特許 7414306 ＳｉＰＭにおける光クロストーク効果の低減

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】ＳｉＰＭにおける光クロストーク効果の低減

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/32 20230101AFI20240109BHJP

   G01T 1/20 20060101ALI20240109BHJP

   H04N 23/30 20230101ALI20240109BHJP

   H04N 25/30 20230101ALI20240109BHJP

   H04N 25/62 20230101ALI20240109BHJP

   H04N 25/76 20230101ALI20240109BHJP

   H04N 25/773 20230101ALI20240109BHJP

   H04N 25/78 20230101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

H04N5/32

G01T1/20 E

H04N23/30

H04N25/30

H04N25/62

H04N25/76

H04N25/773

H04N25/78

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021570169

(86)(22)【出願日】2019-05-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-05-11

(86)【国際出願番号】 EP2019063569

(87)【国際公開番号】W WO2019228944

(87)【国際公開日】2019-12-05

【審査請求日】2022-05-25

(73)【特許権者】

【識別番号】514267962

【氏名又は名称】ウニベルシタ デ バルセローナ

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ガスコン フォーラ，デイビッド

(72)【発明者】

【氏名】ゴメス フェルナンデス，セルジオ

(72)【発明者】

【氏名】マウリシオ フェレ，ジョアン

【審査官】鈴木 肇

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１４５７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５１３７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０００１０５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開昭６１－０８３９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３０４９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４１５０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０３８１３３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ５／３０ － ５／３３

Ｈ０４Ｎ ２３／１１

Ｈ０４Ｎ ２３／２０ －２３／３０

Ｈ０４Ｎ ２５／００

Ｈ０４Ｎ ２５／２０ －２５／６１

Ｈ０４Ｎ ２５／６１５－２５／７９

Ｇ０１Ｔ １／００ － ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン系光電増倍管（ＳｉＰＭ）における光クロストーク効果を低減するためのＳｉＰＭであって、
－それぞれが並列に結合される複数のマイクロセルを備える複数のマクロセルと、
－それぞれが前記マクロセルの出力信号を受信するためにマクロセルの出力に結合される複数の読み出し回路と、
を備え、
－前記マイクロセルは、隣接するマイクロセルが異なるマクロセルに属するように前記ＳｉＰＭ内に配置され、
－マイクロセルが検出を実行するときに、前記検出を実行した前記マイクロセルに隣接する１つ以上のマイクロセルを有する各マクロセルの前記読み出し回路が、所定の期間中にその出力信号を無効化するように構成される、
ＳｉＰＭ。

【請求項2】

各マクロセルは、前記マクロセルの前記出力信号の無効化を遅延させるための遅延回路に結合される、請求項１に記載のＳｉＰＭ。

【請求項3】

前記マイクロセルが長方形、六角形、又は、円形の形状を備える、請求項１又は２に記載のＳｉＰＭ。

【請求項4】

各マクロセルがスイッチング回路に結合される、請求項１から３のいずれか一項に記載のＳｉＰＭ。

【請求項5】

配列が市松模様配列である、請求項１から４のいずれか一項に記載のＳｉＰＭ。

【請求項6】

各マイクロセルが単一光子アバランシェダイオードを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のＳｉＰＭ。

【請求項7】

各ＳｉＰＭがシンチレーション結晶又は他の即時発光材料を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のＳｉＰＭ。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の１つ以上のＳｉＰＭを備える撮像システム。

【請求項9】

陽電子放射断層撮影デバイス、レーザ撮像検出及び測距、並びに、蛍光寿命撮像顕微鏡法のうちの１つを含む、請求項８に記載の撮像システム。

【請求項10】

ＳｉＰＭにおける光クロストーク効果を低減するための方法であって、前記ＳｉＰＭが複数のマクロセルを備え、各マクロセルが並列に結合される複数のマイクロセルを備え、隣接するマイクロセルが異なるマクロセルに属し、前記方法は、
－マイクロセルによって検出を実行するステップと、
－前記検出を実行した前記マイクロセルに隣接する前記マイクロセルのうちの１つ以上のマクロセルを特定するステップと、
－所定の無効化期間中に前記特定された１つ以上のマクロセルの出力信号を無効化するステップと、
を含む方法。

【請求項11】

前記検出を実行したマイクロセルを有する前記マクロセルの読み出し回路によって、前記検出を実行したマイクロセルに隣接する１つ以上のマイクロセルの前記出力信号の前記無効化をトリガするステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

－光クロストーク事象が予期される無効化期間を特定するステップと、
－特定された無効化期間中に前記特定された１つ以上のマクロセルの前記出力信号を無効化するステップと、を
更に含む、請求項１０又は１１に記載の方法。

【請求項13】

前記無効化期間が終了した後に前記特定された１つ以上のマクロセルの前記出力信号を有効にするステップを更に含む、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

１つ以上のマクロセルの前記出力信号を無効にする前記ステップは、検出を実行した後に所定の遅延時間だけ行なわれる、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記１つ以上のマクロセルの出力を無効化するための前記遅延時間が５０～２５０ｐｓである、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリコン系光電子増倍管（ＳｉＰＭ）の分野に関し、より具体的には、ＳｉＰＭにおける光クロストーク効果を低減するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明は光子検出器に関する。特に、本発明は、半導体光電子増倍管などの高速高感度光子検出器、及び、半導体光電子増倍管のための読み出し方法に関する。特に、排他的ではないが、本発明は、飛行時間型ＰＥＴ（ＴＯＦ－ＰＥＴ）、レーザ画像検出及び測距（ＬＩＤＡＲ）用途、バイオルミネセンス、及び、高エネルギー物理（ＨＥＰ）検出器を含む陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）などの分野における半導体光電子増倍管に関する。

【0003】

ＰＥＴシステムは、通常、ガンマ線を検出するように構成されて、診断目的に使用され得る全ての検出されたガンマ線の軌道を追跡することによって３Ｄ画像を作成できるようにする複数の光検出器、例えばＳｉＰＭを備える。既知のＰＥＴシステムは、ガンマ線の衝突時にフォトセンサとも呼ばれる光検出器によって検出される光子を生み出すことができるシンチレータ結晶（又は他の光発生材料）を有する複数の光検出器を備える。フォトセンサの分解能（時間及びエネルギー）は、ＴＯＦ－ＰＥＴにとって最も重要である。向上した分解能は、画像の信号対雑音比を高め、患者の暴露時間及び走査当たりのコストを低減できるようにする。

【0004】

ＳｉＰＭは、シリコン基板上に、マイクロセル又は単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）としても知られる、非常に小さなガイガーモードアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）セルの配列から構成される半導体光子感受性デバイスである。ＳｉＰＭは、シリコン基板の表面上、例えばエピタキシャル層内に位置される複数のマイクロセルを備える。各セルは、例えば高抵抗率ポリシリコンから形成されて全てのセルを覆う酸化シリコン層の上端に位置される内部の個々のクエンチングレジスタ（又は他のタイプの電子回路によるアクティブクエンチング）を備える。動作時、各セルには、破壊電圧を超える逆バイアスが供給される。光子がセルに吸収されると、ガイガー放電が起こり、放電はクエンチングレジスタによって制限される。

【0005】

これらのデバイスの１つの問題を「光クロストーク」として説明することができ、この場合、異なる形態の光クロストークがデバイスに現れ得る。光クロストークの一形態は、隣接するセルのガイガー放電で生み出される光子に由来する。光クロストーク事象の効果は、主に、隣接するマイクロセルに影響を及ぼす。光クロストークは、ＳｉＰＭの分解能、ひいては、ＰＥＴシステム全体の分解能に悪影響を及ぼす場合がある。特に、幾つかの研究（例えば、非特許文献１及び非特許文献２）は、高度ＴＯＦ－ＰＥＴシステムの時間分解能が最初の数個の光子、すなわち、１０個未満の光子の到達時間によって完全に決定されること、及び、特に即時の発光が可能な材料に関して光クロストークが時間分解能を大幅に劣化させることを示した。

【0006】

実行された検出を登録するために、ＳｉＰＭは、実行された検出をカウントするためのカウンタと、実行された検出を保存するためのレジスタ、例えばメモリデバイスとを備えてもよい。しかしながら、実行される検出の幾つかは、光クロストーク事象によって生成される光子に起因する場合があり、したがって、全検出の単純なカウントは、誤った検出を考慮に入れる場合がある。

【0007】

光クロストーク事象に起因する誤検出を回避するために、クロストーク事象が低減される幾つかの解決策が知られている。アバランシェ領域内のホットキャリアによって生成される光クロストークを最小限に抑えるための解決策は、マイクロセル間に狭いトレンチを生成して、１つのマイクロセルのアバランシェ領域内で生成された光子が隣接するマイクロセルに到達するのを阻止することである。トレンチに光吸収材料が充填されてもよい。それにもかかわらず、トレンチ及び他のクロストーク源の生成における技術的制限（デバイスの裏面又は側面での反射など）は、光クロストークの効果を低減するために必要な更なる方法をもたらす。

【0008】

「ＳｉＰＭ信号伝搬遅延分散を最小化してタイミングを改善するためのシステム及び方法（Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍｉｎｉｍｉｚｉｎｇ ＳｉＰＭ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｄｅｌａｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｉｍｉｎｇ）」と題される特許文献１は、光クロストーク効果を低減するために使用されないＳｉＰＭを開示する。

【0009】

したがって、製造の複雑さを増大させることなく、光クロストーク効果が低減されたＳｉＰＭを提供する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１９１８２９号明細書

【非特許文献】

【0011】

【文献】Ｒ．Ｄｏｌｅｎｅｃ等の「ＳｉＰＭ ｔｉｍｉｎｇ ａｔ ｌｏｗ ｌｉｇｈｔ ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ（低い光強度におけるＳｉＰＭタイミング）」、ＮＳＳ／ＭＩＣ／ＲＴＳＤ、ストラスブール、２０１６年、１～５ページ

【文献】Ｐ．Ｌｅｃｏｑの「Ｐｕｓｈｉｎｇ ｔｈｅ Ｌｉｍｉｔｓ ｉｎ Ｔｉｍｅ－ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ ＰＥＴ Ｉｍａｇｉｎｇ（飛行時間型ＰＥＴイメージングにおける限界の押し上げ）」、放射線及びプラズマメディカルサイエンスに関する（ｏｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）ＩＥＥＥ 議事録、第１巻、ｎｏ．６、ｐｐ．４７３－４８５、２０１７年１１月、ｄｏｉ：１０．１１０９／ＴＲＰＭＳ．２０１７．２７５６６７４

【発明の概要】

【0012】

第１の態様では、ＳｉＰＭにおける光クロストーク効果を低減するためのＳｉＰＭが提供される。ＳｉＰＭは複数のマクロセルを備え、各マクロセルは、並列に結合される複数のマイクロセルと、各マクロセルの出力に結合される読み出し回路とを備える。マイクロセルは、隣接するマイクロセルが異なるマクロセルに属するようにＳｉＰＭ内に配置される。マイクロセルが検出を実行するとき、検出を実行したマイクロセルに隣接する１つ以上のマイクロセルを有する各マクロセルの読み出し回路は、所定の期間中にその出力信号を無効化するように構成される。

【0013】

読み出し回路を備えるとともに隣接するマイクロセルが異なるマクロセルに配置されるＳｉＰＭを有することによって、そのようなマクロセルの出力信号を無効化する（又は「拒否」する）ことは、クロストーク事象が起こり得る所定の期間中に実行される。したがって、読み出し回路が各マクロセル出力の独立した機能を促進させるため、クロストーク効果に起因して誤検出が起こり得るマクロセルが考慮されなくてもよい。結果として、光クロストーク事象の影響が回避される又は少なくとも実質的に低減される。

【0014】

更に、ＳｉＰＭがＰＥＴ－ＴＯＦデバイスなどのＰＥＴ撮像デバイスで使用される場合、ガンマ線の原点を取得するために必要となり得る、すなわち、患者の身体の３ Ｄ画像を作成するために必要となり得る軌道線が少なくなるため、患者の暴露時間を短縮することができる。

【0015】

一例において、各マクロセルは、マクロセルの出力信号の無効化を遅延させるための遅延回路に結合されてもよく、これは、チェレンコフラジエータなどの即時発光材料では、任意のクロストーク事象が発生する前にプロンプト光子が一般に放出される（数百ピコ秒（ｐｓ））からである。

【0016】

一例において、マイクロセルは、長方形、六角形、又は、円形の形状を備えてもよい。他のセル形状も想定し得る。

【0017】

一例では、各マクロセルがスイッチング回路に結合されてもよい。スイッチング回路は、クロストーク事象が予期され得る期間中にマクロセルの出力信号を無効化してもよく、その後に出力信号を有効にしてもよい。

【0018】

一例において、配列は、市松模様配列、すなわち、任意の２つの隣接するマイクロセルが異なるマクロセルに属し得る交互のマイクロセルであってもよい。
一例において、各マイクロセルは、ＳＰＡＤを備えてもよく、クエンチング要素及び／又は再充電要素を備えてもよい。
一例において、各ＳｉＰＭ又はＳｉＰＭマトリックスは、シンチレーション結晶、或いは、チェレンコフ光放射体、ナノ結晶、又は、ＬＹＳＯ結晶などの他の即時発光材料を備えてもよい。

【0019】

本発明の他の態様は、ＰＥＴデバイス及び撮像システムに関する。デバイス及びシステムはいずれも、開示された例のいずれかに係る１つ以上のＳｉＰＭを備える。

【0020】

第１の態様では、ＳｉＰＭにおける光クロストーク効果を低減するための方法が提供される。ＳｉＰＭは複数のマクロセルを備え、各マクロセルは、電気的に並列に結合される複数のマイクロセルを備え、隣接するマイクロセル、すなわち、デバイス上に物理的に並んで配置されるマイクロセルは、異なるマクロセルに属する。方法は、マイクロセルによって検出を実行するステップと、検出を実行したマイクロセルに隣接するマイクロセルの１つ以上のマクロセルを特定するステップと、所定の無効化期間中、に、例えば光クロストークが予期される期間中に、特定された１つ以上のマクロセルの出力信号を無効化するステップとを含む。

【0021】

ＳｉＰＭ読み出しでは、異なる読み出し経路が存在し得る。幾つかの読み出し経路は、タイミング情報、エネルギー又は電荷情報、光子計数などの信号の異なるパラメータを抽出するために最適化されてもよい。提案された方法は、異なる読み出し経路に独立して適用されてもされなくてもよい。提案された方法によれば、クロストーク事象が大幅に低減されるが、幾つかの実際の光検出が失われる場合がある。しかしながら、マクロセル内のマイクロセルの数を制限することにより、偽陽性検出の数を大幅に減らすことができる一方で、偽陰性結果（すなわち、実際の光検出が失われる）の数を実質的に制限することができるため、ＳｉＰＭ効率を高く維持することができる。

【0022】

一例において、方法は、光クロストーク事象が予期される無効化期間を特定するステップと、特定された無効化期間中に特定された１つ以上のマクロセルの出力信号を無効化するステップとを含んでもよい。これは、異なるタイプのＳｉＰＭが異なる予期される光クロストーク事象時間を有し得るからである。
一例において、方法は、無効化期間が終了した後に特定された１つ以上のマクロセルの出力信号を有効にするステップを更に含む。
一例において、１つ以上のマクロセルの出力信号を無効化するステップは、検出を実行した後に所定の遅延時間だけ行なわれてもよい。したがって、影響を受けたマクロセルの出力は、光クロストーク事象が予期され得る最小時間にわたって無効化されてもよい。
本開示の非限定的な例が以下の図で説明される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】一例に係るＳｉＰＭを概略的に示す。

【図2】一例に係る複数のマイクロセルの断側面図を概略的に示す。

【図3A】一例に係るＳｉＰＭの回路を概略的に示す。

【図3B】一例に係るＳｉＰＭの回路を概略的に示す。

【図4】一例に係る複数のマイクロセルを概略的に示す。

【図5】ＳｉＰＭにおける光クロストーク効果を低減する方法のフローチャートを概略的に示す。

【図6】一例に係るＰＥＴデバイスを概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、複数のマイクロセルＡ１－Ａ８及びＢ１－Ｂ８、例えば１６個のマイクロセルを備えてもよいＳｉＰＭ １０を示し、マイクロセルは、横列及び縦列を備えてもよいＭｘＮ配列、例えば４×４配列を成して配置されてもよい。マイクロセルは、任意の適切な形状、例えば正方形、円形、六角形などであってもよく、例えば光子検出を実行するように構成されてもよい。

【0025】

各マイクロセルは、フォトダイオード、例えばＳＰＡＤ、及び、フォトダイオードによって検出される光子を生成してもよいシンチレーション結晶、例えばチェレンコフラジエータ又は他の即時発光材料、ＬＹＳＯ結晶、又は、任意の他の適切な結晶を備えてもよい。一例（図２参照）では、シンチレーション結晶をマイクロセル配列の下方に配置してもよく、すなわち、各ＳｉＰＭは、構造の下方に配置される単一のシンチレーション結晶を備えてもよい。他の例では、例えば、複数のＳｉＰＭを備えるシステムでは、該システムが、ＳｉＰＭの下方に配置される単一のモノリシックシンチレーション結晶を備えてもよい。
マイクロセルは、読み出し信号を出力することができる対応する個々の出力を備えてもよい。

【0026】

ＳｉＰＭ１０のマイクロセルは、複数のマクロセル、例えば、２つ、３つ、又は、任意の他の適切な数のマクロセルに配置されてもよい。各マクロセルは対応するマクロセル出力を備えてもよく、このマクロセル出力には、マクロセルの全ての個々のマイクロセル出力が並列に結合されてもよい。

【0027】

図１の例において、ＳｉＰＭ１０は２つの異なるマクロセルを備えてもよく、この場合、複数、例えば１６個のマイクロセルが並列に配置されてもよい。より具体的には、マイクロセルＡ１～Ａ８が第１のマクロセル１に属してもよく、マイクロセルＢ１～Ｂ８が第２のマクロセル２に属してもよい。各マクロセルは対応する出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２（図２参照）を備えてもよく、この出力には、マクロセルにおける全てのマイクロセルの出力が電気的に結合されてもよく、すなわち、同じマクロセルに属するマイクロセルは、共通のマクロセル出力に結合されるそれらの対応する出力を有してもよい。

【0028】

マクロセルの各マイクロセルの出力を共通のマクロセル出力に結合させることは、回路接続の複雑さの増大を伴わず、各マクロセルの独立した機能を促進させることができ、すなわち、マクロセルの寄与が無効化され又は拒否され得る（すなわち、検出が依然として実行されてもよいが読み取られない）。

【0029】

マイクロセルは、任意のマクロセルの隣接するマイクロセル、すなわち、マイクロセルの側面の少なくとも一部と接触しているマイクロセルが異なるマクロセルに属するように、例えば市松模様パターンで配置されてもよい。言い換えると、２つのマイクロセルは、隣接していると見なされるために、少なくとも所定の閾値を超える共通境界を共有する必要があり得る。そのような閾値は、２つの境界共有マイクロセル間のクロストーク事象の予期される確率によって規定され得る。共通境界が大きいほど確率が高くなり、一方、共通境界が短いほど確率が低くなる。点又は頂点で一致する境界、例えば図１のＡ１及びＡ３などの斜めに配置されたマイクロセルの場合、クロストーク事象を有する確率は低いと考えられる。したがって、Ａ１及びＡ３は同じマクロセルに属し得る。したがって、第１のマクロセル１に属し得るマイクロセルＡ３の隣接するマイクロセルは、４つのマイクロセル、すなわち、第２のマクロセル２に配置され得るマイクロセルＢ１、Ｂ３、Ｂ４及びＢ５である。

【0030】

一例では、第１のマクロセル１に配置されるマイクロセルＡ３によって検出が実行されてもよい。想定し得る光クロストーク事象は、主に、マクロセル２に属する隣接するマイクロセルＢ１、Ｂ３、Ｂ４及びＢ５に影響を及ぼし得る。クロストーク事象、すなわち、誤検出の影響を低減するために、特定のマイクロセル、例えばＡ３で検出が実行される場合、隣接するマイクロセルが配置されるマクロセル、例えばマクロセル２の出力が無効化されてもよい。したがって、ＳｉＰＭの配線接続の複雑さは増大されない。図２の例では、隣接するマイクロセルＢ１，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５が配置されるマクロセル２の出力が無効化されてもよい。

【0031】

マイクロセルが検出を実行するマクロセル以外のマクロセルの出力は、検出直後に無効にされてもよく、又は、クロストーク事象が即座に発生しない場合があるため、マクロセルの出力は例えば５０～２５０ｐｓの所定の遅延時間後に無効化されてもよい。所定の遅延時間は、クロストーク効果が始まると予期される時間に対応し得る。そのような時間は、ＳｉＰＭタイプにしたがって異なり得る。

【0032】

隣接するマイクロセルが配置されるマクロセルの出力は、所定の無効化期間中、例えば、数百ｐｓ～数ナノ秒（ｎｓ）の間に無効化されてもよく、この場合、光クロストーク事象のかなりの部分が予期されてもよく、及び／又は、重要なタイミング測定が実行されてしまっている。無効化期間の終了時、隣接するマイクロセルＢ１、Ｂ３、Ｂ４及びＢ５が属するマクロセルの出力が再び有効にされてもよい。

【0033】

ＳｉＰＭ１０は、出力信号を受信するようにマクロセルの出力に結合され得る読み出し回路（図３Ａ及び図３Ｂ参照）を更に備えてもよい。ＳｉＰＭは、ＳｉＰＭ内のマクロセルと同数の読み出し回路を備えてもよく、例えば、図１の例において、ＳｉＰＭ１０は、それぞれがマクロセルに結合される２つの読み出し回路（図示せず）を備えてもよい。

【0034】

検出を実行したマイクロセルを有するマクロセルの読み出し回路は、検出を実行したマイクロセルに隣接する１つ以上のマイクロセルを有するマクロセルの第１の所定の期間中の出力信号の無効化をトリガするように構成される。また、読み出し回路は、第２の所定の期間だけ出力信号の前記無効化のトリガを遅延させるように構成されてもよく、第２の所定の期間の後にクロストーク事象が始まると予期される。

【0035】

一例において、マクロセルは、偽陰性結果を制限するために可能な限り少数のマイクロセルを備えてもよく、したがって、各ＳｉＰＭにおいて多数のマクロセルが必要とされ得る。マクロセル当たりのマイクロセルが少ないと、効率が向上され、すなわち、実際の光検出が失われる可能性が低くなる。

【0036】

図２は、線Ｓ－Ｓに沿う図１のＳｉＰＭのマイクロセルの幾つかの断面を示す。ＳｉＰＭは、マイクロセルの下方に配置されるシンチレーション結晶６０を備えてもよい。マイクロセルは、２つのマクロセル、すなわち、第１のマクロセル１及び第２のマクロセル２に配置されてもよい。各マイクロセルは、対応する共通のマクロセル出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ ２に結合され得る個々の出力を備えてもよい。すなわち、マイクロセルＡ１及びＡ２が第１のマクロセル１に配置されてもよく、また、それらのそれぞれの出力が共通のマクロセル出力ＯＵＴ１に結合されてもよく、同様に、マイクロセルＢ１及びＢ２の出力がマクロセル出力ＯＵＴ２に結合されてもよい。全ての個々のマイクロセル出力を同じマクロセル出力に結合することにより、接続要素及びそれらの接続の電子的実装が複雑さを増大させない場合がある。

【0037】

図３ Ａは、図１のＳｉＰＭの電子回路７００の一例の簡略化された概略図を示す。回路７００は、マクロセルの数、例えば２つのマクロセルに対応し得るサブ回路７１０，７２０を備えてもよい。サブ回路７１０は、並列に結合される８個のマイクロセルＡ１～Ａ８を備えてもよい第１のマクロセル１に対応し得る。サブ回路７２０は、同様に並列に結合され得るマクロセル２のマイクロセルＢ１～Ｂ８に対応し得る。

【0038】

回路７００は、各マクロセル出力に電気的に結合される読み出し回路７５０，７６０を更に備えてもよく、すなわち、マクロセルと同数の読み出し回路が存在してもよい。読み出し回路は読み出し出力Ｒ１、Ｒ２を備えることができ、読み出し出力を通じて例えば各マクロセルの出力信号が読み出されてもよく或いは他のマクロセルの信号が無効化されてもよい。したがって、読み出し回路７５０，７６０が相互接続されてもよい。

【0039】

各読み出し回路は、例えば任意の検出が実行されたにもかかわらず読み出し出力をゼロに設定することによって読み出し出力を無効化するように構成され得るスイッチング回路を備えてもよい。読み出し出力は、クロストーク事象が予期され得る所定の無効化期間中に無効化されてもよい。スイッチング回路は、別のマクロセルによって或いは別個の又は外部のスイッチングコントローラによってトリガされてもよい。

【0040】

読み出し回路は、他のマクロセルによって検出が実行された後に読み出し出力の無効化を遅延させるように構成され得る遅延回路を更に備えてもよい。
図３Ｂは、図１のＳｉＰＭの電子回路７００の一例の簡略化された概略図を示す。回路７００は、マクロセルの数に対応し得るサブ回路７１０，７２０を備えてもよい。図３Ｂの例において、回路は、２つのマクロセルに対応し得る２つのサブ回路を備えてもよい。サブ回路７１０は、並列に結合される８個のマイクロセルＡ１～Ａ８を備えてもよい第１のマクロセル１に対応し得る。サブ回路７２０は、同様に並列に結合され得るマクロセル２のマイクロセルＢ１～Ｂ８に対応し得る。

【0041】

各マイクロセルは、２つの端子８０ａ及び８０ｂを有し得るフォトダイオード８０と、２つの端子８１ａ及び８１ｂを有し得るレジスタ８１（増幅部参照）とを備える。
レジスタ８１の端子８１ａは、電圧源又は電流源に結合される出力端子に結合されてもよい。レジスタ８１の端子８１ｂは、フォトダイオード８０の端子８０ａに結合されてもよい。
フォトダイオード８０の端子８０ ｂは、グループ出力ＯＵＴ１に結合されてもよい。
一例では、レジスタ８１が能動回路であってもよい。他の例において、レジスタ８１は、フォトダイオード８０の端子８０ａ又は端子８０ｂに結合されてもよい。

【0042】

一例において、フォトダイオード８０の出力は、レジスタ８１の端子８１ａ又はフォトダイオードの端子８０ｂのいずれかであってもよい。一例では、レジスタ８１がフォトダイオード８０の端子８０ｂに結合される場合、出力が端子８０ａであってもよい。
回路７００は、各マクロセル出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２に結合される読み出し回路７５０，７６０を更に備えてもよく、すなわち、マクロセルと同じ数の読み出し回路があってもよい。読み出し回路は読み出し出力Ｒ１、Ｒ２を備えることができ、読み出し出力を通じて各マクロセルの出力信号が読み出されてもよい。

【0043】

各読み出し回路は、例えば任意の検出が実行されたにもかかわらず読み出し出力をゼロに設定することによって読み出し出力を無効化するように構成され得るスイッチング回路を備えてもよい。読み出し出力は、クロストーク事象が予期され得る所定の無効化期間中に無効化されてもよい。

【0044】

読み出し回路は、検出が実行された後の読み出し出力の無効化を、例えば約５０～２００ ｐｓ遅延させるように構成され得る遅延回路を更に備えてもよい。一例では、遅延回路が単安定タイマを備えてもよい。
一例において、読み出し回路７５０は、増幅器７５１、弁別器７５２、ＮＯＴゲート７５３、ＡＮＤゲート７５４、及び、単安定タイマ７５５を備えてもよい。

【0045】

増幅器７５１の入力は、マクロセル出力ＯＵＴ１に結合されてもよい。増幅器７５１の出力は、弁別器７５２の第１の入力に結合されてもよい。
弁別器７５２の第２の入力が閾値信号に結合されてもよい。弁別器７５２の出力は、単安定タイマ７５５の入力及びＡＮＤゲート７５４の第１の入力に結合されてもよい。
単安定タイマ７５５の出力は、サブ回路７６０のＮＯＴゲートの入力に結合されてもよい。
ＡＮＤゲート７５４の第２の入力は、ＮＯＴゲート７５３の出力に結合されてもよい。ＡＮＤゲート７５４の出力は、読み出し出力Ｒ １に結合されてもよい。
ＮＯＴゲート７５３の入力は、サブ回路７６０の単安定タイマの出力端子に結合されてもよい。

【0046】

本明細書中に記載される読み出し回路７５０は、想定し得る一実装にすぎない。同様の効果を与え得る他の実装も可能であることが理解される。
図４は、複数のマクロセル、例えば４に配置される複数の六角形のマイクロセル４０１、例えば３２個のマイクロセルを備えてもよいＳｉＰＭ４００の一例を示す。この例において、検出が行なわれ得るマイクロセルＣ１は、第１のマクロセル１に属し得る。マイクロセルＣ１の隣接するマイクロセルは、異なるマクロセルに属してもよく、特に第２のマクロセル２のＥ１及びＥ２に属してもよく、第３のマクロセル３のＦ１及びＦ２に属してもよく、第４のマクロセルのＧ１及びＧ２に属してもよい。したがって、検出を実行すると、マクロセル２－４の出力は、それらが検出を実行したマイクロセルＣ１との境界の一部、特定の場合には六角形の６つの辺のうちの１つを共有するマイクロセルを有するため、無効化され得る。

【0047】

図５は、複数のマイクロセルを備えてもよいＳｉＰＭにおけるクロストーク効果を低減するための方法のフローチャートを示す。そのようなマイクロセルは、異なるマクロセルに属してもよく、例えば、隣接するマイクロセルが同じマクロセルに属さない市松模様パターンで配置されてもよい。ブロック５０１では、マクロセル内に配置されるマイクロセルが検出を実行してもよい。その後、ブロック５０２において、検出を実行したマイクロセルに隣接するマイクロセルが属するマクロセルが特定されてもよい。想定し得る光クロストーク事象の効果を低減するために、ブロック５０３において、特定されたマクロセルの出力は、光クロストーク効果が予期される期間中に無効化され得る。そのような無効化は、検出直後に行なわれてもよく、又は、ＳｉＰＭの特性に基づいて選択され得る所定の遅延時間、例えば約５０～２５０ｐｓ遅延されてもよい。その後、幾つかのマクロセルの出力が無効化される間、無効化されないマクロセルの読み出し出力が依然として読み出されて登録されてもよい。したがって、そのような特定のマクロセルによって実行される検出の総数は、他のマクロセルの出力が無効化されるときに記録されてもよい。無効化期間の後、無効化された出力が再び有効にされてもよい。

【0048】

図６は、開示される例のいずれかに係る複数のＳｉＰＭ６１０を備えてもよい撮像システム６００、例えばＰＥＴスキャナ又はＰＥＴ撮像装置、ＬＩＤＡＲ又は蛍光寿命撮像顕微鏡法（ＦＬＩＭ）システムを示す。ＳｉＰＭ６１０は、例えば市松模様パターンのマクロセルに配置された複数のマイクロセル６２０を備えてもよい。図６の交互の黒色及び白色のボックスは、マイクロセル６２０を表わす。白色で示されるマイクロセルは１つのマクロセルに属し得るが、黒色で示されるマイクロセルは他のマクロセルに属し得る。

【0049】

本明細書中では幾つかの例のみを開示してきたが、他の代案、修正、使用、及び／又は、その均等物が想定し得る。更に、記載された例の全ての想定し得る組み合わせも網羅される。したがって、本開示の範囲は、特定の例によって限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲を公正に読むことによってのみ決定されるべきである。図面に関連する参照符号が特許請求の範囲の括弧内に入れられる場合、それらは単に特許請求の範囲の明瞭性を高めようとしているにすぎず、特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】