[发明专利]用于时间分辨光子计数成像的采集卡

说明书

技术领域

本发明涉及微光成像技术领域，特别涉及微光成像技术领域中光子计数成像技术中用于时间分辨光子计数成像的采集卡。

背景技术

随着弱光成像在天文观测、卫星遥感、生物医学成像等领域的广泛应用，对弱光成像探测的灵敏度要求越来越高，光子计数成像是一种极微弱目标的成像方法，具有极高的灵敏度，因此光子计数成像方法可应用于许多领域，如天文观测，卫星遥感，生物医学成像、核辐射成像、空间紫外成像等。目前用于光子计数成像的探测器，主要由光电倍增管(PMT)、单光子雪崩二极管(SPAD)、微通道板(MCP)等。其中，光电倍增管(PMT)、雪崩光电二极管(APD)属于单元探测器，因此需要光机扫描才能实现成像，成像的实时性，时间分辨、空间分辨不高。基于微通道板(MCP)具有面阵结构，通过位敏阳极读出，实现光子计数成像，具有信噪比高、灵敏度高、动态范围宽、抗漂移性好等优点.如基于微通道板(MCP)的位敏阳极探测器主要由级联MCP和位敏阳极组成。基于MCP的位敏阳极探测器光子计数成像方法为，当探测器探测到一个光子时，位敏阳极输出多路电子脉冲信号。多路脉冲信号经过电子读出系统，可测量出探测到光子的位置坐标。经过一定的时间积累，测量出大量的光子的位置坐标数据，根据不同位置的光子计数，合成光子计数图像。位敏阳极主要有楔条形阳极(Wedge and Strip Anode)、游标阳极(Vernier Anode)、交叉阳极(Cross Strip Anode)以及多阳极微通道阵列(MAMA)和电阻阳极(Resistive anode)等.文献(FENG Bing，KANG Ke-Jun，WANG Kui-Lu，et al.Nucl.Instrum.Meth.A，2004，535：546)报道多阳极微通道阵列(MAMA)光子计数成像。文献(Lapington J S，Sanderson B，Worth L B C，et al.Nucl.Instr.Meth A，2002，447：250)报道了采用游标位敏阳极的光子计数成像。文献(MIAO Zhen-hua，ZHAO Bao-sheng，ZHANG Xing-hua，et al.Chinese Physics Letters，2008，25(7)，2698)报道了采用WSA阳极的光子计数成像。专利(申请号：200710018631.6单光子计数成像仪)采用的是三电极WSA阳极进行光子计数成像。但它采用波形数字化计数，将阳极输出多路脉冲信号进行全波形进行采集，然后利用软件进行峰值检测。由于这种方法要采集大量数据量无用数据，因此计数率不高。

目前报道的文献中，没有涉及时间分辨光子计数。具有时间分辨的光子计数成像，由于可以反映成像目标随时间的变换过程，因此具有非常重要的科学研究价值，可以应用到更多的领域，如荧光寿命成像，生物和医学成像，激光雷达，紫外预警、扩散光学层析以及单分子荧光光谱、时间分辨荧光显微等。

发明内容

为了解决现有的光子计数方法中缺少具有时间分辨的光子计数成像方法，本发明提出一种用于时间分辨光子计数成像的采集卡。

本发明的技术解决方案如下：

用于时间分辨光子计数成像的采集卡，其特殊之处在于：所述采集卡包括光子到达定时信号产生电路、脉冲峰值同步采集单元、开始信号产生电路、恒温晶振时钟电路(OCXO)、可编程逻辑器件(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、时间数字转换器芯片(TDC)和通信接口电路，

所述脉冲峰值采集单元的输入端接探测器的输出端，所述脉冲峰值采集单元与可编程逻辑器件相互通信，

所述探测器的输出端通过光子到达定时信号产生电路输入到可编程逻辑器件(FPGA)，

所述开始信号产生电路的输出端与可编程逻辑器件(FPGA)和时间数字转换器芯片(TDC)连接，

所述恒温晶振时钟电路(OCXO)的输出端与可编程逻辑器件(FPGA)和时间数字转换器芯片(TDC)连接，

所述时间数字转换器芯片(TDC)与可编程逻辑器件(FPGA)相互通信，

所述数字信号处理器(DSP)与可编程逻辑器件(FPGA)相互通信，所述可编程逻辑器件(FPGA)通过通信接口电路与计算机连接。