JPS6334403B2 - - Google Patents
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- JPS6334403B2 JPS6334403B2 JP19443382A JP19443382A JPS6334403B2 JP S6334403 B2 JPS6334403 B2 JP S6334403B2 JP 19443382 A JP19443382 A JP 19443382A JP 19443382 A JP19443382 A JP 19443382A JP S6334403 B2 JPS6334403 B2 JP S6334403B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、画像構成の基礎となる単一光子等の
単一粒子の入力が二次元分解単位内で、時間分解
可能な程度以下の二次元微弱画像を計測するため
の二次元微弱画像計測装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is for measuring two-dimensional weak images in which the input of a single particle such as a single photon, which is the basis of image composition, is within a two-dimensional resolution unit and is below the level that can be resolved in time. This invention relates to a two-dimensional weak image measuring device.
従来、微弱な光学像を検出する装置として、超
高感度の撮像管を用いたテレビジヨン撮像装置が
知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a television imaging device using an ultra-high-sensitivity image pickup tube is known as a device for detecting weak optical images.
前記装置の撮像管として光電面と、前記光電面
に対向して設けたシリコン半導体ターゲツト、前
記シリコン半導体ターゲツトを電子ビームで走査
する電子銃をもつシリコン増倍型ビジコン、さら
に前記光電面の前に像増強管を配置したシリコン
増倍型ビジコンが用いられている。 The apparatus includes a photocathode as an imaging tube, a silicon semiconductor target provided opposite to the photocathode, a silicon multiplier vidicon having an electron gun for scanning the silicon semiconductor target with an electron beam, and further in front of the photocathode. A silicon intensifying vidicon equipped with an image intensifier tube is used.
前述のテレビジヨン撮像装置の撮像できる下の
限界照度は、数ミリルクス〜数分の1ミリルクス
である。この照度を光電面に入射する光子の数で
表せば109〜108個/(cm2秒)に相当する。 The lower limit illuminance at which an image can be captured by the above-mentioned television imaging device is from several millilux to a fraction of a millilux. If this illuminance is expressed as the number of photons incident on the photocathode, it corresponds to 10 9 to 10 8 photons/(cm 2 seconds).
この種の装置において光学像を入射した状態で
読み取り動作を中断すると入射光像に対応する信
号をターゲツトに蓄積できるので、感度を増すこ
とができる。しかし光電面およびターゲツトにお
いて発生する熱電子が蓄積されるとか、ターゲツ
トに蓄積した電荷がリークする等の不都合もあ
る。その結果、感度を向上させても、コントラス
トが悪くなり画質を損なうという問題が残され
る。また前記ターゲツトを使用する撮像管は、本
質的にダイナミツクレンジが小さく、ダイナミツ
クレンジが比較的大きいものでも、103を越える
ものはない。 In this type of device, if the reading operation is interrupted while an optical image is incident, a signal corresponding to the incident optical image can be accumulated on the target, thereby increasing the sensitivity. However, there are disadvantages such as the accumulation of thermoelectrons generated at the photocathode and the target, and the leakage of charges accumulated in the target. As a result, even if the sensitivity is improved, the problem of poor contrast and image quality remains. Furthermore, the image pickup tube using the above-mentioned target essentially has a small dynamic range, and even those with a relatively large dynamic range do not exceed 10 3 .
本件発明者等は、前述した装置では撮像できな
いより低い照度の画像を満足できるコントラスト
を保つて計測するために、光子の入射場所を光電
面から発生する単一光電子単位で、この光電子の
発生位置を特定し、各発生位置からの光電子の発
生頻度を計数することにより微弱な二次元像を計
測することができることに着目した。前記着想を
後述する光電面、マイクロチヤンネルプレートお
よび半導体位置検出装置を有するイメージ管を用
いて実現しようとするときに、解決されなければ
ならない基本的な問題が三つあつた。 In order to measure images with lower illuminance that cannot be captured with the above-mentioned device while maintaining a satisfactory contrast, the inventors of the present invention determined that the incident location of photons is determined in units of single photoelectrons generated from the photocathode. We focused on the fact that it is possible to measure a weak two-dimensional image by identifying the number of photoelectrons and counting the frequency at which photoelectrons are generated from each generation position. When attempting to realize the above idea using an image tube having a photocathode, a microchannel plate, and a semiconductor position detection device, which will be described later, there were three basic problems that had to be solved.
その第1の問題はマイクロチヤンネルプレート
により増倍され、半導体位置検出器により位置が
特定された単一光子に原因する信号と、マイクロ
チヤンネルプレート、半導体位置検出器等自身に
原因する熱雑音等とを区別することである。 The first problem is the signal caused by a single photon that is multiplied by the microchannel plate and whose position is determined by the semiconductor position detector, and the thermal noise caused by the microchannel plate, semiconductor position detector, etc. themselves. It is to distinguish between
その第2の問題は、前記イメージ管の光電面の
全面から発生する単一光電子の発生間隔の平均値
が十分に時間分解可能であつても、一部時間分解
不能になることが起こり得ることである。 The second problem is that even if the average value of the generation interval of single photoelectrons generated from the entire surface of the photocathode of the image tube is sufficiently time-resolvable, it may become partially time-resolvable. It is.
半導体位置検出装置は、2個以上の単一光電子
に原因する入力が分離不能な一定時間内にあると
きは、それぞれの入射位置のいずれでもない平均
的な位置の情報を出力する。したがつて単一光電
子の発生間隔が半導体位置検出装置で時間分解不
能なときは、半導体位置検出装置は入力信号が光
電子に原因するものであるが結果として画像には
無関係な雑音を出力することになる。第2の問題
を信号固有の雑音の問題と言うことにする。 When inputs caused by two or more single photoelectrons occur within a fixed period of time that cannot be separated, the semiconductor position detection device outputs information on an average position that is not one of the respective incident positions. Therefore, if the generation interval of a single photoelectron cannot be resolved in time by the semiconductor position detection device, the semiconductor position detection device may output noise that is unrelated to the image even though the input signal is caused by the photoelectrons. become. The second problem will be referred to as the problem of signal-specific noise.
この信号固有の雑音の問題は、前記第1の装置
固有の雑音の問題よりは基本的ではなく、時間分
解不能になる確率が極めて低い、ある場合におい
ては容認できる問題である。 This signal-specific noise problem is less fundamental than the first device-specific noise problem, and is an acceptable problem in some cases where the probability of time-resolved failure is extremely low.
第3の問題は、特に画像の明暗のコントラスト
が大きいときに、希望する最適の測定値をどのよ
うにして得るかの問題である。 The third problem is how to obtain the desired optimal measurements, especially when the contrast between light and dark in the image is large.
一般的に言つて、暗い部分の測定をするために
は、長い時間測定を行う必要がある。その場合明
るい部分に付いては必要以上の測定を行うことに
なる。 Generally speaking, in order to measure dark areas, it is necessary to carry out measurements over a long period of time. In that case, more measurements will be taken than necessary for bright areas.
本件発明者等は、前記装置固有の雑音の問題を
次のようにして解決した。 The inventors of the present invention solved the problem of noise inherent in the device as follows.
マイクロチヤンネルプレートが、単一光子によ
る光電子を前記装置固有の雑音のレベルより大き
く十分に区別できるように増幅するように、マイ
クロチヤンネルプレートの増倍率を選定し、その
増倍率の変動が極めて小さくなるようにした。そ
して単一光子に原因する信号と前記装置固有の雑
音の間にあるしきい値を有するパルス波高選別器
で分離する。 The multiplication factor of the microchannel plate is selected such that the microchannel plate amplifies photoelectrons due to single photons sufficiently to distinguish them above the noise level inherent in the device, and the variation in the multiplication factor is extremely small. I did it like that. The signals are then separated by a pulse height selector having a threshold between the signal caused by a single photon and the noise inherent in the device.
前記信号固有の雑音の問題も次のようにして解
決される。2個以上の光電子に原因するマイクロ
チヤンネルプレートの出力が半導体位置検出装置
に同時または時間分解不能な間隔で入射したとき
は、半導体位置検出装置の出力は、単一光電子の
場合のそれよりも大きくなる。したがつて、単一
光子に原因する信号と信号固有の雑音の間にある
しきい値を有するパルス波高選別器で分離でき
る。 The problem of noise inherent in the signal is also solved as follows. When the output of the microchannel plate due to two or more photoelectrons is incident on the semiconductor position detection device simultaneously or at an interval that cannot be resolved in time, the output of the semiconductor position detection device is larger than that in the case of a single photoelectron. Become. Therefore, it can be separated by a pulse height selector with a threshold that lies between the signal due to single photons and the noise inherent in the signal.
前記第3の問題は画素の明暗を一定の入力を得
るための時間に変換することにより解決した。 The third problem was solved by converting the brightness of pixels into the time required to obtain a constant input.
本発明の主たる目的は、単一光子等単一粒子の
入力が二次元分解単位内で時間分解可能な程度に
微弱である二次元像、例えば前述したテレビジヨ
ン撮像装置の撮像できる下の限界程度またはそれ
以下の照度の二次元微弱画像、を良好なコントラ
ストを保つて希望する品質の計測をすることがで
きる二次元微弱画像計測装置を提供することにあ
る。 The main object of the present invention is to produce a two-dimensional image in which the input of a single particle such as a single photon is so weak that it can be time-resolved within a two-dimensional resolution unit, for example, at the lower limit of what can be captured by the aforementioned television imaging device. An object of the present invention is to provide a two-dimensional weak image measuring device that can measure a two-dimensional weak image with a desired quality while maintaining good contrast on a two-dimensional weak image with an illuminance of 200 nm or less.
前記主たる目的を達成するために、本発明によ
る二次元微弱画像計測装置は、二次元半導体位置
検出器に入射する、画像に原因する、粒子線の入
射頻度が時間分解可能な程度に微弱である二次元
像を計測するための二次元微弱画像計測装置であ
つて、前記二次元半導体位置検出器の位置信号出
力電極からの出力信号を演算しその出力信号の原
因となつた粒子の前記二次元半導体位置検出器へ
の入射位置を示すアドレス信号を出力する入射位
置演算回路と、前記二次元半導体位置検出器の位
置信号出力電極からの出力信号を演算して前記二
次元半導体位置検出器への粒子を入射量を出力す
る入射量演算回路と、前記入射量演算回路の出力
からその出力が単一粒子レベルに対応するか否か
を判別して判別出力を発生するパルス波高選別器
と、前記二次元半導体位置検出器の前記アドレス
に対応したカウンタの群から形成されるメモリ
と、前記パルス波高選別器により単一粒子レベル
に対応すると判別されたとき、前記入射位置演算
回路が指定したアドレスのカウンタに単位信号を
加算させ、前記メモリのカウンタの内容を監視し
任意のカウンタのカウント値が予め設定した値に
達したときにそのアドレスのカウンタに予め設定
した値に達するまでの時間を記憶させるメモリ制
御回路と、メモリの内容を出力する出力装置とか
ら構成されている。 In order to achieve the above main object, the two-dimensional weak image measuring device according to the present invention is such that the incidence frequency of the particle beam caused by the image, which is incident on the two-dimensional semiconductor position detector, is so weak that it can be resolved in time. A two-dimensional weak image measuring device for measuring a two-dimensional image, which calculates an output signal from a position signal output electrode of the two-dimensional semiconductor position detector, and calculates the output signal of the two-dimensional particle that is the cause of the output signal. an incident position calculation circuit that outputs an address signal indicating the position of incidence on the semiconductor position detector; and an input position calculation circuit that calculates an output signal from the position signal output electrode of the two-dimensional semiconductor position detector to output the signal to the two-dimensional semiconductor position detector. an incident amount calculation circuit that outputs the amount of incident particles; a pulse height selector that determines from the output of the incident amount calculation circuit whether or not the output corresponds to a single particle level and generates a discrimination output; A memory formed from a group of counters corresponding to the address of the two-dimensional semiconductor position detector, and a memory formed from a group of counters corresponding to the address of the two-dimensional semiconductor position detector, and a memory of the address specified by the incident position calculation circuit when it is determined by the pulse height selector that it corresponds to a single particle level. Add a unit signal to the counter, monitor the contents of the counter in the memory, and when the count value of any counter reaches a preset value, store the time until reaching the preset value in the counter at that address. It consists of a memory control circuit and an output device that outputs the contents of the memory.
以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説
明する。 The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings and the like.
第1図は本発明による二次元微弱画像計測装置
を微弱光の測定に利用した実施例を示すブロツク
図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment in which a two-dimensional weak image measuring device according to the present invention is used for measuring weak light.
被写体1の像は光学系2により、イメージ管3
の光電面上に形成される。 The image of the subject 1 is transferred to the image tube 3 by the optical system 2.
is formed on the photocathode.
この被写体1によりイメージ管3の光電面上に
形成される像の照度は、イメージ管の光電面から
毎秒104個以下の光電子を発生する程度の低い照
度である。量子効率と光電面の面積を考慮すると
前述した従来の撮像装置で撮像できる下の限界照
度の10-3〜10-8である。 The illuminance of the image formed by the subject 1 on the photocathode of the image tube 3 is low enough to generate 10 4 or less photoelectrons per second from the photocathode of the image tube. Considering the quantum efficiency and the area of the photocathode, the illuminance is 10 -3 to 10 -8 , which is the lower limit illuminance that can be captured by the conventional imaging device mentioned above.
なお被写体がより高輝度であれば透過率の低い
濃度フイルタによつて前記の照度程度になるよう
に入射光子数を少なくする必要がある。 Note that if the subject has higher brightness, it is necessary to reduce the number of incident photons using a density filter with low transmittance so that the illuminance is about the above-mentioned level.
本発明による装置で用いる前記イメージ管3の
構成を第2図を参照して説明する。 The structure of the image tube 3 used in the apparatus according to the present invention will be explained with reference to FIG.
光電面31は光電面に形成された被写体像、正
確には光電面に入射した光子の像に対応して電子
を放出する光電子源を形成している。 The photocathode 31 forms a photoelectron source that emits electrons in response to a subject image formed on the photocathode, more precisely, an image of photons incident on the photocathode.
この実施例ではアルカリ金属とアンチモンから
なる光電面を使用している。光電面31は気密容
器3の一部を構成する入射窓30の内壁面に形成
されている。光電面31より放出された光電子像
は、集束電極32でマイクロチヤンネルプレート
33の入射面に結像される。マイクロチヤンネル
プレート33は入射面から出射面につながる多数
の貫通孔(チヤンネル)を有し、前記貫通孔の内
壁には2次電子放出面が形成されている。マイク
ロチヤンネルプレート33の入射面に入射した電
子はその入射した位置の情報を保つたまま増倍さ
れてマイクロチヤンネルプレート33の出射面よ
り放出される。マイクロチヤンネルプレート33
のチヤンネルは一つの入射光電子を増倍する増倍
率をなるべく一定値に近付けるために、チヤンネ
ルを湾曲させ、チヤンネルの口径に対して100倍
以上のチヤンネル長を与えてある。 This embodiment uses a photocathode made of alkali metal and antimony. The photocathode 31 is formed on the inner wall surface of an entrance window 30 that constitutes a part of the airtight container 3 . A photoelectron image emitted from the photocathode 31 is focused onto the incident surface of the microchannel plate 33 by the focusing electrode 32 . The microchannel plate 33 has a large number of through holes (channels) connecting from the incident surface to the exit surface, and a secondary electron emitting surface is formed on the inner wall of the through hole. The electrons that have entered the incident surface of the microchannel plate 33 are multiplied while maintaining the information of the incident position and are emitted from the exit surface of the microchannel plate 33. Microchannel plate 33
In order to make the multiplication factor for multiplying one incident photoelectron as close to a constant value as possible, the channel is curved and the channel length is given to be more than 100 times the channel diameter.
そしてチヤンネルの内面に形成されるダイノー
ド壁の抵抗を高くしてある。 The resistance of the dynode wall formed on the inner surface of the channel is increased.
この構成により単一光電子の増倍率は略一定値
となり、総ての単一光電子に原因するマイクロチ
ヤンネルプレート33からの信号と、熱に起因し
てチヤンネルの内面から発生する雑音と区別可能
となる。 With this configuration, the multiplication factor of a single photoelectron becomes a substantially constant value, and it becomes possible to distinguish the signal from the microchannel plate 33 caused by all single photoelectrons from the noise generated from the inner surface of the channel due to heat. .
半導体位置検出器34はその入射面に電子が入
射したときにその入射位置に対応する電流信号を
出力する二次元位置検出器である。 The semiconductor position detector 34 is a two-dimensional position detector that outputs a current signal corresponding to the incident position when electrons are incident on its incident surface.
集束電極32と光電面31の間に電源E1が光
電面31とマイクロチヤンネルプレート33の入
射面の間に電源E2が、マイクロチヤンネルプレ
ート33の入射面と出射面の間に電源E3がマイ
クロチヤンネルプレート33の出射面と半導体位
置検出器34の間に電源E4が接続されている。 A power source E1 is connected between the focusing electrode 32 and the photocathode 31, a power source E2 is connected between the photocathode 31 and the incident surface of the microchannel plate 33, and a power source E3 is connected between the incident surface and the exit surface of the microchannel plate 33. A power source E4 is connected between the output surface of the semiconductor position detector 33 and the semiconductor position detector 34.
第3図に半導体位置検出器34と前記半導体位
置検出器34の出力信号を演算する入射量および
入射位置演算回路4のブロツク構成図を示す。 FIG. 3 shows a block diagram of the semiconductor position detector 34 and the incident amount and incident position calculation circuit 4 for calculating the output signal of the semiconductor position detector 34.
半導体位置検出器34はシリコン半導体の面に
平行なp−n接合面と、矩形の四辺に相当する部
分に電気的に分離した4つの電極35,36,3
7,38が形成されている。ここで電極35と3
6が対向し、電極37と38とが対向しているも
のとする。4つの電極35,36,37,38に
囲まれる面上を任意の点39と前記各電極の間の
電気抵抗はその間の距離に比例する。したがつ
て、前記点39に電子が入射すると、各電極から
点39との距離が反比例する電流が送出される。
なおこのとき、入射した電子のエネルギに対応し
てシリコン半導体内で電子増倍が生じる。41,
42,43,44はパルス増幅器である。45,
46,47,48は積分器である。タイミング信
号発生器56はパルス増幅器43および44の出
力を加算してこれをトリガ信号とし、タイミング
信号を発生する。このタイミング信号によつて積
分器45,46,47,48の積分を開始するタ
イミングおよびその積分時間を限定する。この積
分時間は例えば6マイクロ秒である。この時間
は、半導体位置検出器34の出力信号の時定数の
大きさに対応して決められる。またこの時間は、
後述する2次元カウンタの動作のサイクルより十
分長い。なお第3図に示す回路でタイミング発生
に遅延時間があるときには積分開始時刻が入力信
号に対して遅れることになり、積分精度が劣化す
る虞れがある。そのようなときは、前記パルス増
幅器41,42,43,44と、それぞれに対応
する積分器45,46,47,48の間に遅延回
路を挿入する必要がある。 The semiconductor position detector 34 has a p-n junction plane parallel to the surface of the silicon semiconductor, and four electrodes 35, 36, 3 electrically separated into parts corresponding to the four sides of a rectangle.
7 and 38 are formed. Here electrodes 35 and 3
6 are facing each other, and electrodes 37 and 38 are facing each other. The electrical resistance between any point 39 on the surface surrounded by the four electrodes 35, 36, 37, and 38 and each of the electrodes is proportional to the distance therebetween. Therefore, when electrons are incident on the point 39, a current whose distance from each electrode to the point 39 is inversely proportional is sent out.
At this time, electron multiplication occurs within the silicon semiconductor in response to the energy of the incident electrons. 41,
42, 43, and 44 are pulse amplifiers. 45,
46, 47, and 48 are integrators. The timing signal generator 56 adds the outputs of the pulse amplifiers 43 and 44, uses this as a trigger signal, and generates a timing signal. This timing signal limits the timing for starting the integration of the integrators 45, 46, 47, and 48 and the integration time. This integration time is, for example, 6 microseconds. This time is determined in accordance with the magnitude of the time constant of the output signal of the semiconductor position detector 34. Also during this time,
This is sufficiently longer than the operation cycle of a two-dimensional counter, which will be described later. Note that when there is a delay time in timing generation in the circuit shown in FIG. 3, the integration start time will be delayed with respect to the input signal, and there is a possibility that the integration accuracy will deteriorate. In such a case, it is necessary to insert a delay circuit between the pulse amplifiers 41, 42, 43, 44 and the corresponding integrators 45, 46, 47, 48, respectively.
第3図において、電極35から送出される電流
をパルス増幅器41で増幅し、積分器45で積分
して得られた信号電流をI35、電極36から送出
される電流ををパルス増幅器42で増幅し、積分
器46で積分して得られた信号電流をI36、電極
37から送出される電流をパルス増幅器43で増
幅し、積分器47で積分して得られた信号電流を
I37、電極38から送出される電流パルス増幅器
44で増幅し、積分器48で積分して得られた信
号電流I38とする。 In FIG. 3, the current sent out from the electrode 35 is amplified by a pulse amplifier 41, the signal current obtained by integrating it by an integrator 45 is amplified by I35, and the current sent out from the electrode 36 is amplified by a pulse amplifier 42. , the signal current obtained by integrating by the integrator 46 is amplified by the pulse amplifier 43, the current sent from the electrode 37 is amplified by the pulse amplifier 43, and the signal current obtained by integrating by the integrator 47 is
I37 is amplified by a current pulse amplifier 44 sent from an electrode 38, and integrated by an integrator 48 to obtain a signal current I38.
加算器50は前記積分器45,46の出力I35
とI36を加算して(I35+I36)を出力する。 The adder 50 receives the output I35 of the integrators 45 and 46.
and I36 are added to output (I35 + I36).
加算器52は前記積分器47,48の出力I37
とI38を加算して(I37+I38)を出力する。 The adder 52 receives the output I37 of the integrators 47 and 48.
and I38 are added to output (I37 + I38).
加算器55前記加算器50,52の出力を加算
して(I35+I36+I37+I38)を出力する。 Adder 55 adds the outputs of the adders 50 and 52 and outputs (I35+I36+I37+I38).
同様にして減算器49は(I35−I36)、減算器
51は(I37−I38)を出力する。 Similarly, the subtracter 49 outputs (I35-I36) and the subtracter 51 outputs (I37-I38).
53と54は割算器であつて、割算器53の出
力信号Xは次式で与えられる。 53 and 54 are dividers, and the output signal X of the divider 53 is given by the following equation.
X=(I35−I36)/(I35+I36) ………(1)
割算器54の出力信号Yは次の式で与えられ
る。 X=(I35−I36)/(I35+I36) (1) The output signal Y of the divider 54 is given by the following formula.
Y=(I37−I38)/(I37+I38) ………(2)
加算器55の出力信号Zは前述のとおり次式で
与えられる。 Y=(I37−I38)/(I37+I38) (2) The output signal Z of the adder 55 is given by the following equation as described above.
Z=(I35+I36+I37+I38) ………(3)
4つの電極35,36,37,38に囲まれた
正方形の中心を原点とし、原点から各電極の距離
を1とし、電極36から35への方向をX方向電
極38から37への方向をY方向と定義すること
により(1)、(2)、(3)式はそれぞれ次の意味を持つこ
とになる。 Z=(I35+I36+I37+I38) ......(3) The center of the square surrounded by the four electrodes 35, 36, 37, and 38 is the origin, the distance of each electrode from the origin is 1, and the direction from electrode 36 to 35 is By defining the direction from the X-direction electrodes 38 to 37 as the Y direction, equations (1), (2), and (3) each have the following meanings.
(1)式 電子の入射点39のX座標(X)
(2)式 電子の入射点39のY座標(Y)
(3)式 電子の入射量(Z)
このように、入射位置演算回路4は、イメージ
管3の出力信号を処理して、イメージ管3の光電
面31に入射した光の位置を、光電面の中心に対
応する半導体位置検出器34の中心点を原点とす
る直交座標で表した位置信号(以下X、Yで表
す)および半導体位置検出器34へ入射した電子
の量(以下Zで表す)を演算して出力する演算回
路である。 Equation (1): X coordinate (X) of the electron incident point 39 (2) Equation: Y coordinate (Y) of the electron incident point 39 (3) Equation: Amount of electron incident (Z) In this way, the incident position calculation circuit 4 processes the output signal of the image tube 3 and calculates the position of the light incident on the photocathode 31 of the image tube 3 in orthogonal coordinates with the origin at the center point of the semiconductor position detector 34 corresponding to the center of the photocathode. This is a calculation circuit that calculates and outputs the position signals (hereinafter referred to as X and Y) and the amount of electrons incident on the semiconductor position detector 34 (hereinafter referred to as Z).
パルス波高選別器5は入射位置演算回路4の単
一光電子に原因するZ出力信号の中心と、マイク
ロチヤンネルプレート等の熱雑音による出力の間
に設定された第1のしきい値と、前述した信号固
有の雑音による出力との間に設定された第2のし
きい値を持つウインドコンパレータである。 The pulse height selector 5 has a first threshold value set between the center of the Z output signal caused by a single photoelectron of the incident position calculation circuit 4 and the output due to thermal noise from a microchannel plate, etc. It is a window comparator with a second threshold set between the signal and the output due to inherent noise.
もつとも、ある場合は前記第2のしきい値を省
略して第1のしきい値より大きい信号を総て取り
出すようにすることもできる。 However, in some cases, the second threshold may be omitted and all signals greater than the first threshold may be extracted.
次に第4図を参照して、Z信号と波高選別器5
のしきい値の関係を説明する。 Next, referring to FIG. 4, the Z signal and wave height selector 5
Explain the relationship between the threshold values.
第4図は、Z信号パルス高を横軸にとり、各出
力値の頻度を縦軸にして示したヒストグラムであ
る。Z信号パルスは光電面で単一光電子が発生す
るごとに現れ、すべての単一光電子について同一
のパルス高の出力のみが現れるはずであるが、現
実には第4図Dに示すように2つのピークp,q
を持つ分布となつて現れる。この曲線Dは、熱雑
音に原因する出力回数分布B、単一光電子に原因
する出力分布A、分離不能な程度に光電子の発生
が連続したときの出力分布Cの和として与えられ
たものと推定できる。 FIG. 4 is a histogram showing the Z signal pulse height on the horizontal axis and the frequency of each output value on the vertical axis. A Z signal pulse appears every time a single photoelectron is generated on the photocathode, and only an output with the same pulse height should appear for every single photoelectron, but in reality, two pulses are generated as shown in Figure 4D. peak p, q
It appears as a distribution with . This curve D is estimated to be given as the sum of the output frequency distribution B caused by thermal noise, the output distribution A caused by a single photoelectron, and the output distribution C when photoelectrons are generated continuously to an inseparable extent. can.
そこで、本発明では波高選別器5のしきい値を
図のLおよびHの2点に設定し、その間のZ出力
のみを測定の対象とし、そのようなZ出力の入力
があつたときにのみ後述するインクリメンタ7に
信号を送出する。 Therefore, in the present invention, the threshold of the pulse height selector 5 is set at two points L and H in the figure, and only the Z output between them is the subject of measurement, and only when such Z output is input. A signal is sent to an incrementer 7, which will be described later.
メモリ6は前記二次元半導体位置検出器39の
前記アドレスに対応したカウンタの群から形成さ
れるランダムアクセスメモリである。 The memory 6 is a random access memory formed from a group of counters corresponding to the addresses of the two-dimensional semiconductor position detector 39.
この実施例ではメモリ6は512×512=262144個
のカウンタすなわち262144個の記憶場所を有す
る。 In this embodiment, the memory 6 has 512×512=262144 counters or 262144 storage locations.
前記入射位置演算回路4の出力信号により、対
応するアドレスが指定されそのアドレスのカウン
タの内容がインクリメンタ7に呼び出される。 A corresponding address is specified by the output signal of the injection position calculation circuit 4, and the contents of the counter at that address are called into the incrementer 7.
インクリメンタ7は、前記波高選別器5からの
信号があつたことを条件に、前記内容に1を加算
する。加算された内容はメモリ6のもとのカウン
タに戻される。ただし後述する計数時間変換器9
により前記カウンタの内容がすでに時間のデータ
に変換されているときは、前記加算を行わない。 The incrementer 7 adds 1 to the above content on the condition that the signal from the wave height selector 5 is received. The added contents are returned to the original counter in the memory 6. However, the counting time converter 9 described later
When the contents of the counter have already been converted into time data, the addition is not performed.
計数時間変換器9は前記メモリ6から呼び出さ
れた内容が一定の数(例えば32768)に達したと
きに測定開始からそれまでの時間のデータに変換
してもとのアドレスに戻す。 When the content read from the memory 6 reaches a certain number (for example, 32768), the counting time converter 9 converts it into data of the time from the start of measurement to that point and returns it to the original address.
計数値時間値判別器9は前記メモリ6から呼び
出された内容が、すでに時間データに変換された
データであるか、カウント値であるかを判別し
て、インクリメンタ7および計数値時間値判別器
9等判別信号を送出する。インクリメンタ7は前
記判別信号により、呼び出されている内容がカウ
ンタ値であれば1を加算し、時間データに変換さ
れたものであれば、そのままメモリ6に戻す。 The count value time value discriminator 9 determines whether the content read from the memory 6 is data that has already been converted into time data or a count value, and then passes the count value time value discriminator 9 to the incrementer 7 and the count value time value discriminator 9. Sends a 9th grade discrimination signal. Based on the determination signal, the incrementer 7 increments the content by 1 if the content being called is a counter value, and returns it to the memory 6 as is if it has been converted to time data.
メモリ6の各カウンタに記憶されている時間デ
ータの1ビツトはフラグとして用いられ、前記判
別に利用される。 One bit of the time data stored in each counter in the memory 6 is used as a flag, and is used for the above-mentioned determination.
モニタ10はブラウン管デイスプレイであつて
メモリ6の内容を順次読みだして表示する。カウ
ンタの計数値を輝度信号に変換して表示するモー
ド、時間データを特定の輝度で表示するモードお
よびそれらを同時に行うモードの何れかを選択す
ることができる。これにより測定者はどのくらい
時間データに変換されているかをリアルタイムで
知ることができる。 The monitor 10 is a cathode ray tube display and sequentially reads and displays the contents of the memory 6. It is possible to select one of a mode in which the count value of the counter is converted into a luminance signal and displayed, a mode in which time data is displayed at a specific luminance, and a mode in which both are displayed simultaneously. This allows the measurer to know in real time how much time data has been converted.
出力装置11は計測終了後にメモリ6の内容を
ハードコピーする装置である。すでに画像に関す
る情報はメモリ6に総て記録されているので、以
下の任意のモードで出力される。 The output device 11 is a device that hard copies the contents of the memory 6 after the measurement is completed. Since all the information regarding the image has already been recorded in the memory 6, it is output in any of the following modes.
プリンタにより時間に変換されたデータそのも
のを打ち出すモード、カウント値そのものを打ち
出すモード、それぞれを強度に変換してハーフト
ンプリンタにより画像として出力するモードがあ
る。 There is a mode in which the data itself is converted into time by the printer, a mode in which the count value itself is output, and a mode in which each is converted into intensity and output as an image by the halftone printer.
制御装置12は全体の装置の制御タイミングを
発生する装置であり、起動の制御、モニタ10へ
の読みだし制御や出力装置11の制御信号を発生
している。 The control device 12 is a device that generates control timing for the entire device, and generates startup control, readout control to the monitor 10, and control signals for the output device 11.
前記構成に係る装置の動作を説明する。 The operation of the device according to the above configuration will be explained.
メモリ6のカウンタの計数上限値、波高選別器
5のしきい値を設定して前記装置を起動する。 The upper limit value of the counter in the memory 6 and the threshold value of the wave height selector 5 are set and the device is activated.
被写体1よりイメージ管3に光子が入射すると
一定の確率、例えば20%で光電面31から光電子
が放出してマイクロチヤンネルプレート33に入
射する。このとき光電面31上の光電子を放出し
た位置はマイクロチヤンネルプレート33の入射
面上の位置として保たれる。マイクロチヤンネル
プレート33によつて入射電子は増倍されて出射
面に達する。 When photons are incident on the image tube 3 from the subject 1, photoelectrons are emitted from the photocathode 31 and incident on the microchannel plate 33 with a certain probability, for example, 20%. At this time, the position on the photocathode 31 from which the photoelectrons are emitted is maintained as the position on the incident surface of the microchannel plate 33. The incident electrons are multiplied by the microchannel plate 33 and reach the exit surface.
出射面から放出した増倍電子は、半導体位置検
出器34に入射する。この間も光電面31上の光
の入射点の位置が保たれている。 The multiplied electrons emitted from the emission surface enter the semiconductor position detector 34. During this time as well, the position of the light incident point on the photocathode 31 is maintained.
入射位置演算回路4からのX位置信号とY位置
信号によりメモリ6の当該アドレスのカウンタの
内容がインクリメンタ7に呼び出される。 The contents of the counter at the corresponding address in the memory 6 are read by the incrementer 7 in response to the X position signal and the Y position signal from the incident position calculation circuit 4.
入射位置演算回路4のZ信号は波高選別器5に
入力され、波高選別器5は、Z信号が任意に設定
定した下限および上限の間にあるとき、トリガ信
号パルスがインクリメンタ7に送出される。 The Z signal of the incident position calculation circuit 4 is input to the pulse height selector 5, and the pulse height selector 5 sends a trigger signal pulse to the incrementer 7 when the Z signal is between an arbitrarily set lower limit and an upper limit. Ru.
インクリメンタ7は前記トリガ信号パルスを受
けているときは、前記カウンタの内容に1を加算
して、もとのカウンタに戻す。 When the incrementer 7 receives the trigger signal pulse, it adds 1 to the contents of the counter and returns the counter to the original value.
前記波高選別器5からのトリガ信号パルスがな
いときは、前記アドレス発生の原因となつた信号
は2以上の光電子の同時的な入射または他の雑音
に原因するものであるから前記カウンタの内容に
1を加算することなくもとのアドレスのカウンタ
に戻す。 When there is no trigger signal pulse from the wave height selector 5, the signal that caused the address generation is caused by the simultaneous incidence of two or more photoelectrons or other noise, so the contents of the counter do not change. Return the counter to the original address without adding 1.
前記加算の状況は数値時間値判別器8により監
視されており、起動前に設定したカウント値に達
し計数時間変換器9ですでに時間データに変換さ
れたものについては、前記加算を行わない。 The status of the addition is monitored by the numerical time value discriminator 8, and the addition is not performed if the count value has reached the count value set before startup and has already been converted into time data by the counting time converter 9.
位置演算回路4によつて指定されたアドレスの
読み出しと書込みと、順次走査によるモニタ10
への読みだしは時分割で行われ、モニタ10には
測定の状態がリアルタイムで表示されている。 Monitor 10 by reading and writing addresses specified by position calculation circuit 4 and sequential scanning
Reading is performed on a time-division basis, and the measurement status is displayed on the monitor 10 in real time.
測定者は前記モニタ10の画面を観測しなが
ら、時間データに変換された部分の割合を間隔的
に把握することができる。希望する割合に達した
ときに測定を終了し、前記出力装置11により測
定の内容を出力して、測定を終了する。前記希望
する割合は予め前画素の50%というように設定し
ておいて、1フレームの変換された出力を計数し
て自動的に測定を終了するように、することも可
能である。 While observing the screen of the monitor 10, the measurer can grasp the proportion of the portion converted into time data at intervals. The measurement is terminated when the desired ratio is reached, the content of the measurement is outputted by the output device 11, and the measurement is terminated. It is also possible to set the desired ratio in advance to 50% of the previous pixel, count the converted output of one frame, and automatically end the measurement.
以上説明したように、本発明による測定装置
は、単一の光電子を一定値に近い電子数に増倍す
るマイクロチヤンネルプレートと2次元半導体位
置検出器を有するイメージ管と検出パルスの波高
に下限を設けることによつて、1光電子の発生に
より、光電面への光子の入射位置を検出し、熱雑
音による雑音成分を除去して2次元画像を計測す
ることができる。 As explained above, the measuring device according to the present invention has a microchannel plate that multiplies a single photoelectron to a number of electrons close to a constant value, an image tube that has a two-dimensional semiconductor position detector, and a lower limit on the wave height of the detection pulse. By providing this, it is possible to detect the incident position of a photon on the photocathode by generating one photoelectron, remove noise components due to thermal noise, and measure a two-dimensional image.
本発明による測定装置は、入射粒子の入射回数
をカウントし、所定の回数に達した時に時間デー
タに変換しそのアドレスの入射強度とするので、
従来と異なる画像解析が可能となる。 The measuring device according to the present invention counts the number of times an incident particle is incident, and when a predetermined number of times is reached, converts it into time data and uses it as the incident intensity at that address.
Image analysis that is different from conventional methods becomes possible.
メモリ6のカウンタのカウントに用いられる部
分を32ビツトにすれば4×109のダイナミツクレ
ンジを期待できる。 If the part used for counting the counter in the memory 6 is made 32 bits, a dynamic range of 4×10 9 can be expected.
メモリ6の内容をモニタ10でリアルタイムで
観察し、最適な時期における画像情報の読み出し
のタイミングを知ることができるので、必要なデ
ータの収集が容易になつた。 Since the contents of the memory 6 can be observed in real time on the monitor 10 and the optimal timing for reading image information can be determined, it has become easier to collect necessary data.
以上詳細に説明した実施例につき本発明の範囲
内で種々の変形を施すことができる。 Various modifications can be made to the embodiments described in detail above within the scope of the present invention.
前述した二次元半導体位置検出装置は、前記光
電子のみならず、他の荷電粒子や、中性子が入射
した場合でも位置に関連する情報を提供できるも
のであるから、それ等の粒子により形成される微
弱画像の計測にも応用可能である。 The two-dimensional semiconductor position detection device described above can provide position-related information even when not only the photoelectrons but also other charged particles and neutrons are incident, so it is possible to It can also be applied to image measurement.
また前記実施例は可視光による微弱画像の測定
に関するものであるが、赤外線、紫外線、X線、
ガンマ線による不可視光微弱画像の計測にも利用
できる。したがつて、本発明において光電面は電
磁放射線のエネルギーを電子に変換すると言うも
つとも広い意味に解釈されるべきである。これら
の計測には前記実施例装置の入射窓や、光電面の
性質をそれぞれの電磁放射線に適するものに変え
ることにより容易に実施される。 Furthermore, although the above embodiment relates to the measurement of weak images using visible light, infrared rays, ultraviolet rays, X-rays,
It can also be used to measure invisible light weak images using gamma rays. Therefore, in the present invention, the photocathode should be interpreted in a broad sense, even though it means converting the energy of electromagnetic radiation into electrons. These measurements can be easily carried out by changing the properties of the entrance window and photocathode of the above-mentioned embodiment device to be suitable for each electromagnetic radiation.
赤外線による微弱画像の計測には、砒化ガリウ
ムの光電面が適している。 A gallium arsenide photocathode is suitable for measuring weak images using infrared rays.
紫外線による微弱画像の計測には、沃化ガリウ
ムの光電面、入射窓としては弗化リチウムの薄板
が適している。 For the measurement of weak images using ultraviolet light, a thin plate of lithium fluoride is suitable for the gallium iodide photocathode and the entrance window.
X線、ガンマ線による不可視光微弱画像の計測
には光電面として金の薄板、入射窓としてはベリ
リウムや、アルミニウムの薄板が適している。 For the measurement of invisible light weak images using X-rays and gamma rays, a thin gold plate is suitable for the photocathode, and a thin plate of beryllium or aluminum is suitable for the entrance window.
第1図は本発明による二次元微弱画像計測装置
の実施例を示すブロツク図、第2図はイメージ管
の構造を示す概略図、第3図は半導体位置検出器
と位置演算回路を詳細に示したブロツク図であ
る。第4図は、Z信号パルス高を横軸にとり、各
出力値の頻度を縦軸にして示したヒストグラムで
ある。
1……被写体、2……光学系、3……イメージ
管、31……光電面、32……集束電極、33…
…マイクロチヤンネルプレート、34……半導体
位置検出器、4……入射量および位置演算回路、
41,42,43,44……パルス増倍器、4
5,46,47,48……積分器、49,51…
…減算器、50,52,55……加算器、53,
54……除算器、5……パルス波高選別器、6…
…メモリ、7……インクリメンタ、8……計数値
時間値判別器、9……計数時間変換器、10……
モニタ、11……出力装置、12……制御装置。
Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of a two-dimensional weak image measuring device according to the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram showing the structure of an image tube, and Fig. 3 shows a semiconductor position detector and a position calculation circuit in detail. FIG. FIG. 4 is a histogram showing the Z signal pulse height on the horizontal axis and the frequency of each output value on the vertical axis. 1... Subject, 2... Optical system, 3... Image tube, 31... Photocathode, 32... Focusing electrode, 33...
... Microchannel plate, 34 ... Semiconductor position detector, 4 ... Incident amount and position calculation circuit,
41, 42, 43, 44...Pulse multiplier, 4
5, 46, 47, 48... Integrator, 49, 51...
...Subtractor, 50, 52, 55...Adder, 53,
54...Divider, 5...Pulse height selector, 6...
...Memory, 7...Incrementer, 8...Count value time value discriminator, 9...Count time converter, 10...
Monitor, 11...output device, 12...control device.
Claims (1)
原因する、粒子線の入射頻度が時間分解可能な程
度に微弱である二次元像を計測するための二次元
微弱画像計測装置であつて、前記二次元半導体位
置検出器の位置信号出力電極からの出力信号を演
算しその出力信号の原因となつた粒子の前記二次
元半導体位置検出器への入射位置を示すアドレス
信号を出力する入射位置演算回路と、前記二次元
半導体位置検出器の位置信号出力電極からの出力
信号を演算して前記二次元半導体位置検出器への
粒子の入射量を出力する入射量演算回路と、前記
入射量演算回路の出力からその出力が単一粒子レ
ベルに対応するか否かを判別して判別出力を発生
するパルス波高選別器と、前記二次元半導体位置
検出器の前記アドレスに対応したカウンタの群か
ら形成されるメモリと、前記パルス波高選別器に
より単一粒子レベルに対応すると判別されたと
き、前記入射位置演算回路が指定したアドレスの
カウンタに単位信号を加算させ、前記メモリのカ
ウンタの内容を監視し任意のカウンタのカウント
値が予め設定した値に達したときにそのアドレス
のカウンタに予め設定した値に達するまでの時間
を記憶させるメモリ制御回路と、メモリの内容を
出力する出力装置とから構成した二次元微弱画像
計測装置。 2 前記メモリ制御回路は、前記入射位置演算回
路からのアドレス指定により呼び出されたカウン
タの内容に、前記パルス波高選別器から信号が供
給されていることを条件に、1を加算してもとの
アドレスのカウンタに戻すインクリメンタと、前
記入射位置演算回路からのアドレス指定により呼
び出されたカウンタの内容が予め設定したカウン
ト数に達したときに、測定開始からの時間データ
に変換してもとのアドレスのカウンタに戻す計数
時間変換器と、前記入射位置演算回路からのアド
レス指定により呼び出されたカウンタの内容が前
記時間データに変換されたものか計数値かを判別
して、時間データに変換されたものであるとき
は、前記インクリメンタの加算を禁止する計数値
時間値判別器から構成した特許請求の範囲第1項
記載の二次元微弱画像計測装置。 3 前記二次元半導体位置検出器に入射する、画
像に原因する、粒子線の入射頻度が時間分解可能
な程度に微弱である二次元像は、光電面、前記光
電面からの光電子を単一光電子毎に略一定の電子
数に増倍するマイクロチヤンネルプレート、前記
マイクロチヤンネルプレートの出射面に対向して
設けた二次元半導体位置検出器からなるイメージ
管の二次元半導体位置検出器上に形成される特許
請求の範囲第1項記載の二次元微弱画像計測装
置。 4 前記波高選別器は低レベルの熱雑音出力を単
一光電子に原因する出力から分離するための第1
のしきい値を持つ特許請求の範囲第3項記載の二
次元微弱画像計測装置。 5 前記波高選別器は2以上の光電子の同時的発
生に原因する信号固有の雑音を単一光電子に原因
する出力から分離するための第2のしきい値をさ
らに備える特許請求の範囲第4項記載の二次元微
弱画像計測装置。 6 前記出力装置は計測終了後にメモリ中のカウ
ンタに記憶された時間に関するデータを出力する
ハードコピー出力装置である特許請求の範囲第1
項記載の二次元微弱画像計測装置。 7 前記出力装置はメモリ中のカウンタの内容の
変化を表示するテレビジヨンモニタをさらに備え
る特許請求の範囲第6項記載の二次元微弱画像計
測装置。[Claims] 1. Two-dimensional weak image measurement for measuring a two-dimensional image in which the incidence frequency of a particle beam incident on a two-dimensional semiconductor position detector is weak enough to be time-resolved due to the image. A device, which calculates an output signal from a position signal output electrode of the two-dimensional semiconductor position detector and generates an address signal indicating the incident position of the particle that caused the output signal to the two-dimensional semiconductor position detector. an incident position calculation circuit that outputs, and an incidence amount calculation circuit that calculates an output signal from a position signal output electrode of the two-dimensional semiconductor position detector and outputs the amount of particles incident on the two-dimensional semiconductor position detector; a pulse height selector that determines whether the output of the incident amount calculation circuit corresponds to a single particle level and generates a determined output; and a counter that corresponds to the address of the two-dimensional semiconductor position detector. When determined by the pulse height selector to correspond to a single particle level, the incident position calculation circuit adds a unit signal to the counter at the specified address, and adds the unit signal to the counter at the specified address. A memory control circuit that monitors the contents and, when the count value of an arbitrary counter reaches a preset value, stores the time until the preset value is reached in the counter at that address, and an output device that outputs the memory contents. A two-dimensional weak image measurement device consisting of. 2. The memory control circuit adds 1 to the contents of the counter called by the address designation from the injection position calculation circuit, on the condition that a signal is supplied from the pulse height selector, and returns the original value. An incrementer returns the address counter, and when the contents of the counter called by the address specification from the injection position calculation circuit reach a preset count number, it is converted to time data from the start of measurement and returned to the original value. A count time converter returns the counter to the address, and determines whether the contents of the counter called by the address specification from the injection position calculation circuit are converted to time data or counted values, and converted to time data. 2. The two-dimensional weak image measuring device according to claim 1, further comprising a count value/time value discriminator which prohibits addition of said incrementer when the incrementer is incremented. 3 The two-dimensional image, which is caused by the image and which is incident on the two-dimensional semiconductor position detector and whose incident frequency is weak enough to be time-resolvable, is a photocathode, which converts photoelectrons from the photocathode into single photoelectrons. formed on the two-dimensional semiconductor position detector of the image tube, which consists of a microchannel plate that multiplies the number of electrons to a substantially constant value each time, and a two-dimensional semiconductor position detector provided opposite to the exit surface of the microchannel plate. A two-dimensional weak image measuring device according to claim 1. 4 The pulse height separator is a first pulse height selector for separating low level thermal noise output from output caused by a single photoelectron.
A two-dimensional weak image measuring device according to claim 3, having a threshold value of . 5. The pulse height selector further comprises a second threshold for separating signal-specific noise caused by simultaneous generation of two or more photoelectrons from output caused by a single photoelectron. The two-dimensional weak image measuring device described. 6. Claim 1, wherein the output device is a hard copy output device that outputs data related to time stored in a counter in a memory after measurement is completed.
The two-dimensional weak image measuring device described in 2. 7. The two-dimensional weak image measuring device according to claim 6, wherein the output device further comprises a television monitor that displays changes in the contents of the counter in the memory.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19443382A JPS5984105A (en) | 1982-11-05 | 1982-11-05 | Device for measuring very weak two-dimensional image |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19443382A JPS5984105A (en) | 1982-11-05 | 1982-11-05 | Device for measuring very weak two-dimensional image |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5984105A JPS5984105A (en) | 1984-05-15 |
| JPS6334403B2 true JPS6334403B2 (en) | 1988-07-11 |
Family
ID=16324515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19443382A Granted JPS5984105A (en) | 1982-11-05 | 1982-11-05 | Device for measuring very weak two-dimensional image |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5984105A (en) |
-
1982
- 1982-11-05 JP JP19443382A patent/JPS5984105A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5984105A (en) | 1984-05-15 |
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