DE112013002670T5

DE112013002670T5 - Lichtsignal-Detektierschaltung, Lichtmengen-Detektiervorrichtung und mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung

Info

Publication number: DE112013002670T5
Application number: DE201311002670
Authority: DE
Inventors: Tetsuji c/o Hitachi High-Technologies Co Osawa; Yuki c/o Hitachi High-Technologies Corp. Sugawara; Hiroshi c/o Hitachi High-Technologies Co Touda; Fujio c/o Hitachi High-Technologies Co Onishi
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2033-06-15
Also published as: DE112013002670B4; CN104380064B; US9322711B2; JP5971637B2; JPWO2013187511A1; US20150153223A1; WO2013187511A1; CN104380064A

Abstract

Vorgesehen sind eine Lichtsignal-Detektierschaltung, eine Lichtmengen-Detektiervorrichtung und eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung, die in der Lage sind, die Signalkomponente einer sehr kleinen Lichtmenge von der Signalkomponente des Rauschens infolge des Dunkelstroms mit einem einfachen Vorgang zu unterscheiden. Eine Datenverarbeitungseinheit (441) detektiert Pulse von einem durch einen Verstärker (41) und einen A-D-Wandler (42) erhaltenen Digitalspannungssignal, das einer Lichtmenge entspricht, berechnet einen Spitzenwert als den Maximalspannungswert jedes Pulses und speichert die Auftrittsfrequenz jedes berechneten Spitzenwerts in einem Frequenzauftritts-Speicherbereich (451). Eine Datenanalyseeinheit (442) vergleicht eine zuvor bestimmte Frequenzuntergrenze mit der Auftrittsfrequenz jedes Spitzenwerts, die im Frequenzzählwert-Speicherbereich (451) in Zusammenhang mit dem Spitzenwert gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge der Spitzenwerte und setzt als Ergebnis des Vergleichs eine Pulsbestimmungsschwelle auf den ersten Spitzenwert, dessen Auftrittsfrequenz kleiner oder gleich der Frequenzuntergrenze ist. Die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit (43) gibt auf diese Weise das Digitalsignal, das größer oder gleich der Pulsbestimmungsschwelle ist, als Detektionssignal aus.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtsignal-Detektierschaltung, eine Lichtmengen-Detektiervorrichtung und eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, die von Proben emittiertes Licht detektieren.
STAND DER TECHNIK
Photoelektronenvervielfacher-Röhren sind in der Lage, sehr schwaches Licht als elektrisches Signal zu extrahieren, und werden daher auf verschiedenen Gebieten verwendet. Beispielsweise analysiert ein Photometer die in einer kleinen Probenmenge enthaltenen Komponenten durch Projizieren von Licht auf die Probe und Detektieren der von der Probe emittierten Fluoreszenz durch das durchgelassene Licht, Streulicht oder dergleichen mit einer Photoelektronenvervielfacher-Röhre. Eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung oder dergleichen projiziert einen Elektronenstrahl auf eine Probe und detektiert eine kleine Anzahl von der Oberfläche der Probe erzeugter Sekundärelektronen unter Verwendung eines Szintillators und einer Photoelektronenvervielfacher-Röhre in Kombination, wodurch eine detaillierte Beobachtung der Oberfläche der Probe ermöglicht wird.
In den letzten Jahren müssen Photometer jedoch die in sehr kleinen Probenmengen enthaltenen Komponenten analysieren, und mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtungen müssen eine detailliertere und klarere Beobachtung von Probenoberflächen ermöglichen. Dementsprechend ist es erforderlich, durch sehr kleine Lichtmengen erzeugte elektrische Signale von Photoelektronenvervielfacher-Röhren zu detektieren.
Eine Technik zum Detektieren elektrischer Signale aus einer Photoelektronenvervielfacher-Röhre, die durch eine sehr kleine Lichtmenge erzeugt wurden, ist beispielsweise in Patentdokument 1 beschrieben. Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen herkömmlichen Technik ist eine Lichtdetektierschaltung mit einer Anode der PMT (Photoelektronenvervielfacher-Röhre) verbunden. Die Lichtdetektierschaltung weist Folgendes auf: einen I/V-Wandler, der den von der Anode ausgegebenen Strom in ein Spannungssignal V1 umwandelt, eine Dunkelstrom-Entfernungsschaltung zum Entfernen des Dunkelstroms (Dunkelzählwerts) aus dem Spannungssignal V1, um ein Spannungssignal V2 zu erzeugen, eine primäre Verzögerungsfilterschaltung zum Formen des Spannungssignals V2, einen A-D-Wandler zum Umwandeln des durch die primäre Verzögerungsfilterschaltung hindurchgetretenen Spannungssignals V3 in Digitaldaten und eine arithmetische Verarbeitungseinheit (CPU), welche die Digitaldaten integriert, um Lichtmengendaten zu erzeugen, die der in die PMT eintretenden Lichtmenge entsprechen. Die CPU erhöht die Integrationszeit, wenn der Wert der Digitaldaten abnimmt.
DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: offen gelegte japanische Patentveröffentlichung 2006-300728

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Zum Detektieren eines elektrischen Signals, das von einer Photoelektronenvervielfacher-Röhre aus einer kleinen Lichtmenge erzeugt wurde, muss die Signalkomponente des Lichts von der Signalkomponente des Rauschens unterschieden und die Signalkomponente des Rauschens entfernt werden. Die herkömmliche Technik aus Patentdokument 1 beschreibt das Entfernen von Rauschen infolge des Dunkelstroms durch eine Versatzeinstellung einer in der Dunkelstrom-Entfernungsschaltung enthaltenen Verstärkungsschaltung. Patentdokument 1 beschreibt jedoch kein spezifisches Verfahren für die Versatzeinstellung.
Die Eigenschaften des Rauschens infolge des Dunkelstroms hängen von der Temperatur ab. Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen herkömmlichen Technik muss der Messende die Versatzeinstellung des Verstärkers jedes Mal in Reaktion auf Temperaturänderungen ausführen. Im Allgemeinen benötigt die Versatzeinstellung der Analogsignale behandelnden Verstärkungsschaltung eine feinere Steuerung als im Fall der Behandlung von Digitalsignalen, so dass Zeit und Aufwand erforderlich sind.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lichtsignal-Detektierschaltung, eine Lichtmengen-Detektiervorrichtung und eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, die Signalkomponente einer kleinen Lichtmenge von der Signalkomponente des Rauschens infolge des Dunkelstroms mit einem einfachen Vorgang zu unterscheiden.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Eine Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: einen Verstärker zum Verstärken eines Analogdetektionssignals, das einer durch ein Lichtdetektiermittel detektierten Lichtmenge entspricht, ein Analog-Digital-Wandlermittel zum Umwandeln des durch den Verstärker verstärkten Analogdetektionssignals in ein Digitaldetektionssignal, ein Schwellenwert-Bestimmungsmittel, das dafür ausgelegt ist, Folgendes auszuführen: Wiederholen eines Prozesses zum Detektieren eines Pulses anhand des durch das Analog-Digital-Wandlermittel erhaltenen Digitaldetektionssignals und Detektieren der Energie des detektierten Pulses, Berechnen einer Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts und Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle auf der Grundlage der berechneten Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts und ein Schwellenverarbeitungsmittel, um als ein Detektionssignal das Digitaldetektionssignal auszugeben, das die Pulse der Energiewerte aufweist, die nicht kleiner als die durch das Schwellenwert-Bestimmungsmittel bestimmte Pulsbestimmungsschwelle sind.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Lichtsignal-Detektierschaltung, eine Lichtmengen-Detektiervorrichtung und eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung bereitgestellt werden, die in der Lage sind, die Signalkomponente einer kleinen Lichtmenge von der Signalkomponente des Rauschens infolge des Dunkelstroms mit einem einfachen Vorgang zu unterscheiden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Diagramm, das eine Pulsspitzenverteilung von Ausgangspulsen von einer Photoelektronenvervielfacher-Röhre, welche eine kleine Lichtmenge von einer durch eine Lichtquelle bestrahlten Probe empfängt, und von Rauschpulsen zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine Änderung der Pulsspitzenverteilung von Rauschpulsen mit der Temperatur zeigt.
3 ist ein Diagramm, das den Fall zeigt, in dem sich die Pulsspitzenverteilung der Ausgabe der Photoelektronenvervielfacher-Röhre wegen einer Erhöhung der Temperatur der Hochspannungsversorgung der Photoelektronenvervielfacher-Röhre bei einer Änderung der Umgebung ändert.
4 ist ein Diagramm, das den Fall zeigt, in dem sich die Pulsspitzenverteilung der Ausgabe der Photoelektronenvervielfacher-Röhre bei einer Erhöhung der Temperatur der Photoelektronenvervielfacher-Röhre oder bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur ändert.
5 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche eine Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung aufweist.
6 ist ein Flussdiagramm einer Prozedur zum Messen einer Probe unter Verwendung der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
7 ist ein Flussdiagramm zum Erklären des Betriebs der Datenverarbeitung.
Die 8A und 8B sind Diagramme zum Erklären des Betriebs der Datenverarbeitung, wobei 8A ein Diagramm zum Erklären der Zeit, der Spannung und des Setzens/Deaktivierens eines Pulsdauer-Hinweiszeichens ist, und 8B ein Diagramm zum Erklären von Adressen (Spitzenwerten) und Daten (Auftrittsanzahl) ist, die in einem Frequenz zählwert-Speicherbereich gespeichert sind.
9 ist ein Flussdiagramm zum Erklären des Betriebs der Datenanalyseverarbeitung.
Die 10A und 10B sind Diagramme, die Ausgaben der Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 1 zeigen, wobei 10A ein Diagramm ist, das einen ausgegebenen Lichtsignalpuls und einen Puls P1 infolge des Dunkelstromrauschens zeigt, wobei eine Frequenzuntergrenze TH1 auf eine Frequenz an einem Spitzenwert H2 als Grenze zwischen einem Grundrauschgebiet und einem Dunkelstrom-Rauschgebiet A gesetzt ist (in 1 dargestellt), und 10B ein Diagramm ist, das einen ausgegebenen Lichtsignalpuls zeigt, wobei die Frequenzuntergrenze TH1 auf einen Spitzenwert H3 als Grenze zwischen dem Dunkelstrom-Rauschgebiet A und einem Dunkelstromgebiet B gesetzt ist (in 1 dargestellt).
11 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche eine Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung aufweist.
12 ist ein Flussdiagramm zum Erklären des Betriebs der zweiten Datenanalyseverarbeitung.
Die 13A bis 13D sind Diagramme zum Erklären der Bedingungen für die Verstärkungseinstellung, wobei 13A ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen Spitzenwerten und der Frequenz nach einem vorgegebenen Zeitraum seit Beginn der Messung zeigt, wobei die Zeichnung zeigt, dass, wenn die Frequenz des Spitzenwerts, die als eine Pulsbestimmungsschwelle dient, größer als die Frequenzuntergrenze TH1 ist (Linie G31), es bevorzugt ist, wenn die als Pulsbestimmungsschwelle dienende Frequenz des Spitzenwerts so eingestellt wird, dass sie niedriger als die Frequenzuntergrenze TH1 ist (Linie G32), 13B ein Diagramm ist, das die Anzahl der für jede Zeiteinheit detektierten Pulse im Fall von 13A zeigt, 13C ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen Spitzenwerten und der Frequenz nach einem vorgegebenen Zeitraum seit Beginn der Messung zeigt, wobei die Zeichnung zeigt, dass, wenn die als Pulsbestimmungsschwelle dienende Frequenz des Spitzenwerts niedriger als die Frequenzuntergrenze TH1 ist und die Frequenz der Spitzenwerte, die um den durch die Multiplizierkennlinie der Photoelektronenvervielfacher-Röhre bestimmten Spitzenwert verteilt sind, auch niedriger als die Frequenzuntergrenze TH1 ist (Linie G33), es bevorzugt ist, wenn die Frequenz der Spitzenwerte, die um den durch die Multiplizierkennlinie der Photoelektronenvervielfacher-Röhre bestimmten Spitzenwert verteilt sind, auf einen höheren Wert gelegt wird als die Frequenzuntergrenze TH1 (Linie G34), und 13D ein Diagramm ist, das die Anzahl der Pulse für jede Zeiteinheit im Fall von 13C zeigt.
14 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration der Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche eine Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung aufweist,
15 ist ein Flussdiagramm zum Erklären des Betriebs eines Verstärkungseinstellungs-Bestimmungsprozesses.
16 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche eine Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung aufweist.
17 ist ein Blockdiagramm einer anderen Konfiguration der Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche die Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung aufweist.
18 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines Rasterelektronenmikroskops zeigt, welches die Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
MODI ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. In der Beschreibung der Ausführungsformen wird ein Spitzenwert als der maximale Spannungswert jedes detektierten Pulses als ein Beispiel einer Energie genommen. Die Energie ist jedoch nicht auf die Spitzenwerte beschränkt.
(Zusammenfassung und Merkmale)
Die Zusammenfassung und die Merkmale einer Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter Verwendung der 1 bis 4 beschrieben. 1 ist ein Diagramm einer Pulsspitzenverteilung von Ausgangspulsen einer Photoelektronenvervielfacher-Röhre und einer Pulsspitzenverteilung von Rauschpulsen, wenn eine kleine Lichtmenge von einer Probe, die durch eine Lichtquelle bestrahlt wird, in die Photoelektronenvervielfacher-Röhre eintritt. In 1 repräsentiert die horizontale Achse Spitzenwerte, die maximale Spannungswerte der Pulse sind, und repräsentiert die vertikale Achse die Auftrittsfrequenz (die Anzahl der Auftrittsereignisse) jedes Spitzenwerts in einer Messzeit. Wie durch eine gestrichelte Linie G2 aus 1 dargestellt ist, konzentriert sich das Auftreten von Rauschpuls-Spitzenwerten bei niedrigen Spitzenwerten, und ihre Auftrittsfrequenz nimmt zwischen den Spitzenwerten H1 und H2 schnell ab. Die Auftrittsfrequenz von Rauschpuls-Spitzenwerten nimmt zwischen dem Spitzenwert H2 und einem Spitzenwert H3 langsamer ab als zwischen den Spitzenwerten H1 und H2. Überdies nimmt die Auftrittsfrequenz von Rauschpuls-Spitzenwerten in einem Gebiet, das größer als der Spitzenwert H3 ist, sogar noch langsamer ab als zwischen den Spitzenwerten H2 und H3.
Was die Spitzenwerte von Ausgangspulsen der Photoelektronenvervielfacher-Röhre angeht, wie durch die Linie G1 aus 1 dargestellt ist, nimmt die Auftrittsfrequenz der Spitzenwerte von Ausgangspulsen zwischen den Spitzenwerten H1 und H3 unter dem Einfluss der Rauschpulse schnell ab. Für Spitzenwerte größer als der Spitzenwert H3 ist das Auftreten der Ausgangspuls-Spitzenwerte um einen Spitzenwert H4 verteilt, der durch die Multiplizierkennlinie der Photoelektronenvervielfacher-Röhre bestimmt ist.
Hier konzentriert sich die Aufmerksamkeit auf die Eigenschaften der Rauschpulse aus 1. Weil die elektrische Ausgabe von einer Photoelektronenvervielfacher-Röhre sehr klein ist, werden Spitzenwerte von Ausgangspulsen von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre im Allgemeinen in einer solchen Weise gemessen, dass die Ausgabe von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre mit einem Vorverstärker verstärkt wird und das verstärkte Signal unter Verwendung eines A-D-Wandlers in ein Digitalsignal umgewandelt wird. Demgemäß umfassen die Rauschpulse Rauschpulse infolge eines Dunkelstroms, die erzeugt werden, wenn kein Licht in die Photoelektronenvervielfacher-Röhre eintritt (Dunkelstrom-Rauschpulse), und Rauschpulse infolge eines Grundrauschens, das durch den Vorverstärker und dergleichen hervorgerufen wird, wenn die Photoelektronenvervielfacher-Röhre nicht arbeitet (Grundrauschpulse).
Das Grundrauschen weist Wellenformen mit verschiedenen Frequenzkennlinien auf. Im Allgemeinen ist die Amplitude des Grundrauschens kleiner als der durchschnittliche Spitzenwert des Rauschens infolge des Dunkelstroms. Dementsprechend hat das Grundrauschen in einem Gebiet zwischen den Spitzenwerten H1 und H2 in 1 (Grundrauschgebiet) einen größeren Einfluss als das Rauschen infolge des Dunkelstroms. Zwischen den Spitzenwerten H2 und H3 (Dunkelstrom-Rauschgebiet A) hat das Grundrauschen einen sehr geringen Einfluss, während das Rauschen infolge des Dunkelstroms einen großen Einfluss hat. Dies liegt daran, dass die Spitzenwerte der Dunkelstrom-Rauschpulse gleich den Spitzenwerten der ursprünglichen Ausgangspulse von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre infolge von Licht sind. In einem Gebiet, in dem die Spitzenwerte größer als der Spitzenwert H3 sind (Dunkelstrom-Rauschgebiet B), hat das Rauschen infolge des Dunkelstroms einen sehr geringen Einfluss, weil die Spitzenwerte der Ausgangspulse von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre größer sind als die Spitzenwerte von Dunkelstrom-Rauschpulsen. Die Ausgangspulse von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre sind um den Spitzenwert H4 verteilt, der durch die Multiplizierkennlinie des Photoelektronenvervielfacher-Röhre bestimmt ist. Demgemäß ist es wünschenswert, dass nur die Spitzenwerte im Dunkelstrom-Rauschgebiet B für die Lichtsignaldetektion detektiert werden.
Wie vorstehend unter Verwendung von 1 beschrieben, sind die Ausgangspulse von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre um den Spitzenwert H1 verteilt, der durch die Multiplizierkennlinie des Vervielfacherröhre bestimmt ist. Demgemäß nimmt ihre Auftrittsfrequenz in Bezug auf niedrige bis hohe Ausgangspuls-Spitzenwerte bis auf die Grenze zwischen dem Dunkelstrom-Rauschgebiet A, in dem das Dunkelstromrauschen einen großen Einfluss hat, und dem Dunkelstrom-Rauschgebiet B schnell ab und nimmt von der Grenze an allmählich zu.
Gemäß den Ausführungsformen wird die für das Detektieren vom Pulsen verwendete Pulsbestimmungsschwelle bestimmt, indem die Aufmerksamkeit auf die Tatsache konzentriert wird, dass in Bezug auf niedrige bis hohe Spitzenwerte die Auftrittsfrequenz schnell bis auf die Grenze zwischen dem Dunkelstrom-Rauschgebiet A, in dem das Dunkelstromrauschen einen großen Einfluss hat, und dem Dunkelstrom-Rauschgebiet B abnimmt und von der Grenze an langsam zunimmt. Insbesondere werden zu Beginn der Lichtmessung die jeweiligen Spitzenwerten entsprechenden Frequenzzählwerte gespeichert und wird der Spitzenwert, dessen Auftrittsfrequenz kleiner oder gleich einer zuvor festgelegten Frequenzuntergrenze TH1 ist, als die Pulsbestimmungsschwelle bestimmt. (Nur) die Pulse, deren Spitzenwerte größer als die Pulsbestimmungsschwelle sind, werden detektiert und als Pulse ausgegeben.
Die Kennlinie der Rauschpulse hängt von der Temperatur ab. 2 ist ein Diagramm einer Änderung der Pulsspitzenverteilung von Rauschpulsen in Abhängigkeit von der Temperatur. In 2 repräsentiert die horizontale Achse die Spitzenwerte und repräsentiert die vertikale Achse die Auftrittsfrequenz jedes Spitzenwerts zur Messzeit. In 2 repräsentiert eine Linie G21 die Kennlinie der Rauschpulse zu Beginn der Lichtmengendetektion. Eine Linie G22 repräsentiert die Kennlinie der Rauschpulse, wenn die Temperatur der Photoelektronenvervielfacher-Röhre oder die Spannung der Hochspannungsversorgung höher ist als jene zu Beginn der Lichtmengendetektion und nach einer bestimmten Zeit vom Beginn der Lichtmengendetektion. Wie in 2 dargestellt ist, werden, wenn die Temperatur der Photoelektronenvervielfacher-Röhre oder die Spannung der Hochspannungsversorgung zunimmt, die Auftrittsfrequenz-Zählwerte der Spitzenwerte der Dunkelstrom-Rauschpulse höher als jene bei einer niedrigeren Temperatur oder einer niedrigeren Spannung der Hochspannungsversorgung. Genauer gesagt, sind die Spitzenwerte, deren Auftrittsfrequenz nicht höher ist als die Frequenzuntergrenze TH1, nicht kleiner als ein Spitzenwert H5 in der Linie G21, welche die Kennlinie der Rauschpulse bei einer niedrigen Temperatur oder niedrigen Spannung der Hochspannungsversorgung repräsentiert, und sie sind nicht kleiner als ein Spitzenwert H6 (H5 < H6) in einer Linie G22, welche die Kennlinie von ihnen bei einer hohen Temperatur oder einer hohen Spannung der Hochspannungsversorgung repräsentiert. Demgemäß ist es wünschenswert, dass Spitzenwerte, die nicht kleiner als der Spitzenwert H6 sind, als Lichtsignal detektiert werden, wenn die Kennlinie der Rauschpulse von der Linie G21 bei einer Erhöhung der Temperatur oder der Spannung der Hochspannungsversorgung zur Linie G22 wechselt.
Wenn die Temperatur oder die Spannung der Hochspannungsversorgung kleiner wird als jene zu Beginn der Messung, ist es wünschenswert, ein Lichtsignal in der folgenden Weise zu detektieren. Wenn die Kennlinie der Rauschpulse von der Linie G22 in 2 zur Linie G21 wechselt, weil die Temperatur oder die Spannung der Hochspannungsversorgung verringert wird, wird der Spitzenwert H6 als die Pulsbestimmungsschwelle zu Beginn der Messung verwendet, um Pulse, deren Spitzenwerte größer oder gleich dem Spitzenwert H6 sind, als das Lichtsignal zu detektieren. Nachdem die Kennlinie der Rauschpulse zur Linie G21 gewechselt hat, wird der Spitzenwert H5 als die Pulsbestimmungsschwelle verwendet, um Pulse, deren Spitzenwerte größer oder gleich dem Spitzenwert H5 sind, als das Lichtsignal zu detektieren.
3 ist ein Diagramm, das den Fall zeigt, in dem sich die Pulsspitzenverteilung der Ausgaben der Photoelektronenvervielfacher-Röhre ändert, wenn die Spannung der Hochspannungsversorgung der Photoelektronenvervielfacher-Röhre bei Änderungen in der Umgebung zunimmt. In 3 repräsentiert die horizontale Achse die Spitzenwerte und repräsentiert die vertikale Achse die Auftrittsfrequenz jedes Spitzenwerts in der Messzeit.
In 3 repräsentiert eine Linie G11 die Kennlinie der Ausgangspulse von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre unter der Kennlinie der Rauschpulse zu Beginn der Lichtmengendetektion, welche durch die Linie G21 aus 2 dargestellt ist. Eine Linie G12 repräsentiert die Kennlinie der Ausgangspulse der Photoelektronenvervielfacher-Röhre unter der Kennlinie der Rauschpulse zu Beginn der Lichtmengendetektion, welche durch die Linie G21 aus 2 dargestellt ist.
Wie in 3 dargestellt ist, ist die Linie G12 zur Seite größerer Spitzenwerte in Bezug auf die Linie G11 verschoben, weil eine bestimmte Zeit seit Beginn der Lichtmengendetektion verstrichen ist und die Spannung der Hochspannungsversorgung der Photoelektronenvervielfacher-Röhre höher wird als beispielsweise jene zu Beginn der Lichtdetektion. Genauer gesagt, wird die Grenze zwischen den in 1 dargestellten Dunkelstrom-Rauschgebieten A und B zur Seite größerer Spitzenwerte verschoben und wird das Verteilungstal, das der Grenze zwischen den Dunkelstrom-Rauschgebieten A und B entspricht, verschoben. Diese Verschiebung wird durch die Änderung der Kennlinie der Rauschpulse, abhängig von der Spannung der Hochspannungsversorgung, wie in 2 dargestellt, hervorgerufen. Das Verteilungstal, das der Grenze zwischen den Dunkelstrom-Rauschgebieten A und B entspricht, liegt in der Linie G11 im Wesentlichen beim Spitzenwert H5, was auf die durch die Linie G21 aus 2 repräsentierte Kennlinie der Rauschpulse zurückzuführen ist, und es liegt in der Linie G12 im Wesentlichen beim Spitzenwert H6, was auf die durch die Linie G22 aus 2 repräsentierte Kennlinie der Rauschpulse zurückzuführen ist.
4 ist ein Diagramm des Falls, in dem sich die Pulsspitzenverteilung der Ausgabe der Photoelektronenvervielfacher-Röhre mit einer Erhöhung der Temperatur der Photoelektronenvervielfacher-Röhre selbst oder der Temperatur der Umgebung ändert. In 4 repräsentiert die horizontale Achse die Spitzenwerte und repräsentiert die vertikale Achse die Auftrittsfrequenz jedes Spitzenwerts in der Messzeit.
In 4 repräsentiert eine Linie G31 die Kennlinie der Ausgangspulse der Photoelektronenvervielfacher-Röhre, wobei die Kennlinie der Rauschpulse zu Beginn der Lichtmengendetektion durch die Linie G21 aus 2 repräsentiert wird. Eine Linie G32 repräsentiert die Kennlinie der Ausgangspulse von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre, während die Kennlinie der Rauschpulse zu Beginn der Lichtmengendetektion durch die Linie G22 aus 2 repräsentiert wird.
Wie in 4 dargestellt ist, ist die Linie G32 so verschoben, dass die Frequenz jedes Spitzenwerts der Rauschpulse infolge des Dunkelstroms der Linie G32 höher wird als jene der Linie G31, weil seit Beginn der Lichtmengendetektion eine bestimmte Zeit verstrichen ist und die Temperatur der Photoelektronenvervielfacher-Röhre höher ist als beispielsweise jene zu Beginn der Lichtdetektion. Insbesondere ist im vorstehend in 1 dargestellten Dunkelstrom-Rauschgebiet A die Frequenz jedes Spitzenwerts erheblich erhöht. Im Dunkelstrom-Rauschgebiet B ist die Frequenz jedes Spitzenwerts um einen verhältnismäßig kleinen Betrag erhöht. Die Erhöhung der Frequenz jedes Spitzenwerts wird durch eine Änderung der vorstehend in 2 dargestellten Kennlinie der Rauschpulse bei einer Temperaturerhöhung hervorgerufen, und das der Grenze zwischen den Dunkelstrom-Rauschgebieten A und B entsprechende Verteilungstal ist vom Spitzenwert H5 zum Spitzenwert H7 verschoben.
Dementsprechend werden gemäß den Ausführungsformen angesichts der Tatsache, dass in Bezug auf niedrige bis hohe Spitzenwerte die Auftrittsfrequenz schnell zur Grenze zwischen dem Dunkelstrom-Rauschgebiet A, wo das Dunkelstromrauschen einen großen Einfluss hat, und dem Dunkelstrom-Rauschgebiet B abnimmt und von der Grenze an allmählich zunimmt, zu Beginn der Lichtmengenmessung Frequenzzählwerte in Zusammenhang mit Spitzenwerten gespeichert und wird der Spitzenwert, dessen Auftrittsfrequenz kleiner oder gleich der zuvor festgelegten Frequenzuntergrenze TH1 ist, als die Pulsbestimmungsschwelle festgelegt. Nur die Pulse, die größer als die Pulsbestimmungsschwelle sind, werden als die Detektionspulse ausgegeben. Die Pulsbestimmungsschwelle wird auch während der Lichtmessung durch Vergleichen der Frequenzuntergrenze TH1 mit der Auftrittsfrequenz in Zusammenhang mit jedem Spitzenwert eingestellt.
Auch werden gemäß den Ausführungsformen angesichts der Tatsache, dass für niedrige bis hohe Spitzenwerte die Auftrittsfrequenz zur Grenze zwischen dem Dunkelstrom-Rauschgebiet A, wo das Dunkelstromrauschen einen hohen Einfluss hat, und dem Dunkelstrom-Rauschgebiet B hin schnell abnimmt und von der Grenze an allmählich zunimmt, die Detektionspulse in der folgenden Weise ausgegeben. Während der Lichtmessung werden die Frequenzzählwerte in Zusammenhang mit Spitzenwerten gespeichert und wird das Tal der Frequenzzählwerte, an dem der abnehmende Frequenzzählwert anzusteigen beginnt, d. h. der kleinste Frequenzzählwert, detektiert. Der Spitzenwert, dessen Frequenzzählwert der detektierte kleinste Frequenzzählwert ist, wird als die Pulsbestimmungsschwelle festgelegt. Die (nur die) Pulse, die größer als die Pulsbestimmungsschwelle sind, werden als die Detektionspulse ausgegeben.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der 5 bis 9 beschrieben. 5 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Lichtmengen-Detektiervorrichtung mit einer Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 dargestellt ist, weist die Lichtmengen-Detektiervorrichtung eine Lichtquelle 1, eine Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3, eine Lichtsignal-Detektierschaltung 4 und einen Personalcomputer (nachstehend als PC bezeichnet) 5 auf und ist dafür ausgelegt, Licht von einer Probe 2 zu detektieren. Die Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 ist ein Lichtdetektiermittel, und ein Personalcomputer 5 ist ein Steuermittel.
Die Lichtquelle 1 projiziert Licht auf die Probe 2 als ein Messobjekt. Die Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 detektiert von der Probe 2, die von der Lichtquelle 1 bestrahlt wird, durchgelassenes oder reflektiertes Licht mit Licht oder Fluoreszenz von der Probe 2, das durch Bestrahlung der Probe 2 mit Licht von der Lichtquelle 1 erzeugt wird (diese Lichtarten werden gemeinsam als Licht von der Probe 2 bezeichnet). Die Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 gibt ein elektrisches Signal, das dem Licht von der Probe 2 entspricht (nachstehend als Analogspannungssignal bezeichnet), an die Lichtsignal-Detektierschaltung 4 aus. Das Analogspannungssignal ist ein Analogdetektionssignal.
Die Lichtsignal-Detektierschaltung 4 detektiert die Lichtmenge von der Probe 2 anhand des von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 eingegebenen Analogspannungssignals und gibt diese an den PC 5 aus. Die Lichtsignal-Detektierschaltung 4 weist einen Verstärker 41, einen Analog-Digital-Wandler (nachstehend als A-D-Wandler bezeichnet) 42, eine Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43, eine Schwellenwert-Bestimmungseinheit 44, eine Speichereinheit 45 und eine Verstärkungssteuereinrichtung 46 auf. Die Schwellenwert-Bestimmungseinheit 44 weist einen Datenverarbeitungsabschnitt 441 und einen Datenanalyseabschnitt 442 auf. Die Speichereinheit 45 weist einen Frequenzzählwert-Speicherbereich 451 auf.
Der Verstärker 41 verstärkt das von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 eingegebene Analogspannungssignal und gibt das verstärkte Spannungssignal an den A-D-Wandler 42 aus. Der A-D-Wandler 42 wandelt das vom Verstärker 41 eingegebene Analogspannungssignal durch Abtasten mit einer vorgehebenen Taktfrequenz in ein Digitalspannungssignal um und gibt das erhaltene Digitalspannungssignal an den Datenverarbeitungsabschnitt 441 und die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 aus. Das Digitalspannungssignal ist ein Digitaldetektionssignal.
Die Speichereinheit 45 besteht aus einem RAM (Direktzugriffsspeicher) oder dergleichen und weist den Frequenzzählwert-Speicherbereich 451 auf, der die Anzahl der Auftrittsereignisse in Zusammenhang mit einem Spitzenwert jedes Pulses beim Prozess des Detektierens der Lichtmenge speichert.
Ein Datenverarbeitungsabschnitt 441 detektiert Pulse anhand des vom A-D-Wandler 42 eingegebenen Digitalspannungssignals auf der Grundlage verschiedener Einstellungen vom PC 5 und speichert den Frequenzzählwert des Spitzenwerts jedes detektierten Pulses in Zusammenhang mit dem Spitzenwert im Frequenzspeicherbereich 451.
Der Datenanalyseabschnitt 442 analysiert die Frequenzzählwerte, die im Frequenzzählwert-Speicherbereich in Zusammenhang mit den Spitzenwerten gespeichert sind, auf der Grundlage verschiedener Einstellungen vom PC 5 und bestimmt die Pulsbestimmungsschwelle (den Spitzenwert), die (der) verwendet wird, um die Rauschkomponente von der Signalkomponente der Lichtmenge zu unterscheiden. Der Datenanalyseabschnitt 442 gibt die bestimmte Pulsbestimmungsschwelle an die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 aus.
Die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 klassifiziert die vom A-D-Wandler 42 eingegebenen Digitalspannungssignale auf der Grundlage der vom Datenanalyseabschnitt 442 eingegebenen Pulsbestimmungsschwelle in Rauschpulse und Lichtmengensignalpulse und gibt die Lichtmengensignalpulse an den PC 5 aus.
Die Verstärkungssteuereinrichtung 46 steuert die Intensität des Lichts von der Lichtquelle 1 und die Verstärkungen der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 und des Verstärkers 41 auf der Grundlage verschiedener Einstellungen vom PC 5. Der PC 5 weist eine CPU (Zentralverarbeitungseinheit) auf und besteht aus einem typischen Personalcomputer, der mit einem Eingabemittel in der Art einer Tastatur und einer Maus und einem Anzeigemittel in der Art einer Anzeige versehen ist. Der PC 5 legt die verschiedenen unter Verwendung der Eingabemittel eingegebenen Einstellungen in der Verstärkungssteuereinrichtung 46, im Datenverarbeitungsabschnitt 441 und im Datenanalyseabschnitt 442 fest und analysiert die von der Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 eingegebenen Lichtmengensignalpulse. Der PC 5 stellt das Analyseergebnis durch das Anzeigemittel in der Art beispielsweise eines Anzeigebildschirms 51 dar.
6 ist ein Flussdiagramm einer Prozedur zum Messen einer Probe unter Verwendung der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1. Zuerst gibt der Messende die Messbedingungen unter Verwendung der Eingabefunktion der PCs 5 ein. Der PC 5 legt die Messbedingungen auf der Grundlage der eingegebenen Messbedingungen fest (Schritt S100). Genauer gesagt, legt der PC 5 die Verstärkungssteuerwerte des Verstärkers 41 und der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 und die Einstellung der Lichtintensität der Lichtquelle 1 in der Verstärkungssteuereinrichtung 46 fest.
Als nächstes leitet die Lichtmengen-Detektiervorrichtung die Messung des Grundrauschens ein (Schritt S101). Genauer gesagt, schaltet der Messende die Leistungsversorgung der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 aus und schaltet die Lichtquelle 1 und die Leistungsversorgung der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 ein. Der Messende gibt einen Befehl zum Einleiten der Messung unter Verwendung der Eingabemittel des PCs 5 ein. Nach dem Empfang des Befehls zum Einleiten der Messung leitet der PC 5 den Betrieb der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 ein. Dies ermöglicht eine Messung des Grundrauschens, das eine Rauschkomponente vom Verstärker 41, vom A-D-Wandler 42 und dergleichen in der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 ist. Bei der Messung des Grundrauschens in Schritt S101 kann die Probe 2 entweder in der Lichtmengen-Detektiervorrichtung angeordnet sein, oder dies kann nicht der Fall sein. Hier ist die Probe 2 nicht darin angeordnet.
Genauer gesagt verstärkt der Verstärker 41 das von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 eingegebene Analogspannungssignal und gibt das verstärkte Analogspannungssignal an den A-D-Wandler 42 aus. Der A-D-Wandler 42 wandelt das vom Verstärker 41 eingegebene Analogspannungssignal durch Abtasten mit einer vorgegebenen Taktfrequenz in ein Digitalspannungssignal um. Der A-D-Wandler 42 gibt dann das erhaltene Digitalspannungssignal an den Datenverarbeitungsabschnitt 441 und die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 aus.
Im Allgemeinen ist das Grundrauschen häufig schaltungsspezifisch. Das Schaltungsrauschen der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 hat eine der Gaußverteilung nahe liegende Kennlinie, wobei die Referenzspannung auf die Spannung in Abwesenheit eines Signals (wobei die Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 ausgeschaltet ist) gelegt ist (normalerweise 0 V). Die Messung des Grundrauschens in Schritt S101 wird ausgeführt, um seine Kennlinie zu bestätigen. Demgemäß ist es nicht erforderlich, die Schwellenwert-Bestimmungseinheit 44 während der Messung des Grundrauschens zu betätigen.
Die Pulsbestimmungsschwelle, welche der Datenanalyseabschnitt 442 an die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 ausgibt, wird durch den PC in Schritt S100 vorab auf einen vorgegebenen Wert (beispielsweise 0) gesetzt. Das Digitalspannungssignal als die Ausgabe vom A-D-Wandler 42 wird daher direkt durch den Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 an den PC 5 ausgegeben und kann durch das Anzeigemittel des PCs 5 bestätigt werden. Der PC 5 kann das eingegebene Digitalspannungssignal direkt anzeigen oder dieses nach seiner Verarbeitung in einer vorgegebenen Weise anzeigen.
Als nächstes legt der PC 5 einen Spitzenwertmessbeginnspannungswert im Datenverarbeitungsabschnitt 441 fest (Schritt S102). Hier ist der Spitzenwertmessbeginnspannungswert eine Spannung, die als ein Kriterium dient, um in einem später beschriebenen Schwellenwertbestimmungsprozess zu bestimmen, ob die Auftrittsereignisse des interessierenden Spitzenwerts zu zählen sind, d. h. ob der interessierende Spitzenwert als ein Zielspitzenwert festzulegen ist, dessen Frequenzverteilung gespeichert wird. Wie unter Verwendung von 1 beschrieben, sind die Spitzenwerte im Grundrauschgebiet kleiner als die Spitzenwerte im Dunkelstrom-Rauschgebiet A. Wenn dementsprechend (nur) die Frequenzverteilung der Spitzenwerte zu speichern ist, die größer als der Spitzenwertmessbeginnspannungswert sind, kann die Größe des Frequenzzählwert-Speicherbereichs 451 verringert werden. Überdies kann die in den folgenden Prozessen verarbeitete Datenmenge verringert werden, und die Verarbeitungszeit kann daher verkürzt werden.
Genauer gesagt bestimmt der Messende den Spitzenwertmessbeginnspannungswert anhand des Ergebnisses der Messung des Grundrauschens und gibt den bestimmten Spitzenwertmessbeginnspannungswert unter Verwendung der Eingabemittel des PCs 5 ein. Der PC 5 benachrichtigt den Datenverarbeitungsabschnitt 441 über den eingegebenen Spitzenwertmessbeginnspannungswert. Der Datenverarbeitungsabschnitt 441 speichert den empfangenen Spitzenwertmessbeginnspannungswert.
Als nächstes beginnt die Lichtmengen-Detektiervorrichtung die Messung von Rauschpulsen bei Abwesenheit von Licht (Schritt S103). Genauer gesagt, schaltet der Messende die Lichtquelle 1 aus und die Leistungsversorgungen der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 und der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 ein. Der Messende gibt dann einen Befehl zum Einleiten der Messung unter Verwendung der Eingabemittel des PCs 5 ein. Der Befehl zum Einleiten der Messung umfasst die Abtastzeit für die Pulsdetektion, die Messzeit für die Pulsauftrittsfrequenz, die Zeit für das Bestimmen der Pulsbestimmungsschwelle, die Frequenzuntergrenze TH1 zum Bestimmen der Pulsbestimmungsschwelle und dergleichen. Hier ist die Abtastzeit jede Zeiteinheit, bei der das Analogspannungssignal vom A-D-Wandler 42 abgetastet wird, um einen Puls vom Analogspannungssignal zu detektieren. Die Messzeit ist ein Zeitraum, während dessen der Prozess zum Detektieren der Auftrittsfrequenz jedes Spitzenwerts als die maximale Spannung jedes Pulses ausgeführt wird, um die Pulsbestimmungsschwelle zu bestimmen.
Nach dem Empfang des Befehls zum Einleiten der Messung teilt der PC 5 dem Datenverarbeitungsabschnitt 441 die Abtastfrequenz und die Messzeit der Pulsauftrittsfrequenz mit. Der Datenverarbeitungsabschnitt 441 beginnt die Messung der Abtastzeit und der Messzeit der Pulsauftrittsfrequenz unter Verwendung einer nicht dargestellten Zeitmessfunktion. Der PC 5 benachrichtigt den Datenanalyseabschnitt 442 über die Pulsbestimmungsschwellen-Bestimmungszeit, um die Pulsbestimmungsschwelle und die Frequenzuntergrenze TH1 zu bestimmen. Der Datenanalyseabschnitt 442 beginnt die Messung der Pulsbestimmungsschwellen-Bestimmungszeit unter Verwendung einer nicht dargestellten Zeitmessfunktion und speichert die Frequenzuntergrenze TH1. Der Verstärker 41 verstärkt das von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 eingegebene Analogspannungssignal und gibt das verstärkte Spannungssignal an den A-D-Wandler 42 aus. Der A-D-Wandler 42 wandelt das vom Verstärker 41 eingegebene Analogspannungssignal durch Abtasten mit der vorgegebenen Taktfrequenz in ein Digitalspannungssignal um und gibt das erhaltene Digitalspannungssignal an den Datenverarbeitungsabschnitt 441 und die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 aus.
Nach dem Empfang des Digitalspannungssignals führt die Schwellenwert-Bestimmungseinheit 44, die aus dem Datenverarbeitungsabschnitt 441 und dem Datenanalyseabschnitt 442 besteht, den Schwellenwertbestimmungsprozess aus, um die Pulsbestimmungsschwelle zu bestimmen, und sie gibt die bestimmte Pulsbestimmungsschwelle an die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 aus (Schritt S104). Schritt S105 wird später beschrieben.
Der Schwellenwertbestimmungsprozess umfasst eine durch den Datenverarbeitungsabschnitt 441 ausgeführte Datenverarbeitung und eine durch den Datenanalyseabschnitt 442 ausgeführte erste Datenanalyseverarbeitung. 7 ist ein Flussdiagramm zum Erklären des Betriebs der Datenverarbeitung. Der Betrieb der durch den Datenverarbeitungsabschnitt 441 ausgeführten Datenverarbeitung wird unter Verwendung von 7 beschrieben.
Wenn die vom PC 5 festgelegte Abtastzeit kommt (Ja in Schritt S200), vergleicht der Datenverarbeitungsabschnitt 441 die Digitalspannung, die durch das vom A-D-Wandler 42 eingegebene Digitalspannungssignal angegeben wird, mit dem vom PC 5 festgelegten Spitzenwertmessbeginnspannungswert (Schritt S201). Wenn der Digitalspannungswert nicht höher ist als der Spitzenwertmessbeginnspannungswert (Nein in Schritt S201), bestimmt der Datenverarbeitungsabschnitt 441, ob die aktuelle Abtastzeit in eine Dauer fällt, in der ein Puls detektiert wird (eine Pulsdauer). Der Datenverarbeitungsabschnitt 441 bestimmt auf der Grundlage eines Pulsdauer-Hinweiszeichens, das beispielsweise gesetzt ist, wenn die aktuelle Zeit in die Pulsdauer fällt, und das nicht gesetzt ist, wenn die aktuelle Zeit nicht in die Pulsdauer fällt, ob die aktuelle Abtastzeit in die Pulsdauer fällt. Wenn die aktuelle Abtastzeit nicht in die Pulsdauer fällt (Nein in Schritt S202), kehrt der Datenverarbeitungsabschnitt 441 zu Schritt S200 zurück und unterbricht die Verarbeitung bis zur nächsten Abtastzeit. Der Datenverarbeitungsabschnitt 441 unterbricht die Verarbeitung auch bis zur nächsten Abtastzeit, wenn die aktuelle Zeit nicht die Abtastzeit ist (Nein in Schritt S200).
Wenn der Digitalspannungswert höher als der Spitzenwertmessbeginnspannungswert ist (Ja in Schritt S201), bestimmt der Datenverarbeitungsabschnitt 441, ob die aktuelle Abtastzeit in die Pulsdauer fällt (Schritt S203). Wenn die aktuelle Abtastzeit nicht in die Pulsdauer fällt (Nein in Schritt S203), setzt der Datenverarbeitungsabschnitt 441 das Pulsdauer-Hinweiszeichen und speichert den Beginn der Pulsdauer (Schritt S204).
Nachdem das Pulsdauer-Hinweiszeichen gesetzt wurde oder wenn bestimmt wird, dass die aktuelle Abtastzeit in die Pulsdauer fällt (Ja in Schritt S203), vergleicht der Datenverarbeitungsabschnitt 441 den vom A-D-Wandler 42 eingegebenen Digitalspannungswert mit dem gespeicherten Maximalspannungswert (Schritt S205). Wenn der Digitalspannungswert höher als der Maximalspannungswert ist (Ja in Schritt S205), hält der Datenverarbeitungsabschnitt 441 den Digitalspannungswert als den Maximalspannungswert fest, um den Maximalspannungswert zu aktualisieren (Schritt S206). Nachdem der Maximalspannungswert aktualisiert wurde oder wenn der Digitalspannungswert nicht höher als der Maximalspannungswert ist (Nein in Schritt S205), kehrt der Datenverarbeitungsabschnitt 441 zu Schritt S200 zurück und unterbricht die Verarbeitung bis zur nächsten Abtastzeit.
Wenn andererseits in Schritt S202 bestimmt wird, dass die aktuelle Abtastzeit in die Pulsdauer fällt (Ja in Schritt S202), deaktiviert der Datenverarbeitungsabschnitt 441 das Pulsdauer-Hinweiszeichen und speichert das Ende der Pulsdauer (Schritt S207). Der Datenverarbeitungsabschnitt 441 inkrementiert den Wert des Frequenzzählwert-Speicherbereichs 451 in Zusammenhang mit dem Maximalspannungswert (Schritt S208). Genauer gesagt, liest der Datenverarbeitungsabschnitt 441 den Maximalspannungswert und den Wert des Frequenzzählwert-Speicherbereichs 451 in Zusammenhang mit dem gelesenen Maximalspannungswert. Der Datenverarbeitungsabschnitt 441 addiert 1 zum gelesenen Wert und speichert den inkrementierten Wert in Zusammenhang mit dem Maximalspannungswert im Frequenzzählwert-Speicherbereich 451. Die Auftrittsanzahl des Spitzenwerts, welcher der Maximalspannungswert des detektierten Pulses ist, wird dabei aktualisiert.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 441 initialisiert den Maximalspannungswert (hier auf 0) (Schritt S209). Der Datenverarbeitungsabschnitt 441 wiederholt die Datenverarbeitung (die Schritte S200 bis S209), wodurch der interessierende Pulsspitzenwert in der Pulsdauer detektiert wird, in der ein Digitalspannungswert detektiert wird, der höher ist als der Spitzenwertmessbeginnspannungswert, inkrementiert den Wert des Frequenzzählwert-Speicherbereichs 451 in Zusammenhang mit dem detektierten Spitzenwert und speichert den Frequenzzählwert des interessierenden Spitzenwerts bis zur Messendzeit. Der Datenverarbeitungsabschnitt 441 beendet die Messung zur Messendzeit (Ja in Schritt S210) und kehrt zu Schritt S200 zurück und unterbricht die Verarbeitung bis zur nächsten Abtastzeit, wenn die aktuelle Zeit vor der Messendzeit liegt (Nein in Schritt S210).
Die 8A und 8B sind Diagramme zum Erklären des Betriebs der Datenverarbeitung zum Detektieren eines Pulses und zum Speichern des Frequenzzählwerts des detektierten Pulses. In 8A repräsentiert die horizontale Achse die Zeit und repräsentiert die vertikale Achse die Spannung. Zu den Abtastzeiten T1 bis T3 von 8A sind die vom A-D-Wandler 42 eingegebenen Digitalspannungswerte nicht höher als der Spitzenwertmessbeginnspannungswert und deaktiviert der Datenverarbeitungsabschnitt 441 das Pulsdauer-Hinweiszeichen.
Zur Abtastzeit T4 liegt der Digitalspannungswert höher als der Spitzenwertmessbeginnspannungswert, und der Datenverarbeitungsabschnitt 441 setzt das Pulsdauer-Hinweiszeichen und speichert einen Digitalspannungswert von ”10” als den Maximalspannungswert. Zu einer Abtastzeit T5 ist der Digitalspannungswert 20. Der Datenverarbeitungsabschnitt 441 aktualisiert den Maximalspannungswert zu ”20”.
Der Digitalspannungswert ist zu einer Abtastzeit T6 ”13” und zur Abtastzeit T7 ”5”. Im Datenverarbeitungsabschnitt 441 ist ”20” als Maximalspannungswert seit der Abtastzeit T5 gespeichert. Dementsprechend aktualisiert der Datenverarbeitungsabschnitt 441 nicht den Maximalspannungswert.
Zu einer Abtastzeit T8 liegt der Digitalspannungswert nicht höher als der Spitzenwertmessbeginnspannungswert, und der Datenverarbeitungsabschnitt 441 deaktiviert dann das Pulsdauer-Hinweiszeichen. Mit anderen Worten bestimmt der Datenverarbeitungsabschnitt 441, dass die Detektion des interessierenden Pulses abgeschlossen ist und erkennt, dass der Maximalspannungswert des detektierten Pulses ”20” ist. Der Maximalspannungswert des detektierten Pulses ist der Spitzenwert. Dementsprechend ist der Spitzenwert des detektierten Pulses in 8A ”20”.
Wie in 8B dargestellt ist, werden im Frequenzzählwert-Speicherbereich 451 Adressen in Zusammenhang mit Spitzenwerten definiert. Im Fall von 8B werden die Adressen 0 und 20 beispielsweise jeweils den Spitzenwerten 0 und 20 zugeordnet. Weil der Datenverarbeitungsabschnitt 441 20 als Maximalspannungswert speichert, liest der Datenverarbeitungsabschnitt 441 Daten ”B” an der Adresse ”20” und inkrementiert diese und speichert dann ”B + 1” als Daten der Adresse ”20” in der Speichereinheit 45.
Auf diese Weise wird die Anzahl des Auftretens jedes Spitzenwerts der in einem vorgegebenen Zeitraum vom Anfang bis zum Ende der Messung detektierten Pulse durch die Datenverarbeitung im Frequenzzählwert-Speicherbereich 451 gespeichert.
9 ist ein Flussdiagramm zum Erklären des Betriebs der ersten Datenanalyseverarbeitung. Der vom Datenanalyseabschnitt 442 ausgeführte Betrieb der ersten Datenanalyseverarbeitung wird unter Verwendung von 9 beschrieben. Die erste Datenanalyseverarbeitung ist der vorstehend beschriebene Schwellenwertbestimmungsprozess und wird nach der mit Bezug auf das vorstehende Flussdiagramm aus 7 beschriebenen Datenverarbeitung ausgeführt.
Wenn die Pulsbestimmungsschwellen-Bestimmungszeit kommt (Ja in Schritt S300), wählt der Datenanalyseabschnitt 442 einen verarbeiteten Spitzenwert (Schritt S301). Zuerst in der Verarbeitung wählt der Datenanalyseabschnitt 442 den kleinsten der Spitzenwerte der vom Datenverarbeitungsabschnitt 441 detektierten Pulse als den verarbeiteten Spitzenwert. Dies liegt daran, dass die Frequenz der Pulse mit einem kleineren Spitzenwert höher ist, wie unter Verwendung von 1 beschrieben. Wenn die aktuelle Zeit vor der Pulsbestimmungsschwellen-Bestimmungszeit (Nein in Schritt S300) liegt, unterbricht der Datenanalyseabschnitt 442 die Verarbeitung bis zur Pulsbestimmungsschwellen-Bestimmungszeit.
Der Datenanalyseabschnitt 442 erhält den Frequenzzählwert, der dem verarbeiteten Spitzenwert entspricht (Schritt S302). Genauer gesagt, erhält der Datenanalyseabschnitt 442 Daten des Frequenzzählwert-Speicherbereichs 451 in Zusammenhang mit dem verarbeiteten Spitzenwert. Der Datenanalyseabschnitt 442 vergleicht die erhaltenen Daten (den Frequenzzählwert) mit der Frequenzuntergrenze TH1, die durch den PC 5 festgelegt wurde und im Datenanalyseabschnitt 442 gespeichert wurde (Schritt S303).
Wenn der erhaltene Frequenzzählwert höher als die Frequenzuntergrenze TH1 ist (Nein in Schritt S303), wählt der Datenanalyseabschnitt 442 einen nächsten zu verarbeitenden Spitzenwert (Schritt S304). Genauer gesagt, wählt der Datenanalyseabschnitt 442 den nächsthöchsten Spitzenwert zum aktuell verarbeiteten Spitzenwert als einen neuen verarbeiteten Spitzenwert. Der Datenanalyseabschnitt 442 wiederholt dann den Vorgang des Erhaltens des Frequenzzählwerts entsprechend dem verarbeiteten Spitzenwert und vergleicht den erhaltenen Frequenzzählwert mit der Frequenzuntergrenze TH1, bis der Frequenzzählwert, der dem verarbeiteten Spitzenwert entspricht, kleiner oder gleich der Frequenzuntergrenze TH1 wird (Schritte S302 bis S304).
Wenn der erhaltene Frequenzzählwert kleiner oder gleich der Frequenzuntergrenze TH1 ist (Ja in Schritt S303), gibt der Datenanalyseabschnitt 442 den verarbeiteten Spitzenwert als die Pulsbestimmungsschwelle an die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 aus (Schritt S305) und beendet die erste Datenanalyseverarbeitung.
Zu 6 zurückkehrend sei bemerkt, dass, wenn der Schwellenwertbestimmungsprozess in Schritt S104 beendet wird, die Lichtmengen-Detektiervorrichtung die Lichtmengenmessung für die Probe 2 einleitet (Schritt S105). Genauer gesagt, schaltet der Messende alle Leistungsversorgungen der Leistungsquelle 1, der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 und der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 ein und ordnet die Probe 2 in der Lichtmengen-Detektiervorrichtung an. Der Messende gibt dann einen Befehl zum Einleiten der Lichtmengenmessung der Probe 2 unter Verwendung der Eingabemittel des PCs 5 ein. Nach dem Empfang des Befehls zum Einleiten der Lichtmengenmessung benachrichtigt der PC 5 die Lichtsignal-Detektierschaltung 4 und veranlasst diese zum Einleiten der Messung.
Genauer gesagt, verstärkt der Verstärker 41 das von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 eingegebene Analogspannungssignal und gibt das verstärkte Spannungssignal an den A-D-Wandler 42 aus. Der A-D-Wandler 42 wandelt das vom Verstärker 41 eingegebene Analogspannungssignal durch Abtasten mit einer vorgegebenen Taktfrequenz um und gibt das erhaltene Digitalspannungssignal an den Datenverarbeitungsabschnitt 441 und die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 aus.
Nach dem Empfang des Digitalspannungssignals vergleicht die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 den durch das Digitalspannungssignal angegebenen Spannungswert mit der Pulsbestimmungsschwelle als den vom Datenanalyseabschnitt 442 ausgegebenen Spannungswert. Wenn der Spannungswert nicht kleiner als die Pulsbestimmungsschwelle ist, gibt die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 das vom A-D-Wandler 42 eingegebene Digitalspannungssignal direkt in den PC 5 ein. Wenn der Spannungswert kleiner als die Pulsbestimmungsschwelle ist, legt die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 das Digitalspannungssignal auf 0 und gibt es an den PC 5 aus.
Als nächstes wird die Frequenzuntergrenze TH1 beschrieben. Die Frequenzuntergrenze TH1 wird auf einen höheren Wert als die Grenze zwischen dem Grundrauschgebiet und dem Dunkelstrom-Rauschgebiet A gesetzt, wie in der vorstehenden 1 dargestellt ist, und zwar auf der Grundlage tatsächlich gemessener Werte, beispielsweise als Ergebnis der Grundrauschmessung des in 6 dargestellten Schritts S101. Die Frequenzuntergrenze TH1 wird auf einen Frequenzwert gesetzt, der beispielsweise eine vorgegebene Funktionsweise der Lichtmengen-Detektiervorrichtung erfüllt. Das Dunkelstromrauschen hängt von der Temperatur der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 ab und wird daher häufig durch den Installationsort der Lichtmengen-Detektiervorrichtung beeinflusst. Dementsprechend ist die Frequenzuntergrenze TH1 häufig für den Installationsort spezifisch und kann daher auf einen experimentell erhaltenen Wert gesetzt werden.
Die 10A und 10B sind Diagramme, welche Ausgaben der Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 1 zeigen. Wie in 10A dargestellt ist, ist, wenn die Frequenzuntergrenze TH1 auf den Frequenzzählwert beim Spitzenwert H2 entsprechend der Grenze zwischen dem Grundrauschgebiet und dem Dunkelstrom-Rauschgebiet A, wie in 1 dargestellt, gesetzt ist, die Pulsbestimmungsschwelle der Spannungswert des Spitzenwerts H2. Dementsprechend gibt die Lichtsignal-Detektierschaltung einen Puls P1 infolge des Dunkelstromrauschens zusammen mit einem Lichtsignalpuls aus.
Wie in 10B dargestellt ist, ist, wenn die Frequenzuntergrenze TH1 auf einen Wert gelegt wird, der höher als die Grenze zwischen dem Grundrauschgebiet und dem Dunkelstrom-Rauschgebiet A ist, beispielsweise auf den Frequenzzählwert beim Spitzenwert H3 als Grenze zwischen den Dunkelstrom-Rauschgebieten A und B, wie in 1 dargestellt, die Pulsbestimmungsschwelle der Spannungswert des Spitzenwerts H3. Die Lichtsignal-Detektierschaltung gibt daher (nur) den Lichtsignalpuls durch Entfernen des Pulses P1 infolge des Dunkelstromrauschens aus.
Wie vorstehend beschrieben, detektiert der Datenverarbeitungsabschnitt 441 gemäß Ausführungsform 1 Pulse vom der Lichtmenge entsprechenden Digitalspannungssignal, das durch den Verstärker 41 und den A-D-Wandler 42 umgewandelt wird, berechnet Spitzenwerte als Maximalspannungswerte der detektierten Pulse und speichert den Frequenzzählwert jedes berechneten Spitzenwerts im Frequenzzählwert-Speicherbereich 451. Der Datenanalyseabschnitt 442 vergleicht die vorgegebene Frequenzuntergrenze mit der Anzahl des Auftretens jedes im Frequenzzählwert-Speicherbereich 451 sequenziell in ansteigender Reihenfolge der Spitzenwerte gespeicherten Spitzenwerts und bestimmt als Ergebnis des Vergleichs die Pulsbestimmungsschwelle als den Spitzenwert, dessen Auftrittsanzahl kleiner oder gleich der Frequenzuntergrenze ist. Die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 ist dafür ausgelegt, (nur) das Digitalspannungssignal, das nicht kleiner als die Pulsbestimmungsschwelle ist, als das Detektionssignal auszugeben. Dementsprechend können die Signalkomponente einer kleinen Lichtmenge und die Signalkomponente von Rauschen infolge des Dunkelstroms mit dem einfachen Vorgang des Festlegens der Frequenzuntergrenze TH1 unterschieden werden.
In der Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche die Lichtsignal-Detektierschaltung 4 gemäß Ausführungsform 1 aufweist, entfernt die Lichtsignal-Detektierschaltung 4 das Signal des Rauschens infolge des Dunkelstroms, wodurch der S/N-Wert (das Signal-Rausch-Verhältnis) erhöht wird. Dementsprechend kann die Lichtmengen-Detektiervorrichtung eine sehr kleine Lichtmenge detektieren.
Wenn sich die Auftrittsfrequenz von Spitzenwerten bei einer Temperaturänderung ändert, kann die Pulsbestimmungsschwelle durch Ausführen der Rauschpulsmessung bei Abwesenheit von Licht in Schritt S103 aus 6 und des Schwellenwertbestimmungsprozesses in Schritt S104 geändert werden. Wenn sich demgemäß die Frequenzzählwerte von Pulsen bei Änderungen der Temperatur ändern, kann die Pulsbestimmungsschwelle auf einen geeigneten Wert gelegt werden und können die Signalkomponente einer kleinen Lichtmenge und die Signalkomponente von Rauschen infolge des Dunkelstroms ansprechend auf Temperaturänderungen unterschieden werden.
Überdies kann die Pulsbestimmungsschwelle zu jeder vorgegebenen Zeit während der Lichtmengenmessung durch Ausführen des Schwellenwertbestimmungsprozesses zu jeder vorgegebenen Zeit berechnet werden. Dies ermöglicht es, die Pulsbestimmungsschwelle selbst dann als einen geeigneten Wert zu bestimmen, wenn sich die Frequenzzählwerte von Pulsen bei einer Temperaturänderung ändern. Wenn sich die Temperatur in der Messumgebung ändert, können demgemäß die Signalkomponente einer kleinen Lichtmenge und die Signalkomponente von Rauschen infolge des Dunkelstroms ansprechend auf die Änderung unterschieden werden.
Der Datenanalyseabschnitt 442 kann dafür ausgelegt sein, den PC 5 zu benachrichtigen, wenn die Pulsbestimmungsschwelle geändert wird. Der benachrichtigte PC 5 zeigt durch die Ausgabemittel, dass sich die Pulsbestimmungsschwelle geändert hat, oder er zeigt den Wert der Pulsbestimmungsschwelle durch die Ausgabemittel. Dies ermöglicht es, dass der Messende weiß, dass sich die Pulsbestimmungsschwelle geändert hat, oder dass sie den Wert der Pulsbestimmungsschwelle kennt.
Nachdem sie durch den Schwellenwertbestimmungsprozess von Schritt S104 aus 6 bestimmt wurde, kann die Pulsbestimmungsschwelle während der Lichtmengenmessung der Probe dynamisch geändert werden, indem vorab die Beziehung zwischen der bestimmten Pulsbestimmungsschwelle und der Temperatur als eine Funktion dargestellt wird. In diesem Fall speichert der PC 5 vorab zuerst die Funktion der Beziehung zwischen der Pulsbestimmungsschwelle und der Temperatur im Datenanalyseabschnitt 442. Überdies ist die Lichtmengen-Detektiervorrichtung mit einem Sensor versehen, der die Temperatur detektiert, und sie teilt dem Datenanalyseabschnitt 442 der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 die detektierte Temperatur mit. Der Datenanalyseabschnitt 442 braucht nur die Pulsbestimmungsschwelle auf der Grundlage der vom Sensor übertragenen Temperatur und der Funktion der Beziehung zwischen der gespeicherten Pulsbestimmungsschwelle und der Temperatur bestimmen.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der 11 und 12 beschrieben. 11 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Lichtmengen-Detektiervorrichtung mit einer Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Die Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2, die in 11 dargestellt ist, gleicht im Wesentlichen der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1, die in der vorstehenden 5 dargestellt ist. Die Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 unterscheidet sich von jener gemäß Ausführungsform 1 darin, dass sie an Stelle des Datenanalyseabschnitts 442 der Schwellenwert-Bestimmungseinheit 44 der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 einen Datenanalyseabschnitt 442a aufweist. Die Bestandteile, welche die gleichen Funktionen aufweisen wie jene der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1, sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und es wird auf ihre Beschreibung verzichtet.
Zusätzlich zur Funktion des Datenanalyseabschnitts 442 weist der Datenanalyseabschnitt 442a eine Funktion zum Analysieren der in Zusammenhang mit jedem Spitzenwert gespeicherten Auftrittsfrequenz und zum Bestimmen der Pulsbestimmungsschwelle als der Spitzenwert, dessen Auftrittsfrequenz am kleinsten ist, auf.
Als nächstes wird der Betrieb der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 beschrieben. Der Betrieb der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 gleicht im Wesentlichen jenem der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß der vorstehenden Ausführungsform 1 und unterscheidet sich davon, dass darin ferner eine zweite Datenanalyseverarbeitung durch den Datenanalyseabschnitt 442a während der Lichtmengendetektion ausgeführt wird. Hier wird nur der Betrieb der zweiten Datenanalyseverarbeitung beschrieben.
Der Betrieb der zweiten Datenanalyseverarbeitung erfolgt während der Lichtmengenmessung im vorstehend in 6 dargestellten Schritt S105. Es wird angenommen, dass der Datenverarbeitungsabschnitt 441 die im Flussdiagramm aus 7 beschriebene Datenverarbeitung während der Lichtmengenmessung in Schritt S105 ausführt.
12 ist ein Flussdiagramm zum Erklären des Betriebs der zweiten Datenanalyseverarbeitung. Wenn die Pulsbestimmungsschwellen-Bestimmungszeit kommt, wählt der Datenanalyseabschnitt 442a einen verarbeiteten Spitzenwert (Schritt S400). Genauer gesagt, wählt der Datenanalyseabschnitt 442a als den verarbeiteten Spitzenwert den kleinsten der Spitzenwerte der vom Datenverarbeitungsabschnitt 441 detektierten Pulse.
Als nächstes wählt der Datenanalyseabschnitt 442a einen Vergleichsspitzenwert (Schritt S401). Genauer gesagt, wählt der Datenanalyseabschnitt 442a als den Vergleichsspitzenwert den nächsthöchsten Spitzenwert zum verarbeiteten Spitzenwert.
Der Datenanalyseabschnitt 442a erhält die Frequenzzählwerte des verarbeiteten Spitzenwerts und des Vergleichsspitzenwerts (Schritt S402). Genauer gesagt, erhält der Datenanalyseabschnitt 442a Daten (Frequenzzählwerte) im Frequenzzählwert-Speicherbereich 451 in Zusammenhang mit dem verarbeiteten Spitzenwert und dem Vergleichsspitzenwert. Der Datenanalyseabschnitt 442a vergleicht den erhaltenen Frequenzzählwert des verarbeiteten Spitzenwerts mit dem erhaltenen Frequenzzählwert des Vergleichsspitzenwerts (Schritt S403).
Wenn der Frequenzzählwert des verarbeiteten Spitzenwerts höher als der Frequenzzählwert des Vergleichsspitzenwerts ist (Ja in Schritt S403), wählt der Datenanalyseabschnitt 442a einen neuen verarbeiteten Spitzenwert und einen neuen Vergleichsspitzenwert (Schritt S404). Genauer gesagt, wird der aktuelle Vergleichsspitzenwert als der neue verarbeitete Spitzenwert gewählt, und der nächsthöchste Spitzenwert zum neuen verarbeiteten Spitzenwert wird als der neue Vergleichsspitzenwert gewählt. Der Datenanalyseabschnitt 442a kehrt zu Schritt S402 zurück und erhält die Frequenzzählwerte des verarbeiteten Spitzenwerts und des Vergleichsspitzenwerts aus dem Frequenzzählwert-Speicherbereich 451, um den erhaltenen Frequenzzählwert des verarbeiteten Spitzenwerts mit dem erhaltenen Frequenzzählwert des Vergleichsspitzenwerts zu vergleichen.
Wenn der Frequenzzählwert des verarbeiteten Spitzenwerts nicht höher ist als der Frequenzzählwert des Vergleichsspitzenwerts (Nein in Schritt S403), gibt der Datenanalyseabschnitt 442a den Wert des verarbeiteten Spitzenwerts als den Pulsbestimmungs-Schwellenwert an die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 aus (Schritt S405) und beendet die zweite Datenanalyseverarbeitung.
Wie vorstehend beschrieben, detektiert der Datenverarbeitungsabschnitt 441 gemäß Ausführungsform 2 Pulse vom Digitalspannungssignal, entsprechend einem Betrag des detektierten Lichts, das durch den Verstärker 41 und den A-D-Wandler 42 umgewandelt wird, berechnet die Spitzenwerte als die Maximalspannungswerte der detektierten Pulse und speichert die Auftrittsfrequenz jedes detektierten Spitzenwerts im Frequenzzählwert-Speicherbereich 451. Der Datenanalyseabschnitt 442a berechnet den kleinsten der Frequenzzählwerte der Spitzenwerte, die im Frequenzzählwert-Speicherbereich 451 in Zusammenhang mit den Spitzenwerten gespeichert sind, durch Vergleichen des Frequenzzählwerts jedes Spitzenwerts in aufsteigender Reihenfolge der Spitzenwerte und setzt die Pulsbestimmungsschwelle auf den Spitzenwert, dessen Frequenzzählwert am kleinsten ist. Die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 ist dafür ausgelegt, (nur) das Digitalspannungssignal, das nicht kleiner als die Pulsbestimmungsschwelle ist, als das Detektionssignal auszugeben. Selbst wenn die Frequenzzählwerte von Pulsen von der Temperatur abhängen, kann die Pulsbestimmungsschwelle daher auf einen geeigneten Wert gesetzt werden, und die Signalkomponente einer kleinen Lichtmenge und die Signalkomponente des Rauschens infolge des Dunkelstroms können ansprechend auf die Temperaturänderung unterschieden werden.
In der Lichtmengen-Detektiervorrichtung mit der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 gemäß Ausführungsform 2 entfernt die Lichtsignal-Detektierschaltung 4 das Signal des Rauschens infolge des Dunkelstroms, so dass der S/N-Wert (das Signal-Rausch-Verhältnis) erhöht werden kann. Dementsprechend kann die Lichtmengen-Detektiervorrichtung eine sehr kleine Lichtmenge detektieren.
Gemäß Ausführungsform 2 wird die Pulsbestimmungsschwelle auf den Spitzenwert gesetzt, dessen Frequenzzählwert der kleinste Frequenzzählwert ist. Die Pulsbestimmungsschwelle kann jedoch auch auf einen Spitzenwert gesetzt werden, der um einen vorgegebenen Wert größer oder kleiner als der kleinste Spitzenwert ist. In diesem Fall wird der vorgegebene Wert, um den der Spitzenwert kleiner oder größer ist, vom PC 5 vorab in den Datenanalyseabschnitt 442a gesetzt und wird ein durch Verringern des kleinsten Spitzenwerts um den vorgegebenen Wert oder durch Addieren des vorgegebenen Werts zum kleinsten Spitzenwert erhaltener Wert als der Pulsbestimmungs-Schwellenwert festgelegt.
In der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 gemäß Ausführungsform 2 erhält der Datenverarbeitungsabschnitt 441 den Auftrittsfrequenzzählwert jedes Spitzenwerts durch die Datenverarbeitung während der Lichtmengenmessung und bestimmt der Datenanalyseabschnitt 442a die Pulsbestimmungsschwelle anhand des Auftrittsfrequenz-Zählwerts jedes Spitzenwerts durch die zweite Datenanalyseverarbeitung. Demgemäß kann die Pulsbestimmungsschwelle durch Ausführen der Lichtmengenmessung von Probe 2 bestimmt werden, ohne die Prozedur zum Ausführen der Messung der Probe der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1, wie vorstehend beschrieben, auszuführen. Die Pulsbestimmungsschwelle kann daher ohne Festlegen der Frequenzuntergrenze TH1 bestimmt werden.
Der Datenanalyseabschnitt 442 kann dafür ausgelegt sein, den PC 5 zu benachrichtigen, wenn die Pulsbestimmungsschwelle geändert wird. Der benachrichtigte PC 5 kann durch die Ausgabemittel anzeigen, dass die Pulsbestimmungsschwelle geändert wurde, oder er kann dadurch den Wert der Pulsbestimmungsschwelle anzeigen. Dies ermöglicht es, dass der Messende weiß, dass sich die Pulsbestimmungsschwelle geändert hat, oder dass sie den Wert der Pulsbestimmungsschwelle kennt.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der 13A bis 15 beschrieben. Beim vorstehend beschriebenen Prozess zum Detektieren einer Lichtmenge gemäß den Ausführungsformen 1 und 2 ist es manchmal erforderlich, die Verstärkungen der Lichtquelle 1, der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 und des Verstärkers 41 einzustellen. Gemäß Ausführungsform 3 wird die Verstärkungseinstellung der Lichtquelle 1, der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 und des Verstärkers 41 beschrieben.
Die 13A bis 13D sind Diagramme zum Erklären der Bedingung der Verstärkungseinstellung. In den 13A und 13C stellt die horizontale Achse Spitzenwerte dar und stellt die vertikale Achse die Frequenz dar. In den 13B und 13C stellt die horizontale Achse die Zeit dar und stellt die vertikale Achse die Anzahl der in jeder Zeiteinheit detektierten Pulse dar.
Eine Linie G31 aus 13A stellt die Beziehung zwischen Spitzenwerten und der Frequenz nach einem vorgegebenen Zeitraum seit Beginn der Messung dar. In der Linie G31 ist der Spitzenwert an der Grenze, an der die abnehmende Frequenz anzusteigen beginnt, d. h. die Frequenz des als Pulsbestimmungsschwelle dienenden Spitzenwerts, höher als die Frequenzuntergrenze TH1. Wenn die als die Pulsbestimmungsschwelle dienende Frequenz des Spitzenwerts höher als die Frequenzuntergrenze TH1 ist, wie in 13B dargestellt ist, ist die Anzahl der in jeder Zeiteinheit detektierten Pulse in einem geeigneten Frequenzbereich zwischen einer geeigneten Untergrenze TH6 und einer geeigneten Obergrenze TH7 verteilt, wodurch ein stabiler Zustand gezeigt wird. Dies repräsentiert, dass die Quantisierungseffizienz stabil ist, was eine unzureichende Spannungsverstärkung durch den Verstärker 41 bedeutet. Wenn demgemäß die Frequenz des Spitzenwerts als die Pulsbestimmungsschwelle höher ist als die Frequenzuntergrenze TH1 und die Anzahl der in jeder Zeiteinheit detektierten Pulse im geeigneten Frequenzbereich zwischen den geeigneten unteren und oberen Grenzen TH6 und TH7 verteilt ist, ist es bevorzugt, dass die Verstärkung des Verstärkers 41 so eingestellt wird, dass die Frequenz des Spitzenwerts als die Pulsbestimmungsschwelle niedriger ist als die durch eine Linie G32 aus 13A dargestellte Frequenzuntergrenze TH1.
Eine Linie G33 aus 13C stellt die Beziehung zwischen Spitzenwerten und der Frequenz nach einem vorgegebenen Zeitraum seit Beginn der Messung dar. In der Linie G33 ist die als die Pulsbestimmungsschwelle dienende Frequenz des Spitzenwerts niedriger als die Frequenzuntergrenze TH1 und sind auch die Frequenzzählwerte der Spitzenwerte, die um den durch die Multiplizierkennlinie der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 bestimmten Spitzenwert verteilt sind, kleiner als die Frequenzuntergrenze TH1. In einem solchen Fall, wie in 13D dargestellt ist, ist die Anzahl der in jeder Zeiteinheit detektierten Pulse nicht im geeigneten Frequenzbereich zwischen den geeigneten Unter- und Obergrenzen TH6 und TH7 verteilt und kleiner oder gleich der geeigneten Untergrenze TH6. Dies repräsentiert eine unzureichende Spannung der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3, und es ist bevorzugt, dass die Spannung der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 eingestellt wird (die Verstärkung eingestellt wird), so dass die Frequenzzählwerte der Spitzenwerte, die um den durch die Multiplizierkennlinie der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 bestimmten Spitzenwert verteilt sind, auch höher sind als die Frequenzuntergrenze TH1.
Angesichts der vorstehenden Angelegenheiten wird gemäß Ausführungsform 3 die Anzahl der in jeder Zeiteinheit detektierten Pulse gezählt und werden auf der Grundlage der gezählten Anzahl der Pulse und der Pulsbestimmungsschwelle die Verstärkungen der Lichtquelle 1, der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 und des Verstärkers 41 eingestellt.
14 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration der Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche die Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche die in 14 dargestellte Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung aufweist, weist ferner einen Pulsanzahl-Speicherbereich 452 in der Speichereinheit 45 der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 der Lichtmengen-Detektiervorrichtung, einschließlich der in 11 dargestellten Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2, auf und weist ferner eine Pulsmess-Steuereinrichtung 47 auf. Überdies weist die Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 einen Datenverarbeitungsabschnitt 441a, einen Datenanalyseverarbeitungsabschnitt 442b und eine Verstärkungssteuereinrichtung 46a an Stelle des Datenverarbeitungsabschnitts 441 des Datenanalyseverarbeitungsabschnitts 442a bzw. der Verstärkungssteuereinrichtung 46 auf. Die Bestandteile, welche die gleichen Funktionen aufweisen wie jene der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1, sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und es wird auf eine redundante Beschreibung davon verzichtet.
Zusätzlich zur Funktion des Datenverarbeitungsabschnitts 441 gibt der Datenverarbeitungsabschnitt 441a eine Pulsdetektionsmitteilung aus, wodurch der Pulsmess-Steuereinrichtung 47 jedes Mal dann eine Mitteilung über die Detektion eines Pulses gegeben wird, wenn der Frequenzzählwert des Frequenzzählwert-Speicherbereichs 451 aktualisiert wird.
Die Pulsmess-Steuereinrichtung 47 steuert die Zeiteinheit für die vom PC 5 festgelegte Pulsmessung, die Zeit für das Bestimmen der Verstärkungseinstellung und dergleichen. Die Pulsmess-Steuereinrichtung 47 zählt die Pulsdetektionsmitteilungen, die in jeder Zeiteinheit empfangen werden, und speichert die Anzahl der Zählwerte im Pulsanzahl-Speicherbereich 452.
Der Datenanalyseabschnitt 442b wird durch die Pulsmess-Steuereinrichtung 47 benachrichtigt und bestimmt, ob zusätzlich zur Funktion des Datenanalyseabschnitts 442a eine Verstärkungseinstellung auszuführen ist. Die Bestimmung wird später mit Bezug auf 15 beschrieben. Der Datenanalyseabschnitt 442b gibt eine Verstärkungseinstellungsmitteilung an die Verstärkungssteuereinrichtung 46a aus, wenn die Verstärkungseinstellung als Ergebnis der Bestimmung erforderlich ist. Nach Empfang der Verstärkungseinstellungsmitteilung stellt die Verstärkungssteuereinrichtung 46a die Verstärkungen der Lichtquelle 1, der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 und des Verstärkers 41 ein.
Als nächstes wird der Betrieb der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 beschrieben. Der Betrieb der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 zum Bestimmen der Pulsbestimmungsschwelle gleicht jenem des Schwellenwertbestimmungsprozesses gemäß Ausführungsform 1 oder 2. Getrennt vom Schwellenwertbestimmungsprozess wird der nachstehend beschriebene Verstärkungseinstellungs-Bestimmungsprozess ausgeführt. Hier wird nur der Betrieb in Bezug auf die während der Lichtmengendetektion ausgeführte Verstärkungseinstellung beschrieben.
Nach dem Aktualisieren des Maximalspannungswerts in Schritt 206 der unter Verwendung des Flussdiagramms aus 7 beschriebenen Datenverarbeitung gibt der Datenverarbeitungsabschnitt 441a eine Pulsdetektionsmitteilung, welche eine Mitteilung zur Detektion des Pulses angibt, an die Pulsmess-Steuereinrichtung 47 aus.
Wenn die Pulsdetektionsmitteilung empfangen wird, wiederholt die Pulsmess-Steuereinrichtung 47 den Vorgang des Hochzählens des Werts eines nicht dargestellten Pulszählers bis zum Ablauf der zuvor festgelegten Zeiteinheit. Wenn die Zeiteinheit abgelaufen ist, speichert die Pulsmess-Steuereinrichtung 47 den Wert des Pulszählers im Pulsanzahl-Speicherbereich 452. Die Pulsmess-Steuereinrichtung 47 initialisiert dann den Wert des Pulszählers (auf 0 gesetzt) und zählt den Wert des Pulszählers in der nächsten Zeiteinheit hoch.
Im Pulsanzahl-Speicherbereich 452 werden die Adressen den jeweiligen Zeiteinheiten zugeordnet. Der Wert des Pulszählers (die Anzahl der Pulse) in jeder Zeiteinheit wird an der entsprechenden Adresse gespeichert.
Wenn die Verstärkungseinstellungs-Bestimmungszeit kommt, teilt die Pulsmess-Steuereinrichtung 47 dies dem Datenanalyseabschnitt 442b mit. Wenn ihm mitgeteilt wird, dass die Verstärkungseinstellungs-Bestimmungszeit kommt, führt der Datenanalyseabschnitt 442b den Verstärkungseinstellungs-Bestimmungsprozess aus.
15 ist ein Flussdiagramm zum Erklären des Betriebs des Verstärkungseinstellungs-Bestimmungsprozesses. Mit Bezug auf das Flussdiagramm aus 15 wird der Betrieb des Verstärkungseinstellungs-Bestimmungsprozesses detailliert beschrieben. Der Prozess zum Berechnen des kleinsten Werts der Frequenz der Spitzenwerte gleicht dem durch die im Flussdiagramm aus 12 beschriebenen Schritte S400 bis S404 ausgeführten Prozess. Demgemäß sind die Schritte des Prozesses mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und es wird auf die detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
Der Datenanalyseabschnitt 442b wählt einen verarbeiteten Spitzenwert und einen Vergleichsspitzenwert (Schritte S400 und S401). Der Datenanalyseabschnitt 442b erhält die Frequenzzählwerte des verarbeiteten Spitzenwerts und des Vergleichsspitzenwerts (Schritt S402). Der Datenanalyseabschnitt 442b vergleicht den erhaltenen Frequenzzählwert des verarbeiteten Spitzenwerts mit dem erhaltenen Frequenzzählwert des Vergleichsspitzenwerts (Schritt S403). Wenn der Frequenzzählwert des verarbeiteten Spitzenwerts höher als der Frequenzzählwert des Vergleichsspitzenwerts ist (Ja in Schritt S403), wählt der Datenanalyseabschnitt 442b einen neuen verarbeiteten Spitzenwert und einen neuen Vergleichsspitzenwert (Schritt S404). Um zu Schritt S402 zurückzukehren, sei bemerkt, dass der Datenanalyseabschnitt 442b die Frequenzzählwerte des verarbeiteten Spitzenwerts und des Vergleichsspitzenwerts erhält und den erhaltenen Frequenzzählwert des verarbeiteten Spitzenwerts mit dem erhaltenen Frequenzzählwert des Vergleichsspitzenwerts vergleicht.
Wenn der Frequenzzählwert des verarbeiteten Spitzenwerts nicht höher ist als der Frequenzzählwert des Vergleichsspitzenwerts (Nein in Schritt S403), vergleicht der Datenanalyseabschnitt 442b die Frequenz des verarbeiteten Spitzenwerts mit der Frequenzuntergrenze TH1 (Schritt S500). Wenn die Frequenz des verarbeiteten Spitzenwerts höher ist als die Frequenzuntergrenze TH1 (Ja in Schritt S500), bestimmt der Datenanalyseabschnitt 442b, ob die Anzahl der Pulse im geeigneten Bereich liegt (Schritt S501).
Genauer gesagt, erhält der Datenanalyseabschnitt 442b alle Anzahlen von Pulsen, die in den jeweiligen Zeiteinheiten detektiert wurden und im Pulsanzahl-Speicherbereich 452 gespeichert sind, und der Datenanalyseabschnitt 442b bestimmt, ob die erhaltene Anzahl der Pulse, die in jeder Zeiteinheit detektiert wurden, nicht kleiner ist als die zuvor bestimmte geeignete Untergrenze TH6 und nicht größer ist als die zuvor bestimmte geeignete Obergrenze TH7. In diesem Fall können die Pulsanzahlen als im richtigen Bereich liegend bestimmt werden, wenn die Pulsanzahlen aller Zeiteinheiten größer oder gleich der geeigneten Untergrenze TH6 sind und kleiner oder gleich der geeigneten Obergrenze TH7 sind. Alternativ können die Pulsanzahlen als im geeigneten Bereich liegend bestimmt werden, falls die Anzahl der Pulse in jeder Zeiteinheit nicht kleiner ist als die geeignete Untergrenze TH6 und nicht größer ist als die geeignete Obergrenze TH7 in einer gegebenen Anzahl von Zeiteinheiten.
Wenn bestimmt wird, dass die Pulsanzahlen im geeigneten Bereich liegen (Ja in Schritt S501), gibt der Datenanalyseabschnitt 442b eine Verstärkungseinstellungsmitteilung für das Einstellen des Verstärkers 41 an die Verstärkungssteuereinrichtung 46a aus (Schritt S502) und beendet den Prozess. Wenn bestimmt wird, dass die Pulsanzahlen nicht im geeigneten Bereich liegen (Nein in Schritt S501), beendet der Datenanalyseabschnitt 442b den Prozess.
Wenn der Frequenzzählwert des verarbeiteten Spitzenwerts andererseits nicht höher ist als die Frequenzuntergrenze TH1 (Nein in Schritt S501), bestimmt der Datenanalyseabschnitt 442b, ob die Pulsanzahlen außerhalb des geeigneten Bereichs liegen (Schritt S503). Genauer gesagt, erhält der Datenanalyseabschnitt 442b alle Pulsanzahlen, die zu den jeweiligen Zeiteinheiten detektiert wurden und im Pulsanzahl-Speicherbereich 452 gespeichert sind. Der Datenanalyseabschnitt 442b bestimmt dann, ob jede erhaltene Anzahl der Pulse nicht kleiner ist als die zuvor bestimmte geeignete Untergrenze TH6 und nicht größer ist als die zuvor bestimmte geeignete Obergrenze TH7. In diesem Fall kann beispielsweise die Anzahl der Pulse als außerhalb des geeigneten Bereichs liegend bestimmt werden, wenn die Pulsanzahlen in allen Zeiteinheiten größer oder gleich der geeigneten Untergrenze TH6 und kleiner oder gleich der geeigneten Obergrenze TH7 sind. Alternativ kann die Anzahl der Pulse als außerhalb des geeigneten Bereichs liegend bestimmt werden, falls in der vorgegebenen Anzahl von Zeiteinheiten die Anzahl der Pulse kleiner oder gleich der geeigneten Untergrenze TH6 ist oder größer oder gleich der geeigneten Obergrenze TH7 ist.
Wenn bestimmt wird, dass die Anzahl der Pulse außerhalb des geeigneten Bereichs liegt (Ja in Schritt S503), gibt der Datenanalyseabschnitt 442b eine Verstärkungseinstellungsmitteilung, welche eine Einstellung der Spannung der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 angibt, an die Verstärkungssteuereinrichtung 46a aus (Schritt S504), und beendet den Prozess. Wenn bestimmt wurde, dass die Anzahl der Pulse im geeigneten Bereich liegt (Nein in Schritt S503), beendet der Datenanalyseabschnitt 442b den Prozess.
Nach dem Empfang der Verstärkungseinstellungsmitteilung durch den vorstehend beschriebenen Verstärkungseinstellungs-Bestimmungsprozess stellt die Verstärkungssteuereinrichtung 46a den Verstärker 41 oder die Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 auf der Grundlage der empfangenen Verstärkungseinstellungsmitteilung ein. Der Betrag der Einstellung sollte durch Experimente oder dergleichen vorab bestimmt werden und durch den PC 5 in der Verstärkungssteuereinrichtung 46a festgelegt werden. Überdies kann die Verstärkungssteuereinrichtung 46a dafür ausgelegt sein, nicht nur die Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3, sondern auch die Lichtquelle 1, einzustellen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, zählt die Pulsmess-Steuereinrichtung 47 gemäß Ausführungsform 3 die Anzahl der vom Datenverarbeitungsabschnitt 441a detektierten Pulse und speichert die gezählte Anzahl der Pulse in Zusammenhang mit jeweiligen Zeiteinheiten im Pulsanzahl-Speicherbereich. Der Datenanalyseabschnitt 442b berechnet die kleinste der Auftrittsanzahlen der Spitzenwerte, die im Frequenzauftritts-Speicherbereich 451 in Zusammenhang mit den Spitzenwerten gespeichert sind, durch Vergleichen der Auftrittsanzahl jedes Spitzenwerts in aufsteigender Reihenfolge der Spitzenwerte und bestimmt auf der Grundlage der berechneten kleinsten Auftrittsanzahl, der Frequenzuntergrenze TH1 und der Anzahl der Pulse, die in jeder Zeiteinheit detektiert wurden und im Pulsanzahl-Speicherbereich 452 gespeichert sind, ob die Verstärkungen des Verstärkers 41 und der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 einzustellen sind. Die Verstärkungssteuereinrichtung 46a stellt die Verstärkungen des Verstärkers 41 und der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses ein. Dementsprechend kann die Lichtmengen-Detektiervorrichtung gesteuert werden, wobei dies das Steuern der Verstärkungen des Verstärkers 41 und der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 einschließt, wodurch die Signalkomponente einer sehr kleinen Lichtmenge besser von der Signalkomponente von Rauschen infolge des Dunkelstroms unterschieden werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der 16 und 17 beschrieben. 16 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche eine Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4, die in 16 dargestellt ist, weist an Stelle der Lichtsignal-Detektierschaltung 4 der in 5 dargestellten Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 eine Lichtsignal-Detektierschaltung 4a auf. Die Lichtsignal-Detektierschaltung 4a hat die gleiche Konfiguration wie die Lichtsignal-Detektierschaltung 4, abgesehen davon, dass die Lichtsignal-Detektierschaltung nicht die Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 aufweist und ferner einen Digital-Analog-Wandler (hier als D-A-Wandler bezeichnet) 49, einen Vergleicher 48 (CMP in der Zeichnung) und einen Zähler 50 aufweist. Die Bestandteile der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4, welche die gleichen Funktionen aufweisen wie jene der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1, sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und es wird auf eine redundante Beschreibung davon verzichtet.
Der D-A-Wandler 49 wandelt die vom Datenanalyseabschnitt 442 eingegebene Pulsbestimmungsschwelle von Digitaldaten in ein Analogsignal um (nachstehend als eine analoge Pulsbestimmungsschwelle bezeichnet). Der Vergleicher 48 vergleicht das von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 eingegebene Analogspannungssignal mit der vom D-A-Wandler 49 eingegebenen analogen Pulsbestimmungsschwelle. (Nur) wenn die Analogspannung als Ergebnis des Vergleichs nicht kleiner als die Pulsbestimmungsschwelle ist, gibt der Vergleicher 48 einen Puls zum Befehlen des Hochzählens von Wellenform-Formungsoperationen (ein Zählbefehlssignal) an den Zähler 50 aus. Wenn er das Zählbefehlssignal empfängt, zählt der Zähler 50 den Zählwert hoch und gibt den Zählwert an den PC 5 aus.
Als nächstes wird der Betrieb der Lichtmengen-Detektierschaltung gemäß Ausführungsform 4 beschrieben. Die Prozedur zum Ausführen der Messung der Probe 2 unter Verwendung der Lichtmengen-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 gleicht der vorstehend mit Bezug auf das Flussdiagramm aus 6 beschriebenen Prozedur. Die Pulsbestimmungsschwelle wird durch die vorstehend mit Bezug auf das Flussdiagramm aus 7 beschriebene Datenverarbeitung und die vorstehend mit Bezug auf das Flussdiagramm aus 9 beschriebene Datenanalyseverarbeitung bestimmt. Der Unterschied gegenüber dem Flussdiagramm aus 9 besteht darin, dass der Datenanalyseabschnitt 442 die durch die erste Datenanalyseverarbeitung bestimmte Pulsbestimmungsschwelle an Stelle der Schwellenwert-Verarbeitungseinheit 43 an den D-A-Wandler 49 ausgibt. Hier wird nur der Unterschied beschrieben.
Nach dem Empfang der durch den Datenanalyseabschnitt 442 bestimmten Pulsbestimmungsschwelle wandelt der D-A-Wandler 49 die Pulsbestimmungsschwelle aus Digitaldaten in eine analoge Pulsbestimmungsschwelle um. Der D-A-Wandler 49 gibt die analoge Pulsbestimmungsschwelle an den Vergleicher 48 aus.
Der Vergleicher 48 vergleicht das von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 eingegebene Analogspannungssignal mit der analogen Pulsbestimmungsschwelle. Wenn das Analogspannungssignal größer als die analoge Pulsbestimmungsschwelle ist, gibt der Vergleicher 48 das Zählbefehlssignal an den Zähler 50 aus. Nach dem Empfang des Zählbefehlssignals zählt der Zähler 50 den Zählwert hoch und gibt den Zählwert an den PC 5 aus. Der PC 5 berechnet die Intensität des Lichts oder die Anzahl der in die Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 eingegebenen Pulse auf der Grundlage des Zählwerts.
Wie vorstehend beschrieben, detektiert der Datenverarbeitungsabschnitt 441 gemäß Ausführungsform 4 Pulse vom Digitalspannungssignal entsprechend der vom Verstärker 41 und vom A-D-Wandler 42 umgewandelten Lichtmenge und berechnet den Spitzenwert als den Maximalspannungswert jedes detektierten Pulses und speichert die Auftrittsfrequenz jedes Spitzenwerts im Frequenzzählwert-Speicherbereich 451. Der Datenanalyseabschnitt 442 vergleicht die zuvor bestimmte Frequenzuntergrenze mit der Anzahl des Auftretens jedes Spitzenwerts, die im Frequenzzählwert-Speicherbereich 451 in Zusammenhang mit dem Spitzenwert in aufsteigender Reihenfolge der Spitzenwerte gespeichert ist. Als Ergebnis des Vergleichs wird der erste Spitzenwert, dessen Auftrittsanzahl kleiner oder gleich der Frequenzuntergrenze TH1 ist, als die Pulsbestimmungsschwelle festgelegt. Der D-A-Wandler 49 wandelt die Pulsbestimmungsschwelle in ein Analogsignal um, und die Anzahl der Male, während das von der Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3 eingegebene Analogspannungssignal größer oder gleich der Pulsbestimmungsschwelle des vom A-D-Wandler 42 umgewandelten Analogsignals ist, wird an den PC 5 ausgegeben.
Dementsprechend kann die Lichtsignal-Detektierschaltung 4a unter Verwendung des Pulszählverfahrens auch die Signalkomponente einer sehr kleinen Lichtmenge von der Signalkomponente von Rauschen infolge des Dunkelstroms durch den einfachen Vorgang des Festlegens der Frequenzuntergrenze TH1, wodurch der S/N-Wert (das Signal-Rausch-Verhältnis) erhöht wird, unterscheiden.
In der Beschreibung von Ausführungsform 4 weist die Lichtmengen-Detektiervorrichtung einen einzigen Photoelektronenvervielfacher 3 auf. Die Lichtmengen-Detektiervorrichtung kann jedoch auch mehrere Photoelektronenvervielfacher 3 aufweisen. In diesem Fall muss die Lichtsignal-Detektierschaltung 4a die gleiche Anzahl von Vergleichern und Zählern wie von Photoelektronenvervielfacher-Röhren 3 aufweisen.
17 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Lichtmengen-Detektiervorrichtung, die zwei Photoelektronenvervielfacher-Röhren aufweist. Wie in 17 dargestellt, weist die Lichtmengen-Detektiervorrichtung mehrere (in diesem Fall zwei) Photoelektronenvervielfacher-Röhren 3-1 und 3-2 auf, die Fluoreszenz von der Probe 2 detektieren. Die Lichtsignal-Detektierschaltung 4a weist die gleiche Anzahl von (in diesem Fall zwei) Vergleichern 48-1 und 48-2 und Zählern 50-1 und 50-2 wie Photoelektronenvervielfacher-Röhren 3-1 und 3-2 auf.
Die Photoelektronenvervielfacher-Röhren 3-1 und 3-2 befinden sich an verschiedenen Positionen und detektieren einzeln die Fluoreszenz von der Probe 2. Die Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3-1 gibt ein Analogspannungssignal als ein elektrisches Signal entsprechend der detektierten Fluoreszenz an den Verstärker 41 und den Vergleicher 48-1 aus. Die Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3-2 gibt ein Analogspannungssignal an den Vergleicher 48-2 aus.
Ähnlich dem vorstehend in 16 dargestellten Vergleicher 48 vergleichen die Vergleicher 48-1 und 48-2 die von den Photoelektronenvervielfacher-Röhren 3-1 und 3-2 eingegebenen Analogspannungssignale jeweils mit der vom D-A-Wandler eingegebenen analogen Pulsbestimmungsschwelle. (Nur) wenn das Analogsignal als Ergebnis des Vergleichs nicht kleiner als die analoge Pulsbestimmungsschwelle ist, geben die Vergleicher 48-1 und 48-2 jeweils einen Puls aus, um das Hochzählen von Wellenform-Formungsvorgängen (Zählbefehlssignal) an die Zähler 50-1 bzw. 50-2 vorzuschreiben. Beim Empfangen der Zählbefehlssignale zählt jeder der Zähler 50-1 und 50-2 den Zählwert hoch und gibt ihn an den PC 5 aus.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Pulsbestimmungsschwelle durch die Ausgabe der einen Photoelektronenvervielfacher-Röhre 3-1 selbst dann bestimmt werden, wenn die Lichtmenge der Probe 2 durch die mehreren Photoelektronenvervielfacher-Röhren 3-1 und 3-2 detektiert wird. Demgemäß kann die Schaltungsgröße der Lichtsignal-Detektierschaltung 4a verringert werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 5
In der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsformen 1 bis 4 wird die Lichtsignal-Detektierschaltung auf die Lichtmengen-Detektiervorrichtungen angewendet. In der Beschreibung von Ausführungsform 5 wird die Lichtsignal-Detektierschaltung auf ein Rasterelektronenmikroskop als eine Art von mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtungen angewendet.
18 ist ein Diagramm der Konfiguration des Rasterelektronenmikroskops mit einer Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 18 dargestellt, umfasst das Rasterelektronenmikroskop mit der Lichtsignal-Detektierschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Elektronenquelle 601, eine Extraktionselektrode 602, eine Beschleunigungselektrode 603, eine erste Fokussierelektrode 605, eine Blende 606, eine zweite Fokussierelektrode 607, einen Elektronenstrahlbetriebsablenker 608, einen ExB-Ablenker 612, eine Objektivlinse 609, einen Probentisch 611, einen Sekundärelektronendetektor 614, einen Vorverstärker 615, eine Hochspannungssteuereinrichtung 620, eine Fokussierlinsensteuereinrichtung 622, eine Ablenksteuereinrichtung 623, eine Detektionssteuereinrichtung 624, eine Objektivlinsensteuereinrichtung 625, eine Tischsteuereinrichtung 626 und einen Computer 630.
Die Hochspannungssteuereinrichtung 620 steuert die Elektronenquelle 601, die Extraktionselektrode 602 und die Beschleunigungselektrode 603. Die Fokussierlinsensteuereinrichtung 622 steuert die erste Fokussierelektrode 605 und die zweite Fokussierelektrode 607. Die Ablenksteuereinrichtung 623 steuert den Elektronenstrahlbetriebsablenker 608. Die Objektivlinsensteuereinrichtung 625 steuert die Objektivlinse 609. Die Tischsteuereinrichtung 626 steuert den Probentisch 611.
Die Detektionssteuereinrichtung 624 führt eine Lichtdetektion anhand des durch den Sekundärelektronendetektor 614 detektierten und den Vorverstärker 615 verstärkten Signals aus. Die Detektionssteuereinrichtung 624 weist eine der Lichtsignal-Detektierschaltungen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 auf. Der Computer 630 zeigt ein Bild des Oberflächenprofils einer untersuchten Probe 610 auf der Grundlage des von der Detektionssteuereinrichtung 624 detektierten Signals an.
Als nächstes wird der Betrieb des Rasterelektronenmikroskops gemäß Ausführungsform 5 beschrieben. Von der Elektronenquelle 601 emittierte Elektronen werden durch die Extraktionselektrode 602 und die Beschleunigungselektrode 603 beschleunigt. Die beschleunigten Elektronen 604 werden durch die erste Fokussierelektrode 605, die Blende 606 und die zweite Fokussierelektrode 607 eingeengt. Nachdem sie durch den ExB-Ablenker 612 hindurchgetreten sind, werden die Elektronen 604 durch die Linsenwirkung der Objektivlinse 609 konvergiert und veranlasst, die untersuchte Probe 610, die auf dem Probentisch 611 angeordnet ist, eindimensional oder zweidimensional abzutasten.
Die von der untersuchten Probe 610 erzeugten Sekundärelektronen 613 erreichen den Sekundärelektronendetektor 614 durch den ExB-Ablenker 612. Der Sekundärelektronendetektor 614 gibt ein den empfangenen Sekundärelektronen 614 entsprechendes Spannungssignal an den Vorverstärker 615 aus. Der Vorverstärker 615 verstärkt das Spannungssignal und gibt es an die Detektionssteuereinrichtung 624 aus.
Die Detektionssteuereinrichtung 624 ist eine der Lichtsignal-Detektierschaltungen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4. Durch eine der Operationen der Ausführungsformen 1 bis 4 bestimmt die Detektionssteuereinrichtung 624 die Pulsbestimmungsschwelle und gibt die Ausgangspulse oder den Zählwert der Anzahl der Ausgangspulse auf der Grundlage der bestimmten Pulsbestimmungsschwelle an den Computer 630 aus.
Der Computer 630 zeigt ein Bild des Oberflächenprofils der untersuchten Probe 610 auf der Grundlage der Ausgangspulse oder den Zählwert der Ausgangspulse, die von der Detektionssteuereinrichtung 624 eingegeben werden, durch die Anzeigemittel in der Art eines Bildschirms an.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Detektionssteuereinrichtung 624 gemäß Ausführungsform 5 eine der Lichtsignal-Detektierschaltungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 4. Dementsprechend kann die Detektionssteuereinrichtung 624 die Signalkomponente einer sehr kleinen Lichtmenge von der Signalkomponente des Rauschens infolge des Dunkelstroms mit einem einfachen Vorgang unter Einschluss des Festlegens der Frequenzuntergrenze TH1 unterscheiden und die Signalkomponente einer sehr kleinen Lichtmenge von der Signalkomponente des Rauschens infolge des Dunkelstroms ansprechend auf die Änderungen davon unterscheiden. Dementsprechend kann das die Detektionssteuereinrichtung 624 aufweisende Rasterelektronenmikroskop einen höheren S/N-Wert (ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis) der Lichtsignaldetektion bereitstellen. _ Ausführungsform 5 wurde anhand eines Rasterelektronenmikroskops als Beispiel einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Eine beliebige der Lichtsignal-Detektierschaltungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 4 kann für die Detektion durch eine Vorrichtung in der Art beispielsweise eines Rasterelektronenmikroskops verwendet werden, wodurch Licht von Messobjekten detektiert und analysiert wird.
Bezugszeichenliste

1: LICHTQUELLE
2: PROBE
3: PHOTOELEKTRONENVERVIELFACHER-RÖHRE (LICHTDETEKTIERMITTEL)
4: LICHTSIGNAL-DETEKTIERSCHALTUNG
5: PERSONALCOMPUTER (STEUERMITTEL)
41: VERSTÄRKER (VERSTÄRKUNGSMITTEL)
42: A-D-WANDLER (ANALOG-DIGITAL-WANDLERMITTEL)
43: SCHWELLENWERT-VERARBEITUNGSEINHEIT (SCHWELLENWERT-VERARBEITUNGSMITTEL)
44: SCHWELLENWERT-BESTIMMUNGSEINHEIT (SCHWELLENWERT-BESTIMMUNGSMITTEL)
46, 46a: VERSTÄRKUNGSSTEUEREINRICHTUNG (VERSTÄRKUNGSSTEUERMITTEL)
47: PULSMESS-STEUEREINRICHTUNG (PULSMESS-STEUERMITTEL)
48: VERGLEICHER (VERGLEICHSMITTEL)
49: D-A-WANDLER (DIGITAL-ANALOG-WANDLERMITTEL)
50: ZÄHLER (ZÄHLMITTEL)
441: DATENVERARBEITUNGSABSCHNITT (DATENVERARBEITUNGSMITTEL)
442, 442a: DATENANALYSEABSCHNITT (DATENANALYSEMITTEL)
451: FREQUENZZÄHLWERT-SPEICHERBEREICH (FREQUENZZÄHLWERT-SPEICHERMITTEL)
452: PULSANZAHL-SPEICHERBEREICH (PULSANZAHL-SPEICHERMITTEL)

Claims

Lichtsignal-Detektierschaltung, welche Folgendes umfasst: Verstärkungsmittel zum Verstärken eines Analogdetektionssignals, das einer durch Lichtdetektiermittel detektierten Lichtmenge entspricht, Analog-Digital-Wandlermittel zum Umwandeln des durch die Verstärkungsmittel verstärkten Analogdetektionssignals in ein Digitaldetektionssignal, Schwellenwert-Bestimmungsmittel, um Folgendes auszuführen: Wiederholen eines Prozesses zum Detektieren eines Pulses anhand des durch die Analog-Digital-Wandlermittel erhaltenen Digitaldetektionssignals und zum Detektieren der Energie des detektierten Pulses, Berechnen einer Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts und Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle auf der Grundlage der berechneten Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts und Schwellenverarbeitungsmittel, um als ein Detektionssignal das Digitaldetektionssignal auszugeben, das die Pulse der Energiewerte aufweist, die nicht kleiner sind als die durch die Schwellenwert-Bestimmungsmittel bestimmte Pulsbestimmungsschwelle.
Lichtsignal-Detektierschaltung nach Anspruch 1, welche ferner Folgendes umfasst: Frequenzzählwert-Speichermittel zum Speichern der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts in Zusammenhang mit dem Energiewert, wobei die Schwellenwert-Bestimmungsmittel Folgendes aufweisen: Datenverarbeitungsmittel zum Ausführen eines Prozesses zum Speichern der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts in den Frequenzzählwert-Speichermitteln und Datenanalysemittel zum sequenziellen Vergleichen einer zuvor bestimmten Frequenzuntergrenze mit der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts, welche in den Frequenzzählwert-Speichermitteln gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge des Energiewerts und zum Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle als der erste Energiewert, dessen Auftrittsfrequenz der Pulse kleiner oder gleich der Frequenzuntergrenze ist, als Ergebnis des Vergleichs.
Lichtsignal-Detektierschaltung nach Anspruch 1, welche ferner Folgendes umfasst: Frequenzzählwert-Speichermittel zum Speichern der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts in Zusammenhang mit dem Energiewert, wobei die Schwellenwert-Bestimmungsmittel Folgendes aufweisen: Datenverarbeitungsmittel zum Ausführen eines Prozesses zum Speichern der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts in den Frequenzzählwert-Speichermitteln und Datenanalysemittel zum sequenziellen Vergleichen der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts, welche in den Frequenzzählwert-Speichermitteln gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge der Energiewerte, um die kleinste Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse zu berechnen und eine Pulsbestimmungsschwelle als einen Energiewert zu bestimmen, dessen Auftrittsfrequenz der Pulse gleich der berechneten kleinsten Auftrittsfrequenz ist.
Lichtsignal-Detektierschaltung, welche Folgendes umfasst: Verstärkungsmittel zum Verstärken eines Analogdetektionssignals, das einer durch Lichtdetektiermittel detektierten Lichtmenge entspricht, Analog-Digital-Wandlermittel zum Umwandeln des durch die Verstärkungsmittel verstärkten Analogdetektionssignals in ein Digitaldetektionssignal, Schwellenwert-Bestimmungsmittel, um Folgendes auszuführen: Wiederholen eines Prozesses zum Detektieren eines Pulses anhand des durch die Analog-Digital-Wandlermittel erhaltenen Digitaldetektionssignals und zum Detektieren der Energie des detektierten Pulses, Berechnen einer Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts und Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle auf der Grundlage der berechneten Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts, Digital-Analog-Wandlermittel zum Umwandeln der durch die Schwellenwert-Bestimmungsmittel bestimmten Pulsbestimmungsschwelle aus dem Digitalsignal in ein Analogsignal, Vergleichsmittel zum Bestimmen, ob das der detektierten Lichtmenge entsprechende Analogdetektionssignal nicht kleiner ist als die Pulsbestimmungsschwelle des durch die Digital-Analog-Wandlermittel umgewandelten Analogsignals, und Zählmittel zum Zählen und Ausgeben der Anzahl der Male, während derer durch die Vergleichsmittel bestimmt wird, dass das der detektierten Lichtmenge entsprechende Analogdetektionssignal nicht kleiner ist als die Pulsbestimmungsschwelle des durch die Digital-Analog-Wandlermittel erhaltenen Analogsignals.
Lichtsignal-Detektierschaltung nach Anspruch 4, welche ferner Folgendes umfasst: Frequenzzählwert-Speichermittel zum Speichern der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts in Zusammenhang mit dem Energiewert, wobei die Schwellenwert-Bestimmungsmittel Folgendes aufweisen: Datenverarbeitungsmittel zum Ausführen eines Prozesses zum Speichern der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts in den Frequenzzählwert-Speichermitteln und Datenanalysemittel zum sequenziellen Vergleichen einer zuvor bestimmten Frequenzuntergrenze mit der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts, welche in den Frequenzzählwert-Speichermitteln gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge des Energiewerts und zum Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle als der erste Energiewert, dessen Auftrittsfrequenz der Pulse kleiner oder gleich der Frequenzuntergrenze ist, als Ergebnis des Vergleichs.
Lichtsignal-Detektierschaltung nach Anspruch 4, welche ferner Folgendes umfasst: Frequenzzählwert-Speichermittel zum Speichern der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts in Zusammenhang mit dem Energiewert, wobei die Schwellenwert-Bestimmungsmittel Folgendes aufweisen: Datenverarbeitungsmittel zum Ausführen eines Prozesses zum Speichern der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts in den Frequenzzählwert-Speichermitteln und Datenanalysemittel zum sequenziellen Vergleichen der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts, welche in den Frequenzzählwert-Speichermitteln gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge der Energiewerte, um die kleinste Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse zu berechnen und eine Pulsbestimmungsschwelle als einen Energiewert zu bestimmen, dessen Auftrittsfrequenz der Pulse gleich der berechneten kleinsten Auftrittsfrequenz ist.
Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche Folgendes umfasst: Lichtdetektiermittel zum Detektieren einer Lichtmenge und zum Ausgeben eines der detektierten Lichtmenge entsprechenden Analogdetektionssignals, Verstärkungsmittel zum Verstärken des durch die Lichtdetektiermittel detektierten Analogdetektionssignals, Analog-Digital-Wandlermittel zum Umwandeln des durch die Verstärkungsmittel verstärkten Analogdetektionssignals in ein Digitaldetektionssignal, Schwellenwert-Bestimmungsmittel, um Folgendes auszuführen: Wiederholen eines Prozesses zum Detektieren eines Pulses anhand des durch die Analog-Digital-Wandlermittel erhaltenen Digitaldetektionssignals und zum Detektieren der Energie des detektierten Pulses, Berechnen einer Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts und Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle auf der Grundlage der berechneten Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts, Schwellenverarbeitungsmittel, um als ein Detektionssignal das Digitaldetektionssignal auszugeben, das die Pulse der Energiewerte aufweist, die nicht kleiner als die durch die Schwellenwert-Bestimmungsmittel bestimmte Pulsbestimmungsschwelle sind, und Steuermittel zum Berechnen der Intensität oder der Anzahl der in die Lichtdetektiermittel eingegebenen Lichtpulse auf der Grundlage des von den Schwellenwert-Bestimmungsmitteln ausgegebenen Detektionssignals und zum Analysieren der Lichtmenge.
Lichtmengen-Detektiervorrichtung nach Anspruch 7, welche ferner Folgendes umfasst: Frequenzzählwert-Speichermittel zum Speichern der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts in Zusammenhang mit dem Energiewert, wobei die Schwellenwert-Bestimmungsmittel Folgendes aufweisen: Datenverarbeitungsmittel zum Ausführen eines Prozesses zum Speichern der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts in den Frequenzzählwert-Speichermitteln und Datenanalysemittel zum sequenziellen Vergleichen einer zuvor bestimmten Frequenzuntergrenze mit der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts, welche in den Frequenzzählwert-Speichermitteln gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge des Energiewerts und zum Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle als der erste Energiewert, dessen Auftrittsfrequenz der Pulse kleiner oder gleich der Frequenzuntergrenze ist, als Ergebnis des Vergleichs.
Lichtmengen-Detektiervorrichtung nach Anspruch 7, welche ferner Folgendes umfasst: Frequenzzählwert-Speichermittel zum Speichern der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts in Zusammenhang mit dem Energiewert, wobei die Schwellenwert-Bestimmungsmittel Folgendes aufweisen: Datenverarbeitungsmittel zum Ausführen eines Prozesses zum Speichern der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts in den Frequenzzählwert-Speichermitteln und Datenanalysemittel zum sequenziellen Vergleichen der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts, die in den Frequenzzählwert-Speichermitteln gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge der Energiewerte, um die kleinste Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse zu berechnen, und zum Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle als ein Energiewert, dessen Auftrittsfrequenz der Pulse gleich der berechneten kleinsten Auftrittsfrequenz ist.
Lichtmengen-Detektiervorrichtung nach Anspruch 7, welche ferner Folgendes umfasst: Frequenzzählwert-Speichermittel zum Speichern der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts in Zusammenhang mit dem Energiewert, Pulsanzahl-Speichermittel zum Speichern der Anzahl der in jeder vorgegebenen Zeiteinheit detektierten Pulse in Zusammenhang mit der Zeiteinheit, Pulsmess-Steuermittel zum Zählen der Anzahl der durch die Schwellenwert-Bestimmungsmittel in jeder vorgegebenen Zeiteinheit detektierten Pulse und zum Speichern der gezählten Pulsanzahl in den Pulsanzahl-Speichermitteln in Zusammenhang mit der vorgegebenen Zeiteinheit und Verstärkungssteuermittel zum Einstellen der Verstärkungen der Lichtdetektiermittel und der Verstärkungsmittel auf der Grundlage einer Verstärkungseinstellungsmitteilung, wobei die Schwellenwert-Bestimmungsmittel Folgendes aufweisen: Datenverarbeitungsmittel zum Ausführen eines Prozesses zum Speichern der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts in den Frequenzzählwert-Speichermitteln und Datenanalysemittel zum sequenziellen Vergleichen einer zuvor bestimmten Frequenzuntergrenze mit der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts, welche in den Frequenzzählwert-Speichermitteln gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge des Energiewerts und zum Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle als der erste Energiewert, dessen Auftrittsfrequenz der Pulse kleiner oder gleich der Frequenzuntergrenze ist, als Ergebnis des Vergleichs sowie zum sequenziellen Vergleichen der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts, welche in den Frequenzzählwert-Speichermitteln gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge der Energiewerte, um die kleinste Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse zu berechnen, Bestimmen, ob die Verstärkungen der Lichtdetektiermittel und der Verstärkungsmittel einzustellen sind, auf der Grundlage der berechneten kleinsten Auftrittsfrequenz, der Frequenzuntergrenze und der Anzahl der in jeder Zeiteinheit detektierten Pulse, die in den Pulsanzahl-Speichermitteln gespeichert ist, und, wenn diese bestimmt wurde, Einstellen der Verstärkungen und Ausgeben der Verstärkungseinstellungsmitteilung an die Verstärkungssteuermittel.
Lichtmengen-Detektiervorrichtung, welche Folgendes umfasst: Lichtdetektiermittel zum Detektieren einer Lichtmenge und zum Ausgeben eines der detektierten Lichtmenge entsprechenden Analogdetektionssignals, Verstärkungsmittel zum Verstärken des durch die Lichtdetektiermittel detektierten Analogdetektionssignals, Analog-Digital-Wandlermittel zum Umwandeln des durch die Verstärkungsmittel verstärkten Analogdetektionssignals in ein Digitaldetektionssignal, Schwellenwert-Bestimmungsmittel, um Folgendes auszuführen: Wiederholen eines Prozesses zum Detektieren eines Pulses anhand des durch die Analog-Digital-Wandlermittel erhaltenen Digitaldetektionssignals und zum Detektieren der Energie des detektierten Pulses, Berechnen einer Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts und Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle auf der Grundlage der berechneten Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts, Digital-Analog-Wandlermittel zum Umwandeln der durch die Schwellenwert-Bestimmungsmittel bestimmten Pulsbestimmungsschwelle vom Digitalsignal in ein Analogsignal, Vergleichsmittel zum Bestimmen, ob das der detektierten Lichtmenge entsprechende Analogdetektionssignal nicht kleiner ist als die Pulsbestimmungsschwelle des durch die Digital-Analog-Wandlermittel umgewandelten Analogsignals, und Zählmittel zum Zählen und Ausgeben der Anzahl der Male, während derer durch die Vergleichsmittel bestimmt wird, dass das der detektierten Lichtmenge entsprechende Analogdetektionssignal nicht kleiner ist als die Pulsbestimmungsschwelle des durch die Digital-Analog-Wandlermittel erhaltenen Analogsignals, und Steuermittel zum Analysieren der Lichtmenge durch Berechnen der Intensität oder der Anzahl der in die Lichtdetektiermittel eingegebenen Lichtpulse auf der Grundlage der Anzahl der von den Zählmitteln ausgegebenen Zählwerte.
Lichtmengen-Detektiervorrichtung nach Anspruch 11, welche ferner Folgendes umfasst: Frequenzzählwert-Speichermittel zum Speichern der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts in Zusammenhang mit dem Energiewert, wobei die Schwellenwert-Bestimmungsmittel Folgendes aufweisen: Datenverarbeitungsmittel zum Ausführen eines Prozesses zum Speichern der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts in den Frequenzzählwert-Speichermitteln und Datenanalysemittel zum sequenziellen Vergleichen einer zuvor bestimmten Frequenzuntergrenze mit der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts, welche in den Frequenzzählwert-Speichermitteln gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge des Energiewerts und zum Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle als der erste Energiewert, dessen Auftrittsfrequenz der Pulse kleiner oder gleich der Frequenzuntergrenze ist, als Ergebnis des Vergleichs.
Lichtmengen-Detektiervorrichtung nach Anspruch 11, welche ferner Folgendes umfasst: Frequenzzählwert-Speichermittel zum Speichern der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts in Zusammenhang mit dem Energiewert, wobei die Schwellenwert-Bestimmungsmittel Folgendes aufweisen: Datenverarbeitungsmittel zum Ausführen eines Prozesses zum Speichern der Auftrittsfrequenz der Pulse jedes Energiewerts in den Frequenzzählwert-Speichermitteln und Datenanalysemittel zum sequenziellen Vergleichen der Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse jedes Energiewerts, die in den Frequenzzählwert-Speichermitteln gespeichert ist, in aufsteigender Reihenfolge der Energiewerte, um die kleinste Auftrittsfrequenz der detektierten Pulse zu berechnen, und zum Bestimmen einer Pulsbestimmungsschwelle als ein Energiewert, dessen Auftrittsfrequenz der Pulse gleich der berechneten kleinsten Auftrittsfrequenz ist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche die Lichtsignal-Detektierschaltung nach Anspruch 1 umfasst.