[发明专利]成像装置和包括该成像装置的成像系统

说明书

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。

技术领域

本申请涉及光电探测技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

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：