DE19653204A1

DE19653204A1 - Lichtmeßvorrichtung zur quantitativen Messung von Photonen

Info

Publication number: DE19653204A1
Application number: DE19653204A
Authority: DE
Inventors: Shinji Ohsuka; Hisayoshi Takamoto
Original assignee: Laboratory of Molecular Biophotonics
Current assignee: Laboratory of Molecular Biophotonics
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1997-07-17
Also published as: US5694211A; GB9626388D0; GB2308442B; GB2308442A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtmeßvorrichtung zum Zählen der Anzahl an Photonen einfallenden Lichts, und betrifft insbesondere eine Lichtmeßvorrichtung zur quantita tiven Messung von Photonen, die beispielsweise auf dem Gebiet der Biochemie und dergleichen verwendet wird, um die Anzahl an Photonen bei der Fluoreszenz zu zählen, die von einer Pro be ausgesandt wird, welche von einer gepulsten Lichtquelle erregt wird, und um quantitativ die Anzahl fluoreszierender Moleküle in der Probe zu messen.

Zur quantitativen Messung einer Menge einer fluoreszierenden Substanz (oder fluoreszierender Moleküle) in einer Probe wird die Probe durch Anregungslicht bestrahlt, und wird die Inten sität der Fluoreszenz gemessen, die bei der fluoreszierenden Substanz auftritt. Ein typisches Gerät, welches bislang für derartige Messungen verwendet wurde, ist beispielsweise ein Fluoreszenzphotometer, welches eine Xenonlampe als Lichtquel le und eine Photomultiplierröhre als Fluoreszenzdetektor ver wendet. Im allgemeinen wird die Xenonlampe nicht gepulst, sondern im Dauerbetrieb betrieben, und empfängt die Photomul tiplierröhre die von der fluoreszierenden Substanz erzeugte Fluoreszenz, so daß ständig ein Ausgangsstrom entsprechend der Intensität der Fluoreszenz ausgegeben wird. Auf diese Weise wird die Fluoreszenzintensität gemessen, und wird die Menge an fluoreszierendem Material gemessen, auf der Grundlage des Werts des Ausgangsstroms von der Photomultiplierröhre.

Wenn allerdings die Menge an fluoreszierendem Material in der Probe sehr gering ist, und die von der Intensität des Anre gungslichts von der Xenonlampe abhängende Fluoreszenzintensi tät unterhalb der Meßgrenze liegt, kann das voranstehend ge schilderte Fluoreszenzphotometer nicht verwendet werden. In derartigen Fällen wird die Menge an fluoreszierender Substanz quantitativ durch das Photonenzählverfahren zum Messen der Intensität der Fluoreszenz bestimmt, auf der Grundlage des Zählwerts von Ausgangsimpulsen der Photomultiplierröhre. Dar über hinaus wird eine Laserlichtquelle als Anregungslicht quelle zur Erzeugung hochintensiven Anregungslichts verwen det. Darüber hinaus wird eine gepulste Laserlichtquelle zur Ausgabe gepulsten Lichts verwendet, um Dunkelstromrauschen der Photomultiplierröhre auszuschalten, während die hohe In tensität des Anregungslichts genutzt wird. Auch in derarti gen Fällen, ähnlich wie bei dem voranstehenden Beispiel, mißt die Photomultiplierröhre die Intensität der Fluoreszenz, die von der fluoreszierenden Substanz in der Probe erzeugt wird, die von dem Laserlicht angeregt wird, und wird die Menge der fluoreszierenden Substanz quantitativ auf der Grundlage des Zählwerts für die Ausgangsimpulse von der Photomultiplier röhre gemessen.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereit stellung einer Lichtmeßvorrichtung, welche die Intensität des Lichts eines Meßobjekts oder dessen Spektrum messen kann, selbst wenn eine große Anzahl ah Photoelektronen beim Einfall des Meßobjektlichts auf eine photoelektrische Wandlerfläche eines Photodetektors ausgesandt wird, oder selbst wenn die Spitzenwertintensitätsdifferenz bei der Messung des Spektrums des Lichts des Meßobjekts groß ist.

Eine Lichtmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: (a) eine Photodetektorvorrichtung, welche eine photoelektrische Wandleroberfläche zum Aussenden von Photo elektronen in einer Anzahl entsprechend einer Photomeßan zahlverteilung aufweist, abhängig von der Anzahl an Photonen des einfallenden Lichts, und mehrere Elektronenmultiplier abschnitte, die entsprechend mehreren Zonen der photoelek trischen Wandleroberfläche vorgesehen sind, wobei jeder Elek tronenmultiplierabschnitt Photoelektronen vervielfacht, die von einer zugeordneten Zone der photoelektrischen Wandler oberfläche ausgesandt werden, so daß ein Stromsignal bezüg lich der zugeordneten Zone ausgesandt wird; (b) eine Sammel vorrichtung zum Sammeln von Photoelektronenerscheinungs ereignissen in den jeweiligen Zonen der photoelektrischen Wandleroberfläche in einer Gate-Periode (Torperiode), auf der Grundlage von Stromsignalen, die von den jeweiligen Elektro nenmultiplierabschnitten ausgesandt werden; und (c) eine Be stimmungsvorrichtung zur Bestimmung einer Verteilung der An zahl an Photoelektronen, die beim Einfall von Licht des Meß objekts in jede Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche in der Gate-Periode ausgesandt werden, auf der Grundlage von Saldierungsergebnissen der Ereignissaldierungsvorrichtung, um hierdurch die Intensität des Lichts des Meßobjekts zu er halten.

Hierbei kann die Photomeßvorrichtung so ausgebildet sein, daß sie (i) eine Photodetektorvorrichtung aufweist, welche eine photoelektrische Wandleroberfläche zum Aussenden von Photoelektronen in einer Anzahl entsprechend einer Photo anzahlverteilung einfallenden Lichts in jeder von mehreren Zonen aufweist; mehrere Elektronenmultiplierabschnitte, die jeweils Photoelektronen vervielfachen, die von einer zuge ordneten Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche ausge sandt werden, um ein Stromsignal bezüglich der zugeordneten Zone auszugeben; und einen Vakuumbehälter, der ein durchläs siges Fenster aufweist, um das einfallende Licht durchzulas sen, und die photoelektrische Wandleroberfläche und die Elek tronenmultiplierabschnitte daran einschließt, oder daß (ii) ein Array (Feld) von Photodetektorvorrichtungen vorgesehen ist, die jeweils eine Photokathode entsprechend einer der mehreren Zonen der photoelektrischen Wandleroberfläche auf weisen, um Photoelektronen in einer Anzahl entsprechend der Verteilung der Photonenzahlen des einfallenden Lichts auszu senden, einen Elektronenmultiplierabschnitt zum Vervielfachen jeder der Photoelektronen, die von Photokathode ausgesandt werden, um Elektronen als Stromsignal auszugeben, und einen Vakuumbehälter, der mit einem durchlässigen Fenster versehen ist, um das einfallende Licht durchzulassen, und der die Pho tokathode und den Elektronenmultiplierabschnitt darin ein schließt.

Wenn bei dieser Lichtmeßvorrichtung die Anzahl ausgesandter Photoelektronen groß ist, wenn das einfallende Licht auf die photoelektrische Wandleroberfläche einfällt, wird die Ein trittszone vergrößert, wodurch das einfallende Licht durch mehrere Zonen der photoelektrischen Wandleroberfläche empfan gen wird.

Daher ist die Anzahl ausgesandter Photoelektronen für die gesamte photoelektrische Wandleroberfläche groß, jedoch ist für jede einzelne Zone die Anzahl ausgesandter Photoelektro nen klein.

Dann werden die von jeder Zone der photoelektrischen Wand leroberfläche ausgesandten Photoelektronen von dem Elektro nenmultiplierabschnitt vervielfacht, der für jede Zone vor gesehen ist, und werden als Photomeßstromsignal jeder Zone von der Photomeßvorrichtung ausgegeben.

Die von den jeweiligen Elektronenmultiplierabschnitten aus gegebenen Stromsignale werden der Sammel- oder Saldierungs vorrichtung zugeführt, und die Sammelvorrichtung saldiert die Photoelektronenauftrittsereignisse für jede Zone der photo elektrischen Wandleroberfläche in der Gate-Periode. Auf der Grundlage der so von der Ereignissaldierungsvorrichtung erhal tenen Saldierungsergebnisse bestimmt die Bestimmungsvorrich tung eine Verteilung der Anzahl an Photoelektronen, die beim Einfall des Lichts für das Meßobjekt ausgesandt werden, für jede Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche in der Gate- Periode, wodurch die Intensität des Lichts für das Meßobjekt erhalten wird.

Auf der Grundlage der Erkenntnisse des Erfinders, die als Er gebnis von Untersuchungen erhalten wurden, ist die Anzahl an Photoelektronen, die von der photoelektrischen Wandlerober fläche der Photomultiplierröhre pro Bestrahlung einer Probe mit einem Impuls von Laserlicht ausgesandt werden, abhängig von der Photoelektronenverteilung entsprechend der Intensität des einfallenden Lichts. Sei p(1) die Wahrscheinlichkeit, daß die Anzahl an Photoelektronen, die entsprechend dieser Photo elektronenzahlverteilung ausgesandt werden, gleich 1 ist, und sei p(x 2) die Wahrscheinlichkeit, daß die Anzahl gleich 2 oder größer ist. Die Photoelektronenanzahlverteilung in der photoelektrischen Wandleroberfläche wird als Poisson-Vertei lung angenommen. Wenn beispielsweise in diesem Fall der Mit telwert λ der Anzahl an Photoelektronen, die von der photo elektrischen Wandleroberfläche ausgesandt werden, wenn die Photomultiplierröhre die Fluoreszenz empfängt, die von der fluoreszierenden Substanz ausgesandt wird, die durch einen Impuls gepulsten Laserlichts angeregt wird, größer als 0,1 ist, so wird p(x 2)/p(1) gleich 5 oder mehr %. Da ein größerer Wert für p(x 2)/p(1) die Anzahl nicht gezählter Pho toelektronen erhöht, und die Abweichung gegenüber der Propor tionalbeziehung der Intensität der Fluoreszenz, die auf die Photomultiplierröhre einfällt, in bezug auf den Zählwert von Ausgangsimpulsen der Photomultiplierröhre vergrößert, verur sacht die Bestimmung der Menge der fluoreszierenden Substanz aus dem Zählwert ausgegebener Impulse von der Photomultiplier röhre einen großen Fehler.

Es gibt beispielsweise einige Fälle, in denen Intensitäts spitzenwerte (Peaks) bei zahlreichen Wellenlängen bei der Messung des Spektrums mit einem Spektrometer auftreten, und in derartigen Fällen tritt das folgende Problem bei der Ver wendung der konventionellen Lichtmeßvorrichtung auf. In der artigen Fällen wird nämlich die Intensität des gesamten Wel lenlängenbandes des Lichts des Meßobjekts so eingestellt, daß die Messung mit dem Photonenzählverfahren ideal für die höchste Spitzenwertintensität durchgeführt werden kann. Gibt es allerdings größere Unterschiede der Spitzenwertintensität zwischen Spitzenwerten, so wird die maximale Spitzenwertin tensität genau gemessen, jedoch ergeben sich bei der Messung kleiner Spitzenwertintensitäten kleine Zählwerte, die das Quantenrauschen relativ erhöhen, so daß die Meßgenauigkeit verschlechtert wird. Wird andererseits versucht, die kleinen Spitzenwertintensitäten genau zu messen, so muß die Intensi tät des gesamten Lichts des Meßobjekts hoch eingestellt wer den, was Fehler beim Zählen von Photoelektronen bei der Mes sung hoher Spitzenwertintensitäten hervorruft, so daß die Meßgenauigkeit beeinträchtigt wird.

Wenn im Falle der Lichtmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl ausgesandter Photoelektronen von der ge samten photoelektrischen Wandleroberfläche beim Einfall ein fallenden Lichts auf diese groß ist, ist die Anzahl an von jeder Zone ausgesandten Photoelektronen gering, und ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß sie eine Verteilung der An zahl an Photoelektronen bestimmt, die beim Einfall des Lichts des Meßobjekts ausgesandt werden, für jede Zone der photo elektrischen Wandleroberfläche, wodurch die Intensität des Lichts des Meßobjekts exakt erhalten werden kann.

Bei einer ersten Zielrichtung der Lichtmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Sammel- oder Saldierungs vorrichtung auf: (i) eine Integrationsvorrichtung, die für jeden der Elektronenmultiplierabschnitte vorgesehen ist, wo bei jede Integrationsvorrichtung das Stromsignal integriert, welches von jedem Elektronenmultiplierabschnitt ausgegeben wird, um das Stromsignal in ein Spannungssignal umzuwandeln, und das Spannungssignal als Impulshöhenwert eines Ereignis ses auszugeben; und (ii) eine erste Erzeugungsvorrichtung zum Sammeln von Impulshöhenwerten für jedes Ereignis bezüglich jedes Elektronenmultiplierabschnitts, und zur Erzeugung von Impulshöhenverteilungen (N_j(h); h bezeichnet Impulshöhenwer te) der Anzahl an Ereignissen in Abhängigkeit von dem Impuls höhenwert; und weist die Bestimmungsvorrichtung auf: (i) ei ne zweite Erzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer Impuls höhenverteilung einzelner Photoelektronenereignisse (p₁ (h)), auf der Grundlage der Impulshöhenverteilung (N_1,j(h)), die von der ersten Erzeugungsvorrichtung erzeugt wird, für jeden Elektronenmultiplierabschnitt im Falle der Einstellung, in einer Sammelbetriebsart, einzelner Photoelektronenereignisse, bei denen jeweils die Anzahl in der Photomeßvorrichtung aus gesandter Photoelektronen im wesentlichen höchstens eins be trägt; (ii) eine dritte Erzeugungsvorrichtung zur rekursiven Berechnung von Werten, die wie voranstehend geschildert defi niert sind, für jeden Elektronenmultiplierabschnitt, auf der Grundlage der Impulshöhenverteilung einzelner Photoelektronen ereignisse (p_1,j(h))

wodurch Impulshöhenverteilungen von k Photoelektronenereignis sen (p_k,j(h)) erzeugt werden, in denen jeweils die Anzahl der von der Photomeßvorrichtung ausgesandten Photoelektronen gleich k ist (2 - k - k_MAX) für jede Zone der photoelektri schen Wandleroberfläche; und (iii) eine Photoelektronenan zahlverteilungsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Pho toelektronenanzahlverteilung für einen Fall, in welchem das Licht des Meßobjekts auf die Photomeßvorrichtung einfällt, auf der Grundlage von Impulshöhenverteilungen (N_j(h)), die von der ersten Erzeugungsvorrichtung erzeugt werden, wenn das Licht des Meßobjekts auf die Photomeßvorrichtung einfällt, wenn eine normale Meßbetriebsart eingestellt ist, bei welcher die Impulshöhenverteilungen einzelner Photoelektronenereignis se bereits erhalten wurden (p_1,j(h)), und die Impulshöhen verteilungen von k Photoelektronenereignissen bereits erhal ten wurden (p_k,j(h)), wodurch die Intensität des Lichts des Meßobjekts erhalten wird.

Vor der normalen Lichtmessung sammelt diese Lichtmeßvorrich tung einzelne Photoelektronenereignisse, bei welchen die An zahl an Photoelektronen, die von jeder Zone der photoelek trischen Wandleroberfläche ausgesandt werden, höchstens eins beträgt. Es ist theoretisch unmöglich, nur einzelne Photo elektronenereignisse zu erzeugen, jedoch ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einzelner Photoelektronen ereignisse in überwiegendem Ausmaß dominant zu wählen, und zwar durch Einstellung der Intensität des Lichts, das auf jede Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche einfällt, auf sehr geringe Intensität.

Wenn das Licht auf jede Zone der photoelektrischen Wandler oberfläche in dem Zustand einfällt, in welchem sehr schwaches Licht auf die Photomeßvorrichtung einfällt, so wird zuerst höchstens ein Photoelektron in jeder Zone der photoelektri schen Wandleroberfläche in den meisten Fällen ausgesandt. Dann werden die ausgesandten Photoelektronen in dem Elektro nenmultiplierabschnitt vervielfacht, der entsprechend jeder Zone vorgesehen ist, wodurch ein Photomeßstromsignal bezüglich jeder Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche ausgegeben wird. Jedes dieser Stromsignale wird über eine vorbestimmte Zeit durch die Integrationsvorrichtung integriert, so daß es zu einem Spannungssignal bezüglich eines Ereignisses wird. Da die Anzahl an Photoelektronen, die von jeder Zone der photo elektrischen Wandleroberfläche entsprechend einem Ereignis ausgesandt werden (also während des vorbestimmten Zeitraums), wie voranstehend geschildert in den meisten Fällen höchstens gleich 1 ist, wird in den meisten Fällen dieses Spannungs signal gleich einem Wert entsprechend einem einzelnen Photo elektronenereignis. Der Spannungswert des Spannungssignals jedes Ereignisses wird als Impulshöhenwert jedes Ereignisses von der ersten Erzeugungsvorrichtung gesammelt oder saldiert. Die erste Erzeugungsvorrichtung erzeugt die Impulshöhenver teilungen N_1,j(h) auf der Grundlage der gesammelten Impuls höhenwerte.

Dann nimmt die zweite Erzeugungsvorrichtung die Impulshöhen verteilungen N_1,j(h) an, die von der ersten Erzeugungsvor richtung erzeugt werden, und schaltet das Rauschen in dem Abschnitt mit geringer Impulshöhe und bei Ereignissen mit einer Anzahl an Photoelektronen gleich Null aus, auf der Grundlage der Impulshöhenverteilungen N_1,j(h), wodurch die Impulshöhenverteilungen p_1,j(h) einzelner Photoelektronen ereignisse entsprechend den jeweiligen Zonen der photoelek trischen Wandleroberfläche erzeugt werden.

Dann nimmt die dritte Erzeugungsvorrichtung die Pulshöhenver teilungen p_1,j(h) einzelner Photoelektronenereignisse an, die von der zweiten Erzeugungsvorrichtung erzeugt werden, und berechnet rekursiv die folgenden Werte, auf der Grundlage der Impulshöhenverteilungen p_1,j(h),

wodurch die Impulshöhenverteilungen von k Photoelektronen ereignissen p_k,j(h) erzeugt werden, in denen jeweils die An zahl an Photoelektronen, die von der Photomeßvorrichtung aus gesandt werden, gleich k (2 k k_MAX) ist, entsprechend den jeweiligen Zonen der photoelektrischen Wandleroberfläche.

Nachdem die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) von Ereignissen erhalten wurden, in denen jeweils die Anzahl der von der Pho tomeßvorrichtung ausgesandten Photoelektronen gleich i (1 i k_MAX) ist, für die jeweiligen Zonen der photoelektrischen Wandleroberfläche auf die voranstehend geschilderte Weise, wird eine normale Messung des Lichts des Meßobjekts durchge führt.

Für die normale Messung des Lichts des Meßobjekts läßt man zuerst das Licht des Meßobjekts auf die photoelektrische Wand leroberfläche der Photomeßvorrichtung einfallen, so daß Pho toelektronen ausgesandt werden. Die so erzeugten Photoelek tronen werden in den Elektronenmultiplierabschnitten verviel facht, und die Photostromsignale I_j werden bezüglich der jeweiligen Zonen der photoelektrischen Wandleroberfläche aus gegeben. Diese Stromsignale I_j werden über den vorbestimmten Zeitraum durch die Integrationsvorrichtung integriert, und werden so zu Spannungssignalen eines Ereignisses. Die erste Erzeugungsvorrichtung sammelt die Spannungswerte der Span nungssignale jedes Ereignisses als Impulshöhenwerte jedes Er eignisses. Die erste Erzeugungsvorrichtung erzeugt die Im pulshöhenverteilungen N_j(h) auf der Grundlage der erhalte nen Impulshöhenwerte.

Dann sammelt die Bestimmungsvorrichtung die Impulshöhenver teilungen N_j(h), die von der ersten Erzeugungsvorrichtung erzeugt werden, sowie die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h), die von der dritten Erzeugungsvorrichtung erzeugt werden. Auf der Grundlage der Impulshöhenverteilungen N_j(h) und der Im pulshöhenverteilungen p_i,j(h) bestimmt dann die Bestimmungs vorrichtung die Photoelektronenanzahlverteilung für jede Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche bei einem Ereig nis, wenn das Licht des Meßobjekts auf die Photomeßvorrich tung einfällt.

Dann wird die Intensität des Lichts des Meßobjekts aus den Photoelektronenanzahlverteilungen bei einem Ereignis bestimmt, nach dem Einfall des Lichts des Meßobjekts.

Wie voranstehend geschildert ist die vorliegende Vorrichtung so ausgebildet, daß sie eine vorläufige Vorbereitung für das Auftreten von k Photoelektronenereignissen trifft, wenn meh rere Photoelektronen in jeder Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche auftreten, und die Impulshöhenverteilungen p_k,j(h) von k Photoelektronenereignissen mit statistischer Verläßlichkeit bestimmt, auf der Grundlage der Impulshöhen verteilungen p_1,j(h) einzelner Photoelektronenereignisse, die eine Art von Kalibrierungsdaten darstellen, die durch Messungen erhalten werden. Wenn die Anzahl der bei jedem Er eignis auftretenden Photoelektronen unbekannt ist, und selbst wenn die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten mehrerer Photo elektronen bei jedem Ereignis hoch ist, kann daher die Vor richtung die Photoelektronenanzahlverteilung der Photoelektro nen, die in jeder Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche der Photomeßvorrichtung nach Einfall des Lichts des Meßobjekts auftreten, aus den Impulshöhenverteilungen N_j(h) unter Be zugnahme auf die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) bestimmen (1 i k_MAX), wodurch die Vorrichtung die Photoelektronen anzahlverteilung von Photoelektronen bestimmen kann, die in jeder Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche nach Ein fall des Lichts des Meßobjekts auftreten, und zwar genau, und kann wiederum die Intensität des Lichts des Meßobjekts genau feststellen.

Bei der Vorrichtung gemäß der ersten Zielrichtung der vorlie genden Erfindung kann jeder der Elektronenmultiplierabschnit te der Photomeßvorrichtung vorzugsweise so aufgebaut sein, daß eine Avalanche-Photodiode verwendet wird, bei welcher zwischen deren Anode und deren Kathode eine entgegengesetzte Vorspannung angelegt wird, und bei welcher ein Abschnitt, welcher der photoelektrischen Wandleroberfläche gegenüber liegt, auf ein höheres Potential gesetzt wird als das Poten tial der photoelektrischen Wandleroberfläche, für eine lawi nenartige Vervielfachung von Elektronen-Lochpaaren, die beim Einfall der Photoelektronen erzeugt werden, und zur Ausgabe eines Stromsignals entsprechend der Anzahl an Elektronen- Lochpaaren, die so lawinenartig vervielfacht werden.

Da die Photomeßvorrichtung dieser Art eine hohe Auflösung des Impulshöhenwerts in Abhängigkeit von der Photoelektronen anzahl aufweist, und deutlich Spitzenwerte entsprechend je weiliger k Photoelektronenereignisse identifizieren kann, in denen jeweils die Anzahl an Photoelektronen, die von jeder Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche beim Einfall des Lichts ausgesandt werden, gleich k ist, in der Impulshöhen verteilung von Stromsignalen, die von den jeweiligen Elektro nenmultiplierabschnitten ausgegeben werden, kann sie exakt die Photoelektronenverteilung in jeder Zone der photoelektri schen Wandleroberfläche entsprechend der Intensität des ein fallenden Lichts messen, sowie die Intensität des einfallen den Lichts.

Bei dieser Lichtmeßvorrichtung kann die erste Erzeugungsvor richtung so ausgebildet sein, daß sie aufweist: (i) einen Analog/Digital-Wandler zum Empfang des Spannungssignals für jedes Ereignis, zur Umwandlung des Spannungssignals in einen Digitalwert, und zur Ausgabe des Digitalsignals als Impuls höhenwert; und (ii) eine Ereigniszählervorrichtung zum Zäh len und Speichern einer Anzahl an Ereignissen, die auftreten, für jeden Digitalwert, der von dem Analog/Digital-Wandler ausgegeben wird, wodurch Impulshöhen h nicht als durchgehen der Analogwert, sondern als diskrete Digitalwerte verarbei tet werden können.

Auf diese Weise berechnet die dritte Erzeugungsvorrichtung die nachstehend definierten Werte, um Impulshöhenverteilun gen von k Photoelektronenereignissen (p_k,j(h)) zu erhalten.

Da auf diese Weise die Digitalwerte Startwerte für die arith metischen Berechnungen darstellen, kann ein digitaler Compu ter, der entsprechende Berechnungsprogramme aufweist, auf geeignete Weise als Vorrichtung zur Ausführung der Berechnung eingesetzt werden.

Bei der Vorrichtung gemäß der ersten Zielrichtung der vorlie genden Erfindung kann die Bestimmungsvorrichtung die Photo elektronenanzahlverteilung durch das maximum-likelihood-Ver fahren bestimmen. Weiterhin kann die Bestimmungsvorrichtung die Photoelektronenanzahlverteilung unter der Annahme bestim men, daß die Photoelektronenanzahlverteilung eine Poisson- Verteilung ist. In jedem Fall kann die Photoelektronenanzahl verteilung entsprechend der Intensität des einfallenden Lichts sowie die Intensität des einfallenden Lichts exakt gemessen werden.

Wenn die Impulshöhenwerte h und die Impulshöhenverteilungen p_i(h), N(h) Digitalwerte sind, kann ein digitaler Computer auf geeignete Weise dazu verwendet werden, die Photoelektro nenanzahlverteilung in jeder Zone der photoelektrischen Wand leroberfläche zu bestimmen.

Das Auftreten einzelner Photoelektronenereignisse kann da durch verwirklicht werden, daß eine Kalibrierungsprobe ver wendet wird, die sehr schwaches Licht aussendet, statt des Meßobjekts.

Es ist ebenfalls möglich, das Meßobjekt unverändert einzu setzen, und das Licht vor dem Einfall auf die Photomeßvor richtung zu verringern, so daß die meisten Ereignisse in der Photomeßvorrichtung einzelne Photoelektronenereignisse sind. Bei diesem Verfahren kann die Lichtmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so angeordnet sein, daß sie darüber hinaus eine Lichtverringerungsvorrichtung wie beispielsweise ein Lichtverringerungsfilter aufweist, um die Menge des Lichts zu verringern, welches auf die Photomeßvorrichtung einfällt, im Falle der Einstellung bei der Sammelbetriebsart einzelner Photoelektronenereignisse.

Die Lichtmeßvorrichtung gemäß der ersten Zielrichtung der vor liegenden Erfindung kann bei Messungen der Fluoreszenz ein gesetzt werden, die in dem Meßobjekt auftritt, infolge einer Bestrahlung des Meßobjekts mit Anregungslicht. Für eine der artige Fluoreszenzmessung ist die Vorrichtung vorzugsweise so ausgebildet, daß sie weiterhin aufweist: (i) eine gepulste Lichtquelle zur Ausgabe gepulsten Lichts zur Bestrahlung ei nes Meßobjekts, und ebenfalls zur Ausgabe eines Erzeugungs zeitpunktsignals des gepulsten Lichts; (ii) eine Betriebszeit punktssignalerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Integra tionsbefehlsignals und eines Sammelbefehlssignals aus dem Er zeugungszeitpunktsignal des gepulsten Lichts, und zum Schicken des Integrationsbefehlssignals an die Integrationsvorrichtung und des Sammelbefehlssignals an die erste Erzeugungsvorrich tung; und (iii) einen Zähler zum Zählen der Anzahl an Erzeu gungszeiten des gepulsten Lichts aus dem Erzeugungszeitpunkt signal des gepulsten Lichts.

Das Auftreten einzelner Photoelektronenereignisse nach Messung der Fluoreszenz kann dadurch erzielt werden, daß eine Kali brierungsprobe bestrahlt wird, die eine sehr kleine, bekannte Menge einer fluoreszierenden Substanz enthält, statt des Meß objekts, und zwar mit Anregungslicht.

Es ist ebenfalls möglich, das Meßobjekt unverändert zu verwen den, und die Fluoreszenz vor Einfall auf die Photomeßvorrich tung zu verringern, so daß die meisten Ereignisse in der Pho tomeßvorrichtung einzelne Photoelektronenereignisse sind. Bei diesem Verfahren kann die Lichtmeßvorrichtung gemäß der vor liegenden Erfindung so ausgebildet sein, daß sie weiterhin die Lichtverringerungsvorrichtung enthält, beispielsweise ein Lichtverringerungsfilter, um die Menge des auf die Photomeß vorrichtung einfallenden Lichts zu verringern, wenn die Sam melbetriebsart für einzelne Photoelektronenereignisse einge stellt wird.

Die Lichtmeßvorrichtung gemäß der ersten Zielrichtung der vor liegenden Erfindung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie weiterhin eine Meßsteuervorrichtung aufweist, um einen Befehl zur Aktivierung der zweiten Erzeugungsvorrichtung in dem Fall auszugeben, in welchem die Sammelbetriebsart für einzelne Pho toelektronenereignisse eingestellt wird, und um einen Befehl zur Aktivierung der Photoelektronenanzahlverteilungsbestim mungsvorrichtung in jenem Fall zu geben, in welchem die nor male Meßbetriebsart eingestellt wird.

In diesem Fall muß ein Benutzer der Lichtmeßvorrichtung nur die Meßsteuereinheit entweder über das Sammeln einzelner Pho toelektronenereignisse oder über das Sammeln von Ereignissen mit dem normalen Licht des Meßobjekts in Kenntnis setzen, ohne daß das Sammeln einzelner Photoelektronenereignisse oder das Sammeln von Ereignissen mit dem normalen Meßobjektlicht durch individuelle Betätigung der zweiten Erzeugungsvorrichtung und der dritten Erzeugungsvorrichtung nötig ist, was die Messungen vereinfacht.

Beispielsweise zur Messung spontan ausgesandten Lichts von dem Meßobjekt oder zur Messung der Fluoreszenz, die bei der kontinuierlichen Bestrahlung mit Anregungslicht auftritt, kann die Meßsteuervorrichtung ein Integrationsbefehlssignal an die Integrationsvorrichtung aussenden, und kann ein Sam melbefehlssignal an die erste Erzeugungsvorrichtung schicken.

Wenn die Vorrichtung so ausgebildet ist, daß sie eine Meß steuereinheit aufweist, so gibt die Meßsteuereinheit, die ei ne Nachricht entweder des Sammelns einzelner Photoelektronen ereignisse oder des Sammelns von Ereignissen mit dem normalen Licht des Meßobjekts empfängt, die an die Meßsteuereinheit geschickt wird, ein Befehlssignal für einzelne Photoelektro nenereignisse beim Auftreten einzelner Photoelektronenereig nisse durch das Lichtverringerungsfilter aus, und die Vorrich tung kann so ausgebildet sein, daß sie weiterhin eine Träger vorrichtung zum Anordnen des Lichtverringerungsfilters auf einem optischen Pfad des Lichts des Meßobjekts oder des An regungslichts aufweist, wenn das Befehlssignal für einzelne Photoelektronenereignisse signifikant ist, jedoch das Licht verringerungsfilter aus dem optischen Pfad des Lichts des Meß objekts oder des Anregungslichts entfernt, wenn das Befehls signal für einzelne Photoelektronenereignisse nicht signifi kant ist.

Bei der Lichtmeßvorrichtung gemäß der zweiten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist die Sammelvorrichtung auf: (i) einen Diskriminator zum Empfang eines Stromsignals, wel ches von jedem Elektronenmultiplierabschnitt entsprechend jedem Elektronenmultiplierabschnitt ausgegeben wird, und zur Ausgabe eines Diskriminierungssignals des Auftretens von Pho toelektronen, wenn ein Stromwert zumindest gleich einem vor bestimmten Wert ist, in der Gate-Periode; und (ii) eine Auf zeichnungsvorrichtung zur Aufzeichnung des Auftretens eines Ereignisses für jede Zone der photoelektrischen Wandlerober fläche, wobei als ein Ereignis ein Fall betrachtet wird, in welchem das Diskriminierungssignal einmal oder mehrfach inner halb der Gate-Periode signifikant wird; und die Bestimmungs vorrichtung bestimmt einen Mittelwert an Photoelektronen, die aus jeder Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche in der Gate-Periode ausgesandt werden, auf der Grundlage von Informa tion des Auftretens von Ereignissen, die in der Aufzeichnungs vorrichtung aufgezeichnet wird, wodurch die Intensität des Lichts des Meßobjekts erhalten wird.

Bei dieser Lichtmeßvorrichtung läßt man zuerst das Licht des Meßobjekts auf die photoelektrische Wandleroberfläche der Pho tomeßvorrichtung einfallen, wodurch Photoelektronen ausgesandt werden. Die so erzeugten Photoelektronen werden von den Elek tronenmultiplierabschnitten vervielfacht, und es wird das Pho tomeßstromsignal I_j jeder Zone der photoelektrischen Wand leroberfläche ausgegeben.

Jedes Stromsignal I_j wird dem Diskriminator zugeführt, und der Diskriminator gibt ein Diskriminatorsignal des Auftre tens von Photoelektronen aus, wenn der Stromwert innerhalb der Gate-Periode zumindest gleich dem vorbestimmten Wert ist. Dann zeichnet die Aufzeichnungsvorrichtung das Auftreten je des Ereignisses für jede Zone der photoelektrischen Wandler oberfläche so auf, daß sie einen Fall als Ereignis ansieht, in welchem das Diskriminierungssignal einmal oder mehrfach in der Gate-Periode signifikant wird.

Daraufhin bestimmt die Bestimmungsvorrichtung den Mittelwert an Photoelektronen, die aus jeder Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche in der Gate-Periode ausgesandt werden, auf der Grundlage von Information des Auftretens von Ereignissen, die in der Aufzeichnungsvorrichtung aufgezeichnet ist, wo durch die Intensität des Lichts des Meßobjekts erhalten wird.

Dies führt dazu, daß selbst dann, wenn die Intensität des Lichts des Meßobjekts so hoch ist, daß die photoelektrische Wandleroberfläche dazu veranlaßt wird, zahlreiche Photoelek tronen auszusenden, das Licht des Meßobjekts in mehrere Seg mente von Licht aufgeteilt wird, und der Mittelwert an Photo elektronen, die aus jeder Zone der photoelektrischen Wandler oberfläche ausgesandt werden, aus den Bedingungen für das Auftreten von Ereignissen auf der Grundlage der relativ klei nen Anzahl an Photoelektronen bestimmt werden kann, die beim Einfall jedes Lichtsegments ausgesandt werden, wodurch die Intensität des Lichts des Meßobjekts exakt gemessen werden kann.

Bei der Vorrichtung gemäß der zweiten Zielrichtung der vor liegenden Erfindung kann die Bestimmungsvorrichtung die Pho toelektronenanzahlverteilung in jeder Zone der photoelektri schen Wandleroberfläche mit dem maximum-likelihood-Verfahren bestimmen. Weiterhin kann die Photoelektronenanzahlverteilung unter der Annahme bestimmt werden, daß die, Photoelektronen anzahlverteilung eine Poisson-Verteilung ist. In jedem Fall kann die Photoelektronenanzahlverteilung entsprechend der In tensität des einfallenden Lichts sowie die Intensität des einfallenden Lichts exakt gemessen werden.

Die Vorrichtung gemäß der zweiten Zielrichtung der vorliegen den Erfindung kann zur Messung der Fluoreszenz eingesetzt werden, die bei dem Meßobjekt infolge einer Bestrahlung des Meßobjekts mit Anregungslicht auftritt. Für eine derartige Fluoreszenzmessung ist die Vorrichtung vorzugsweise so ausge bildet, daß sie weiterhin aufweist: (i) eine gepulste Licht quelle zur Ausgabe gepulsten Lichts zum Bestrahlen eines Meß objekts und zur Ausgabe eines Erzeugungszeitpunktsignals des gepulsten Lichts; (ii) eine Betriebszeitpunktsignalerzeugungs vorrichtung zur Erzeugung des Integrationsbefehlssignals und des Sammelbefehlssignals aus dem Erzeugungszeitpunktsignal für das gepulste Licht, und zum Schicken des Integrations befehlssignals an die Integrationsvorrichtung sowie des Sam melbefehlssignals an die erste Erzeugungsvorrichtung; und (iii) einen Zähler zum Zählen einer Anzahl an Erzeugungszei ten des gepulsten Lichts aus dem Erzeugungszeitpunktsignal für das gepulste Licht.

Die Vorrichtung gemäß der zweiten Zielrichtung der vorliegen den Erfindung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie wei terhin ein optisches Homogenisierungssystem zum Homogenisie ren der Intensitätsverteilung auf der photoelektrischen Wand leroberfläche aufweist, des auf die photoelektrische Wandler oberfläche einfallenden Lichts des Meßobjekts.

In diesem Fall wird das Auftreten von Photoelektronen in je der Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche homogeni siert, und wird verhindert, daß die Meßgenauigkeit nur in ei ner bestimmten Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche beeinträchtigt wird, wodurch die Messung exakt durchgeführt werden kann, selbst wenn die Intensität des Lichts des Meß objekts hoch ist.

Die Vorrichtung gemäß der zweiten Zielrichtung der vorliegen den Erfindung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie wei terhin ein optisches Teilersystem zum Empfang des Lichts des Meßobjekts aufweist, zum Aufteilen des Lichts des Meßobjekts, und zum Einfallenlassen jedes aufgeteilten Lichts in eine entsprechende Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche.

Da das Licht des Meßobjekts dazu veranlaßt wird, auf jede Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche einzufallen, kann in diesem Fall verhindert werden, daß das Licht des Meß objekts nur in einer bestimmten Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche konzentriert wird, wodurch die Messung exakt durchgeführt werden kann, selbst wenn die Intensität des Lichts des Meßobjekts hoch ist.

Die Vorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung kann so ausgebildet sein, daß sie wei terhin ein Spektroskop zur Auftrennung des einfallenden Lichts und zum Aussenden von Licht einer ausgesuchten Wellenlänge in Richtung auf die Photomeßvorrichtung aufweist, wodurch die Messung des Spektrums des Lichts des Meßobjekts exakt durch geführt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestell ter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen, und die beispielhaft an zusehen sind und daher nicht die vorliegende Erfindung ein schränken sollen. Der weitere Umfang der Einsetzbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der nachstehenden, detaillier ten Beschreibung noch deutlicher. Allerdings wird darauf hin gewiesen, daß die detaillierte Beschreibung und die spezifi schen Beispiele, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfin dung angeben, nur zu Erläuterungszwecke,n angegeben werden, da Fachleuten auf diesem Gebiet in Kenntnis der detaillierten Beschreibung verschiedene Änderungen und Modifikationen inner halb des Wesens und Umfangs der vorliegenden Erfindung auffal len werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lichtmeßvor richtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Photodetektors 110, welcher Avalanche-Photodioden (APDs) verwendet;

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen einer Vorspannung in Gegenrichtung und dem Ava lanche-Multiplikationsfaktor in den APDs;

Fig. 4 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs beim Sammeln einzelner Photoelektronenereignisse in der Lichtmeßvorrichtung gemäß Ausführungsform 1;

Fig. 5 ein Diagramm der Impulshöhenverteilung N*₁(h);

Fig. 6 ein Diagramm der Impulshöhenverteilung p₁(h);

Fig. 7 ein Diagramm der Impulshöhenverteilungen p_k(h) von k Photoelektronenereignissen;

Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs nach der Messung von Licht des Meßobjekts in der Lichtmeßvorrichtung gemäß Ausführungsform 1;

Fig. 9 ein Diagramm einer Impulshöhenverteilung, die durch Messung des Lichts des Meßobjekts erhalten wird (gestrichelte Linie) und einer Impulshöhenvertei lung, die auf der Grundlage des λ-Werts berechnet wird, der durch das maximum-likelihood-Verfahren bestimmt wird (durchgezogene Linie);

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Lichtmeßvor richtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer Lichtmeßvor richtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs beim Sammeln einzelner Photoelektronenereignisse bei der Lichtmeßvorrichtung gemäß Ausführungsform 3;

Fig. 13 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs nach Messung des Lichts des Meßobjekts in der Licht meßvorrichtung gemäß Ausführungsform 3;

Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Lichtmeßvor richtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Lichtmeßvor richtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Betriebs nach Sammeln einzelner Photoelektronen ereignisse in der Lichtmeßvorrichtung gemäß Ausfüh rungsform 5;

Fig. 17 eine schematische Darstellung einer Lichtmeßvor richtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18 eine schematische Darstellung eines Photodetektors 120 bei der Ausführungsform 6;

Fig. 19 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs nach Messung des Lichts des Meßobjekts bei der Lichtmeßvorrichtung gemäß Ausführungsform 6;

Fig. 20 ein Diagramm von Simulationsberechnungsergebnissen der Genauigkeit der Bestimmung des Mittelwerts der Photoelektronenanzahl bei der Lichtmeßvorrichtung gemäß Ausführungsform 6;

Fig. 21 eine schematische Darstellung einer Lichtmeßvor richtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 22 und 23 Darstellungen zur Erläuterung des optischen Homogenisierungssystems 460;

Fig. 24 eine schematische Darstellung einer Lichtmeßvor richtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 25 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs nach Messung des Lichts des Meßobjekts bei der Lichtmeßvorrichtung gemäß Ausführungsform 8; und

Fig. 26 eine schematische Darstellung einer Lichtmeßvor richtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung.

Nunmehr werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei dieselben Bauteile durch dieselben Bezugszeichen be zeichnet werden, und insoweit nicht unbedingt eine wiederhol te Beschreibung erfolgt.

(Ausführungsform 1)

Fig. 1 zeigt schematisch die Lichtmeßvorrichtung gemäß Aus führungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Aus führungsform (a) ein Spektroskop oder Spektrometer 410 zum Empfangen spontan emittierten Lichts von einem Meßobjekt 910 oder von einer Kalibrierungsprobe 920 auf, um das Licht auf zuteilen und Licht eines Meßobjekts in bestimmten Wellenlän gen auszugeben, (b) einen Photodetektor 110 zum Empfang des Lichts des Meßobjekts, welches von dem Spektrometer 410 aus gesandt wird, und durch ein optisches System 420 ankommt, zum Aussenden von Photoelektronen in einer Anzahl entsprechend der Verteilung der Anzahl an Photoelektronen, abhängig von der Anzahl an Photonen des einfallenden Lichts, zum Verviel fachen von Photoelektronen, die aus jeder von mehreren Zonen in einer photoelektrischen Wandleroberfläche ausgesandt wer den, welche die Photoelektronen aussendet, und zur Ausgabe gepulster Stromsignale I_j (j = a bis d) aus jeder Zone der photoelektrischer Wandleroberfläche, (c) einen Sammler 300 zum Sammeln von Impulshöhenwerten der gepulsten Stromsignale I_j für jedes Ereignis, und zur Erzeugung von Impulshöhen verteilungen jeder Ereignisanzahl gegenüber dem Impulshöhen wert (N_j(h); h bezeichnet Impulshöhenwerte), und (d) einen Verarbeitungsabschnitt 710 zum Sammeln und Verarbeiten der Impulshöhenverteilungen (N_j(h)), die von dem Sammler 300 erzeugt werden, und zur Ausgabe von Betriebszeitpunktsignalen (GT, SH, SL, AD, CU, HR) für den Sammler 300.

Fig. 2 zeigt schematisch den Photodetektor 110. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der einfallendes Licht empfangende Photo detektor 110 so ausgebildet, daß beim Einfall einfallenden Lichts auf die photoelektrische Wandleroberfläche 13 der Photodetektor Photoelektronen in einer Anzahl entsprechend einer Verteilung aussendet, abhängig von der Menge an einfal lendem Licht, wobei eine vorbestimmte Anzahl an Vervielfacher einheiten in einem Feld so angeordnet ist, daß sie jeweils der photoelektrischen Wandleroberfläche 13 gegenüberliegen, um so hierauf einfallende Photoelektronen zu vervielfachen, und ein Stromsignal auszugeben. Die Multipliereinheiten sind vorzugsweise zum Beispiel Avalanche-Photodioden (nachstehend als APDs bezeichnet).

Dieser Photodetektor 110 ist so aufgebaut, daß ein Eintritts fenster 12 in einem Teil eines Vakuumbehälters 11 vorgesehen ist, dessen Inneres evakuiert gehalten wird, wobei das ein fallende Licht durch das Eintrittsfenster 12 gelangt, und die photoelektrische Wandleroberfläche 13 erreicht. APDs 15a bis 15d sind in einem eindimensionalen oder zweidimensionalen Feld (Array) so angeordnet, daß sie der photoelektrischen Wandler oberfläche 13 gegenüberliegen, und dieses Feld ist nahezu parallel zur photoelektrischen Wandleroberfläche 13. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind vier APDs in einem eindimen sionalen Feld angeordnet. Da eine Hochspannungsversorgung 10 eine Hochspannung von beispielsweise -10 kV bis -15 kV anlegt, an die photoelektrische Wandleroberfläche 13 in bezug auf die in einem Feld angeordneten APDs 15a bis 15d, sendet die pho toelektrische Wandleroberfläche 13, wenn das einfallende Licht auf sie einfällt, Photoelektronen in einer Anzahl entsprechend ihrer Verteilung in Abhängigkeit von der Menge an einfallendem Licht aus. Dann werden die Photoelektronen durch ein elektri sches Feld zwischen der photoelektrischen Wandleroberfläche 13 und den APDs 15a bis 15d so beschleunigt, daß sie in eine der APDs 15a bis 15d hineingelangen.

Von diesen wird die APD 15a nachstehend erläutert. Eine Vor spannung in Gegenrichtung (beispielsweise +145 kV) wird zwi schen der Anode 16a und der Kathode 17a der APD durch eine Gegenspannungsstromversorgung 18 angelegt, und das Potential der Anode 16a, die der photoelektrischen Wandleroberfläche 13 gegenüberliegt, wird höher eingestellt als das Potential der photoelektrischen Wandleroberfläche 13. Wenn die Photo elektronen von einer Zone der photoelektrischen Wandlerober fläche 13 ausgesandt werden, welche dieser APD 15a gegenüber liegt, stoßen sie mit der Anode 16a zusammen, so daß ein Elektronen-Lochpaar pro Energiebetrag von 3,6 eV erzeugt wird, welchen die Photoelektronen für die Ionisierung in der APD 15a verloren haben. Dann wird mit den Elektronen-Lochpaaren eine Avalanche-Vervielfachung durchgeführt, entsprechend den Avalanche-Multiplikationsfaktoren, welche die in Fig. 3 in Abhängigkeit von der Vorspannung in Gegenrichtung dargestell te Beziehung aufweisen, in der APD 15a, so daß sie als elek trisches Stromsignal zwischen dem Anodenanschluß und dem Kathodenanschluß ausgegeben werden. Allerdings ist die in der APD 15a verlorene Energie der Photoelektronen nicht konstant, sondern unterliegt einer bestimmten Verteilung. Darüber hin aus sind auch die Multiplikationsfaktoren der APD 15a nicht konstant, sondern hängen von einer bestimmten Multiplika tionsfaktorverteilung ab. Die Größen der Stromsignale, die nach Einfall eines einzelnen Photoelektrons ausgegeben wer den, sind daher ebenfalls entsprechend einer bestimmten Ver teilung verteilt.

Wenn der Photodetektor 110 mehrfach Licht mit konstanter In tensität mißt, wird daher die Verteilung der Anzahl an Photo elektronen, die von der photoelektrischen Wandleroberfläche 13 ausgesandt werden und in die APD 15a eintreten (eine Pho toelektronenanzahlverteilung) zu einer Verteilung, die sich um einen bestimmten Mittelwert entsprechend der Lichtintensi tät herum erstreckt, so daß Stromsignale, die von dem Photo detektor 110 ausgegeben werden, eine Verteilung aufweisen, die weiterhin entsprechend der Verteilung der Anzahl an Elek tronen-Lochpaaren verteilt ist, die von der APD 15a beim Ein fall eines einzelnen Photoelektrons ausgegeben werden.

Die APDs 15b bis 15d weisen denselben Aufbau auf wie die voranstehend geschilderte APD 15a. Allerdings wird darauf hingewiesen, daß Potentialunterschiede zwischen jeder Anode 16a bis 16d und der photoelektrischen Wandleroberfläche 13 entweder konstant oder voneinander verschieden sein können. Weiterhin kann die Vorspannung in Gegenrichtung, die an die jeweiligen APDs 15a bis 15d angelegt wird, konstant oder un terschiedlich sein. Falls die APDs 15a bis 15d jeweils die selben Eigenschaften aufweisen, ist es in bezug auf die spä tere Verarbeitung sinnvoll, an sie dieselbe Spannung anzule gen, um denselben Vervielfachungsfaktor sicherzustellen. Wei sen andererseits die APDs 15a bis 15d Eigenschaften auf, die sich voneinander unterscheiden, so werden vorzugsweise geeig nete Spannungen an die jeweiligen APDs so angelegt, daß der selbe Multiplikationsfaktor sichergestellt wird.

Die APDs 15a bis 15d können jeweils als gegenseitig unabhän gige Elemente ausgebildet sein, oder auf einem Substrat ver einigt sein. Im letztgenannten Fall wird die Handhabung ein fach, da zahlreiche APDs mit denselben Eigenschaften exakt an vorbestimmten Positionen in einem Feld angeordnet sind.

Der Sammler 300 weist auf: (i) Signalverarbeitungsabschnitte 310 _j, die jeweils das gepulste Stromsignal I_j (j = a bis d) empfangen, dieses in ein Spannungssignal V_j umwandeln, und dieses abtasten, (ii) eine Selektorschaltung 45 zum Empfang der Spannungssignale V_j und zur Auswahl eines der Spannungssignale V_a bis V_d entsprechend einem Auswahlsig nal SL, um dieses auszugeben, (iii) einen Analog/Digital- Wandler (A/D-Wandler) 50 zum Empfangen des Spannungssignals als analoges Signal, welches von der Selektorschaltung 45 ausgegeben wird, und zu dessen Umwandlung in ein Digitalsig nal, welches einen Digitalwert (also einen Impulshöhenwert) entsprechend dem Spannungswert aufweist, entsprechend einem A/D-Wandlerbefehlssignal AD, und (iv) einen Mehrkanalhisto grammspeicher 60 zum Empfangen des Digitalsignals, welches von dem A/D-Wandler 50 ausgegeben wird, und zum kumulativen Addieren eines vorbestimmten Werts (beispielsweise 1) zu einer Adresse entsprechend dem Impulshöhenwert für jede Photo elektronenerzeugungszone (13a bis 13d) in Reaktion auf das Auswahlsignal SL und das Additionssignal CU.

Jeder der Signalverarbeitungsabschnitte 310 _j weist (i) einen Integrierer 20 zum Integrieren des Impulsstromsignals I_j in Reaktion auf ein Gate-Signal GT auf, um es in ein Spannungs signal umzuwandeln, und es als Impulshöhenwert auszugeben, in Abhängigkeit von einer Photoelektronenerzeugungszone in einem Ereignis, (ii) einen Verstärker 30 zum Empfang des Spannungs signals, welches von dem Integrierer 20 ausgegeben wird, und zu dessen Verstärkung und Ausgabe, und (iii) einen Probenhal ter 40 zum Abtasten oder Halten des Spannungssignals, welches von dem Verstärker 30 ausgegeben wird, entsprechend einem Probenbefehlssignal.

Der Vielkanalhistogrammspeicher 60 weist auf: (i) eine Demul tiplexerschaltung 61 zum Empfang des von dem A/D-Wandler 50 ausgegebenen Digitalsignals, des Auswahlsignals SL, und des Additionssignals CU, und zur Ausgabe des Digitalsignals und des Additionssignals CU an eine Leitung entsprechend dem Aus wahlsignal SL, sowie (ii) Histogrammspeichereinheiten 62 _a bis 62 _d zum saldierenden Addieren des vorbestimmten Werts zu einer Adresse entsprechend einem Impulshöhenwert. Die In halte der Histogrammspeichereinheiten 62 _a bis 62 _d werden sämtlich auf 0 zurückgesetzt, entsprechend einem Befehl durch das Speicherrücksetzsignal HR.

Der Verarbeitungsabschnitt 710 weist auf: (i) einen Generator 71, der entsprechend einem Aktivierungsbefehlssignal SA akti viert wird, um Impulshöhenverteilungen einzelner Photoelek tronenereignisse (p_1,j(h)) in den jeweiligen Zonen 13 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche zu erzeugen, auf der Grundlage von Impulshöhenverteilungen (N_1,j(h)), die von dem Kollektor 300 erzeugt werden, (ii) einen Generator 72 zur rekursiven Berechnung von Gleichung (4), die nachstehend an gegeben ist, auf der Grundlage der Impulshöhenverteilungen einzelner Photoelektronenereignisse (p_1,j(h)),

wodurch Impulshöhenverteilungen von k Photoelektronenereignis sen (p_k,j(h)) erhalten werden, in denen jeweils die Anzahl der in den Photodetektor 110 ausgesandten Photoelektronen k beträgt (2 k k_MAX) für jede Zone 13 _j der photoelektri schen Wandleroberfläche, (iii) eine Bestimmungseinheit 73 zur Bestimmung von Photoelektronenanzahlverteilungen für je de Zone 13 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche in einem Fall, in welchem das Meßobjektlicht auf den Photodetektor 110 einfällt, auf der Grundlage von Impulshöhenverteilungen (N_j(h)), die von dem Kollektor 300 erzeugt werden, nach der Einstellung einer normalen Meßbetriebsart und beim Einfall des Meßobjektlichts auf den Photodetektor, auf der Grundlage der bereits erhaltenen Impulshöhenverteilungen einzelner Pho toelektronenereignisse (p_1,j(h)), und der bereits erhalte nen Impulshöhenverteilungen von k Photoelektronenereignissen (p_k,j(h)), wodurch die Intensität des Meßobjektlichts erhal ten wird, (iv) eine Schaltervorrichtung 79 zum Empfangen der Impulshöhenverteilungen N_j(h), die von dem Kollektor 300 ausgegeben werden, und zur deren Ausgabe alternativ an den Generator 71 oder an die Bestimmungseinheit 73, entsprechend einem Datenrichtungsbefehlssignal SK, und (v) eine Meßsteuer einheit 74, die dazu dient, einen Befehl zur Aktivierung des Generators 71 in einer Sammelbetriebsart für einzelne Photo elektronenereignisse auszugeben, und einen Befehl zur Akti vierung der Bestimmungseinheit 73 in der normalen Meßbetriebs art auszugeben, und dazu dient, die Betriebszeitpunktsignale (GT, SH, SL, AS, HS, HR) an den Kollektor 300 auszugeben.

Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mißt die Intensität des Meßobjektlichts auf folgende Weise.

Vor der Messung des Meßobjektlichts werden die Impulshöhen verteilungen p_i,j(h) (1 i k_MAX) für die Kalibrierung erzeugt. Zur Erzeugung der Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) wird die Kalibrierungsprobe 920 verwendet.

Die Meßsteuereinheit 74 schaltet zuerst das Speicherrücksetz signal HR zeitweilig ein, um so sämtliche Inhalte des Histo grammspeichers 60 auf den Zählwert "0" zurückzusetzen.

Das von der Kalibrierungsprobe 920 ausgesandte Licht fällt durch das Spektroskop 410 und das optische System 420 in die ser Reihenfolge auf den Photodetektor 110 ein. Fig. 4 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs seit dem Ein fall des Lichts auf den Photodetektor 110 bis zur Erzeugung der Impulshöhenverteilungen N_1,j(h) in dem Kollektor 300.

Beim Sammeln eines Ereignisses schaltet die Meßsteuereinheit 74 das Gate-Signal GT, welches ein Integrationsbefehlssignal darstellt, über die Zeit T_G ein (auf einen logisch signifi kanten Pegel). Während des signifikanten Zeitraums des Gate- Signals GT werden Schalter 21 von Integratoren 20 in einem geöffneten Zustand gehalten, wodurch die von dem Photodetek tor 110 ausgegebenen Stromsignale I_j jeweils integriert werden, und Ladungen entsprechend den Stromsignalen in Kon densatoren 22 angesammelt werden. Dann entwickeln sich Poten tiale an einem Punkt P entsprechend den angesammelten Ladun gen, und werden Spannungssignale ausgegeben.

Die Kalibrierungsprobe 920 ist so eingestellt, daß sie nur Licht in einer sehr geringen Menge aussendet, und in den mei sten Fällen fällt höchstens ein Photon auf jede Zone 13 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche 13 in dem Photodetektor 110 ein, während das Gate-Signal GT eingeschaltet oder signi fikant gehalten wird. Daher beträgt die Anzahl an Photoelek tronen, die in jeder Zone 13 _j der photoelektrischen Wandler oberfläche während der signifikanten Periode des Gate-Signals GT erzeugt werden, in den meisten Fällen höchstens 1.

Das Spannungssignal, welches von jedem Integrierer 20 ausge geben wird, wird dem Verstärker 30 zugeführt, um verstärkt zu werden, und das verstärkte Signal wird an den Probenhalter 40 geschickt.

Die Meßsteuereinheit 74 schaltet das Probenbefehlssignal SH ein (signifikant), während der signifikanten Periode des Gate- Signals GT, und ändert das Probenbefehlssignal SH von Ein auf Aus (von signifikant auf insignifikant), unmittelbar bevor das Gate-Signal GT einen Übergang von Ein nach Aus (signifi kant auf insignifikant) zeigt.

Jeder Probenhalter 40 führt eine Abtastung in dem signifi kanten Zustand des Probenbefehlssignals SH durch, und hält weiterhin in dem insignifikanten Zustand des Probenbefehls signals SH den Spannungswert fest, der zur Zeit abgetastet wird, wenn sich das Probenbefehlssignal SH von signifikant auf insignifikant ändert. Der Probenhalter 40 gibt nämlich weiterhin den Spannungswert V_j entsprechend dem Potential wert am Punkt P aus, unmittelbar vor dem Übergang des Gate- Signals GT von signifikant auf insignifikant, nachdem das Probenbefehlssignal SH sich von signifikant auf insignifi kant ändert. Dann werden die Spannungssignale V_j, die von den Probenhaltern 40 ausgegeben werden, der Selektorschal tung 45 zugeführt.

Nach Änderung des Probenbefehlssignals SH von signifikant auf insignifikant, wählt die Meßsteuereinheit 74 zuerst das Span nungssignal V_a und die Histogrammspeichereinheit 62 _a durch das Auswahlsignal SL aus. Dies führt dazu, daß das Spannungs signal V_a durch die Selektorschaltung 45 in den A/D-Wandler 50 eingegeben wird.

Daraufhin schaltet die Steuereinheit 74 das A/D-Wandlersignal AD zeitweilig ein (signifikant), wodurch dem A/D-Wandler 50 ein Ausführungsbefehl einer A/D-Wandleroperation mitgeteilt wird. Der A/D-Wandler 50, der angewiesen wurde, die A/D-Wand leroperation durchzuführen, wandelt den eingegebenen Span nungswert V_a, der ein Analogwert ist, in einen Digitalwert um, und gibt das Digitalsignal aus, welches einen Impulshöhen wert entsprechend der Zone 13a der photoelektrischen Wandler oberfläche in einem Ereignis trägt.

Das Digitalsignal, welches von dem A/D-Wandler 50 ausgegeben wird, wird dem Vielkanalhistogrammspeicher 60 zugeführt. Da in dem Vielkanalhistogrammspeicher 60 die Datenleitung zur Histogrammspeichereinheit 62 bereits durch das Auswahlsignal SL eingestellt wurde, wird das von dem A/D-Wandler 50 ausge gebene Digitalsignal in die Histogrammspeichereinheit 62 ein gegeben.

Dann schaltet zum geeigneten Zeitpunkt nach Beendigung der A/D-Wandleroperation des A/D-Wandlers 50 die Meßsteuerein heit 74 das Additionssignal CU zeitweilig ein (signifikant), um der Histogrammspeichereinheit 62 _a einen Additionsbefehl mitzuteilen. Die Histogrammspeichereinheit 62 _a, die den Additionsbefehl empfängt, addiert nur 1 zu dem Inhalt an eine Adresse entsprechend dem eingegebenen Impulshöhen wert.

Dann werden das Spannungssignal V_b und die Histogramm speicher 62 _b durch das Auswahlsignal SL ausgesucht. Dies führt dazu, daß das Spannungssignal V_b durch die Selektor schaltung 45 in den A/D-Wandler 50 eingegeben wird. Darauf hin wird, entsprechend wie im Fall des Spannungssignals V_a, nur 1 zum Inhalt an eine Adresse hinzuaddiert, welche dem Impulshöhenwert des in die Histogrammspeichereinheit 62 _b eingegebenen Impulses entspricht.

Daraufhin wird hintereinander durch das Auswahlsignal SL das Spannungssignal V_c und die Histogrammspeichereinheit 62 _c sowie das Spannungssignal V_d und die Histogrammspeicher einheit 62 _d ausgewählt, ähnlich wie im Falle des Spannungs signals V_a, und wird nur der Wert 1 den Inhalten an Adres sen hinzuaddiert, die Impulshöhenwerten eingegebener Impulse in die Histogrammspeichereinheit 62 _c und die Histogramm speichereinheit 62 _d entsprechen.

Nach Beendigung des voranstehend geschilderten Vorgangs von der Änderung des Gate-Signals GT auf signifikant bis zur Ak tualisierung der Inhalte der Histogrammspeichereinheiten 62 _a bis 62 _d, wird der Vorgang von der erneuten Änderung des Gate-Signals GT auf signifikant bis zur Aktualisierung der Inhalte der Histogrammspeichereinheiten 62 _a bis 62 _d eine vorbestimmte Anzahl an Malen wiederholt, wodurch die Impuls höhenverteilungen N_1,j(h) (0 h h_MAX) innerhalb der Histogrammspeichereinheiten 62 _j erzeugt werden.

Nachdem wie voranstehend geschildert die Impulshöhenvertei lungen N_1,j(h) erzeugt wurden, werden die Impulshöhenver teilungen p_1,j(h) (1 h h_MAX) einzelner Photoelektro nenereignisse erzeugt.

Zur Erzeugung der Impulshöhenverteilungen p_1,j(h) steuert die Meßsteuereinheit 74 die Schaltvorrichtung 79 durch das Datenrichtungsbefehlssignal SK so, daß sie in dem Zustand von 79A gehalten wird, wodurch das Ziel der Daten der von dem Kol lektor 300 ausgegebenen Impulshöhenverteilungen N_1,j(h) auf den Generator 71 eingestellt wird. Daraufhin schaltet die Meß steuereinheit 74 das Aktivierungsbefehlssignal SA ein (signi fikant), um den Generator 71 zu aktivieren.

Der auf diese Weise aktivierte Generator 71 sammelt die Daten von Impulshöhenverteilungen N_1,j(h) von dem Kollektor 300, und zum Ausschalten von Rauschkomponenten oder Null-Photoelek tronenereignissen in dem Abschnitt mit geringer Impulshöhe, erhält der Generator 71 N*_1,j(h), gezeigt in Fig. 5, durch Extrapolation von Werten des anderen Impulshöhenabschnitts. Dann führt der Generator 71 die folgende Berechnung durch, um die Impulshöhenverteilungen p_1,j(h) einzelner Photoelektro nenereignisse zu erzeugen, die in Fig. 6 gezeigt sind,

wobei h_MAX das Maximum des ausgegebenen Digitalwerts von dem A/D-Wandler 50 ist.

Nachdem wie voranstehend geschildert die Impulshöhenvertei lungen p_1,j(h) einzelner Photoelektronenereignisse erzeugt wurden, werden die Impulshöhenverteilungen p_k,j(h) (2 k k_MAX) von k Photoelektronenereignissen erzeugt.

Zur Erzeugung der Impulshöhenverteilungen p_k,j(h) ändert die Meßsteuereinheit 74 das Aktivierungsbefehlssignal KA auf signifikant, wodurch der Generator 72 aktiviert wird.

Der so aktivierte Generator 72 sammelt die Daten von Impuls höhenverteilungen p_1,j(h) von dem Generator 71, und berech net rekursiv folgenden Ausdruck zur Erzeugung der Impuls höhenverteilungen p_k,j(h) von k Photoelektronenereignissen.

Nimmt man eine beliebige Verteilung bei der Bestimmung der Photoelektronenanzahlverteilung an, und sei h_{peak 1,j} der Impulshöhenwert, der den Spitzenwert von p_1,j(h) ergibt, so wird k_MAX bestimmt durch k_MAX = h_MAX/h_{peak 1,j}. Für Werte von h_MAX = 4095 und h_{peak 1,j} = 400 ist der Wert für k_MAX annähernd 10. Nimmt man an, daß die Photoelektronen anzahlverteilung eine Poisson-Verteilung ist, so ist k_MAX das annähernd 2- bis 3-fache von h_MAX/h_{peak 1,j}. Ist bei spielsweise h_MAX = 4095 und h_{peak 1,j} = 400, so ist in diesem Fall k_MAX annähernd 30. Der Grund dafür, daß die Im pulshöhenverteilungen p_k,j(h) aus der Faltungsberechnung zwischen den Impulshöhenverteilungen p_k-1,j(h) und p_1,j(h) wie voranstehend geschildert erhalten werden können, liegt an der Tatsache, daß die Impulshöhenverteilung p_k,j(h) die Verteilung der Anzahl an Elektronen-Lochpaaren angibt, die erhalten wird, wenn k Photoelektronen, die von der photoelek trischen Wandleroberfläche 13j ausgesandt werden, in die APD 15 _j eintreten, um durch den Avalanche-Effekt vervielfacht zu werden.

Wenn die Verbreiterung der Impulshöhenverteilung, die durch das Rauschen verursacht wird, das in dem Photodetektor 110, dem Integrierer 20, dem Verstärker 30, der Probenhalteschal tung 40, und dem A/D-Wandler 50 erzeugt wird, nicht ignoriert werden kann, werden die Impulshöhenverteilungen p_k,j(h) je weils durch Gleichung (3) berechnet, auf der Grundlage des Ergebnisses der Ausschaltung des Einflusses des Rauschens bei den Impulshöhenverteilungen p_1,j(h) durch eine Entfal tungsberechnung, und danach wird der Einfluß des Rauschens durch eine Faltungsberechnung jeder der Impulshöhenvertei lungen p_k,j(h) (k = 2, 3, . . . , k_MAX) überlagert.

Wie voranstehend geschildert werden vor der Bestimmung der Photoelektronenanzahlverteilung die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) (i = 1, 2, 3, . . . , k_MAX) vorbereitet, unter Berück sichtigung des Einflusses des Rauschens, welches unvermeid lich bei der Lichtmeßvorrichtung auftritt. Fig. 7 zeigt die Impulshöhenverteilungen p_k,j(h) von k Photoelektronenereig nissen, die auf diese Weise erhalten wurden.

Nachdem die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) (i = 1, . . . , k_MAX) wie voranstehend geschildert erhalten wurden, wird die Kalibrierungsprobe 920 durch das Meßobjekt 910 ersetzt, und wird das Meßobjektlicht von dem Meßobjekt 910 gemessen.

Die Meßsteuereinheit 74 schaltet zuerst das Speicherrück setzsignal HR zeitweilig ein (oder "signifikant"), um sämt liche Inhalte des Histogrammspeichers 60 auf den Zählwert "0" zurückzusetzen.

Das von dem Meßobjekt 910 ausgesandte Licht fällt über das Spektroskop 410 und das optische System 420 in dieser Reihen folge auf den Photodetektor 110 ein.

Zur Messung des Meßobjektlichts mit hoher Intensität, und zur wirksamen Nutzung der Lichtmeßvorrichtung fällt das Meß objektlicht nicht punktförmig ein, sondern vorzugsweise über einen großen Bereich des Eintrittsfensters 12. Wenn daher der Strahldurchmesser des Meßobjektlichts klein ist, ist das optische System 420 vorzugsweise so ausgebildet, daß es eine Linse aufweist, um den Durchmesser des Meßobjektlichts vor dem Eintrittsfenster aufzuweiten. Diese Anordnung kann den Meßbereich für die Lichtmenge des Meßobjektlichts vergrößern, während die hervorragenden Qualitisierungseigenschaften bei behalten werden.

Wenn bei der Messung von Meßobjektlicht in einer kleinen Men ge allerdings das Meßobjektlicht von der gesamten Fläche der photoelektrischen Wandleroberfläche 13 empfangen wird, damit Photoelektronen auf die APDs 15a bis 15d einfallen, fällt ei ne geringere Anzahl an Photoelektronen auf jede APD ein, was mehr Zeit erfordert, und den Wirkungsgrad verringert. In die sem Fall kann eine Messung in kurzer Zeit und mit gutem Wir kungsgrad dadurch durchgeführt werden, daß eine derartige An ordnung eingesetzt wird, daß man das Meßobjektlicht nur auf eine bestimmte, begrenzte Zone in der photoelektrischen Wand lerobefläche 13 einfallen läßt, wodurch Photoelektronen auf eine der APDs 15a bis 15d einfallen, und die Verarbeitung nur mit dem Stromsignal durchgeführt wird, welches von der APD ausgegeben wird, auf welche man die Photoelektronen einfallen läßt.

Fig. 8 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs vom Einfall des Lichts auf den Photodetektor 110 bis zur Er zeugung der Impulshöhenverteilungen N(h), die von dem Kollek tor 300 ausgegeben werden.

Ähnlich wie im Falle der Messung einzelner Photoelektronen ereignisse schickt die Meßsteuereinheit 74 die Betriebszeit punktsignale (GT, SH, SL, AD, CU, HR) an den Kollektor 300. Daher arbeitet der Kollektor 300 auf dieselbe Weise wie im Falle einzelner Photoelektronenereignisse, wodurch die Impuls höhenverteilungen N_j(h) entsprechend dem Einfall des Meß objektlichts in den Histogrammspeichereinheiten 62 _j erzeugt werden.

Nachdem die Impulshöhenverteilungen N_j(h) wie voranstehend geschildert erzeugt wurden, wird eine Photoelektronenanzahl verteilung bestimmt, die in der photoelektrischen Oberfläche 13 bei jedem Ereignis beim Einfall des Meßobjektlichts erzeugt wird, wodurch die Intensität des einfallenden Lichts erhalten wird.

Zur Bestimmung der Photoelektronenanzahlverteilung steuert die Meßsteuereinheit 74 die Schaltvorrichtung 79 durch das Datenrichtungsbefehlssignal SK so, daß sie in den Zustand von 79B geschaltet wird, wodurch das Ziel der Daten von Im pulshöhenverteilungen N_j(h) von dem Kollektor 300 auf die Bestimmungseinheit 73 eingestellt wird. Daraufhin schaltet die Meßsteuereinheit 74 das Aktivierungsbefehlssignal GA ein ("signifikant"), um die Bestimmungseinheit 73 zu aktivieren.

Die auf diese Weise aktivierte Bestimmungseinheit 73 sammelt die Daten von Impulshöhenverteilungen N_j(h) von dem Kollek tor 300, und empfängt die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) von dem Generator 72, und die Bestimmungseinheit 73 führt folgende arithmetische Berechnungen durch, unter Verwendung der Impulshöhenverteilungen N_j(h) und der Impulshöhenvertei lungen p_i,j(h).

Die Impulshöhenverteilungen N_j(h) müssen nicht normiert werden, und können daher dieselben Werte sein wie jene, die in den Histogrammspeichereinheiten 62 _j angesammelt wurden. Die Impulshöhenverteilungen N_j(h) geben nämlich Verteilun gen von Ereignissen an, bei denen die Impulshöhenwerte h er halten wurden. Es wird beispielsweise das maximum-likelihood- Verfahren dazu verwendet, die Verteilung der Anzahl an Photo elektronen zu bestimmen, die auf jede APD 15j einfallen, und in der photoelektrischen Wandleroberfläche 13 des Photodetek tors 110 beim Einfall des einfallenden Lichts ausgesandt werden (oder zur Bestimmung der Photoelektronenanzahlvertei lung). Sei q_k,j (k = 1, 2, 3, . . . , k_MAX) die Wahrschein lichkeit des Auftretens für jedes von k Photoelektronenereig nissen, so wird q_k,j erhalten, welches die logarithmische Wahrscheinlichkeit maximiert, die durch nachstehende Gleichung (4) gegeben ist, und wird als ermittelte Photoelektronenan zahlverteilung verwendet.

Hierbei ist N die Anzahl an Messungen (also die Anzahl signi fikanter Einschaltungen des Gate-Signals GT), und ist h_min ein minimaler Impulshöhenwert h, der für die Untersuchung ver wendet werden kann. Ist der Impulshöhenwert h klein, so kann er für die Untersuchung nicht benutzt werden, infolge des überlagerten Rauschens, hervorgerufen durch die APD 15 _j, den Verstärker 30, usw. Daher wird die Untersuchung nur mit Werten durchgeführt, welche den Impulshöhenwert h_min überschreiten. Weiterhin sind p_j(h) und p_NDj folgendermaßen gegeben.

Hierbei gibt p_j(h) eine Erscheinungswahrscheinlichkeits verteilung des Impulshöhenwerts h an, wobei auch die Erschei nungswahrscheinlichkeiten (die Photoelektronenanzahlverteilung jeweiliger k Photoelektronenereignisse (k = 1, 2, 3, . . ., K) berücksichtigt werden. Um q_k,j zu erhalten, um die logarith mische Wahrscheinlichkeit (likelihood) von Gleichung (4) zu maximieren, wird ein numerisches Berechnungsverfahren verwen det, beispielsweise das quasi-Newton-Verfahren, welches für Optimierungsprobleme eingesetzt wird.

Nimmt man an, daß die Photoelektronenanzahlverteilung eine Poisson-Verteilung ist, so werden die Wahrscheinlichkeiten q_k,j für das Auftreten jeweiliger k Photoelektronenereignis se folgendermaßen ausgedrückt:

Hierbei ist λ_j ein Mittelwert der Anzahl an Photoelektro nen, die auf die APD 15 _j einfallen. In diesem Fall ist das Erhalten der Photoelektronenanzahlverteilung zum Maximieren der logarithmischen Wahrscheinlichkeit äquivalent zum Erhal ten des λ-Wertes zum Maximieren der logarithmischen Wahr scheinlichkeit, der durch numerische Berechnungen erhalten werden kann, beispielsweise durch das Verfahren des goldenen Schnitts und dergleichen. Bei der nachstehenden Beschreibung wird angenommen, daß die Photoelektronenanzahlverteilung ei ne Poisson-Verteilung ist. Fig. 9 zeigt ein Beispiel für die Impulshöhenverteilung (gestrichelte Linie), die in den Histo grammspeichereinheiten 62j beim Empfang des Meßobjektlichts durch den Photodetektor 110 erzeugt wird, sowie die Impuls höhenverteilung (durchgezogene Linie), die auf der Grundlage des λ_j-Werts berechnet wird, der durch das maximum-likeli hood-Verfahren bestimmt wird. Hierbei ergibt sich eine gute Übereinstimmung im Bereich, der nicht kleiner als der Impuls höhenwert h_min ist (= 150). Der Mittelwert λ der Photoelek tronenanzahl, die zu diesem Zeitpunkt bestimmt wurde, betrug 1,03.

Wie voranstehend geschildert wird die Verteilung der Anzahl an Photoelektronen erhalten, die auf die APD 15 _j einfallen (die Photoelektronenanzahlverteilung), also der Mittelwert der Anzahl an Photoelektronen, die dort einfallen. Der Mittelwert der Anzahl an Photoelektronen, die auf jede APD 15a-15d ein fallen, ist ein Mittelwert der Anzahl an Photoelektronen, die in jeder Zone 13 _a-13 _d der photoelektrischen Wandlerober fläche 13 jeder APD 15a-15d gegenüberliegend emittiert wer den, was die Intensität des Meßobjektlichts anzeigt, welches in diese Zone einfällt. Aus den Mittelwerten der Anzahl der Photoelektronen, die auf die jeweilige APD 15a-15d einfallen, kann man daher die Intensitätsverteilung des Meßobjektlichts erhalten, welches in die photoelektrische Wandleroberfläche 13 hineingelangt ist, und die Summe der Intensitäten des Meß objektlichts, welches in die photoelektrische Wandlerober fläche 13 hineingelangt ist, kann aus der Summe der Anzahl der Photoelektronen erhalten werden, welche in die jeweili gen APDs 15a-15d hineingelangt sind.

Durch die Messung der Intensität des Meßobjektlichts auf diese Weise, werden Photoelektronen-Lochpaare durch den Avalanche- Effekt in jeder der mehreren APDs vervielfacht, selbst wenn eine große Anzahl an Photoelektronen beim Einfall des Meß objektlichts auf die photoelektrische Wandleroberfläche des Photodetektors ausgesandt werden, wodurch die Intensität des Meßobjektlichts genau gemessen werden kann.

Wenn ein Spektrum durch Scannen (Abtasten) ausgewählter Aus gangswellenlängen des Spektroskops 410 wie voranstehend ge schildert gemessen wird, erweitert die Bereitstellung der meh reren APDs den Intensitätsbereich für einfallendes Licht, der von dem Photodetektor genau gemessen werden kann. Selbst wenn die Differenz zwischen Spitzenwertintensitäten des Spektrums des Meßobjektlichts groß ist, kann daher das Spektrum genau gemessen werden.

(Ausführungsform 2)

Fig. 10 zeigt schematisch die Ausführungsform 2 der Lichtmeß vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung bei dieser Ausführungsform unterscheidet sich von jener bei der Ausführungsform 1 darin, daß die Messung des Meßobjekt lichts durchgeführt wird, ohne daß eine Kalibrierungsprobe erforderlich ist. Infolge dieses Funktionsunterschieds unter scheidet sich die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausfüh rungsform von jener gemäß Ausführungsform 1 (Fig. 1) darin, daß die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weiterhin aufweist: (i) ein Lichtabschwächungsfilter 431 und (ii) einen Träger 432 zum Tragen des Lichtabschwächungsfil ters 431 entsprechend einem Lichtabschwächungsbefehlssignal DL, wobei der Verarbeitungsabschnitt 720 eine Meßsteuerein heit 75 aufweist, um das Lichtabschwächungsbefehlssignal DL an den Träger 432 zu schicken, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist.

Ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 werden vor der Messung des Meßobjektlichts die Impulshöhenverteilungen für die Kali brierung p_i,j(h) (1 i k_MAX) erzeugt. Zur Erzeugung der Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) ändert die Meßsteuereinheit 75 das Lichtabschwächungsbefehlssignal DL auf Ein ("signifi kant"), um den Träger 432 so zu steuern, daß er das Lichtab schwächungsfilter 431 auf dem optischen Pfad anordnet, bevor das Meßobjektlicht von dem Meßobjekt 910 auf den Photodetek tor 110 einfällt.

Daraufhin werden die Impulshöhenverteilungen p_i,j (h) (1 i k_MAX) durch dieselben Operationen wie bei der Ausfüh rungsform 1 erzeugt.

Nachdem auf diese Weise die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) (1 i k_MAX) erzeugt wurden, schaltet die Meßsteuerein heit 75 das Lichtabschwächungsbefehlssignal DL auf Aus ("in signifikant"), um den Träger 432 so zu steuern, daß das Licht abschwächungsfilter 431 aus dem optischen Pfad entfernt wird, bevor das Meßobjektlicht von dem Meßobjekt 910 auf den Photo detektor 110 einfällt, so daß nunmehr das Meßobjektlicht di rekt in den Photodetektor 110 gelangen kann.

Daraufhin werden dieselben Operationen wie bei der Ausfüh rungsform 1 durchgeführt, um die Photoelektronenanzahlver teilung von Photoelektronen zu bestimmen, die in jeder Zone 13 _a-13 _d der photoelektrischen Wandleroberfläche 13 beim Einfall des Meßobjektlichts in die Zone erzeugt werden, wo durch man die Intensität de 57868 00070 552 001000280000000200012000285915775700040 0002019653204 00004 57749s Meßobjektlichts erhält.

(Ausführungsform 3)

Fig. 11 zeigt schematisch die Ausführungsform 3 der Licht meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebil det, daß sie nicht die spontan vom Meßobjekt ausgesandte Fluoreszenz mißt, sondern die bei der Bestrahlung mit Anre gungslicht auftretende Fluoreszenz. Daraufhin wird die Fluo reszenz als Meßobjektlicht gemessen.

Wie in Fig. 11 gezeigt, weist die Vorrichtung gemäß der vor liegenden Ausführungsform auf: (a) ein Spektroskop 410 zum Empfang der Fluoreszenz von einem Meßobjekt 911 oder von ei ner Kalibierungsprobe 921, welche bei der Bestrahlung mit An regungslicht hervorgerufen wird, zu dessen Trennung, und zum Aussenden von Licht in Wellenlängen, welches ein Meßobjekt wird, (b) einen Photodetektor 110 zum Empfangen des Meßobjekt lichts, welches von dem Spektroskop 410 ausgesandt wird und durch das optische System 420 ankommt, zum Aussenden von Photoelektronen in einer Anzahl entsprechend der Verteilung von Photoelektronenanzahlen in Abhängigkeit von der Anzahl an Photonen des einfallenden Lichts, zum vervielfachen von Photoelektronen, die aus jeder von mehreren Zonen in der pho toelektrischen Wandleroberfläche ausgesandt werden, welche die Photoelektronen aussendet, und zur Ausgabe von Impuls stromsignalen I_j (j = a bis d) aus jeder Zone der photo elektrischen Wandleroberfläche, (c) einen Kollektor 300 zum Sammeln der Impulshöhenwerte der Impulsstromsignale I_j jedes Ereignisses, und zur Erzeugung von Impulshöhenverteilungen (N_j(h); h bezeichnet Impulshöhenwerte) der Ereignisanzahl gegen den Impulshöhenwert, (d) eine gepulste Lichtquelle 80 zur Ausgabe gepulsten Anregungslichts und eines Erzeugungs zeitpunktsignals TG des gepulsten Lichts, (e) einen Zähler 81 zum Empfang des Erzeugungszeitpunktsignals TG und zum Zäh len der Anzahl an Erzeugungszeitpunkten des gepulsten Lichts der gepulsten Lichtquelle 80, (f) eine Zeitpunkterzeugungs schaltung 82 zum Empfangen des Erzeugungszeitpunktsignals TG, und zur Ausgabe der Betriebszeitpunktsignale (GT, SH, SL, AD, CU) an die Integrierer 20 und an den Kollektor 300, und (g) einen Verarbeitungsabschnitt 730 zum Sammeln der von dem Kollektor 300 erzeugten Impulshöhenverteilungen (N_j(h)), um diese zu verarbeiten, und ein Rücksetzsignal HR an den Kol lektor 300 und an den Zähler 81 auszugeben.

Der Verarbeitungsabschnitt 730 weist auf: (i) einen Genera tor 71, der entsprechend einem Aktivierungsbefehlssignal SA aktiviert wird, um Impulshöhenverteilungen (p_1,j(h)) ein zelner Photoelektronenereignisse zu erzeugen, auf der Grund lage der von dem Kollektor 300 erzeugten Impulshöhenvertei lungen (N_1,j(h)), (ii) einen Generator 72 zur Erzeugung von Impulshöhenverteilungen (p_k,j(h)) von k Photoelektronener eignissen, in denen die Anzahl von in dem Photodetektor 110 emittierten Photoelektronen gleich k ist (2 k k_MAX), auf der Grundlage der Impulshöhenverteilungen (p_1,j(h)) einzelner Photoelektronenereignisse, (iii) eine Bestimmungs einheit 73 zur Bestimmung einer Photoelektronenanzahlvertei lung für jede Zone 13 _a-13 _d der photoelektrischen Wandler oberfläche für einen Fall, in welchem das Meßobjektlicht auf den Photodetektor 110 einfällt, auf der Grundlage von Impuls höhenverteilungen (N_j(h)), die von dem Kollektor 300 er zeugt werden, wenn das Meßobjektlicht auf den Photodetektor einfällt, im Falle der Einstellung der normalen Meßbetriebs art, wobei die Impulshöhenverteilungen (p_1,j(h)) einzelner Photoelektronenereignisse bereits erhalten wurden, und die Impulshöhenverteilungen (p_k,j(h)) von k Photoelektronener eignissen bereits erhalten wurden, wodurch die Intensität des Meßobjektlichts erhalten wird, (iv) eine Schaltvorrich tung 79 zum Empfangen der von dem Kollektor 300 ausgegebenen Impulshöhenverteilungen N_j(h), und zur deren Ausgabe ent weder an den Generator 71 oder an die Bestimmungseinheit 73, entsprechend dem Datenrichtungsbefehlssignal SK, und (v) eine Meßsteuereinheit 76 zur Ausgabe eines Befehls zum Aktivieren des Generators 71 im Falle der Sammelbetriebsart für einzelne Photoelektronenereignisse, und zur Ausgabe eines Befehls zur Aktivierung der Bestimmungseinheit 73 im Falle der normalen Meßbetriebsart, und zur Ausgabe des Rücksetzsignals HR an den Kollektor 300 und an den Zähler 81.

Vor der Messung des Meßobjektlichts werden Impulshöhenver teilungen für die Kalibrierung erzeugt, nämlich p_i,j(h) (1 i k_MAX). Zur Erzeugung der Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) wird die Kalibrierungsprobe 921 verwendet.

Die Meßsteuereinheit 76 schaltet zuerst das Speicherrück setzsignal zeitweilig ein ("signifikant"), um sämtliche In halte der Histogrammspeichereinheiten 62 _j zurückzusetzen, und den Zähler 81 auf den Zählwert "0" zurückzusetzen. Dann gibt die gepulste Lichtquelle 80 in regelmäßigen Abständen das gepulste Anregungslicht aus, und gibt das Zeitpunktsig nal TG etwas früher aus, als das gepulste Anregungslicht aus gesandt wird.

Die Zeitpunkterzeugungsschaltung 82, welche das Zeitpunkt signal TG empfängt, ändert das Gate-Signal GT auf Ein ("sig nifikant"), und wartet dann auf das auf den Photodetektor 110 einfallende Licht.

Die Fluoreszenz, die bei der Bestrahlung der Kalibrierungs proben 921 nach Aussenden des gepulsten Anregungslichts von der gepulsten Lichtquelle 80 erzeugt wird, fällt in dieser Reihenfolge durch das Spektroskop 410 und das optische System 420 auf den Photodetektor 110 ein. Fig. 12 ist ein Zeitablauf diagramm zur Erläuterung des Betriebs von dem Zeitpunkt des Einfalls des Lichts auf den Photodetektor 110 bis zur Erzeu gung der Impulshöhenverteilungen N_1,j(h) in dem Kollektor 300.

Beim Sammeln eines Ereignisses hält die Zeitpunkterzeugungs schaltung 82 das Gate-Signal GT, welches ein Integrations befehlssignal darstellt, über dem Zeitraum T_G signifikant (eingeschaltet). Während des signifikanten Zeitraums des Gate- Signals GT werden die Schalter 21 der Integrierer 20 im ge öffneten Zustand gehalten, und werden die von dem Photodetek tor 110 ausgegebenen Stromsignale I_j jeweils integriert, so daß Ladungen in Abhängigkeit von den Stromsignalen in den Kondensatoren 22 angesammelt werden. Dann steigen am Punkt P entsprechend den angesammelten Ladungen Potentiale an, und werden Spannungssignale ausgegeben.

Die Kalibierungsprobe 921 wird so eingestellt, daß sie nur Licht in sehr geringer Menge aussendet, und in den meisten Fällen fällt höchstens ein Photon in jede Zone 13 _j der pho toelektrischen Wandleroberfläche 13 in dem Photodetektor 110 ein, während das Gate-Signal GT eingeschaltet oder signifi kant gehalten wird. Die Anzahl an Photoelektronen, die in je der Zone 13 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche 13 _j während des signifikanten Zeitraums des Gate-Signals GT er zeugt werden, beträgt daher in den meisten Fällen höchstens 1.

Jeder Verstärker 30 empfängt das Spannungssignal, welches von dem Integrierer 20 ausgegeben wird, um es zu verstärken, und schickt das verstärkte Signal an den Probenhalter 40.

Die Zeitpunkterzeugungsschaltung 82 schaltet das Proben befehlssignal SH auf Ein ("signifikant") während der signi fikanten Periode des Gate-Signals GT, und ändert das Proben befehlssignal SH von Ein auf Aus (von signifikant auf insig nifikant) unmittelbar vor dem Zeitpunkt, an welchem das Gate-Signal GT seinen Zustand von Ein ("signifikant") auf Aus ("insignifikant") ändert.

Der Probenhalter 40 führt eine Abtastung in dem signifikanten Zustand des Probenbefehlssignals SH durch, und hält in dem insignifikanten Zustand des Probenbefehlssignals SH den Span nungswert fest, der zum Zeitpunkt abgetastet wurde, wenn das Probenbefehlssignal SH einen Übergang von signifikant auf in signifikant durchführt. Der Probenhalter 40 gibt nämlich wei terhin den Spannungswert V_j entsprechend dem Potentialwert am Punkt P unmittelbar vor dem Übergang des Gate-Signals GT von signifikant auf insignifikant aus, nachdem das Probenbe fehlssignal SH einen Übergang von signifikant auf insignifi kant durchgeführt hat. Dann werden die von den Probenhaltern 40 ausgegebenen Spannungssignale V_j der Selektorschaltung zugeführt.

Nachdem sich das Probenbefehlssignal SH von signifikant auf insignifikant geändert hat, wählt die Zeitpunkterzeugungs schaltung 82 zuerst das Spannungssignal V_a und die Histo grammspeichereinheit 62 _a mit dem Auswahlsignal SL aus. Dies führt dazu, daß das Spannungssignal V_a über die Selektor schaltung 45 in den A/D-Wandler 50 eingegeben wird.

Daraufhin schaltet die Zeitpunkterzeugungsschaltung 82 das A/D-Wandlersignal AD zeitweilig auf signifikant, um dem A/D- Wandler 50 mitzuteilen, daß ein Befehl zur Ausführung des A/D-Wandlervorgangs vorhanden ist. Der A/D-Wandler 50, der angewiesen wird, die A/D-Wandleroperation durchzuführen, wan delt den Eingangsspannungswert V_a, der ein Analogwert ist, in einen Digitalwert um, und gibt das Digitalsignal, welches den Impulshöhenwert in bezug auf die Zone 13a der photoelek trischen Wandleroberfläche bei einem Ereignis enthält, aus.

Das von dem A/D-Wandler 50 ausgegebene Digitalsignal wird in den Mehrkanalhistogrammspeicher 60 eingegeben. Da in dem Mehrkanalhistogrammspeicher 60 die Datenleitung zu der Histo grammspeichereinheit 62 _a durch das Auswahlsignal SL einge stellt wird, wird das von dem A/D-Wandler 50 ausgegebene Di gitalsignal in die Histogrammspeichereinheit 62 _a eingegeben.

Zu einem geeigneten Zeitpunkt nach der Beendigung des A/D- Wandlervorgangs durch den A/D-Wandler 50 schaltet dann die Zeitpunkterzeugungsschaltung 82 das Additionssignal CU zeit weilig ein ("signifikant"), um der Histogrammspeichereinheit 62 _a einen Additionsbefehl mitzuteilen. Beim Empfang des Additionsbefehls addiert die Histogrammspeichereinheit 62 _a nur den Wert 1 zu dem Inhalt an einer Adresse entsprechend dem eingegebenen Impulshöhenwert.

Dann werden durch das Auswahlsignal SL das Spannungssignal V_b und die Histogrammspeichereinheit 62 _b ausgewählt. Dies führt dazu, daß das Spannungssignal V_b über die Selektor schaltung 45 in den A/D-Wandler 50 eingegeben wird. Darauf hin wird, entsprechend dem Fall des Spannungssignals V_a, nur 1 zu dem Inhalt an einer Adresse entsprechend dem Impuls höhenwert des eingegebenen Impulses in die Histogrammspeicher einheit 62 _b addiert.

Durch aufeinanderfolgende Auswahl, durch das Auswahlsignal SL, des Spannungssignals V_c und der Histogrammspeicherein heit 62 _c bzw. des Spannungssignals V_d und der Histo grammspeichereinheit 62 _d entsprechend dem Falle für das Spannungssignal V_a, wird nur der Wert 1 zu den Inhalten an Adressen hinzuaddiert, die Impulshöhenwerten eingegebener Impulse in die Histogrammspeichereinheit 62 _c bzw. 62 _d entsprechen.

Nach Beendigung des voranstehend geschilderten Vorgangs von der Änderung des Gate-Signals GT auf Ein ("signifikant") bis zur Aktualisierung der Inhalte der Histogrammspeichereinhei ten 62 _a-62 _d, wird die Operation von der erneuten Änderung des Gate-Signals GT auf Ein ("signifikant") bis zur Aktuali sierung der Inhalte der Histogrammspeichereinheiten 62 _a-62 _d eine vorbestimmte Anzahl an Malen wiederholt, wodurch die Impulshöhenverteilungen N_1,j(h) (0 h h_MAX) in den Histogrammspeichereinheiten 62 _j erzeugt werden.

Wie voranstehend geschildert werden die Impulshöhenverteilun gen p_1,j(h) (1 h h_MAX) einzelner Photoelektronenereig nisse nach Erzeugung der Impulshöhenverteilungen N_1,j(h) erzeugt.

Daraufhin werden die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform 1 erzeugt.

Daraufhin wird die Kalibrierungsprobe 921 durch das Meßobjekt 911 ersetzt, um das Meßobjektlicht von dem Meßobjekt 911 zu messen.

Die Meßsteuereinheit 76 schaltet zuerst das Rücksetzsignal HR zeitweilig ein ("signifikant"), um sämtliche Inhalte des Histogrammspeichers 60 und des Zählers 81 auf den Zählwert "0" zurückzusetzen. Dann gibt die gepulste Lichtquelle 80 in regelmäßigen Abständen das gepulste Anregungslicht aus, und das Zeitpunktsignal TG etwas früher, als das gepulste Anre gungslicht ausgesandt wird.

Der das Zeitpunktsignal TG empfangende Zähler 81 addiert nur den Wert 1 zu den Inhalten des Zählers. Die Zeitpunkterzeu gungsschaltung 82, die das Zeitpunktsignal TG empfängt, schal tet das Gate-Signal GT auf Ein ("signifikant"), und wartet auf den Einfall des Meßobjektlichts auf den Photodetektor 110.

Das Meßobjektlicht, welches bei der Bestrahlung des Meßobjekts 911 nach Aussenden des gepulsten Anregungslichts von der ge pulsten Lichtquelle 80 erzeugt wird, fällt in dieser Reihen folge über das Spektroskop 410 und das, optische System 420 auf den Photodetektor 110 ein. Fig. 13 ist ein Zeitablaufdia gramm zur Erläuterung des Betriebs vom Einfall des Lichts auf den Photodetektor 110 bis zur Erzeugung der Impulshöhen verteilungen N_1,j(h), die von dem Kollektor 300 ausgegeben werden.

Die Zeitpunkterzeugungsschaltung 82 überträgt die Betriebs zeitpunktsignale (GT, SH, SL, AD, CU, HR) an den Kollektor 300 auf dieselbe Weise wie im Falle der Messung einzelner Photoelektronenereignisse. Daher arbeitet der Kollektor 300 auf dieselbe Art und Weise wie im Falle einzelner Photoelek tronenereignisse, und erzeugt die Impulshöhenverteilungen N_1,j(h) entsprechend dem Einfall des Meßobjektlichts, in den Histogrammspeichereinheiten 62 _j.

Nachdem wie voranstehend geschildert die Impulshöhenvertei lungen N_j(h) erzeugt wurden, wird auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform 1 die Photoelektronenanzahlverteilung von Photoelektronen bestimmt, die in jeder Zone 13 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche bei jedem Ereignis er zeugt werden, wodurch die Intensität des einfallenden Lichts erhalten wird.

(Ausführungsform 4)

Fig. 14 zeigt schematisch die Ausführungsform 4 der Licht meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform 3 in der Hinsicht, daß die Messung des Meßobjektlichts durchgeführt wird, ohne daß eine Kalibrie rungsprobe erforderlich ist. Infolge dieses Funktionsunter schieds unterscheidet sich die Vorrichtung gemäß der vorlie genden Ausführungsform von der in Fig. 11 gezeigten Ausfüh rungsform 3 in der Hinsicht, daß die Vorrichtung weiterhin auf weist: (i) ein Lichtabschwächungsfilter 431 und (ii) einen Träger 432 zur Bewegung des Lichtabschwächungsfilters 431 ent sprechend dem Lichtabschwächungsbefehlssignal DL, wobei der Verarbeitungsabschnitt 740 eine Meßsteuereinheit 77 aufweist, um dem Träger 432 das Lichtabschwächungsbefehlssignal DL mit zuteilen, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Anders ausgedrückt stellt die vorliegende Ausführungsform den Einsatz der Modi fikation gemäß Ausführungsform 1 im Unterschied zur Ausfüh rungsform 2 bei der Ausführungsform 3 dar.

Ähnlich wie bei der Ausführungsform 3 werden die Impulshöhen verteilungen für die Kalibrierung, p_i,j(h) (1 i k_MAX), vor der Messung des Meßobjektlichts erzeugt. Zur Erzeugung der Impulshöhenverteilung p_i,j(h) schaltet die Meßsteuer einheit 77 das Lichtabschwächungsbefehlssignal DL auf Ein ("signifikant"), um den Träger 432 so zu steuern, daß er das Lichtabschwächungsfilter 431 auf dem optischen Pfad anord net, bevor das Meßobjektlicht von dem Meßobjekt 911 auf den Photodetektor 110 einfällt.

Daraufhin werden dieselben Operationen wie bei der Ausfüh rungsform 3 durchgeführt, um die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) (1 i k_MAX) zu erzeugen.

Nachdem auf diese Weise die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) (1 i k_MAX) erzeugt wurden, schaltet die Meßsteuerein heit 77 das Lichtabschwächungsbefehlssignal DL auf Aus ("in signifikant"), um den Träger 432 so zu steuern, daß das Licht abschwächungsfilter 431 aus dem optischen Pfad entfernt wird, bevor das Meßobjektlicht von dem Meßobjekt 911 auf den Photo detektor 110 einfällt, damit das Meßobjektlicht direkt in den Photodetektor 110 hineingelangen kann.

Daraufhin werden dieselben Operationen wie bei der Ausfüh rungsform 3 durchgeführt, um die Photoelektronenanzahlvertei lung der in jeder Zone 13 _j der photoelektrischen Wandler oberfläche beim Einfall des Meßobjektlichts auftretenden Pho toelektronen zu bestimmen, wodurch man die Intensität des Meßobjektlichts erhält.

(Ausführungsform 5)

Fig. 15 zeigt schematisch die Ausführungsform 5 der Lichtmeß vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich ebenfalls von der Ausführungsform 3 in der Hinsicht, daß die Messung des Meßobjektlichts durchgeführt wird, ohne daß eine Kalibrierungsprobe erforderlich ist, ähnlich wie die Ausfüh rungsform 4. Infolge dieser unterschiedlichen Funktion unter scheidet sich die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausfüh rungsform von der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform 3 in der Hinsicht, daß die Vorrichtung weiterhin aufweist: (i) ein Lichtabschwächungsfilter 431 und (ii) einen Träger 432 zum Bewegen des Lichtabschwächungsfilters 431 entsprechend dem Lichtabschwächungsbefehlssignal DL, und darin, daß der Ver arbeitungsabschnitt 740 eine Meßsteuereinheit 77 zum Benach richtigen des Trägers 432 bezüglich des Lichtabschwächungs befehlssignals DL aufweist, wie in Fig. 15 gezeigt ist. Wei terhin unterscheidet sich die Vorrichtung gemäß der vorlie genden Ausführungsform von der Ausführungsform 4 in der Hin sicht, daß das Lichtabschwächungsfilter 431 nicht zur Abschwä chung des Meßobjektlichts verwendet wird, sondern zur Verringerung des Anregungslichts.

Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mißt die Intensität des Meßobjektlichts auf folgende Weise:
Ähnlich wie bei der Ausführungsform 3 werden vor der Messung des Meßobjektlichts die Impulshöhenverteilungen für die Ka librierung erzeugt, nämlich p_i,j(h) (1 i k_MAX). Zur Erzeugung der Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) schaltet die Meßsteuereinheit 77 das Lichtabschwächungsbefehlssignal DL auf Ein ("signifikant"), um so den Träger 432 so zu steuern, daß das Lichtabschwächungsfilter 431 auf dem optischen Pfad angeordnet wird, bevor das gepulste Anregungslicht von der gepulsten Lichtquelle 80 auf das Meßobjekt 911 auffällt.

Daraufhin werden dieselben Operationen durchgeführt wie bei der Ausführungsform 3, um die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) (1 i k_MAX) zu erzeugen.

Nachdem auf diese Art und Weise die Impulshöhenverteilungen p_i,j(h) (1 i k_MAX) erzeugt wurden, schaltet die Meß steuereinheit 77 das Lichtabschwächungsbefehlssignal DL auf Aus ("insignifikant"), um den Träger 432 so zu steuern, daß das Lichtabschwächungsfilter 431 aus dem optischen Pfad ent fernt wird, bevor das gepulste Anregungslicht von der gepul sten Lichtquelle 80 auf das Meßobjekt 911 einfällt, damit das Anregungslicht in das Meßobjekt 911 eintreten kann.

Daraufhin werden dieselben Operationen durchgeführt wie bei der Ausführungsform 3, um die Photoelektronenanzahlverteilung von Photoelektronen zu bestimmen, die in jeder Zone 13 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche beim Einfall des Meß objektlichts auftreten, um hierdurch die Intensität des Meß objektlichts zu erhalten.

Fig. 16 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Be triebs von dem Einfall des Lichts auf den Photodetektor 110 im Falle des Sammelns einzelner Photoelektronenereignisse bis zur Erzeugung der Impulshöhenverteilungen N_1,j(h), die von dem Kollektor 300 ausgegeben werden. Die in Fig. 16 ge zeigten Zeitpunkte sind dieselben wie in Fig. 12, werden je doch hier deswegen gezeigt, um die Zustände der Abnahme des Anregungslichts zu verdeutlichen.

Da die Menge des Bestrahlungslichts beim Sammeln einzelner Photoelektronenereignisse bei der vorliegenden Ausführungs form kleiner sein kann als jene bei der Ausführungsform 4, kann die vorliegende Ausführungsform Änderungen der Eigen schaften des Meßobjekts infolge einer Ausbleichung und der gleichen stärker beschränken als bei der Ausführungsform 4.

(Ausführungsform 6)

Fig. 17 zeigt schematisch die Ausführungsform 6 der Lichtmeß vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie aus Fig. 17 hervorgeht, weist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Aus führungsform auf: (a) ein Spektroskop 410 zum Empfang spontan emittierten Lichts von dem Meßobjekt 910, und zur Aussendung von Licht, dessen Wellenlängen ein Meßobjekt darstellen, (b) einen Photodetektor 120 zum Empfangen des Meßobjektlichts, welches von dem Spektroskop 410 ausgesandt wird, und über das optische System 420 ankommt, zum Aussenden von Photoelektro nen in einer Anzahl entsprechend einer Photoelektronenanzahl verteilung in Abhängigkeit von der Anzahl an Photonen des ein fallenden Lichts, zum vervielfachen von Photoelektronen, die von jeder von mehreren Zonen in der photoelektrischen Wandler oberfläche ausgesandt werden, welche die Photoelektronen aus sendet, und zur Ausgabe gepulster Stromsignale I_j (j = 1 bis 16) von jeder Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche, (c) einen Kollektor 350 zur Bestimmung von Impulshöhenwerten der gepulsten Stromsignale I_j innerhalb einer Gate-Periode, und zum Sammeln und Aufzeichnen, für jede Zone der photoelek trischen Wandleroberfläche, von Ereignissen, in denen jeweils der Impulshöhenwert des gepulsten Stromsignals I_j einen vor bestimmten Wert einmal oder mehrfach innerhalb der Gate-Perio de überschreitet, und (d) einen Verarbeitungsabschnitt 715 zur Bestimmung eines Mittelwerts von Photoelektronenerzeugungsan zahlen in der Gate-Periode für jede Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche, auf der Grundlage von Information bezüglich des Auftretens von Ereignissen, die von dem Kollektor 350 ge sammelt werden, um hierdurch die Intensität des Meßobjekt lichts zu erhalten.

Fig. 18 zeigt schematisch den Photodetektor 120. Wie aus Fig. 18 hervorgeht, weist der Photodetektor 120 eine photoelektri sche Wandleroberfläche 123 zum Aussenden von Photoelektronen in einer Anzahl entsprechend der Intensität des dort einfal lenden Meßobjektlichts auf, einen Elektronenmultiplierab schnitt 124 zum Vervielfachen der Photoelektronen, um zahl reiche Sekundärelektronen zu erzeugen, und mehrere (im vor liegenden Fall 16) Anodenelektroden 125₀₁ bis 125₁₆ zum Empfang der Sekundärelektronen, um Stromimpulssignale I₁ bis I₁₆ auszugeben, angeordnet in einem Vakuumbehälter 121, der mit einem Eintrittsfenster 122 versehen ist, um das Meß objektlicht durchzulassen. Hierbei kann der Elektronenmulti plierabschnitt 124 mehrstufige, blattförmige Dynoden aufwei sen, wie in einer Photomultiplierröhre, oder eine Mikrokanal platte. Die sechzehn Anodenelektroden 125₀₁ bis 125₁₆ sind in einem Array (Feld) von 4 × 4 in einer Ebene parallel zur photoelektrischen Wandleroberfläche 123 angeordnet. Zur Vereinfachung sind von den sechzehn Anodenelektroden nur drei Anodenelektroden 15₀₁, 15₀₂ und 15₁₆ dargestellt.

Bei diesem Photodetektor 120 wird die photoelektrische Wand leroberfläche 123 auf einem niedrigeren Potential gehalten als die Anodenelektroden 125₀₁ bis 125₁₆; hierbei wird eine vorbestimmte Spannung auch an den Elektronenmultiplier abschnitt 124 angelegt, wobei beim Einfall des Meßobjekt lichts auf die photoelektrische Wandleroberfläche 123 die photoelektrische Wandleroberfläche 123 Photonen in einer An zahl entsprechend der Intensität des Lichts aussendet; und dann werden die Photoelektronen von dem Elektronenmultiplier abschnitt 124 vervielfacht, so daß zahlreiche Sekundärelek tronen erzeugt werden. Dann erreichen die Sekundärelektronen eine der Anodenelektroden 125₀₁-125₁₆. Eine Anodenelek trode 125₀₁-125₁₆, die ein Stromimpulssignal bei der An kunft der Sekundärelektronen ausgibt, entspricht einer Zone 123₀₁-123₁₆, in welcher Photonen des Meßobjektlichts auf die photoelektrische Wandleroberfläche 123 einfallen.

Der Kollektor 350 weist auf: (i) Ereignisdiskriminatorschal tungen 360 _j, die für die jeweiligen Zonen 123 _j der photo elektrischen Wandleroberfläche vorgesehen sind, und von denen jede ein Erzeugungssignal D_j für ein signifikantes Ereig nis ausgibt, wenn ein Impulshöhenwert des Impulsstromsignals I_j, welches in sie während der signifikanten Periode des Gate-Signals GT eingegeben wird, zumindest gleich einem vor bestimmten Wert wird, und (ii) einen Pufferspeicher 65 zum Empfang der Ereigniserzeugungssignale D_j parallel, und zur aufeinanderfolgenden Speicherung der Ereigniserzeugungssig nale D_j als Digitalsignale mit 16 Bit entsprechend einem Schreibsignal WR. Die Inhalte des Pufferspeichers 65 werden sämtlich entsprechend einem Befehl eines Löschsignals CL1 auf 0 zurückgesetzt.

Jede Ereignisdiskriminatorschaltung 360 _j weist auf: (i) einen Verstärker 35 zur Umwandlung eines in ihn eingegebenen Impulsstromsignals I_j in ein Spannungssignal, und zu des sen Verstärkung, (ii) einen Diskriminator 46 zur Änderung des Pegels des Ausgangssignals auf "signifikant", wenn der Impulshöhenwert des eingegebenen Impulsspannungssignals den vorbestimmten Wert während der signifikanten Periode des Gate-Signals GT überschreitet, und zur Ausgabe eines Impuls spannungssignals P_j, und (iii) eine Ereignishalteschaltung 55 zur Änderung eines Ausgangssignals D_j auf "signifikant", wenn das Impulsspannungssignal P_j signifikant wird, und zum Schalten des Ausgangssignals D_j auf "insignifikant", entsprechend einem Löschsignal CL2.

Der Verarbeitungsabschnitt 715 weist auf: (i) eine Bestim mungseinheit 717 zum Empfang von Ereigniserscheinungsdaten, die in dem Kollektor 350 ausgezeichnet sind, und zur Bestim mung eines Mittelwerts von Photoelektronenerzeugungsanzahlen in der Gate-Periode für jede Zone 123 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche, auf der Grundlage der so empfangenen Er eigniserscheinungsdaten, um hierdurch die Intensität des Meß objektlichts zu erhalten, und (ii) eine Meßsteuereinheit 716 zur Ausgabe eines Befehls zum Aktivieren der Bestimmungsein heit 717, und zur Ausgabe der Betriebszeitpunktsignale (GT, WR, CL1, CL2) an den Kollektor 350.

Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mißt die Intensität des Meßobjektlichts auf folgende Weise. Fig. 19 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs von dem Einfall des Lichts auf den Photodetektor 120 bis zur Aufzeichnung der Ereigniserscheinungsdaten B₁ (b_1,1, . . . , b_16,1) bis B_M (b_1,M, . . . , b_16,M) in dem Kollektor 350. Hierbei bezeichnet M die Anzahl des Auftretens des Gates, m von B_m bezeichnet 16-Bit-Daten beim m-ten Auftreten des Gates, und b_j,m bezeichnet das vorhandensein oder die Ab wesenheit des Auftretens einer Erscheinung entsprechend je der Zone 123 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche in der m-ten Gate-Periode (1 für das Vorhandensein des Auftre tens einer Erscheinung, und 0 für die Abwesenheit des Auftre tens einer Erscheinung).

Die Meßsteuereinheit 716 schaltet zuerst die Löschsignale CL1, CL2 zeitweilig auf signifikant, um sämtliche Inhalte des Puf ferspeichers 65 auf den Zählwert "0" zurückzusetzen, und auch die Ereignishalteschaltungen 55 zurückzusetzen.

Das von dem Meßobjekt 910 ausgesandte Licht breitet sich nach einander durch das Spektroskop 410 und das optische System 420 aus, und gelangt dann in den Photodetektor 120.

Beim Sammeln eines Ereignisses schaltet die Meßsteuerein heit 716 das Gate-Signal GT, welches ein Integrationsbefehls signal darstellt, über den Zeitraum T_G signifikant.

Stromsignale I_j, die von dem Photodetektor 120 während der signifikanten Periode des Gate-Signals GT ausgegeben werden, werden den Ereignisdiskriminatorschaltungen 360 _j zugeführt.

In jeder Ereignisdiskriminatorschaltung 360 _j wandelt der Verstärker 35 das Stromsignal I_j in ein Spannungssignal um, und verstärkt es, um das verstärkte Signal dem Diskriminator 46 zuzuführen. Der Diskriminator 46 vergleicht das ihm ein gegebene Impulsspannungssignal mit einem vorbestimmten Span nungswert, und schaltet das Ausgangssignal P_j auf signifi kant, wenn der eingegebene Spannungssignalwert nicht kleiner ist als der vorbestimmte Spannungswert, und gibt das Impuls spannungssignal aus. Wenn das Impulsspannungssignal P_j der Ereignishalteschaltung 55 zugeführt wird, wird das Ausgangs signal D_j der Ereignishalteschaltung 55 signifikant. Dann hält die Ereignishalteschaltung 55 an, um den signifikanten Zustand des Ereigniserscheinungssignals D_j auszugeben, so bald dies signifikant geworden ist.

Dann schaltet die Meßsteuereinheit 716 das Schreibsignal WR signifikant, um (D₁, . . . , D₁₆) als Ereigniserscheinungs daten B₁ (b_1,1, . . . , b_16,1) mit 16 Bit in der ersten Gate-Periode einzuschreiben. Daraufhin schaltet die Meßsteuer einheit 716 das Löschsignal CL2 zeitweilig signifikant, um die Ereignishalteschaltungen 55 zurückzusetzen.

Nach Beendigung der voranstehenden Operation von der Schal tung des Gate-Signals GT auf signifikant bis zur Rücksetzung der Ereignishalteschaltungen 55, wird die Operation, bei welcher erneut das Gate-Signal GT auf signifikant geschal tet wird, bis zum Rücksetzen der Ereignishalteschaltungen 55 von der zweiten Zeit bis zur M-ten Zeit wiederholt, wodurch Ereigniserscheinungsinformation B_m (b_j,m) in dem Puffer speicher gespeichert wird.

Dann schaltet die Meßsteuereinheit 716 das Aktivierungsbe fehlssignal GA signifikant, um die Bestimmungseinheit 717 zu aktivieren. Die so aktivierte Bestimmungseinheit 717 empfängt die Ereigniserscheinungsinformation B_m (b_j,m) von dem Pufferspeicher 65 in dem Kollektor 350 und führt folgende arithmetische Operationen durch.

Die Anzahl n_k an Stromimpulssignalen, die zumindest einem Photoelektron entspricht, welches von der Anodenelektrode 125 _k bezüglich M Impulsen des Gate-Signals ausgegeben wird, ist folgendermaßen.

Nimmt man an, daß die Anzahl an Photoelektronen, die von ei ner Zone auf der photoelektrischen Wandleroberfläche 123 ent sprechend der Anodenelektrode 125 _k in einer Gate-Periode ausgesandt werden, die durch die Impulsbreite des Gate-Sig nals vorgegeben ist, beim Einfall des Meßobjektlichts auf die photoelektrische Wandleroberfläche 123 der Poisson-Vertei lung entspricht, so wird deren mittlere Photoelektronenanzahl als λ_k bezeichnet. Nimmt man weiterhin an, daß die Anzahl an Photoelektronen, die von der gesamten photoelektrischen Wandleroberfläche 123 in der Gate-Periode beim Einfall des Meßobjektlichts auf die photoelektrische Wandleroberfläche 123 ausgesandt werden, ebenfalls der Poisson-Verteilung ent spricht, so wird diese mittlere Photoelektronenanzahl als λ bezeichnet.

Unter dieser Annahme wird die Wahrscheinlichkeit, daß kein Stromimpulssignal von der Anodenelektrode 125 _k in der Gate- Periode ausgegeben wird, also die Wahrscheinlichkeit p_k(0), daß kein Photoelektron aus der Zone 123 _k auf der photoelek trischen Wandleroberfläche 123 entsprechend der Anodenelek trode 125 _k ausgesandt wird, folgendermaßen ausgedrückt.

p_k(0) = exp(-λ_k) (9)

Die logarithmische Wahrscheinlichkeit (likelihood), bei wel cher die Anzahl an Malen, an welchen die Anodenelektrode 125 _k zumindest ein Stromimpulssignal bezüglich M Impulsen des Gate-Signals ausgibt, gleich n_k ist, ergibt sich fol gendermaßen.

logL_k = (M-n_k)-log{p_k(0)}+n_k-log{1-p_k(0)} = -(M-n_k)-λ_k+n_k-log{1-exp(-λ_k)} (10)

Die Bestimmungseinheit 717 bestimmt die mittlere Photoelek tronenanzahl λ nach dem maximum-likelihood-Verfahren auf der Grundlage dieser Gleichung (10). Die Bestimmungseinheit 717 erhält nämlich diesen Wert λ_k, um diese logarithmische Wahrscheinlichkeit zu maximieren, und führt eine derartige Bestimmung durch, daß dieser Wert λ_k ein Mittelwert an Pho toelektronen ist, die in der Gate-Periode von der Zone 123 _k auf der photoelektrischen Wandleroberfläche 123 entsprechend der Anodenelektrode 125 _k ausgesandt werden, wenn das Meß objektlicht auf die photoelektrische Wandleroberfläche 123 einfällt. Der Wert λ_k zum Maximieren der logarithmischen Wahrscheinlichkeit, die durch Gleichung (10) gegeben ist, er gibt sich durch Differenzieren von Gleichung (10) nach λ_k und Nullsetzen dieses Wertes folgendermaßen.

λ_k = -log(1-n_k/M) (11)

Die Bestimmungseinheit 717 erhält weiterhin durch folgende Gleichung die mittlere Photoelektronenanzahl λ an Photoelek tronen, die in der Gate-Periode von der gesamten photoelek trischen Wandleroberfläche 123 beim Einfall des Meßobjekt lichts auf die photoelektrische Wandleroberfläche 123 ausge sandt werden, und erhält die Intensität des Meßobjektlichts, welches von dem Photodetektor 120 empfangen wird, auf der Grundlage dieser mittleren Photoelektronenanzahl λ.

Als nächstes werden Ergebnisse von Simulationsberechnungen geschildert, die dazu durchgeführt wurden, die Genauigkeit der Bestimmung der mittleren Photoelektronenanzahl λ bei der Lichtmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung festzu stellen. Die Bedingungen bei der Simulationsberechnung waren folgende. Die Anzahl an Anodenelektroden wurde auf 1, 4 oder 16 eingestellt, und die mittlere Photoelektronenanzahl λ an Photoelektronen, die in der Gate-Periode von der photoelek trischen Wandleroberfläche 123 ausgesandt wurden, betrug 0,06, 0,1, 0,2, 0,3, 0,6, 1, 2, 3, 6, 10 oder 20. Für alle Kombi nationen der voranstehend angegebenen Bedingungen wurde die Impulsanzahl M des Gate-Signals auf 10000 eingestellt, und wurde die Simulationsberechnung 500-mal durchgeführt, um die mittlere Photoelektronenanzahl λ zu bestimmen. Die Standard- Abweichung der 500 mittleren Photoelektronenanzahlen λ, die so bestimmt wurden, wurde als Meßgenauigkeit genommen. Für diese Simulationsberechnung wurde die Annahme getroffen, daß Sekundärelektronen, die erzeugt werden, wenn die von der pho toelektrischen Wandleroberfläche 123 ausgesandten Photoelek tronen in den Elektronenmultiplierabschnitt 124 hineingelang ten, gleichmäßig auf jede der vier oder sechzehn Anodenelek troden einfielen.

Fig. 20 zeigt graphisch die Simulationsberechnungsergebnisse bezüglich der Genauigkeit der Bestimmung der mittleren Photo elektronenanzahl bei der Lichtmeßvorrichtung gemäß der vor liegenden Ausführungsform. In dieser Figur bezeichnet jede Markierung o die Meßgenauigkeit (Standard-Abweichung) im Fall einer Elektrode mit einer einzigen Anode, jede Markierung die Meßgenauigkeit (Standard-Abweichung) im Falle von vier Anoden elektroden, und jede Markierung Δ die Meßgenauigkeit (Stan dard-Abweichung) im Falle von sechzehn Anodenelektroden. Wie aus Fig. 20 hervorgeht, ist die Genauigkeit der Bestimmung der mittleren Photoelektronenanzahl desto höher, je größer die Anzahl an Anodenelektroden zur Erfassung der von der photo elektrischen Wandleroberfläche 123 ausgesandten Photoelektro nen ist. Insbesondere in dem Bereich, in welchem die mittle re Photoelektronenanzahl λ größer als 1 ist, ändert sich die Meßgenauigkeit der mittleren Photoelektronenanzahl λ wesent lich in Abhängigkeit von der Anzahl an Anodenelektroden. Im Falle einer Anodenelektrode wird die Messung oder Bestimmung unmöglich, wenn die mittlere Photoelektronenanzahl λ größer als 6 ist. Im Falle von sechzehn Anodenelektroden war die Meß genauigkeit oder Bestimmungsgenauigkeit (Standard-Abweichung) selbst dann noch gut, nämlich 0,064, wenn die mittlere Photo elektronenanzahl λ 20 betrug.

Wenn wie voranstehend geschildert ein Spektrum gemessen wird, kann die mittlere Photoelektronenanzahl dadurch bestimmt wer den, daß die jeweils von den mehreren Anodenelektroden aus gegebenen Stromimpulssignale parallel verarbeitet werden, was den Bereich der Intensität des einfallenden Lichts erweitert, der mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann. Daher kann das Spektrum genau gemessen werden, selbst wenn ein großer Unterschied zwischen Spitzenwertintensitäten des Spektrums des Meßobjektlichts vorhanden ist.

(Ausführungsform 7)

Fig. 21 zeigt schematisch die Ausführungsform 7 der Licht meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie aus Fig. 21 hervorgeht, unterscheidet sich die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform von jener gemäß Ausführungsform 6 in der Hinsicht, daß sie weiter ein optisches Homogenisie rungssystem 460 zwischen dem optischen System 420 und dem Photodetektor 120 aufweist.

Die Fig. 22 und 23 dienen zur Erläuterung des optischen Homo genisierungssystems 460. Fig. 22 zeigt schematisch den Aufbau des optischen Homogenisierungssystems 460, und Fig. 23 zeigt ein Profil des Meßobjektlichts, welches auf die photoelektri sche Wandleroberfläche 123 des Photodetektors 120 über das optische Homogenisierungssystem 460 einfällt. Das optische Ho mogenisierungssystem 460 weist zwei Reflektoren 461A und 461B auf, die in einem bestimmten Winkel und in Berührung mitein ander an ihrer einen Seite angeordnet sind und das Meßobjekt licht empfangen, einen Reflektor 462 zum Reflektieren eines Teils des Meßobjektlichts, welches von dem Reflektor 461A zur photoelektrischen Wandleroberfläche 123 hin reflektiert wird, und einen Reflektor 463 zum Reflektieren des restlichen Meß objektlichts, das von dem Reflektor 461B in Richtung auf die photoelektrische Wandleroberfläche 123 des Photodetektors 120 reflektiert wird.

Bei der Ausführungsform 6 bewegt sich das von dem Spektroskop 410 ausgegebene Meßobjektlicht durch das optische System 420, und gelangt in die photoelektrische Wandleroberfläche 123 des Photodetektors 120. In diesem Fall weist normalerweise das auf die photoelektrische Wandleroberfläche 123 einfallende Meßobjektlicht eine hohe Intensität in der Nähe des Strahl zentrums auf, ist jedoch am Umfang schwach. Die Häufigkeiten des Einfalls von Sekundärelektronen auf bestimmte Anodenelek troden unter den mehreren Anodenelektroden in dem Photodetek tor 120 wird daher größer, was die Meßgenauigkeit der mittle ren Photoelektronenanzahl für diese bestimmten Anodenelektro den beeinträchtigt. Hierdurch wird auch die Meßgenauigkeit für den Mittelwert der Anzahl an Photoelektronen beeinträch tigt, die von der Photoelektronenwandleroberfläche 123 des Photodetektors 120 ausgesandt werden.

Wenn bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungs form das Meßobjektlicht in kreisförmiger Form, welches ein solches Profil aufweist, daß die Intensität mit Annäherung an das Zentrum größer wird, gleichmäßig auf die Reflektoren 461A und 461B des optischen Homogenisierungssystems 460 ein fällt, wird die Hälfte (in Form eines Halbkreises) des Meß objektlichts durch den Reflektor 461A und den Reflektor 462 in dieser Reihenfolge reflektiert, und wird die restliche Hälfte von dem Reflektor 461B und dem Reflektor 463 in die ser Reihenfolge reflektiert, und gelangt so in die photoelek trische Wandleroberfläche 123 des Photodetektors 120 in über lagerter Weise. Das Profil des Meßobjektlichts, welches auf die photoelektrische Wandleroberfläche 123 einfällt, ist wie in Fig. 23 gezeigt, in welcher die Zentrumsabschnitte (die Abschnitte mit hoher Intensität) des Meßobjektlichts den Um fangsabschnitten (den Abschnitten mit geringen Intensitäten) überlagert sind, wodurch die Gleichförmigkeit des auf die photoelektrische Wandleroberfläche 123 einfallenden Meßobjekt lichts verbessert werden kann. Daher werden die Häufigkeiten dafür, daß Sekundärelektronen die mehreren Anodenelektroden des Photodetektors 120 erreichen, ebenfalls gleichmäßig, was die Meßgenauigkeit für die mittlere Photoelektronenanzahl λ verbessert, also die Meßgenauigkeit für die Intensität des Meßobjektlichts.

(Ausführungsform 8)

Fig. 24 zeigt schematisch die Ausführungsform 8 der Licht meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrich tung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß das Meßobjekt nicht spontan Fluoreszenz er zeugt, sondern nur bei Bestrahlung mit Anregungslicht. Dann mißt die Vorrichtung die Fluoreszenz als Meßobjektlicht.

Wie aus Fig. 24 hervorgeht, weist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf: (a) ein Spektroskop 410 zum Empfang der Fluoreszenz von dem Meßobjekt 911, die bei Bestrahlung mit Anregungslicht erzeugt wird, zu deren Tren nung, und zum Aussenden von Licht in Wellenlängen, welches ein Meßobjekt wird, (b) einen Photodetektor 120 zum Empfang des Meßobjektlichts, welches von dem Spektroskop 410 ausge sandt wird und durch das optische System 420 ankommt, zum Aussenden von Photoelektronen in einer Anzahl entsprechend der Verteilung der Anzahl an Photoelektronen in Abhängigkeit von der Anzahl an Photonen des einfallenden Lichts, zum Ver vielfachen von Photoelektronen, die von jeder von mehreren Zonen in der photoelektrischen Wandleroberfläche ausgesandt werden, welche die Photoelektronen aussendet, und zur Aus gabe von Impulsstromsignalen I_j (j = 1 bis 16) aus jeder Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche, (c) einen Kol lektor 350 zur Bestimmung von Impulshöhenwerten von Impuls stromsignalen I_j innerhalb der Gate-Periode, und zum Sam meln und Aufzeichnen, für jede Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche, von Ereignissen, in denen jeweils der Impulshöhenwert des Impulsstromsignals I_j einen vorbestimm ten Wert ein- oder mehrfach innerhalb der Gate-Periode über schreitet, (d) eine gepulste Lichtquelle 80 zur Ausgabe ge pulsten Anregungslichts und eines Erzeugungszeitpunktsignals TG des gepulsten Lichts, (e) einen Zähler 81 zum Empfangen des Erzeugungszeitpunktsignals TG und zum Zählen der Anzahl an Erzeugungszeiten des gepulsten Lichts der gepulsten Licht quelle 80, (f) eine Zeitgebererzeugungsschaltung 83 zum Empfangen des Erzeugungszeitpunktsignals TG und zur Ausgabe der Betriebszeitpunktsignale (GT, WR, CL2) an den Kollektor 350, und (g) einen Verarbeitungsabschnitt 725 zur Bestimmung eines Mittelwerts an Photoelektronenerzeugungsanzahlen in der Gate-Periode für jede Zone der photoelektrischen Wandler oberfläche, auf der Grundlage von Information für das Auftre ten von Ereignissen, die von dem Kollektor 350 gesammelt wer den, um hierdurch die Intensität des Meßobjektlichts zu er halten.

Der Verarbeitungsabschnitt 725 weist auf: (i) eine Bestim mungseinheit 727 zum Empfangen der Ereigniserscheinungsdaten, die in dem Kollektor 350 aufgezeichnet sind, und zur Bestim mung des Mittelwerts der Photoelektronenerscheinungsanzahl in der Gate-Periode für jede Zone 123 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche, auf der Grundlage der so empfangenen Ereig niserscheinungsdaten, wodurch die Intensität des Meßobjekt lichts erhalten wird, und (ii) eine Meßsteuereinheit 726 zur Ausgabe eines Befehls zum Aktivieren der Bestimmungseinheit 727, und zur Ausgabe des Löschsignals CL1 an den Kollektor 350 und an den Zähler 81.

Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mißt die Intensität des Meßobjektlichts auf folgende Weise. Fig. 25 ist ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs vom Einfall des Lichts auf den Photodetektor 120 bis zur Auf zeichnung der Ereigniserscheinungsdaten B_m (b_j,m) in dem Kollektor 350.

Zuerst schaltet die Meßsteuereinheit 716 das Löschsignal CL1 zeitweilig signifikant, und schaltet die Zeitpunkterzeu gungsschaltung 83 das Löschsignal CL2 zeitweilig signifikant, wodurch sämtliche Inhalte des Pufferspeichers 65 und des Zählers 81 auf den Zählwert "0" zurückgesetzt werden, und auch die Ereignishalteschaltungen 55 zurückgesetzt werden. Dann gibt die gepulste Lichtquelle 80 in regelmäßigen Ab ständen das gepulste Anregungslicht aus, und das Zeitpunkt signal TG etwa früher, als das gepulste Anregungslicht aus gesendet wird.

Beim Empfang des Zeitpunktsignals TG schaltet die Zeitpunkt erzeugungsschaltung 83 das Gate-Signal GT auf signifikant, um das Eintreffen des einfallenden Lichts am Photodetektor 120 abzuwarten.

Die durch die Bestrahlung der Kalibrierungsprobe 921 nach dem Aussenden des gepulsten Anregungslichts von der gepul sten Lichtquelle 80 erzeugte Fluoreszenz fällt durch das Spektroskop 410 und das optische System 420 in dieser Reihen folge auf den Photodetektor 120 ein.

Die Stromsignale I_j, die von dem Photodetektor 120 während der signifikanten Periode des Gate-Signals GT ausgegeben wer den, werden in die Ereignisdiskriminatorschaltungen 360 _j eingegeben.

In jeder Ereignisdiskriminatorschaltung 360 wandelt der Ver stärker 35 das Stromsignal I_j in ein Spannungssignal um, und verstärkt es, um das verstärkte Signal dem Diskriminator 46 zuzuführen. Der Diskriminator 46 vergleicht das in ihn eingegebene Impulsspannungssignal mit einem vorbestimmten Spannungswert und schaltet das Ausgangssignal P_j auf sig nifikant, wenn der eingegebene Spannungssignalwert nicht kleiner als der vorbestimmte Spannungswert ist, und gibt ein Impulsspannungssignal aus. Wenn das Impulsspannungssignal P_j der Ereignishalteschaltung 55 zugeführt wird, wird das Ausgangssignal D_j der Ereignishalteschaltung 55 signifi kant. Dann hält die Ereignishalteschaltung 55 an, um den sig nifikanten Zustand des Ereigniserscheinungssignals D_j aus zugeben, sobald dieser signifikant geworden ist.

Daraufhin schaltet die Zeitpunkterzeugungsschaltung 83 das Schreibsignal WR signifikant, um (D₁, . . . , D₁₆) als Er eigniserscheinungsdaten B₁ (b_1,1, . . . , b_16,1) mit 16 Bit in der ersten Gate-Periode einzuschreiben. Daraufhin schaltet die Zeitpunkterzeugungsschaltung 83 das Löschsignal CL2 zeitweilig signifikant, um die Ereignishalteschaltungen 55 zurückzusetzen.

Nach Beendigung des voranstehend geschilderten Vorgangs von der Schaltung des Gate-Signals GT auf signifikant bis zum Rücksetzen der Ereignishalteschaltungen 55 wird die Operation der erneuten Änderung des Gate-Signals GT auf signifikant bis zum Rücksetzen der Ereignishalteschaltungen 55 vom zweiten bis zum M-ten Mal wiederholt, wodurch Ereigniserscheinungs information B_m (b_j,m) in dem Pufferspeicher aufgezeichnet wird.

Dann schaltet die Meßsteuereinheit 726 das Aktivierungsbe fehlssignal GA auf signifikant, um die Bestimmungseinheit 727 zu aktivieren. Die so aktivierte Bestimmungseinheit 727 empfängt die in dem Kollektor 350 aufgezeichneten Ereignis erscheinungsdaten, und bestimmt den Mittelwert der Anzahl der Erscheinungen von Photoelektronen in der Gate-Periode für jede Zone 123 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche, auf der Grundlage der so empfangenen Ereigniserscheinungs daten, wodurch die Intensität des Meßobjektlichts erhalten wird, ähnlich wie bei der Ausführungsform 7.

(Ausführungsform 9)

Fig. 26 zeigt schematisch die Ausführungsform 8 der Licht meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vor richtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterschei det sich von der Ausführungsform 6 in der Hinsicht, daß sie einen Photodetektorabschnitt 150 verwendet, der Photodetek toren 130₁-130₁₆ enthält, statt des Photodetektors 120 bei der Ausführungsform 6, und daß sie darüber hinaus ein Linsenfeld 450 aufweist, in welchem Linsen 450₁ bis 450₁₆, die ein optisches Unterteilungssystem bilden, das zwischen dem optischen System 420 und einer Lichtempfangsoberfläche des Photodetektorabschnitts 150 vorgesehen ist, entsprechend den Photodetektoren 130₁ bis 130₁₆ vorgesehen sind.

Der Photodetektorabschnitt weist auf: (i) Photodetektoren 130₁ bis 130₁₆, und (ii) eine Hochspannungsversorgung 129 zum Anlegen einer Hochspannung an die Photodetektoren 130₁ bis 130₁₆.

Jeder Photodetektor 130 _j weist eine photoelektrische Wand leroberfläche 133 auf, um Photoelektronen in, einer Anzahl entsprechend der Intensität einfallenden Lichts auszusenden, einen Elektronenmultiplierabschnitt 134 zur Vervielfachung der Photoelektronen, um zahlreiche Sekundärelektronen zu er zeugen, und eine Anodenelektrode 135 für den Empfang der Se kundärelektronen, um ein Stromimpulssignal I_j auszugeben, wobei diese Teile in einem Vakuumbehälter 131 angeordnet sind, der mit einem Eintrittsfenster 132 zum Durchlassen des Meß objektlichts versehen ist.

Bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform gelangt das Meßobjektlicht von dem Meßobjekt 910 nacheinander durch das Spektroskop 410, das optische System 420, und Linsen 450 _j und tritt in die Photodetektoren 130 _j ein. Dann geben die Photodetektoren 130 _j. Stromimpulssignale I_j aus, und die Stromimpulssignale I_j werden dem Kollektor 350 zugeführt.

Daraufhin arbeitet die Vorrichtung auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform 6, so daß in dem Kollektor 350 aufge zeichnete Ereigniserscheinungsdaten der Bestimmungseinheit zugeführt werden, welche den Mittelwert der Photoelektronen erscheinungsanzahl in der Gate-Periode für jede Zone 123 _j der photoelektrischen Wandleroberfläche bestimmt, auf der Grundlage der so empfangenen Ereigniserscheinungsdaten, wo durch die Intensität des Meßobjektlichts erhalten wird.

Aus der voranstehenden Beschreibung der Erfindung wird deut lich, daß sich die Erfindung auf verschiedene Arten und Wei sen abändern läßt. Derartige Abänderungen werden nicht als Abkehr vom Wesen und Umfang der Erfindung angesehen, und alle derartigen Abänderungen, die für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sind, sollen vom Umfang der beigefüg ten Patentansprüche erfaßt sein.

Die grundlegenden japanischen Anmeldungen mit der Nr. 330482/1995, die am 19. Dezember 1995 eingereicht wurde, und der Nr. 251787/1996, die am 24. September 1996 eingereicht wurde, werden in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme einge schlossen.

Claims

1. Lichtmeßvorrichtung, welche aufweist:
eine Photodetektorvorrichtung, die mit einer photoelek trischen Wandleroberfläche versehen ist, um Photoelektro nen in einer Anzahl entsprechend einer Photodetektoran zahlverteilung in Abhängigkeit von der Anzahl an Photonen einfallenden Lichts auszugeben, und mehrere Elektronen multiplierabschnitte, die entsprechend mehreren Zonen der photoelektrischen Wandleroberfläche vorgesehen sind, wo bei der Elektronenmultiplierabschnitt Photoelektronen ver vielfacht, die von einer zugeordneten Zone der photoelek trischen Wandleroberfläche ausgegeben werden, um ein Stromsignal bezüglich der zugeordneten Zone auszugeben;
eine Sammelvorrichtung zum Sammeln von Photoelektronen erscheinungsereignissen in den jeweiligen Zonen der photo elektrischen Wandleroberfläche in einer Gate-Periode, auf der Grundlage von Stromsignalen, die von den jeweiligen Elektronenmultiplierabschnitten ausgegeben werden; und
eine Bestimmungsvorrichtung zur Bestimmung einer Verteilung der Anzahl an Photoelektronen, die beim Einfall von Meßobjektlicht in jede Zone der photoelektrischen Wandler oberfläche in der Gate-Periode ausgesandt werden, auf der Grundlage von Sammelergebnissen der Ereignissammelvorrich tung, wodurch die Intensität des Meßobjektlichts erhalten wird.

2. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Photodetektorvorrichtung einen Photodetektor aufweist;
und der Photodetektor aufweist:
eine photoelektrische Wandleroberfläche zum Aussenden von Photoelektronen in einer Anzahl entsprechend einer Photo nenanzahlverteilung einfallenden Lichts in jeder von meh reren Zonen;
mehrere Elektronenmultiplierabschnitte, die jeweils Photo elektronen vervielfachen, die von einer zugeordneten Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche ausgegeben werden, um ein Stromsignal bezüglich der zugeordneten Zone auszu geben; und
einen Vakuumbehälter, der mit einem durchlässigen Fenster versehen ist, um das einfallende Licht durchzulassen, und in sich die photoelektrische Wandleroberfläche und die Elektronenmultiplierabschnitte einzuschließen.

3. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Sammelvorrichtung aufweist:
eine Integrationsvorrichtung, die für jede der Elektronen multiplierabschnitte vorgesehen ist, wobei jede Integra tionsvorrichtung das Stromsignal integriert, welches von jedem Elektronenmultiplierabschnitt ausgegeben wird, um das Stromsignal in ein Spannungssignal umzuwandeln, und das Spannungssignal als Impulshöhenwert eines Ereignisses auszugeben; und
eine erste Erzeugungsvorrichtung zum Sammeln von Impuls höhenwerten für jedes Ereignis bezüglich jedes Elektronen multiplierabschnitts, und zur Erzeugung von Impulshöhen verteilungen (N_j(h); h sind Impulshöhenwerte) der Anzahl an Ereignissen gegen den Impulshöhenwert; und
wobei die Bestimmungsvorrichtung aufweist:
eine zweite Erzeugungsvorrichtung zur Erzeugung einer Im pulshöhenverteilung einzelner Photoelektronenereignisse (p_1,j(h)), auf der Grundlage der Impulshöhenverteilung (N_1,j(h)), die von der ersten Erzeugungsvorrichtung er zeugt wird, für jeden Elektronenmultiplierabschnitt im Falle der Einstellung einer Sammelbetriebsart für einzelne Photoelektronenereignisse, in denen jeweils die Anzahl an Photoelektronen, die in der Photodetektorvorrichtung aus gesandt werden, im wesentlichen höchstens gleich 1 ist;
eine dritte Erzeugungsvorrichtung zum rekursiven Berechnen nachstehend definierter Werte, für jeden Elektronenmulti plierabschnitt, auf der Grundlage der Impulshöhenvertei lung einzelner Photoelektronenereignisse (p_1,j(h)), wodurch Impulshöhenverteilungen von k Photoelektronener eignissen (p_k,j(h)) erzeugt werden, in denen jeweils die Anzahl an Photoelektronen, die von der Photodetektorvor richtung ausgesandt werden, gleich k ist (2 k k_MAX), für jede Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche; und
eine Photoelektronenanzahlverteilungsbestimmungsvorrich tung, zur Bestimmung der Photoelektronenanzahlverteilung in einem Fall, in welchem das Meßobjektlicht auf die Pho todetektorvorrichtung einfällt, auf der Grundlage von Impulshöhenverteilungen (N_j(h)), die von der ersten Erzeugungsvorrichtung erzeugt werden, wenn das Meßobjekt licht auf die Photodetektorvorrichtung im Falle der Ein stellung einer normalen Meßbetriebsart einfällt, wobei die Impulshöhenverteilungen einzelner Photoelektronener eignisse (p_1,j(h)) bereits erhalten wurden, und die Im pulshöhenverteilungen (p_k,j(h)) von k Photoelektronen ereignissen bereits erhalten wurden, wodurch die Intensi tät des Meßobjektlichts erhalten wird.

4. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß jeder der Elektronenmultiplierabschnitte der Photodetektorvorrichtung eine Avalanche-Photodiode auf weist, bei welcher zwischen deren Anode und deren Kathode eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung angelegt ist, und bei welcher ein Abschnitt gegenüberliegend der photoelek trischen Wandleroberfläche auf ein höheres Potential ge setzt ist als das Potential der photoelektrischen Wandler oberfläche, zur Avalanche-Vervielfältigung von Elektronen- Lochpaaren, die beim Einfall der Photoelektronen erzeugt werden, und zur Ausgabe des Stromsignals entsprechend der Anzahl an Elektronen-Lochpaaren, welche so durch den Ava lanche-Effekt vervielfacht werden.

5. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die erste Erzeugungsvorrichtung aufweist:
einen Analog/Digital-Wandler zum Empfangen des Spannungs signals bei jedem Ereignis, zur Umwandlung des Spannungs signals in einen Digitalwert, und zur Ausgabe des Digital signals als Impulshöhenwert; und
eine Ereigniszählvorrichtung zum Zählen und Speichern ei ner Anzahl auftretender Ereignisse, für jeden von dem Ana log/Digital-Wandler ausgegebenen Digitalwert, und
wobei die dritte Erzeugungsvorrichtung nachstehend defi nierte Werte berechnet, um Impulshöhenverteilungen einzel ner Photoelektronenereignisse (p_k,j(h)) zu erhalten,

6. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Bestimmungsvorrichtung die Photoelektronen anzahlverteilung durch das maximum-likelihood-Verfahren bestimmt.

7. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß die Bestimmungsvorrichtung die Photoelektronen anzahlverteilung unter der Annahme bestimmt, daß die Pho toelektronenanzahlverteilung eine Poisson-Verteilung ist.

8. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß eine Lichtabschwächungsvorrichtung vorgesehen ist, um die Lichtmenge zu verringern, die auf die Photo detektorvorrichtung einfällt, in Reaktion auf den Fall der Einstellung einzelner Photoelektronenereignisse in der Sammelbetriebsart.

9. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die Lichtabschwächungsvorrichtung ein Lichtab schwächungsfilter aufweist, um die Intensität des einfal lenden Lichts zu verringern, und das Licht zur Photodetek torvorrichtung hin auszugeben.

10. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin vorgesehen sind:
eine gepulste Lichtquelle zur Ausgabe von gepulstem Licht zur Bestrahlung eines Meßobjekts, und zur Ausgabe eines Erzeugungszeitpunktsignals bezüglich des gepulsten Lichts;
eine Betriebszeitpunktsignalerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Integrationsbefehlssignals und eines Sammelbefehlssignals aus dem Erzeugungszeitpunktsignal des gepulsten Lichts, und zum Senden des Integrations befehlssignals an die Integrationsvorrichtung sowie des Sammelbefehlssignals an die erste Erzeugungsvorrichtung; und
ein Zähler zum Zählen der Anzahl an Erzeugungszeiten des gepulsten Lichts aus dem Erzeugungszeitpunktsignal des gepulsten Lichts.

11. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin eine Lichtabschwächungsvorrichtung zur Verringerung der Menge an Licht vorgesehen ist, welches auf die Photodetektorvorrichtung einfällt, im Falle der Einstellung einzelner Photoelektronenereignisse in der Sammelbetriebsart.

12. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Lichtabschwächungsvorrichtung ein Lichtab schwächungsfilter aufweist, um das Meßobjektlicht von einem Meßobjekt zu empfangen, die Intensität des Lichts zu verringern, und das Licht in Richtung auf die Photo detektorvorrichtung auszugeben.

13. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß die Lichtabschwächungsvorrichtung ein Lichtab schwächungsfilter zum Empfang des gepulsten Lichts auf weist, welches von der gepulsten Lichtquelle ausgegeben wird, zur Verringerung der Intensität des Lichts, und zur Ausgabe des Lichts in Richtung auf das Meßobjekt.

14. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin eine Meßsteuervorrichtung vorgesehen ist, um einen Befehl zur Aktivierung der zweiten Erzeu gungsvorrichtung im Falle der Einstellung einzelner Photoelektronenereignisse in der Sammelbetriebsart aus zugeben, und einen Befehl zur Aktivierung der Photoelek tronenanzahlverteilungsbestimmungsvorrichtung im Falle der Einstellung der normalen Meßbetriebsart auszugeben.

15. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die Meßsteuervorrichtung ein Integrationsbefehls signal an die Integrationsvorrichtung sendet, und ein Sammelbefehlssignal an die erste Erzeugungsvorrichtung sendet.

16. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin eine Lichtabschwächungsvorrichtung zur Verringerung der auf die Photodetektorvorrichtung einfal lenden Lichtmenge für einen Fall vorgesehen ist, in wel chem ein Befehlssignal für ein einziges Photoelektronen ereignis signifikant geschaltet wird, um die Einstellung einzelner Photoelektronenereignisse in der Sammelbetriebs art durchzuführen, wobei die Meßsteuervorrichtung das Befehlssignal für einzelne Photoelektronenereignisse aus gibt.

17. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich net, daß die Lichtabschwächungsvorrichtung aufweist:
ein Lichtabschwächungsfilter zur Verringerung der Intensi tät des auf es einfallenden Lichts, und zur Ausgabe des Lichts in Richtung auf die Photodetektorvorrichtung; und
eine Trägervorrichtung zum Anordnen des Lichtabschwächungs filters an einem Ort, an welchem das Licht zum Eintritt in die Photodetektorvorrichtung vorbeikommt, wenn das Be fehlssignal für einzelne Photoelektronenereignisse signi fikant ist, und zum Anordnen des Lichtabschwächungsfilters an einem Ort, an welchen das Licht zum Eintritt in die Photodetektorvorrichtung nicht vorbeikommt, wenn das Be fehlssignal für einzelne Photoelektronenereignisse in signifikant ist.

18. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin vorgesehen sind:
eine gepulste Lichtquelle zur Ausgabe gepulsten Lichts zum Bestrahlen eines Meßobjekts, und zur Ausgabe eines Erzeugungszeitpunktsignals des gepulsten Lichts;
eine Betriebszeitpunktsignalerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung des Integrationsbefehlssignals und des Sammel befehlssignals aus dem Erzeugungszeitpunktsignal des ge pulsten Lichts, und zum Senden des Integrationsbefehls signals an die Integrationsvorrichtung sowie des Sammel befehlssignals an die erste Erzeugungsvorrichtung;
ein Zähler zum Zählen der Anzahl an Erzeugungszeitpunk ten des gepulsten Lichts aus dem Erzeugungszeitpunktsig nal des gepulsten Lichts; und
eine Lichtabschwächungsvorrichtung zur Verringerung der Menge an Licht, die auf die Photodetektorvorrichtung ein fällt, in einem Fall, in welchem ein Befehlssignal für einzelne Photoelektronenereignisse signifikant ist, um in der Sammelbetriebsart einzelne Photoelektronenereig nisse einzustellen;
wobei die Meßsteuervorrichtung das Befehlssignal für ein zelne Photoelektronenereignisse ausgibt.

19. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich net, daß die Lichtabschwächungsvorrichtung aufweist:
ein Lichtabschwächungsfilter zum Empfangen des Meßobjekt lichts von dem Meßobjekt, zur Abschwächung der Intensität des Lichts, und zur Ausgabe des Lichts in Richtung auf die Photodetektorvorrichtung; und
eine Trägervorrichtung zum Anordnen des Lichtabschwächungs filters an einem Ort, an welchem das Licht zum Eintritt in die Photodetektorvorrichtung vorbeikommt, wenn das Befehlssignal für einzelne Photoelektronenereignisse sig nifikant ist, und zum Anordnen des Lichtabschwächungsfil ters an einem Ort, an welchem das Licht zum Eintritt in die Photodetektorvorrichtung nicht vorbeikommt, wenn das Befehlssignal für einzelne Photoelektronenereignisse in signifikant ist.

20. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich net, daß die Lichtabschwächungsvorrichtung aufweist:
ein Lichtabschwächungsfilter zum Empfangen des von der gepulsten Lichtquelle ausgegebenen, gepulsten Lichts, zur Verringerung der Intensität des Lichts, und zur Ausgabe des Lichts in Richtung auf das Meßobjekt; und
eine Trägervorrichtung zum Anordnen des Lichtabschwächungs filters an einem Ort, an welchem das von der gepulsten Lichtquelle ausgegebenen Licht vorbeikommt, wenn das Be fehlssignal für einzelne Photoelektronenereignisse sig nifikant ist, und zum Anordnen des Lichtabschwächungs filters an einem Ort, an welchem das von der gepulsten Lichtquelle ausgegebenen Licht nicht vorbeikommt, wenn das Befehlssignal für einzelne Photoelektronenereignisse insignifikant ist.

21. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin ein optisches System vorgesehen ist, auf welches das Meßobjektlicht einfällt, und welches das einfallende Meßobjektlicht auf eine vorbestimmt Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche einfallen läßt.

22. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Sammelvorrichtung aufweist:
einen Diskriminator zum Empfangen eines Stromsignals, welches von jedem Elektronenmultiplierabschnitt entspre chend jedem Elektronenmultiplierabschnitt ausgegeben wird, und zur Ausgabe eines Diskriminatorsignals des Auftretens von Photoelektronen, wenn ein Stromwert zu mindest gleich einem vorbestimmten Wert ist, in der Gate- Periode; und
eine Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen des Auf tretens eines Ereignisses für jede Zone der photoelek trischen Wandleroberfläche, wobei als ein Ereignis ein Fall angesehen wird, in welchem das Diskriminatorsignal einmal oder mehrfach innerhalb der Gate-Periode signifi kant wird; und
wobei die Bestimmungsvorrichtung einen Mittelwert der Photoelektronen bestimmt, die von jeder Zone der photo elektrischen Wandleroberfläche in der Gate-Periode aus gesandt werden, auf der Grundlage von Information bezüg lich des Auftretens von Ereignissen, die in der Aufzeich nungsvorrichtung aufgezeichnet ist, wodurch die Intensi tät des Meßobjektlichts erhalten wird.

23. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, daß die Bestimmungsvorrichtung den Mittelwert durch das maximum-likelihood-Verfahren bestimmt.

24. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, daß die Bestimmungsvorrichtung den Mittelwert unter der Annahme bestimmt, daß die Verteilung der Anzahl an Photoelektronen, die von jeder Zone der photoelektrischen Wandleroberfläche ausgesandt werden, eine Poisson-Vertei lung ist.

25. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin ein Meßsteuerabschnitt vorgesehen ist, um ein Gate-Signal auszugeben, welches die Gate-Periode festlegt, und zur Ausgabe eines Befehls zur Aktivierung der Bestimmungsvorrichtung.

26. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin vorgesehen sind:
eine gepulste Lichtquelle zur Ausgabe von gepulstem Licht zum Bestrahlen des Meßobjekts, sowie eines Erzeugungszeit punktsignals des gepulsten Lichts;
eine Betriebszeitpunktsignalerzeugungsvorrichtung zur Aus gabe eines Gate-Signals, welches die Gate-Periode fest legt, aus dem Erzeugungszeitpunktsignal für das gepulste Licht;
ein Zähler zum Zählen der Anzahl an Erzeugungszeitpunkten des gepulsten Lichts aus dem Erzeugungszeitpunktsignal für das gepulste Licht; und
ein Meßsteuerabschnitt zur Ausgabe eines Befehls zum Akti vieren der Bestimmungsvorrichtung.

27. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin ein optisches Homogenisierungssystem vorgesehen ist, um die Intensitätsverteilung auf der pho toelektrischen Wandleroberfläche zu homogenisieren, und zwar die Verteilung des dort einfallenden Meßobjektlichts.

28. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, daß weiterhin ein optisches Unterteilungssystem vor gesehen ist, um das Meßobjektlicht zu empfangen, das Meß objektlicht aufzuteilen, und das jeweils aufgeteilte Licht auf eine entsprechende Zone der photoelektrischen Wandler oberfläche einfallen zu lassen.

29. Lichtmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß auf sie einfallendes Licht aufgetrennt wird, und Licht mit einer ausgewählten Wellenlänge in Richtung auf die Photodetektorvorrichtung ausgegeben wird.