[发明专利]光子计数装置和光子计数方法

说明书

光子计数装置包括：多个像素，其包含将输入的光转换为电荷的光电转换元件和将由光电转换元件转换后的电荷放大而转换为电压的放大器；A/D转换器，其将从多个像素各自的放大器输出的电压转换为数字值并输出；修正部，其以抑制多个像素间的增益和偏置值的偏差的影响的方式，修正从A/D转换器输出的数字值；运算部，其将与至少2个像素对应的修正后的数字值相加，输出相加值；和转换部，其将从运算部输出的相加值转换为光子数。

技术领域

本发明涉及光子计数装置和光子计数方法。

背景技术

例如在非专利文献1中记载了使用CMOS图像传感器的光子计数的技术。在该技术中，通过提高图像传感器的帧率，在1帧中对于1个像素仅入射1个光子的条件下进行拍摄。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：B Saleh Masoodian,Jiaju Ma,Dakota Starkey,YuichiroYamashita,and Eric R.Fossum,“A 1Mjot 1040fps 0.22e-rms Stacked BSI QuantaImage Sensor with Cluster-Parallel Readout”,2017International Image SensorWorkshop(IISW)的预印本,May 30-June2,2017,P230-233

发明内容

发明所要解决的课题

例如，在想要使用CMOS图像传感器进行光子计数时，考虑基于从A/D转换器输出的数字值来判断光子的数量。但是，在CMOS图像传感器中，构成传感器的各个像素具有读出噪声。此外，多个像素的增益和偏置值在一定的范围内具有偏差。此时，入射了相同个数的光子时的数字值在每个像素有所不同，因此，担心在进行了像素的合并(binning)时，光子的计数精度下降。

本发明的一个方面的目的在于提供能够抑制光子的计数精度下降的光子计数装置和光子计数方法。

用于解决课题的技术方案

一个方面的光子计数装置包括：多个像素，其包含将输入的光转换为电荷的光电转换元件和将由光电转换元件转换的电荷放大并转换为电压的放大器；A/D转换器，其将从多个像素各自的放大器输出的电压转换为数字值而输出；修正部，其修正从A/D转换器输出的数字值，以抑制多个像素间的增益和偏置值的偏差的影响；运算部，其输出将与至少2个像素对应的修正后的数字值相加，并输出相加值；和转换部，其将从运算部输出的相加值转换为光子数。

在这样的光子计数装置中，从放大器输出与输入到光电转换元件的光子相应的电压。该电压由A/D转换器转换为数字值。在进行像素的合并时，由修正部修正后的数字值彼此相加而得到的相加值被转换为光子数。在修正部中修正数字值，以抑制多个像素间的增益和偏置值的偏差的影响。即，在输入了相同个数的光子的情况下，在修正后的数字值能够抑制每个像素的偏差。由此，相加值不易反映像素间的增益和偏置值的偏差的影响，易于仅反映光子数。因而能够抑制光子的计数精度的下降。

此外也可以是，修正部具有与增益和偏置值对应的、对于多个像素共用的预先设定的参数，基于增益和偏置值与参数的偏离来修正多个像素各个的数字值。在该结构中，根据成为基准的参数与增益和偏置值的偏离来修正数字值，因此，例如能够使用基于参数的阈值，将相加值转换为光子数。

此外，放大器的读出噪声可以为0.2[e-rms]以下。该情况下，例如能够将误检测率抑制在1％以下。进一步，放大器的读出噪声可以为0.15[e-rms]以下。该情况下，例如能够将误检测率抑制在0.1％以下。

此外，增益可以为10[DN/e]以上。通过提高增益，能够以高精度再现从放大器输出的模拟值。