DE102013014360A1

DE102013014360A1 - Location-sensitive detector with digital evaluation electronics for the detection of photon or particle distributions

Info

Publication number: DE102013014360A1
Application number: DE102013014360.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Fischer
Original assignee: Universitaet Heidelberg
Current assignee: Universitaet Heidelberg
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-05
Also published as: WO2015028148A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ortsempfindlichen Detektor für eine Detektion von Photonen oder Teilchenverteilungen, bei dem die Detektorempfangsfläche durch mehrere Detektorzellen mit einzelnen Detektorelementen gebildet ist. Eine Ausleseeinrichtung zum Auslesen der Detektorelemente ordnet jeder für die Detektion genutzten Detektorzelle nach einer vorgegebenen Zuordnungsvorschrift wenigstens einen Auslesekanal zu. Die Ausleseeinrichtung weist dabei eine oder mehrere Zähleinrichtungen auf, die an den Detektorelementen auftreffende Detektions-Ereignisse getrennt für unterschiedliche Gruppen von Detektorelementen zählen, die durch die Zuordnungsvorschrift gebildet werden, und ein Zählergebnis für jede Gruppe in einem Speicher zwischenspeichern und/oder entsprechend der Zuordnungsvorschrift über die Auslesekanäle ausgeben oder auslesen lassen. Die Zuordnungsvorschrift ist dabei derart gewählt, dass aus Signalen der Auslesekanäle eine Position einer auf die Detektor-Empfangsfläche auftreffenden Photonen- oder Teilchenverteilung lokal bestimmt werden kann. Der Detektor lässt sich kostengünstig realisieren und erlaubt eine hohe Ortsauflösung bei einer geringen Anzahl an Auslesekanälen.The present invention relates to a position-sensitive detector for detecting photons or particle distributions, in which the detector receiving surface is formed by a plurality of detector cells with individual detector elements. A read-out device for reading out the detector elements allocates at least one read-out channel to each detector cell used for detection in accordance with a predetermined assignment rule. In this case, the read-out device has one or more counting devices which separately count detection events occurring at the detector elements for different groups of detector elements, which are formed by the assignment rule, and buffer a count result for each group in a memory and / or according to the assignment rule output or readout the readout channels. The assignment rule is selected such that a position of a photon or particle distribution incident on the detector receiving surface can be locally determined from signals of the readout channels. The detector can be realized inexpensively and allows a high spatial resolution with a small number of readout channels.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ortsempfindlichen Detektor zur Detektion von Photonen- oder Teilchenverteilungen, mit einer Detektor-Empfangsfläche, die durch mehrere Detektorzellen mit einzelnen Detektorelementen gebildet ist, und einer Anzahl N an Auslesekanälen für die Detektorzellen, die geringer als die Anzahl an Detektorzellen ist, wobei jede Detektorzelle wenigstens einem der Auslesekanäle zugeordnet ist.The present invention relates to a position-sensitive detector for detecting photon or particle distributions, having a detector receiving surface formed by a plurality of detector cells with individual detector elements, and a number N of readout channels for the detector cells, which is smaller than the number of detector cells. wherein each detector cell is associated with at least one of the readout channels.

Ortsempfindliche Photodetektoren werden beispielsweise für die Detektion von Gamma-Quanten in der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) eingesetzt. Die nachzuweisenden Gamma-Quanten werden dabei in Szintillationskristallen absorbiert, die aufgrund der Wechselwirkung mit den Gamma-Quanten mehrere tausend optische Photonen erzeugen. Dieses Licht muss mit einer Ortsauflösung von 0,5 bis 3 mm detektiert werden. Die Szintillationskristalle werden aufgrund ihrer für die Absorption der Gamma-Quanten erforderlichen hohen Dicke von mehreren cm in der Regel in Säulen von 0,5 bis 3 mm Breite unterteilt, um die geforderte Ortsauflösung zu erhalten. Die von den einzelnen Säulen emittierten Photonen müssen dann mit einem Photodetektor detektiert werden, der diese Ortsauflösung ebenfalls erreicht. Eine Ausgestaltung des Photodetektors mit einer der Anzahl an Säulen entsprechenden hohen Anzahl an Kanälen ist jedoch aufwändig und kostenintensiv. Eine Möglichkeit der Verringerung der Kosten besteht darin, das aus den Szintillationskristallen austretende Licht über eine optische Ankopplung („light spreader”) auf mehrere größere Detektorelemente zu verteilen, aus deren Signalen dann der jeweilige Austrittsort des Lichtes interpoliert wird. Dies führt jedoch zu Randeffekten und schränkt den möglichen mechanischen Aufbau stark ein.Site-sensitive photodetectors are used, for example, for the detection of gamma quanta in positron emission tomography (PET). The gamma quanta to be detected are absorbed in scintillation crystals, which generate several thousand optical photons due to the interaction with the gamma quanta. This light must be detected with a spatial resolution of 0.5 to 3 mm. The scintillation crystals are usually subdivided into columns of 0.5 to 3 mm in width, owing to their high thickness of several cm required for the absorption of the gamma quanta, in order to obtain the required spatial resolution. The photons emitted by the individual columns must then be detected with a photodetector which also achieves this spatial resolution. An embodiment of the photodetector with a number of columns corresponding to the high number of channels, however, is complicated and expensive. One way of reducing the cost is to distribute the light emerging from the scintillation crystals via an optical coupling ("light spreader") to a plurality of larger detector elements, from the signals of which the respective exit location of the light is then interpolated. However, this leads to edge effects and severely limits the possible mechanical structure.

Stand der TechnikState of the art

Die DE 10 2005 055 656 B3 beschreibt eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Detektorsignalen, die weniger Auslesekanäle als Detektorelemente aufweist. Bei dieser Vorrichtung ist jedes Detektorelement mit jedem Auslesekanal verbunden. Eine Positionsbestimmung auftreffender Photonen wird dabei durch eine geeignete Gewichtung der Detektorsignale mit einem Binärcode erreicht.The DE 10 2005 055 656 B3 describes a device for processing detector signals having fewer readout channels than detector elements. In this device, each detector element is connected to each readout channel. A position determination of incident photons is achieved by a suitable weighting of the detector signals with a binary code.

Die US 2011/0001053 A1 offenbart eine Detektionsvorrichtung aus mehreren Detektorzellen, bei der in Signalverarbeitungseinheiten für die Detektorsignale einzelne Kanäle zusammengefasst werden. Die Anzahl der Auslesekanäle, die die Detektorzellen mit den Signalverarbeitungseinheiten verbinden, wird dadurch allerdings nicht reduziert.The US 2011/0001053 A1 discloses a detection device comprising a plurality of detector cells, in which individual channels are combined in signal processing units for the detector signals. However, this does not reduce the number of readout channels that connect the detector cells to the signal processing units.

Aus der DE 10 2011 111 432 A1 ist ein ortsempfindlicher Detektor zur Detektion von Photonen- oder Teilchenverteilungen bekannt, bei dem jede für die Detektion genutzte Detektorzelle wenigstens einem der Auslesekanäle zugeordnet und mit diesem verbunden ist. Die Zuordnung der Detektorzellen zu den Auslesekanälen ist dabei derart gewählt, dass aus Signalen der Auslesekanäle die Position eines Schwerpunktes einer auf die Detektorempfangsfläche auftreffenden Photonen- oder Teilchenverteilung bestimmt werden kann.From the DE 10 2011 111 432 A1 For example, a position-sensitive detector for detecting photon or particle distributions is known, in which each detector cell used for detection is associated with and connected to at least one of the readout channels. The assignment of the detector cells to the readout channels is selected such that the position of a center of gravity of a photon or particle distribution impinging on the detector receiving surface can be determined from signals of the readout channels.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen ortsempfindlichen Detektor zur Detektion von Photonen- oder Teilchenverteilungen anzugeben, der mit einer geringen Anzahl an Auslesekanälen eine hohe örtliche Auflösung erreicht, sich kostengünstig herstellen und flexibel an unterschiedliche Anforderungen anpassen lässt.The object of the present invention is to provide a location-sensitive detector for the detection of photon or particle distributions, which achieves a high spatial resolution with a small number of readout channels, can be produced inexpensively and flexibly adapted to different requirements.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem ortsempfindlichen Detektor gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Detektors sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.The object is achieved with the location-sensitive detector according to claim 1. Advantageous embodiments of the detector are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiment.

Der vorgeschlagene Detektor weist eine Detektorempfangsfläche auf, die durch mehrere Detektorzellen mit einzelnen Detektorelementen gebildet ist. Die Detektor-Empfangsfläche ist somit in die einzelnen Detektorzellen segmentiert, die über Auslesekanäle des Detektors ausgelesen werden können. Der Detektor weist hierzu eine Anzahl N an Auslesekanälen für die Detektorzellen auf, die sehr viel kleiner als die Anzahl an Detektorzellen ist. Vorzugsweise weist der Detektor eine Anzahl an N = 3 oder N = 4 Auswertekanälen auf. Die Anzahl an Detektorzellen beträgt vorzugsweise mindestens 30 × 30 Detektorzellen. Der Detektor weist weiterhin eine Ausleseeinrichtung zum Auslesen der Detektorelemente auf, durch die jede für die Detektion genutzte Detektorzelle nach einer vorgegebenen und vorzugsweise im Detektor programmierbaren Zuordnungsvorschrift wenigstens einem der Auslesekanäle zugeordnet wird, vorzugsweise jeweils genau einem Auslesekanal. Die Ausleseeinrichtung verfügt über eine oder mehrere Zähleinrichtungen, die an den Detektorelementen auftretende Detektions-Ereignisse getrennt für unterschiedliche Gruppen von Detektorelementen zählen, die durch die Zuordnungsvorschrift gebildet werden. Ein Zählergebnis für jede Gruppe wird in einem Speicher zwischengespeichert und/oder entsprechend der Zuordnungsvorschrift über die Auslesekanäle ausgegeben oder lässt sich auslesen. Die Zuordnungsvorschrift ist bei dem vorgeschlagenen Detektor derart gewählt, dass aus Signalen der Auslesekanäle die Position der auf die Detektorempfangsfläche auftreffenden Photonen- oder Teilchenverteilung bestimmt werden kann, bspw. die Position des Schwerpunktes dieser Photonen- oder Teilchenverteilung. Vorzugsweise wird diese Zuordnung derart gewählt, dass sich diese Position aus den Signalen der Auslesekanäle über eine Schwerpunktbildung berechnen lässt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Detektor als Photodetektor mit Photodioden als Detektorelemente ausgebildet.The proposed detector has a detector receiving surface which is formed by a plurality of detector cells with individual detector elements. The detector receiving surface is thus segmented into the individual detector cells, which can be read out via readout channels of the detector. For this purpose, the detector has a number N of readout channels for the detector cells, which is much smaller than the number of detector cells. The detector preferably has a number of N = 3 or N = 4 evaluation channels. The number of detector cells is preferably at least 30 × 30 detector cells. The detector further has a read-out device for reading the detector elements, by means of which each detector cell used for the detection is assigned to at least one of the read-out channels, preferably in each case exactly one read-out channel, according to a predetermined assignment regulation which is preferably programmable in the detector. The readout device has one or more counters that count detection events occurring at the detector elements separately for different groups of detector elements formed by the assignment rule. A count result for each group is buffered in a memory and / or output according to the assignment rule on the readout channels or can be read out. The assignment rule is selected in the proposed detector such that from the signals of the readout channels, the position of the on the Detector receiving surface incident photon or particle distribution can be determined, for example, the position of the center of gravity of this photon or particle distribution. Preferably, this assignment is selected such that this position can be calculated from the signals of the readout channels via a focus formation. In a preferred embodiment, the detector is designed as a photodetector with photodiodes as detector elements.

Durch die vorgeschlagene Realisierung des Detektors mit einer Ausleseeinrichtung, die eine oder mehrere digitale Zähleinrichtungen aufweist, lässt sich der Detektor kostengünstig herstellen, bspw. in einem auf CMOS-Technologie basierenden Chip mit integrierten Single Photon Avalanche Dioden (SPADs). Bei einer Realisierung als Teilchendetektor lassen sich auch entsprechende Teilchensensoren wie bspw. MAPS (monolithische aktive Pixelsensoren) einsetzen. Die entsprechende Zuordnungsvorschrift kann in einer programmierbaren Speichereinheit des Detektors abgelegt werden, so dass sie jederzeit durch Um- oder Neuprogrammierung geändert werden kann. Durch Integration von aktiven Komponenten in die Detektorzellen können in einer bevorzugten Ausgestaltung auch rauschende Zellen identifiziert und gezielt abgeschaltet werden. Vorzugsweise umfasst hierzu jede Detektorzelle neben dem Detektorelement auch eine aktive Elektronik bzw. einen Schalter zur gesteuerten Abschaltung der Zelle.The proposed implementation of the detector with a readout device having one or more digital counting devices, the detector can be produced inexpensively, for example. In a CMOS technology based chip with integrated single photon avalanche diodes (SPADs). When implemented as a particle detector, it is also possible to use corresponding particle sensors, such as, for example, MAPS (monolithic active pixel sensors). The corresponding assignment rule can be stored in a programmable memory unit of the detector, so that it can be changed at any time by reprogramming or reprogramming. By integrating active components into the detector cells, in a preferred embodiment, noisy cells can also be identified and switched off in a targeted manner. For this purpose, each detector cell preferably also comprises, in addition to the detector element, active electronics or a switch for the controlled shutdown of the cell.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Detektors ist in jeder Detektorzelle auch ein Pufferspeicher integriert, der eine Pufferung der Detektions-Ereignisse in der Zelle ermöglicht. Dadurch lassen sich der Totzeiten verringern, da ein zweites Detektions-Ereignis erfasst werden kann, noch bevor das vorangehende Detektions-Ereignis ausgelesen ist.In an advantageous embodiment of the detector, a buffer memory is integrated in each detector cell, which enables a buffering of the detection events in the cell. As a result, the dead times can be reduced since a second detection event can be detected even before the preceding detection event has been read out.

Die Zuordnung der Detektorzellen zu den Auslesekanälen ist bei dem vorgeschlagenen Detektor vorzugsweise jeweils lokal einer Verteilungsfunktion angenähert, die in einem idealen Fall einer nicht durch Detektorzellen endlicher Größe diskretisierten Empfangsfläche an jeder Stelle eine eindeutige Bestimmung der Position eines einzelnen auftreffenden Photons oder Teilchens ermöglichen würde.The assignment of the detector cells to the readout channels is preferably approximated locally in the proposed detector to a distribution function which, in an ideal case of a discrete receiver surface of discrete size, would enable a unique determination of the position of a single impinging photon or particle at each location.

Jedem Auslesekanal wird dabei eine Position um die Detektor-Empfangsfläche oder an der Detektor-Empfangsfläche zugeordnet, wobei diese N Positionen eine Fläche aufspannen, in der die Detektor-Empfangsfläche liegt. Die Zuordnung der Detektorzellen zu den Auslesekanälen wird dann jeweils lokal der gewählten Verteilungsfunktion angenähert. Die Verteilungsfunktion ordnet jedem Auslesekanal Signalanteile der Detektorzellen vorzugsweise als lineare oder nichtlineare Funktion der relativen Position der jeweiligen Detektorzelle zu der Position zu, die dem jeweiligen Auslesekanal zugeordnet ist. Die Annäherung erfolgt durch Betrachtung von Bereichen, die mehrere Detektorzellen umfassen. In diesen Bereichen wird dann die Zuordnung der einzelnen Detektorzellen zu den Auslesekanälen so gewählt, dass sich über den jeweils betrachteten Bereich annähernd eine Aufteilung der Signalanteile auf die Auslesekanäle ergibt, wie sie durch die Verteilungsfunktion für eine im Schwerpunkt des Bereichs angeordnete Detektorzelle erhalten wird.Each readout channel is assigned a position around the detector receiving surface or at the detector receiving surface, these N positions span a surface in which the detector receiving surface is located. The assignment of the detector cells to the readout channels is then locally approximated to the chosen distribution function. The distribution function assigns each reading channel signal components of the detector cells preferably as a linear or non-linear function of the relative position of the respective detector cell to the position associated with the respective readout channel. The approach is accomplished by viewing areas comprising multiple detector cells. In these areas, the assignment of the individual detector cells to the read-out channels is then selected such that approximately a division of the signal components onto the read-out channels results over the area considered, as is obtained by the distribution function for a detector cell arranged in the center of gravity of the area.

Bei einer Ausgestaltung des Detektors, bei der die einzelnen Detektorzellen annähernd rechteckige Flächen aufweisen und eine rechteckige Anordnung mit senkrechten Zeilen und Spalten bilden, werden vorzugsweise insgesamt N = 4 Auslesekanäle eingesetzt, die mit den Ecken der rechteckigen Anordnung korrespondieren. Ein Einsatz von lediglich N = 3 Auslesekanälen ist bei einer rechteckigen Anordnung zwar ebenso möglich, eine Nutzung von vier Auslesekanälen führt jedoch zu einem geringeren Rauschanteil. Eine Nutzung von insgesamt N = 3 Auslesekanälen ist jedoch beispielsweise für eine dreieckige Anordnung von Detektorzellen vorteilhaft.In one embodiment of the detector, in which the individual detector cells have approximately rectangular areas and form a rectangular arrangement with vertical rows and columns, preferably a total of N = 4 readout channels are used, which correspond to the corners of the rectangular arrangement. Although it is equally possible to use only N = 3 read-out channels in the case of a rectangular arrangement, use of four read-out channels results in a lower noise component. However, use of a total of N = 3 readout channels is advantageous, for example, for a triangular arrangement of detector cells.

Die einzelnen Detektorzellen können beim vorgeschlagenen Photodetektor Avalanche-Photodioden sein, vorzugsweise SPADs. Im Falle eines Detektors für die Detektion von Teilchenverteilungen können die Detektorzellen beispielsweise MAPS (monolithic active pixel sensors) sein.The individual detector cells may be avalanche photodiodes in the proposed photodetector, preferably SPADs. For example, in the case of a detector for the detection of particle distributions, the detector cells may be MAPS (monolithic active pixel sensors).

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist für den Nachweis von Röntgen- oder Gamma-Quanten über der Detektor-Empfangsfläche ein Szintillator aus mehreren Szintillationskristallen angeordnet, der die auftreffenden Röntgen- oder Gamma-Quanten in optische Photonen umwandelt, die mit Photodioden als Detektorelementen detektierbar sind. Der Szintillator kann hierbei beispielsweise in einzelne Säulen unterteilt sein, wie dies zum Erreichen einer hohen Ortsauflösung aus dem Stand der Technik bekannt ist.In a further advantageous embodiment, a scintillator of a plurality of scintillation crystals is arranged for the detection of X-ray or gamma quanta over the detector-receiving surface, which converts the incident X-ray or gamma quanta into optical photons detectable with photodiodes as detector elements. In this case, the scintillator can, for example, be subdivided into individual columns, as is known from the prior art for achieving a high spatial resolution.

Der vorgeschlagene Detektor lässt sich in der Ausgestaltung als Photodetektor beispielsweise in einem Gamma-Detektor in Verbindung mit Szintillationskristallen einsetzen. Anwendungsbeispiele hierfür sind die bereits angeführte PET sowie Anwendungen in den Materialwissenschaften. Auch im Bereich der Forschung lässt sich ein derartiger Photodetektor für Anwendungen nutzen, bei denen die hohe Ortsauflösung mit möglichst wenigen elektronischen Auslesekanälen gefordert wird.The proposed detector can be used in the embodiment as a photodetector, for example in a gamma detector in conjunction with scintillation crystals. Application examples for this are the already mentioned PET as well as applications in the material sciences. Also in the field of research, such a photodetector can be used for applications in which the high spatial resolution is required with as few electronic readout channels as possible.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Der vorgeschlagene Detektor wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The proposed detector will be described below with reference to an embodiment in Connection with the drawings briefly explained again. Hereby show:

1 zwei Beispiele für eine Zuordnung der einzelnen Detektorzellen des vorgeschlagenen Detektors zu insgesamt vier Auslesekanälen; 1 two examples of an assignment of the individual detector cells of the proposed detector to a total of four readout channels;

2 in vier Teilabbildungen ein weiteres Beispiel für eine Zuordnung der einzelnen Detektorzellen des vorgeschlagenen Detektors zu den vier Auslesekanälen; 2 in four partial illustrations, another example of an assignment of the individual detector cells of the proposed detector to the four readout channels;

3 ein Beispiel für eine Simulation („Flood Map”) bei schräger Anordnung eines Szintillators in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Detektor; 3 an example of a simulation ("Flood Map") in oblique arrangement of a scintillator in connection with the proposed detector;

4 eine schematisierte Darstellung einer Anordnung aus mehreren benachbarten Detektoren; 4 a schematic representation of an arrangement of a plurality of adjacent detectors;

5 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Ausgestaltung des vorgeschlagenen Detektors; 5 a schematic representation of a plan view of an embodiment of the proposed detector;

6 eine schematische Darstellung von drei unterschiedlichen Konzepten zur Ermittlung der Treffersummen pro Auslesekanal bei dem vorgeschlagenen Detektor; 6 a schematic representation of three different concepts for determining the hit sums per readout channel in the proposed detector;

7 ein Beispiel für einen Aufbau des vorgeschlagenen Detektors; 7 an example of a construction of the proposed detector;

8 ein Beispiel einer ODER-Struktur aus 7; 8th an example of an OR structure 7 ;

9 mögliche Implementierungen der Gruppen-ODER-Struktur; und 9 possible implementations of the group OR structure; and

10 mögliche Implementierungen der Multiplizitätszähler. 10 possible implementations of the multiplicity counter.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Im nachfolgenden Beispiel ist der Detektor als Silizium-Photomultiplier (SiPM) ausgebildet, bei dem die Detektor-Empfangsfläche aus vielen Einzelzellen, in der vorliegenden Patentanmeldung als Detektorzellen bezeichnet, zusammengesetzt ist. Die Detektorzellen sind wiederum in bekannter Weise durch Avalanche-Photodioden mit Vorwiderstand gebildet. Bei dem vorgeschlagenen Photodetektor ist jede für die Detektion genutzte Detektorzelle wenigstens einem Auslesekanal zugeordnet. Im vorliegenden Beispiel einer rechteckigen Detektor-Empfangsfläche werden N = 4 Auslesekanäle verwendet. Die Zuordnung der Detektorzellen zu den Auslesekanülen wird derart gewählt, dass aus den Signalen der Auslesekanäle über eine Schwerpunktsbildung die Position des Schwerpunktes einer auf die Detektorfläche auftreffenden Photonenverteilung bestimmt werden kann. Wird ein Bereich von Detektorzellen durch Photonen getroffen, so ergeben sich an den N Ausgängen Signale, die jeweils der Anzahl der Zellen des von den Photonen getroffenen Bereiches entsprechen, die dem jeweiligen Auslesekanal zugeordnet sind. Aus diesen Signalen kann dann aufgrund der Zellzuteilung durch Schwerpunktsbildung auf die Position des Bereiches zurückgerechnet werden. Die Zuordnung der Zellen zu den Auslese- bzw. Ausgangskanälen erfolgt dabei derart, dass dies lokal so gut wie möglich – innerhalb der Diskretisierungsgenauigkeit durch die endliche Größe der einzelnen Zellen – erreicht wird.In the following example, the detector is designed as a silicon photomultiplier (SiPM), in which the detector receiving surface is composed of many individual cells, referred to as detector cells in the present patent application. The detector cells are in turn formed in a known manner by avalanche photodiodes with series resistance. In the proposed photodetector, each detector cell used for detection is associated with at least one readout channel. In the present example of a rectangular detector receiving surface N = 4 readout channels are used. The assignment of the detector cells to the readout cannulas is selected such that the position of the center of gravity of a photon distribution impinging on the detector surface can be determined from the signals of the readout channels by means of a center of gravity formation. If a range of detector cells is hit by photons, the N outputs result in signals which correspond in each case to the number of cells of the area hit by the photons which are assigned to the respective readout channel. From these signals can then be calculated back to the position of the area due to the cell allocation by gravity formation. The assignment of the cells to the read-out or output channels takes place in such a way that this is achieved locally as well as possible-within the discretization accuracy by the finite size of the individual cells.

Die Schwerpunktsbildung ist hierbei nur ein bevorzugtes Beispiel auf Basis einer speziellen Verteilungsfunktion. Für die Schwerpunktsbildung werden die gewählten Positionen bzw. Koordinaten {x_Kanal,i, y_Kanal,i}, denen die Auslesekanäle i (i = 1...N) zugeordnet wurden, mit den dort gemessenen Signalen (Signal_i) gewichtet addiert. Das Ganze wird auf das Gesamtsignal normiert: {x_rek, y_rek} = Summe[{X_Kanal,i, y_Kanal,i}·Signal_i]/Summe[Signal_i] wobei {x_rek, y_rek} der Koordinate der zu bestimmenden Position, entspricht.Focusing is just a preferred example based on a special distribution function. For the formation of the centroid, the selected positions or coordinates {x _{channel, i} , y _{channel, i} } to which the read-out channels i (i = 1... N) have been assigned are weighted with the signals (signal _i ) measured there. The whole thing is normalized to the overall signal: {x _rek , y _rek } = sum [{X _{channel, i} , y _{channel, i} } · signal _i ] / sum [signal _i ] where {x _rek , y _rek } corresponds to the coordinate of the position to be determined.

Auch andere über die Empfangsfläche nichtlineare Verteilungsfunktionen können gewählt werden, falls beispielsweise eine höhere Ortsauflösung im Zentrum der Empfangsfläche als an den Rändern erwünscht ist. Die Zuordnung wird in Abhängigkeit der gewählten Verteilungsfunktion durchgeführt, wobei diese Verteilungsfunktion dann durch die Zuordnung jeweils lokal möglichst gut angenähert wird. Bei Wahl einer Verteilungsfunktion, die in den Richtungen parallel zu den Kanten der Detektor-Empfangsfläche die Form eines sinh (Sinus Hyperbolicus) hat, werden vorteilhaft ein über die gesamte Empfangsfläche gleicher Ortsfehler und eine gegenüber einer Verteilungsfunktion zur Schwerpunktsbildung höhere mittlere Ortsauflösung (bei gegebenem Rauschen) erreicht.Other non-linear distribution functions over the receiving surface can also be selected if, for example, a higher spatial resolution in the center of the receiving surface than at the edges is desired. The assignment is carried out as a function of the selected distribution function, whereby this distribution function is then approximated as closely as possible locally by the assignment. If a distribution function is selected which has the form of a sinh (hyperbolic sine) in the directions parallel to the edges of the detector receiving surface, it is advantageous to have an equal spatial error over the entire receiving surface and a higher average spatial resolution (with a given noise than for a distribution function for center-of-mass formation) ) reached.

1 zeigt hierzu zwei Beispiele für die Zuordnung der Detektorzellen 2 einer Detektor-Empfangsfläche 1 zu den vier Auslesekanälen für zwei unterschiedliche Diskretisierungen. Im oberen Teil der Figur besteht die Empfangsfläche zur Veranschaulichung lediglich aus 16 × 16 Detektorzellen 2, im unteren Teil der Figur aus 32 × 32 Detektorzellen 2. Bei in der Praxis eingesetzten Photodetektoren kann die Anzahl der Zellen nochmals höher sein und beispielsweise zwischen 40 × 40 und 160 × 160 Zellen oder darüber liegen. Die unterschiedliche Zuordnung der einzelnen Detektorzellen 2 zu den vier Auslesekanälen ist durch die unterschiedliche Darstellung der Zellen angedeutet. Mit einer derartigen Zuordnung der Detektorzellen 2 zu den vier Auslesekanälen wird eine Verteilungsfunktion angenähert, mit der die Position des Schwerpunkts der auftreffenden Photonenverteilung über eine Schwerpunktsbildung aus den Signalen der vier Auslesekanäle bestimmt werden kann. Dies führt zu einer über die gesamte Empfangsfläche nahezu gleichen Ortsauflösung, wobei auch der Bestimmungsfehler für jeden Bereich der Detektor-Empfangsfläche 1 annähernd gleich ist. 1 shows two examples of the assignment of the detector cells 2 a detector receiving surface 1 to the four readout channels for two different discretizations. In the upper part of the figure, the receiving surface for illustration only consists of 16 × 16 detector cells 2 , in the lower part of the figure from 32 × 32 detector cells 2 , In practical photodetectors, the number of cells may be even higher, for example between 40 × 40 and 160 × 160 cells or above. The different assignment of the individual detector cells 2 to the four readout channels is indicated by the different representation of the cells. With such an assignment of the detector cells 2 to the four Readout channels approximate a distribution function that determines the position of the center of gravity of the incident photon distribution by focusing on the signals of the four readout channels. This leads to a nearly identical spatial resolution over the entire receiving area, whereby the determination error for each area of the detector receiving area 1 is approximately equal.

2 zeigt in den vier Teilabbildungen a bis d die jeweilige Zuordnung der Detektorzellen 2 zu einem der Auslesekanäle für eine Größe der Detektor-Empfangsfläche 1 von 80 × 80 Zellen. Die Punkte in den jeweiligen Teilabbildungen markieren die Zellen, die dem jeweiligen Kanal zugeordnet sind. Jeder Zelle ist dabei genau ein Kanal zugeordnet, so dass eine Überlagerung der vier Teilabbildung eine vollständig schwarze Fläche ergeben würde. 2 shows in the four partial illustrations a to d, the respective assignment of the detector cells 2 to one of the readout channels for a size of the detector receiving surface 1 of 80x80 cells. The dots in the respective sub-images mark the cells that are assigned to the respective channel. Each cell is assigned exactly one channel, so that a superimposition of the four partial image would result in a completely black area.

Im Folgenden wird ein Beispiel für eine Vorgehensweise bei der Zuordnung der Detektorzellen zu den Auslesekanälen erläutert, mit der die Zuordnungen der 1 und 2 erzeugt wurden. Hierbei werden folgende Schritte durchgeführt:

1) Für jede Detektorzelle (Pixel) wird in einem ersten Schritt die ideale prozentuale Aufteilung I_i eines (Einheits)Signals auf die N Auslesekanäle berechnet (i = 1 ... N). Dazu wird die gewählte Verteilungsfunktion über die Fläche der Zelle integriert. Die Summe der N Anteile ergibt in diesem Beispiel aufgrund des Einheitssignals den Wert 1.
2) Die einzelnen Detektorzellen werden zunächst keinem Kanal zugewiesen.
3) Als anfängliche Block- bzw. Clustergröße M × M wird eine Größe von 2 × 2 Detektorzellen gesetzt.
4) Es wird mit einem Cluster in einer Ecke der Detektor-Empfangsfläche begonnen.
5) Die Summe der M × M Aufteilungsanteile I_i wird für diesen Cluster berechnet. I_i ist in der Regel nicht ganzzahlig. Eine bereits erfolgte Zuweisung von Pixeln im Cluster zu einem Auslesekanal wird in F_i aufaddiert. F_i ist ganzzahlig für alle i = 1...N.
6) Solange irgendein I_i um mehr als 1 größer als das zugehörige F_i ist, muss im Cluster ein weiteres Pixel dem Kanal i zugewiesen werden:
– ein noch nicht zugeordnetes Pixel im Cluster wird zufällig ausgewählt und dem Kanal i zugewiesen;
– F_i wird um 1 erhöht.
Dieser Schritt wird solange wiederholt, bis alle Differenzen I_i – F_i kleiner als 1 sind.
7) Der Cluster wird um M nach rechts/links oder nach oben/unten verschoben und ab Schritt 5) der Vorgang wiederholt, bis die gesamte Detektor-Empfangsfläche abgearbeitet ist. Selbstverständlich kann hierbei grundsätzlich auch an anderer Stelle der Empfangsfläche begonnen werden oder die Abarbeitung der Gesamtfläche nach einem anderen Schema erfolgen.
8) Im nächsten Schritt wird die Clustergröße erhöht, vorzugsweise verdoppelt, wobei die maximale Größe durch die Größe der Detektor-Empfangsfläche begrenzt ist, und wieder bei Schritt 4) begonnen. Dies erfolgt solange, bis alle Detektorzellen bzw. Pixel einem Auslesekanal zugeordnet sind.

The following is an example of a procedure in the assignment of the detector cells to the readout channels explained with the assignments of 1 and 2 were generated. The following steps are carried out:

1) For each detector cell (pixel), in a first step the ideal percentage distribution I _{i of} a (unit) signal is calculated on the N readout channels (i = 1 ... N). For this, the selected distribution function is integrated over the area of the cell. The sum of the N components in this example gives the value 1 due to the standard signal.
2) The individual detector cells are initially not assigned to any channel.
3) As the initial block size M × M, a size of 2 × 2 detector cells is set.
4) Start with a cluster in a corner of the detector receiving surface.
5) The sum of the M × M division shares I _i is calculated for this cluster. I _i is not usually integer. An already made assignment of pixels in the cluster to a readout channel is added to F _i . F _i is an integer for all i = 1 ... N.
6) Except insofar as any I _i is more than 1 greater than the corresponding F _i, must be assigned to the channel i in the cluster another pixel:
An unassigned pixel in the cluster is randomly selected and assigned to channel i;
- F _i is increased by 1.
This step is repeated until all differences I _i -F _{i are} less than 1.
7) The cluster is shifted M to the right / left or up / down and from step 5) the process is repeated until the entire detector receiving surface has been processed. Of course, in this case, in principle, the reception area can also be started elsewhere or the processing of the total area can be carried out according to a different scheme.
8) In the next step, the cluster size is increased, preferably doubled, the maximum size being limited by the size of the detector receiving area, and started again at step 4). This takes place until all detector cells or pixels are assigned to a readout channel.

Die Annäherung an die gewünschte Verteilungsfunktion erfolgt dabei umso besser, je mehr einzelne Detektorzellen auf der Detektor-Empfangsfläche zur Verfügung stehen. Dies gilt auch für den späteren Fehler bei der Positionsbestimmung, der auch mit zunehmender Größe des jeweils beleuchteten Bereichs abnimmt, da dann die Statistik besser wird. Bei einem Detektor von 8 mm Kantenlänge und Zellen von 50 μm × 50 μm (Quadrat) lassen sich etwa 10 Blöcke von 0,8 mm Kantenlänge unterscheiden.The approach to the desired distribution function is performed the better, the more individual detector cells are available on the detector receiving surface. This also applies to the later error in the position determination, which decreases with increasing size of each illuminated area, since then the statistics will be better. With a detector of 8 mm edge length and cells of 50 μm × 50 μm (square), about 10 blocks of 0.8 mm edge length can be distinguished.

Ein besonderer Vorteil des vorgeschlagenen Photodetektors besteht darin, dass die Ortsauflösung und Bestimmungsgenauigkeit unabhängig von der Position eines Szintillators über der Empfangsfläche ist. 3 zeigt hierzu ein Beispiel für einen gegenüber den Kanten der Detektor-Empfangsfläche 1 verdrehten Szintillator 3 mit 7 × 7 einzelnen Szintillator-Kristallen. Die von den Kristallen ausgesendeten Photonen wurden hierbei mit endlicher Photonenzahl simuliert und die oben beschriebene Zuordnung der Detektorzellen zu den Auslesekanälen angenommen. Hierbei wurde eine Detektor-Empfangsfläche mit 100 × 100 Zellen simuliert. Aus den über die Zuordnung berechneten Auftrefforten 4 dieser so genannten Flood-Map ist ersichtlich, dass trotz der Verdrehung die Positionen der einzelnen Szintillator-Kristalle gut aufgelöst werden können. Der Photodetektor ist somit sehr tolerant gegenüber einer Dejustierung eines eventuell in Verbindung mit dem Detektor eingesetzten Szintillators.A particular advantage of the proposed photodetector is that the spatial resolution and accuracy of determination is independent of the position of a scintillator over the receiving surface. 3 shows an example of one opposite the edges of the detector receiving surface 1 twisted scintillator 3 with 7x7 individual scintillator crystals. The photons emitted by the crystals were simulated here with a finite number of photons and assumed the above-described assignment of the detector cells to the readout channels. In this case, a detector receiving surface was simulated with 100 × 100 cells. From the places of impact calculated by the assignment 4 This so-called flood map shows that despite the twist, the positions of the individual scintillator crystals can be well resolved. The photodetector is thus very tolerant of a misalignment of any scintillator used in conjunction with the detector.

4 zeigt beispielhaft eine Anordnung aus mehreren benachbarten Detektoren mit dreieckiger Detektor-Empfangsfläche 1. Jeder dieser Detektoren weist drei Auslesekanäle auf, die den Ecken der Detektor-Empfangsflächen 1 zugeordnet sind. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind jeweils ein oder mehrere Auslesekanäle jeweils benachbarter Detektoren miteinander verbunden, werden also gemeinsam genutzt. 4 shows an example of an arrangement of several adjacent detectors with triangular detector-receiving surface 1 , Each of these detectors has three readout channels, which correspond to the corners of the detector receiving surfaces 1 assigned. In an advantageous embodiment, in each case one or more readout channels of respectively adjacent detectors are connected to one another, so they are used together.

So kann im Beispiel der 5 jeweils der dem Eckpunkt 6 zugeordnete Auslesekanal von allen sechs benachbarten Detektoren gemeinsam genutzt werden. Das Gleiche gilt für die jeweils anderen Eckpunkte. Damit lässt sich die Anzahl der Auslesekanäle bei einer derartigen Anordnung zusätzlich reduzieren.So can in the example of the 5 each of the corner 6 associated readout channel are shared by all six adjacent detectors. The same applies to the other corner points. This can additionally reduce the number of readout channels in such an arrangement.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus des vorgeschlagenen Photodetektors in Draufsicht, der in einem CMOS-Chip implementiert ist. In jedem Pixel 2 befindet sich eine Single Photon Avalanche Diode (SPAD) 7 als Detektorelement sowie Elektronik 8 zur Auslese. 5 zeigt hierzu einen beispielhaften Chip, auf dem am Rand auch weitere Elektronik 9 sowie Anschlusspads 10 angeordnet sind. 5 shows a schematic representation of an exemplary construction of the proposed Photodetector in plan view, which is implemented in a CMOS chip. In every pixel 2 there is a single photon avalanche diode (SPAD) 7 as a detector element and electronics 8th to the elite. 5 shows an exemplary chip on the edge and other electronics 9 as well as connection pads 10 are arranged.

Die typische Größe einer Detektorzelle bzw. eines Pixels 2 beträgt dabei etwa 50 × 50 μm², die Größe eines Chips bis zu 1 cm², so dass etwa 200 × 200 = 40000 Pixel 2 pro Chip angeordnet werden können. Ein Detektions-Ereignis, auch als Treffer bezeichnet, in einer SPAD-Zelle führt zu Signalaktivität in der zugeordneten Elektronik 8. Dies kann dann weitere Prozesse auslösen, insbesondere das Auslesen des gesamten Detektors. Hier kann dann ermittelt werden, welche Detektorzellen getroffen sind.The typical size of a detector cell or a pixel 2 is about 50 × 50 microns ² , the size of a chip up to 1 cm ² , so that about 200 × 200 = 40000 pixels 2 can be arranged per chip. A detection event, also known as hit, in a SPAD cell results in signal activity in the associated electronics 8th , This can then trigger further processes, in particular the reading of the entire detector. Here it can then be determined which detector cells are hit.

Im Prinzip könnte die 1/0 Trefferinformation jeder Detektorzelle ausgelesen werden. Dies ist jedoch aufgrund der hohen Datenmenge viel zu langsam. Bei dem vorgeschlagenen Detektor werden daher die Treffer der Gruppen, die den einzelnen Auslesekanälen zugeordnet sind, getrennt summiert. Die CMOS-Implementierung bietet hier recht einfach die Möglichkeit, die Zuordnung programmierbar zu machen. Im Folgenden sind unterschiedliche Möglichkeiten einer derartigen Auslese beim vorgeschlagenen Photodetektor beispielhaft dargestellt. Die Darstellungen der 6 zeigen dabei jeweils beispielhaft nur drei der Detektorzellen bzw. Pixel 2 des Detektors.In principle, the 1/0 hit information of each detector cell could be read out. However, this is far too slow due to the large amount of data. In the proposed detector, therefore, the hits of the groups associated with the individual readout channels are summed separately. The CMOS implementation here quite simply offers the possibility of making the assignment programmable. In the following, different possibilities of such a readout in the proposed photodetector are shown by way of example. The representations of the 6 each show only three of the detector cells or pixels, for example 2 of the detector.

In dem Beispiel der 6a wird das Auslesen mit Hilfe eines Schieberegisters 11 realisiert. Alle Treffer der Detektorzellen bzw. Pixel 2 einer Spalte (oder Zeile) werden in ein Schieberegister 11 geladen und ausgetaktet. Ein seriell eintreffender Treffer erhöht einen zur Kanalzuordnung gehörenden Zähler 12, von denen in diesem Beispiel vier Zähler 12 für vier Auslesekanäle gezeigt sind. Die Zuordnung der Detektorzellen zu den Auslesekanälen ist in einem Speicher 13 in der Peripherie des Chips abgelegt. Diese Lösung ist im einzelnen Pixel sehr kompakt, benötigt jedoch einen Takt und ist relativ langsam, da viele Takte erforderlich sind, bis alle Pixel des Detektors ausgelesen sind.In the example of 6a reading is done by means of a shift register 11 realized. All hits of the detector cells or pixels 2 a column (or row) will be in a shift register 11 loaded and clocked. A serial hit increases a counter associated with the channel assignment 12 of which in this example four counters 12 are shown for four readout channels. The assignment of the detector cells to the readout channels is in a memory 13 stored in the periphery of the chip. This solution is very compact in the single pixel, but requires a clock and is relatively slow since many clocks are required until all the pixels of the detector are read out.

In dem Beispiel der 6b befinden sich in jedem Pixel 2 mehrere Addierer 14 (binär oder anders codiert), die ihre Ergebnisse zum nächsten Pixel weitergeben. Pro Auslesekanal ist ein Addierer vorhanden. Bei einem Treffer wird eine „1” in einem der Addierer hinzuaddiert. Die Auswahl des Addierers (= Kanalzuordnung), der die Treffer des Pixels aufaddiert, ist in einem Speicher im Pixel selbst abgelegt. Diese Lösung erfordert sehr viel Logik pro Pixel, ist aber schneller als die Auslese mit einem Schieberegister und arbeitet ohne Takt.In the example of 6b are in every pixel 2 several adders 14 (binary or otherwise coded) that pass their results to the next pixel. There is an adder per read channel. In the case of a hit, a "1" is added in one of the adders. The selection of the adder (= channel assignment), which adds up the hits of the pixel, is stored in a memory in the pixel itself. This solution requires a lot of logic per pixel, but is faster than the readout with a shift register and works without clock.

In der Ausgestaltung der 6c befindet sich in jedem Pixel 2 nur ein Addierer 14, der nacheinander die einzelnen Kanäle aufaddiert. Die Auswahl der Zuordnung erfolgt dabei im Pixel, die Auswahl des jeweils bearbeiteten Kanals über ein Steuersignal, mit dem die Pixel 2 beim Auslesen angesteuert werden. Das Steuersignal übermittelt den Pixeln 2 dabei den jeweiligen Kanal, der gerade ausgelesen wird. Im Pixel ist wiederum der Kanal gespeichert, dem das Pixel zugeordnet ist. Diese Lösung ist kompakter, jedoch etwas langsamer als die Lösung der 6b. Eine Vereinfachung und Beschleunigung dieses Addiereransatzes kann durch eine hierarchische Addition mit steigenden Bitbreiten erreicht werden. Damit wird auch die Anzahl zu durchlaufender Stufen reduziert. So kann bspw. ein binärer Baum realisiert werden, bei dem die erste Ebene lediglich eine Addition mit nur einem Bit erfordert.In the embodiment of 6c is in every pixel 2 just an adder 14 , which successively adds up the individual channels. The selection of the assignment takes place in the pixel, the selection of the respective edited channel via a control signal with which the pixels 2 be driven when reading. The control signal transmits the pixels 2 while the respective channel, which is currently being read. The pixel in turn stores the channel to which the pixel is assigned. This solution is more compact, but slightly slower than the solution 6b , Simplification and acceleration of this adder approach can be achieved by hierarchical addition with increasing bit widths. This also reduces the number of steps to be traversed. Thus, for example, a binary tree can be realized in which the first level requires only one bit addition.

Der vorgeschlagene Photodetektor lässt sich sehr vorteilhaft in einem Chip implementieren. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung sowie auch einen niedrigeren Gesamt-Leistungsverbrauch als ein analoger Photodetektor mit einem zusätzlichen Chip. Durch die Möglichkeit der programmierbaren Kanalzuordnung kann eine Anpassung der aktiven Fläche, eine Korrektur der Kristallgeometrie oder auch eine Korrektur von Randeffekten erfolgen.The proposed photodetector can be implemented very advantageously in a chip. This allows for low cost manufacturing as well as lower overall power consumption than an analog photodetector with an additional chip. Due to the possibility of programmable channel assignment, an adaptation of the active surface, a correction of the crystal geometry or a correction of edge effects can take place.

Ein derartiger Photodetektor hat gegenüber einem analogen Detektor den Vorteil besserer Zeitauflösung, da die Kapazitäten und Wege geringer und die Signale höher sind. Durch die Möglichkeit der Integration zusätzlicher aktiver Elektronik in die einzelnen Zellen wird das Abschalten defekter Zellen ermöglicht, so dass die Rate falscher Treffer reduziert werden kann. Auch rauschende (aber funktionierende) Pixel können aus dem Trigger ausgeschlossen werden. Der Trigger, d. h. das Startsignal zum Auslesen der Zellen, kann auf eine exakt programmierbare Multiplizität erfolgen. So kann bspw. festgelegt werden, dass mindestens eine vorgegebene Anzahl an Ereignissen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters durch die Pixel detektiert werden muss, um den Trigger auszulösen. Dadurch kann sehr wirksam Rauschen als Startsignal ausgeschlossen werden.Such a photodetector has the advantage of better time resolution over an analog detector, since the capacitances and paths are lower and the signals are higher. The possibility of integrating additional active electronics into the individual cells makes it possible to switch off defective cells, so that the rate of false hits can be reduced. Also rushing (but working) pixels can be excluded from the trigger. The trigger, d. H. the start signal for reading out the cells can be made to an exactly programmable multiplicity. For example, it may be determined that at least a predetermined number of events within a specific time window must be detected by the pixels in order to trigger the trigger. This can very effectively exclude noise as a start signal.

Die 7 bis 10 zeigen schließlich ein Beispiel für den Aufbau eines digitalen Photodetektorchips gemäß der vorliegenden Erfindung sowie mögliche Implementierungen einzelner Schaltungsteile. 7 zeigt hierzu im oberen Teil die Schaltung in jedem Pixel, im unteren Teil die Schaltung in der Peripherie des Chips.The 7 to 10 Finally, an example of the construction of a digital photodetector chip according to the present invention and possible implementations of individual circuit parts. 7 shows in the upper part of the circuit in each pixel, in the lower part of the circuit in the periphery of the chip.

In jeder Elementarzelle bzw. jedem Pixel 2 des Photodetektorchips befindet sich eine Single Photon Avalanche Photodiode (SPAD), die beim Eintreffen eines Photons einen Signalimpuls liefert. Der Signalverarbeitungsteil 15 enthält neben der SPAD z. B. einen schnellen Diskriminator, um ein digitales Signalniveau zu erzeugen, eine Quench-Schaltung, um die SPAD nach einem Treffer schnell wieder betriebsbereit zu machen, und die Möglichkeit, defekte Zellen abzuschalten. Die Treffersignale 16 in den Pixeln müssen nun die Auslese eines Ereignisses auslösen. Um falsche Auslesen durch Rauschtreffer zu unterbinden, fordert man z. B. mehrere Treffersignale in verschiedenen Pixeln innerhalb eines kurzen Zeitintervalls. Dies kann umgesetzt werden, indem die Treffersignale 16 in jedem Pixel einen digitalen Impuls mit einstellbarer Breite erzeugen, z. B. in einem Monoflop 17. Diese kurzen Triggersignale 18 aller Pixel werden in einer ODER-Struktur 19 zur Peripherie des Chips transportiert, wo eine Multiplizität bestimmt wird. Eine Implementierung dieses Teils ist weiter unten separat beschrieben. Um funktionierende, aber rauschende Pixel aus dem Trigger auszuschließen, kann der Triggerteil mit einer Abschalteinrichtung 20 pixelweise abgeschaltet werden. Die Pixel-Konfigurationsbits, die z. B. die SPAD deaktivieren oder aus dem Trigger ausschließen, können in einem Konfigurationsspeicher 21 im Pixel gespeichert werden. Parallel zum Triggerpfad wird die Trefferinformation in jedem Pixel in Speichern 22 abgelegt. Um die Totzeit zu reduzieren, also Treffer entgegennehmen zu können, wenn die Auslese noch nicht beendet ist, können mehrere Speicher 22 zum Abspeichern der Trefferinformation verwendet werden. Das Zeitintervall, in dem SPAD Signale zu einem speziellen Ereignis akkumuliert werden, die Auswahl des Speichers 22 und das Zurücksetzen werden von globalen Kontrollsignalen 23 gesteuert. Um für Testzwecke und zum Ermitteln geeigneter Konfigurations-Einstellungen ermitteln zu können, welche SPADs einen Trigger ausgelöst haben, kann das Triggersignal ebenfalls in einem weiteren Buffer 24 abgespeichert werden. Zur Auslese der in den Pixeln anstehenden Daten wählen Kontrollsignale 23 mit Hilfe eines Multiplexers 25 eines der gespeicherten Bits aus. Der Wert wird in ein Flipflop 26 geladen, welches mit Flipflops anderer Pixel zu einem Schieberegister verbunden ist. Mit Hilfe eines Taktsignals werden so die Bits sequentiell zum Rand des Chips befördert. In einer kompakten Ausführungsform ist nur ein Flipflop pro Pixel vorhanden, so dass z. B. der Hit-Buffer 22 und der Trigger-Buffer 24 nacheinander ausgelesen werden müssen. Mehrere Flipflops pro Pixel wären möglich. Um die einzelne Auslese zu beschleunigen kann der Eingang des Flipflops in einem Pixel je mit dem übernächsten Pixel verbunden werden, so dass das Schieberegister effektiv halb so lang ist, aber zwei Bit breit ist. Diese Methode kann auf mehr Bits erweitert werden. Die Schaltung in der Peripherie muss entsprechend angepasst werden.In each unit cell or pixel 2 The photodetector chip is a single photon avalanche photodiode (SPAD), which delivers a signal pulse upon the arrival of a photon. The signal processing part 15 contains in addition to the SPAD z. A fast discriminator to generate a digital signal level, a quench circuit to quickly make the SPAD operational again after a hit, and the ability to turn off defective cells. The hit signals 16 in the pixels now have to trigger the selection of an event. To prevent false readings by noise hits, one asks z. B. multiple hit signals in different pixels within a short time interval. This can be implemented by the hit signals 16 generate a digital pulse with adjustable width in each pixel, e.g. B. in a monoflop 17 , These short trigger signals 18 all pixels are in an OR structure 19 transported to the periphery of the chip, where a multiplicity is determined. An implementation of this part is described separately below. In order to exclude functioning, but noisy pixels from the trigger, the trigger part can be equipped with a switch-off device 20 be turned off pixel by pixel. The pixel configuration bits, e.g. For example, disabling or excluding the SPAD can be done in a configuration store 21 be stored in the pixel. Parallel to the trigger path, the hit information is stored in each pixel 22 stored. In order to reduce the dead time, so to be able to accept hits, if the selection is not yet finished, several memory 22 be used for storing the hit information. The time interval in which SPAD signals are accumulated to a particular event, the selection of the memory 22 and the reset will be from global control signals 23 controlled. In order to be able to determine which SPADs triggered a trigger for test purposes and to determine suitable configuration settings, the trigger signal can also be stored in another buffer 24 be stored. To select the data pending in the pixels select control signals 23 with the help of a multiplexer 25 one of the stored bits. The value is in a flip flop 26 which is connected to flip-flops of other pixels to a shift register. With the aid of a clock signal, the bits are conveyed sequentially to the edge of the chip. In a compact embodiment, only one flip-flop per pixel is present, so that z. B. the hit buffer 22 and the trigger buffer 24 must be read out one after the other. Several flip-flops per pixel would be possible. To speed up the single readout, the input of the flip-flop in one pixel may each be connected to the next but one pixel so that the shift register is effectively half as long but two bits wide. This method can be extended to more bits. The circuit in the periphery must be adapted accordingly.

Auslöser eines interessanten Ereignisses sind genügend zeitnahe Trigger. Diese werden durch die ODER-Struktur 19 zur Peripherie geleitet. Dort wird in einer Multiplizitätseinheit 27 die Multiplizität (also die Anzahl gleichzeitig aktiver Trigger) ermittelt. Wird eine Schwelle 28 überschritten, so wird ein Ereignis ausgelöst. Dieser Teil ist weiter unten genauer beschrieben. Ein valider Trigger 29 startet eine Zustandsmaschine (Hauptsteuerung 30), die die Abläufe im Chip mit Hilfe von Kontrollsignalen 23 steuert. Um den Zeitpunkt des Ereignisses zu ermitteln kann ein chip-interner Time-Digital-Wandler (TDC) 31 einen Zeitstempel für das Signal (Trigger 29) ermitteln oder das Signal wird über Anschlusspads 32 zu einer externen Schaltung zur Zeitmessung übermittelt. Die Hauptsteuerung 30 muss nach einem validen Trigger 29 die in den Pixeln zum Trigger gespeicherten Bits auslesen. Dazu wird ein Adresszähler 33 gestartet, der Daten aus einem Speicher (RAM) 34 auswählt. Dort ist für jeden Takt des Pixel-Schieberegisters abgelegt, welchem Auslesekanal ('Farbe') das zu dem am Ausgang des Schieberegisters anliegende Bit gehörige Pixel zugeordnet ist. Auf diese Weise ist die Zuordnung frei im RAM 34 programmierbar. Pro Spalte stehen mehrere Zähler 35 zur Verfügung, die jeweils die Pixel eines Auslesekanals zählen. Je nach Wert des Speichers 34 wird dazu einer dieser Zähler 35 erhöht. Pixel können auch unbenutzt bleiben, wenn durch geeignete Steuerung gar kein Zähler aktiviert wird. Nachdem alle Pixel ausgetaktet sind, müssen mit digitalen Addierern 36 die Summen der Werte in den einzelnen Schieberegistergruppen berechnet werden. Die Ergebnisse können zunächst in einem FIFO 37 abgelegt werden, so dass ein neuer Pixel-Auslesezyklus sofort beginnen kann, also noch bevor der serielle Abtransport der Daten mit einem Serializer 38 abgeschlossen ist. Üblicherweise hat der Chip ein Interface 39, mit dem die Betriebsparameter (Zeitfenster, Multiplizitäten, Farbzuordnung im RAM etc.) eingestellt und die Konfigurationsbits im Konfigurationsspeicher 21 der Pixel gesetzt und evtl. gelesen werden können.Triggers of an interesting event are enough timely triggers. These are determined by the OR structure 19 directed to the periphery. There is in a multiplicity unit 27 the multiplicity (ie the number of simultaneously active triggers) is determined. Becomes a threshold 28 exceeded, an event is triggered. This part is described in more detail below. A valid trigger 29 starts a state machine (main controller 30 ), which the processes in the chip by means of control signals 23 controls. In order to determine the time of the event, a chip-internal time-to-digital converter (TDC) 31 a timestamp for the signal (trigger 29 ) or the signal is transmitted via connection pads 32 transmitted to an external timing circuit. The main controller 30 must be after a valid trigger 29 read out the bits stored in the pixels for the trigger. This is an address counter 33 started, the data from a memory (RAM) 34 selects. There is stored for each clock of the pixel shift register, which readout channel ('color') is associated with the pending at the output of the shift register associated pixels. In this way, the allocation is free in RAM 34 programmable. There are several counters per column 35 available, each counting the pixels of a readout channel. Depending on the value of the memory 34 becomes one of these counters 35 elevated. Pixels can also remain unused if no counter is activated by suitable control. After all the pixels are clocked out, digital adders are needed 36 the sums of the values in the individual shift register groups are calculated. The results can first in a FIFO 37 can be stored so that a new pixel read cycle can begin immediately, even before the serial removal of the data with a serializer 38 is completed. Usually, the chip has an interface 39 , with which the operating parameters (time windows, multiplicities, color assignment in RAM etc.) are set and the configuration bits in the configuration memory 21 the pixels can be set and possibly read.

Anhand der 8 wird nun ein Beispiel für die ODER-Struktur 19 der 7 beschrieben. Eine einfache Multiplizitätsbestimmung kann erfolgen, indem jedes Pixel bei einem Treffer einen Einheits-Strom in einen Knoten schickt. Eine Messung des Stroms dort erlaubt eine Messung der Trigger-Multiplizität. Diese Methode ist einfach, kostet aber viel Strom, wenn die Geschwindigkeit hoch sein muss (um die Zeitinformation der Treffer beizubehalten). Eine andere Lösung, die mit binären Signalniveaus arbeitet, ist in 8 skizziert. Die Pixel 2 sind in Gruppen eingeteilt, was vorzugsweise Spalten, Doppelspalten etc. sein können. Alle Pixel 2 einer Gruppe senden ihre Treffer (Triggersignale 18) zum ODER-Block 40 der Gruppe, der ein binäres Ausgangssignal 'ColOR' 41 oder 'RowOR' 47 erzeugt, sobald mindestens ein Eingang aktiv ist. Eine mögliche Implementierung der ODER-Blocks 40 ist weiter unten beschrieben. Durch das Zusammenfassen vieler Pixel in einer Gruppe und die Reduktion der Trefferinformation auf ein Bit ist keine genaue Multiplizitätsbestimmung mehr möglich. Bei genügend kleinen Gruppen ist aber in realen Anwendungen die Wahrscheinlichkeit eines Doppeltreffers in einer Gruppe gering. Diese Problematik kann optional weiter entschärft werden, indem jedes Pixel einer weiteren (möglichst jeweils disjunkten) Gruppe zugeordnet wird, z. B. Zeilen. Wird auch hier ein Trefferbit mit einem weiteren ODER-Block 40 ermittelt, so ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Treffer in einem bereits benutzten 'Spalten' UND 'Zeilen'-Block vorkommt, sehr gering. Die binären Signale der Gruppen müssen nun in Schaltungsblöcken (Multiplizitätszähler 42) 'gezählt' werden. Hierbei genügt es in den meisten Anwendungen, nur kleine Multiplizitäten exakt zu ermitteln, so dass das Multiplizitätssignal 43 eine kleine Bitbreite haben kann (s. weiter unten). Die Multiplizität 43 wird in einem Vergleicher 44 mit einer Mindestmultiplizität 45 verglichen und löst so einen validen Trigger 29 aus.Based on 8th now becomes an example of the OR structure 19 of the 7 described. Simple multiplicity determination can be done by having each pixel send a unit stream to a node on a hit. A measurement of the current there allows a measurement of the trigger multiplicity. This method is simple but costs a lot of power if the speed needs to be high (to maintain the time information of the hits). Another solution that works with binary signal levels is in 8th outlined. The pixels 2 are divided into groups, which may preferably be columns, double columns, etc. All pixels 2 a group send their hits (trigger signals 18 ) to the OR block 40 the group that has a binary output 'ColOR' 41 or 'RowOR' 47 generated as soon as at least one input is active. A possible implementation of the OR blocks 40 is described below. By combining many pixels in a group and the reduction of the hit information to one bit, no precise multiplicity determination is possible anymore. at However, in real applications the likelihood of a double hit in a group is small enough for small groups. Optionally, this problem can be further defused by assigning each pixel to another (possibly disjoint) group, e.g. Eg lines. Will also be a hit bit with another OR block 40 determined, the probability that a hit occurs in an already used 'column' AND 'row' block is very low. The binary signals of the groups must now be in circuit blocks (multiplicity counter 42 ) 'counted'. Here it is sufficient in most applications to determine only small multiplicities exactly, so that the multiplicative signal 43 can have a small bit width (see below). The multiplicity 43 will be in a comparator 44 with a minimum multiplicity 45 compared and thus solves a valid trigger 29 out.

Wird eine weitere Gruppenstruktur benutzt, so wird das zweite Multiplizitätssignal entsprechend verarbeitet und die zwei Entscheidungen vereint. In der Regel wird man eine volle Multiplizität in einer der beiden Gruppenstrukturen fordern und ein ODER Gatter 46 nutzen, aber andere Kombinationen sind möglich.If another group structure is used, the second multiplier signal is processed accordingly and the two decisions combined. As a rule, one will demand a full multiplicity in one of the two group structures and an OR gate 46 use, but other combinations are possible.

9 zeigt mögliche Implementierungen der Gruppen-ODER-Struktur (ODER-Block 40). Die ODER-Struktur muss bei mindestens einem Treffer in einem von N Eingängen ein Ausgangssignal erzeugen. Dies entspricht z. B. einer logischen ODER Funktion mit vielen Eingängen. Eine Ausführungsform, wie sie in Teilabbildung A der 9 dargestellt ist, nutzt ein 'wired-OR': Jedem Eingang ist ein Transistor 48 zugeordnet (z. B. ein NMOS), der Strom aus einem zentralen Knoten 49 entnimmt. Ein solcher Stromfluss wird von einem Empfänger 50 erkannt. Im einfachsten Fall besteht der Empfänger 50 nur aus Elementen, die versuchen, den Knoten 49 auf positivem Niveau zu halten. Der Stromfluss wirkt dem ausreichend entgegen, so dass ein niedriges Niveau auf dem Knoten 49 einen aktiven Eingang anzeigt. Um eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen sollte der Spannungshub am Knoten 49 begrenzt werden und der Empfänger 50 z. B. eine niedrige Eingangsimpedanz, etwa durch eine Kaskode, haben. 9 shows possible implementations of the group OR structure (OR block 40 ). The OR structure must generate an output signal for at least one hit in one of N inputs. This corresponds to z. B. a logical OR function with many inputs. An embodiment, as shown in Figure A of the 9 uses a 'wired-OR': Each input is a transistor 48 associated (eg, an NMOS), the power from a central node 49 extracts. Such a flow of current is from a receiver 50 recognized. In the simplest case, there is the receiver 50 only from elements that try the node 49 to maintain a positive level. The current flow counteracts this sufficiently, so that a low level on the node 49 indicates an active input. To achieve a higher speed, the voltage swing should be at the node 49 be limited and the recipient 50 z. B. have a low input impedance, such as by a cascode.

Eine rein digitale Ausführungsform ist in Teilabbildung B der 9 gezeigt: Die ODER Funktion wird durch eine Folge von kaskadierten Gattern erzeugt. Eine erste Gatterstufe 51 mit je zwei oder mehr Eingängen reduziert die Anzahl Signale von N auf N/2 oder weniger, weitere Stufen 52...53 reduzieren bis auf ein einziges Signal. Diese Implementierung erfordert nur logarithmisch wenige Durchlaufzeiten bis zum Ausgang, die einzelnen Gatter haben ein kleines Fan-Out und Fan-In und somit eine kurze Durchlaufzeit, und alle Durchlauf-Wege von einem Eingang zum Ausgang sind gleich lang, so dass die Durchlaufzeit unabhängig vom Eingang ist. Da ODER Gatter z. T. nicht direkt implementiert werden können (in CMOS sind Gatter üblicherweise invertierend), können auch alternierende NAND und NOR Gatter genutzt werden.A purely digital embodiment is shown in partial illustration B of 9 The OR function is generated by a sequence of cascaded gates. A first gate level 51 with two or more inputs each, the number of signals reduces from N to N / 2 or less, further stages 52 ... 53 reduce to a single signal. This implementation requires only logarithmically few throughput times to the output, the individual gates have a small fan-out and fan-in and thus a short turnaround time, and all pass-paths from an input to the output are the same length, so that the turnaround time is independent Entrance is. Since OR gate z. T. can not be implemented directly (in CMOS gates are usually inverting), alternating NAND and NOR gates can be used.

10 zeigt schließlich noch mögliche Implementierungen der Multiplizitätszähler 42. Die Multiplizitätszähler 42 sollen ermitteln, wie viele der N binären Eingänge aktiv sind. Da in realen Anwendungen nur kleine Multiplizitäten M (M <~ 5) relevant sind, ist es ausreichend die Informationen mit wenigen (K) Bit zu kodieren und große Multiplizitäten in einem Code zusammenzufassen, also z. B. Codes für M = 0, M = 1, M = 2, M >= 3 zu nutzen. Die Codes müssen nicht binär sein. Gruppen von Eingängen werden zunächst mit einem ersten 'Addierer' ADD1 54 in den K Bit breiten Code 55 umgewandelt. Die weiteren 'Addierer' ADDK 56...57 verarbeiten nun je zwei K Bit breite Eingänge zu einem K Bit breiten Ausgang bis zum Ausgangssignal 58. Auch hier sollte vorteilhaft ein Binärbaum mit konstanten Durchlaufzeiten für alle Eingänge implementiert werden. Die 'Addierer' ADD1 und ADDK können aus herkömmlichen digitalen Schaltungen aufgebaut sein. 10 finally shows possible implementations of the multiplicity counter 42 , The multiplicity counter 42 To determine how many of the N binary inputs are active. Since in real applications only small multiplicities M (M <~ 5) are relevant, it is sufficient to encode the information with a few (K) bits and to combine large multiplicities in one code, eg. B. codes for M = 0, M = 1, M = 2, M> = 3 to use. The codes do not have to be binary. Groups of inputs are first provided with a first 'adder' ADD1 54 in the K bit wide code 55 transformed. The other 'adders' ADDK 56 ... 57 Now each process two K bit wide inputs to a K bit wide output to the output signal 58 , Again, a binary tree with constant cycle times should be implemented for all inputs. The adders ADD1 and ADDK may be constructed of conventional digital circuits.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Detektor-EmpfangsflächeDetector receiving surface
22: Detektorzellen bzw. PixelDetector cells or pixels
33: Szintillatorscintillator
44: Simulierte AuftrefforteSimulated places of incidence
55: Auslesekanälereadout channels
66: Eckpunktvertex
77: SPADSPAD
88th: Ausleseelektronik im PixelReadout electronics in pixel
99: Ausleseelektronikreadout electronics
1010: Anschlusspadspads
1111: Schieberegistershift register
1212: Zählercounter
1313: SpeicherStorage
1414: Addiereradder
1515: SignalverarbeitungsteilSignal processing part
1616: Treffersignalhit signal
1717: Monoflopmonoflop
1818: Triggersignaltrigger signal
1919: ODER-StrukturOR structure
2020: Abschalteinrichtung für TriggerShutdown device for triggers
2121: Konfigurationsspeicherconfiguration memory
2222: SpeicherStorage
2323: Kontrollsignalecontrol signals
2424: Bufferbuffer
2525: Multiplexermultiplexer
2626: Flipflopflop
2727: MultiplizitätseinheitMultiplizitätseinheit
2828: Triggerschwelletrigger threshold
2929: Valider TriggerValid trigger
3030: Hauptsteuerungmain control
3131: Time-Digital-WandlerTime-to-digital converter
3232: Anschlusspadspads
33 33: Adresszähleraddress counter
3434: SpeicherStorage
3535: Zählercounter
3636: Addiereradder
3737: FIFOFIFO
3838: Serializerserializer
3939: Interfaceinterface
4040: ODER-BlockOR block
4141: binäres Ausgangssignal 'ColOR'binary output signal 'ColOR'
4242: MultiplizitätszählerMultiplizitätszähler
4343: Multiplizitätssignalmultiplicity signal
4444: Vergleichercomparator
4545: MindestmultiplizitätMindestmultiplizität
4646: ODER-GatterOR gate
4747: binäres Ausgangssignal 'RowOR'binary output signal 'RowOR'
4848: Transistortransistor
4949: zentraler Knotencentral node
5050: Empfängerreceiver
5151: erste Gatterstufefirst gate level
5252: zweite Gatterstufesecond gate level
5353: weitere Gatterstufeanother gate level
5454: erste Addiererfirst adders
5555: Codecode
5656: zweite Addierersecond adders
5757: weitere Addierermore adders
5858: Ausgangssignaloutput

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005055656 B3 [0003]
US 2011/0001053 A1 [0004]
DE 102011111432 A1 [0005]

Claims

Location-sensitive detector for detecting photon or particle distributions, having - a detector receiving surface ( 1 ) through several detector cells ( 2 ) with individual detector elements ( 7 ), and - a number N of readout channels ( 5 ) for the detector cells ( 2 ), which is less than the number of detector cells ( 2 ) is a reading device for reading out the detector elements, through which each detector cell used for the detection ( 2 ) according to a predetermined assignment rule at least one of the readout channels ( 5 ), whereby different groups of detector elements ( 7 ), wherein the read-out device has one or more counting devices which are connected to the detector elements ( 7 ) occurring detection events separately for the different groups of detector elements ( 7 ), and buffer a count result for each group in a memory and / or according to the assignment rule via the read-out channels ( 5 ) can be output or read, and wherein the assignment rule is selected such that from signals of the readout channels ( 5 ) the position of a on the detector-receiving surface ( 1 ) incident photon or particle distribution can be determined.

Detector according to Claim 1, characterized in that the detector elements ( 7 ) are integrated with the readout device on a CMOS chip.

Detector according to Claim 2, characterized in that the detector elements ( 7 ) SPADs or MAPS are.

Detector according to one of claims 1 to 3, characterized in that the assignment rule is stored in one or more programmable memory units of the detector.

Detector according to one of Claims 1 to 4, characterized in that each detector cell ( 2 ) a detector element ( 7 ) and a part of the read-out device.

Detector according to one of Claims 1 to 5, characterized in that each detector cell ( 2 ) an active electronics for the controlled shutdown of the detector cell ( 2 ) having.

Detector according to one of claims 1 to 6, characterized in that the readout device per column or row of the detector, a shift register ( 11 ) and for each readout channel ( 5 ) a counter ( 12 ), whereby the information about the shift registers ( 11 ) information about detection events in the detector cells ( 2 ) according to the allocation rule on the meters ( 12 ).

Detector according to one of Claims 1 to 6, characterized in that each detector cell ( 2 ) one of the number of readout channels ( 5 ) corresponding number of adders ( 14 ) and a memory ( 13 ), in which an assignment of the detector cell ( 2 ) to at least one of the adders ( 14 ), each of the adders ( 14 ) one of the readout channels ( 5 ) and the adders ( 14 ) of each readout channel ( 5 ) are interconnected.

Detector according to one of Claims 1 to 6, characterized in that each detector cell ( 2 ) an adder ( 14 ), a memory ( 13 ), in which an assignment of the detector cell ( 2 ) to at least one of the readout channels ( 5 ) and an input for a control signal, via which the detector cells ( 2 ) a readout time for each of the readout channels ( 5 ), the adders ( 14 ) are connected to each column or row of the detector in series or via a hierarchical adder network.

Detector according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the assignment of the detector cells ( 2 ) to the readout channels ( 5 ) is locally approximated to a distribution function which, in an ideal case of a receiving surface which is not discretized by detector cells of finite size, would permit at each location an unambiguous determination of the position of a single impinging photon or particle.

Detector according to one of Claims 1 to 10, characterized in that each read-out channel ( 5 ) a position around the detector receiving surface ( 1 ) or at the detector receiving surface ( 1 ), wherein the positions span an area in which the detector receiving surface ( 1 ), and that the assignment of the detector cells ( 2 ) to the readout channels ( 5 ) is locally approximated to a distribution function corresponding to each readout channel ( 5 ) Signal components of the detector cells ( 2 ) as a linear or nonlinear function of a relative position of the respective detector cell ( 2 ) to the position corresponding to the respective readout channel ( 5 ) assigned.

Detector according to claim 11, characterized in that the read-out channels ( 5 ) corner points of the detector receiving surface ( 1 ) are.

Detector according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the assignment of the detector cells ( 2 ) to the readout channels ( 5 ) is chosen such that from signals of the readout channels ( 5 ) about a center of gravity the position of the center of gravity of the detector on the receiving surface ( 1 ) incident photon or particle distribution can be calculated.

Detector according to one of Claims 1 to 13, characterized in that each detector cell used for detection ( 2 ) each only one of the readout channels ( 5 ) assigned.

Detector according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the detector cells ( 2 ) have rectangular receiving surfaces and form a rectangular arrangement with mutually orthogonal rows and columns, wherein the detector has a total of four readout channels ( 5 ) having.

Detector according to Claim 15, characterized in that the assignment of the detector cells ( 2 ) to the readout channels ( 5 ) is locally approximated to a distribution function extending in directions parallel to edges of the detector receiving surface ( 1 ) has the shape of a hyperbolic sine.

Detector according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the detector cells ( 2 ) form a triangular arrangement, wherein the detector has a total of three readout channels ( 5 ) having.

Arrangement of a plurality of adjacently arranged detectors according to one or more of the preceding claims, in which one or more readout channels ( 5 ) each adjacent detectors are interconnected.

Use of the detector or the arrangement according to one or more of the preceding claims as a photodetector in a positron emission tomography detector.