JPH0320947A - 走査型電子顕微鏡における信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、信号対雑音比の高い二次元画像を作戊および
処理するための走査型電子顕微鏡における信号処理装置
に関する。

「従来の技術」 従来走査型電子顕微鏡の画像を得るための検出信号の処
理においては、第７（ａ）図に示すように、検出器の出
力をローパスフィルタでろ波して高い周波数の雑音成分
を除き、アナログ信号として表示装置に入力させて表示
するアナログ処理が通常使用されていた。しかし近年、
画像データの定量化の要求が強まっているため、第７（
ｂ）図に示すような、検出器の出力をローパスフィルタ
でろ波し、その後Ａ／Ｄ変換器でデジタル化した信号を
メモリ装置に記憶させ、デジタル式の表示装置に入力さ
せて表示する方法が採用されるようになっている。

「発明が解決しようとする課題」 走査型電子顕微鏡では通常検出器に電子増倍の目的で光
電子増倍管を用いるが、これは温度に関係する熱雑音を
伴う。熱雑音は光電子増倍管に入射する信号量が少ない
程増加し、主要なノイズ源になる。

また光電子増倍管は、同一エネルギーをもった電子が入
射しても出力の電子数は平均値の周りでばらつきが生じ
、電子数と無関係である量子雑音が存在する。これは特
に、入射電子数が少ないときは影響が大きい。

さらに第７（ｂ）図のような、従来の装置では本来デジ
タル量である電子の数を一度アナログ信号として検出し
、これを更にＡ／Ｄ変換器においてデジタル化している
。従って、この場合にも上記のような熱雑音や量子雑音
の問題を解決することはできない。さらにこれは、入射
電子数が少なく信号量が非常に低いレベルである走査型
電子顕微鏡の場合、アナログ増幅やＡ／Ｄ変換が理想的
に行われ難く、そのため信号検出系のノイズが大きな問
題となる。従来は、以上の問題を解決すべき手段がなん
ら取られていなかった。

本発明は、信号対雑音比の高い二次元画像を作成および
処理する走査型電子顕微鏡における電子計数装置を提供
することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明において上記目的は、光電子増倍管の出力信号の
一定レベル以上の波高のものだけを抽出する波高弁別器
と、この波高弁別器の出力を処理する画像入力装置とを
具備し、上記画像入力装置は、上記波高弁別器の出力を
入力してグレイコードを発生するグレイコードカウンタ
と、発生されたグレイコードを所定のコードに変換する
コード変換器とを有することを特徴とする走査型電子顕
微鏡における信号処理装置によって達或される。

「作用」 光電子増倍管による熱雑音を波高弁別器によってカット
し、その出力を入力１ビットの変化に対して出力が１ビ
ットのみの変化で済むグレイコードカウンタによって人
Ｊｌ，１７１ｔ子と１対１に対応したパルス列を時系列
データとして計数を行い、コード変換器によりグレイコ
ードからパイナリコードへ変換し、出力バッファを経て
メモリ装置に転送され二次元画像データとして表示装置
に処理される。

「実施例」 以下図面を参照にして本発明の実施例を説明する。第２
図に示すように検出器１は、プラスチックのシンチレー
タ８と、ライトパイブ９と、光電面１０と、光電子増倍
管２を具備する。電子はシンチレータ８に当り光を発し
、その光子はライトパイプ９を通過して光電面１０に入
射し、発生した光電子は光電子増倍管２により増幅され
、さらに光電子増倍管の出力は増幅器３により増幅され
る。第６図の出力パルスの波高値（例えば電流）を横軸
にとり頻度（単位時間当りのパルス数）を縦軸にとった
グラフより明らかなように検出器の出力（時系列パルス
）は光電子増倍管による温度で決まる熱雑音を伴い入力
である電子数に必ずしも比例していない。特に光電子増
倍管に入射する信号量が少ない場合には熱雑音が主要な
出力となる。熱雑音パルスの振幅は比較的小さいからこ
れを取り除くために本発明においては第１図に示すよう
に増幅器３に後続して設けられた波高弁別器４によって
、光電子増倍器２で生じた熱雑音をカットしている。波
高弁別器４の出力は必要に応じて標準パルス（例えばＴ
ＴＬパルス）に波形整形され（図示せず）、第３図に示
すようなグレイコードカウンタ１１とＤ型フリップフロ
ップ１２とサンプリングタイム設定器１３とコード変換
器１４と出力バッファ１５とを具備する画像入力装置５
に入力される。すなわち、波形整形された波高弁別器４
の出力は時系列パルスとしてグレイコードカウンタ１１
に入力される。また走査型電子顕微鏡の水平・垂直同期
信号に同期されたサンプリングタイムによりＤ型フリッ
プフロップ１２の開閉を制御し、グレイコードカウンタ
１１の出力を非同期信号から同期信号に変換する。Ｄ型
フリップフロップ１２の出力はコード変換器１４により
グレイコードから二進信号へ変換され、出力バッファ１
５を経てＶＲＡＭレディ信号に同期しながらＶＲＡＭ６
に転送され記憶される。その後、コンピュータ７によっ
て二次元画像データとじて処理される。

次に変換コードとしてグレイコードを使用する理由を説
明する。第４図は、出力が４ビット幅のグレイコードカ
ウンタにサンプリングタイムτＳ中に１０コのパルスが
入力されてカウントが行われるとき、一画素あたりのパ
ルス信号が区切って出力される状態を説明するタイムチ
ャートである。入力は周期パルスとし、パルスの立ち上
がりおよび立ち下がりの峙間は無視し、グレイコードカ
ウンタの出力の立ち上がりおよび立ち下がり時間は入力
パルスよりも充分に短いと仮定する。

グレイコードカウンタに入力パルスが入力されるとグレ
イコードに従って出力が変化するが、その出力の変化す
るビット数はいつも１である。グレイコードと二進信号
を比較するために十進法のパルスが例えば３から４に変
わる時のそれぞれの表し方を見てみると、グレイコード
では、００１０から０１１０と１つのビットのみが変化
するが、二進信号では００１１から０１００と変化する
。

このように、グレイコードではパルス数が１増えると１
つのビットのみが変化するのに対し、二進信号では複数
のビットが変化する。第６図に示すように、サンプリン
グのタイミングによっては中間状態をとり、００１１，
０１１１，０１００と読み誤りを起こす。これは二進信
号を使用した場合にしばしば起こった。これら読み誤り
は、各ビットが有限時間の立ち上がりおよび立ち下がり
時間を有するために起り、これは非同期１ビット時系列
パルスを複数ビット幅の並列信号に変換する時に生じる
。前記問題を解決するためには入力１ビットの変化に対
して、出力が１ビットのみの変化で済むような直列から
並列への変換コードが必要である。このような変換コー
ドとしては、ｎビット幅で２０つまりｎビットで区別で
きる最大数を数えられるグレイコードが最適である。グ
レイコードを使用することによって、一画素当りの電子
または光子の数を連続的に途切れることなく測定・記録
が可能となる。そして、このようにして確実に信号を表
示するグレイコードをコード変換器１４でその後の処理
に都合のよい２進コードに変化して、その後の表示処理
を行う。

「発明の効果」 本発明は、光電子増倍管によって生じる熱雑音をカット
する波高弁別器を具備し、またデジタル量である電子の
数をデジタル量として処理し最終的に表示の段階で初め
てアナログ量に変換するという上記方法により、信号対
雑音比の高い二次元画像を作成および処理する走査型電
子顕微鏡における信号処理装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例の信号の処理装置のブロッ
ク図である。 第２図は、第１図の実施例で使用される検出器の概略図
である。 第３図は、第１図の実施例で使用される画像入力装置の
ブロック図である。 第４図は、グレイコードカウンタの動作を説明するため
のタイムチャートである。 第５図は、読み誤りの起こる場合のタイミングチャート
を示す。 第６図は、検出器の電流値と単位時間当りのパルス数の
関係を示すグラフである。 第７（ａ）図および第７（ｂ）図は、従来の信号処理装
置のブロック図である。 １・・・検出器、２・・・光電子増倍管、３・・・増幅
器、４・・・波高弁別器、５・・・画像入力装置、６・
・・ＶＲＡＭ，７・・・コンピュータ、８・・・シンチ
レー夕、９・・・ライトパイプ、１０・・・光電面、１
１・・・グレイコードカウンタ、１２・・・Ｄ型フリッ
プフロップ、１３・・・サンプリングタイム設定器、１
４・・・コードｆｔａ器、１５・・・出力バッファ、１
６・・・ローパスフィルタ、１７・・・ＣＲＴ，１８・
・・Ａ／Ｄ変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光電子増倍管の出力信号の一定レベル以上の波高のもの
   だけを抽出する波高弁別器と、この波高弁別器の出力を
   処理する画像入力装置とを具備し、 上記画像入力装置は、上記波高弁別器の出力を入力して
   グレイコードを発生するグレイコードカウンタと、発生
   されたグレイコードを所定のコードに変換するコード変
   換器とを有することを特徴とする走査型電子顕微鏡にお
   ける信号処理装置。