JPH0230447B2

JPH0230447B2 - Nijigenbijakugazokeisokusochi

Info

Publication number: JPH0230447B2
Application number: JP11209582A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Kurono; Yutaka Tsucha; Eiji Inuzuka; Teruo Hiruma
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1982-06-29
Filing date: 1982-06-29
Publication date: 1990-07-06
Anticipated expiration: 2002-06-29
Also published as: JPS594286A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、画像構成の基礎となる単一光子の入
力が二次元分解単位で、時間分解可能な程度以下
の二次元微弱画像を計測するための二次元微弱画
像計測装置に関する。

従来、微弱な光学像を検出する装置として、超
高感度の撮影像を用いたテレビジヨン撮像装置が
知られている。

前記装置の撮像管として光電面と、前記光電面
に対向して設けたシリコン半導体ターゲツト、前
記シリコン半導体ターゲツトを電子ビームで走査
する電子銃をもつシリコン増倍型ビジコン、さら
に前記光電面の前に像増強管を配置したシリコン
増倍型ビジコンが用いられている。

前述のテレビジヨン撮像装置の撮像できる下の
限界照度は、数ミリルクス〜数分の１ミリルクス
である。この照度を光電面に入射する光子の数で
表せば10⁹〜10⁸個／（cm²秒）に相当する。この種
の装置において光学像を入射した状態で読み取り
動作を中断すると入射光像に対応する信号をター
ゲツトに蓄積できるので、感度を増すことができ
る。しかし光電面およびターゲツトにおいて発生
する熱電子が蓄積されるとか、ターゲツトに蓄積
した電荷がリークする等の不都合もある。その結
果、感度を向上させても、コントラストが悪くな
り画質を損なうという問題が残される。また前記
ターゲツトを使用する撮像管、本質的にダイナミ
ツクレンジが小さく、ダイナミツクレンジが比較
的大きいものでも、10³を越えるものでない。

本件発明者は、前述した装置では撮像できない
より低い照度の画像を満足できるコントラストを
保つて計測するために、光子の入射場所を光電面
から発生する単一光電子単位で、その光電子の発
生位置を特定し、各発生位置からの光電子の発生
頻度を計数することにより微弱な二次元像を計測
することができることに着目した。前記着想を後
述する光電面、マイクロチヤンネルプレートおよ
び半導体位置検出装置を有するイメージ管を用い
て実現しようとするとき、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
特定された単一光子に原因する信号と、マイクロ
チヤンネルプレート、半導体位置検出器等自身に
原因する熱雑音等とを区別することである。

その第２の問題は、前記イメージ管の光電面の
全面から発生する単一光電子の発生間隔の平均値
が十分に時間分解可能であつても、一部時間分解
不能になることが起りえることである。

半導体位置検出装置は、２個以上の単一光電子
に原因する入力が分解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づれでもない平均
的な位置の情報を出力する。したがつて単一光電
子の発生間隔が半導体位置検出装置で時間分解不
能なときは、半導体位置検出装置は入力信号が光
電子に原因するものであるが結果として画像には
無関係な雑音を出力することになる。第２の問題
を信号固有の雑音の問題と言うことにする。

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基本的ではなく、時間分解
下能になる確率が極めて低い、ある場合において
は容認できる問題である。

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、単一光子によ
る光電子を前記装置固有の雑音のレベルより大き
く十分に区別できるように増幅するように、マイ
クロチヤンネルプレートの増倍率を選定し、その
増倍率の変動が極めて小さくなるようにした。そ
して単一光子に原因する信号と前記装置固有の雑
音の間にあるしきい値を有するパルス波高選別器
で分離する。

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個の以上の光電子に原因するマイク
ロチヤンネルプレートの出力が半導体位置検出装
置に同時または時間分解不能な間隔で入射したと
きは、半導体位置検出装置の出力は、単一光電子
の場合のそれよりも大きくなる。したがつて、単
一光子に原因する信号と信号固有の雑音の間にあ
るしきい値を有するパルス波高選別器で分離でき
る。

本発明の主たる目的は、単一光電子の入力が二
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、例えば前述したテレビジヨン撮像装
置の撮像できる下の限界照度の1/10³〜1/10⁸の照
度の二次元微弱画像、を良好なコントラストを保
つて計測することができる二次元微弱画像計測装
置を提供することにある。

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二次元微弱画
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二次元微弱画像
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
力装置を備える二次元微弱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
る二次元微弱画像計測装置は、被測定像からの入
射光により発生する光電子が時間分解可能な程度
に微弱である二次元像を計測するための二次元微
弱画像計測装置であつて、光電面、前記光電面か
らの光電子を単一光電子毎に略一定の電子数に増
倍可能なマイクロチヤンネルプレート、前記マイ
クロチヤンネルプレートの出射面に対向して設け
た二次元半導体位置検出器からなるイメージ管
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光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半別回路
と、前記半別回路により単一光子レベルに対応す
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、超微弱光の像を高いダイナ
ミツクレンジで検出できる。

また前述した従来の映撮像管で撮像できる程度
の強度の像を一旦減衰させた後に計測再構成すれ
ば、従来装置で撮像した像よりは、大きなダイナ
ミツクレンジを有する良質な像として検出再構成
することもできる。

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図は本発明による二次元微弱画像計測装置
の実施例を示すブロツク図である。

被写体１の像は光学系２により、イメージ管３
の光電面上に形成される。

この被写体１によりイメージ管３の光電面上形
成される像の照度は、イメージ管の光電面から毎
秒10⁴個以下の光電子を発生する程度の低い照度
である。量子効率と光電面の面積を考慮すると前
述した従来の撮像装置で撮像できる下の限界照度
の1/10³〜1/10⁸である。

なお被写体がより高輝度であれば透過率の低い
濃度フイルタによつて前記の照度程度になるよう
に入射光子数を少なくする必要がある。

本発明による装置で用いる前記イメージ管３の
構成を第２図を参照して説明する。

光電面３１は光電面に形成された被写体像、正
確には光電面に入射した光子の像に対応して電子
を放出する光電子源を形成している。

この実施例ではアルカリ金属とアンチモンから
なる光電面を使用している。光電面３１は気密容
器３の一部を構成する入射窓３０の内壁面に形成
されている。光電面３１より放出された光電子像
は、集束電極３２でマイクロチヤンネルプレート
３３の入射面に結像される。マイクロチヤンネル
プレート３３は入射面から出射面につながる多数
の貫通孔（チヤンネル）を有し、前記貫通孔の内
壁には２次電子放出面が形成されている。マイク
ロチヤンネルプレート３３の入射面に入射した電
子はその入射した位置の情報を保つたまま増倍さ
れてマイクロチヤンネルプレート３３の出射面よ
り放出される。マイクロチヤンネルプレート３３
のチヤンネルは一つの入射光電子を増倍する増倍
率をなるべく一定値に近付けるために、チヤンネ
ルを湾曲させ、チヤンネルの口径に対して100倍
以上のチヤンネル長を与えてある。

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光電子の増倍率は略一定値
となり、総ての単一光電子に原因するマイクロチ
ヤンネルプレート３３からのそれぞれと、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。

集束電極３２と光電面３１の間に電源Ｅ１が光
電面３１とマイクロチヤンネルプレート３３の入
射面の間に電源Ｅ２が、マイクロチヤンネルプレ
ート３３の入射面と出射面の間に電源Ｅ３がマイ
クロチヤンネルプレート３３の出射面と半導体位
置検出器３４の間に電源Ｅ４が接続されている。

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、イメージ管３の出力信
号を処理して、イメージ管３の光電面３１に入射
した光の位置を、光電面の中心に対応する半導体
位置検出器３４の中心点を原点とする直交座標で
表した位置信号（以下Ｘ、Ｙで表す）および半導
体位置検出器３４へ入射した電子の量に関する信
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
一光電子に原因するＺ出力信号の中心と、マイク
ロチヤンネルプレート等の熱雑音による出力の間
に設定された第１のしきい値と、前述した信号固
有の雑音による出力との間に設定された第２のし
きい値を持つウインドコンパレータである。

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器は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
するのである。

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入射位置演算
回路４のブロツク構成図を示す。半導体位置検出
器３４はシリコン半導体の面に平行なｐ−ｎ接合
面と、矩形の四辺に相当する部分に分離した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３７と
３８とが対向しているものとする。４つの電極３
５，３６，３７，３８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４
３および４４の出力を加算してこれをトリガ信号
とし、タイミング信号を発生する。このタイミン
グ信号によつて積分器４５，４６，４７，４８の
積分を開始するタイミングおよびその積分時間を
限定する。この積分時間は例えば６マイクロ秒で
ある。この時間は、半導体位置検出器３４の出力
信号の時定数の大きさに対応して決められる。ま
たこの時間は、後述する２次元カウンタの動作の
サイクルより十分長い。

なお第３図に示す回路でタイミング発生に遅延
時間があるときには積分開始時刻が入力信号に対
して遅れることになり、積分精度が劣化する虞れ
がある。そのようなときは、前記パルス増幅器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
された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)式はそれぞれ次の意味を持つこ
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詳部の構成ととも
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。

被写体１よりイメージ管３に光子が入射すると
一定の確率、例えば20％で光電面３１から光電子
が放出してマイクロチヤンネルプレート３３に入
射する。このとき光電面３１上の光電子位置はマ
イクロチヤンネルプレート３３の入射面上の位置
として保たれる。マイクロチヤンネルプレート３
３によつて入射電子は増倍されて出射面に達す
る。出射面から放出した増倍電子は、半導体位置
検出器３４に入射する。この間も光電面３１上の
光の入射点の位置が保たれている。

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信号パルスは光電面で単一光電子が発生す
るごとに現れ、すべての単一光電子について同一
のパルス高に出力のみが現れるはずであるが、現
実には第４図Ｄに示すように２つのピークｐ、ｑ
を持つ分布となつて現れる。この曲線Ｄは、熱雑
音に原因する出力回数分布Ｂ、単一光電子に原因
する出力分布Ａ、分離不能な程度に光電子の発生
が連続したときの出力分布Ｃの和として与えられ
たものと推定できる。

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をくわえる。このようにして２次元カウンタ１
１には、熱雑音および２光電子に対応するパルス
を除外して、１光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が水平周期信
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
＝256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別けられ
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・ライト制御回路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み込む。
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のカウンタをも
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
しで一水平走鎖線を処理できる。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１
１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の出力はデイジタルアナログ変
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
表示された像が十分な光子数によつて良好なもの
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１１４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T₁T₂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。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１
１５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
によつて変ることはない。

外部表示装置の例はプリンターであり、外部記
憶装置の例の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。

単一の光電子を一定値に近い電子数に増倍する
マイクロチヤンネルプレートと２次元半導体位置
検出器を有するイメージ管と検出パルスの波高に
下限を設けることによつて、１光電子の発生によ
り、光電面への光子の入射位置を検出し、熱雑音
による雑音成分を除去して２次形画像を計測する
ことができる。

さらに２次元カウンタによつてこれをアドレス
的に計数するので、極めて微弱な光学像を大きな
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信号の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
となる。同時に入射した２光電子による出力（信
号固有の雑音）を除去し、一層正確な光学像の検
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、最適な時期における画像情報の読み出
しのタイミングを知ることができる。

以上詳細に説明した実施例につき本発明の範囲
内で種々の変形を施すことができる。

可視光による微弱画像のみならず、赤外線、紫
外線、Ｘ像、ガンマ線による不可視光微弱画像の
計測にも利用できる。したがつて、本発明におい
て光電面は電磁放射線のエネルギーを電子に変換
すると言うもつとも広い意味に解釈されるべきで
ある。これらの計測には前記実施例装置の入射窓
や、光電面の性質をそれぞれの電磁放射線に適す
るものに変えることにより容易実施される。

赤外線による微弱画像の計測には、砒化ガリウ
ムの光電面が適している。

紫外線による微弱画像の計測には、沃化ガリウ
ムの光電面、入射窓としては弗化リチウムの薄板
が適している。

Ｘ線、ガンマ線による不可視光微弱画像の計測
には光電面として金の薄板、入射窓としてはベリ
リウムや、アルミニウムの薄板が適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による二次元微弱画像計測装置
の実施例を示すブロツク図、第２図はイメージ管
の構造を示す概略図、第３図は半導体位置検出器
と位置演算回路を詳細に示したブロツク図、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
ロツク図である。１……被写体、２……光学系、３……イメージ
管、３１……光電面、３２……集束電極、３３…
…マイクロチヤンネルプレート、３４……半導体
位置検出器、４……入射位置演算回路、４１，４
２，４３，４４……パルス増倍器、４５，４６，
４７，４８……積分器、４９，５１……減算器、
５０，５２，５５……加算器、５３，５４……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、１０……クロツ
クパルス発生器、１１……２次元カウンタ、１１
１……２次元メモリ、１１２……バツフアメモ
リ、１１４……選択ゲート回路、１１５……イン
クリメンタ、１１６……バツフアメモリ、１２
８，１２９……バツフアメモリ、１３……位取制
御装置、１４……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、２０……第１選択ゲ
ート回路、２１……ゲート回路。

Claims

【特許請求の範囲】１被測定像からの入射光を光電面に受けて、光
電面が発生する光電子が時間分解可能な程度に微
弱である二次元像を計測するための二次元微弱画
像計測装置であつて、光電面、前記光電面からの
光電子を単一光電子毎に略一定の電子数に増倍可
能なマイクロチヤンネルプレート、前記マイクロ
チヤンネルプレートの出射面に対向して設けた二
次元半導体位置検出器からなるイメージ管と、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光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光電子レ
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
とから構成した二次元微弱画像計測装置。２前記波高選別器は低レベルの熱雑音出力を単
一光電子に原因する出力から分離するための第１
のしきい値を持つ特許請求の範囲第１項記載の二
次元微弱画像計測装置。３前記波高選別器は２以上の光電子の同時的発
生に原因する信号固有の雑音を単一光電子に原因
する出力から分離するための第２のしきい値をさ
らに備える特許請求の範囲第２項記載の二次元微
弱画像計測装置。４被測定像からの入射光を光電面に受けて、光
電面が発生する光電子が時間分解可能な程度に微
弱である二次元像を計測するための二次元微弱画
像計測装置であつて、光電面、前記光電面からの
光電子を単一光電子毎に略一定の電子数に増倍可
能なマイクロチヤンネルプレート、前記マイクロ
チヤンネルプレートの出射面に対向して設けた二
次元半導体位置検出器からなるイメージ管と、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光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光電子レ
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
置とから構成した出力装置を備える二次元微弱画
像計測装置。５前記波高選別器は低レベルの熱雑音出力を単
一光電子に原因する出力から分離するための第１
のしきい値を持つ特許請求の範囲第４項記載の二
次元微弱画像計測装置。６前記波高選別器は２以上の光電子の同時的発
生に原因する信号固有の雑音を単一光電子に原因
する出力から分離するための第２のしきい値をさ
らに備える特許請求の範囲第５項記載の二次元微
弱画像計測装置。７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４項記載の二次元微弱画像計測装置。８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７項記載の二次元微弱画
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
外部に記憶するマグネチツクテープ装置である特
許請求の範囲第７項記載の二次元微弱画像計測装
置。