【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于时间相关的单光子计数的光电探测器架构
[0001]相关申请
[0002]本申请要求享有于2019年7月29日提交的美国临时专利申请第62/880,025号和于2019年5月6日提交的美国临时专利申请第62/844,107号的优先权。这些申请以其相应的整体通过引用并入本文。
技术介绍
[0003]检测大脑中的神经活动对于医疗诊断、成像、神经工程、脑
‑
机接口和各种其他诊断和消费者相关应用是有用的。例如，可以期望检测患者的大脑中的神经活动，以确定大脑的特定区域是否已经受到降低的血液灌流、出血或者其他任何其他类型的损伤的影响。作为另一示例，可以期望检测用户的大脑中的神经活动，并且将检测到的神经活动计算地解码为可以用于(例如，通过控制计算机屏幕上的光标、改变电视机上的频道、打开灯等)控制各种类型的消费者电子设备的命令。
[0004]大脑的神经活动和其他属性可以通过测量大脑内的组织对光脉冲的响应来确定或者推断。测量这种响应的一种技术是时间相关的单光子计数(TCSPC)。时间相关的单光子计数检测单个光子并测量光子相对...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括：并联连接的多个光电探测器；处理器，其通信地耦合到所述多个光电探测器，并且被配置为：从所述多个光电探测器接收累积输出，所述累积输出表示在预定的测量时间段期间，来自检测光子的所述多个光电探测器中的每一个的相应的输出的累积，所述预定的测量时间段是响应于光脉冲指向主体内的目标而发生的；基于所述累积输出来确定由所述多个光电探测器检测到的光子的时间分布；以及基于所述光子的时间分布来生成直方图，所述直方图表示所述主体内的所述目标的光脉冲响应。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：在所述预定的测量时间段之后重置所述多个光电探测器；从所述多个光电探测器接收附加的累积输出，所述附加的累积输出表示在附加的预定的测量时间段期间，来自检测光子的所述多个光电探测器中的每一个的相应的输出的附加的累积，所述附加的预定的测量时间段是响应于附加的光脉冲指向所述主体内的所述目标而发生的；以及基于所述附加的累积输出来确定由所述多个光电探测器检测到的光子的附加的时间分布，其中，生成所述直方图还基于所述光子的附加的时间分布。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述直方图表示在多个预定的测量时间段期间检测到的光子的累积分布，所述多个预定的测量时间段包括所述预定的测量时间段和所述附加的预定的测量时间段，所述多个预定的测量时间段均响应于多个光脉冲中的相应的光脉冲指向所述主体内的所述目标而发生，所述多个光脉冲包括所述光脉冲和所述附加的光脉冲，并且其中，所述处理器还被配置为：基于所述累积分布来生成时间点扩散函数，所述时间点扩散函数还表示所述主体内的所述目标的所述光脉冲响应。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：在所述预定的测量时间段期间放弃对所述多个光电探测器进行重置。5.根据权利要求1所述的系统，其中：当被包括在所述多个光电探测器中的相应的光电探测器在所述光脉冲从所述目标反射之后检测到所述光脉冲的光子时，来自所述多个光电探测器中的每一个的所述相应的输出均包括预定量的电流输出；以及所述累积输出包括组合电流，所述组合电流基于所述相应的输出的组合。6.根据权利要求5所述的系统，还包括：模数转换器(ADC)，其耦合到所述多个光电探测器和所述处理器；以及端接组件，其被配置为将所述累积输出的所述组合电流转换为输出电压，其中，确定由所述多个光电探测器检测到的光子的所述时间分布包括指导所述ADC对所述输出电压进行采样。7.根据权利要求6所述的系统，还包括：与所述端接组件并联连接的多个采样分支，所
述多个采样分支中的每个采样分支包括开关和电容器，其中，所述多个采样分支的所述开关被配置为以采样速率连续打开，以及其中，指导所述ADC对所述输出电压进行采样包括：指导所述ADC访问所述采样分支中的每一个的所述电容器的电压测量值。8.根据权利要求6所述的系统，其中，指导所述ADC对所述输出电压进行采样包括：在所述预定的测量时间段的第一部分期间指导所述ADC以第一采样速率对所述输出电压进行采样，并且在所述预定的测量时间段的第二部分期间指导所述ADC以第二采样速率对所述输出电压进行采样。9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述光脉冲是指向所述主体内的所述目标的多个光脉冲中的一个，所述多个光脉冲以特定速率施加；以及对所述累积输出进行采样包括：以采样速率对所述输出电压进行采样，所述采样速率比所述多个光脉冲的所述特定速率更慢。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述采样速率基于所述多个光脉冲的所述特定速率和特定延迟时间的组合。11.根据权利要求1所述的系统，其中：来自所述多个光电探测器的所述相应的输出中的每一个被配置为提供数字信号，所述数字信号指示被包括在所述多个光电探测器中的相应的光电探测器是否已经检测到光子；所述相应的输出是使用包括多个XOR门的XOR树被组合的；以及所述累积输出包括组合信号，所述组合信号被配置为基于所述相应的输出来在逻辑状态之间切换。12.根据权利要求11所述的系统，还包括：时间到数字转换器(TDC)，其耦合到所述多个光电探测器和所述处理器，并且其中，确定由所述多个光电探测器检测到的光子的所述时间分布包括指导所述TDC对所述组合信号进行采样。13.根据权利要求12所述的系统，还包括：碰撞检测电路，其耦合到所述多个光电探测器和所述处理器，并且其中，所述处理器还被配置为指导所述碰撞检测电路检测碰撞事件，在所述碰撞事件中，第一光子由所述多个光电探测器中的第一光电探测器检测到，并且第二光子在阈值量的时间内由所述多个光电探测器中的第二光电探测器检测到。14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述碰撞检测电路包括OR树，所述OR树包括多个OR门，所述多个OR门组合来自所述多个光电探测器中的每一个的所述相应的输出，并且其中，指导所述碰撞检测电路检测所述碰撞事件包括：检测所述OR树的输出的改变，所述改变不与所述累积输出的改变相对应。15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述碰撞检测电路被配置为确定在所述预定的测量时间段期间所述多个光电探测器中的多少个光电探测器已经检测到光子，并且其中，指导所述碰撞检测电路检测所述碰撞事件包括：将在所述预定的测量时间段期间所述累积输出的切换的次数与在所述预定的测量时间段期间已经检测到光子的所述多个光电探测器的数量进行比较。16.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述XOR树是多个XOR树中的一个，来自所述多个光电探测器中的每一个的所述相应的输出在所述多个XOR树中的至少两个中组合，以及指导所述碰撞检测电路检测所述碰撞事件包括比较来自所述多个XOR树的输出。17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个光电探测器中的每个光电探测器包括：单光子雪崩二极管(SPAD)；以及快速选通电路，其被配置为配备和解除配备所述SPAD。18.根据权利要求17所述的系统，还包括：非侵入式可穿戴设备，其容纳所述多个光电探测器。19.根据权利要求18所述的系统，还包括：光源，其被配置为生成所述光脉冲，所述光源被容纳在所述非侵入式可穿戴设备中。20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述非侵入式可穿戴设备被配置为被穿戴在用户的头部上，并且其中，所述主体内的所述目标包括所述用户的大脑中的区域。21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述处理器还被配置为基于所述直方图来确定所述用户的大脑中的神经活动。22.一种系统，包括：多个光电探测器，所述多个光电探测器中的每个光电探测器包括：单光子雪崩二极管(SPAD)，以及快速选通电路，其被配置为配备和解除配备所述SPAD，每个光电探测器被配置为：当所述光电探测器在光脉冲从主体内的目标反射之后的预定的测量时间段期间检测到所述光脉冲的光子时，提供包括预定量的电流的输出，所述多个光电探测器并联连接以提供累积电流，所述累计电流组合来自所述多个光电探测器中的每个光电探测器的相应的输出；模数转换器(ADC)，其耦合到所述多个光电探测器；端接组件，其被配置为将所述累积电流转换为输出电压；以及处理器，其通信地耦合到所述多个光电探测器和所述ADC，所述处理器被配置为：指导所述ADC对所述输出电压进行采样；基于经采样的输出电压来确定由所述多个光电探测器检测到的光子的时间分布；以及基于所述光子的时间分布来生成直方图，所述直方图表示所述主体内的所述目标的光脉冲响应。23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：在所述预定的测量时间段之后重置所述多个光电探测器；从所述多个光电探测器接收附加的累积输出，所述附加的累积输出表示在附加的预定的测量时间段期间，来自检测光子的所述多个光电探测器中的每一个的相应的输出的附加的累积，所述附加的预定的测量时间段是响应于附加的光脉冲指向所述主体内的所述目标而发生的；以及基于所述附加的累积输出来确定由所述多个光电探测器检测到的光子的附加的时间分布，
其中，生成所述直方图还基于所述光子的附加的时间分布。24.根据权利要求23所述的系统，其中：所述直方图表示在多个预定的测量时间段期间检测到的光子的累积分布，所述多个预定的测量时间段包括所述预定的测量时间段和所述附加的预定的测量时间段，所述多个预定的测量时间段均响应于多个光脉冲中的相应的光脉冲指向所述主体内的所述目标而发生，所述多个光脉冲包括所述光脉冲和所述附加的光脉冲，并且所述处理器还被配置为：基于所述累积分布来生成时间点扩散函数，所述时间点扩散函数还表示所述主体内的所述目标的所述光脉冲响应。25.根据权利要求22所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：在所述预定的测量时间段期间放弃对所述多个光电探测器进行重置。26.根据权利要求22所述的系统，还包括：与所述端接组件并联连接的多个采样分支，所述多个采样分支中的每个采样分支包括开关和电容器，其中，所述多个采样分支的所述开关被配置为以采样速率连续打开，以及其中，指导所述ADC对所述输出电压进行采样包括：指导所述ADC访问所述采样分支中的每一个的所述电容器的电压测量值。27.根据权利要求22所述的系统，其中，指导所述ADC对所述输出电压进行采样包括：在所述预定的测量时间段的第一部分期间指导所述ADC以第一采样速率对所述输出电压进行采样，并且在所述预定的测量时间段的第二部分期间指导所述ADC以第二采样速率对所述输出电压进行采样。28.根据权利要求22所述的系统，其中：所述光脉冲是指向所述主体内的所述目标的多个光脉冲中的一个，所述多个光脉冲以特定速率施加；以及对所述累积输出进行采样包括：以采样速率对所述输出电压进行采样，所述采样速率比所述多个光脉冲的所述特定速率更慢。29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述采样速率基于所述多个光脉冲的所述特定速率和特定延迟时间的组合。30.根据权利要求22所述的系统，还包括：非侵入式可穿戴设备，其容纳所述多个光电探测器。31.根据权利要求30所述的系统，还包括：光源，其被配置为生成所述光脉冲，所述光源被容纳在所述非侵入式可穿戴设备中。32.根据权利要求30所述的系统，其中，所述非侵入式可穿戴设备被配置为被穿戴在用户的头部上，并且其中，所述主体...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。