JP7757600B2 - 高速信号処理のための方法およびシステム - Google Patents

Description

本説明は、概して、カメラを使用したデータ取得のための方法およびシステムに関し、より具体的には、高速カメラ読み出し、および読み出しデータのリアルタイム信号処理に関する。

荷電粒子顕微鏡法システムは、サンプルから放出された荷電粒子を検出し、検出された生信号をデジタル化し、デジタル化された信号をリアルタイム信号処理のために画像プロセッサに出力するためのカメラを含み得る。データ取得速度を上げるために、顕微鏡法システムは、短いセンサ応答時間、高速センサデータ読み出し、ならびにリアルタイムのデータ処理およびデータ記憶を必要とする。ピクセル化画像センサを備えたカメラの場合、ピクセル電圧が所定のレベルを超えたときにピクセルをリセットする必要がある場合がある。そのようなピクセル化画像センサの読み出し速度を増加させる１つの方法は、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｃｑｕｉｒｉｎｇ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ」と題する、２０１２年１０月５日に出願されたＪａｎｓｓｅｎらによる米国出願第１３／６４５，７２５号に開示されたマルチフレーム相関二重サンプリング（ｍｆＣＤＳ）である。ｍｆＣＤＳでは、画像センサまたは画像センサの特定のピクセルをリセットする前に、画像センサから生データの複数のフレームが読み出される。次いで、順次取得されるピクセル電圧の差に基づいて粒子カウントを決定できる。しかしながら、出願人は、カメラ内の、および／またはカメラと画像プロセッサとの間の限られた帯域幅が、高速信号処理のボトルネックになり得ることを認識している。

一実施形態では、荷電粒子を検出するためのピクセル化画像センサを含むカメラからデータを取得するための方法は、画像センサをリセットせずに、画像センサの１つ以上のピクセルのピクセル電圧を複数回読み取ることと、ピクセル電圧を第１のビット数にデジタル化することと、デジタル化された圧縮ピクセル電圧を第２のより低いビット数で出力することであって、デジタル化された圧縮ピクセル電圧の最大範囲が、ピクセル電圧の最大範囲よりも小さく、デジタル化された圧縮ピクセル電圧が、デジタル化されたピクセル電圧の少なくとも最上位ビット（ＭＳＢ）を削除することによって生成される、出力することと、を含む。このようにして、画像センサの各ピクセルでのピクセル電圧が読み出され、データ品質または精度を犠牲にすることなく、より少ないビット数でカメラから画像プロセッサに転送され得る。高速な信号読み出しおよび処理は、カメラ内の、および／またはカメラと画像プロセッサとの間の限られた帯域幅で達成され得る。

上記の概要は、発明を実施するための形態でさらに説明される精選された概念を簡略化した形で紹介するために提供されていることを理解されたい。特許請求される主題の主要なまたは本質的な特徴を特定することを意味するものではなく、その範囲は、発明を実施するための形態に続く特許請求の範囲によって一意に定義される。さらに、特許請求される主題は、上記でまたは本開示の任意の部分で言及されたいずれかの欠点を解決する実装形態に限定されない。

荷電粒子顕微鏡を示す。 図１の荷電粒子顕微鏡のカメラからデータを取得するための方法のフローチャート。 図１の方法のデータフローを示す。 画像センサから読み取られたピクセル電圧を圧縮するための方法を示す。 ピクセル電圧圧縮を実装するための例を示す。 ピクセル電圧圧縮を実装するための別の例を示す。 センサの過露光を検出するための方法のフローチャート。 差分圧縮フレームのピクセル値を有効範囲に調整するための方法を示す。 差分圧縮フレームのピクセル値を有効範囲に調整するための方法を示す。 同様の参照番号は、図面のいくつかの図を通じて、対応する部分を指している。

以下の説明は、図１の荷電粒子顕微鏡などの顕微鏡法システムにおけるデータ取得およびデータ処理のためのシステムおよび方法に関する。荷電粒子顕微鏡は、荷電粒子を生成するための源を含み得る。荷電粒子をサンプルに照射することに応答して、サンプルから放出された様々なタイプの荷電粒子が、様々なカメラまたは検出器によって検出される。

カメラまたは検出器は、画像センサのピクセルに衝突する荷電粒子をピクセル電圧に変換するためのピクセル化画像センサを含み得る。ピクセル電圧は、ｍｆＣＤＳ法を使用して画像センサから読み出すことができる。特に、特定のピクセルのピクセル電圧は、ピクセル電圧をリセット値にリセットする前に複数回読み出される。ピクセルによって検出された荷電粒子の数は、ピクセル電圧の順次読み出しの間の差に基づいて決定され得る。ｍｆＣＤＳを使用して、画像センサをリセットする前に複数のフレームを読み出すことができる。順次読み出しの間の差を計算することにより、リセットノイズが低減される。さらに、画像センサ読み出しの最大フレームレートは、ピクセル電圧をリセットする頻度を減らすことによって増加させることができる。

画像センサから読み取られたピクセル電圧は、アナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）によってデジタル化され、さらに処理するためにカメラから画像プロセッサに転送され得る。画像センサからの高いフレームレートの読み出しは、ｍｆＣＤＳ法を使用して達成することができるが、ＡＤＣとカメラ内の読み出し電子機器との間のデータ転送速度（すなわち帯域幅）、および／またはカメラと画像プロセッサとの間のデータ転送速度は、顕微鏡法システムの全体的なデータ取得率およびデータ品質を制限する場合がある。画像プロセッサにおいて受信されるデータのフレームレートを上げるには、各ピクセルのデジタル化されたピクセル電圧のビット深度（すなわちビット数）を減らす必要がある。しかしながら、ビット深度を減らすと、データの精度が低下する場合がある。本明細書において、デジタル信号の精度は、デジタル化された信号の最下位ビット（ＬＳＢ）によって表される値である。

上記の問題に対処するために、高速カメラ読み出し、およびカメラから受信されたデータのリアルタイム処理のための方法が図２に提示されている。データフローが図３に示されている。具体的には、画像センサのピクセル電圧は、センサリセットの前に複数回読み出される。ピクセル電圧の読み出しは、カメラから画像プロセッサに転送される前に圧縮される。画像プロセッサは、カメラから圧縮ピクセル電圧を受信し、順次受信される圧縮ピクセル電圧間の差動電圧を生成する。差動電圧に基づいてサンプル画像を形成することができる。隣接する画像センサのリセット間では、ピクセル電圧はほぼ単調である。すなわち、センサリセット間では、各ピクセルのピクセル電圧は、ノイズと重ね合わされた単調信号である。ノイズ振幅は、ピクセル電圧の最大振幅の１％以内である。センサは、ピクセル電圧振幅が最大ピクセル電圧振幅を超える前にリセットされる。センサリセット間のピクセル電圧のほぼ単調な変化と、順次的な（または隣接する）画像センサ読み出し間のピクセル電圧の変化が閾値レベル内にあるために、圧縮ピクセル電圧がカメラと画像プロセッサとの間で転送されても、情報は失われない。

圧縮ピクセル電圧の最大範囲は、ピクセル電圧の最大範囲よりも小さい。ピクセル電圧振幅は、ゼロから最大ピクセル電圧振幅までであり得る。ピクセル電圧は、第１の閾値電圧の振幅以上であり、かつ第２の閾値電圧の振幅よりも小さいピクセル電圧の振幅に応答して、ピクセル電圧から第１の閾値電圧を減算することによって圧縮され得る。第１の閾値電圧は、隣接するピクセル読み出し間のピクセル電圧の変化量に基づいて決定され得る。例えば、第１の閾値電圧の振幅は、隣接するピクセル読み出し間のピクセル値の変化量よりも大きい。圧縮ピクセル電圧の最大範囲をさらに低減するために、第２の閾値電圧の振幅以上であり、かつ第３の閾値電圧の振幅よりも小さいピクセル電圧の振幅に応答して、ピクセル電圧から第２の閾値電圧を減算し、第３の閾値電圧の振幅以上であり、かつ第４の閾値電圧の振幅よりも小さいピクセル電圧に応答して、ピクセル電圧から第３の閾値電圧を減算することによって、ピクセル電圧をさらに圧縮することができる。第１から第４の閾値電圧は、ボルトの単位を有するアナログ電圧であり得る。一例では、画像センサのピクセル電圧は、ピクセルに衝突する荷電粒子に応答して増加し、閾値電圧は正である。別の例では、画像センサのピクセル電圧は、ピクセルに衝突する荷電粒子に応答して減少し、ピクセル電圧は、正の閾値電圧を減算する前に、ほぼ単調に増加する正の電圧に変換される。さらに別の例では、画像センサのピクセル電圧は、ピクセルに衝突する荷電粒子に応答して減少し、閾値電圧は負である。圧縮ピクセル電圧は、画像センサから読み出されたピクセル電圧よりも少ないビット数にデジタル化することができる。このようにして、ピクセル電圧は、圧縮されていないピクセル電圧の範囲と比較して、低減された範囲に圧縮またはラップされる。圧縮電圧の範囲は、第１の閾値電圧の振幅以下である。

別の例では、画像センサからのピクセル電圧の読み出しは、第１のビット数にデジタル化される。デジタル化されたピクセル電圧は、第２のより低いビット数を有するデジタル化された圧縮ピクセル電圧に圧縮される。デジタル化されたピクセル電圧と、デジタル化された圧縮ピクセル電圧は、同じ精度を有する。デジタル化されたピクセル電圧は、符号なしであり得る。一例では、ピクセル電圧がほぼ単調に減少し、負である場合、デジタル化されたピクセル電圧を、符号なしに変換することができる。ピクセル電圧から閾値電圧を減算する圧縮プロセスは、デジタル化されたピクセル電圧から１つ以上のビットを削除することによって実装することができる。一例では、デジタル化されたピクセル電圧は、デジタル化されたピクセル電圧の少なくともＭＳＢを削除することによって圧縮され得る。別の例では、デジタル化されたピクセル電圧は、デジタル化された第１のピクセル電圧の第１のビットを第２のビットに維持し、残りのビットを削除することによって圧縮され得、ここで、第１のビットも第２のビットもＭＳＢではない。一例では、第１のビットも第２のビットも最下位ビット（ＬＳＢ）ではない。図４Ａ～図４Ｃは、ピクセル値を圧縮するための例示的な方法を示す。

カメラは、画像センサの領域（すなわち、ピクセル電圧のフレーム）内の各ピクセルからピクセル電圧を連続的かつ反復的に読み出し、圧縮ピクセル電圧またはデジタル化された圧縮ピクセル電圧（すなわち、圧縮フレーム）を画像プロセッサに送信する。差分フレームは、順次受信された圧縮フレームの差に基づいて再構築される。次いで、差分フレームに基づいてサンプル画像を生成することができる。一例では、各ピクセルについて、差動圧縮ピクセル電圧は、第１の圧縮ピクセル電圧と第２の圧縮ピクセル電圧との間の差である。第１の圧縮ピクセル電圧は、第１の時点でのピクセル電圧の読み出しに対応し、第２の圧縮ピクセル電圧は、第１の時点の直後の第２の時点でのピクセル電圧の読み出しに対応する。第１の時点と第２の時点との間にピクセルまたは画像センサのリセットはない。図６Ａ～図６Ｂに示されるように、差動ピクセル電圧は、差動圧縮ピクセル電圧を有効範囲に調整することによって再構築される。有効範囲は、ピクセル電圧を圧縮するための第１の閾値電圧、および所定のノイズ振幅に基づいて決定される。例えば、有効範囲は、ノイズオフセットから、第１の閾値電圧振幅とノイズオフセットとの合計までである。ノイズオフセットは、ノイズ振幅に基づいて決定され、負またはゼロであり得る。差動圧縮ピクセル電圧を有効範囲に調整することは、ノイズオフセットよりも低い差動圧縮ピクセル電圧に応答して、差動圧縮ピクセル電圧に第１の閾値電圧振幅を加算することと、第１の閾値電圧振幅とノイズオフセットとの合計よりも大きい差動圧縮ピクセル電圧に応答して、差動圧縮ピクセル電圧から第１の閾値電圧振幅を減算することと、を含む。差動ピクセル電圧の精度は、デジタル化された圧縮ピクセル電圧と同じである。

いくつかの例では、差分フレームを再構築する前に、圧縮フレームから暗フレームを減算して、圧縮フレームを暗補正することができる。暗補正プロセスは、放射にさらされていないセンサからの画像内に存在する固定パターンを削除するために使用できる。さらに、センサの過露光が、図５に示されるように、画像プロセッサによって受信されたデジタル化された圧縮ピクセル電圧に基づいて検出され得る。

このようにして、ピクセル電圧は、低減されたビット数でカメラと画像プロセッサとの間で転送され得る。ピクセル電圧の特性、すなわち、ほぼ単調で、経時的な変化が限られていることにより、カメラと画像プロセッサとの間で転送される信号のダイナミックレンジが減少しても、順次的なピクセル電圧の読み出し間の差を画像プロセッサにおいて損失なしに再構築できる。

図１に目を向けると、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）システムまたは走査型透過電子顕微鏡法（ＳＴＥＭ）システムなどの透過型荷電粒子顕微鏡１００が示されている。顕微鏡は、一次軸１１０に沿って伝播し、かつ電子光学照明器６を横断する荷電粒子ビーム１１１を生成するための真空エンクロージャ２および荷電粒子源４を含む。電子光学照明器６は、荷電粒子をサンプル６０の選択された部分（例えば、（局所的に）薄く／平坦化されている場合がある）に向ける／集束させるのに役立つ。偏向器８も示されており、偏向器８は、ビーム１１１の走査運動を引き起こすために使用することができる。

サンプル６０は、ホルダ６１が（取り外し可能に）装着されたクレードル６３を移動させる位置付けデバイス／ステージ６２によって、複数の自由度で位置付けされ得る試料ホルダ６１上に保持され、例えば、試料ホルダ６１は、（とりわけ）ＸＹ平面内で移動され得るフィンガを備え得る（描写されたデカルト座標系を参照されたく、通常、Ｚに平行な運動およびＸ／Ｙを中心とする傾斜も可能になる）。このような運動により、サンプル６０の様々な部分を、（Ｚ方向に）一次軸１１０に沿って進行する電子ビーム１１１によって照明／画像化／検査することができる（および／または、ビーム走査の代わりに走査運動を実行することができる）。所望される場合、任意選択の冷却デバイス（描写せず）を、試料ホルダ６１との密接な熱接触状態にして、それによって、試料ホルダ６１（およびその上のサンプル６０）を、例えば、極低温に維持することができる。

電子ビーム１１１は、（例えば）二次電子、後方散乱電子、Ｘ線および光放射（カソードルミネッセンス）を含む、様々なタイプの「誘導」放射をサンプル６０から発散させるような仕方で、サンプル６０と相互作用する。所望される場合、これらの放射タイプのうちの１つ以上は、検出器２２を用いて検出することができ、検出器２２は、例えば、複合型シンチレータ／光電子増倍管、またはＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）モジュールであってもよく、このような場合では、画像は、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）におけるのと基本的に同じ原理を使用して構築することができる。しかしながら、代替的または補足的には、サンプル６０を横断（通過）し、それから出て／発散して、軸１１０に沿って（実質的には、一般にはある程度偏向／散乱するが）伝搬し続ける電子を調査することができる。このような透過電子束は、様々な静電／磁気レンズ、偏向器、（スティグメータなどの）補正器などを通常備える投射レンズ２４に入る。通常の（非散乱）ＴＥＭモードでは、投射レンズ２４は、所望される場合、軸１１０のじゃまにならないように、（矢印２７によって概略的に示されるように）後退され／引き込められ得る検出器２６上に透過電子束を集束することができる。サンプル６０（の一部）の画像（または回折図）は、投射レンズ２４により（スクリーンなどの）検出器２６上に形成され、これは、エンクロージャ２の壁の好適な部分に位置する視認ポートを介して視認することができる。検出器２６の後退機構は、例えば、本質的に機械的および／また電気的であり、ここには描かれていない。

検出器２６上で画像を視認することの代替として、代わりに、投射レンズ２４から出ていく電子束の集束深度が概して極めて深い（例えば、１メートル程度）という事実を利用することができる。その結果、ＴＥＭカメラ３０、ＳＴＥＭカメラ３２、および分光装置３４など、様々な他のタイプの分析装置を検出器２６の下流で使用することができる。

ＴＥＭカメラ３０では、電子束は、画像プロセッサ２０およびコントローラ５０によって処理できる静止画像（または回折図）を形成することができる。必要ない場合、カメラ３０は、軸１１０のじゃまにならないように、（矢印３１によって概略的に示されるように）後退させる／引き込めることができる。

ＳＴＥＭカメラ３２からの出力は、サンプル６０上のビーム１１１の（Ｘ、Ｙ）走査位置の関数として記録することができ、Ｘ、Ｙの関数としてのカメラ３２からの出力の「マップ」である画像を構築することができる。カメラ３２は、ピクセルのマトリックスを備え得る。必要ない場合、カメラ３２は、軸１１０のじゃまにならないように、（矢印３３によって概略的に示されるように）後退させる／引き込めることができる（このような後退は、例えば、カメラ３２がドーナツ形環状暗視野カメラである場合は必要でないことがあり、例えば、このようなカメラでは、カメラが使用されていないとき、中央穴が束の通過を可能にする）。

カメラ３０および／または３２を使用して画像化することに加えて、例えば、ＥＥＬＳモジュールとすることができる分光装置３４を起動させることもできる。ＥＥＬＳモジュールは、粒子エネルギーに基づいて荷電粒子を分散させるための分光計３５と、スペクトルを捕捉するための検出器／カメラ３６とを含む。

検出器２６、３０、３２、３４、および３６の順序／位置は厳密ではなく、多くの可能な変形が考えられることに留意されたい。例えば、分光装置３４は、投射レンズ２４と一体化することもできる。

コントローラ５０は、様々な図示される構成要素に、制御線を介して接続される。コントローラは、プロセッサ５４および非一時的メモリ５５を備える。命令を非一時的メモリ５５に記憶することができ、命令は、実行されたとき、コントローラ５０に、アクションの同期、設定点の提供、信号の処理、計算の実行、ユーザ入力デバイス５３からのオペレータ入力の受信、およびディスプレイデバイス５１上のメッセージ／情報の表示などの様々な機能を提供させる。コントローラ５０は、必要に応じて、エンクロージャ２の（部分的に）内側にあっても外側にあってもよく、一体構造であっても複合構造であってもよい。

１つ以上の検出器２２および２６、カメラ３０および３２、ならびに分光装置３４は、画像プロセッサ２０と電気的に接続され得る。画像プロセッサは、プロセッサ、メモリ、および１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含み得る。組み込みソフトウェアを画像プロセッサにおいて実行して、カメラおよび／または検出器から受信された画像データを高フレームレートで処理することができる。画像プロセッサからの処理されたデータは、さらなる処理のために画像プロセッサからコントローラに転送され得る。例えば、コントローラは、画像プロセッサから受信されたデータに基づいてサンプル画像を生成する。カメラおよび／または検出器は、別個の画像プロセッサまたは共有の画像プロセッサを有し得る。一実施形態では、画像プロセッサとコントローラは、１つの構成要素として一緒に統合することができる。別の実施形態では、画像プロセッサをカメラと統合することができる。

例として透過型電子顕微鏡法について説明しているが、画像化システムは、ＳＥＭまたは走査型電子顕微鏡法と組み合わせた集束イオンビーム（ＦＩＢ－ＳＥＭ）など、他のタイプの荷電粒子顕微鏡法システムであってもよいことを理解されたい。荷電粒子は、電子、イオン、またはＸ線であってもよい。検出器２２および３６、カメラ３０および３２など、検出器またはカメラのうちの１つ以上は、複数のピクセルを有する１つ以上の画像センサを含み得る。ピクセル化画像センサは、以下に開示される方法に従って操作され得る。

図２は、少なくともピクセル化画像センサを含むカメラによって取得されたデータを読み取って処理するための方法２００を示す。カメラは、図１の荷電粒子顕微鏡１００などの顕微鏡内のサンプルから放出された荷電粒子を検出することができる。方法２００を実行している間の顕微鏡の構成要素間のデータフローを図３に示す。カメラデータは、データ圧縮と組み合わせたｍｆＣＤＳ方法を使用して読み出されて、カメラ内のおよびカメラから画像プロセッサへのフレームの転送速度が向上する。

２０１において、顕微鏡のデータ取得パラメータを設定する。データ取得パラメータは、サンプル面での荷電粒子ビームの線量、画像化／走査領域、画像センサでのデータ読み出し速度、および隣接する画像センサリセット間のフレーム数Ｎの読み出しのうちの１つ以上を含み得る。隣接するセンサリセット間のフレーム数Ｎは、隣接するピクセル電圧読み出しとピクセルのフルウェル容量との間の推定ピクセル電圧変化に基づいて決定することができる。例えば、画像センサのピクセルは、所定の最大ピクセル電圧振幅に達する前にリセットされる。最大ピクセル電圧振幅は、ピクセルのフルウェル容量よりも低い。隣接するピクセル電圧読み出し間のピクセル電圧の変化は、荷電粒子ビームの線量およびサンプルタイプに基づいて推定することができる。

２０４において、荷電粒子ビームをサンプルに導く。荷電粒子の照射に応答して、二次電子およびＸ線などの様々なタイプの荷電粒子がサンプルから放出される。顕微鏡内の複数のカメラ（または検出器）は、放出された荷電粒子を感知する。例えば、カメラは、ＴＥＭカメラ、ＳＴＥＭカメラまたは検出器、ＥＤＸ検出器、およびＥＥＬＳスペクトルを感知するための分光装置内の検出器のうちの１つ以上を含み得る。カメラには、ピクセル化画像センサが含まれている。特定のピクセルのピクセル電圧は、ピクセルに衝突する１つ以上の荷電粒子にほぼ単調に応答して変化する。

２０６において、ピクセル電圧を、ステップ２０１において決定された頻度で画像センサから読み出し、第１のビット数にデジタル化する。一例では、画像センサの複数のピクセルのピクセル電圧が、所定のパターンに従って読み出されて、ピクセル電圧のフレームが形成される。画像センサの読み出し中、画像センサは、ステップ２０１において決定されたフレームレートで繰り返し読み出される。Ｎ個のフレームを連続して取得した後、各ピクセルのピクセル電圧をリセット電圧にリセットすることにより、画像センサがリセットされる。リセット電圧はリセットごとに異なる場合がある。複数のピクセルの各ピクセルについて、ピクセル電圧は、各フレーム読み出し中に１回読み出される。複数のピクセルの各ピクセルのピクセル電圧は、画像センサをリセットする前にＮ回繰り返し読み出される。

２０８において、ピクセル電圧を圧縮し、圧縮ピクセル電圧を画像プロセッサに出力する。一例では、圧縮ピクセル電圧は、デジタル化され、画像プロセッサに転送され得る。別の例では、ピクセル電圧は、圧縮される前にデジタル化される。デジタル化された圧縮ピクセル電圧は、デジタル化されたピクセル電圧の第１のビット数よりも低い、第２のビット数を有する。ピクセル電圧は、ピクセル電圧の最大範囲よりも小さい範囲に圧縮される。圧縮ピクセル電圧の最大範囲は、第１の閾値電圧振幅以下である。一例では、第１の閾値電圧は、第１の閾値電圧の振幅以上であり、かつ第２の閾値電圧の振幅よりも小さいピクセル電圧の振幅に応答して、ピクセル電圧から減算される。別の例では、デジタル化されたピクセル電圧は、少なくともＭＳＢを削除することによって圧縮される。第１の閾値電圧は、ピクセル電圧の最大値を表すために使用されるビット数よりも低いビット数で提示することができる。

図３に示されるように、一例の構成では、カメラ３０１は、画像センサ３０２、ＡＤＣ３０３、および読み出し電子機器３０４を含む。画像センサ３０２から読み取られたピクセル電圧は、ＡＤＣによって第１のビット数にデジタル化され、次いで第２のビット数に圧縮される。読み出し電子機器３０４は、データ読み出しのタイミングを制御し、圧縮されたデジタル化されたピクセル電圧を画像プロセッサ３２０に出力することができる。

図４Ａ～図４Ｃは、ピクセルに衝突する荷電粒子に応答してピクセル電圧が増加するときにピクセル電圧を圧縮するプロセスを示す。図４Ａのｙ軸は、画像センサの特定のピクセルのピクセル電圧または対応するデジタル化されたピクセル電圧である。ｘ軸は時間を表す。時間は、矢印で示されるように増加する。実線のプロット４０３は、画像センサからの非圧縮ピクセル電圧の読み出しである。非圧縮ピクセル電圧は、アナログ信号またはデジタル信号であり得る。破線のプロット４０４は、圧縮ピクセル電圧である。Ｔ０において、画像センサがリセットされる。その結果、ピクセル電圧はリセット電圧にリセットされる。本明細書では、リセット電圧はゼロである。他の例では、リセット電圧はゼロ以外の値であり得る。リセット電圧は、各リセット時に変化するため、リセットノイズをもたらすことがある。Ｔ０から、より多くの荷電粒子がピクセルに衝突するにつれて、ピクセル電圧４０３は、Ｔ０からＴ４に増加する。Ｔ４において、画像センサが再びリセットされる。矢印４０１および４０２は、画像センサのリセットイベントを示す。ピクセル電圧は、１／ΔＴの頻度で読み出される。言い換えれば、画像センサは、１／ΔＴのフレームレートで読み出される。Ｔ０からＴ１まで、ピクセル電圧４０３は、リセット電圧と第１の閾値電圧Ｖ１との間にあり、圧縮ピクセル電圧４０４は、ピクセル電圧４０３に等しい。Ｔ１からＴ３まで、第１の閾値電圧Ｖ１以上であり、かつ第２の閾値電圧Ｖ２未満であるピクセル電圧４０３に応答して、圧縮ピクセル電圧４０４は、ピクセル電圧４０３から第１の閾値電圧Ｖ１を減算したものに等しい。第２の閾値電圧Ｖ２は、第１の閾値電圧Ｖ１の２倍である。Ｔ２からＴ３まで、第２の閾値電圧Ｖ２以上であり、かつ第３の閾値電圧Ｖ３未満であるピクセル電圧４０３に応答して、圧縮ピクセル電圧４０４は、ピクセル電圧４０３から第２の閾値電圧Ｖ２を減算したものに等しい。第３の閾値電圧Ｖ３は、第１の閾値電圧Ｖ１の３倍である。Ｔ３からＴ４まで、第３の閾値電圧Ｖ３以上であり、かつ第４の閾値電圧Ｖ４未満であるピクセル電圧４０３に応答して、圧縮ピクセル電圧４０４は、ピクセル電圧４０３から第３の閾値電圧Ｖ３を減算したものに等しい。第４の閾値電圧Ｖ４は、第１の閾値電圧Ｖ１の４倍である。Ｔ４において、Ｔ０における前のリセットからＮ個のフレームが取得されているため、ピクセル電圧は、リセット電圧に再度リセットされる。Ｔ４からＴ５まで、ピクセル電圧４０３は第１の閾値電圧よりも低いので、ピクセル電圧４０３は、圧縮ピクセル電圧４０４と同じである。Ｔ５の後、ピクセル電圧４０３が、Ｖ１を上回りかつＶ２よりも低くなるように増加すると、圧縮ピクセル電圧４０４は、ピクセル電圧４０３からＶ１を減算したものに等しい。したがって、圧縮ピクセル電圧４０４は、ゼロとＶ１との間にある。デジタル化された信号の場合、図４Ａに示される圧縮プロセスは、デジタル化された圧縮ピクセル電圧のビット深度を、デジタル化されたピクセル電圧のビット深度から２ビット減らすことができる。例えば、デジタル化されたピクセル電圧は１２ビットであり、デジタル化された圧縮ピクセル電圧は１０ビットである。第１から第４の閾値電圧は、それぞれ、１０２４、２０４８、３０７２、および４０９６である。値エイリアシングが、圧縮を通して圧縮ピクセル電圧に導入される。例えば、Ｔ１～Ｔ２間のピクセル電圧は、Ｔ０～Ｔ１間のピクセル電圧でエイリアスされる（したがって、それから区別できない）。値のエイリアシングは、差分圧縮フレームのピクセル値を有効範囲に調整することにより、画像プロセッサ内で補正または解決できる。

ピクセル電圧がデジタル化されている場合、圧縮されたデジタル化されたピクセル電圧は、デジタル化された第１のピクセル電圧の第１のビットを第２のビットに維持し、残りのビットを削除することによって、生成され得る。第１のビットも第２のビットもＭＳＢではない。一例では、ピクセル電圧からの閾値電圧の減算は、図４Ｂに示されるように、ＭＳＢの側から１つ以上のビットを削除することによって達成され得る。一例として、デジタル化されたピクセル電圧４１０は１２ビットを有する。図４Ａに示される圧縮は、ＭＳＢ側から２ビットを削除することによって実装することができる。デジタル化された圧縮ピクセル電圧は、４１２によって示されるようにＬＳＢ側から１０ビットである。したがって、図４Ａでは、Ｄ１は１０２４であり、Ｄ２は２０４８であり、Ｄ３は３０７２であり、Ｄ４は４０９６である。

別の例では、ピクセル電圧からの閾値電圧の減算は、図４Ｃに示されるように、ＭＳＢ側とＬＳＢ側の両方から１つ以上のビットを削除することによって達成され得る。一例として、デジタル化されたピクセル電圧４１０は１２ビットを有する。デジタル化された圧縮ピクセル電圧は、４２１によって示されように、ビット１からビット１０までである。この例では、デジタル化された圧縮ピクセル電圧の信号精度は、デジタル化されたピクセル電圧と比較して低下しており、データ転送速度が増加する。

図４Ａは、連続するセンサリセット間で単調に増加する非圧縮ピクセル電圧を示す。別の実施形態では、画像センサから読み出された非圧縮ピクセル電圧は、連続するリセット間で単調に減少する。一例では、ピクセル電圧は、非圧縮ピクセル電圧から負の閾値電圧を減算することによって圧縮され得る。別の例では、非圧縮ピクセル電圧は、図４Ａ～図４Ｃに示されるように圧縮される前に、閾値ピクセル電圧から減算されることなどによって、単調に増加されるピクセル電圧に変換され得る。

図２に戻ると、２１０において、画像プロセッサは、カメラから圧縮ピクセル電圧またはデジタル化された圧縮ピクセル電圧を受信し、圧縮ピクセル電圧を用いて圧縮フレームを形成する。一例では、図３に示されるように、画像プロセッサ３２０は、１つ以上のＦＰＧＡ３２２およびメモリ３２３を含み得る。ＦＰＧＡ３２２は、メモリ３２３への直接メモリアクセスを有する。画像プロセッサ３２０は、任意選択で、ＦＰＧＡ３２２内でデータ／画像処理を制御するためのプロセッサ３２１を含み得る。

２１２において、圧縮フレームに基づいてセンサの過露光を決定する。センサの過露光は、ピクセル値と、圧縮フレームのピクセル値の分散とに基づいて決定できる。図３の線量保護ブロック３２４は、センサの過露光を決定するプロセスを表す。過露光検出の詳細は図５に提示されている。センサの過露光が検出された場合、２１４において、方法２００は、例えば、シャッターを閉じることによって、荷電粒子が画像センサに到達するのを防ぐことができる。方法２００は、センサの過露光を示す通知をオペレータに送信することができる。方法２００は、現在の画像セッションのデータ取得パラメータをさらに調整するか、または現在の画像セッションを停止することができる。センサの過露光が検出されない場合、方法２００は２１８に移る。

２１８において、以前に取得された圧縮フレームから圧縮フレームを減算することによって、差分圧縮フレームを生成する。次いで、差分圧縮フレームのピクセル値を有効範囲に調整する。例えば、差分圧縮フレームは、第１の圧縮フレームを取得した直後に、第２の時点ｔ２において取得された第２の圧縮フレームから、第１の時点ｔ１において取得された第１の圧縮フレームを減算すること、すなわちＥ_ｔ２－Ｅ_ｔ１によって得られる。

ステップ２１８は、任意選択で、減算の前に差分圧縮フレームを暗補正することを含み得る。すなわち、差分圧縮フレームは、順次取得された暗補正された圧縮フレームを減算することによって生成される。例えば、図３に示されるように、メモリ３２３に記憶された暗フレーム３３１を、任意選択で、３２５において圧縮フレームから減算し、暗補正された圧縮フレーム３２６を生成することができる。暗補正された圧縮フレーム３２６は、一時的にメモリ３２３に記憶される。暗補正された圧縮フレーム３２６はまた、以前に保存された圧縮フレームを減算するために３２８に送信される。遅延３２７の後、次の暗補正された圧縮フレームを受信すると、暗補正された圧縮フレーム３２６を、３２８において次の暗補正された圧縮フレームから減算して、差分圧縮フレームを生成する。

差分圧縮フレームのピクセル値は、図３のブロック３２９において有効範囲に調整される。有効範囲は、所定のノイズ振幅と、図２の２０８においてピクセル電圧を圧縮するために使用される第１の閾値電圧とに基づいて決定される。ノイズには、１つ以上のセンサダークノイズ、センササーマルノイズ、センサ読み出しノイズ、およびセンサ量子化ノイズが含まれる場合がある。ノイズ振幅は、照射なしで取得された画像フレームの検査から事前に決定することができる。例えば、ノイズ振幅は、荷電粒子ビームをサンプルに照射せずに取得された画像フレーム内のピクセル値の標準偏差に基づいて決定される。ノイズオフセットは、ノイズ振幅に基づいて決定される。ノイズオフセットは、ノイズ振幅の負の値である場合がある。一例では、有効範囲は、ノイズオフセットから第１の閾値電圧とノイズオフセットとの合計までであり、ノイズオフセットは正でない。ピクセル値がノイズオフセットよりも小さい場合、第１の閾値電圧がピクセル値に加算される。ピクセル値が、第１の閾値電圧とノイズオフセットとの合計よりも大きい場合、第１の閾値電圧がピクセル値から減算される。第１の閾値電圧は、２０８においてピクセル電圧を圧縮するために使用されるピクセル電圧Ｖ_１またはデジタル化されたピクセル電圧Ｄ_１である。

図６Ａは、ノイズがないかまたはノイズがゼロの場合に、差分圧縮フレームのピクセル値を有効範囲に調整することを示す。圧縮ピクセル電圧はゼロから第１の閾値電圧までであるため、差分圧縮フレームのピクセル値（すなわち、２つの圧縮ピクセル電圧間の差）は、負の第１の閾値電圧－Ｖ_１から第１の閾値電圧Ｖ_１までである。有効範囲６１０は、ゼロからＶ_１までである。網掛け領域が示すように、ピクセル値が無効範囲内（すなわち、有効範囲６１０の外）にある場合、第１の閾値電圧をピクセル値に加算することにより、ピクセル値は有効範囲に調整される。例えば、ピクセル値６１１は、ピクセル値６１２に調整される。したがって、無効範囲内のピクセル値は、矢印６１３によって示されるように、有効範囲に移動される。

図６Ｂは、ピクセル電圧にノイズが存在する場合に、差分圧縮フレームのピクセル値を有効範囲に調整することを示す。ノイズオフセット６０１は負である。有効範囲６２０は、ノイズオフセット６０１から、第１の閾値電圧Ｖ_１とノイズオフセット６０１との合計６０２までである。網掛け領域は、無効範囲を示している。ピクセル値が－Ｖ_１からノイズオフセット６０１までである場合、第１の閾値電圧Ｖ_１がピクセル値に加算され、その結果、ピクセル値は、矢印６２１によって示されるように、０から合計６０２までの範囲に移動される。ピクセル値が合計６０２からＶ_１までである場合、第１の閾値電圧Ｖ_１がピクセル値から減算される。結果として、範囲６２３内のピクセル値は、矢印６２２によって示されるように、範囲６２４に移動される。

２２０において、差分画像に基づいてサンプル画像を形成する。図３に示すように、差分画像は、サンプル画像を生成するために、画像プロセッサ３２０からコントローラ５０に転送される。ステップ２２０は、サンプル画像を形成する前に、差分画像を前処理することを含み得る。

このように、画像センサの読み出しをデジタル化するためのビット深度よりも低いビット深度でカメラからデータを読み出すことによって。カメラは、センサデータを読み出すための最大フレームレートで動作することができ、データ取得のための全体的なフレームレートを上げることができる。ピクセル電圧の圧縮は、デジタル化されたピクセル電圧のＭＳＢから１つ以上のビットを削除することにより、高速で実行できる。圧縮差分フレームのピクセル値を有効範囲に調整することにより、順次的な画像センサの読み出し中のピクセル電圧の変化を損失なしに再構築できる。本明細書で順次記載された動作は、場合によっては、並び替えられるかまたは同時に実行され得ることに留意されたい。

図５は、カメラ出力からの圧縮フレームに基づいてセンサの過露光を検出するための方法５００を示す。センサの過露光は、圧縮フレームのピクセル値の量および分散に基づいて検出され得る。一例では、過露光は、センサリセットの直後に取得された１つ以上の圧縮フレームに基づいて決定される。

５０２において、各圧縮フレームを複数のサブフレームに分割し、各サブフレームは１つ以上のピクセルを含む。サブフレームは互いに重複する場合がある。

５０４において、サブフレーム内のすべてのピクセル値の合計および分散を計算し、５０６において、それぞれ、閾値分散での閾値合計と比較する。一例では、分散は、サブフレーム内のピクセル値の数学的分散であり得る。別の例では、分散は、他の単純化された近似方法によって計算され得る。閾値合計は、各サブフレームのピクセル数、各ピクセルのフルウェル容量、および最も間近のセンサリセット後のフレーム数に基づいて決定できる。閾値分散は、実際の意図的な（損傷のない）過露光でピクセル値を測定することによって決定できる。いずれかのサブフレームのすべてのピクセル値の合計が閾値合計よりも大きく、サブフレームの分散が閾値分散よりも小さい場合、５０８において過露光が検出される。それ以外の場合、５１０において過露光は検出されない。

画像センサから読み出されたピクセル電圧を圧縮することの技術的効果は、ＡＤＣと読み出し電子機器との間の帯域幅、および／またはカメラと画像センサとの間の帯域幅が制限されているときでも、高いフレームレートのデータ転送を達成することである。デジタル化されたピクセル電圧のＭＳＢから１つ以上のビットを削除することによってピクセル電圧を圧縮することの技術的効果は、圧縮を高速で実装できることである。順次取得された圧縮フレームに基づいて差分フレームを生成することの技術的効果は、センサに衝突する荷電粒子に応答するピクセル電圧の変化が決定されることである。差分圧縮フレームの範囲を補正して差分フレームを得ることの技術的効果は、圧縮によるエイリアシングが補正されることである。デジタル化された圧縮ピクセル電圧と差分フレーム内のピクセル値の精度は同じである。

一提示では、荷電粒子を検出するためのピクセル化画像センサを含むカメラからデータを取得するための方法は、第１および第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧をカメラから受信することと、第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧と第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧との間の差を計算することによって、差動圧縮ピクセル電圧を決定することと、所定のノイズオフセットおよび第１の閾値電圧によって決定される有効範囲に差動圧縮ピクセル電圧を調整することによって、差動ピクセル電圧を生成することと、差動ピクセル電圧に基づいてサンプルの画像を形成することと、を含む。

別の提示では、荷電粒子を検出するためのカメラは、画像センサおよび１つ以上のＡＤＣを備え、カメラは、画像センサをリセットせずに、画像センサの１つ以上のピクセルのピクセル電圧を複数回読み取ることと、ピクセル電圧を第１のビット数にデジタル化することと、デジタル化された圧縮ピクセル電圧を第２のより低いビット数で出力することであって、デジタル化された圧縮ピクセル電圧の最大範囲が、ピクセル電圧の最大範囲よりも小さく、デジタル化された圧縮ピクセル電圧が、デジタル化されたピクセル電圧の少なくとも最上位ビット（ＭＳＢ）を削除することによって生成される、出力することと、を行うように構成される。

一実施形態では、荷電粒子を検出するためのピクセル化画像センサを含むカメラからデータを取得するための方法は、画像センサをリセットせずに、画像センサの１つ以上のピクセルのピクセル電圧を複数回読み取ることと、ピクセル電圧を第１のビット数にデジタル化することと、デジタル化された圧縮ピクセル電圧を第２のより低いビット数で出力することであって、デジタル化された圧縮ピクセル電圧の最大範囲が、ピクセル電圧の最大範囲よりも小さく、デジタル化された圧縮ピクセル電圧が、デジタル化されたピクセル電圧の少なくとも最上位ビット（ＭＳＢ）を削除することによって生成される、出力することと、を含む。この方法の第１の例では、デジタル化されたピクセル電圧は、符号なしである。この方法の第２の例は、任意選択で、第１の例を含み、画像センサの１つ以上のピクセルの各ピクセルについて、第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧および第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧を順次受信することと、第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧と第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧との間の差を計算することによって、差動圧縮ピクセル電圧を決定することと、差動圧縮ピクセル電圧を有効範囲に調整することによって、差動ピクセル電圧を生成することであって、有効範囲が、所定のノイズオフセット、およびデジタル化された圧縮ピクセル電圧の最大範囲に基づいて決定される、生成することと、をさらに含む。この方法の第３の例は、任意選択で、第１から第２の例のうちの１つ以上を含み、有効範囲が、ノイズオフセットから閾値電圧とノイズオフセットとの合計までであり、閾値電圧が、デジタル化された圧縮ピクセル電圧の最大範囲に基づいて決定されることをさらに含む。この方法の第４の例は、任意選択で、第１から第３の例のうちの１つ以上を含み、差動圧縮ピクセル電圧を有効範囲に調整することが、ノイズオフセットよりも低い差動圧縮ピクセル電圧に応答して、差動圧縮ピクセル電圧に閾値電圧を加算することと、閾値電圧とノイズオフセットとの合計よりも大きい差動圧縮ピクセル電圧に応答して、差動圧縮ピクセルから閾値電圧を減算することと、をさらに含む。この方法の第５の例は、任意選択で、第１から第４の例のうちの１つ以上を含み、第２のビット数が、順次読み出しの間のピクセル値の変化の最大範囲に基づいて決定されることをさらに含む。この方法の第６の例は、任意選択で、第１から第５の例のうちの１つ以上を含み、デジタル化された圧縮ピクセル電圧が、デジタル化されたピクセル電圧と同じ信号精度を有することをさらに含む。この方法の第７の例は、任意選択で、第１から第６の例のうちの１つ以上を含み、デジタル化された圧縮ピクセル電圧が、デジタル化されたピクセル電圧の最下位ビット側から１つ以上のビットをさらに削除することによって生成されることをさらに含む。この方法の第８の例は、任意選択で、第１から第７の例のうちの１つ以上を含み、画像センサの１つ以上のピクセルのデジタル化された圧縮ピクセル電圧に基づいて、画像センサの過露光を検出することをさらに含む。

一実施形態では、荷電粒子を検出するためのピクセル化画像センサを含むカメラからデータを取得するための方法は、画像センサをリセットせずに、画像センサのピクセルのピクセル電圧を繰り返し読み取ることと、ピクセル電圧を圧縮ピクセル電圧に圧縮することであって、圧縮ピクセル電圧が、第１の閾値電圧の振幅以上であり、かつ第２の閾値電圧の振幅よりも小さいピクセル電圧の振幅に応答した、ピクセル電圧と第１の閾値電圧との間の差であり、圧縮ピクセル電圧の最大範囲が、第１の閾値電圧の振幅以下であり、圧縮ピクセル電圧の最大範囲が、ピクセル電圧の最大範囲よりも低い、圧縮することと、圧縮ピクセル電圧をデジタル化することと、デジタル化された圧縮ピクセル電圧を出力することと、を含む。この方法の第１の例では、この方法は、ピクセル電圧を圧縮することが、第２の閾値電圧の振幅以上であり、かつ第３の閾値電圧の振幅よりも小さいピクセル電圧の振幅に応答して、ピクセル電圧から第２の閾値電圧を減算することをさらに含む。この方法の第２の例は、任意選択で、第１の例を含み、第２の閾値電圧が第１の閾値電圧の２倍であることをさらに含む。この方法の第３の例は、任意選択で、第１から第２の例のうちの１つ以上を含み、ピクセルのピクセル電圧を所定の回数読み取った後、画像センサをリセットすることをさらに含む。この方法の第４の例は、任意選択で、第１から第３の例のうちの１つ以上を含み、ピクセル電圧の最大振幅よりも大きいピクセル電圧の振幅に応答して、画像センサをリセットすることをさらに含む。この方法の第５の例は、任意選択で、第１から第４の例のうちの１つ以上を含み、隣接するセンサリセット間のピクセル電圧が、ノイズ信号と重ね合わされた単調信号であることをさらに含む。この方法の第６の例は、任意選択で、第１から第５の例のうちの１つ以上を含み、第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧および第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧をカメラから順次受信することと、第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧および第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧を暗補正することと、暗補正された第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧と暗補正された第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧との間の差を計算することによって、差動圧縮ピクセル電圧を決定することと、差動圧縮ピクセル電圧を有効範囲に調整することによって、差動ピクセル電圧を生成することであって、有効範囲が、所定のノイズオフセットおよび第１の閾値電圧に基づいて決定される、生成することと、をさらに含む。この方法の第７の例は、任意選択で、第１から第６の例のうちの１つ以上を含み、有効範囲が、ノイズオフセットから第１の閾値電圧振幅とノイズオフセットとの合計までであることをさらに含む。

一実施形態では、サンプルからデータを取得するためのシステムは、荷電粒子をサンプルに向けて照射するための荷電粒子源と、照射に応答してサンプルから放出された荷電粒子を検出するためのカメラであって、カメラが、複数のピクセルを持つ画像センサおよび１つ以上のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み、カメラが、複数のピクセルのうちのピクセルに衝突する荷電粒子をピクセル電圧に変換することと、ピクセル電圧を圧縮ピクセル電圧に圧縮することであって、圧縮ピクセル電圧は、ピクセル電圧の振幅が、第１の閾値電圧の振幅以上であり、かつ第２の閾値電圧の振幅よりも小さい場合における、ピクセル電圧と第１の閾値電圧との間の差であり、圧縮ピクセル電圧の最大範囲が、第１の閾値電圧の振幅以下であり、圧縮ピクセル電圧の最大範囲が、ピクセル電圧の最大範囲よりも低い、圧縮することと、圧縮ピクセル電圧をデジタル化することと、デジタル化された圧縮ピクセル電圧を出力することと、を行うように構成された、カメラと、デジタル化された圧縮ピクセル電圧をカメラから受信し、かつデジタル化された圧縮ピクセル電圧に基づいて差動ピクセル電圧を生成するための画像プロセッサと、差動ピクセル電圧に基づいてサンプルの画像を形成するためのコントローラと、を備える。このシステムの第１の例では、このシステムは、デジタル化された圧縮ピクセル電圧をカメラから受信し、かつ圧縮ピクセル電圧に基づいて差動ピクセル電圧を生成することが、第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧および第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧を順次受信することと、第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧から第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧を減算することによって、差動圧縮ピクセル電圧を決定することと、差動圧縮ピクセル電圧を有効範囲に調整することによって、差動ピクセル電圧を生成することであって、有効範囲が、所定のノイズオフセットおよび第１の閾値電圧に基づいて決定される、生成することと、を含むこと、をさらに含む。このシステムの第２の例は、任意選択で、第１の例を含み、デジタル化された圧縮ピクセル電圧と差動ピクセル電圧が同じ精度を有することをさらに含む。

Claims (9)

1. 荷電粒子を検出するためのピクセル化された画像センサを含むカメラからデータを取得するための方法であって、
   前記画像センサをリセットせずに、前記画像センサの１つ以上のピクセルのピクセル電圧を複数回読み取ることと、
   前記ピクセル電圧を第１のビット数にデジタル化することと、
   デジタル化された圧縮ピクセル電圧をより低い第２のビット数で出力することであって、前記デジタル化された圧縮ピクセル電圧の最大範囲が、前記ピクセル電圧の最大範囲よりも小さく、前記デジタル化された圧縮ピクセル電圧が、前記デジタル化されたピクセル電圧の少なくとも最上位ビット（ＭＳＢ）を削除することによって生成される、出力することと、を含み、
   前記画像センサの前記１つ以上のピクセルの各ピクセルについて、第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧および第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧を順次受信することと、
   前記第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧と前記第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧との間の差を計算することによって、差動圧縮ピクセル電圧を決定することと、
   前記差動圧縮ピクセル電圧を有効範囲に調整することによって、差動ピクセル電圧を生成することであって、前記有効範囲が、所定のノイズオフセット、および前記デジタル化された圧縮ピクセル電圧の前記最大範囲に基づいて決定される、生成することと、をさらに含む、方法。
2. 前記デジタル化されたピクセル電圧が、符号なしである、請求項１に記載の方法。
3. 前記有効範囲が、前記ノイズオフセットから閾値電圧と前記ノイズオフセットとの合計までであり、前記閾値電圧が、前記デジタル化された圧縮ピクセル電圧の前記最大範囲に基づいて決定される、請求項１に記載の方法。
4. 前記差動圧縮ピクセル電圧を前記有効範囲に調整することが、前記ノイズオフセットよりも低い前記差動圧縮ピクセル電圧に応答して、前記差動圧縮ピクセル電圧に前記閾値電圧を加算することと、前記閾値電圧と前記ノイズオフセットとの前記合計よりも大きい前記差動圧縮ピクセル電圧に応答して、前記差動圧縮ピクセル電圧から前記閾値電圧を減算することと、を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記第２のビット数が、順次読み出しの間のピクセル値の変化の最大範囲に基づいて決定される、請求項１～４のいずれかに記載の方法。
6. 前記デジタル化された圧縮ピクセル電圧が、前記デジタル化されたピクセル電圧と同じ信号精度を有する、請求項１～５のいずれかに記載の方法。
7. 前記画像センサの前記１つ以上のピクセルの前記デジタル化された圧縮ピクセル電圧に基づいて、画像センサの過露光を検出することをさらに含む、請求項１～６のいずれかに記載の方法。
8. サンプルからデータを取得するためのシステムであって、
   荷電粒子を前記サンプルに向けて照射するための荷電粒子源と、
   前記照射に応答して前記サンプルから放出された荷電粒子を検出するためのカメラであって、前記カメラが、複数のピクセルを持つ画像センサおよび１つ以上のアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を含み、前記カメラが、
   前記画像センサをリセットせずに、前記画像センサの１つ以上のピクセルのピクセル電圧を複数回読み取ることと、
   前記ピクセル電圧を第１のビット数にデジタル化することと、
   デジタル化された圧縮ピクセル電圧をより低い第２のビット数で出力することであって、前記デジタル化された圧縮ピクセル電圧の最大範囲が、前記ピクセル電圧の最大範囲よりも小さく、前記デジタル化された圧縮ピクセル電圧が、前記デジタル化されたピクセル電圧の少なくとも最上位ビット（ＭＳＢ）を削除することによって生成される、出力することと、を行うように構成されている、カメラと、
   画像プロセッサであって、
   前記画像センサの前記１つ以上のピクセルの各ピクセルについて、第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧および第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧を順次受信することと、
   前記第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧と前記第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧との間の差を計算することによって、差動圧縮ピクセル電圧を決定することと、
   前記差動圧縮ピクセル電圧を有効範囲に調整することによって、差動ピクセル電圧を生成することであって、前記有効範囲が、所定のノイズオフセット、および前記デジタル化された圧縮ピクセル電圧の前記最大範囲に基づいて決定される、生成することと、を行うように構成されている、画像プロセッサと、を備えるシステム。
9. 前記デジタル化された圧縮ピクセル電圧を前記カメラから受信し、かつ前記圧縮ピクセル電圧に基づいて前記差動ピクセル電圧を生成することが、
   第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧および第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧を順次受信することと、
   前記第２のデジタル化された圧縮ピクセル電圧から前記第１のデジタル化された圧縮ピクセル電圧を減算することによって、差動圧縮ピクセル電圧を決定することと、
   前記差動圧縮ピクセル電圧を有効範囲に調整することによって、前記差動ピクセル電圧を生成することであって、前記有効範囲が、所定のノイズオフセットおよび閾値電圧に基づいて決定される、生成することと、を含む、請求項８に記載のシステム。