N 2 / S, the gain is obtained from the average light signal value S and the standard deviation N.
  • FIG. 12 is a diagram showing the correspondence between the measured digital value and the corrected digital value.
  • each pixel 11 constituting the CMOS image sensor 10 has the gain shown in FIG. 10 and the offset value shown in FIG.
  • the example of FIG. 12 shows an example in which the digital value measured by the CMOS image sensor 10 in FIG. 9 is corrected by the above correction formula.
  • the converter 24 acquires the number of electrons using threshold data common to each pixel with respect to the corrected digital value.
  • the storage unit 21 may hold a threshold range derived by the following equation as a table.
  • the converter 24 can convert the corrected digital value into the number of electrons with reference to the threshold data held in the table.
  • the apparent gain is 11 [DN / e]
  • the apparent offset value is 100 [DN]. Therefore, in the binning of 3 ⁇ 3 pixels, the binning size is “9”, and it is determined that the electron density is 45 electrons when the digital value after correction is 1390 to 1400.
  • the converter 24 can obtain the number of photons by dividing the converted number of electrons by the quantum efficiency.
  • Threshold (lower limit) (electron number-0.5) ⁇ apparent gain + apparent offset value
  • binning size threshold (upper limit) (electron count + 0.5) ⁇ apparent gain + apparent offset value ⁇ Binning size
  • FIG. 13 is a flow chart showing the operation of the photon counting apparatus.
  • step S1 when measurement is started in a state in which the photon counting device 1 is operated, first, light incident on a pixel of the CMOS image sensor 10 is converted into charge by the photodiode 12 (step S1 ). Then, the converted charge is converted into a voltage by the amplifier 13 (step S2). The voltage is converted into a digital value by the A / D converter 15 and output to the computer 20 (step S3). The digital value is corrected for each pixel by the correction unit 22 of the computer 20 (step S4). The corrected digital value is binned (step S5).
  • the corrected digital values corresponding to the pixels 11 constituting the binning pixel 31 are added to each other, and the added value is output.
  • the added value ie, the binned digital value
  • the number of photons input is measured for each binned pixel.
  • the measurement result may be displayed on the display device 27 as image data or the like, or may be output as a numerical value.
  • a voltage corresponding to the input photons is output from the amplifier 13.
  • the voltage is converted to a digital value by the A / D converter 15.
  • an addition value obtained by adding the digital values corrected by the correction unit 22 to each other is converted into the number of photons.
  • the correction unit 22 corrects the digital value so as to suppress the influence of variations in gain and offset value among the plurality of pixels 11. That is, when the same number of photons are input, variation in each pixel 11 is suppressed in the corrected digital value.
  • the influence of variations in gain and offset value between pixels is not easily reflected in the added value, and only the number of photons is easily reflected. Therefore, it is possible to suppress the decrease in photon counting accuracy.
  • the correction unit 22 is a parameter corresponding to the gain and the offset value, and has the parameter set in advance common to the plurality of pixels, and the correction for each of the plurality of pixels is performed based on the deviation between the gain and the offset value and the parameter.
  • Digital values may be corrected. In this configuration, the digital value is corrected according to the difference between the reference parameter and the gain and the offset value, so that the added value can be converted into the number of photons using, for example, a threshold based on the parameter.
  • the readout noise of the amplifier 13 may be 0.2 [e-rms] or less. In this case, for example, the false detection rate can be suppressed to 1% or less. Furthermore, the readout noise of the amplifier 13 may be 0.15 [e-rms] or less. In this case, for example, the false detection rate can be suppressed to 0.1% or less.
  • the gain may be 10 [DN / e] or more. Since the CMOS image sensor 10 has a high gain, the analog value output from the amplifier 13 can be reproduced to a digital value with high accuracy.
  • the readout noise of each pixel is 0.4 [e-rms] or less.
  • the noise of some pixels may be larger than 0.4 [e-rms].
  • pixels having a readout noise of 0.4 [e-rms] or less are grasped in advance by measurement or the like, and only pixels having a readout noise of 0.4 [e-rms] or less are used. Photon counting may be performed.
  • Corrected digital value ((digital value-offset value) / gain) ⁇ apparent gain + apparent offset value
  • the storage unit 21 may hold the threshold range derived by the following equation as a table.
  • the converter 24 can convert the corrected digital value into the number of electrons with reference to the threshold data held in the table.
  • Threshold (lower limit) (electron number ⁇ 0.5)
  • apparent gain threshold (upper limit) (electron number + 0.5) ⁇ apparent gain
  • corrected digital value ((digital value-offset value) / gain)
  • the storage unit 21 may hold the threshold range derived by the following equation as a table.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

フォトンカウンティング装置は、入力された光を電荷に変換する光電変換素子と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複数の画素と、複数の画素のそれぞれのアンプから出力される電圧をデジタル値に変換して出力するＡ／Ｄコンバータと、複数の画素間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されるように、Ａ／Ｄコンバータから出力されるデジタル値を補正する補正部と、少なくとも２つの画素に対応する補正されたデジタル値を加算し、加算値を出力する演算部と、演算部から出力された加算値をフォトン数に変換する変換部と、を備える。

Description

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
　本開示は、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に関する。
　例えば非特許文献１には、ＣＭＯＳイメージセンサを用いたフォトンカウンティングの技術が記載されている。この技術では、イメージセンサのフレームレートを高くすることによって、１画素に対して１フレーム中に１フォトンしか入射されない条件の下で、撮像が行われている。
B Saleh Masoodian, Jiaju Ma, Dakota Starkey, Yuichiro Yamashita, and Eric R. Fossum, "A 1Mjot 1040fps 0.22e-rms Stacked BSI Quanta Image Sensor with Cluster-Parallel Readout", 2017 International Image Sensor Workshop（IISW）の予稿集, May 30 - June 2,2017, P230-233
　例えば、ＣＭＯＳイメージセンサを用いてフォトンカウンティングを行おうとした場合、Ａ／Ｄコンバータから出力されるデジタル値に基づいてフォトンの数を判別することが考えられる。しかしながら、ＣＭＯＳイメージセンサでは、センサを構成するそれぞれの画素が読み出しノイズを有している。また、複数の画素におけるゲイン及びオフセット値は、一定の範囲でバラツキを有している。この場合、同じ数のフォトンが入射したときのデジタル値が画素ごとに異なるため、画素のビニングを行ったときに、フォトンの計数精度が低下する虞がある。
　本開示の一側面は、フォトンの計数精度の低下を抑制できる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を提供することを目的とする。
　一側面のフォトンカウンティング装置は、入力された光を電荷に変換する光電変換素子と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複数の画素と、複数の画素のそれぞれのアンプから出力される電圧をデジタル値に変換して出力するＡ／Ｄコンバータと、複数の画素間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されるように、Ａ／Ｄコンバータから出力されるデジタル値を補正する補正部と、少なくとも２つの画素に対応する補正されたデジタル値を加算し、加算値を出力する演算部と、演算部から出力された加算値をフォトン数に変換する変換部と、を備える。
　このようなフォトンカウンティング装置では、光電変換素子に入力されたフォトンに応じた電圧がアンプから出力される。当該電圧はＡ／Ｄコンバータによってデジタル値に変換される。そして、画素のビニングを行う際には、補正部によって補正されたデジタル値が互いに加算された加算値が、フォトン数に変換される。補正部では、複数の画素間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されるように、デジタル値が補正される。すなわち、同じ数のフォトンが入力された場合、補正されたデジタル値では画素ごとのばらつきが抑制されている。これにより、加算値には、画素間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が反映されにくく、フォトン数のみが反映されやすい。したがって、フォトンの計数精度の低下を抑制できる。
　また、補正部は、ゲイン及びオフセット値に対応するパラメータであって複数の画素に共通する予め設定された該パラメータを有し、ゲイン及びオフセット値とパラメータとのズレに基づいて、複数の画素ごとのデジタル値を補正してもよい。この構成では、基準となるパラメータとゲイン及びオフセット値とのズレに応じてデジタル値を補正しているので、例えば、パラメータに基づく閾値を用いて加算値をフォトン数に変換することができる。
　また、アンプの読み出しノイズは、０．２［ｅ－ｒｍｓ］以下であってよい。この場合、例えば、誤検出率を１％以下に抑制することができる。さらに、アンプの読み出しノイズは、０．１５［ｅ－ｒｍｓ］以下であってよい。この場合、例えば誤検出率を０．１％以下に抑制することができる。
　また、ゲインは、１０［ＤＮ／ｅ］以上であってよい。ゲインを高くすることによって、アンプから出力されるアナログ値を高い精度で再現することができる。
　また、一側面のフォトンカウンティング方法は、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、変換された電荷を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、複数の画素間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されるように、Ａ／Ｄコンバータから出力されるデジタル値を補正するステップと、少なくとも２つの画素に対応する補正されたデジタル値を加算し、加算値を出力するステップと、加算値をフォトン数に変換するステップと、を備える。
　このようなフォトンカウンティング方法では、入力されるフォトンに応じてアンプから出力された電圧が、デジタル値に変換される。そして、画素のビニングを行う際には、デジタル値が互いに加算された加算値が、フォトン数に変換される。このデジタル値は、複数の画素間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されるように補正されている。すなわち、同じ数のフォトンが入力された場合、この補正されたデジタル値では画素ごとのばらつきが抑制されている。そのため、加算値においても、画素間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されている。したがって、フォトンの計数精度の低下を抑制できる。
　また、デジタル値を補正するステップでは、ゲイン及びオフセット値と、パラメータとのズレに基づいて、複数の画素ごとの前記デジタル値を補正し、パラメータは、ゲイン及びオフセット値に対応しており、複数の画素に共通するように予め設定されてもよい。この構成では、基準となるパラメータとゲイン及びオフセット値とのズレに応じてデジタル値を補正しているので、例えば、パラメータに基づく閾値を用いて加算値をフォトン数に変換することができる。
　一側面の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によれば、フォトンの計数精度の低下を抑制できる。
図１は、一実施形態に係るフォトンカウンティング装置の構成を示す図である。 図２は、電子数と確率密度との関係を示すグラフである。 図３は、読み出しノイズと誤検出率との関係を示すグラフである。 図４の（ａ）は、電子数と確率密度との関係を示すグラフである。図４の（ｂ）は、図４の（ａ）に基づくシミュレーションの結果を示すグラフである。 図５の（ａ）は、電子数と確率密度との関係を示すグラフである。図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に基づくシミュレーションの結果をデジタル値に変換したグラフである。 図６の（ａ）は、電子数と確率密度との関係を示すグラフである。図６の（ｂ）は、図６の（ａ）に基づくシミュレーションの結果をデジタル値に変換したグラフである。 図７の（ａ）は、電子数と確率密度との関係を示すグラフである。図７の（ｂ）は、図７の（ａ）に基づくシミュレーションの結果をデジタル値に変換したグラフである。 図８は、測定されたデジタル値をフォトン数に変換する過程を模式的に示す図である。 図９は、測定されたデジタル値をフォトン数に変換する過程を模式的に示す図である。 図１０は、オフセット値を導出する過程を模式的に示す図である。 図１１は、ゲインを導出する過程を模式的に示す図である。 図１２は、測定されたデジタル値と補正後のデジタル値との対応を示す図である。 図１３は、フォトンカウンティング装置の動作を示すフローチャートである。
　以下、実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施の形態におけるフォトンカウンティングとは、イメージセンサで生成される光電子（フォトエレクトロン）数のカウンティング、及び、イメージセンサの量子効率（ＱＥ：Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を考慮したフォトン数のカウンティングの両方を含む。
［第１実施形態］
　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。
　Ａ／Ｄコンバータ１５は、複数の画素１１におけるそれぞれのアンプ１３から出力される電圧をデジタル値に変換する。本実施形態では、Ａ／Ｄコンバータ１５は、ＣＤＳ回路１７に保管された電圧をデジタル値に変換する。変換されたデジタル値は、それぞれコンピュータ２０に出力される。例えば、デジタル値は、列選択の切換によって不図示の水平信号線に送られて、コンピュータ２０に出力されてもよい。このように、ＣＭＯＳイメージセンサ１０では、各画素１１にフォトンが入力されると、入力されたフォトン数に応じたデジタル値がコンピュータ２０に出力される。なお、Ａ／Ｄコンバータ１５は、各画素１１に設けられてもよい。
　アンプ１３によって増幅された電圧が読み出される際、アンプ１３内ではランダムなノイズである読み出しノイズが発生する。図２は、電子の確率分布を示すグラフであり、横軸が電子数、縦軸が確率密度になっている。図２に示されるように、入力されたフォトンによって生成される電子の数はポアソン分布に従う。図２では、１画素に平均で２フォトン入力した場合の電子の確率分布が、読み出しノイズごとに示されている。読み出しノイズの例としては、０．１２、０．１５、０．２５、０．３５、０．４０、０．４５及び１．０［ｅ－ｒｍｓ］が挙げられている。図２に示されるように、読み出しノイズが小さいほど、確率分布の波形のピークが鋭く現れており、電子数ごとの分布の切り分けが明確になっている。一方、読み出しノイズが大きくなると、隣り合う電子数同士で分布が重複しあっており、電子数ごとの分布の切り分けが難しくなる。例えば、読み出しノイズが０．４０［ｅ－ｒｍｓ］以下の場合には、電子数ごとのピークが識別可能に現れている。これに対し、読み出しノイズが０．４５［ｅ－ｒｍｓ］以上の場合には、電子数ごとのピークを識別することが困難である。本実施形態では、ピークの識別の可否によって、電子数の区分が可能な読み出しノイズの大きさを求めた。これにより、本実施形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０では、読み出しノイズが０．４［ｅ－ｒｍｓ］以下となっている。なお、確率分布を２次微分することによって変曲点を検出し、電子数の区分が可能な読み出しノイズの大きさを求めてもよい。
　また、隣り合う電子数同士を区分するための閾値を設定した場合、読み出しノイズに応じて、検出される電子数の誤検出率が変化する。図３は、例えば、０．５ｅ，１．５ｅ，２．５ｅ…というように、電子数同士の中間の値を閾値とした場合における、読み出しノイズと誤検出率との関係を示すグラフである。なお、誤検出率とは、誤った電子数であるとして検出される割合であり、電子の確率分布の広がりに起因する。図３に示すように、誤検出率を１％以下にしたい場合には、読み出しノイズを０．２［ｅ－ｒｍｓ］以下にする必要がある。また、誤検出率を０．１％以下にしたい場合には、読み出しノイズを０．１５［ｅ－ｒｍｓ］以下にする必要がある。
　図４の（ａ）は、電子数と確率密度との関係を示すグラフである。図４の（ｂ）は、図４の（ａ）に基づくシミュレーションの結果を示すグラフである。図４の（ａ）では、読み出しノイズが０．１５［ｅ－ｒｍｓ］である場合に、１画素に平均で２フォトン入力したときの電子の確率分布が示されている。また、図４の（ｂ）では、測定回数ごとの電子数の分布がアナログ値で示されている。Ａ／Ｄコンバータ１５では、図４の（ｂ）に示されるアナログ値をデジタル値に変換して出力する。各画素１１から出力されるデジタル値は、以下の式によって示される。
　デジタル値［ＤＮ］＝ゲイン［ＤＮ／ｅ］×電子数［ｅ］＋オフセット値［ＤＮ］
　図５の（ｂ）、図６の（ｂ）及び図７の（ｂ）は、それぞれ図４の（ｂ）のアナログ値をデジタル値に変換したときのグラフである。図５の（ａ）、図６の（ａ）及び図７の（ａ）には、いずれも図４の（ａ）と同様に、読み出しノイズが０．１５［ｅ－ｒｍｓ］である場合に、１画素に平均で２フォトン入力したときの電子の確率分布が示されている。図５～図７では、０．５ｅ，１．５ｅ，２．５ｅ…というように、電子数同士の中間の値を基準として、電子数同士を区分するための閾値が設定されている。図面において、閾値は破線によって示されている。図５の（ｂ）では、ゲインが２［ＤＮ／ｅ］であり、オフセット値が１００［ＤＮ］である。図５の（ｂ）に示すように、ゲインが２［ＤＮ／ｅ］の場合、アナログ値で観測されている測定値のバラツキがグラフに反映され難い。また、閾値と同じ値を示すデジタル値が出力される割合が、高くなっている。
　図６の（ｂ）では、ゲインが１０［ＤＮ／ｅ］であり、オフセット値が１００［ＤＮ］である。図６の（ｂ）に示すように、ゲインが１０［ＤＮ／ｅ］の場合、デジタル値の分布がアナログ値の分布に近似している。一方で、ゲインが偶数であるため、図示されるように、閾値に対応するデジタル値をとる場合もある。図７の（ｂ）では、ゲインが１１［ＤＮ／ｅ］であり、オフセット値が１００［ＤＮ］となっている。図７の（ｂ）に示すように、ゲインが１１［ＤＮ／ｅ］の場合、デジタル値の分布がアナログ値により近似している。さらに、ゲインが奇数であるため、閾値に対応するデジタル値をとることが抑制される。このように、ゲインの値が大きくなることによって、出力されるデジタル値がアナログ値に近似し得る。本実施形態において、ＣＭＯＳイメージセンサ１０は例えば１０［ＤＮ／ｅ］以上のゲインを有していてよい。
　再び図１を参照する。コンピュータ２０は、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置、ＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス等を備えて構成されている。かかるコンピュータ２０としては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などが挙げられる。コンピュータ２０は、例えば、記憶装置に格納されるプログラムをコンピュータシステムのＣＰＵで実行することにより、記憶部２１、補正部２２、演算部２３、変換部２４、データ処理部２５、制御部２６として機能する。コンピュータ２０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を含むカメラ内部に配置されてもよいし、カメラ外部に配置されてもよい。コンピュータ２０には、表示装置２７及び入力装置２８が接続され得る。表示装置２７は、例えばコンピュータ２０によって得られたフォトンカウンティング結果を表示することができるディスプレイである。入力装置２８は、ユーザが計測条件を入力するためのキーボード、マウス等である。なお、表示装置２７及び入力装置２８として、共通のタッチスクリーンを用いてもよい。
　記憶部２１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０から出力されるデジタル値をフォトン数に変換するための参照データを記憶する。参照データには、例えば複数の画素１１ごとのゲイン及びオフセット値が含まれる。また、参照データには、デジタル値をフォトン数に変換するための閾値データが含まれる。閾値データは、ビニングサイズことに用意されていてもよい。なお、ビニングサイズとは、例えば、ビニングされる画素の数であってよい。３×３画素ビニングの場合、ビニングサイズは「９」である。
　補正部２２は、Ａ／Ｄコンバータ１５から出力される各画素に対応するデジタル値を補正する。本実施形態では、複数の画素１１間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されるように、デジタル値が補正される。
　演算部２３は、少なくとも２つの画素１１における補正後のデジタル値が互いに加算された加算値を出力する。デジタル値が互いに加算される複数の画素は、２×２画素、３×３画素等のように、行方向の画素の数と列方向の画素の数とが互いに同じであってよい。また、デジタル値が互いに加算される複数の画素は、１×２画素、２×５画素等のように、行方向の画素の数と列方向の画素の数とが互いに異なってもよい。また、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を構成する全ての画素における補正後のデジタル値が互いに加算されてもよい。
　変換部２４は、記憶部２１に記憶された閾値データを参照して、演算部２３から出力された加算値をフォトン数に変換する。データ処理部２５は、変換部２４から出力されるフォトン数に基づいて、各画素１１におけるフォトン数を示す２次元画像を作成する。また、データ処理部２５は、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などを作成してもよい。作成された２次元画像等は、表示装置２７に出力され得る。制御部２６は、コンピュータ２０の各機能やＣＭＯＳイメージセンサ１０を統括的に制御し得る。例えば、制御部２６は、入力装置２８によって入力された設定条件に基づいてフォトンカウンティング装置１を制御する。
　続いて、フォトンカウンティング装置１の詳細について、補正部２２、演算部２３及び変換部２４による処理を中心に具体例を示しながら説明する。以下、説明の簡単のために、フォトンカウンティング装置のＣＭＯＳイメージセンサ１０が３行×３列に配列された複数（９個）の画素１１を有するものとして、３×３画素のビニングが行われる例について説明する。なお、ビニングにおける行方向及び列方向の画素数は、入力装置２８に入力される計測条件によって指定され得る。
　まず、ゲイン及びオフセット値にバラツキがないと仮定した場合に、デジタル値をフォトン数に変換する方法を示す。図８は、測定されたデジタル値を電子数に変換する過程を模式的に示す。図８の例では、各画素において、オフセット値が１００［ＤＮ］であり、ゲインが１１［ＤＮ／ｅ］であるとする。また、読み出しノイズは０．１５［ｅ－ｒｍｓ］であるとする。
　図８に示すように、このようなＣＭＯＳイメージセンサ１０において、各画素１１にフォトンが入力されると、各画素１１ではフォトン数に応じて電荷が蓄積される。図示例では、全ての画素１１において５電子が蓄積されたことを示している。すなわち、９つの画素では、４５電子が蓄積されていることになる。蓄積された電荷は、アンプ１３によって電圧に変換され、Ａ／Ｄコンバータ１５によってデジタル値に変換される。図８では、各画素におけるデジタル値が画素内に示されている。
　各画素におけるデジタル値は、ビニングの対象となる画素同士で互いに加算される。図８の例では、３行×３列に配列された９つの画素のデジタル値（１５５，１５３，１５５，１５６，１５４，１５６，１５６，１５７，１５３）が互いに加算される。これにより、図示のとおり、ビニングされた画素３１におけるデジタル値の加算値は１３９５となる。
　加算値は、電子数に変換される。この場合、例えば閾値範囲を用いて、加算値が電子数に変換される。閾値範囲の上限及び下限を電子数の中間の値とした場合、各電子数の下限を示す閾値、及び上限を示す閾値はそれぞれ以下の式で示され、これら下限の閾値から上限の閾値までの範囲が、その電子数に対応する閾値範囲となる。
　閾値（下限）＝（電子数－０．５）×ゲイン＋オフセット値×ビニングサイズ
　閾値（上限）＝（電子数＋０．５）×ゲイン＋オフセット値×ビニングサイズ
　図８の例では、上述のとおりゲイン、オフセット値がそれぞれ１１［ＤＮ／ｅ］、１００［ＤＮ］であり、画素間のゲイン及びオフセット値にバラツキがないと仮定されている。そのため、例えば、４５電子に対応する閾値範囲の下限は１３９０［ＤＮ］であり、上限は１４００［ＤＮ］となる。この閾値範囲を参照して、図８に例示されたデジタル値を電子数に変換した場合、ビニングされた画素３１の加算値である１３９５［ＤＮ］は、４５電子に変換される。入力されたフォトンによって生成される電子の数はポアソン分布に従うので、変換された電子数を量子効率で除算することによって、フォトン数を得ることができる。例えば、量子効率が１００％の場合、電子数とフォトン数とは同数になる。
　続いて、ゲイン及びオフセット値にバラツキを有する状態で、図８の例と同様の閾値範囲を用いて、デジタル値を電子数に変換する場合を考える。図９は、ゲイン及びオフセット値にバラツキを有する場合における、デジタル値の一例を示す。この例では、平均ゲインが１１［ＤＮ／ｅ］であり、ゲインのバラツキσが１０％となっている。すなわち、ゲイン±σは、９．９～１２．１の値を取り得る。また、平均オフセット値が１００［ＤＮ］であり、オフセット値のバラツキσが３％となっている。すなわち、オフセット値±σは、９７～１０３の値を取り得る。図９の例も、図８と同様に全ての画素において５電子蓄積されたモデルである。図８の例と同様に、３行×３列に配列された９つの画素のデジタル値を互いに加算すると、ビニングされた画素３１の加算値は１４３５［ＤＮ］となる。平均オフセット値及び平均ゲインに基づいて、図８の例と同様に閾値範囲を求めた場合、加算値である１４３５［ＤＮ］が含まれる閾値範囲は、４９電子に対応する。すなわち、１４３５［ＤＮ］は４９電子に変換されることになる。このように、ゲイン及びオフセット値にバラツキを有する状態では、デジタル値を正しい電子数に変換することが困難となる場合がある。
　そこで、本実施形態のフォトンカウンティング装置１では、補正部２２は、複数の画素１１間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されるように、Ａ／Ｄコンバータ１５から出力されるデジタル値を補正する。本実施形態では、補正部２２が各画素１１のデジタル値を補正することによって、見た目上のゲイン及び見た目上のオフセット値が各画素１１において互いに同じになる。補正後のデジタル値は、各画素１１のゲイン及びオフセット値と、全画素に共通する見た目上のゲイン及び見た目上のオフセット値とのズレに基づいて導出され得る。例えば、補正後のデジタル値は、以下の補正式によって導出される。なお、見た目上のゲイン及び見た目上のオフセット値（パラメータ）は予め設定されており、記憶部２１に記憶されている。
　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
　上記の補正式におけるオフセット値及びゲインは、記憶部２１に記憶されている参照データに含まれている。ここで、ゲイン及びオフセット値の取得工程について説明する。図１０は、オフセット値を取得する工程を示す模式図である。上述のように、デジタル値は以下の式で示される。そのため、オフセット値は、光が入力されない状態でＣＭＯＳイメージセンサ１０から出力されるデジタル値として示される。そこで、オフセット値を取得する場合には、まず、光が入力されていない状態でＣＭＯＳイメージセンサ１０によって取得された複数のダーク画像に基づいて、複数の画素ごとに出力されるデジタル値を取得する。そして、取得されたデジタル値を画素ごとに平均化することによってオフセット値が取得される。
　デジタル値［ＤＮ］＝ゲイン［ＤＮ／ｅ］×電子数［ｅ］＋オフセット値［ＤＮ］
　図１１は、ゲインを取得する工程を示す模式図である。各画素のゲインを取得する場合には、十分な光量が与えられた条件下において、ＣＭＯＳイメージセンサ１０によって複数のフレーム画像を取得する。そして、各画素におけるデジタル値の平均光信号値Ｓ［ＤＮ］と、標準偏差Ｎ［ＤＮ］とを取得する。ゲインは、Ｎ２／Ｓで表されるので、平均光信号値Ｓ及び標準偏差Ｎからゲインが取得される。
　図１２は、測定されたデジタル値と補正後のデジタル値との対応を示す図である。図１２の例において、ＣＭＯＳイメージセンサ１０を構成する各画素１１は、図１０に示すゲイン及び図１１に示すオフセット値を有している。図１２の例では、図９におけるＣＭＯＳイメージセンサ１０によって測定されたデジタル値が上記補正式によって補正された例を示している。この例では、変換部２４は、全画素での見た目上のゲインが１１［ＤＮ／ｅ］となり、見た目上のオフセット値が１００［ＤＮ］となるように、デジタル値を補正している。すなわち、補正後のデジタル値は、以下の補正式によって導出されている。
　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
　変換部２４では、補正後のデジタル値に対して各画素に共通の閾値データを用いて電子数を取得する。例えば、記憶部２１は、以下の式によって導出される閾値範囲をテーブルとして保持していてよい。変換部２４は、テーブルに保持された閾値データを参照して、補正後のデジタル値を電子数に変換することができる。なお、図１２の例では、見た目上のゲインが１１［ＤＮ／ｅ］であり、見た目上のオフセット値が１００［ＤＮ］である。そのため、３×３画素のビニングでは、ビニングサイズが「９」となり、補正後のデジタル値が１３９０～１４００の場合に４５電子であると判断される。変換部２４は、変換された電子数を量子効率で除算することによって、フォトン数を得ることができる。
　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×ビニングサイズ
　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×ビニングサイズ
　続いて、フォトンカウンティング装置１の動作について説明する。図１３は、フォトンカウンティング装置の動作を示すフローチャートである。本実施形態では、フォトンカウンティング装置１が動作された状態で計測が開始されると、まず、ＣＭＯＳイメージセンサ１０の画素に対して入射された光がフォトダイオード１２によって電荷に変換される（ステップＳ１）。そして、変換された電荷は、アンプ１３によって電圧に変換される（ステップＳ２）。当該電圧は、Ａ／Ｄコンバータ１５によってデジタル値に変換されてコンピュータ２０に出力される（ステップＳ３）。デジタル値は、コンピュータ２０の補正部２２によって、画素ごとに補正される（ステップＳ４）。補正されたデジタル値は、ビニングされる（ステップＳ５）。すなわち、ビニングされた画素３１を構成する画素１１に対応する補正されたデジタル値同士が互いに加算され、加算値が出力される。加算値、すなわちビニングされたデジタル値は、閾値データと比較され（ステップＳ６）、比較結果に基づいてフォトン数に変換される（ステップＳ７）。これにより、ビニングされた画素ごとに、入力されたフォトン数が計測される。計測結果は、例えば画像データ等として表示装置２７に表示されてもよいし、数値として出力されてもよい。
　以上説明したように、フォトンカウンティング装置１では、入力されたフォトンに応じた電圧がアンプ１３から出力される。当該電圧はＡ／Ｄコンバータ１５によってデジタル値に変換される。そして、画素１１のビニングを行う際には、補正部２２によって補正されたデジタル値を互いに加算した加算値が、フォトン数に変換される。補正部２２では、複数の画素１１間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されるように、デジタル値が補正されている。すなわち、同じ数のフォトンが入力された場合、補正されたデジタル値では画素１１ごとのばらつきが抑制されている。これにより、加算値には、画素間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が反映されにくく、フォトン数のみが反映されやすい。したがって、フォトンの計数精度の低下を抑制できる。
　補正部２２は、ゲイン及びオフセット値に対応するパラメータであって複数の画素に共通する予め設定された該パラメータを有し、ゲイン及びオフセット値とパラメータとのズレに基づいて、複数の画素ごとのデジタル値を補正してもよい。この構成では、基準となるパラメータとゲイン及びオフセット値とのズレに応じてデジタル値を補正しているので、例えば、パラメータに基づく閾値を用いて加算値をフォトン数に変換することができる。
　アンプ１３の読み出しノイズは、０．２［ｅ－ｒｍｓ］以下であってよい。この場合、例えば、誤検出率を１％以下に抑制することができる。さらに、アンプ１３の読み出しノイズは、０．１５［ｅ－ｒｍｓ］以下であってよい。この場合、例えば誤検出率を０．１％以下に抑制することができる。
　ゲインは、１０［ＤＮ／ｅ］以上であってよい。ＣＭＯＳイメージセンサ１０が高いゲインを有することによって、アンプ１３から出力されるアナログ値を高い精度でデジタル値に再現することができる。
　以上、実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られない。
　例えば、本実施形態のＣＭＯＳイメージセンサ１０では、各画素の読み出しノイズが０．４［ｅ－ｒｍｓ］以下となっている例を示した。しかしながら、センサ仕様において読み出しノイズが０．４［ｅ－ｒｍｓ］以下となっていても、一部の画素のノイズが０．４［ｅ－ｒｍｓ］より大きい場合がある。このような場合には、読出しノイズが０．４［ｅ－ｒｍｓ］以下の画素を計測等によって事前に把握しておき、読出しノイズが０．４［ｅ－ｒｍｓ］以下の画素のみを用いてフォトンカウンティングを実行してもよい。
　また、補正後のデジタル値を以下の式によって求める例を示したが、これに限定されない。
　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
　例えば、補正後のデジタル値は以下の式によって求められてもよい。
　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
　この場合、例えば、記憶部２１は、以下の式によって導出される閾値範囲をテーブルとして保持していてよい。変換部２４は、テーブルに保持された閾値データを参照して、補正後のデジタル値を電子数に変換することができる。
　閾値（下限）＝（電子数－０．５）×見た目上のゲイン
　閾値（上限）＝（電子数＋０．５）×見た目上のゲイン
　また、補正後のデジタル値は以下の式によって求められてもよい。
　補正後のデジタル値＝（（デジタル値－オフセット値）／ゲイン）
　この場合、例えば、記憶部２１は、以下の式によって導出される閾値範囲をテーブルとして保持していてよい。変換部２４は、テーブルに保持された閾値データを参照して、補正後のデジタル値を電子数に変換することができる。
　閾値（下限）＝（電子数－０．５）
　閾値（上限）＝（電子数＋０．５）
　１…フォトンカウンティング装置、１１…画素、１２…フォトダイオード（光電変換素子）、１３…アンプ、１５…Ａ／Ｄコンバータ、２１…記憶部、２２…補正部、２３…演算部、２４…変換部。

Claims (10)

  1. 　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複数の画素と、
    　前記複数の画素のそれぞれの前記アンプから出力される電圧をデジタル値に変換して出力するＡ／Ｄコンバータと、
    　前記複数の画素間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されるように、前記Ａ／Ｄコンバータから出力される前記デジタル値を補正する補正部と、
    　少なくとも２つの前記画素における前記補正されたデジタル値が互いに加算された加算値を出力する演算部と、
    　前記演算部から出力された前記加算値を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。
  2. 　前記補正部は、前記ゲイン及び前記オフセット値に対応するパラメータであって前記複数の画素に共通する予め設定された該パラメータを参照し、前記ゲイン及び前記オフセット値と前記パラメータとのズレに基づいて、前記複数の画素ごとの前記デジタル値を補正する、請求項１に記載のフォトンカウンティング装置。
  3. 　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又は２に記載のフォトンカウンティング装置。
  4. 　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又は２に記載のフォトンカウンティング装置。
  5. 　前記ゲインは、１０［ＤＮ／ｅ］以上である、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。
  6. 　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、
    　前記複数の画素間におけるゲイン及びオフセット値のばらつきの影響が抑制されるように、前記Ａ／Ｄコンバータから出力される前記デジタル値を補正するステップと、
    　少なくとも２つの前記画素に対応する前記補正されたデジタル値を加算し、加算値を出力するステップと、
    　前記加算値を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。
  7. 　前記デジタル値を補正するステップでは、前記ゲイン及び前記オフセット値と、パラメータとのズレに基づいて、前記複数の画素ごとの前記デジタル値を補正し、
    　前記パラメータは、前記ゲイン及び前記オフセット値に対応しており、前記複数の画素に共通するように予め設定されている、請求項６に記載のフォトンカウンティング方法。
  8. 　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６又は７に記載のフォトンカウンティング方法。
  9. 　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６又は７に記載のフォトンカウンティング方法。
  10. 　前記ゲインは、１０［ＤＮ／ｅ］以上である、請求項６～９のいずれか一項に記載のフォトンカウンティング方法。
PCT/JP2018/023141 2017-11-24 2018-06-18 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 WO2019102636A1 (ja)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211226537.0A CN115628808A (zh) 2017-11-24 2018-06-18 光子计数装置和光子计数方法
EP18881454.5A EP3716612A4 (en) 2017-11-24 2018-06-18 PHOTON COUNTING DEVICE AND PHOTON COUNTING METHOD
US16/764,053 US11215717B2 (en) 2017-11-24 2018-06-18 Photon counting device and photon counting method
CN201880074983.XA CN111373737B (zh) 2017-11-24 2018-06-18 光子计数装置和光子计数方法
JP2019556087A JP7187478B2 (ja) 2017-11-24 2018-06-18 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
US17/501,398 US11835667B2 (en) 2017-11-24 2021-10-14 Photon counting device and photon counting method
JP2022191987A JP7470771B2 (ja) 2017-11-24 2022-11-30 フォトンカウンティング装置、フォトンカウンティング方法及びプログラム
US18/206,806 US20230324570A1 (en) 2017-11-24 2023-06-07 Photon counting device and photon counting method
JP2024062071A JP2024074951A (ja) 2017-11-24 2024-04-08 装置、方法及びプログラム

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017225861 2017-11-24
JP2017-225861 2017-11-24

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/764,053 A-371-Of-International US11215717B2 (en) 2017-11-24 2018-06-18 Photon counting device and photon counting method
US17/501,398 Continuation US11835667B2 (en) 2017-11-24 2021-10-14 Photon counting device and photon counting method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019102636A1 true WO2019102636A1 (ja) 2019-05-31

Family

ID=66631890

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/023144 WO2019102637A1 (ja) 2017-11-24 2018-06-18 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
PCT/JP2018/023141 WO2019102636A1 (ja) 2017-11-24 2018-06-18 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

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/023144 WO2019102637A1 (ja) 2017-11-24 2018-06-18 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

Country Status (5)

Country Link
US (6) US11204432B2 (ja)
EP (3) EP3716613B1 (ja)
JP (6) JP6724261B2 (ja)
CN (6) CN111373738B (ja)
WO (2) WO2019102637A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022185691A1 (ja) 2021-03-01 2022-09-09 浜松ホトニクス株式会社 フォトンカウンティング装置、フォトンカウンティング方法およびフォトンカウンティング処理プログラム
WO2023042554A1 (ja) 2021-09-15 2023-03-23 浜松ホトニクス株式会社 推定方法、推定プログラム及び推定装置
WO2023119933A1 (ja) 2021-12-24 2023-06-29 浜松ホトニクス株式会社 光子数識別システム、光子数識別方法および光子数識別処理プログラム
WO2023119934A1 (ja) 2021-12-24 2023-06-29 浜松ホトニクス株式会社 閾値決定方法、閾値決定プログラム、閾値決定装置、光子数識別システム、光子数識別方法および光子数識別処理プログラム

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11204432B2 (en) * 2017-11-24 2021-12-21 Hamamatsu Photonics K.K. Photon counting device and photon counting method
JPWO2021044771A1 (ja) * 2019-09-06 2021-03-11
JP7100184B1 (ja) 2021-07-14 2022-07-12 浜松ホトニクス株式会社 演算装置、光検出装置、及びゲイン算出方法
WO2023129566A1 (en) * 2021-12-28 2023-07-06 Gigajot Technology, Inc. Image sensors with on-chip adc data compression for multi-bit electron-number outputs
WO2023228449A1 (ja) * 2022-05-27 2023-11-30 浜松ホトニクス株式会社 分光装置、ラマン分光測定装置、及び分光方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003001243A2 (en) * 2001-06-23 2003-01-03 Koninklijke Philips Electronics Nv Fault-tolerant detector array for gamma ray imaging
JP2011071958A (ja) * 2009-08-28 2011-04-07 Sony Corp 撮像素子およびカメラシステム
WO2016006153A1 (en) * 2014-07-08 2016-01-14 Sony Corporation Image pickup device, electronic apparatus, radiation detection apparatus and method for an image pickup device

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4370127B2 (ja) * 2002-08-29 2009-11-25 オリンパス株式会社 光走査型顕微鏡及び顕微鏡用測光装置
JP4144517B2 (ja) * 2003-12-05 2008-09-03 ソニー株式会社 固体撮像装置、撮像方法
US7646845B2 (en) * 2004-09-28 2010-01-12 SOCPRA Sciences Sante et Humaines S.E.C. Method and system for low radiation computed tomography
US7453054B2 (en) * 2005-08-23 2008-11-18 Aptina Imaging Corporation Method and apparatus for calibrating parallel readout paths in imagers
JP4808557B2 (ja) 2006-07-04 2011-11-02 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
US7605375B2 (en) * 2007-04-26 2009-10-20 Oy Ajat Ltd. Multi-functional radiation/photon identifying and processing application specific integrated circuit and device
JP5564918B2 (ja) * 2009-12-03 2014-08-06 ソニー株式会社 撮像素子およびカメラシステム
US9200956B2 (en) * 2010-06-27 2015-12-01 Sri International Readout transistor circuits for CMOS imagers
JP5797884B2 (ja) * 2010-08-04 2015-10-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ 光量検出方法及びその装置
CN101980146B (zh) * 2010-10-13 2012-10-24 华东师范大学 基于光子数可分辨探测的真随机数发生器
JP2013038661A (ja) * 2011-08-09 2013-02-21 Sharp Corp Ａ／ｄ変換器、固体撮像装置および電子情報機器
JP2013090139A (ja) * 2011-10-18 2013-05-13 Sony Corp 撮像素子およびカメラシステム
EP2800356A1 (en) * 2011-12-27 2014-11-05 Sony Corporation Image pickup element, image pickup apparatus, electronic device, and image pickup method
BR112014031974A2 (pt) * 2012-06-27 2017-06-27 Koninklijke Philips Nv dispositivo; e método
US9521337B1 (en) 2012-07-13 2016-12-13 Rambus Inc. Reset-marking pixel sensor
FR2998666B1 (fr) * 2012-11-27 2022-01-07 E2V Semiconductors Procede de production d'images avec information de profondeur et capteur d'image
KR20150099727A (ko) 2012-12-20 2015-09-01 소니 주식회사 촬상 소자, 촬상 장치, 전자 기기, 임계치 산출 장치 및 촬상 방법
JP2015065532A (ja) * 2013-09-24 2015-04-09 株式会社東芝 信号処理装置および信号処理方法
WO2015065786A1 (en) * 2013-10-31 2015-05-07 Thorlabs, Inc. Multiple channel matching method
JP2015162604A (ja) 2014-02-27 2015-09-07 株式会社東芝 Ｃｍｏｓイメージセンサ
US9897707B2 (en) 2014-06-20 2018-02-20 Bruker Axs, Inc. X-ray detector operable in a mixed photon-counting/analog output mode
KR102266123B1 (ko) * 2014-11-10 2021-06-16 프리스매틱 센서즈 에이비 광자계수 멀티 빈 x선 검출기로부터의 영상 데이터에 기초한 x선 영상화
CN107005664A (zh) * 2014-11-20 2017-08-01 株式会社岛津制作所 光检测器
JP2016111670A (ja) * 2014-12-01 2016-06-20 ソニー株式会社 放射線計数装置、および、放射線計数装置の制御方法
JP6821596B2 (ja) * 2015-11-19 2021-01-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光パルス検出装置、光パルス検出方法、放射線計数装置、および生体検査装置
JP6700737B2 (ja) * 2015-11-20 2020-05-27 キヤノン株式会社 放射線撮像システム、信号処理装置、及び、放射線画像の信号処理方法
US20170212253A1 (en) * 2016-01-22 2017-07-27 General Electric Company Adaptive ct detector having integrated readout electronics
JP6933471B2 (ja) * 2016-03-09 2021-09-08 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 光子計数型検出器及びｘ線ｃｔ装置
US10338012B2 (en) 2016-03-09 2019-07-02 Toshiba Medical Systems Corporation Photon counting detector and X-ray computed tomography (CT) apparatus
US11204432B2 (en) * 2017-11-24 2021-12-21 Hamamatsu Photonics K.K. Photon counting device and photon counting method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003001243A2 (en) * 2001-06-23 2003-01-03 Koninklijke Philips Electronics Nv Fault-tolerant detector array for gamma ray imaging
JP2011071958A (ja) * 2009-08-28 2011-04-07 Sony Corp 撮像素子およびカメラシステム
WO2016006153A1 (en) * 2014-07-08 2016-01-14 Sony Corporation Image pickup device, electronic apparatus, radiation detection apparatus and method for an image pickup device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B SALEH MASOODIANJIAJU MA, DAKOTA STARKEYYUICHIRO YAMASHITAERIC R. FOSSUM: "A lMjot 1040fps 0.22e-rms Stacked BSI Quanta Image Sensor with Cluster-Parallel Readout", PROCEEDINGS OF 2017 INTERNATIONAL IMAGE SENSOR WORKSHOP, 30 May 2017 (2017-05-30), pages 230 - 233

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022185691A1 (ja) 2021-03-01 2022-09-09 浜松ホトニクス株式会社 フォトンカウンティング装置、フォトンカウンティング方法およびフォトンカウンティング処理プログラム
WO2023042554A1 (ja) 2021-09-15 2023-03-23 浜松ホトニクス株式会社 推定方法、推定プログラム及び推定装置
WO2023119933A1 (ja) 2021-12-24 2023-06-29 浜松ホトニクス株式会社 光子数識別システム、光子数識別方法および光子数識別処理プログラム
WO2023119934A1 (ja) 2021-12-24 2023-06-29 浜松ホトニクス株式会社 閾値決定方法、閾値決定プログラム、閾値決定装置、光子数識別システム、光子数識別方法および光子数識別処理プログラム

Also Published As

Publication number Publication date
US20220066055A1 (en) 2022-03-03
JP2021182751A (ja) 2021-11-25
EP4283980A3 (en) 2024-02-07
EP3716613B1 (en) 2023-11-29
CN111373738B (zh) 2022-06-28
WO2019102637A1 (ja) 2019-05-31
US11835667B2 (en) 2023-12-05
US20220035056A1 (en) 2022-02-03
JP2020167728A (ja) 2020-10-08
EP4283980A2 (en) 2023-11-29
JP7187478B2 (ja) 2022-12-12
US20230251392A1 (en) 2023-08-10
EP3716613A1 (en) 2020-09-30
US20200374478A1 (en) 2020-11-26
JP6724261B2 (ja) 2020-07-15
US11204432B2 (en) 2021-12-21
JPWO2019102637A1 (ja) 2020-07-27
JP2023021173A (ja) 2023-02-09
JP7470771B2 (ja) 2024-04-18
US11215717B2 (en) 2022-01-04
US20230324570A1 (en) 2023-10-12
US20200371261A1 (en) 2020-11-26
US11656374B2 (en) 2023-05-23
US11921245B2 (en) 2024-03-05
JP2024074951A (ja) 2024-05-31
CN111373737A (zh) 2020-07-03
CN115628808A (zh) 2023-01-20
JPWO2019102636A1 (ja) 2020-12-03
CN114866717A (zh) 2022-08-05
EP3716613A4 (en) 2021-07-14
JP7181972B2 (ja) 2022-12-01
CN114866719A (zh) 2022-08-05
CN111373737B (zh) 2022-10-28
CN111373738A (zh) 2020-07-03
EP3716612A4 (en) 2021-06-30
CN114866718A (zh) 2022-08-05
EP3716612A1 (en) 2020-09-30
JP6920515B2 (ja) 2021-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7470771B2 (ja) フォトンカウンティング装置、フォトンカウンティング方法及びプログラム
US10698122B2 (en) Radiation imaging system, signal processing apparatus, and, radiographic image signal processing method
JP2014050019A5 (ja)
WO2017085905A1 (en) Radiation imaging system, signal processing apparatus, and signal processing method for radiographic image
JP2013255040A (ja) 撮像装置、撮像システム、撮像装置の制御方法およびプログラム
JP2017092989A5 (ja)
WO2023119933A1 (ja) 光子数識別システム、光子数識別方法および光子数識別処理プログラム
WO2022185691A1 (ja) フォトンカウンティング装置、フォトンカウンティング方法およびフォトンカウンティング処理プログラム
US11782171B2 (en) Radiation imaging apparatus, method for controlling same, and storage medium
JP2010081335A (ja) 撮像装置
JP2023046660A (ja) 光電変換装置、撮像装置、制御方法、及びコンピュータプログラム
CN117941369A (zh) 推定方法、推定程序及推定装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18881454

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019556087

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018881454

Country of ref document: EP

Effective date: 20200624