成像装置和包括该成像装置的成像系统制造方法及图纸

本申请揭示了一种成像装置和包括该成像装置的成像系统。该成像装置包括：像素阵列，其包括多个像素单元，每个所述像素单元均被配置为探测光子并响应于探测到的所述光子来进行计数，并且按照预设顺序来读出所记录的计数数据，以获得对应的图像，其中，每个所述像素单元的探测关闭信号输入端与在紧邻其之前进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端连接，每个所述像素单元的重置控制信号输入端与在紧随其之后进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端连接。根据本申请揭示的成像装置和成像系统，可以准确地探测出光子数及其位置，并且可以提高成像装置的光子计数动态范围及其工作效率。

An imaging device and an imaging system including the imaging device

This application discloses an imaging device and an imaging system including the imaging device. The imaging device includes a pixel array comprising a plurality of pixel units, each of which is configured to detect photons and count in response to the detected photons, and reads the recorded counting data in a preset order to obtain a corresponding image, in which each of the pixel units. The detection shutdown signal input terminal is connected with the readout control signal input terminal of the pixel unit that reads out operation immediately before it, and the reset control signal input terminal of each pixel unit is connected with the readout control signal input terminal of the pixel unit that reads out operation immediately after it. According to the imaging device and imaging system disclosed in this application, the number and position of photons can be accurately detected, and the dynamic range of photon counting and the working efficiency of the imaging device can be improved.

【技术实现步骤摘要】
成像装置和包括该成像装置的成像系统
本申请涉及光电探测
，特别涉及一种可应用于辐射探测、激光探测以及工业和医学断层成像等技术的成像装置和包括该成像装置的成像系统。
技术介绍
本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。低通量光子探测技术是一种可探测较低光通量密度(例如，10-19～10-6W/mm2)的光信号的光子探测技术，其可应用于许多领域，例如，医学成像(特别是，正电子发射断层成像(PET))、国土安全、高能物理实验和其它成像的关键领域。在低通量光子探测技术中，光信号以在空间和时间维度上离散分布的光子(即，光能量的最小单元)的形式被成像装置中的像素单元探测。一般对应用于低通量光子探测技术的成像装置的要求如下：能够对单光子做出响应，能够分辨单光子在像素单元中被探测的位置，以及能够记录一段时间内连续到达同一位置的光子数。为了实现对单光子的探测，一般采用光电倍增管(PMT)、单光子雪崩二极管(SPAD)、硅光电倍增器(SiPM)等器件作为成像装置的像素阵列中的像素单元，以满足不同应用系统中对探测效率、噪声特性、磁场兼容性、像素单元尺寸等性能的要求。上述像素单元的共同特征在于：当探测到单光子，立即产生一个对应的电脉冲信号。在上述应用领域的成像装置中，像素单元一般以阵列形式配置。因此，上述低通量光子探测技术中要解决的关键问题在于：如何确定探测到的光子的位置信息，以及如何高速地探测并读出每个像素单元中的光子数。图1为现有技术中的一种成像装置。如图1所示，成像装置100由含有多个像素单元101的阵列构成，像素单元101包含探测器102以及1bit存储器103。探测器102可以为PMT、SPAD或SiPM，其可以在探测到光信号(即，受到光子冲击)时产生电脉冲信号；1bit存储器103可以用于记录探测器102是否探测到光子，其可以具有“0”和“1”这两种状态，其中，“0”表示初始状态以及探测器102未探测到光子，“1”表示探测器102已探测到光子。成像装置100的工作原理如下：当探测器102探测到光子后产生电脉冲信号，并将所产生的电脉冲信号发送给1bit存储器103；当1bit存储器103接收到探测器102产生的电脉冲信号后，将其状态从初始状态“0”改变为“1”；同时探测器102受到1bit存储器103的状态控制而不再产生电脉冲信号；在读出1bit存储器103的状态后将其状态重置为初始状态，探测器102相应地在1bit存储器103的状态控制下重新接收光信号以产生电脉冲信号。当对所有像素单元101持续循环扫描一段时间后，可以统计每个像素单元101中累计探测到的光子数。图2为现有技术中的另一种成像装置。如图2所示，成像装置200包括由多个像素单元201构成的阵列、行地址存储器202、列地址存储器203。像素单元201中包含PMT、SPAD或SiPM等器件以作为探测器，行地址存储器202和列地址存储器203中均包含有与像素单元201对应的存储单元。当行地址存储器202和列地址存储器203处于初始状态时，这两个存储器中的所有存储单元的状态均记为“0”，当某一像素单元201产生电脉冲信号时，行地址存储器202和列地址存储器203中对应的存储单元立即改变状态，记为“1”。通过读出行地址存储器202和列地址存储器203中保存的行地址及列地址编码，可以获知像素单元201探测到的光子数和位置。
技术实现思路
在实现本申请的过程中，申请人发现现有技术中至少存在如下问题：图1中的技术方案的问题在于：像素单元101中的计数数据随系统时钟同步变化，当在两个相邻时钟信号间到达多个光子时，像素单元101仅记录第一个被探测的光子，而在重置前无法再次记录其它光子，因此无法准确地探测出所接收的光子数。图2中的技术方案的问题在于：当成像装置200中同时有两个及以上像素单元201探测到光子时，其无法准确地获取探测到的光子数量。例如，当该成像装置200中第2行第3列的像素单元201和第3行第2列的像素单元201同时产生电脉冲信号时，行地址存储器所记录的行地址编码为“0110”、列地址存储器所记录的列地址编码为“0110”，则从该成像装置200的输出结果无法判断出探测到的光子位于第2行第2列、第2行第3列、第3行第3列、第3行第2列这4个像素单元201中的哪几个位置，因而也无法获知其数量。因此，有必要采用一种新的成像装置，以准确地探测出所接收的光子数。为了解决以上技术问题，本申请提供了一种成像装置以及系统，以实现准确地探测出所接收的光子数的目的。为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：一种成像装置可以包括：像素阵列，其包括多个像素单元，每个所述像素单元均被配置为探测光子并响应于探测到的所述光子来进行计数，并且按照预设顺序来读出所记录的计数数据，以获得对应的图像，其中，每个所述像素单元的探测关闭信号输入端与在紧邻其之前进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端连接，每个所述像素单元的重置控制信号输入端与在紧随其之后进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端连接。优选地，每个所述像素单元均可以包括配置为探测所述光子并产生与所述光子对应的电信号的探测器以及配置为对所述探测器所产生的电信号进行计数的第一计数器。优选地，所述探测器可以包括单光子雪崩二极管、光电倍增管、硅光电倍增器、超导体单光子探测器、可见光光子计数器、混合光探测器或微通道板。优选地，所述第一计数器可以具体被配置为在接收到所述电信号时，按照第一预定方式来进行计数；在未接收到所述电信号时，保存之前记录的计数数据。优选地，所述第一预定方式可以包括加法运算或者减法运算。优选地，所述第一计数器还可以被配置为按照包括电压、电流或电荷的电性形式或者包括磁场强度或磁通量的磁性形式来保存所述计数数据。优选地，所述第一计数器还被可以配置为按照第二预定方式来输出所述计数数据。优选地，所述第二预定方式可以包括直接输出所述计数数据的方式或者以预设编码形式对所述计数数据编码后再输出所述计数数据的方式。优选地，所述第二预定方式还可以包括预设周期的方式，所述预设周期包括所述第一计数器被重置的周期或所述第一计数器完成计数的周期。优选地，所述计数数据可以与所述第一计数器从最开始的初始状态到第一次被重置前从所述探测器接收的电信号的个数对应，或者与所述第一计数器每一次被重置后从所述探测器接收的电信号的个数对应。优选地，所述第一计数器可以包括多位异步计数器或多位同步计数器。优选地，所述像素单元还可以包括淬灭电路，所述淬灭电路被配置为淬灭所述探测器的响应状态并恢复所述探测器在探测到光子时产生电信号的能力。优选地，所述像素单元还可以包括电压调整器，所述电压调整器被配置为调整所述探测器的偏置电压，以使所述探测器能够正常探测光子。优选地，所述像素单元还可以包括甄别器，所述甄别器被配置为将所述探测器输出的模拟信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号发送给所述第一计数器。优选地，所述成像装置还可以包括选通控制器，其与每个所述像素单元的所述读出控制信号输入端连接，并且被配置为控制每个所述像素单元的操作状态。优选地，所述选通控制器可以包括第二计数器、行译码器、列译码器以及逻辑单元，所述第二计数器用于对外部时钟信号进行计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种成像装置，其特征在于，所述成像装置包括：像素阵列，其包括多个像素单元，每个所述像素单元均被配置为探测光子并响应于探测到的所述光子来进行计数，并且按照预设顺序来读出所记录的计数数据，以获得对应的图像，其中，每个所述像素单元的探测关闭信号输入端与在紧邻其之前进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端连接，每个所述像素单元的重置控制信号输入端与在紧随其之后进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种成像装置，其特征在于，所述成像装置包括：像素阵列，其包括多个像素单元，每个所述像素单元均被配置为探测光子并响应于探测到的所述光子来进行计数，并且按照预设顺序来读出所记录的计数数据，以获得对应的图像，其中，每个所述像素单元的探测关闭信号输入端与在紧邻其之前进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端连接，每个所述像素单元的重置控制信号输入端与在紧随其之后进行读出操作的像素单元的读出控制信号输入端连接。2.根据权利要求1所述的成像装置，其特征在于，每个所述像素单元均包括配置为探测所述光子并产生与所述光子对应的电信号的探测器以及配置为对所述探测器所产生的电信号进行计数的第一计数器。3.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述探测器包括单光子雪崩二极管、光电倍增管、硅光电倍增器、超导体单光子探测器、可见光光子计数器、混合光探测器、微通道板中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述第一计数器具体被配置为在接收到所述电信号时，按照第一预定方式来进行计数；在未接收到所述电信号时，保存之前记录的计数数据。5.根据权利要求4所述的成像装置，其特征在于，所述第一预定方式包括加法运算或者减法运算。6.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述第一计数器还被配置为按照包括电压、电流或电荷的电性形式或者包括磁场强度或磁通量的磁性形式来保存所述计数数据。7.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述第一计数器还被配置为按照第二预定方式来输出所述计数数据。8.根据权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述第二预定方式包括直接输出所述计数数据的方式或者以预设编码形式对所述计数数据编码后再输出所述计数数据的方式。9.根据权利要求7所述的成像装置，其特征在于，所述第二预定方式还包括预设周期的方式，所述预设周期包括所述第一计数器被重置的周期或所述第一计数器完成计数的周期。10.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述计数数据与所述第一计数器从最开始的初始状态到第一次被重置前从所述探测器接收的电信号的个数对应，或者与所述第一计数器每一次被重置后从所述探测器接收的电信号的个数对应。11.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，所述第一计数器包括多位异步计数器或多位同步计数器。12.根据权利要求2所述的成像装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉·达申佐，张玺，徐青，王麟，谢庆国，
申请(专利权)人：湖北京邦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42