[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2001504265A - Multi-pole time-to-digital converter - Google Patents

Multi-pole time-to-digital converter

Info

Publication number
JP2001504265A
JP2001504265A JP52283798A JP52283798A JP2001504265A JP 2001504265 A JP2001504265 A JP 2001504265A JP 52283798 A JP52283798 A JP 52283798A JP 52283798 A JP52283798 A JP 52283798A JP 2001504265 A JP2001504265 A JP 2001504265A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tdc
memory
time
electrical signals
tdc converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
JP52283798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ロックウッド,アラン
デービス,ラリー,ジェイ.
Original Assignee
センサー コーポレイション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/751,509 external-priority patent/US5777326A/en
Priority claimed from US08/814,898 external-priority patent/US6163032A/en
Priority claimed from US08/818,376 external-priority patent/US6316768B1/en
Application filed by センサー コーポレイション filed Critical センサー コーポレイション
Publication of JP2001504265A publication Critical patent/JP2001504265A/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04FTIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F10/00Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means
    • G04F10/005Time-to-digital converters [TDC]
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04FTIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F10/00Apparatus for measuring unknown time intervals by electric means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/025Detectors specially adapted to particle spectrometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

(57)【要約】 データ取得の動的範囲を拡張する装置(82)。複数の陽極検波器(80)とマイクロチャネルプレート(83)を使用し、時間−デジタル変換装置(82)の動的範囲を拡張する。複数の陽極(80)は信号の特性を判別するが、この場合、通常であれば大信号に発生する歪みもなく、また、通常であれば小信号に発生する雑音で検出不能になることもない。多極検出装置(80)からのデータは、選択可能時間枠(100、102)間に合計でき、複数ビットワードを作成できる。 (57) [Summary] A device (82) for extending the dynamic range of data acquisition. Use multiple anode detectors (80) and microchannel plates (83) to extend the dynamic range of the time-to-digital converter (82). The plurality of anodes (80) determine the characteristics of the signal. In this case, there is no distortion that would normally occur in a large signal, and the detection would not be possible due to noise that would normally occur in a small signal. Absent. Data from the multi-pole detector (80) can be summed over the selectable time frames (100, 102) to create a multi-bit word.

Description

【発明の詳細な説明】 多極の時間−デジタル変換装置 発明の背景 1. 技術分野 本発明は、マイクロチャネルプレートまたはパルスベース検出器から過渡デー タを取得するシステムおよび方法に関する。特に、本発明は時間分解能が高く、 低雑音で、動的範囲が広く、信号平均化特性が改良された飛行時間質量分析デー タを検出し、記録し、表示するシステムおよび方法を提供する。 2. 技術水準 本発明を説明するため、飛行時間(TOF)質量分析を、電気的に記録された 質量スペクトルから化学的に認識可能な形式への変換、として定義する。好まし くは、結果として得られるデータには、質量スペクトル信号の2つのパラメータ に関する分析が含まれる。最初のパラメータは時間に関するスペクトルピークの 位置で、2番目はピークの大きさと強さである。最初のパラメータは各ピークを 引き起こすイオンの質量を表している。第2のパラメータは、高解像度走査に関 する最大値でのピーク高さまたはピーク域により確実に示されるように確立され ていて、標本に含まれる特定の種類のイオン電流の割合を表している。 以下に、質量分析計の背景を詳細に説明するが、この説明はイオンの代わりに 光子を検出する光学システムにも適用できる点に注意しておくことが重要である 。また、本発明は後述するように、光子検出器の改良を行うこともできる。イオ ンと光子は両方とも分子と呼ばれ、本発明は分子のストリームの検出に関する。 図1Aは情報を表す出力を示したもので、当業者には過渡デジタイザとして知 られる電子データ取得装置により取り込み表示したものである。表示されている 波形10は、過渡デジタイザの2つの利点を直接表している。第1に、波形10 には概算値が表示され、検出されるピーク値の各強度12、14、16を、Y軸 「相対強度」とX軸「時間」により示されるように、分かりやすく表示している 。 2番目に、波形10の全体が、メモリーから取り出された完全な波形として表示 される。過渡デジタイザの特性の1つは、動的範囲が優れている点である。当業 者に知られているように、動的範囲とは、検出器に対する物質または分子の衝撃 を検出するためのデータ取得装置の能力を指す。具体的には、大信号の場合に通 常発生する信号の歪みもなく小信号の場合は雑音により信号が検出不能になるこ ともない状態で、大信号と小信号の両方を取得(検出)する能力である。 図1Aのグラフを生成可能な過渡デジタイザの構造を、図3Aに示す。過渡デ ジタイザは、実際には、単一の陽極検波器22に関連する電子部品として、24 に示される。このようにデジタイザ24は飛行時間型質量分析計(波形レコーダ とも呼ばれる)と電気的に連結していて、通常は20に示される。飛行時間型質 量分析計20は、通常は、断面図に示されるように、外部真空筐体30を有する 室と内部飛行管32とで構成される。図3Aは、内部飛行管32を長さ方向に示 したものである。しかし、内部飛行管32の断面図は、飛行時間質量分析の当業 者で知られているように、円形、四角形、または他の適当な管の形状でも構わな い。入力ポート34により、分子(イオン)は飛行管32に注入され、飛行管3 2の長さ方向の下方に向け加速される。これは、パルサ36(別名パルス反射電 極プレート)と、イオンが移動できるように真空筐体30内の経路31を定義す るために配列した一連のフィールド定義電極38とを組み合わせることで行われ る。分子は、マイクロチャネルプレート26および単一の陽極検波器22の方向 に、飛行管32内で加速される。マイクロチャネルプレート26に衝突する分子 は、単一の陽極検波器22で電気パルスとして検出される。これにより単一の陽 極検波器22は電気信号を生成し、この電気信号が単一の陽極検波器22に関連 する過渡デジタイザ24により処理される。 マイクロチャネルプレート26を、図3Bで詳細に示す。マイクロチャネルプ レート26は実際は電子倍率器(チャネル27と呼ばれる)の配列で、お互いに 平行である。チャネル27のマトリックスは、通常、鉛ガラスで作られ、各チャ ネル27の2次放出特性を最適化し、電荷補給が行われるようにチャネル27の 壁が半導体性を帯びるように処理される。したがって、各チャネル27は、自分 自身のダイノード抵抗チェーンの機能を果たす連続ダイノード構造と見なすこと ができる。各チャネル27に対する平行電気接続は、前面および後面にメタルコ ーティングを施すことで行われ(通常NichromeまたはIconelと呼 ばれる)、これが入力電極および出力電極となる。 チャネル27を1つ取り上げ、図3Cで切開図を詳細に示してある。主放射体 (この場合はイオン8)は、内部チャネル壁27に衝突する。この壁は、単一チ ャネル27により生成される大部分の電子6の触媒である。 最後に、図3Dにマイクロチャネルプレート26と陽極検波器22との関係を 示す。この図は、マイクロチャネルプレート26に衝突するイオン8が、単一の 陽極検波器22により検出される電子6を生成する様子を明示的に示したもので ある。 図3Aでは、信号情報は電子部品24により陽極検波器22で受け取られると 、デジタル化される。デジタル化は比較的高速で行われ、通常は1または2ナノ 秒台である。これが、過渡デジタイザ24が「高速デジタイザ」とも呼ばれる理 由である。単一チャネル(陽極検波器22)の側面を持っているにもかかわらず 、過渡デジタイザ24の主な利点は陽極検波器22の複数のイオンヒットを処理 できることである。その結果、動的範囲はかなり大きくなる。通常、この範囲は 8ビットで表せる28=256ステップ刻みが可能である。 本発明の利点を理解する場合、先行技術の過渡デジタイザ24の時間分解能が 低い例を最初に調べておくことが役立つ。2つのイオンがマイクロチャネルプレ ート26をヒットし、図3Aに示す質量分析計20の単一の陽極検波器22によ り検出されたものとする。図1Bは、時間的に非常に近いこれら2つのヒット1 7を示したものである。先行技術の過渡デジタイザ24の不利な点は、マイクロ チャネルプレートにおけるパルス拡張(broadening)および信号処理電子部品な どの理由で、これらの近接ヒットを区別しないことである。単一の陽極検波器2 2は単一の電気パルスしか発生せず、ヒットが1つである旨を間違って表示する 。言い換えると、過渡デジタイザ24の時間分解能は、検波器および関連電子部 品24が生成するパルス幅より悪い。したがって、デジタイザ24の特徴は、時 間分解能が並であることである。さらに、デジタイザ24のS/N比および信号 平均化特性も、通常当業者の理解では並である。検出限界値は、平均数の平方根 に 合わせて改善する。さらに、ベースライン雑音およびドリフト制限の影響も非常 に受けやすい。図1Aではベースライン雑音は小さく見えるが、波形10では妨 害18は明白である。 図2Aは、説明に使用するデータ獲得装置の2番目のタイプの図形出力を示し たものである。この装置は、業界では時間−デジタル変換装置と呼ばれている( 以下の説明ではTDCまたはTDC変換装置と呼ぶ)。TDCは、上記で説明し た過渡デジタイザに比べ長所も短所もある。しかし、最も重大な短所は、有用な 出力が、比較的長時間に渡り繰り返される測定信号に依存することである。これ は、TDCが信号平均を実行して、意味のある出力波形を生成できるようにする ためである。言い換えると、短期間(例えば、シングルショット)の動的範囲は 非常に限られている。しかし意外にも、長時間の信号平均処理だけでなく、信号 が比較的小さく反復信号で、TDCが多数のヒットを受け取る場合は、TDCの 動的範囲は過渡デジタイザに比較して全般的に優れている。 波形40は、比較的長時間に渡り処理された信号平均化の結果と見なす必要が ある。表示されたパルス間では波形40はスムーズである点に注意する必要があ る。これは、過渡デジタイザ24と異なり、本質的にベースライン雑音を受けな いからである。 TDCの最も顕著な特徴は、どの時点でパルスが発生するかを判別することで ある。この操作は、高速A/D変換装置の機能と類似している。加算を行わない TDCは、一連のパルス情報だけを提供する。しかし、この情報を信号平均算出 器で加算して、カウンタと同様に単位時間当りに発生するパルスの合計数を検出 するために使用すると、役立つ。過渡デジタイザ24の場合と同様に、イオンが マイクロチャネルプレート26と陽極22とに衝突するたびに、電気パルスが発 生する。 TDCの信号平均化機能をさらに正確に記述すると、本発明の利点をさらに理 解できるようになる。図2Bは、反復信号の1周期においてプレートおよび陽極 検波器が検出したヒットを図示したものである。このグラフから、相対時間位置 1で陽極により1つのヒットが検出され、時間位置3で2つのヒットが検出され たことが分かる。図2Cは、後続周期における同じ反復信号のグラフを示したも のである。周期1および2において、1つのヒットが示されている。最後に、図 2DはTDCの累積信号平均出力を示している。TDCは、周期3で発生した2 つのヒットを記録しない。後で詳細に説明するが、図2Eは本発明の典型的な実 施例の出力を示している。顕著に表れているのは、周期3における2つのヒット の表示で、これは先行技術のTDCでは表示できない。したがって、図2Eは本 発明の重要な利点の1つを示している。 TDCの時間分解能に影響を与える別の要因は、不動時間である。不動時間は TDCの不良シングルショット動的範囲における重要な要因で、通常は10ナノ 秒の範囲である。これは、TDCが複数の同時ヒットを処理できないからである 。したがって、図2B−Dに示されるように、同時またはそれに近いヒットは1 つのカウントして登録される。さらに、場合によっては、ほとんど同時のヒット は平均、つまり、2つの近接したヒットの中間時として記録されることがある。 シングルショット動的範囲は良くないが、TDCは過渡デジタイザ20に比べ 幾つかの利点がある。特に、TDCは雑音またはベースラインドリフトに対して 強い。TDCは実際にはS/N比が優れている。これは、イオンヒットを登録す るためにも1つのしきい値に到達しなければならないからである。また、過渡デ ジタイザ20に比べ、TDCの電子回路の作成は安価にできる。最も重要なこと は、TDCの信号平均化特性が優れていて、一定時間の検出限界の平方根に比例 して改善される。 TDCの電子回路のブロック図は過渡デジタイザと同じで、この図も3Aで図 示してある。図3Aは、飛行時間型質量分析計20で、イオンは注入ポート34 から注入される。注入ポート34に最も近い室30の終端にあるパルス反射電極 プレート36は、飛行管32の反対側の終端部の方向にイオンを加速させる。イ オンの動きは、フィールド定義電極38により操作される。次に、マイクロチャ ネルプレート26と単一の陽極検波器22を使用し、質量分析アプリケーション の(application)イオンの衝撃を検出する。イオンヒットは通常約100万の電 子を生成し、これらは、TDCにより検出される。TDCは陽極22に連結して いる電子部品24として示されている。電子部品24は、イオンヒットを示す電 気パルスに応答する。 他の分子衝撃検出回路は、一部のイメージシステムで使用されているような複 数の検出器を使用する。しかし、イメージシステムは位置情報を与えるようにだ け設計されているのに対し、本発明は対時間情報を与える。したがって、本発明 による多極イオン検出システムを構築すると、高速過渡信号のデータ取得が改善 される。 先行技術をさらに説明するため、および先行技術と本発明とを区別する別の例 として、図4および図5は両方ともブロック図の形式で、過渡デジタイザ、TD Cおよびイメージシステムの動作を示している。具体的には、図4は過渡デジタ イザまたはTDCにおけるイオンの飛行経路50を示している。イオンはマイク ロチャネルプレート26に衝突し、その衝撃により生成された電子は単一の陽極 検波器22へ送られ、電子部品24により情報が記録され処理される。図5は、 経路52および54により図示されている光子が関連する電子部品58により位 置に基づいて検出されるように、イメージシステムの検出器56が配列されてい ることを示している。 各データ取得装置に固有な長所と短所を考慮すると、各装置の最善の品質を組 み合わせて改良を加えることが有利であると思われる。特に、次のような飛行時 間データ取得装置が望まれる。つまり、動的範囲が広く、時間分解能が改善され ていて、低雑音で、過渡デジタイザまたは時間−デジタル変換装置より信号平均 化特性が優れていて、しかも、シングルショットスケール波形出力も得られるも のである。また、多極時間−デジタル変換装置を備えることで、不動時間の影響 を最小限に抑えるために複数ヒットを処理できるようになるのは有利である。 発明の目的および要約 本発明の目的は、動的範囲が大きなデータ取得方法および装置を提供すること である。 別の目的は、時間分解能が改善されたデータ取得方法および装置を提供するこ とである。 別の目的は、S/N比が優れたデータ取得方法および装置を提供することであ る。 別の目的は、信号平均化品質が優れたデータ取得方法および装置を提供するこ とである。 別の目的は、通常は同時イオン衝突またはヒットを処理できる多極イオン検出 システムを使用するデータ取得方法および装置を提供することである。 別の目的は、スケール波形出力を持つシングルショット動的範囲の時間−デジ タル変換装置を提供することである。ここで、スケール波形は、特定の時間にお いて複数の値を示すことができるTDC出力を表している。 本発明のこれらおよび他の目的によれば、本発明の利点は以下の説明および請 求の範囲からさらに明確になるか、または本発明を実施することで分かる。 本発明はデータ取得方法および装置を提供し、具体的な実施例では、飛行時間 質量分析を行う。多極検出器で構成されるシステムを使用し、TDCの動的範囲 を向上させる。複数の陽極を備えることで、ヒットを処理する個別陽極検波器の 不動時間においても、イオン衝突を継続して検出できる。多極システムから取得 したデータを処理し、その結果、各タイムフレームごとに、合計ヒット数を集計 してからデータにタイムスタンプを加えて複数ビットワードを作成することがで きるようになる。この方法は、マイクロチャネルプレートを使用した検出器など のパルスベース検出器から信号を取得する際に、過渡デジタイザのすべての利点 と時間−デジタル変換装置の利点とを実質的に組み合わせている。 本発明の一態様によれば、複数の陽極を飛行管の片方の端に備え、飛行管の別 の端のパルス生成装置/反射電極または電極により加速されたイオンを受け取る 。複数の陽極は、マイクロチャネルプレートから電気パルスを受け取るように配 列されていて各陽極が異なったしきい値検出器に連結されている限り、任意の幾 何学的形状に配列できる。一般的に、陽極は物理的にお互いに平行に配置する。 他の態様によれば、複数の陽極を備えることで、本発明のTDCは平行に機能 することができる。これにより、1つのヒットが1つの検出器により処理されて いる間に、他の陽極は活動状態で他のイオンヒットを受け取り処理することがで きる。 本発明の他の態様では、光子検出装置に複数の陽極を備える。このようにする ことで、蛍光崩壊速度の検出など、本発明を視覚データのデータ取得に使用する ことができる。したがって、「イオンヒット」と言う用語を使用する場合は、「 光子ヒット」を代わりに使用しても良い。 本発明の別の態様では、システムは不動時間に処理検出器に発生する複数イオ ンの結果生成されるコインシデンス損失を補償できる。経験的な研究と統計的な 分析を使用し、発明の1次動的範囲を補償し拡張する。 本発明のこれらおよび他の目的、特徴、利点および他の態様は、添付図面を参 照して次の詳細な説明によって、当業者は一層明確に理解できるであろう。 図面の簡単な説明 図1Aは、先行技術で知られている過渡デジタイザの出力からの典型的なシン グルショット波形を表す図である。 図1Bは、時間が比較的近接した2つのイオンヒットを示す図である。 図2Aは、先行技術で知られている時間−デジタル変換装置(TDC)に長時 間の信号平均化処理を施した後の出力の波形を表す図である。 図2Bは、反復信号の第1周期におけるイオンヒットの検出を示す図である。 図2Cは、反復信号の第2周期のイオンヒットの検出を示す図である。 図2Dは、先行技術のTDCによる図2Bおよび図2Cの信号平均化信号を示 す図である。 図2Eは、先行技術のTDCを本発明の典型的な実施例で置き換えた場合の図 2Bおよび図2Cの信号平均化信号を示す図である。 図3Aは、先行技術で使用されている過渡デジタイザまたはTDCにより表さ れる飛行時間型質量分析計および関連電子部品の関連要素を示すブロック図であ る。 図3Bは、図3Aのマイクロチャネルプレートの透視切開図である。 図3Cは、図3Bに示す単一マイクロチャネルの詳細を示す拡大透視切開図で ある。 図3Dは、マイクロチャネルプレートを単一の陽極検波器との関係で示す図で 、マイクロチャネルプレートにおけるイオン衝突が陽極検波器によりどのように 検出されるかの詳細を示す図である。 図4は、先行技術で使用されている単一の陽極検波器を示す機能ブロック図で ある。 図5は、先行技術で使用されている複数検出器を備えた位置検出器の機能ブロ ック図である。 図6は、本発明の多極TDCの選好実施例を表す機能ブロック図である。 図7は、データ取得装置の1次動的範囲を向上させるために本発明の原理によ り作成された多極TDCに連結した質量分析器のブロック図である。 図8は、図7の関連電子部品の構成要素を示すブロック図である。 図9Aは、本発明で使用されている検出器の好ましい配列を示す図である。 図9Bは、本発明で使用されている検出器の別の配列を示す図である。 図10は、本発明で使用されている検出器のさらに別の配列を示す図で、検出 器のサイズと検出される分子の衝撃域の関係を示す図である。 図11は、スケール処理は施していないが、先行技術のTDCにより達成され る動的範囲と比較した場合の本発明の拡張1次動的範囲を示す図である。 図12は、検出器をヒットし、所定の時間枠内で発生するヒットの合計数を表 す複数ビットワードを生成する分子を検出するための本発明による好ましい方法 を示すフローチャートである。 図13は、本発明の選好実施例において、図12の方法に対する追加ステップ を示す図である。 図14は、本発明の選好実施例において、図13の方法に対する追加ステップ を示す図である。 図15は、本発明の選好実施例において、図14の方法に対する追加ステップ を示す図である。 図16は、本発明の選好実施例において、図15の方法に対する追加ステップ を示す図である。 図17は、本発明の選好実施例において、図16の方法に対する追加ステップ を示す図である。 図18は、本発明の選好実施例において、図17の方法に対する追加ステップ を示す図である。 図19は、以下に示す本発明の選好実施例の回路を示す図である。 本発明の選好実施例の詳細な説明 以下で図面を参照する。これらの図面では、本発明の1選好実施例の各種要素 に番号が振られ、本発明の選好実施例を当業者が本発明を製造し使用できるよう に説明している。 本発明を、図6のブロック図で示す。図4および図5に示している先行技術と 本選好実施例との相違点の1つは、イオンヒットを検出できるように複数の陽極 60を時間―デジタル変換装置(または光子などの他の分子を検出するための他 の類似検出器)に備えたことは容易に理解できる。代表的なイオンを、イオン経 路62、64および66で表している。しかし、関連電子部品68は図4および 図5の配列と異なっている。この新しい構成が、選好実施例の概念を示している 。つまり、所定の時間枠で発生するすべてのイオンヒットを合計し、個別時間枠 70としてカプセル化している。また、イオン飛行経路62および64に示され ているように、単一時間枠に同じ陽極4(マイクロチャネルプレート26を介し )に対する複数のイオンヒットが含まれることもある。このイオンヒット記録は 、本発明の重要な利点の1つである。これは、過渡デジタイザとTDCの多くの 利点を、下記で説明するように、単一のデータ取得システムに都合よく組み合わ せることができるからである。 図6のブロック図と共に、本選好実施例で本発明を可能にしている装置を図7 に示す。図3Aに示されている装置と図7で示されている選好実施例との最も顕 著な相違点の1つは、単一の陽極検波器22の代わりに複数の陽極80が使用さ れている点である。複数の陽極80を備えることで、ヒットを処理していて次の ヒットを検出できないでいる個別陽極検波器80の不動時間に、システムはイオ ン衝突の検出を継続できる。複数の陽極80からのデータは関連電子部品82に より処理され、その結果、各時間枠で、ヒットの合計数を集計してからタイムス タンプ(または時間に対し情報をグループ化する別の方法)をデータに対応付け 、1時間周期におけるすべてのイオン衝突を表す合計である複数ビットワードを 作成することができるようになる。 図8は、関連電子部品82(図7も参照)の選好例の機能図を示していて、こ こでは、複数のしきい値検出回路84が複数の陽極80と関連付けられている。 この選好実施例では、各陽極80ごとに別々のしきい値検出器回路84が用意さ れている。しきい値検出器回路84はしきい値検出器手段の1選好例に過ぎず、 この回路を用意しない場合に陽極80に対し実際には発生しないイオンヒットを 示す可能性がある電気雑音を除去するように設計されている。したがって、しき い値検出器回路84は、衝撃イオンにより十分な大量の電気衝撃が発生した場合 だけ、イオンヒットが発生したことを示すように設定する。したがって、イオン ヒットにより生成される電子のパルスは個別の陽極80のそれぞれのサイズに比 べ、直径が大きいものと予想される。イオンのエネルギーが複数の陽極80に拡 散されるようなイオン衝撃のオーバーラップが発生すると、単一の陽極80だけ を区別してその陽極に衝撃を登録(register)できるようにする。 先行技術と本発明の重要な相違点の1つは、選好実施例では1つの複数のビッ トワードを作成するために、時間枠内でイオン衝突の合計を求めるようになった 点である。複数ビットワードは、各時間周期、スライスまたは枠で発生する全ヒ ットの要約を表している。さらに有利なことには、後で説明する本発明の別の態 様による動的範囲修正技法を使用し、この複数陽極TDCの動的範囲をさらに拡 大できる。 複数の陽極80からデータを取り出すことができるTDC82は、検出された ヒットの合計数を表す複数ビットワードを提供する。これは、パルスカウンタ8 6と合計レジスタ、つまり、第1メモリーレジスタ88を組み込むことで行われ る。選好実施例のパルス検出器86は、当業者にはシングルショット検出器とし て知られている。さらに、第1メモリーレジスタ88はメモリーレジスタまたは メモリーバッファで、2分木として編成されている。この2分木は格納されてい る値を簡単に変更できるので、検出されたすべてのイオンヒットの合計を表す出 力を生成することができる。 パルスカウンタ86の機能は、合計レジスタ88が追加イオンヒットとして解 釈したパルスを送ることである。この追加イオンヒットは、業界で周知の幾つか の方法にいずれかを使用して格納値に加算される。しかし、この第1メモリーレ ジスタ88は、現時間枠に受け取られた現電気パルス数を格納するためにだけ使 用される。TDC変換装置内のクロック(図8には表れない)で決められている 時間枠が終了すると、第1メモリーレジスタ88に格納されている値は、次の3 種類のいずれかの方法で処理される。1)第2メモリーレジスタつまり合計レジ スタ90へ送られる。このレジスタは、それまでの複数の時間枠で検出されたパ ルスの単一加算累計値をメモリーに保存する。2)単一の複数ビットワード92 を出力として生成するために使用される。3)大メモリー96へ直接送られる。 この機能については後で説明する。複数ビットワード92が第2メモリーレジス タ90またはメモリー96へ格納された場合、タイムスタンプは、図2Eで示し た波形のようなシングルショット出力波形を作成するために、通常はデータに関 連付けられる。タイムスタンプは、パルスカウントの合計が他のすべてのパルス カウントの合計との関係で、どの時点で記録されたかを定義するものである。 説明を続ける前に、タイムスタンプは、データの順次呼出しを可能にするデー タ格納方法の一方法に過ぎないことを説明する。例えば、リンクされたリスト、 メモリースタック、配列またはデータ格納に使用する他のメモリー装置あるいは 方法を使用することができる。メモリー装置における位置の性質により、これら の装置でも他のデータとの時間的な関係を示す位置を定義することができる。つ まり、データ記録時間はデータがメモリーに保管された順序により暗示的に示さ れる。したがって、相対的な時間位置が要求されるすべてであれば、データが作 成された順序に合わせてデータを呼び出すことができるようにデータを格納すれ ば十分である。このように格納しておけば、データが格納された時間を表す時間 単位で増加する時間スケールをオーバーレイ(overlay)するために、データを再 び呼び出すことができる。 メモリー96とメモリーレジスタ88および90の説明を続けると、第2メモ リーレジスタ90も単一加算合計を累積することができる。この合計は、第1メ モリーレジスタ88が生成する少なくとも2つの複数ビットワードの合計である 。タイムスタンプを使用する場合は、タイムスタンプは第2メモリーレジスタ9 0の値と関連付けられたままになる。この関連付けは、選好実施例でタイムスタ ンプをメモリー96に渡して値を単一出力94として再び呼び出すかまたは渡す ま で続く。 第1および第2メモリーレジスタ88および90と異なり、メモリー96はよ り大きな動的メモリースペースで、第1または第2メモリーレジスタ88および 90のいずれかが生成した複数の複数ビットワードを格納できる。メモリー96 は、メモリーを順次に呼び出すことができるような、任意のメモリー格納装置で ある。これは、データを順次に記憶しなければならないことではなく、記憶され たデータと関連付けられているタイムスタンプに従って、記憶された順序でデー タを呼び出すことができることを意味する。データを記憶した順序で再び呼び出 すことは、その再呼出しがデータの記憶順序をベースにしていることを暗黙の内 に示している場合がある。例えば、当業者が理解している配列またはリンクリス トを作成するために、メモリー96を使用することができる。しかし、ランダム アクセスメモリーを使用し、記憶された順序でデータを再び呼び出すこともでき る。当業者は、メモリー96がランダムアクセスであれば、第1メモリーレジス タ88および第2メモリーレジスタ90がメモリー96内の特定のメモリーアド レスが可能であることも分かる。 データを格納した順序で再び呼び出すことは重要である。これは、この時間編 成データを表示装置上等へ、出力として作成することが可能であるからである。 したがって、メモリー96に格納されているデータは、図2Eに示してあるシン グルショット波形を生成するために出力98で再呼出しされる内容であることは 明らかである。それにもかかわらず、順次再呼出しを各種装置および各種方法を 使用して様々な方法で行うことができること、およびこの例が本発明を制限しな いことを理解することは重要である。 暗黙の内に示されている別の考えは、メモリー96はランダムアクセスメモリ ーでなくても構わないことを理解することである。データは順次再呼出しが可能 でなければならないため、線形アクセスメモリー手段も使用可能である。例えば 、バブルメモリーもメモリー96として使用できる。 本発明で生成する出力の典型的なシングルショット出力波形を、図2Eに示し てある。先行技術と異なり、本発明の選好実施例のTDCは、図2Bの時間周期 3のほとんど同時のイオンヒットを両方とも登録できる。したがって、図2Eの 時間周期3における合計カウントは、この2つのヒットのカウントを反映してい る。したがって、選好実施例は、先行技術で存在したTDCと比べより正確なT DCを含む。 本発明の選好実施例は、先行技術の過渡デジタイザに比べパフォーマンスは大 幅に向上していることが分かる。特に、選好実施例はTDCに比べ動的範囲が改 善されていて、過渡デジタイザに比較した場合、時間分解能が改善されている。 図7のブロック図形式で示されている複数の陽極80の具体的な物理配置、構 成または方向を説明すると、本発明では、複数の陽極80を任意のパターンに配 置できることが分かる。必然的に、多極TDC変換装置の具体的なアプリケーシ ョンにより、陽極の配置が規定される。選好実施例では、陽極はオーバーラップ しないように配置される。これは、図9Aに示すように、イオンにさらされる各 陽極80の表面域を同一にするためである。 2列に配列するのは、陽極80の特定な配置である。ここでは、第1列100 には31の陽極があり、第2列102には32の列(陽極)がある。列100、1 02は、図9Bに示すパターンを作成するために、単一陽極80の長さの約半分 だけオフセットするように配置できる。また、列100、102は、オフセット しないように配置し、したがって、図9Aに示されるようなパターンになるよう に配置することもできる。 陽極80の具体的な配置を決定する場合に要因として考慮しなければならない ものには次のものがある。個別陽極のサイズ、イオンが衝突ししたがって陽極で 覆わなければならない合計域、イオンが衝突できる領域の形状(陽極を列パター ンまたは円形パターンに配列するなど)、スポットサイズ(マイクロチャネルプレ ート上のイオン衝撃の影響を受ける陽極の領域)、陽極に関連する回路の物理的 な制約、およびイオンビームの外形。この不完全なリストから明らかなことは、 選考実施例の多極TDCのアプリケーションは当業者に対し、陽極の配置に選択 される特定のジオメトリを明らかに要求していることである(実際にイオンの衝 突の対象になるマイクロチャネルプレートも暗黙に含まれる)。 図10は、イオン(および光子)がマイクロチャネルプレートおよびその下の 陽極(マイクロチャネルプレートとの関係でどの位置に置かれても)に可測衝撃 域(スポットサイズ)を作るという点において、陽極80のサイズも本発明に関 連していることを示している。また、陽極80のパターンは、図9Aおよび図9 Bの列の代わりに、四角形として構成される点にも注意する必要がある。これは 、陽極は特定のアプリケーションに最も適したパターンで構成できるという考え を示している。 検出されるイオンの衝撃域(マイクロチャネルプレート上のイオンの衝撃によ り生成される電子のパルスとして定義される)は、円81で示されている。陽極 80(または関連検出器)のサイズが陽極に衝突する分子の衝撃域81に比べて 大きい場合は、単一の分子が複数の陽極80に対し衝突分子を表す電気信号を生 成させるチャンスは少ない。しかし、ここで示すように陽極80のサイズが可測 衝撃域に近い場合は、複数の陽極80がヒットを検出する可能性は高まる。非常 に明白なことは、衝撃サイズ81は最大9つの陽極80の部分を覆う可能性があ ることである。しかし、各陽極80に対し供給されるエネルギー量は大幅に異な る。エネルギーのしきい値レベルが達成されてから衝撃がヒットとなるように、 装置の感度を適当に調節できる。また、陽極の特定のパーセントが衝撃域81内 に収まってから陽極がイオンヒットを検出する、と考えることもできる。 本発明の利点をさらに説明する前に、図11を調べておくと役に立つ。これは 、先行技術の装置の動的範囲と、動的範囲補償技法を使用しない本発明と、その 技術を使用した本発明とを比較したものである。したがって、この図から本発明 の主要な態様の1つが容易に分かる。具体的には、複数の陽極を設けることで、 本発明の動的範囲と時間分解能は向上している。 当業者が理解するように、言及している動的範囲とは、データ取得装置により 検出された(y軸に)イオンヒット記録数と実際のヒット数(x軸)との関係を 指す。しかし、この関係を以前に述べたように見た方が役立つ。具体的には、動 的範囲は、大信号の時に通常発生する信号の歪みもなく、小信号の時に雑音によ り信号が検出不能になることもない状態で、大信号と小信号の両方の属性を計測 する機能である。 理想的な動的範囲は、x軸とy軸の原点106から45度の角度で引かれた直 線104により表される。これは、大信号と小信号を含んだすべての信号の検出 と記録が可能な完全対応(perfect correspondence)型のデータ取得装置を示して いる。 図11のグラフで示される経験的な結果によれば、先行技術のデータ累算装置 の動的範囲106は、最終的には理想的な直線104から外れていることが分か る。直線107は、ある種の補償技法を使用して計測値の正確さを拡大している 先行技術の装置の動的範囲を表すために示されている。図11のグラフはスケー ルに合わせて描かれていないが、本発明により達成された動的範囲の向上を効果 的に示している。これは、低動的範囲である直線106および107(理想的な 直線104から早い時点で外れる)と直線108の高動的範囲とを比較すること で示されている。直線108は、多極設計の結果による本発明が達成した高動的 範囲を表している。言い換えると、実際のヒット数は本発明の結果により正確に 反映される。これは、多極TDCを使用することで、小信号と大信号の属性を正 確に計測できるためである。直線109は、さらに改善された動的範囲を表すた めに示されている。これは、システムがコインシデンス損失を補償する場合に本 発明により達成できるものである。システムは、ある種の補償手段を使用するこ とでコインシデンス損失を補償できる。本発明の選好実施例では、補償手段とし て統計的分析または過去の経験的な結果を使用し、理想的な直線104からの逸 脱を遅延させる補償係数(当業者が理解している)を提供している。 上記のように補償係数を使用して本発明の動的範囲を拡張するためには、補償 係数を生成して訂正された(補償された)出力を行うために、多極TDC変換装 置はメモリーのすべての部分に記録されている実際のデータ計測値を処理する必 要がある。データ処理は、実行する計算の性格、TDCの速度などの要因により 、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサまたはハードワイヤードロジック 等も備えることで実行できる。これらのデータ処理装置は、メモリー格納されて いる統計データと相互参照する等して、実際のデータを使用する。 例えば、実際のデータと迫加で末検出のイオンヒットに関する以前の統計的計 算数字または経験的な計測数字とを相互参照するためにルックアップテーブルを 使用する場合は、処理装置が実行する計算は実データに補償係数を比較的単純に 加算する計算に限られる傾向がある。しかし、処理装置が最小の計算だけを要求 されている場合でも、より重要な機能を必要とすることがある。例えば、経験的 な結果を基に統計的な計算を行う場合は、出力を得るために重要な操作が必要に なることがある。したがって、本発明を実施する場合、マイクロコントローラ、 マイクロプロセッサまたはハードワイヤードロジックを適用するかどうかを判別 するために、補償出力を入手するために必要な処理方法を判断しなければならな い。 本発明は、言わば、本発明の動的範囲がどの程度増加したかを測定することで 、分類できる。当業者の理解では、本発明のTDC変換装置は、補償係数を使用 した動的範囲修正を使用しない場合、その構築に使用される陽極数に等しい動的 範囲を持つことが提案されている。したがって、本発明の選好実施例は多極TD C変換装置で、動的範囲は係数63で増加されている。しかしこの制限は、任意 の多極TDC変換装置に適宜適用できる。さらに、63と言う係数も限定したも のではなく、実施された例に過ぎない。また、この係数も調整可能である点に注 意する必要がある。それは、この補償係数が、本発明の選好実施例を動的範囲も 時間分解能も、実際の陽極数による改善よりさらに改善されたものにしているか らである。 本発明の装置を、当業者が本発明を作成できるように詳細に説明してきた。し かし、本発明を使用することで最大の恩恵を受けるためには、以下に説明するよ うに、熟練実施者は本発明の使用法の他の特定の態様の恩恵を受ける。 図12は、本発明の選好実施例で実行される最小ステップを、フローチャート の形式で示したものである。これらの最小ステップはTOFデータを出力せず、 出力として単一の複数ビットを生成するために使用される。この方法は、合計レ ジスタ(第1メモリーレジスタ)をクリアするステップ110と、複数の陽極の いずれかで少なくとも1つのイオンヒットを検出するステップ112と、検出さ れたすべてのイオンヒットを合計するステップ114と、合計レジスタ88に格 納されている合計(複数ビットワードの形式)を出力118として生成するステ ップ116とで構成されている。また、新しい記録周期の開始時期を決定するた めに所定の時間枠だけを使用する代わりに、検出を陽極ごとの複数ヒットに限定 することも可能である点に注意する必要がある。 上記で概要を述べたこのプロセスは、アナログ−デジタル(A/D)変換装置 に類似させることができるが、その相違点は、アナログ信号をデジタル化する代 わりに、特定の時間または極めて短時間のイオンヒット数の合計に等しいデジタ ル値を生成する点である。 図13は図12とほとんど同じであるが、加算ステップ120により修正され ている。ステップ120は、検出および合計プロセスにループの考えを導入し、 一連のまたは複数の複数ビットワードを出力122として生成する。この方法は 、出力を格納しない連続クロックA/D変換装置に類似している。 図14は、図13のフローチャートに幾つかのステップを追加している。複数 ビットワードの複数の出力122は、ステップ120の複数ループ時にステップ 124で合計が計算される。ステップ124の合計が計算される第2メモリーレ ジスタ90(図8)は、合計処理が開始される前にステップ124でクリアされ ているものと想定される。ステップ120の所定のループ数の合計が第2メモリ ーレジスタ90に入れられると、ステップ126で第2メモリーレジスタ90は 出力128として1つの複数ビットワードを出力する。これは、複数のステップ 120サイクル時のすべてのイオンヒットの合計である。 この方法は、例えば次のシナリオでは便利である。動的に変化する光源があり 、1マイクロ秒の特定の時間にこの光源から放出される光子数の合計が必要な場 合を想定する。検出器が陽極(上記で説明した)ではなく、アバランシェ光子ダ イオードの配列のような光子検出器の場合、出力128は検出された光子の合計 数を表す1つの複数ビットワードとなる。 図15は、図12および図13のステップの修正に類似している。つまり、追 加ステップ130は繰返しループで、これは、一連のまたは複数の複数ビットワ ード132が第2メモリーレジスタ90から生成されるようにするためのもので ある。ここで、各複数ビットワードは、サイクル130が完全に実行された後に 出力される。 図16は、図15のフローチャートに示されているステップに追加された追加 ステップセットを示している。フローチャートは、新しいステップ134で、図 15の第2メモリレジスタ90から生成された複数の複数ビットワード132が ステップ134でメモリーに格納される。ここで、メモリーポインタがステップ 136で増加され、次のメモリー記憶アドレスを指すようにする。ステップ13 8のサイクルは、メモリー配列に新しい複数ビットワードが格納されるたびに実 行される。 データ記憶装置とメモリーハードウェアは、それらを組み合わせることで必要 な時にデータを順次に再呼出しできる限り、任意の組合せが可能である。しかし 、データ自体を実際に順次に格納する必要はない。つまり、順次メモリーアドレ スで構成される配列に格納することもできる。また、リンクリスト配列に格納す ることもできる。この場合は、個別メモリーアドレスはメモリー内の任意の個所 に常駐するが、その格納場所に関係なく次の順次関連データを常に指すようにお 互いにリンクされている。 図16のフローチャートで概要を述べた新しいステップは図15の出力132 に連結していると説明したが、図17に示す本発明では、図13の出力を複数ビ ットワードの源として機能させることもできる。これらの複数ビットワードは、 ステップ134で順次に取出し可能なデータとして格納されるものである。この 方法を使用すると、図14で導入した合計層は不要になる。これは、アプリケー ションによっては本発明の目的とは無関係になる可能性がある。 図18は、反復過渡信号の合計方法を説明している。この最後のフローチャー トは、図16のステップを修正したものである。これらの2つのフローチャート は、追加の複数ビットワードをメモリーポインタが指す現在のメモリー位置に出 力する時に、現在のメモリー位置に格納されている値と追加の複数ビットワード の合計が計算されて、現在のメモリー位置に格納されている値を上書きするとい う点において、同じである。 しかし、新しいステップ142では、メモリー外条件が存在するかどうかを判 別している。その結果が肯定的な結果であれば、メモリーポインタはステップ1 44でメモリーの最初の位置にリセットされる。データは、最も古いデータが最 初に上書きされるように、この位置の先頭から上書きされるように格納される。 メモリーを上書きする前に、ステップ146では停止条件が検出されていない ことを確認することに注意する。停止条件は、イオンまたは光子の検出を行う所 定の時間枠の満了などである。 停止条件が検出されたら、ステップ148に示すように、3つのステップのい ずれかが実行される。まず、データはメモリー内でそのままにしておき、データ の記録を終了させる。2番目は、メモリーに格納されているデータを、記憶装置 または表示装置などに出力する。3番目のオプションは、メモリーの別の領域ま たは別の記憶媒体に移動して再び開始し、古いデータをそのままにしておく。 要約すると、本発明は、反復過渡信号を合計する方法および装置を提供する。 これは、TDC変換装置の動的範囲および時間分解能を向上させることで行われ る。そのために、複数の陽極と関連回路とを用意し、所定の時間枠内で検出可能 なイオンヒットの合計数にほぼ等しい複数ビットを生成するようにする。マイク ロチャネルプレート上のイオンヒットの結果生成され、少なくとも1つの陽極に より登録される電気信号からデジタルパルスが取り出され、このパルスを所定の ほぼ等しい時間枠でカウントし、デジタルで合計する。次に、本発明は、各時間 枠内の合計ヒット数を表す複数ビットワードを生成する。個別時間枠のすべてま たは一部が、シングルショット波形として表示される。しかし、データを操作す れば、質量分析計の飛行時問(TOF)データより優れた結果を得ることができ る。また、この方法と装置では、S/N比が低く信号平均化品質が優れているデ ータ取得を実行できる。 また、本発明の選好実施例では、ほぼ同時のイオンヒットを処理する多極イオ ン検出システムを使用したデータ取得の方法および装置も提供する。また、スケ ール波形出力も提供する。スケール波形は、特定時における複数値を示すことが できるTDC出力を表している。 回路の正確な作成方法をより明示的に示すために、本発明の選好実施例の回路 図を図19に示す。図9の回路を識別するために使用するラベルと接続をより明 示的に定義するために、以下に詳細を説明する。最初に図19の左端部では、2 つの先入れ先出し(FIFO)スタック待ち行列200、202がある。これは 、16ビットのデータ入力線があり、これがXilinx集積回路204(IC )に連結されている。Xilinx IC 204は、ボード0(ゼロ)206 と送受信を実行する。ボード0 206には平均化IC 208が含まれていて 、 これはタイマデジタル信号プロセッサ(DSP)210で、状況LED 212 が連結されている。また、ホストDSP 214もあり、ランダムアクセスメモ リー(RAM)コントローラ216があり、これには関連ダイナミックRAM 2 18が接続されている。ホストDSP 214には、状況LED 220、ID Eバスインターフェース222およびGPIBバスインターフェース224もあ る。 ボード1−15 226はそれぞれ、関連DRAM 230を備えた別のXi linx IC 228を有している。Xilinx IC 228はデジタル 信号処理配列232と交信し、この配列に状況LED 234が備わっている。 また、論理ゲート236もあり、これがボード1−15 226およびボード0 206上の他の構成要素に対する入出力を制御する。 上記の実施例は、本発明の原理の応用を説明しただけである。当業者によって 、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、幾つかの変形および代替配列を考 えることができる。請求の範囲は、このような変形および配列を含むものである 。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Multipolar Time-to-Digital Converter Background of the Invention 1. TECHNICAL FIELD The present invention relates to systems and methods for acquiring transient data from microchannel plates or pulse-based detectors. In particular, the present invention provides systems and methods for detecting, recording, and displaying time-of-flight mass spectrometry data with high temporal resolution, low noise, wide dynamic range, and improved signal averaging characteristics. 2. State of the Art To illustrate the present invention, time-of-flight (TOF) mass spectrometry is defined as the conversion of an electronically recorded mass spectrum into a chemically recognizable form. Preferably, the resulting data includes an analysis on two parameters of the mass spectral signal. The first parameter is the position of the spectral peak with respect to time, and the second is the magnitude and intensity of the peak. The first parameter represents the mass of the ion causing each peak. The second parameter is established to ensure that it is indicated by the peak height or peak area at the maximum for the high resolution scan and represents the percentage of a particular type of ion current contained in the specimen. In the following, the background of the mass spectrometer will be described in detail, but it is important to note that this description can also be applied to optical systems that detect photons instead of ions. The present invention can also improve the photon detector, as described below. Ions and photons are both referred to as molecules, and the invention relates to the detection of a stream of molecules. FIG. 1A shows an output representing information, captured and displayed by an electronic data acquisition device known to those skilled in the art as a transient digitizer. The displayed waveform 10 directly illustrates two advantages of the transient digitizer. First, an approximate value is displayed on the waveform 10 and the respective intensities 12, 14, and 16 of the detected peak values are displayed in an easy-to-understand manner as indicated by the Y axis "relative intensity" and the X axis "time". are doing. Second, the entire waveform 10 is displayed as a complete waveform retrieved from memory. One of the characteristics of the transient digitizer is that the dynamic range is excellent. As is known to those skilled in the art, dynamic range refers to the ability of a data acquisition device to detect the impact of a substance or molecule on a detector. More specifically, both large signal and small signal are acquired (detected) in a state where signal distortion that normally occurs in the case of a large signal does not occur and the signal does not become undetectable due to noise in the case of a small signal. Ability. FIG. 3A shows the structure of a transient digitizer capable of generating the graph of FIG. 1A. The transient digitizer is actually shown at 24 as the electronics associated with a single anode detector 22. Digitizer 24 is thus in electrical communication with a time-of-flight mass spectrometer (also referred to as a waveform recorder) and is generally shown at 20. The time-of-flight mass spectrometer 20 generally includes a chamber having an external vacuum housing 30 and an internal flight tube 32 as shown in a cross-sectional view. FIG. 3A shows the internal flight tube 32 in the longitudinal direction. However, the cross-section of the inner flight tube 32 may be circular, square, or any other suitable tube shape, as known to those skilled in the art of time-of-flight mass spectrometry. Through the input port 34, molecules (ions) are injected into the flight tube 32 and accelerated downward along the length of the flight tube 32. This is done by combining a pulsar 36 (also known as a pulse reflection electrode plate) with a series of field defining electrodes 38 arranged to define a path 31 within the vacuum housing 30 so that ions can move. The molecules are accelerated in flight tube 32 in the direction of microchannel plate 26 and single anode detector 22. Molecules colliding with the microchannel plate 26 are detected by the single anode detector 22 as electric pulses. This causes the single anode detector 22 to generate an electrical signal, which is processed by a transient digitizer 24 associated with the single anode detector 22. The microchannel plate 26 is shown in detail in FIG. 3B. The microchannel plates 26 are actually an array of electronic multipliers (referred to as channels 27) and are parallel to each other. The matrix of channels 27 is typically made of lead glass and is treated to optimize the secondary emission characteristics of each channel 27 and to make the walls of channel 27 semiconducting so that charge replenishment occurs. Thus, each channel 27 can be viewed as a continuous dynode structure that performs the function of its own dynode resistance chain. The parallel electrical connection to each channel 27 is made by applying a metal coating on the front and back surfaces (usually called Nichrome or Iconel), which will be the input and output electrodes. One channel 27 is taken and the cutaway view is shown in detail in FIG. 3C. The main radiator (in this case the ions 8) strikes the inner channel wall 27. This wall is the catalyst for most of the electrons 6 generated by the single channel 27. Finally, FIG. 3D shows the relationship between the microchannel plate 26 and the anode detector 22. This figure explicitly shows how the ions 8 colliding with the microchannel plate 26 generate the electrons 6 detected by the single anode detector 22. In FIG. 3A, when the signal information is received by the electronic component 24 at the anode detector 22, it is digitized. Digitization occurs at relatively high speeds, typically on the order of one or two nanoseconds. This is why the transient digitizer 24 is also called a "high-speed digitizer". Despite having the side of a single channel (anode detector 22), a major advantage of transient digitizer 24 is that it can handle multiple ion hits of anode detector 22. As a result, the dynamic range is significantly larger. Usually, this range can be represented by 8 bits. 8 = 256-step increments are possible. To understand the advantages of the present invention, it is helpful to first look at the low temporal resolution example of the prior art transient digitizer 24. Assume that two ions hit the microchannel plate 26 and were detected by the single anodic detector 22 of the mass spectrometer 20 shown in FIG. 3A. FIG. 1B shows these two hits 17 very close in time. A disadvantage of the prior art transient digitizer 24 is that it does not distinguish between these close hits, for reasons such as pulse broadening in the microchannel plate and signal processing electronics. A single anode detector 22 produces only a single electrical pulse and incorrectly indicates a single hit. In other words, the temporal resolution of the transient digitizer 24 is worse than the pulse width generated by the detector and associated electronics 24. Therefore, a feature of the digitizer 24 is that the time resolution is average. Further, the S / N ratio and signal averaging characteristics of the digitizer 24 are also generally within the ordinary skill in the art. The detection limit improves with the square root of the average number. In addition, it is very susceptible to baseline noise and drift limitations. Although the baseline noise appears small in FIG. 1A, the disturbance 18 is evident in the waveform 10. FIG. 2A shows a second type of graphic output of the data acquisition device used for the description. This device is referred to in the industry as a time-to-digital converter (hereinafter referred to as TDC or TDC converter). TDC has both advantages and disadvantages over the transient digitizer described above. However, the most significant disadvantage is that the useful output depends on the measurement signal being repeated over a relatively long period of time. This is so that the TDC can perform signal averaging to generate a meaningful output waveform. In other words, the dynamic range for a short period (eg, a single shot) is very limited. Surprisingly, however, not only for long-term signal averaging, but also when the signal is relatively small and repetitive and the TDC receives a large number of hits, the dynamic range of the TDC is generally better than a transient digitizer. ing. Waveform 40 must be considered as the result of signal averaging processed over a relatively long period of time. It should be noted that the waveform 40 is smooth between the displayed pulses. This is because, unlike the transient digitizer 24, it is essentially not subject to baseline noise. The most salient feature of TDC is to determine when a pulse occurs. This operation is similar to the function of the high-speed A / D converter. A TDC without summation provides only a series of pulse information. However, it is useful to add this information in a signal averaging calculator and use it to detect the total number of pulses generated per unit time, similar to a counter. As with the transient digitizer 24, each time an ion strikes the microchannel plate 26 and the anode 22, an electrical pulse is generated. A more accurate description of the signal averaging function of the TDC will allow a better understanding of the advantages of the present invention. FIG. 2B illustrates hits detected by the plate and anode detector during one cycle of the repetitive signal. From this graph, it can be seen that one hit was detected by the anode at relative time position 1 and two hits were detected at time position 3. FIG. 2C shows a graph of the same repetitive signal in a subsequent period. In cycles 1 and 2, one hit is shown. Finally, FIG. 2D shows the accumulated signal average power of the TDC. The TDC does not record the two hits that occurred in period 3. As will be described in more detail below, FIG. 2E shows the output of an exemplary embodiment of the present invention. Prominent is the display of two hits in period 3, which cannot be displayed by prior art TDC. Thus, FIG. 2E illustrates one of the important advantages of the present invention. Another factor affecting the time resolution of TDC is immobility time. Dead time is an important factor in the bad single shot dynamic range of TDC, typically in the 10 nanosecond range. This is because the TDC cannot handle multiple simultaneous hits. Thus, as shown in FIGS. 2B-D, simultaneous or near hits are counted and registered as one. Further, in some cases, nearly simultaneous hits may be recorded as an average, that is, an intermediate time between two adjacent hits. Although the single shot dynamic range is not good, TDC has several advantages over the transient digitizer 20. In particular, TDC is robust against noise or baseline drift. TDC actually has an excellent S / N ratio. This is because one threshold must be reached to register an ion hit. Further, compared to the transient digitizer 20, the production of the TDC electronic circuit can be performed at a lower cost. Most importantly, the signal averaging characteristics of the TDC are excellent and are improved in proportion to the square root of the detection limit for a certain time. The block diagram of the TDC electronics is the same as that of the transient digitizer, and is also shown in FIG. 3A. FIG. 3A shows a time-of-flight mass spectrometer 20 in which ions are injected from an injection port 34. A pulsed reflective electrode plate 36 at the end of the chamber 30 closest to the injection port 34 accelerates ions toward the opposite end of the flight tube 32. The movement of the ions is manipulated by the field definition electrode 38. The microchannel plate 26 and the single anode detector 22 are then used to detect ion bombardment for mass spectrometry applications. Ion hits typically generate about one million electrons, which are detected by TDC. The TDC is shown as an electronic component 24 connected to the anode 22. Electronic component 24 responds to an electrical pulse indicating an ion hit. Other molecular impact detection circuits use multiple detectors, such as those used in some imaging systems. However, while the imaging system is only designed to provide location information, the present invention provides time versus information. Therefore, building a multipolar ion detection system according to the present invention improves data acquisition of fast transient signals. To further illustrate the prior art, and as another example of distinguishing the prior art from the present invention, FIGS. 4 and 5 both illustrate, in block diagram form, the operation of a transient digitizer, TDC and image system. I have. Specifically, FIG. 4 shows a flight path 50 for ions in a transient digitizer or TDC. The ions collide with the microchannel plate 26, and the electrons generated by the impact are sent to a single anode detector 22, where the information is recorded and processed by the electronic component 24. FIG. 5 shows that the detector 56 of the imaging system is arranged such that the photons illustrated by paths 52 and 54 are detected by the associated electronics 58 based on position. Given the advantages and disadvantages inherent in each data acquisition device, it may be advantageous to combine and improve the best quality of each device. In particular, the following flight time data acquisition device is desired. In other words, it has a wide dynamic range, improved time resolution, low noise, better signal averaging characteristics than a transient digitizer or a time-to-digital converter, and a single-shot scale waveform output. is there. It would also be advantageous to have a multi-pole time-to-digital converter so that multiple hits could be processed to minimize the effects of dead time. Object and Summary of the Invention It is an object of the present invention to provide a data acquisition method and apparatus with a large dynamic range. Another object is to provide a data acquisition method and apparatus with improved temporal resolution. Another object is to provide a data acquisition method and apparatus with an excellent S / N ratio. Another object is to provide a data acquisition method and apparatus with excellent signal averaging quality. Another object is to provide a data acquisition method and apparatus that uses a multipolar ion detection system that can typically handle simultaneous ion collisions or hits. Another object is to provide a single shot dynamic range time-to-digital converter with a scaled waveform output. Here, the scale waveform represents a TDC output that can indicate a plurality of values at a specific time. According to these and other objects of the invention, the advantages of the invention will become more apparent from the following description and appended claims, or may be learned by the practice of the invention. The present invention provides a data acquisition method and apparatus, and in a specific embodiment, performs time-of-flight mass spectrometry. Use a system consisting of multi-pole detectors to improve the dynamic range of TDC. By providing a plurality of anodes, it is possible to continuously detect ion collision even during the fixed time of the individual anode detector that processes hits. The data obtained from the multi-pole system is processed, and as a result, for each time frame, the total number of hits can be aggregated and a time stamp can be added to the data to create a multi-bit word. This method substantially combines all the advantages of a transient digitizer with those of a time-to-digital converter in acquiring signals from a pulse-based detector, such as a detector using a microchannel plate. According to one aspect of the invention, a plurality of anodes are provided at one end of the flight tube to receive ions accelerated by a pulse generator / reflection electrode or electrode at another end of the flight tube. The plurality of anodes can be arranged in any geometry as long as they are arranged to receive electrical pulses from the microchannel plate and each anode is connected to a different threshold detector. Generally, the anodes are physically located parallel to each other. According to another aspect, by including multiple anodes, the TDCs of the present invention can function in parallel. This allows the other anode to be actively receiving and processing other ion hits while one hit is being processed by one detector. In another aspect of the invention, the photon detection device comprises a plurality of anodes. In this manner, the present invention can be used for acquiring visual data, such as detection of a fluorescence decay rate. Thus, when using the term "ion hit", "photon hit" may be used instead. In another aspect of the invention, the system can compensate for the loss of coincidence resulting from multiple ions occurring at the process detector during dead times. Use empirical research and statistical analysis to compensate and extend the first order dynamic range of the invention. These and other objects, features, advantages and other aspects of the present invention will be more clearly understood by those skilled in the art from the following detailed description with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1A shows a typical single shot waveform from the output of a transient digitizer known in the prior art. FIG. 1B illustrates two ion hits that are relatively close in time. FIG. 2A is a diagram illustrating an output waveform after performing a long-time signal averaging process on a time-to-digital converter (TDC) known in the prior art. FIG. 2B is a diagram illustrating detection of an ion hit in the first cycle of the repetitive signal. FIG. 2C is a diagram illustrating detection of an ion hit in the second cycle of the repetitive signal. FIG. 2D is a diagram illustrating the signal averaged signals of FIGS. 2B and 2C with a prior art TDC. FIG. 2E shows the signal averaged signals of FIGS. 2B and 2C when the prior art TDC is replaced with an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 3A is a block diagram showing the relevant elements of a time-of-flight mass spectrometer and associated electronics represented by a transient digitizer or TDC used in the prior art. FIG. 3B is a perspective cutaway view of the microchannel plate of FIG. 3A. FIG. 3C is an enlarged perspective cutaway view showing details of the single microchannel shown in FIG. 3B. FIG. 3D shows the microchannel plate in relation to a single anode detector and shows details of how ion collisions in the microchannel plate are detected by the anode detector. FIG. 4 is a functional block diagram showing a single anode detector used in the prior art. FIG. 5 is a functional block diagram of a position detector having a plurality of detectors used in the prior art. FIG. 6 is a functional block diagram showing a preferred embodiment of the multipolar TDC of the present invention. FIG. 7 is a block diagram of a mass spectrometer coupled to a multipole TDC made in accordance with the principles of the present invention to enhance the primary dynamic range of the data acquisition device. FIG. 8 is a block diagram showing components of the related electronic component of FIG. FIG. 9A is a diagram showing a preferred arrangement of detectors used in the present invention. FIG. 9B is a diagram showing another arrangement of detectors used in the present invention. FIG. 10 is a diagram showing still another arrangement of the detector used in the present invention, and is a diagram showing the relationship between the size of the detector and the impact area of the molecule to be detected. FIG. 11 is a diagram illustrating the extended primary dynamic range of the present invention when compared to the dynamic range achieved by prior art TDC, without scaling. FIG. 12 is a flowchart illustrating a preferred method according to the present invention for detecting a molecule that hits a detector and produces a multi-bit word representing the total number of hits occurring within a predetermined time frame. FIG. 13 is a diagram illustrating additional steps to the method of FIG. 12 in a preferred embodiment of the present invention. FIG. 14 is a diagram illustrating additional steps to the method of FIG. 13 in a preferred embodiment of the present invention. FIG. 15 is a diagram illustrating additional steps to the method of FIG. 14 in a preferred embodiment of the present invention. FIG. 16 is a diagram illustrating additional steps to the method of FIG. 15 in a preferred embodiment of the present invention. FIG. 17 is a diagram illustrating additional steps to the method of FIG. 16 in a preferred embodiment of the present invention. FIG. 18 is a diagram illustrating additional steps to the method of FIG. 17 in a preferred embodiment of the present invention. FIG. 19 is a diagram showing a circuit of a preferred embodiment of the present invention described below. DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION Reference is made below to the drawings. In these drawings, Various elements of one preferred embodiment of the present invention are numbered, Preferred embodiments of the present invention have been described so that those skilled in the art can make and use the present invention. The present invention This is shown in the block diagram of FIG. One of the differences between the prior art shown in FIGS. 4 and 5 and this preferred embodiment is that It is easy to see that a plurality of anodes 60 were provided on the time-to-digital converter (or other similar detector for detecting other molecules such as photons) so that ion hits could be detected. Representative ions Ion path 62, Represented by 64 and 66. But, The associated electronic component 68 differs from the arrangement of FIGS. This new configuration, 3 illustrates the concept of a preferred embodiment. That is, Sum all ion hits that occur in a given time frame, It is encapsulated as an individual time frame 70. Also, As shown in ion flight paths 62 and 64, A single time frame may include multiple ion hits to the same anode 4 (via microchannel plate 26). This ion hit record is This is one of the important advantages of the present invention. this is, Many advantages of transient digitizer and TDC As explained below, This is because they can be conveniently combined into a single data acquisition system. Along with the block diagram of FIG. An apparatus enabling the present invention in this preferred embodiment is shown in FIG. One of the most notable differences between the device shown in FIG. 3A and the preferred embodiment shown in FIG. The point is that a plurality of anodes 80 are used instead of the single anode detector 22. By providing a plurality of anodes 80, During the dead time of the individual anode detector 80, which is processing a hit and cannot detect the next hit, The system can continue to detect ion collisions. Data from the plurality of anodes 80 is processed by associated electronic components 82, as a result, In each time frame, Aggregate the total number of hits, then associate a timestamp (or another way to group information over time) with the data, A multi-bit word can be created that is the sum of all ion collisions in a one-hour period. FIG. It shows a functional diagram of a preferred example of the related electronic component 82 (see also FIG. 7), here, A plurality of threshold detection circuits 84 are associated with the plurality of anodes 80. In this preferred embodiment, Separate threshold detector circuits 84 are provided for each anode 80. Threshold detector circuit 84 is only one preferred example of threshold detector means, If this circuit is not provided, it is designed to eliminate electrical noise that may indicate an ion hit that does not actually occur to the anode 80. Therefore, The threshold detector circuit 84 Only when the impact ions generate a large enough electric shock, Set to indicate that an ion hit has occurred. Therefore, The pulse of electrons generated by the ion hit is smaller than the size of each individual anode 80, It is expected that the diameter will be large. When the ion bombardment overlaps such that the ion energy is diffused to the plurality of anodes 80, Only a single anode 80 can be distinguished so that impact can be registered to that anode. One of the important differences between the prior art and the present invention is that In a preferred embodiment, to create one multiple bit word, The point is that the total number of ion collisions is obtained within a time frame. Multi-bit words are Each time period, Represents a summary of all hits that occur in a slice or frame. More advantageously, Using a dynamic range modification technique according to another aspect of the invention described below, The dynamic range of the multiple anode TDC can be further expanded. A TDC 82 that can extract data from a plurality of anodes 80 Provide a multi-bit word that represents the total number of hits found. this is, A pulse counter 86 and a sum register, That is, This is performed by incorporating the first memory register 88. The pulse detector 86 of the preferred embodiment comprises: It is known to those skilled in the art as a single shot detector. further, The first memory register 88 is a memory register or a memory buffer, It is organized as a binary tree. This binary tree allows you to easily change the stored values, An output can be generated that represents the sum of all detected ion hits. The function of the pulse counter 86 is The sum register 88 sends a pulse interpreted as an additional ion hit. This additional ion hit It is added to the stored value using any of several methods well known in the art. But, This first memory register 88 Used only to store the number of current electrical pulses received in the current time frame. When the time frame determined by the clock (not shown in FIG. 8) in the TDC converter ends, The value stored in the first memory register 88 is It is processed in one of the following three ways. 1) Sent to a second memory register or summation register 90. This register The single summation of the pulses detected in a plurality of time frames up to that time is stored in the memory. 2) Used to generate a single multi-bit word 92 as output. 3) Directly sent to large memory 96. This function will be described later. If the multi-bit word 92 is stored in the second memory register 90 or the memory 96, The time stamp is To create a single shot output waveform like the waveform shown in FIG. 2E, Usually associated with data. The time stamp is The sum of the pulse counts is related to the sum of all other pulse counts, It defines when it was recorded. Before continuing, The time stamp is It will be described that this is only one method of storing data that enables sequential access of data. For example, Linked lists, Memory stack, Other memory devices or methods used for array or data storage can be used. Due to the nature of the location in the memory device, These devices can also define a position indicating a temporal relationship with other data. That is, The data recording time is implicitly indicated by the order in which the data was stored in memory. Therefore, If all relative time positions are required, It is sufficient to store the data so that the data can be recalled in the order in which the data was created. If you store it like this, To overlay a time scale that increases in units of time representing the time the data was stored, Data can be recalled. Continuing with the description of memory 96 and memory registers 88 and 90, The second memory register 90 can also accumulate the single addition sum. This sum is It is the sum of at least two multi-bit words generated by the first memory register 88. If you use timestamps, The time stamp remains associated with the value of the second memory register 90. This association is In the preferred embodiment, the time stamp is passed to memory 96 and the value is recalled as a single output 94 or continues until passed. Unlike the first and second memory registers 88 and 90, Memory 96 is a larger dynamic memory space, A plurality of multi-bit words generated by either the first or second memory registers 88 and 90 can be stored. The memory 96 Memory can be called sequentially, Any memory storage device. this is, Rather than having to store data sequentially, According to the timestamp associated with the stored data This means that the data can be recalled in the order stored. Recalling the data in the order in which it was stored It may implicitly indicate that the recall is based on data storage order. For example, To create a sequence or linked list understood by those skilled in the art, A memory 96 can be used. But, Using random access memory, The data can be recalled in the order stored. Those skilled in the art If the memory 96 is a random access, It can also be seen that the first memory register 88 and the second memory register 90 are capable of specific memory addresses in the memory 96. It is important to recall the data in the order in which it was stored. this is, This time schedule data is displayed on a display device, etc. This is because it can be created as an output. Therefore, The data stored in the memory 96 is It is clear that the content is recalled at output 98 to produce the single shot waveform shown in FIG. 2E. Nevertheless, Sequential recall can be performed in various ways using various devices and various methods, It is important to understand that this example does not limit the invention. Another idea implied is: It is to be understood that the memory 96 need not be a random access memory. Since the data must be recallable sequentially, Linear access memory means can also be used. For example, A bubble memory can also be used as the memory 96. A typical single shot output waveform of the output generated by the present invention is: This is shown in FIG. 2E. Unlike prior art, The TDC of the preferred embodiment of the present invention is: Almost simultaneous ion hits in time period 3 in FIG. 2B can both be registered. Therefore, The total count in time period 3 of FIG. It reflects the count of these two hits. Therefore, The preferred embodiment is Includes a more accurate TDC than the TDCs that existed in the prior art. Preferred embodiments of the invention are: It can be seen that the performance is significantly improved compared to the prior art transient digitizer. In particular, The preferred embodiment has improved dynamic range compared to TDC, When compared to the transient digitizer, The time resolution has been improved. A specific physical arrangement of the plurality of anodes 80 shown in block diagram form in FIG. To explain the configuration or direction, In the present invention, It can be seen that a plurality of anodes 80 can be arranged in any pattern. inevitably, Depending on the specific application of the multi-pole TDC converter, The arrangement of the anode is defined. In the preferred embodiment, The anodes are arranged so as not to overlap. this is, As shown in FIG. 9A, This is to make the surface area of each anode 80 exposed to ions the same. The arrangement in two rows This is a specific arrangement of the anode 80. here, The first row 100 has 31 anodes, The second row 102 has 32 rows (anodes). Column 100, 102 is To create the pattern shown in FIG. 9B, It can be arranged to be offset by about half the length of a single anode 80. Also, Column 100, 102 is Place so that there is no offset, Therefore, It can also be arranged so as to form a pattern as shown in FIG. 9A. Factors that must be considered as factors in determining the specific arrangement of the anode 80 include the following. The size of the individual anode, The total area where the ions bombard and therefore must be covered with the anode, The shape of the area where the ions can collide (such as arranging the anodes in a row or circular pattern), Spot size (area of the anode affected by ion bombardment on the microchannel plate), Physical constraints of the circuit associated with the anode, And the outline of the ion beam. What is clear from this incomplete list is that The application of the multipolar TDC of the selection example is to those skilled in the art. It clearly requires a particular geometry to be chosen for the placement of the anode (implicitly implies a microchannel plate that is actually subject to ion bombardment). FIG. In that ions (and photons) create a measurable impact area (spot size) on the microchannel plate and the anode below it (wherever it is placed in relation to the microchannel plate) The size of the anode 80 is also shown to be relevant to the present invention. Also, The pattern of the anode 80 is Instead of the columns in FIGS. 9A and 9B, Note also that it is configured as a square. this is, The idea is that the anode can be configured in a pattern that best suits the particular application. The area of impact of the detected ions (defined as the pulse of electrons generated by the impact of the ions on the microchannel plate) is This is indicated by a circle 81. If the size of the anode 80 (or associated detector) is large compared to the impact area 81 of the molecule impacting the anode, There is less chance that a single molecule will cause multiple anodes 80 to generate an electrical signal representative of the colliding molecule. But, If the size of the anode 80 is close to the measurable shock area as shown here, The likelihood of the plurality of anodes 80 detecting a hit increases. The very obvious thing is that The impact size 81 is that it can cover up to nine anode 80 parts. But, The amount of energy supplied to each anode 80 varies significantly. After the energy threshold level is reached, the impact will be a hit, The sensitivity of the device can be adjusted appropriately. Also, The anode detects an ion hit after a certain percentage of the anode falls within the impact zone 81, It can also be considered. Before further describing the advantages of the present invention, It is helpful to look at FIG. this is, Dynamic range of prior art devices; The present invention which does not use the dynamic range compensation technique; This is a comparison with the present invention using the technique. Therefore, From this figure, one of the main aspects of the present invention can be easily understood. In particular, By providing multiple anodes, The dynamic range and time resolution of the present invention are improved. As those skilled in the art will appreciate, The dynamic range mentioned is It refers to the relationship between the number of recorded ion hits (on the y-axis) detected by the data acquisition device and the actual number of hits (on the x-axis). But, It is helpful to see this relationship as described earlier. In particular, The dynamic range is There is no signal distortion that usually occurs at the time of large signal, In a state where the signal does not become undetectable due to noise when it is a small signal, This function measures both large signal and small signal attributes. The ideal dynamic range is It is represented by a straight line 104 drawn at an angle of 45 degrees from the origin 106 of the x and y axes. this is, 1 shows a perfect correspondence type data acquisition device capable of detecting and recording all signals including large signals and small signals. According to the empirical results shown in the graph of FIG. The dynamic range 106 of the prior art data accumulator is: Finally, it can be seen that it deviates from the ideal straight line 104. The straight line 107 is It is shown to represent the dynamic range of prior art devices that use certain compensation techniques to increase the accuracy of the measurements. Although the graph of FIG. 11 is not drawn according to the scale, 5 effectively illustrates the dynamic range enhancement achieved by the present invention. this is, This is shown by comparing the low dynamic range of straight lines 106 and 107 (early deviating from ideal straight line 104) with the high dynamic range of straight line 108. The straight line 108 Figure 3 illustrates the high dynamic range achieved by the present invention as a result of a multi-pole design. In other words, The actual number of hits is accurately reflected by the results of the present invention. this is, By using multi-pole TDC, This is because the attributes of the small signal and the large signal can be accurately measured. The straight line 109 is It is shown to represent a further improved dynamic range. this is, This can be achieved by the present invention when the system compensates for the loss of coincidence. the system, By using some kind of compensation means, the loss of coincidence can be compensated. In a preferred embodiment of the invention, Use statistical analysis or past empirical results as a means of compensation, It provides a compensation factor (as understood by those skilled in the art) that delays departure from the ideal straight line 104. To extend the dynamic range of the present invention using compensation coefficients as described above, In order to generate a compensation factor and produce a corrected (compensated) output, Multi-pole TDC converters need to process the actual data measurements recorded in all parts of the memory. Data processing is The nature of the calculations to be performed, Depending on factors such as the speed of TDC, Microcontroller, It can be executed by providing a microprocessor or hard-wired logic. These data processing devices Cross-reference with statistical data stored in memory, etc. Use actual data. For example, If you use a look-up table to cross-reference the actual data with previous statistically calculated or empirical measured numbers for the ion hits of the incomplete detection, The calculations performed by the processing device tend to be limited to calculations that add the compensation coefficient to the actual data relatively simply. But, Even if the processing unit is only required for minimal calculations, May require more important functions. For example, If you want to make statistical calculations based on empirical results, Important operations may be required to get the output. Therefore, When practicing the present invention, Microcontroller, To determine whether to apply a microprocessor or hard-wired logic, The necessary processing method to obtain the compensation output must be determined. The present invention In other words, By measuring how much the dynamic range of the present invention has increased, Can be classified. In the understanding of those skilled in the art, The TDC converter of the present invention If you do not use dynamic range correction with compensation factors, It has been proposed to have a dynamic range equal to the number of anodes used for its construction. Therefore, The preferred embodiment of the present invention is a multi-pole TDC converter, The dynamic range has been increased by a factor of 63. However, this restriction It can be applied to any multi-pole TDC converter as appropriate. further, The coefficient of 63 is not limited, This is just an example that was implemented. Also, Note that this coefficient is also adjustable. that is, This compensation coefficient is The preferred embodiment of the present invention, both dynamic range and time resolution, This is because the improvement is made even more than the improvement by the actual number of anodes. The device of the present invention The invention has been described in detail so that those skilled in the art can make the invention. But, To benefit the most from using the present invention, As explained below, The skilled practitioner will benefit from other specific aspects of the use of the present invention. FIG. The minimum steps performed in the preferred embodiment of the present invention are: This is shown in the form of a flowchart. These minimum steps do not output TOF data, Used to generate a single multiple bit as output. This method Clearing the sum register (first memory register) 110; Detecting 112 at least one ion hit at any of the plurality of anodes; Summing all detected ion hits 114; And generating a sum (in the form of a plurality of bit words) stored in the sum register 88 as an output 118. Also, Instead of using only a predetermined time frame to determine when to start a new recording cycle, It should be noted that detection can be limited to multiple hits per anode. This process, outlined above, It can be analogous to an analog-to-digital (A / D) converter, but The difference is Instead of digitizing analog signals, The point is to generate a digital value equal to the sum of the number of ion hits in a particular time or very short time. FIG. 13 is almost the same as FIG. 12, but It has been modified by the addition step 120. Step 120 is Introduce the idea of a loop into the detection and summation process, A series or multiple multi-bit words are generated as output 122. This method It is similar to a continuous clock A / D converter that does not store outputs. FIG. Some steps are added to the flowchart of FIG. The outputs 122 of the multi-bit word are: During a plurality of loops in step 120, the sum is calculated in step 124. The second memory register 90 (FIG. 8) where the sum of step 124 is calculated, It is assumed that it has been cleared in step 124 before the summing process is started. When the total of the predetermined number of loops in step 120 is stored in the second memory register 90, At step 126, second memory register 90 outputs one multi-bit word as output 128. this is, This is the sum of all ion hits during a plurality of 120 cycles of steps. This method For example, it is useful in the following scenario. There are light sources that change dynamically, Suppose that the total number of photons emitted from this light source at a specific time of 1 microsecond is needed. If the detector is not the anode (described above), For photon detectors like arrays of avalanche photon diodes, Output 128 is one multi-bit word representing the total number of detected photons. FIG. It is similar to the modification of the steps in FIGS. That is, The additional step 130 is an iterative loop, this is, A series or a plurality of multi-bit words 132 are to be generated from the second memory register 90. here, Each multi-bit word is Output after cycle 130 has been fully executed. FIG. FIG. 16 shows an additional step set added to the steps shown in the flowchart in FIG. 15. The flowchart is In a new step 134, The plurality of multi-bit words 132 generated from the second memory register 90 of FIG. 15 are stored in memory at step 134. here, The memory pointer is incremented at step 136, Point to the next memory storage address. The cycle of step 138 is Executed each time a new multi-bit word is stored in the memory array. Data storage and memory hardware As long as they can be recalled sequentially when needed by combining them, Any combination is possible. But, There is no need to actually store the data itself sequentially. That is, They can also be stored in an array consisting of memory addresses sequentially. Also, It can also be stored in a linked list array. in this case, Individual memory addresses are resident anywhere in memory, Regardless of the storage location, they are linked to each other so as to always point to the next sequentially related data. Although the new steps outlined in the flowchart of FIG. 16 have been described as being linked to the output 132 of FIG. In the present invention shown in FIG. The output of FIG. 13 can also function as a source of multiple bit words. These multi-bit words are In step 134, the data is stored as sequentially retrievable data. Using this method, The total layer introduced in FIG. 14 becomes unnecessary. this is, Some applications may be irrelevant to the purpose of the present invention. FIG. 4 illustrates a method for summing repetitive transients. This last flowchart is It is a modification of the step of FIG. These two flowcharts When printing an additional multi-bit word to the current memory location pointed to by the memory pointer, The sum of the value stored in the current memory location and the additional multi-bit word is calculated, In that it overwrites the value stored in the current memory location. Is the same. But, In a new step 142, Determines if an out-of-memory condition exists. If the result is positive, The memory pointer is reset to the first location in memory at step 144. Data is, So that the oldest data is overwritten first It is stored so that it is overwritten from the beginning of this position. Before overwriting the memory, Note that step 146 confirms that no stop condition has been detected. The stop condition is For example, expiration of a predetermined time frame for detecting ions or photons. When a stop condition is detected, As shown in step 148, One of three steps is performed. First, Leave the data in memory, Stop recording data. The second is Data stored in memory Output to a storage device or a display device. The third option is Move to another area of memory or another storage medium and start again, Keep the old data. In summary, The present invention A method and apparatus for summing repetitive transient signals is provided. this is, This is done by improving the dynamic range and time resolution of the TDC converter. for that reason, Prepare multiple anodes and related circuits, A plurality of bits are generated that are approximately equal to the total number of detectable ion hits within a predetermined time frame. Generated as a result of ion hits on the microchannel plate, Extracting a digital pulse from the electrical signal registered by the at least one anode; This pulse is counted in a predetermined substantially equal time frame, Sum digitally. next, The present invention Generate a multi-bit word representing the total number of hits in each time frame. All or part of the individual time frame Displayed as a single shot waveform. But, By manipulating the data, Better results can be obtained than time-of-flight (TOF) data from a mass spectrometer. Also, In this method and apparatus, Data acquisition with a low S / N ratio and excellent signal averaging quality can be performed. Also, In a preferred embodiment of the invention, Also provided is a method and apparatus for data acquisition using a multipolar ion detection system that processes substantially simultaneous ion hits. Also, Also provides scale waveform output. The scale waveform is It shows a TDC output that can indicate a plurality of values at a specific time. To show more clearly how to create the circuit exactly, A circuit diagram of a preferred embodiment of the present invention is shown in FIG. To more explicitly define the labels and connections used to identify the circuit of FIG. The details will be described below. First, at the left end of FIG. Two first-in first-out (FIFO) stack queues 200, 202. this is, There is a 16-bit data input line, This is connected to the Xilinx integrated circuit 204 (IC). Xilinx IC 204 The transmission and reception with the board 0 (zero) 206 are executed. Board 0 206 includes an averaging IC 208, This is a timer digital signal processor (DSP) 210, The status LED 212 is connected. Also, There is also a host DSP 214, There is a random access memory (RAM) controller 216, An associated dynamic RAM 218 is connected to this. In the host DSP 214, Status LED 220, There is also an IDE bus interface 222 and a GPIB bus interface 224. Boards 1-15 226 each It has another Xilinx IC 228 with an associated DRAM 230. Xilinx IC 228 communicates with digital signal processing array 232, This arrangement is provided with a status LED 234. Also, There is also a logic gate 236, This controls input and output to other components on boards 1-15 226 and board 0 206. The above example is It merely describes an application of the principles of the present invention. By those skilled in the art, Without departing from the spirit and scope of the invention, Several variations and alternative arrangements are possible. The claims are It is intended to include such modifications and arrangements.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 08/818,376 (32)優先日 平成9年3月14日(1997.3.14) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,HU,ID,IL,IS,JP ,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR, LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR, TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (31) Priority claim number 08 / 818,376 (32) Priority date March 14, 1997 (March 14, 1997) (33) Priority country United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, KE, LS, MW, S D, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG) , KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT , AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, F I, GB, GE, GH, HU, ID, IL, IS, JP , KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, M W, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD , SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1. 動的範囲を拡張し時間分解能を高めて分子ストリームの時間関連特性を より正確に判別する時間−デジタル(TDC)変換装置であって、 表面の分子ストリームの衝撃を検出する第1の検出器手段で、衝撃により第1 の検出器手段から第1の電気信号を生成し、 表面の分子ストリームの衝撃を検出する第2の検出器手段で、衝撃により第2 の検出器手段から第2の電気信号を生成し、 表面の分子ストリームの衝撃を検出する少なくとも1つの別の検出器手段で、 衝撃により少なくとも1つの別の検出器手段から少なくとも1つの他の電気信号 を生成し、 前記第1、前記第2および前記少なくとも1つの他の電気信号を受け取ること で第1の電気信号、第2の電気信号および少なくとも1つの他の電気信号を処理 し、大信号に発生する時間関連特性である歪みがなく、また、小信号に発生する 時間関連特性である雑音で検出不能にならずに分子ストリームの時間関連特性を 判別する手段、とを備えることを特徴とするTDC変換装置。 2. 請求項1に記載のTDC変換装置であって、第1の検出器手段、第2の 検出器手段および少なくとも他の1つの検出器手段は表面の分子ストリームの衝 撃を検出する複数の検出器手段のメンバで、分子ストリームの検出により複数の 検出器手段から第1の複数の電気信号を生成することを特徴とするTDC変換装 置。 3. 請求項2に記載のTDC変換装置であって、複数の検出器手段のそれぞ れに衝撃する分子ストリームは連続過渡信号として特徴付けられることを特徴と するTDC変換装置。 4. 請求項3に記載のTDC変換装置であって、複数の各検出器手段は、 表面の分子ストリームを受け取り、分子ストリームに応答して第1の複数の電 気信号を生成するように配列されたマイクロチャネルプレートと、 第1の電気信号を受け取って処理し第1の処理された電気信号を生成するよう にマイクロチャネルプレートに電気的に連結した第1の陽極と、 第2の電気信号を受け取って処理し第2の処理された電気信号を生成するよう にマイクロチャネルプレートに電気的に連結した第2の陽極と、 少なくとも1つの他の電気信号を受け取って処理し第1の処理された少なくと も1つの他の電気信号を生成するようにマイクロチャネルプレートに電気的に連 結した少なくとも1つの他の陽極とを備え、 第1の処理された電気信号、第2の処理された電気信号および少なくとも1つ の他の処理された電気信号は、分子ストリームの時間関連特性を表すことを特徴 とするTDC変換装置。 5. 請求項4に記載のTDC変換装置であって、第1の陽極、第2の陽極お よび少なくとも他の1つ陽極は、第2の複数の処理された電気信号を生成するた めに第1の複数の電気信号を処理する複数の陽極のメンバであることを特徴とす るTDC変換装置。 6. 請求項5に記載のTDC変換装置であって、分子ストリームは、複数の 検出器手段に衝突するイオンおよび光子で構成される分子グループから選択する ことを特徴とするTDC変換装置。 7. 請求項6に記載のTDC変換装置であって、第1の電気信号はマイクロ チャネルプレートから衝突点で生成され、衝突点と通常整合する表面の第1の陽 極により受け取られることを特徴とするTDC変換装置。 8. 請求項5に記載のTDC変換装置であって、第1の複数の電気信号を処 理する手段は、選択可能なしきい値エネルギーレベルを超える第1の複数の各電 気信号を第2の複数の処理された電気信号として複数の陽極から生成できるよう にする複数のしきい値検出器手段をさらに備えることを特徴とするTDC変換装 置。 9. 請求項8に記載のTDC変換装置であって、時間関連特性を判別するた めに第1の複数の電気信号を処理する手段は、合計可能なパルス電気信号を生成 するために、第2の複数の処理された電気信号を処理する複数のしきい値検出器 手段に電気的に連結した計数手段をさらに備えることを特徴とするTDC変換装 置。 10. 請求項9に記載のTDC変換装置であって、時間関連特性を判別する ために第1の複数の電気信号を処理する手段は、選択可能時間枠内で生成される パルス電気信号の合計数を合計し、出力個所のパルス電気信号の合計数を表す少 なくとも1つの複数ビットデジタルワードを生成する計数手段に連結した第1の メモリーレジスタをさらに備えることを特徴とするTDC変換装置。 11. 請求項10に記載のTDC変換装置であって、時間関連特性を判別す るために第1の複数の電気信号を処理する手段は、選択可能時間枠内に生成され る複数の少なくとも1つの複数ビットデジタルワードを受け取って集計し、また 、少なくとも1つの第2の複数ビットデジタルワードの出力を用意するために、 第1のメモリーレジスタの出力に電気的に連結した第2のメモリーレジスタをさ らに備えることを特徴とするTDC変換装置。 12. 請求項10に記載のTDC変換装置であって、時間関連特性を判別す るために第1の複数の電気信号を処理する手段は、選択可能時間枠内に生成され る複数の少なくとも1つの第1の複数ビットデジタルワードを受け取って集計す るために、第1のメモリーレジスタに出力箇所で電気的に連結するメモリーをさ らに備えることを特徴とするTDC変換装置。 13. 請求項11に記載のTDC変換装置であって、時間関連特性を判別す るために第1の複数の電気信号を処理する手段は、選択可能時間枠内に生成され る複数の少なくとも1つの第2の複数ビットデジタルワードを受け取って処理す るために、第2のメモリーレジスタに出力箇所で電気的に連結するメモリーをさ らに備えることを特徴とするTDC変換装置。 14. 請求項11に記載のTDC変換装置であって、TDCは選択可能操作 方法に従って、計数手段、第1のメモリーレジスタ、第2のメモリーレジスタお よびメモリーの操作を調整する制御手段をさらに備えることを特徴とするTDC 変換装置。 15. 請求項10に記載のTDC変換装置であって、時間関連特性を判別す るために第1の複数の電気信号を処理する手段は、少なくとも1つの第1の複数 ビットデジタルワードを補償ヒット数を表す補償係数だけ変化させることで、検 出されないマイクロチャネルプレート上の複数の信号ヒットを補償する補償手段 をさらに備えることを特徴とするTDC変換装置。 16. 請求項15に記載のTDC変換装置であって、時間関連特性を判別す るために第1の複数の電気信号を処理する手段は、選択可能時間枠内に生成され るパルス電気信号の合計数を表す値を格納するために電気的に連結するルックア ップテーブルをさらに備え、各格納値には少なくとも1つの第1の複数ビットデ ジタルワードに追加する補償係数が関連付けられていることを特徴とするTDC 変換装置。 17. 請求項15に記載のTDC変換装置であって、時間関連特性を判別す るために第1の複数の電気信号を処理する手段は、統計データまたは経験データ を使用し、少なくとも1つの第1の複数ビットデジタルワードに加算する補償係 数を計算することを特徴とするTDC変換装置。 18. 請求項11に記載のTDC変換装置であって、メモリーは、選択可能 時間枠内に生成される複数の少なくとも1つの第1の複数ビットデジタルワード のそれぞれに関連付けられているタイムスタンプを再呼出しすることで、格納さ れているデータを順次再呼出しすることを特徴とするTDC変換装置。 19. 請求項11に記載のTDC変換装置であって、メモリーは、選択可能 時間枠内に生成された複数の少なくとも1つの第1の複数ビットデジタルワード をメモリに格納された順序で再呼出しすることで、格納されているデータを順次 に再呼出し、格納時に暗黙の内にデータにタイムスタンプを付与することを特徴 とするTDC変換装置。 20. 請求項1に記載のTDC変換装置であって、TDCは、前記分子スト リームの特性を図形的に表示する表示手段をさらに備えることを特徴とするTD C変換装置。 21. 請求項20に記載のTDC変換装置であって、前記分子ストリームの 時間関連特性は、シングルショットスケール波形として表示されることを特徴と するTDC変換装置。 22. 請求項5に記載のTDC変換装置であって、複数の陽極はオーバーラ ップしないように物理的に配列することを特徴とするTDC変換装置。 23. 請求項22に記載のTDC変換装置であって、複数の陽極は通常は少 なくとも2つの列に配列し、複数の陽極の縁を隣接させることを特徴とするTD C変換装置。 24. 請求項23に記載のTDC変換装置であって、複数の検出器の最大で も3つの隣接する縁が縁の任意の個所で一致するように、少なくとも2つの列は 通常は表面でオフセット形にすることを特徴とするTDC変換装置。 25. 請求項8に記載のTDC変換装置であって、複数の陽極のそれぞれは 表面を十分に大きくし、複数のしきい値検出器の選択可能しきい値エネルギーレ ベルは、複数のしきい値検出器手段の1つだけが単一の分子衝突によりパルス電 気信号を発生するレベルであることを特徴とするTDC変換装置。 26. 請求項2に記載のTDC変換装置であって、複数の検出器手段は、陽 極、電子およびアバランシェ光子ダイオードで構成される検出器の少なくとも1 つのグループから選択することを特徴とするTDC変換装置。 27. 請求項2に記載のTDC変換装置であって、TDC変換装置の動的範 囲は、通常は、複数の検出器手段の合計数に等しい係数だけ増加させることを特 徴とするTDC変換装置。 28. 時間−デジタル(TDC)変換装置の動的範囲を拡張し時間分解能を 高める方法であって、分子ストリームの時間関連特性をより正確に判別するため にTDCに電気的に連結された複数の検出器手段を含み、 1) 複数の検出器手段の表面の分子ストリームの衝撃を検出するステップと 、 2) 分子ストリームの検出の結果、前記複数の検出器手段から第1の複数の 電気信号を生成するステップと、 3) TDCで複数の検出器手段から第1の複数の電気信号を受け取るステッ プと、 4) 通常は、大信号に発生する時間関連特性である歪みがなく、また、通常 は、小信号に発生する時間関連特性である雑音で検出不能にならずに、分子スト リームの時間関連特性を判別するためにTDC内で第1の複数の電気信号を処理 するステップとを含むことを特徴とする方法。 29. 請求項28に記載の方法であって、複数の検出器手段の表面で分子ス トリームの衝撃を検出するステップは 1) 表面で分子ストリームを受け取れるようにマイクロチャネルプレートを 配置するステップと、 2) 分子ストリームに応答して第1の複数の電気信号を生成するステップと 、 3) 電気的にマイクロチャネルプレートに連結した複数の陽極を備えるステ ップと、 4) マイクロチャネルプレートからの第1の複数の電気信号を複数の陽極に 送るステップと、 5) 分子ストリームの時間関連特性を表す第2の複数の処理された電気信号 を生成するために第1の複数の電気信号を処理するステップとをさらに含むこと を特徴とする方法。 30. 請求項28に記載の方法であって、分子ストリームの衝撃を検出する ステップは、複数の検出器手段上でイオンまたは光子の衝撃を検出するステップ をさらに含むことを特徴とする方法。 31. 請求項29に記載の方法であって、第2の複数の処理された信号を生 成するために第1の複数の電気信号を処理するステップは、 1) 少なくとも1つの電気信号を処理しその特性を判別し、複数の陽極に電 気的に連結したしきい値検出器手段で構成される手段を備えるステップと、 2) 選択可能しきい値エネルギーレベルを超えるしきい値検出器手段から少 なくとも1つの第2の電気信号を送るステップとをさらに含むことを特徴とする 方法。 32. 請求項31に記載の方法であって、時間関連特性を判別するために第 1の複数の電気信号を処理する手段を備えるステップは、 1) しきい値検出器に電気的に連結される計数手段を備えるステップと、 2) 選択可能しきい値エネルギーレベルを超える第2の複数の電気信号を受 け取るステップと、 3) デジタル電気信号を生成するステップとをさらに含むことを特徴とする 方法。 33. 請求項32に記載の方法であって、時間関連特性を判別するために第 1の複数の電気信号を処理する手段を備えるステップは、 1) 計数手段に電気的に連結された第1のメモリーレジスタを備えるステッ プと、 2) 第1のメモリーレジスタによりデジタル電気信号を受け取るステップと 、 3) 選択可能時間枠内で生成される複数のデジタル電気信号の第1の合計を 出力として生成するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。 34. 請求項33に記載の方法であって、複数のパルス電気信号を合計して 出力として生成するステップは、 1) データが格納される前に第1のメモリーレジスタをクリアするステップ と、 2) 第1の合計を生成するために複数の電気信号を第1のメモリーレジスタ に合計するステップと、 3) 第1の合計である複数ビットデジタルワードを出力として生成するステ ップとをさらに含むことを特徴とする方法。 35. 請求項34に記載の方法であって、複数ビットデジタルワードである 第1の合計を出力として生成するステップは、複数の複数ビットデジタルワード を出力として提供するためにステップ1)からステップ3)を繰り返すステップ をさらに含むことを特徴とする方法。 36. 請求項33に記載の方法であって、時間関連特性を判別するために第 1の複数の電気信号を処理する手段を備えるステップは、 1) 第1のメモリーレジスタに電気的に連結した第2のメモリーレジスタを 備えるステップと、 2) 第2のメモリーレジスタにおける第1のメモリーレジスタの出力を複数 の複数ビットデジタルワードとして受け取るステップと、 3) 複数の選択可能時間枠に渡って生成される第1のメモリーレジスタから の複数の複数ビットデジタルワードの合計である第2の合計を、第2のメモリー レジスタからの出力として生成するステップとをさらに含むことを特徴とする方 法。 37. 請求項36に記載の方法であって、第2の合計を出力として生成する ステップは、複数の第2の合計を出力として生成するためにステップ2)とステ ップ3)を繰り返すステップをさらに含むことを特徴とする方法。 38. 請求項37に記載の方法であって、複数の第2の合計を提供するステ ップは、 1) 第2のメモリーレジスタの出力に電気的に連結するメモリーを提供する ステップと、 2) 第2のメモリーレジスタの出力をメモリーで受信するステップと、 3) メモリーの記憶アドレスに出力を格納するステップと、 4) 次に使用可能メモリー記憶アドレスがデータを格納するために利用でき るようにメモリー内のメモリーポインタを増加させるステップとをさらに含むこ とを特徴とする方法。 39. 請求項35に記載の方法であって、時間関連特性を判別するために第 1の複数の電気信号を処理する手段を備えるステップは、 1) 第1のメモリーレジスタの出力に電気的に連結する第3のメモリーを備 えるステップと、 2) 第2のメモリーレジスタの出力をメモリーで受信するステップと、 3) 第1のメモリーレジスタの出力をメモリーの記憶アドレスに格納するス テップと、 4) 次に使用可能なメモリー記憶アドレスがデータを格納するために利用で きるようにメモリー内のメモリーポインタを増加させるステップとをさらに含む ことを特徴とする方法。 40. 請求項39に記載の方法であって、メモリーを備えるるステップは、 データが格納された順序でデータを再呼出しする手段を備えることで、データの 順次再呼出しに使用できるメモリーを備えるステップをさらに含むことを特徴と する方法。 41. 請求項40に記載の方法であって、データを順次に再呼出しするメモ リーを備えるステップは、線形メモリーまたはランダムアクセス可能メモリーを 備えるステップをさらに含むことを特徴とする方法。 42. 請求項40に記載の方法であって、複数の複数ビットデジタルワード を出力として提供するために請求項35のステップ1)からステップ3)を繰り 返すステップは、特定の複数ビットデジタルワードが生成された時に決まるタイ ムスタンプを複数の複数ビットデジタルワードのそれぞれに関連付けるステップ をさらに含むことを特徴とする方法。 43. 請求項42に記載の方法であって、メモリーを提供するステップは、 複数の複数ビットデジタルワードのそれぞれに関連付けられたタイムスタンプに 従って記憶されたデータを再呼出しすることで、データを順次に再呼出しできる メモリーを提供するステップをさらに含むことを特徴とする方法。 44. 請求項38に記載の方法であって、第2のメモリーレジスタの出力を メモリーに格納するステップは、 1) メモリー外条件が発生したかどうかを判別し、発生した場合は、メモリ ーポインタをメモリーの先頭にリセットするステップと、 2) 停止条件が発生したかどうかを判別し、発生した場合は、ステップ3) へ進み、発生しない場合は請求項38のステップ2)からステップ4)までを繰 り返すステップと、 3) 少なくとも3種類の停止条件のどの種類が発生したかを判別し、適切な 応答を生成するステップとをさらに含むことを特徴とする方法。 45. 請求項44に記載の方法であって、少なくとも3種類の停止条件のど の種類が発生したかを判別し、適切な応答を生成するステップは、 1) データ記憶を終了するステップと、 2) メモリーを第2のメモリーレジスタまたは表示装置へ送るステップと、 3) メモリー手段メモリーポインタを新しいメモリー手段へ移動して請求項 38のステップ2)からステップ4)を繰り返し実行するステップのいずれかを さらに含むことを特徴とする方法。 46. 請求項33に記載の方法であって、第1の合計を生成するために複数 のデジタル電気信号を合計するステップは、検出されなかった第1の信号の衝撃 を表す補償係数だけ第1の合計を増加させることでコインシデンス損失を補償す るステップをさらに含むことを特徴とする方法。 47. 請求項46に記載の方法であって、検出されなかった第1の信号の衝 撃を表す補償係数だけ第1の合計を増加させることでコインシデンス損失を補償 するステップは、検出された第1の信号の衝撃を表す値を格納しているルックア ップテーブルを使用するステップをさらに含み、各値には第1の合計に加算され る対応する補償係数が関連付けられていることを特徴とする方法。[Claims]   1. Extend the dynamic range and increase the time resolution to improve the time-related properties of molecular streams A time-to-digital (TDC) converter for more accurate discrimination,   First detector means for detecting the impact of a surface molecular stream, wherein the first Generating a first electrical signal from the detector means of   A second detector means for detecting the impact of the surface molecular stream; Generating a second electrical signal from the detector means of   At least one further detector means for detecting the impact of the surface molecular stream; At least one other electrical signal from at least one further detector means due to impact Produces   Receiving the first, the second and the at least one other electrical signal Processing the first electrical signal, the second electrical signal and at least one other electrical signal at There is no time-related distortion that occurs in large signals, and it occurs in small signals. Time-related characteristics of molecular streams without being undetectable by noise, which is a time-related characteristic A TDC converter.   2. 2. The TDC converter according to claim 1, wherein the first detector means, the second detector means, The detector means and at least one other detector means are adapted to impinge the molecular stream on the surface. A member of a plurality of detector means for detecting strikes, TDC converter for generating a first plurality of electrical signals from detector means Place.   3. 3. The TDC converter according to claim 2, wherein each of the plurality of detector means is provided. The molecular stream that impacts it is characterized as a continuous transient signal TDC conversion device.   4. 4. The TDC converter according to claim 3, wherein each of the plurality of detector means comprises:   A surface molecular stream is received and a first plurality of currents are responsive to the molecular stream. A microchannel plate arranged to generate an air signal;   Receiving and processing the first electrical signal to generate a first processed electrical signal; A first anode electrically connected to the microchannel plate;   Receiving and processing the second electrical signal to produce a second processed electrical signal; A second anode electrically connected to the microchannel plate;   Receiving and processing at least one other electrical signal, wherein the first processed at least Also electrically connected to the microchannel plate to generate one other electrical signal. At least one other anode connected   A first processed electrical signal, a second processed electrical signal and at least one Characterized in that the other processed electrical signals represent the time-related properties of the molecular stream TDC converter.   5. The TDC converter according to claim 4, wherein the first anode, the second anode and And at least one other anode generate a second plurality of processed electrical signals. A plurality of anode members for processing a first plurality of electrical signals. TDC converter.   6. 6. The TDC converter according to claim 5, wherein the molecular stream comprises a plurality of streams. Select from a molecular group consisting of ions and photons that collide with the detector means A TDC converter characterized by the above-mentioned.   7. 7. The TDC converter according to claim 6, wherein the first electric signal is a micro signal. First clear surface of the surface generated at the point of impact from the channel plate and usually aligned with the point of impact A TDC converter characterized by being received by a pole.   8. 6. The TDC converter according to claim 5, wherein the TDC converter processes the first plurality of electric signals. The means for managing includes a first plurality of each of the plurality of powers exceeding a selectable threshold energy level. A gas signal can be generated from the plurality of anodes as a second plurality of processed electrical signals. TDC converter further comprising a plurality of threshold detectors Place.   9. 9. The TDC converter according to claim 8, wherein the time-related characteristic is determined. Means for processing the first plurality of electrical signals for generating a sumable pulsed electrical signal A plurality of threshold detectors for processing the second plurality of processed electrical signals TDC converter further comprising counting means electrically connected to the means. Place.   10. The TDC converter according to claim 9, wherein a time-related characteristic is determined. Means for processing the first plurality of electrical signals for generating within a selectable time frame Sum the total number of pulsed electrical signals to get a small number representing the total number of pulsed electrical signals at the output. A first means coupled to a counting means for generating at least one multi-bit digital word; A TDC converter further comprising a memory register.   11. The TDC converter according to claim 10, wherein a time-related characteristic is determined. Means for processing the first plurality of electrical signals for generating within the selectable time frame. Receiving and aggregating the at least one multi-bit digital word; , To provide an output of at least one second multi-bit digital word, A second memory register electrically connected to the output of the first memory register; And a TDC converter.   12. The TDC converter according to claim 10, wherein a time-related characteristic is determined. Means for processing the first plurality of electrical signals for generating within the selectable time frame. Receiving and aggregating the at least one first multi-bit digital word For this purpose, a memory electrically connected to the first memory register at the output point is provided. And a TDC converter.   13. 12. The TDC converter according to claim 11, wherein a time-related characteristic is determined. Means for processing the first plurality of electrical signals for generating within the selectable time frame. Receiving and processing a plurality of at least one second multi-bit digital word For this purpose, a memory electrically connected to the second memory register at the output point is provided. And a TDC converter.   14. The TDC converter according to claim 11, wherein the TDC is a selectable operation. According to the method, the counting means, the first memory register, the second memory register and And a control means for adjusting the operation of the memory. Conversion device.   15. The TDC converter according to claim 10, wherein a time-related characteristic is determined. The means for processing the first plurality of electrical signals comprises at least one first plurality of electrical signals. By changing the bit digital word by the compensation coefficient representing the number of compensation hits, Compensation means for compensating for multiple signal hits on unexposed microchannel plates A TDC converter, further comprising:   16. 16. The TDC converter according to claim 15, wherein a time-related characteristic is determined. Means for processing the first plurality of electrical signals for generating within the selectable time frame. Lookaer electrically connected to store a value representing the total number of pulsed electrical signals And a stored table, wherein each stored value has at least one first multi-bit data. TDC characterized in that a compensation coefficient to be added to the digital word is associated Conversion device.   17. 16. The TDC converter according to claim 15, wherein a time-related characteristic is determined. Means for processing the first plurality of electrical signals in order to generate statistical or empirical data. And adding to at least one first multi-bit digital word A TDC converter for calculating a number.   18. The TDC converter according to claim 11, wherein the memory is selectable. A plurality of at least one first multi-bit digital words generated within a time frame By recalling the timestamp associated with each of the A TDC converter characterized by sequentially recalling data that has been stored.   19. The TDC converter according to claim 11, wherein the memory is selectable. A plurality of at least one first multi-bit digital word generated within a time frame Are recalled in the order stored in the memory so that the stored data is Recalls data and implicitly adds a time stamp to data when stored TDC converter.   20. 2. The TDC converter according to claim 1, wherein the TDC is the molecular string. TD further comprising display means for graphically displaying the characteristics of the ream. C converter.   21. 21. The TDC converter according to claim 20, wherein the molecular stream is Time-related characteristics are displayed as a single shot scale waveform. TDC conversion device.   22. The TDC converter according to claim 5, wherein the plurality of anodes are overlapped. A TDC converter characterized in that the TDC converters are physically arranged so as not to be disconnected.   23. 23. The TDC converter according to claim 22, wherein the plurality of anodes are usually less. TD characterized by being arranged in at least two rows and adjacent edges of a plurality of anodes C converter.   24. 24. The TDC converter according to claim 23, wherein a maximum of the plurality of detectors is provided. At least two rows so that three adjacent edges coincide at any point on the edge A TDC converter characterized in that the surface is usually offset.   25. The TDC converter according to claim 8, wherein each of the plurality of anodes is Enlarge the surface and selectable threshold energy levels for multiple threshold detectors Bell states that only one of the multiple threshold detector means is pulsed by a single molecular collision. A TDC converter having a level at which an air signal is generated.   26. 3. The TDC converter according to claim 2, wherein the plurality of detector means are positive. At least one of a detector consisting of a pole, an electron and an avalanche photon diode A TDC converter, wherein the TDC converter is selected from two groups.   27. The TDC converter according to claim 2, wherein the dynamic range of the TDC converter is The box usually features an increase by a factor equal to the total number of detector means. TDC conversion device.   28. Extend the dynamic range of time-to-digital (TDC) converters and increase time resolution Enhancement method to more accurately determine the time-related properties of a molecular stream A plurality of detector means electrically coupled to the TDC;   1) detecting the impact of the molecular stream on the surface of the plurality of detector means; ,   2) as a result of the detection of the molecular stream, a first plurality of Generating an electrical signal;   3) receiving a first plurality of electrical signals from the plurality of detector means at the TDC; And   4) Normally, there is no distortion, which is a time-related characteristic that occurs in a large signal. Is not detected by noise, which is a time-related characteristic of small signals, Processing a first plurality of electrical signals within the TDC to determine a time-related characteristic of the stream Performing the steps of:   29. 29. The method of claim 28, wherein the surface of the plurality of detector means has molecular molecules. The step of detecting the impact of the trim is   1) Set up a microchannel plate to receive the molecular stream on the surface Placing,   2) generating a first plurality of electrical signals in response to the molecular stream; ,   3) A stage having a plurality of anodes electrically connected to a microchannel plate. And   4) First multiple electrical signals from the microchannel plate to multiple anodes Sending,   5) A second plurality of processed electrical signals representing a time-related property of the molecular stream. Processing the first plurality of electrical signals to generate A method characterized by the following.   30. 29. The method according to claim 28, wherein the impact of the molecular stream is detected. Detecting the impact of ions or photons on the plurality of detector means. The method further comprising:   31. 30. The method of claim 29, further comprising generating a second plurality of processed signals. Processing the first plurality of electrical signals to produce   1) Process at least one electrical signal, determine its characteristics, and apply Providing means comprising pneumatically coupled threshold detector means;   2) less than a threshold detector means that exceeds the selectable threshold energy level Sending at least one second electrical signal. Method.   32. 32. The method according to claim 31, wherein the second step determines the time-related characteristic. The step of providing a means for processing a plurality of electric signals includes:   1) providing counting means electrically connected to the threshold detector;   2) receiving a second plurality of electrical signals exceeding a selectable threshold energy level; The step of removing,   3) generating a digital electric signal. Method.   33. 33. The method according to claim 32, wherein a second step for determining a time-related characteristic is performed. The step of providing a means for processing a plurality of electric signals includes:   1) A step having a first memory register electrically connected to the counting means. And   2) receiving a digital electrical signal by the first memory register; ,   3) calculating a first sum of the plurality of digital electrical signals generated within the selectable time frame; Generating as output.   34. 34. The method of claim 33, wherein the plurality of pulsed electrical signals are summed. The steps to generate as output are   1) Clearing the first memory register before data is stored When,   2) applying a plurality of electrical signals to a first memory register to generate a first sum; Summing to   3) generating a first sum, a multi-bit digital word, as an output; The method further comprising:   35. 35. The method of claim 34, which is a multi-bit digital word. Producing a first sum as an output comprises a plurality of multi-bit digital words. Repeating steps 1) to 3) to provide as output The method further comprising:   36. 34. The method according to claim 33, wherein the second step determines the time-related characteristic. The step of providing a means for processing a plurality of electric signals includes:   1) a second memory register electrically connected to the first memory register; Preparing,   2) Multiple outputs of the first memory register in the second memory register Receiving as a multi-bit digital word of   3) From the first memory register generated over multiple selectable time frames A second sum, which is the sum of the multiple multi-bit digital words of Generating as an output from a register. Law.   37. 37. The method according to claim 36, wherein the second sum is generated as an output. Step includes step 2) to generate a plurality of second sums as output. Repeating step 3).   38. 38. The method of claim 37, wherein providing a plurality of second sums. The top   1) Providing a memory electrically coupled to the output of the second memory register Steps and   2) receiving the output of the second memory register in memory;   3) storing the output at a memory storage address;   4) The next available memory storage address is available to store the data Increasing the memory pointer in memory to And the method characterized by the above.   39. 36. The method according to claim 35, wherein a second step for determining a time-related characteristic is performed. The step of providing a means for processing a plurality of electric signals includes:   1) having a third memory electrically connected to the output of the first memory register; Steps   2) receiving the output of the second memory register in memory;   3) A switch for storing the output of the first memory register at a storage address of the memory. Tep,   4) The next available memory storage address can be used to store data Increasing the memory pointer in memory to allow A method comprising:   40. 40. The method of claim 39, comprising providing a memory, By providing a means for recalling data in the order in which the data was stored, Further comprising providing a memory that can be used for sequential recall. how to.   41. 41. The method of claim 40, wherein the data is recalled sequentially. The step of providing memory with linear or random accessible memory. The method further comprising the step of providing.   42. 41. The method of claim 40, wherein a plurality of multi-bit digital words. Steps 1) to 3) of claim 35 are repeated to provide The step of returning is based on the timing determined when the particular multi-bit digital word was generated. Associating a time stamp with each of a plurality of multi-bit digital words The method further comprising:   43. 43. The method of claim 42, wherein providing memory comprises: Time stamps associated with each of multiple multi-bit digital words Therefore, by recalling the stored data, the data can be sequentially recalled. The method further comprising providing a memory.   44. 39. The method of claim 38, wherein the output of the second memory register is The step of storing in memory is:   1) Determine whether an out-of-memory condition has occurred and, if so, Resetting the pointer to the beginning of memory;   2) Determine whether a stop condition has occurred, and if so, step 3) If not, repeat steps 2) to 4) of claim 38. Returning step,   3) Determine which of the at least three types of stop conditions has occurred, and Generating a response.   45. The method of claim 44, wherein at least three stop conditions are included. Determining if the type of the event has occurred, and generating an appropriate response,   1) ending the data storage;   2) sending the memory to a second memory register or display;   3) Claim the memory means by moving the memory pointer to the new memory means. One of the steps of repeatedly executing step 2) to step 4) of 38 A method, further comprising:   46. 34. The method of claim 33, wherein a plurality of the sums are generated to generate a first sum. Summing the digital electrical signals of the first signal To compensate for the coincidence loss by increasing the first sum by a compensation factor representing The method further comprising the step of:   47. 47. The method of claim 46, wherein the first signal is detected. Compensating for loss of coincidence by increasing the first sum by the compensation factor representing the strike The step of looking up stores a value representative of the impact of the detected first signal. Further comprising using a map table, wherein each value is added to the first sum. Corresponding compensation coefficients are associated.
JP52283798A 1996-11-15 1997-11-14 Multi-pole time-to-digital converter Ceased JP2001504265A (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/751,509 US5777326A (en) 1996-11-15 1996-11-15 Multi-anode time to digital converter
US08/814,898 US6163032A (en) 1997-03-12 1997-03-12 Tapered or tilted electrodes to allow the superposition of independently controllable DC field gradients to RF fields
US08/751,509 1997-03-14
US08/818,376 US6316768B1 (en) 1997-03-14 1997-03-14 Printed circuit boards as insulated components for a time of flight mass spectrometer
US08/814,898 1997-03-14
US08/818,376 1997-03-14
PCT/US1997/020766 WO1998021742A1 (en) 1996-11-15 1997-11-14 Multi-anode time to digital converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001504265A true JP2001504265A (en) 2001-03-27

Family

ID=27419415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP52283798A Ceased JP2001504265A (en) 1996-11-15 1997-11-14 Multi-pole time-to-digital converter

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0939970A4 (en)
JP (1) JP2001504265A (en)
AU (1) AU7181898A (en)
WO (1) WO1998021742A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003509812A (en) * 1999-09-03 2003-03-11 サーモ マスラボ リミテッド High dynamic range mass spectrometer
JP2008542729A (en) * 2005-06-03 2008-11-27 エムディーエス インコーポレイテッド ドゥーイング ビジネス スルー イッツ エムディーエス サイエックス ディヴィジョン System and method for collection of data on recursive mass spectrometry

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9801565D0 (en) 1998-01-23 1998-03-25 Micromass Ltd Method and apparatus for the correction of mass errors in time-of-flight mass spectrometry
JP3413447B2 (en) * 1998-01-23 2003-06-03 マイクロマス・リミテッド Time-of-flight mass spectrometer and detector therefor
GB2339958B (en) * 1998-07-17 2001-02-21 Genomic Solutions Ltd Time-of-flight mass spectrometer
GB2359187A (en) * 2000-02-11 2001-08-15 Kindbrisk Ltd Device and method for two-dimensional detection of particles or electromagnetic radiation
GB2381373B (en) * 2001-05-29 2005-03-23 Thermo Masslab Ltd Time of flight mass spectrometer and multiple detector therefor
US6747271B2 (en) 2001-12-19 2004-06-08 Ionwerks Multi-anode detector with increased dynamic range for time-of-flight mass spectrometers with counting data acquisition
GB0409118D0 (en) * 2004-04-26 2004-05-26 Micromass Ltd Mass spectrometer
US9928999B2 (en) 2014-06-11 2018-03-27 Micromass Uk Limited Flagging ADC coalescence

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3715590A (en) * 1971-03-26 1973-02-06 Nasa Micrometeoroid analyzer
FR2560434B1 (en) * 1984-02-29 1987-09-11 Centre Nat Rech Scient TIME OF FLIGHT MASS SPECTROMETER
JP2567736B2 (en) * 1990-11-30 1996-12-25 理化学研究所 Ion scattering analyzer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003509812A (en) * 1999-09-03 2003-03-11 サーモ マスラボ リミテッド High dynamic range mass spectrometer
JP4869526B2 (en) * 1999-09-03 2012-02-08 サーモ フィニガン リミテッド ライアビリティ カンパニー High dynamic range mass spectrometer
JP2008542729A (en) * 2005-06-03 2008-11-27 エムディーエス インコーポレイテッド ドゥーイング ビジネス スルー イッツ エムディーエス サイエックス ディヴィジョン System and method for collection of data on recursive mass spectrometry

Also Published As

Publication number Publication date
WO1998021742A1 (en) 1998-05-22
EP0939970A4 (en) 2000-04-12
AU7181898A (en) 1998-06-03
EP0939970A1 (en) 1999-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5777326A (en) Multi-anode time to digital converter
US6680476B1 (en) Summed time-of-flight mass spectrometry utilizing thresholding to reduce noise
JP5295762B2 (en) Mass spectrometer
US7365313B2 (en) Fast time-of-flight mass spectrometer with improved data acquisition system
JP3470724B2 (en) Time-of-flight mass spectrometer and dual gain detector for it
JP5349298B2 (en) Mass spectrometer
EP2601670B1 (en) Methods and apparatuses for producing mass spectrum data
JP2009539092A (en) Mass spectrometer
JP2001504265A (en) Multi-pole time-to-digital converter
US6822227B1 (en) Time-of-flight mass spectrometry utilizing finite impulse response filters to improve resolution and reduce noise
JP4988605B2 (en) Mass spectrometer
WO2006116335A1 (en) Leading edge/trailing edge tof detection
US9543133B2 (en) Processing of ion current measurements in time-of-flight mass spectrometers
JP2009541718A (en) Photon detector
US4970390A (en) Apparatus for counting individual particles in time-of-flight spectrometry, and method of use
US6744044B2 (en) Time-of-flight mass spectrometry utilizing a split memory
EP1585167A2 (en) Data acquisition and processing in mass spectrometers
Camus et al. A new electronic detector for FIM and AP: Initial WoW results
CN114019483A (en) Laser radar detection system capable of suppressing interference
JP2010501864A (en) System and method for correcting non-uniform ion distribution across a multichannel detector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080520

A313 Final decision of rejection without a dissenting response from the applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A313

Effective date: 20081014

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20081209