JPH0468593B2

JPH0468593B2 -

Info

Publication number: JPH0468593B2
Application number: JP57177158A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Tsucha; Takehiro Kurono; Eiji Inuzuka; Teruo Hiruma
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1982-10-08
Filing date: 1982-10-08
Publication date: 1992-11-02
Also published as: JPS5965783A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、画像構成の基礎となる電子やイオン
等の荷電粒子、中性子などの入力が二次元分解単
位内で、時間分解可能な程度以下の粒子線に原因
する画像を計測するための粒子線に原因する画像
計測装置に関する。

入射する粒子の分布により形成される粒子線像
を検出する装置として、写真フイルムを用いる装
置や粒子線により励起される螢光面の発光を撮像
管等で撮像する装置が知られている。

十分な粒子線量があれば前記各装置により、粒
子線像を検出することができるが、十分な粒子線
量が得られないときには、計測により得られた画
像の信号体雑音比が小さく良好な測定結果が得ら
れない。

後者の粒子線により励起される螢光面の発光を
撮像する装置で、十分な粒子線量を得るために長
い時間粒子線を受け入れるようにすると、撮像管
のターゲツトに熱電子が蓄積されるとか、画像を
形成する電荷が漏洩してコントラストを損なうな
どの問題が生じる。またこの種の撮像管のダイナ
ミツクレンジは本来大きいものではない。

ダイナミツクレンジが比較的大きいものでも、
10³を越えるものはない。

本件発明者等は、前述した装置では撮像できな
い画像、単位時間当りの粒子線の入射量がより少
ない画像、を満足できるコントラストを保つて計
測するために、粒子の入射により電子を放出する
電子放出面から発生する単一電子単位で、その電
子の発生位置を特定し、各発生位置からの電子の
発生頻度を計数することにより微弱な二次元像を
計測することができることに着目した。前記着想
を後述するマイクロチヤンネルプレートおよび半
導体位置検出装置を用いて実現しようとするとき
に、解決されなければならない基本的な問題が二
つあつた。

その第１の問題はマイクロチヤンネルプレート
により増倍され、半導体位置検出器により位置が
特定された単一粒子に原因する信号と、マイクロ
チヤンネルプレート、半導体位置検出器等自身に
原因する熱雑音等とを区別することである。

その第２の問題は、前記電子放出面の全面から
発生する単一電子の発生間隔の平均値が十分に時
間分解可能であつても、一部時間分解不能になる
ことが起り得ることである。

半導体位置検出装置は、２個以上の単一電子に
原因する入力が分離不能な一定時間内にあるとき
は、それぞれの入射位置のいずれでもない平均的
な位置の情報を出力する。したがつて単一電子の
発生間隔が半導体位置検出装置で時間分解不能な
ときは、半導体位置検出装置は入力信号が電子に
原因するものであるが結果として画像には無関係
な雑音を出力することになる。第２の問題を信号
固有の雑音の問題と言うことにする。

この信号固有の雑音の問題は、前記第１の装置
固有の雑音の問題よりは基本的ではなく、時間分
解不能になる確率が極て低い、ある場合において
は容認できる問題である。

本件発明者等は、前記装置固有の雑音の問題を
次のようにして解決した。

マイクロチヤンネルプレートが、単一電子を前
記装置固有の雑音のレベルより大きく十分に区別
できるように増幅するように、マイクロチヤンネ
ルプレートの増倍率を選定し、その増倍率の変動
が極めて小さくなるようにした。そして単一電子
に原因する信号と前記装置固有の雑音の間にある
しきい値を有するパルス波高選別器で分離する。

前記信号固有の雑音の問題も次のようにして解
決される。２個以上の電子に原因するマイクロチ
ヤンネルプレートの出力が半導体位置検出装置に
同時または時間分解不能な間隔で入射したとき
は、半導体位置検出装置の出力は、単一電子の場
合のそれよりも大きくなる。したがつて、単一電
子に原因する信号と信号固有の雑音の間にあるし
きい値を有するパルス波高選別器で分離できる。

本発明の主たる目的は、測定しようとする像源
からの粒子線に衝突された電子放出面から発生さ
せられた電子ごとの入力、すなわち単一電子の入
力が二次元分解単位内で時間分解可能な程度に微
弱である二次元像を良好なコントラストを保つて
計測することができる粒子線に原因する画像計測
装置を提供することにある。

本発明の他の目的は前記装置固有の雑音の問題
と信号固有の雑音の問題を解決した粒子線に原因
する画像計測装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は前記粒子線に原因す
る画像計測の結果のデータまたは、前記計測の過
程の計測画像をリアルタイムで出力することがで
きる出力装置を備える粒子線に原因する画像計測
装置を提供することにある。

前記主たる目的を達成するために、本発明によ
る粒子線に原因する画像計測装置は、粒子線に原
因して電子放出面から放出させられる電子の発生
頻度が時間分解可能な程度である粒子線に原因す
る画像計測装置であつて、前記電子を放出する面
からの電子を単一電子毎に略一定の電子数に増倍
するマイクロチヤンネルプレートと、前記マイク
ロチヤンネルプレートの出射面に対向して設けた
二次元半導体位置検出器と、前記二次元半導体位
置検出器の位置信号出力電極からの出力信号を演
算して電子が前記二次元半導体位置検出器へ入射
した位置信号を出力する入射位置演算回路と、前
記二次元半導体位置検出器の位置信号出力電極か
らの出力信号を加算して前記二次元半導体位置検
出器への電子の入射量を出力する入射量演算回路
と、前記入射量演算回路の出力からその出力が単
一電子レベルに対応するか否かを判別して判別出
力を発生するパルス波高選別器と、前記パルス波
高選別器により単一電子レベルに対応すると判別
されたとき、前記入射位置演算回路の出力信号に
よつて指定されたアドレスのカウンタに単位信号
を加算する２次元カウンタとから構成されてい
る。

前記構成によれば、超微弱な粒子線の像を高い
ダイナミツクレンジで検出できる。すなわち、二
次元半導体位置検出器を用いて電子の入射位置を
重心検出しているので、時系列読み出し方式のデ
バイス（例えばCCDなど）に比べて、信号出力
のリアルタイム性が本質的に向上する。ところ
が、二次元半導体位置検出器による方式では、重
心検出ゆえに、入射電子量に差があつても同様に
位置検出してしまい、また２以上の位置にほぼ同
時に入射したときにはその重心を検出してしま
う。そこで、本発明では、マイクロチヤンネルプ
レートを「単一電子毎に略一定の電子数に増倍」
するものとし、二次元半導体位置検出器の出力を
波高選別している。このため、検出すべき信号と
しての電子放出面からの電子はマイクロチヤンネ
ルプレートにより一定数に増倍されるのに対し、
マイクロチヤンネルプレートでの熱雑音による電
子は上記一定数まで増倍されない。さらに、同時
放出された２個の電子による二次元半導体位置検
出器の出力は一般には２倍となり、宇宙線で例え
ば５個の電子が放出されたときは出力はほぼ５倍
となるので、本来の出力のみを波高選別で取り出
すことができる。

以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説
明する。

第１図は本発明による粒子線に原因する画像計
測装置の実施例を示すブロツク図である。

この実施例は透過形の電子顕微鏡に応用したも
のであつて、この実施例における粒子線は電子銃
１０１から放出され集束レンズ１０２で試料１に
導かれる電子である。試料１が電子を放出する面
に相当する。この発明において電子を放出する面
とは、この例のように均一に入射した電子の分布
がある物体を透過するときに変えられる場合にそ
の物体を含む広い意味で用いる。

試料１を透過した電子の像は電子顕微鏡の電子
レンズ１０３，１０４により、マイクロチヤンネ
ルプレート３３の入射面に形成される。マイクロ
チヤンネルプレート３３と半導体位置検出器３４
は共に電子顕微鏡の真空系内に組み込まれてい
る。マイクロチヤンネルプレート３３の入射面に
形成された像はマイクロチヤンネルプレート３３
のマイクロチヤンネルで増倍される。

第２図にマイクロチヤンネルプレート３３と半
導体位置検出器３４を取り出して示してある。

マイクロチヤンネルプレート３３の入射面と出
射面の間に電源Ｅ３が、マイクロチヤンネルプレ
ート３３の出射面と半導体位置検出器３４の間に
電源Ｅ４が接続されている。

マイクロチヤンネルプレート３３は、入射面か
ら出射面につながる多数の貫通孔（チヤンネル）
を有し、前記貫通孔の内壁には２次電子放出面が
形成されている。この実施例では、２次電子放出
面は酸化鉛（PbO）である。マイクロチヤンネル
プレート３３の入射面に入射した電子はその入射
した位置の情報を保つたまま、増倍されてマイク
ロチヤンネルプレート３３の出射面より放出され
る。マイクロチヤンネルプレート３３のチヤンネ
ルは一つの入射電子を増倍する増倍率をなるべく
一定値に近づけるために、チヤンネルを湾曲さ
せ、チヤンネルの口径に対して100倍以上のチヤ
ンネル長を与えてある。

そしてチヤンネルの内面に形成されるダイノー
ド壁の抵抗を高くしてある。

この構成により単一電子の増倍率は略一定値と
なり、総ての単一電子に原因するマイクロチヤン
ネルプレート３３からの電子と、熱に起因してチ
ヤンネルの内面から発生する雑音と区別可能とな
る。半導体位置検出器３４はその入射面に電子が
入射したときにその入射位置に対応する電流信号
を出力する二次元位置検出器である。

半導体位置検出器３４の構造と動作は入射位置
演算回路４（第１図）の構造と動作の説明と併せ
て後述する。

入射位置演算回路４は、半導体位置検出器３４
の中心点を原点とする直交座標で表した位置信号
（以下Ｘ，Ｙで表す）および半導体位置検出器３
４へ入射した電子の量に関する信号（以下Ｚで表
す）を演算して出力する演算回路である。

パルス波高選別器５は入射位置演算回路４の単
一電子に原因するＺ出力信号の中心と、マイクロ
チヤンネルプレート等の熱雑音による出力の間に
設定された第１のしきい値と、前述した信号固有
の雑音による出力との間に設定された第２のしき
い値を持つウインドコンパレータである。

もつとも、ある場合は前記第２のしきい値を省
略して第１のしきい値より大きい信号を総て取り
出すようにすることもできる。

第１アドレス信号発生器６はアナログデジタル
変換器から構成され、位置演算回路４のＸ，Ｙ信
号から、２次元的に配列したカウンタ１１の各カ
ウンタアドレスを指定する信号を出力する。

計数器７はクロツクパルス発生器１０の出力パ
ルスを計数し、同期信号発生器１７の垂直および
水平同期信号によつてリセツトされる。垂直同期
信号によつてリセツトされた計数値はＹ座標を、
水平同期信号によつてリセツトされた計数値はＸ
座標を表す。

第２アドレス信号発生器８は、計数器７の出力
信号を、２次元カウンタ１１のアドレスを指定す
る信号に、変換する。第１選択ゲート回路２０
は、第１アドレス信号発生器６の出力信号（書込
みアドレス信号）と外部からのアドレス信号（読
み出しアドレス信号）のいずれかを第２選択ゲー
ト回路９に通す。

第２選択ゲート回路９は、第１選択ゲート回路
２０の出力信号と第２アドレス信号発生器８の出
力信号のいずれかを1/8カウンタ１８の出力信号
で選択して２次元カウンタ１１に通す。

２次元カウンタ１１の２次元メモリ１１１は、
多数のカウンタを２次元の画素に対応させて形成
したものである。

２次元カウンタ１１の詳細な構成を第６図を参
照して説明する。２次元カウンタ１１には、２次
元メモリ１１１と２次元メモリ１１１のデータ出
力端に接続したバツフアメモリ１１２、このバツ
フアメモリ１１２の出力を外部からの指令によつ
て、インクリメンタ１１５あるいは、外部へ選択
的に信号を送出する第３選択ゲート回路１１４、
入力信号に１を加えて送出するインクリメンタ１
１５、このインクリメンタ１１５と、２次元メモ
リ１１１のデータ入口端に接続された入力バツフ
アメモリ１１６、２次元メモリ１１１を読み出し
または書込みのいずれかが可能な状態にするリー
ド・ライト制御回路１２１が含まれている。

この２次元カウンタ１１は、パルス波高選別器
５の出力信号がリード・ライト制御回路１２１の
第１入力端子１２２へ入力したとき、第１アドレ
ス信号発生器の出力信号によつて指定されたアド
レスのカウンタの内容に１（単位信号）を加える。
この動作を計数と言うことにする。また、第２ア
ドレス信号発生器８によつて指定されたアドレス
のカウンタの内容を読み出し、後述するテレビモ
ニタによる読み出しに利用する。２次元カウンタ
１１の内容は読み出しによつて計数値がリセツト
されない。

計数と読み出しの詳しい動作は後述する。

１２，１２′はバツフアメモリ、１３は位取制
御器である。バツフアメモリ１２の出力信号（こ
れは複数ビツトからなるパラレル信号である）の
桁を何桁シフトするかは、最高位検出器１４の出
力による。最高位検出器１４はバツフアメモリ１
２のバイナリ信号形式をとる出力信号のうち
“１”である最高位を検出する。そして、バツフ
アメモリ１２の出力信号のうち“１”である最高
位が、既に検出した位より高くなければ、最高位
検出器１４の出力は保持される。位取制御器１３
は最高位検出器１４の出力信号によつて示される
位が位取制御器１３の出力の最上位となるよう桁
シフトしてデータを出力する。１５はデイジタル
アナログ変換器である。１９は同期混合器であり
デイジタルアナログ変換器１５の出力を標準テレ
ビジヨン映像信号に合成する。１６はテレビジヨ
ンモニタである。映像信号をブラウン管に表示す
る。この動作をテレビジヨン読出しと呼ぶことに
する。このように最高位から一定の位だけをテレ
ビモニタに表示するのは、テレビモニタの少ない
ダイナミツクレンジによる画像の見にくさを除去
するためである。

第３図に半導体位置検出器３４と前記半導体位
置検出器３４の出力信号を演算する位置演算回路
４のブロツク構成図を示す。半導体位置検出器３
４はシリコン半導体の面に平行なｐ−ｎ接合面
と、矩形の四辺に相当する部分に電気的に分離し
た４つの電極３５，３６，３７，３８が形成され
ている。ここで電極３５と３６が対向し、電極３
７と３８とが対向しているものとする。４つの電
極３５，３６，３７，３８に囲まれる面上と任意
の点３９と前記各電極の間の電気抵抗はその間の
距離に比例する。従つて、前記点３９に電子が入
射すると、各電極から点３９との距離に反比例す
る電流が送出される。なおこのとき、入射した電
子のエネルギに対応してシリコン半導体内で電子
増倍が生じる。４１，４２，４３，４４はパルス
増幅器である。４５，４６，４７，４８は積分器
である。タイミング信号発生器５６はパルス増幅
器４３および４４の出力を加算してこれをトリガ
信号とし、タイミング信号を発生する。このタイ
ミング信号によつて積分器４５，４６，４７，４
８の積分を開始するタイミングおよびその積分時
間を限定する。この積分時間は例えば６マイクロ
秒である。この時間は、半導体位置検出器３４の
出力信号の時定数の大きさに対応して決められ
る。またこの時間は、後述する２次元カウンタの
動作のサイクルより十分長い。

なお第３図に示す回路でタイミング発生に遅延
時間があるときには積分開始時刻が入力信号に対
して遅れることになり、積分精度が劣化する虞れ
がある。そのようなときは、前記パルス増幅器４
１，４２，４３，４４と、それぞれに対応する積
分器４５，４６，４７，４８の間に遅延回路を挿
入する必要がある。

第３図において、電極３５から送出される電流
をパルス増幅器４１で増幅し、積分器４５で積分
して得られた信号電流をI35，電極３６から送出
される電流ををパルス増幅器４２で増幅し、積分
器４６で積分して得られた信号電流をI36，電極
３７から送出される電流をパルス増幅器４３で増
幅し、積分器４７で積分して得られた信号電流を
I37，電極３８から送出される電流パルス増幅器
４４で増幅し、積分器４８で積分して得られた信
号電流をI38とする。

加算器５０は前記積分器４５，４６の出力I35
とI36を加算して（I35＋I36）を出力する。

加算器５２は前記積分器４７，４８の出力I37
とI38を加算して（I37＋I38）を出力する。

加算器５５は前記加算器５０，５２の出力を加
算して（I35＋I36＋I37＋I38）を出力する。

同様にして減算器４９は（I35−I36）、減算器
５１は（I37−I38）を出力する。

５３と５４は割算器であつて、割算器５３の出
力信号Ｘは次式で与えられる。

Ｘ＝（I35−I36）／（I35＋I36） ……(1) 割算器５４の出力信号Ｙは次の式で与えられ
る。

Ｙ＝（I37−I38）／（I37＋I38） ……(2) 加算器５５の出力信号Ｚは前述のとおり次式で
与えられる。

Ｚ＝（I35＋I36＋I37＋I38） ……(3) ４つの電極３５，３６，３７，３８に囲まれた
正方形の中心を原点とし、原点から各電極の距離
を１とし、電極３６から３５への方向をＸ方向電
極３８から３７への方向をＹ方向と定義すること
により(1)、(2)、(3)式はそれぞれの意味を持つこと
になる。

(1)式電子の入射点３９のＸ座標（Ｘ） (2)式電子の入射点３９のＹ座標（Ｙ） (3)式電子の入射量（Ｚ）次に前記実施例装置の動作を細部の構成ととも
に説明する。

操作の開始にあたつて、第１選択ゲート回路２
０は第１アドレス信号発生器６と第２選択ゲート
回路９の間を接続し、第３選択ゲート回路１１４
は出力バツフア１１２とインクリメンタ１１５の
間を接続する。

電子放出面である試料１を透過した電子の像は
電子顕微鏡の電子レンズ１０３，１０４，１０５
により、マイクロチヤンネルプレート３３の入射
面に形成される。

入射電子はマイクロチヤンネルプレート３３に
よつて増倍されて出射面に達する。出射面から放
出された増倍電子は、半導体位置検出器３４に入
射する。この間も光電面３１上の光の入射点の位
置が保たれている。

ここで第４図を参照して、Ｚ信号と波高選別器
５のしきい値の関係を説明する。

第４図は、Ｚ信号パルス高を横軸にとり、各出
力値の頻度を縦軸にして示したヒストグラムであ
る。Ｚ信号パルスは電子放出面で単一電子が発生
するごとに現れ、すべての単一電子について同一
のパルス高の出力のみが現れるはずであるが、現
実には第４図Ｄに示すように２つのピークｐ，ｑ
を持つ分布となつて現れる。この曲線Ｄは、熱雑
音に原因する出力回数分布Ｂ，単一電子に原因す
る出力分布Ａ，分離不能な程度に電子の発生が連
続したときの出力分布Ｃの和として与えられたも
のと推定できる。

そこで、本発明では波高選別器５のしきい値を
図のＬおよびＨの２点に設定し、その間のＺ出力
のみを測定するようにしてある。

入射位置演算回路４からのＸ位置信号とＹ位置
信号は、第１アドレス信号発生器６によつて２次
元カウンタ１１のアドレス信号に変換され、選択
ゲート回路９を介して２次元カウンタ１１のアド
レスを指定する。入射位置演算回路４の出力の最
大繰返し周期は２次元カウンタ１１の動作のサイ
クルより長いので２次元カウンタ１１は入射位置
演算回路４の出力が発生したとき、入力すればよ
い。２次元カウンタ１１は512×512＝262144個の
カウンタ、言い換れば２次元メモリ１１１は
2621144個の記憶場所を有するものとする。入射
位置演算回路４のＺ信号は波高選別器５に入力す
る。波高選別器５は、Ｚ信号が任意に設定した下
限および上限の間にあるとき、トリガ信号パルス
を送出し、２次元カウンタ１１は上記パルスを受
けたとき指定されたアドレスのカウンタの内容に
１を加える。このようにして２次元カウンタ１１
には、熱雑音および２電子に対応するパルスを除
外して、１電子に対応する信号のみを加えること
ができる。

クロツクパルスの周波数は１クロツクパルスが
２次元カウンタ１１の各アドレスに対応するよう
に、さらにテレビジヨン走査の帰線期間を考慮し
て選ばれている。前述のようにＸ方向のアドレス
はクロツクパルスの周波数を計数器７が水平同期
信号によつてリセツトした後に計数した値によつ
て特定できる。

Ｙ方向のアドレスはクロツクパルスを計数しな
くても、垂直同期信号によつてリセツトした後、
水平同期信号の数を計数すれば足りる。入射位置
演算回路４の出力は画面の中心を原点とするもの
であつたのに対し、計数器７から出力される計数
値は画面の左上端を原点とする上に読み取りの順
序は飛越走査方式に適合させるために適当な補正
を加えなければならない。第２アドレス信号発生
器８は計数器７から出力される計数値を補正して
２次元カウンタ１１のアドレス信号に変換する。
前記補正は例えばＸ方向の計数値について512／
２＝526だけ減ずることであり、Ｙ方向について
は１水平走査の計数を２倍すると共に第１フール
ドでは245を減じ第２フールドでは244を減じる。

第２選択ゲート回路９はクロツクパルス発生器
１０の出力を1/8カウンタ１８で分周したパルス
で制御される。第５図に1/8カウンタ１８から送
出される波形を示す。これは２次元メモリ１１１
の基本タイミング（基本サイクル）を制御するも
ので、第５図に示すように前半と後半に分けられ
ている。１周期の前半の２分の１が“１”（高い
状態）で後半の２分の１が“０”（低い状態）で
ある。このパルスによつて第２選択ゲート回路９
は、１サイクルの前半で第１アドレス信号発生器
の出力したアドレス信号または外部アドレス信号
を通して計数または内容の外部への読み出しに利
用し、後半で第２アドレス信号発生器の出力した
アドレス信号を通して２次元カウンタの内容をテ
レビ方式で読み出すのに利用する。

1/8カウンタ１８から第２選択回路９へ出力し
たパルスは、２次元カウンタ１１にも出力され、
波高選別器５が、リード・ライト制御器１２１の
第１入力端１２２へトリガ信号パルスを送出した
ときのみ第５図T₁に示す基本サイクルの前半で
指定された２次元メモリ１１１のアドレス記憶内
容を読み出し、インクリメンタ１１５で１を加
え、第５図T₂に示す次の基本サイクルの前半で、
２次元メモリ１１１の同じアドレスへ書き込む。
この動作によつて前述の計数が行なわれる。第５
図T₃、T₄に示す各基本サイクルの後半では指定
されたアドレスから連続した８個のアドレスの記
憶内容を非破壊で読み取る。この動作によつて読
み出された記憶内容は前述のテレビジヨン読み出
しに使用される。

８個のカウンタの信号を一度に読み出す理由は
次のとおりである。もし、１サイクルに１のカウ
ンタの信号を読み出すとすれば水平および垂直の
帰線期間を考慮して9.7MHzの読み出し周期とな
る。さらに１サイクルの後半２分の１の期間で読
み出されなければならないから、１回の読み出し
に与えられる時間は52ナノ秒である。これは現在
利用できる装置では不可能か、あるいは限界に近
い時間である。８個のカウンタを一度に読み出せ
ば１回の読み出しに与えられる時間は416ナノ秒
となり、十分余裕がある。この読み取り動作はテ
レビジヨン同期信号発生器１７の送出する水平お
よび垂直同期信号に従つている。このような動作
は並列一直列変換といわれる。また前述したよう
に２次元カウンタ１１は512×512のカウンタを持
つ、従つて512のカウンタを一水平走査線に対応
させれば８個を一度に読み取つても64回の読み出
しで一水平走査線を処理できる。他方テレビジヨ
ンの走査線は525本であるが、その6.5％は垂直帰
線期間に対応するので488本のみ表示する。

２次元カウンタ１１から読み出された８個のカ
ウンタの出力信号は一旦第１バツフアメモリ１２
８に蓄えられ、１つのカウンタごとの出力信号を
順次読み出す。第１バツフアメモリ１２８からの
読み出しは次の１サイクルすなわち816ナノ秒が
割り当てられる。第１バツフアメモリ１２８から
読み出しが行なわれているサイクルの後半では２
次元カウンタ１１から第２バツフアメモリ１２９
に読み出しが行なわれる。従つて２次元カウンタ
１１の出力端と第１バツフアメモリ１２８および
第２バツフアメモリ１２９の入力端の間に１サイ
クルごとに切り換えられる選択ゲートが必要であ
るが自明のことなので、第１図および本明細書で
の説明は省略する。第１バツフアメモリ１２８ま
たは第２バツフアメモリ１２９から出力された信
号は位取制御器１３へ入力すると共に最高位検出
器１４へも入力する。最高位検出器１４はバツフ
アの出力信号のうち“１”である最高位が何桁目
であるかを検出する。

最高位検出器１４は全ての入力について最高位
を検知するがそれまでの入力より大きな信号が入
力しない限り、出力信号は保持される。

位取制御器１３は最高位検出器１４の出力に応
じて入力信号をシフトする。すなわち最高位検出
器１４の出力を示す入力信号の桁が出力信号にお
いて常に同一の桁になるようにシフトする。

位取制御器１３の出力はデジタル・アナログ変
換器１５によつてアナログ信号に変換された後に
同期混合器によつてテレビジヨン同期信号発生器
１７の送出した水平および垂直同期信号を混合し
て、テレビジヨンモニタ１６に映像信号として入
力する。

ここで、観測者は、テレビジヨンモニタ１６に
表示された像が良好なものとなつたことを認めた
とき、マニアル操作による外部アドレス選択信号
によつて第１選択ゲート回路２０を作動させる。
第１選択ゲート回路２０は、外部アドレス発生器
（図示していない）と第２選択ゲート回路９の間
のゲートを開く。同時に２次元カウンタ１１では
外部アドレス選択信号が第３選択ゲート回路１１
４およびリード・ライト制御回路１２１の第２入
力端子１２３へ入力する。このとき第５図T₁，
T₂で示す基本サイクルの前半は常に読み出しモ
ードとなる。このとき出力バツフア１１２と外部
表示装置（図示していない）の間のゲートが開
き、出力バツフア１１２とインクリメンタ１１５
の間のゲートが閉じる。またメモリ１１１は前記
基本サイクルの前半部で読み出しモードとなる。

同時に第１選択ゲート回路２０へ前記外部アド
レス発生器から任意のアドレス信号を送る。

このような操作によつて２次元カウンタ１１か
ら、第３選択ゲート回路１１４を通じて、２次元
カウンタ１１の２次元メモリ１１１に記憶された
画像信号をデジタル信号のまま外部表示装置およ
び外部記憶装置に読み出すことができる。

このとき２次元メモリ１１１の内容は読み出し
によつて変わることはない。

外部表示装置の例はプリンタであり、外部記憶
装置の例はマグネチツクテープである。

この読み出しのアドレスは前述のテレビジヨン
表示のための読み出しと同じ順序で良い。あるい
は画像の特定な部分のみでもよい。

読み出しの速度は例えば、9.7MHzのクロツク
パルスの２周期を使用する。各読み出しごとに１
つのカウンタのみが読み出される。これらは前述
した本実施例の構成と動作から十分理解できる。

本発明は、以上のように構成され、動作するも
のであるから、以下のような効果がある。

単一の電子を一定値に近い電子数に増倍するマ
イクロチヤンネルプレートを使用し、２次元半導
体位置検出器と検出パルスの波高に下限を設ける
ことによつて、電子の発生位置を検出し、熱雑音
による雑音成分を除去して２次元画像を計測する
ことができる。

さらに２次元カウンタによつてこれをデジタル
的に計数するので、大きなダイナミツクレンジで
観測できる。この実施例では２次元カウンタの各
アドレスを16ビツトにすることにより、６×10⁴
のダイナミツクレンジを得ている。

さらにＺ信号パルスの検出において、波高に上
限を設けることによつて誤つた位置を示すことは
なくなる。同時に入射した２電子による出力（信
号固有の雑音）を除去し、一層正確な像の検出を
可能にする。

２次元カウンタの出力をテレビジヨン表示する
ことによつて形成されつつある像をリアルタイム
で観察し、最適な時期おける画像情報の読み出し
のタイミングを知ることができる。

前記実施例における粒子線は電子であるが、前
記実施例で示したマイクロチヤンネルプレート３
３は粒子線がプロトンや中性子のようなものであ
つても２次電子を放出するから、これらのような
粒子線による像であつてもよい。またマイクロチ
ヤンネルプレート３３と、半導体位置検出器３４
を第７図に示すように真空気密容器３に設け、上
記真空気密容器３の内壁に粒子によつて電子を放
出する面３１を設けたものであつてもよい。３２
は集束電極、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４はバイアス
電源である。

本発明は、質量分析装置におけるイオンによる
質量スペクトル像の計測、その他適当なエネルギ
ーを持つ素粒子により像の計測にも利用できる。
酸化鉛はほとんどの種類の粒子の入射に対して電
子を放出するので電子放出面として利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による粒子線に原因する画像計
測装置の実施例を示すブロツク図、第２図はマイ
クロチヤンネルプレートと半導体位置検出器を取
り出して示した概略図、第３図は半導体位置検出
器と位置演算回路を詳細に示したブロツク図、第
４図は入射位置演算回路のＺ出力の分布を示すヒ
ストグラム、第５図はクロツクパルス発生器から
１／８カウンタへ送出されるパルスを示す波形図、
第６図は、２次元カウンタの詳細な構成を示すブ
ロツク図、第７図は変形例を示す略図である。１……試料、２……試料の電子像、３……真空
気密容器、３１……電子放出面、３２……集束電
極、３３……マイクロチヤンネルプレート、３４
……半導体位置検出器、４……入射位置演算回
路、４１，４２，４３，４４……パルス増倍器、
４５，４６，４７，４８……積分器、４９，５１
……減算器、５０，５２，５５……加算器、５
３，５４……除算器、５……パルス波高選別器、
５６……タイミング信号発生器、６……第１アド
レス信号発生器、７……計数器、８……第２アド
レス信号発生器、９……第２選択ゲート回路、１
０……クロツクパルス発生器、１１……２次元カ
ウンタ、１１１……２次元メモリ、１１２，１１
６，１２８，１２９……バツフアメモリ、１１４
……選択ゲート回路、１１５……インクリメン
タ、１３……位取制御装置、１……最高位検出
器、１５……デジタルアナログ変換器、１６……
テレビジヨンモニタ、１７……同期信号発生器、
１８……1/8カウンタ、１９……同期混合器、２
０……第１選択ゲート回路、２１……ゲート回
路。

Claims

【特許請求の範囲】１粒子線に原因して電子放出面から放出させら
れる電子の発生頻度が時間分解可能な程度である
粒子線に原因する画像計測装置であつて、前記電子放出面からの電子の単一電子毎に略一
定の電子数に増倍するマイクロチヤンネルプレー
トと、前記マイクロチヤンネルプレートの出射面
に対向して設けた二次元半導体位置検出器と、前
記二次元半導体位置検出器の位置信号出力電極か
らの出力信号を演算して電子が前記二次元半導体
位置検出器へ入射した位置信号を出力する入射位
置演算回路と、前記二次元半導体位置検出器の位
置信号出力電極からの出力信号を加算して前記二
次元半導体位置検出器への電子の入射量を出力す
る入射量演算回路と、前記入射量演算回路の出力
からその出力が単一電子レベルに対応するか否か
を判別して判別出力を発生するパルス波高選別器
と、前記パルス波高選別器により単一電子レベル
に対応すると判別されたとき、前記入射位置演算
回路の出力信号によつて指定されたアドレスのカ
ウンタに単位信号を加算する２次元カウンタとを
備えて構成した粒子線に原因する画像計測装置。２前記波高選別器は低レベルの熱雑音出力を単
一電子に原因する出力から分離するための第１の
しきい値を持つ特許請求の範囲第１項記載の粒子
線に原因する画像計測装置。３前記波高選別器は２以上の電子の同時的発生
に原因する信号固有の雑音を単一電子に原因する
出力から分離するための第２のしきい値をさらに
備える特許請求の範囲第２項記載の粒子線に原因
する画像計測装置。４前記粒子は電子顕微鏡の電子銃から放出され
る電子であり、前記電子放出面は電子顕微鏡内に
配置された試料である特許請求の範囲第１項記載
の粒子線に原因する画像計測装置。５粒子線に原因して電子放出面から放出させら
れる電子の発生頻度が時間分解可能な程度である
粒子線に原因する画像計測装置であつて、前記電子放出面からの電子を単一電子毎に略一
定の電子数に増倍するマイクロチヤンネルプレー
トと、前記マイクロチヤンネルプレートの出射面
に対向して設けた二次元半導体位置検出器と、前
記二次元半導体位置検出器の位置信号出力電極か
らの出力信号を演算して電子が前記二次元半導体
位置検出器へ入射した位置信号を出力する入射位
置演算回路と、前記二次元半導体位置検出器の位
置信号出力電極からの出力信号を加算して前記二
次元半導体位置検出器への電子の入射量を出力す
る入射量演算回路と、前記入射量演算回路の出力
からその出力が単一電子レベルに対応するか否か
を判別して判別出力を発生するパルス波高選別器
と、前記パルス波高選別器により単一電子レベル
に対応すると判別されたとき、前記入射位置演算
回路の出力信号によつて指定されたアドレスのカ
ウンタに単位信号を加算する２次元カウンタと、
前記２次元カウンタの内容を出力する出力装置と
を備えて構成した粒子線に原因する画像計測装
置。６前記波高選別器は低レベルの熱雑音出力を単
一電子に原因する出力から分離するための第１の
しきい値を持つ特許請求の範囲第５項記載の粒子
線に原因する画像計測装置。７前記波高選別器は２以上の電子の同時的発生
に原因する信号固有の雑音を単一電子に原因する
出力から分離するための第２しきい値をさらに備
える特許請求の範囲第６項記載の粒子線に原因す
る画像計測装置。８前記出力装置はテレビジヨンモニタ装置であ
つて計測中の前記２次元カウンタの内容をリアル
タイムに表示するように構成した特許請求の範囲
第５項記載の粒子線に原因する画像計測装置。９前記出力装置は前記２次元カウンタの内容を
数値データとして出力するプリンタ装置をさらに
備える特許請求の範囲第８項記載の粒子線に原因
する画像計測装置。１０前記出力装置は前記２次元カウンタの内容
を外部に記憶する装置である特許請求の範囲第８
項記載の粒子線に原因する画像計測装置。