JP2001027567A - 光計測装置 - Google Patents
光計測装置Info
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- JP2001027567A JP2001027567A JP11199115A JP19911599A JP2001027567A JP 2001027567 A JP2001027567 A JP 2001027567A JP 11199115 A JP11199115 A JP 11199115A JP 19911599 A JP19911599 A JP 19911599A JP 2001027567 A JP2001027567 A JP 2001027567A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダイナミックレンジが広く、入射する光束の
光量を正確に計測できる光計測装置を提供する。 【解決手段】 光計測装置１０は、周期Ｔのタイミング
パルス信号を出力するタイミングパルス発生器１４と、
入射する光束の光量に応じた信号を出力するＨＰＤ１６
と、ＨＰＤ１６から出力された信号を積分するチャージ
アンプ２０と、チャージアンプ２０の出力が基準電圧Ｖ
ｃを越える場合に飽和信号を出力する比較器２２と、比
較器２２からの飽和信号の出力回数を計数するカウンタ
２６と、チャージアンプ２０の出力をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換器２８と、カウンタ２６からの出力とＡ／Ｄ変
換器２８からの出力とに基づいて入射する光束の光量を
演算する演算部３０とを備える。チャージアンプ２０
は、タイミングパルス発生器１４から出力されるタイミ
ングパルス信号及び上記飽和信号によりリセットされ
る。
光量を正確に計測できる光計測装置を提供する。 【解決手段】 光計測装置１０は、周期Ｔのタイミング
パルス信号を出力するタイミングパルス発生器１４と、
入射する光束の光量に応じた信号を出力するＨＰＤ１６
と、ＨＰＤ１６から出力された信号を積分するチャージ
アンプ２０と、チャージアンプ２０の出力が基準電圧Ｖ
ｃを越える場合に飽和信号を出力する比較器２２と、比
較器２２からの飽和信号の出力回数を計数するカウンタ
２６と、チャージアンプ２０の出力をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換器２８と、カウンタ２６からの出力とＡ／Ｄ変
換器２８からの出力とに基づいて入射する光束の光量を
演算する演算部３０とを備える。チャージアンプ２０
は、タイミングパルス発生器１４から出力されるタイミ
ングパルス信号及び上記飽和信号によりリセットされ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射する光束の光
量を計測する光計測装置に関するものである。
量を計測する光計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば色素で染色された細胞から発せら
れる蛍光のような微弱な光を計測する計測装置として、
入射した光束の光量に応じた光電子を放出させ、当該光
電子数を計数することによって入射した光束の光量を計
測する光計測装置が知られている。かかる光計測装置
は、光検出素子である光電子増倍管と、光電子増倍管か
らの出力信号を基準値と比較する比較器と、比較器から
の出力を計数するカウンタとを主として備えて構成され
る。光電子増倍管に光束が入射すると、光電子増倍管の
光電面から当該光束の光量に応じた光電子が順次放出さ
れ、当該光電子に対応した出力信号が出力される。光電
子増倍管からの出力信号は、比較器によって、常に基準
値と比較される。ここで、光電子増倍管に光束が入射し
ていない場合は光電子が放出されないため、光電子増倍
管からの出力信号が基準値を超えず、比較器からは論理
値０が出力される。一方、光電子増倍管に光束が入射し
て１つの光電子が放出された場合は、光電子増倍管から
の出力信号が基準値を超え、比較器からは論理値１が出
力される。従って、カウンタにより、比較器からの出力
を計数することで、放出された光電子数を計数すること
ができ、入射した光束の光量を計測することが可能とな
る。
れる蛍光のような微弱な光を計測する計測装置として、
入射した光束の光量に応じた光電子を放出させ、当該光
電子数を計数することによって入射した光束の光量を計
測する光計測装置が知られている。かかる光計測装置
は、光検出素子である光電子増倍管と、光電子増倍管か
らの出力信号を基準値と比較する比較器と、比較器から
の出力を計数するカウンタとを主として備えて構成され
る。光電子増倍管に光束が入射すると、光電子増倍管の
光電面から当該光束の光量に応じた光電子が順次放出さ
れ、当該光電子に対応した出力信号が出力される。光電
子増倍管からの出力信号は、比較器によって、常に基準
値と比較される。ここで、光電子増倍管に光束が入射し
ていない場合は光電子が放出されないため、光電子増倍
管からの出力信号が基準値を超えず、比較器からは論理
値０が出力される。一方、光電子増倍管に光束が入射し
て１つの光電子が放出された場合は、光電子増倍管から
の出力信号が基準値を超え、比較器からは論理値１が出
力される。従って、カウンタにより、比較器からの出力
を計数することで、放出された光電子数を計数すること
ができ、入射した光束の光量を計測することが可能とな
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
にかかる光計測装置には、以下に示すような問題点があ
った。すなわち、上記従来技術にかかる光計測装置にお
いては、複数の光電子が同時に、あるいは、極めて短い
時間間隔を持って放出された場合に、複数の光電子を分
離して検出することができず、１つの光電子が放出され
たものとして計数を行ってしまう。従って、入射する光
束の光量が小さく、放出される光電子が少ない範囲にお
いては実用に耐えるが、入射する光束の光量が大きくな
り、放出される光電子数が多くなるに従って、光電子の
数え落としが大きくなり、入射する光束の光量を正確に
計測することができなくなる。
にかかる光計測装置には、以下に示すような問題点があ
った。すなわち、上記従来技術にかかる光計測装置にお
いては、複数の光電子が同時に、あるいは、極めて短い
時間間隔を持って放出された場合に、複数の光電子を分
離して検出することができず、１つの光電子が放出され
たものとして計数を行ってしまう。従って、入射する光
束の光量が小さく、放出される光電子が少ない範囲にお
いては実用に耐えるが、入射する光束の光量が大きくな
り、放出される光電子数が多くなるに従って、光電子の
数え落としが大きくなり、入射する光束の光量を正確に
計測することができなくなる。
【０００４】また、同時に、あるいは、極めて短い時間
間隔を持って放出された光電子数を検出すべく、光電子
増倍管からの出力信号を積分する積分回路を設けること
も考えられるが、感度を高めることを目的として積分回
路の容量を小さくすると、積分回路がすぐに飽和してし
まい、広いダイナミックレンジを確保することができな
い。
間隔を持って放出された光電子数を検出すべく、光電子
増倍管からの出力信号を積分する積分回路を設けること
も考えられるが、感度を高めることを目的として積分回
路の容量を小さくすると、積分回路がすぐに飽和してし
まい、広いダイナミックレンジを確保することができな
い。
【０００５】そこで本発明は、上記問題点を解決し、入
射する光束の光量を正確に計測することができるととも
にダイナミックレンジの広い光計測装置を提供すること
を課題とする。
射する光束の光量を正確に計測することができるととも
にダイナミックレンジの広い光計測装置を提供すること
を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光計測装置は、入射する光束の光量に応じ
た光電子を放出し、当該光電子の数に応じた信号を出力
する光検出手段と、上記光検出手段から出力された信号
を積分する積分手段と、上記積分手段によって積分され
た信号と所定の基準値とを比較し、上記積分手段によっ
て積分された信号が上記所定の基準値を越えた場合に飽
和信号を出力する比較手段と、上記比較手段から出力さ
れた上記飽和信号の出力回数を計数する計数手段と、上
記比較手段から出力された上記飽和信号に基づいて上記
積分手段をリセットするリセット手段と、上記積分手段
によって積分された信号と上記計数手段によって計数さ
れた上記飽和信号の出力回数とに基づいて、入射する光
束の光量を演算する演算手段とを備えたことを特徴とし
ている。
に、本発明の光計測装置は、入射する光束の光量に応じ
た光電子を放出し、当該光電子の数に応じた信号を出力
する光検出手段と、上記光検出手段から出力された信号
を積分する積分手段と、上記積分手段によって積分され
た信号と所定の基準値とを比較し、上記積分手段によっ
て積分された信号が上記所定の基準値を越えた場合に飽
和信号を出力する比較手段と、上記比較手段から出力さ
れた上記飽和信号の出力回数を計数する計数手段と、上
記比較手段から出力された上記飽和信号に基づいて上記
積分手段をリセットするリセット手段と、上記積分手段
によって積分された信号と上記計数手段によって計数さ
れた上記飽和信号の出力回数とに基づいて、入射する光
束の光量を演算する演算手段とを備えたことを特徴とし
ている。
【０００７】放出された光電子の数に応じた信号を光検
出手段から出力し、当該信号を積分することで、入射し
た光束の光量に応じた信号を積分手段から出力すること
ができる。従って、入射する光束の光量が大きくなり、
同時に複数の光電子が放出される場合であっても、複数
個の光電子が放出されたものとして計数を行うことがで
きる。また、積分手段からの信号が所定の基準値を越え
た場合に出力される飽和信号により積分手段をリセット
し、積分手段からの信号と飽和信号の出力回数とに基づ
いて入射する光束の光量を演算することから、積分手段
の飽和が防止される。
出手段から出力し、当該信号を積分することで、入射し
た光束の光量に応じた信号を積分手段から出力すること
ができる。従って、入射する光束の光量が大きくなり、
同時に複数の光電子が放出される場合であっても、複数
個の光電子が放出されたものとして計数を行うことがで
きる。また、積分手段からの信号が所定の基準値を越え
た場合に出力される飽和信号により積分手段をリセット
し、積分手段からの信号と飽和信号の出力回数とに基づ
いて入射する光束の光量を演算することから、積分手段
の飽和が防止される。
【０００８】また、本発明の光計測装置においては、上
記積分手段によって積分された信号をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換手段をさらに備え、上記演算手段は、上記Ａ／
Ｄ変換手段によってＡ／Ｄ変換された信号と上記計数手
段によって計数された上記飽和信号の出力回数とに基づ
いて、入射する光束の光量を演算することを特徴として
もよい。
記積分手段によって積分された信号をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換手段をさらに備え、上記演算手段は、上記Ａ／
Ｄ変換手段によってＡ／Ｄ変換された信号と上記計数手
段によって計数された上記飽和信号の出力回数とに基づ
いて、入射する光束の光量を演算することを特徴として
もよい。
【０００９】Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号と飽和信号
の出力回数とに基づいて入射する光束の光量を演算する
ことで、入射する光束の光量の演算が容易となる。
の出力回数とに基づいて入射する光束の光量を演算する
ことで、入射する光束の光量の演算が容易となる。
【００１０】また、本発明の光計測装置においては、所
定周期の周期信号を発生する周期信号発生手段をさらに
有し、上記積分手段は、上記所定周期毎にリセットさ
れ、上記計数手段は、上記所定周期毎にリセットされる
ことを特徴としてもよい。
定周期の周期信号を発生する周期信号発生手段をさらに
有し、上記積分手段は、上記所定周期毎にリセットさ
れ、上記計数手段は、上記所定周期毎にリセットされる
ことを特徴としてもよい。
【００１１】所定周期毎に積分手段及び計数手段をリセ
ットすることで、所定周期毎に入射する光束の光量を得
ることができる。
ットすることで、所定周期毎に入射する光束の光量を得
ることができる。
【００１２】また、本発明の光計測装置においては、上
記光検出手段は、入射する光束の光量に応じた光電子を
放出する光電面と、上記光電面から放出された上記光電
子を加速する加速手段と、上記加速手段によって加速さ
れた上記光電子を入射させ、該光電子の数に応じた信号
を出力する半導体検出器とを備えたことを特徴としても
よい。
記光検出手段は、入射する光束の光量に応じた光電子を
放出する光電面と、上記光電面から放出された上記光電
子を加速する加速手段と、上記加速手段によって加速さ
れた上記光電子を入射させ、該光電子の数に応じた信号
を出力する半導体検出器とを備えたことを特徴としても
よい。
【００１３】上記光電面、加速手段及び半導体検出器を
備えた光検出手段を用いることで、同時に、あるいは極
めて近い時間間隔をもって放出される光電子数を効率よ
く検出することができる。
備えた光検出手段を用いることで、同時に、あるいは極
めて近い時間間隔をもって放出される光電子数を効率よ
く検出することができる。
【００１４】また、本発明の光計測装置においては、上
記半導体検出器は、アバランシェフォトダイオードであ
ることを特徴とすることが好適である。
記半導体検出器は、アバランシェフォトダイオードであ
ることを特徴とすることが好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る光計測装
置について、図面を参照して説明する。まず、本実施形
態に係る光計測装置の構成について説明する。図１は本
実施形態に係る光計測装置の構成図である。
置について、図面を参照して説明する。まず、本実施形
態に係る光計測装置の構成について説明する。図１は本
実施形態に係る光計測装置の構成図である。
【００１６】本実施形態にかかる光計測装置１０は、制
御部１２、タイミングパルス発生器１４（周期信号発生
手段）、ＨＰＤ１６（光検出手段）、コンデンサ１８、
チャージアンプ２０（積分手段）、比較器２２（比較手
段）、波形整形器２４、カウンタ２６（計数手段）、Ａ
／Ｄ変換器２８（Ａ／Ｄ変換手段）、演算部３０（演算
手段）及びリセット回路３２（リセット手段）を備えて
構成される。以下、各構成要素について詳細に説明す
る。
御部１２、タイミングパルス発生器１４（周期信号発生
手段）、ＨＰＤ１６（光検出手段）、コンデンサ１８、
チャージアンプ２０（積分手段）、比較器２２（比較手
段）、波形整形器２４、カウンタ２６（計数手段）、Ａ
／Ｄ変換器２８（Ａ／Ｄ変換手段）、演算部３０（演算
手段）及びリセット回路３２（リセット手段）を備えて
構成される。以下、各構成要素について詳細に説明す
る。
【００１７】制御部１２は、光計測装置１０全体の動作
を制御する。タイミングパルス発生器１４は、制御部１
２からの指示により、所定周期Ｔのパルス状の周期信号
（以下、タイミングパルス信号という）を発生し、出力
する。
を制御する。タイミングパルス発生器１４は、制御部１
２からの指示により、所定周期Ｔのパルス状の周期信号
（以下、タイミングパルス信号という）を発生し、出力
する。
【００１８】ＨＰＤ１６は、入射する光束の光量に応じ
た光電子を放出し、当該光電子の数に応じた信号を出力
する。具体的には、ＨＰＤ１６は、入射する光束の光量
に応じた光電子を放出する光電面１６ａと光電面１６ａ
から放出された光電子の数に応じた信号を出力する半導
体検出器であるアバランシェフォトダイオード（以下、
ＡＰＤ１６ｂという）とを、真空筐体１６ｃ内に対向配
置して構成される。ここで、光電面１６ａには、高圧電
源１６ｄ（加速手段）によって負の高電圧（例えば−８
ｋＶ）が印加されており、ＡＰＤ１６ｂのアノード−カ
ソード間には、バイアス回路１６ｅによって逆バイアス
電圧（例えば−１５０Ｖ）が印加されている。また、Ｈ
ＰＤ１６の真空筐体１６ｃ内には、図示しない電子レン
ズ部が設けられており、光電面１６ａから放出された光
電子を効率よくＡＰＤ１６ｂに入射させることができる
ようになっている。
た光電子を放出し、当該光電子の数に応じた信号を出力
する。具体的には、ＨＰＤ１６は、入射する光束の光量
に応じた光電子を放出する光電面１６ａと光電面１６ａ
から放出された光電子の数に応じた信号を出力する半導
体検出器であるアバランシェフォトダイオード（以下、
ＡＰＤ１６ｂという）とを、真空筐体１６ｃ内に対向配
置して構成される。ここで、光電面１６ａには、高圧電
源１６ｄ（加速手段）によって負の高電圧（例えば−８
ｋＶ）が印加されており、ＡＰＤ１６ｂのアノード−カ
ソード間には、バイアス回路１６ｅによって逆バイアス
電圧（例えば−１５０Ｖ）が印加されている。また、Ｈ
ＰＤ１６の真空筐体１６ｃ内には、図示しない電子レン
ズ部が設けられており、光電面１６ａから放出された光
電子を効率よくＡＰＤ１６ｂに入射させることができる
ようになっている。
【００１９】コンデンサ１８は、ＨＰＤ１６の出力端と
チャージアンプ２０の入力端との間に接続され、ＨＰＤ
１６から出力された信号の直流分を除去する。
チャージアンプ２０の入力端との間に接続され、ＨＰＤ
１６から出力された信号の直流分を除去する。
【００２０】チャージアンプ２０は、アンプ２０ａと、
電荷蓄積用のコンデンサ２０ｂと、放電用のリセットス
イッチ２０ｃとを並列に接続して構成される。ここで、
リセットスイッチ２０ｃを開放した状態においては、Ｈ
ＰＤ１６から出力された信号（電流信号）によってコン
デンサ２０ｂに電荷が蓄積され、チャージアンプ２０か
らは、ＨＰＤ１６から出力された信号の積分値が出力さ
れる。一方、リセットスイッチ２０ｃが短絡するとコン
デンサ２０ｂは放電し、チャージアンプ２０はリセット
される。ここで、リセットスイッチ２０ｃは、リセット
回路３２から出力されるリセット信号（詳細は後述）に
よって短絡される。
電荷蓄積用のコンデンサ２０ｂと、放電用のリセットス
イッチ２０ｃとを並列に接続して構成される。ここで、
リセットスイッチ２０ｃを開放した状態においては、Ｈ
ＰＤ１６から出力された信号（電流信号）によってコン
デンサ２０ｂに電荷が蓄積され、チャージアンプ２０か
らは、ＨＰＤ１６から出力された信号の積分値が出力さ
れる。一方、リセットスイッチ２０ｃが短絡するとコン
デンサ２０ｂは放電し、チャージアンプ２０はリセット
される。ここで、リセットスイッチ２０ｃは、リセット
回路３２から出力されるリセット信号（詳細は後述）に
よって短絡される。
【００２１】比較器２２は、チャージアンプ２０によっ
て積分された信号と基準電圧Ｖｃ（所定の基準値）とを
比較し、チャージアンプ２０によって積分された信号が
基準電圧Ｖｃを越えた場合に、ほぼパルス状の飽和信号
を出力する。ここで、基準電圧Ｖｃは、チャージアンプ
２０の飽和出力電圧よりも低く設定されている。
て積分された信号と基準電圧Ｖｃ（所定の基準値）とを
比較し、チャージアンプ２０によって積分された信号が
基準電圧Ｖｃを越えた場合に、ほぼパルス状の飽和信号
を出力する。ここで、基準電圧Ｖｃは、チャージアンプ
２０の飽和出力電圧よりも低く設定されている。
【００２２】波形整形器２４は、比較器２２から出力さ
れた飽和信号を入力し、一定時間幅を有するパルス信号
を出力する回路である。波形整形器２４は、例えば単安
定マルチバイブレータによって構成される。
れた飽和信号を入力し、一定時間幅を有するパルス信号
を出力する回路である。波形整形器２４は、例えば単安
定マルチバイブレータによって構成される。
【００２３】カウンタ２６は、波形整形器２４から出力
されたパルス信号の数、すなわち、比較器２２から出力
された飽和信号の出力回数（以下、計数値という）を計
数する。また、カウンタ２６における計数値は、タイミ
ングパルス発生器１４から出力されるタイミングパルス
信号によってリセットされる。
されたパルス信号の数、すなわち、比較器２２から出力
された飽和信号の出力回数（以下、計数値という）を計
数する。また、カウンタ２６における計数値は、タイミ
ングパルス発生器１４から出力されるタイミングパルス
信号によってリセットされる。
【００２４】Ａ／Ｄ変換器２８は、チャージアンプ１６
によって積分された信号をＡ／Ｄ変換する。より詳細に
は、Ａ／Ｄ変換器２８は、タイミングパルス発生器１４
から出力されるタイミングパルス信号に基づいて、一定
時間Ｔ毎にＡ／Ｄ変換を行う。
によって積分された信号をＡ／Ｄ変換する。より詳細に
は、Ａ／Ｄ変換器２８は、タイミングパルス発生器１４
から出力されるタイミングパルス信号に基づいて、一定
時間Ｔ毎にＡ／Ｄ変換を行う。
【００２５】演算部３０は、Ａ／Ｄ変換器２８によって
Ａ／Ｄ変換された信号とカウンタ２６による計数値とに
基づいて、ＨＰＤ１６の光電面１６ａから放出された光
電子数を算出する。ここで、光電面１６ａに入射する光
束の光量と光電面１６ａから放出される光電子数との関
係（光−電子変換効率）をあらかじめ測定しておくこと
により、光電面１６ａに入射する光束の光量を演算する
ことができる。ここで、上記光電子数の算出、入射光量
の演算は、タイミングパルス発生器１４から出力される
タイミングパルス信号に基づいて、一定時間Ｔ毎に行わ
れる。
Ａ／Ｄ変換された信号とカウンタ２６による計数値とに
基づいて、ＨＰＤ１６の光電面１６ａから放出された光
電子数を算出する。ここで、光電面１６ａに入射する光
束の光量と光電面１６ａから放出される光電子数との関
係（光−電子変換効率）をあらかじめ測定しておくこと
により、光電面１６ａに入射する光束の光量を演算する
ことができる。ここで、上記光電子数の算出、入射光量
の演算は、タイミングパルス発生器１４から出力される
タイミングパルス信号に基づいて、一定時間Ｔ毎に行わ
れる。
【００２６】リセット回路３２は、タイミングパルス発
生器１４から出力されたタイミングパルス信号と波形整
形器２４から出力されたパルス信号とを入力し、リセッ
ト信号を出力する。より具体的には、タイミングパルス
発生器１４から出力されたタイミングパルス信号と波形
整形器２４から出力されたパルス信号との論理和をリセ
ット信号として出力する。すなわち、上述のチャージア
ンプ２０は、一定周期Ｔ毎にリセットされるとともに、
波形整形器２４からパルス信号が出力されたとき（比較
器２２から飽和信号が出力されたとき）にもリセットさ
れる。
生器１４から出力されたタイミングパルス信号と波形整
形器２４から出力されたパルス信号とを入力し、リセッ
ト信号を出力する。より具体的には、タイミングパルス
発生器１４から出力されたタイミングパルス信号と波形
整形器２４から出力されたパルス信号との論理和をリセ
ット信号として出力する。すなわち、上述のチャージア
ンプ２０は、一定周期Ｔ毎にリセットされるとともに、
波形整形器２４からパルス信号が出力されたとき（比較
器２２から飽和信号が出力されたとき）にもリセットさ
れる。
【００２７】続いて、本実施形態にかかる光計測装置１
０の動作について説明する。光計測装置１０が動作を開
始すると、タイミングパルス発生器１４からは、図２
（ａ）に示すような周期Ｔのタイミングパルス信号が出
力される。
０の動作について説明する。光計測装置１０が動作を開
始すると、タイミングパルス発生器１４からは、図２
（ａ）に示すような周期Ｔのタイミングパルス信号が出
力される。
【００２８】この状態でＨＰＤ１６の光電面１６ａに光
束が入射すると、図２（ｂ）に示すように、光電面１６
ａからは入射した光束の光量に応じた数の光電子が放出
される。かかる光電子は電界の作用によって加速され、
電子レンズ部の作用によって収束されてＡＰＤ１６ｂに
入射する。ＡＰＤ１６ｂに入射した光電子は、そのエネ
ルギーを失う際に多数の正孔−電子対を生成し、これが
初段の増倍率になる。初段の増倍率は、電子の加速電圧
（光電面に印加した電圧）に依存し、かかる電圧が−８
ｋＶの場合で約１２００となる。その後、電子はさらに
４２倍程度にアバランシェ増倍する。その結果、ＡＰＤ
１６ｂ全体で約５００００倍のゲインが得られる。ここ
で、初段の増倍率が約１２００と極めて大きいことか
ら、ＡＰＤ１６ｂを用いたＨＰＤ１６の増倍ゆらぎは極
めて小さい。従って、ＨＰＤ１６を用いることにより、
図３に示すマルチフォトンに対する出力波高分布図から
わかるように、放出された光電子がいくつであるかを区
別して検出することができる。ここで、図３は、光電面
１６ａの印加電圧を−８ｋＶ、ＡＰＤ１６ｂの逆バイア
ス電圧を＋１５０Ｖとし、オルテック社の型番１４２Ａ
のプリアンプを用いて測定した結果である。また、ＡＰ
Ｄ１６ｂ全体で約５００００倍のゲインを有することか
ら、光電面１６ａから１つの光電子が放出された場合、
ＨＰＤ１６からは８．０×１０-15Ｃ（＝１．６×１０
-19Ｃ×５００００）の電荷量が電流として出力され
る。
束が入射すると、図２（ｂ）に示すように、光電面１６
ａからは入射した光束の光量に応じた数の光電子が放出
される。かかる光電子は電界の作用によって加速され、
電子レンズ部の作用によって収束されてＡＰＤ１６ｂに
入射する。ＡＰＤ１６ｂに入射した光電子は、そのエネ
ルギーを失う際に多数の正孔−電子対を生成し、これが
初段の増倍率になる。初段の増倍率は、電子の加速電圧
（光電面に印加した電圧）に依存し、かかる電圧が−８
ｋＶの場合で約１２００となる。その後、電子はさらに
４２倍程度にアバランシェ増倍する。その結果、ＡＰＤ
１６ｂ全体で約５００００倍のゲインが得られる。ここ
で、初段の増倍率が約１２００と極めて大きいことか
ら、ＡＰＤ１６ｂを用いたＨＰＤ１６の増倍ゆらぎは極
めて小さい。従って、ＨＰＤ１６を用いることにより、
図３に示すマルチフォトンに対する出力波高分布図から
わかるように、放出された光電子がいくつであるかを区
別して検出することができる。ここで、図３は、光電面
１６ａの印加電圧を−８ｋＶ、ＡＰＤ１６ｂの逆バイア
ス電圧を＋１５０Ｖとし、オルテック社の型番１４２Ａ
のプリアンプを用いて測定した結果である。また、ＡＰ
Ｄ１６ｂ全体で約５００００倍のゲインを有することか
ら、光電面１６ａから１つの光電子が放出された場合、
ＨＰＤ１６からは８．０×１０-15Ｃ（＝１．６×１０
-19Ｃ×５００００）の電荷量が電流として出力され
る。
【００２９】ＨＰＤ１６から出力される電流（電荷）
は、図２（ｃ）に示すように、チャージアンプ２０によ
って積分されて出力される。ここで、コンデンサ２０ｂ
の容量を１０ｐＦとすれば、光電面１６ａから１つの光
電子が放出された場合、チャージアンプ２０からの出力
電圧Ｖ１は０．８ｍＶ（＝８．０×１０-15Ｃ÷１０ｐ
Ｆ）となる。
は、図２（ｃ）に示すように、チャージアンプ２０によ
って積分されて出力される。ここで、コンデンサ２０ｂ
の容量を１０ｐＦとすれば、光電面１６ａから１つの光
電子が放出された場合、チャージアンプ２０からの出力
電圧Ｖ１は０．８ｍＶ（＝８．０×１０-15Ｃ÷１０ｐ
Ｆ）となる。
【００３０】ここでまず、光電面１６ａに入射する光束
の光量が少ない場合（図２中の区間Ａ）について考え
る。ここでは、光電面１６ａから１１個の光電子が放出
された場合にチャージアンプ２０から出力される出力電
圧Ｖ１１（＝８．８ｍＶ）を比較器２２の基準電圧Ｖｃ
とする。タイミングパルス信号の周期Ｔの間に入射する
光束の光量が少ない場合（光電面１６ａから放出される
光電子が１０個以内の場合）は、チャージアンプ２０に
は光電面１６ａから放出される光電子の数に応じた電荷
量が蓄積される。ここでタイミングパルス発生器１４か
らタイミングパルス信号が出力されると、図２（ｄ）に
示すように、チャージアンプ２０から出力される出力信
号がＡ／Ｄ変換器２８によってＡ／Ｄ変換されて演算部
３０に出力されるとともに、演算部３０によって、入射
する光束の光量が演算される。尚、説明を簡単にするた
めに、ここではＡ／Ｄ変換器２８から上記光電子数が出
力されるものとする。ここで、チャージアンプ２０から
出力される信号は、比較器２２の基準電圧を超えないた
め、比較器２２から飽和信号は出力されず、従って、カ
ウンタ２６からの出力は、図２（ｆ）に示すように０と
なる。その結果、Ａ／Ｄ変換器２８からの出力信号がそ
のまま光電面１６ａから放出される光電子数となり、か
かる光電子数を一定の光−電子変換効率で除することに
より、図２（ｇ）に示すように、入射する光束の光量が
演算され、出力される。尚、ここでは簡単のため、１つ
の光子が光電面１６ａに入射した場合に、１つの光電子
が放出されるものとし、演算部３０からは光電面１６ａ
に入射した光子数が出力されるものとする。その後、チ
ャージアンプ２０、カウンタ２６及びＡ／Ｄ変換器２８
はリセットされる。
の光量が少ない場合（図２中の区間Ａ）について考え
る。ここでは、光電面１６ａから１１個の光電子が放出
された場合にチャージアンプ２０から出力される出力電
圧Ｖ１１（＝８．８ｍＶ）を比較器２２の基準電圧Ｖｃ
とする。タイミングパルス信号の周期Ｔの間に入射する
光束の光量が少ない場合（光電面１６ａから放出される
光電子が１０個以内の場合）は、チャージアンプ２０に
は光電面１６ａから放出される光電子の数に応じた電荷
量が蓄積される。ここでタイミングパルス発生器１４か
らタイミングパルス信号が出力されると、図２（ｄ）に
示すように、チャージアンプ２０から出力される出力信
号がＡ／Ｄ変換器２８によってＡ／Ｄ変換されて演算部
３０に出力されるとともに、演算部３０によって、入射
する光束の光量が演算される。尚、説明を簡単にするた
めに、ここではＡ／Ｄ変換器２８から上記光電子数が出
力されるものとする。ここで、チャージアンプ２０から
出力される信号は、比較器２２の基準電圧を超えないた
め、比較器２２から飽和信号は出力されず、従って、カ
ウンタ２６からの出力は、図２（ｆ）に示すように０と
なる。その結果、Ａ／Ｄ変換器２８からの出力信号がそ
のまま光電面１６ａから放出される光電子数となり、か
かる光電子数を一定の光−電子変換効率で除することに
より、図２（ｇ）に示すように、入射する光束の光量が
演算され、出力される。尚、ここでは簡単のため、１つ
の光子が光電面１６ａに入射した場合に、１つの光電子
が放出されるものとし、演算部３０からは光電面１６ａ
に入射した光子数が出力されるものとする。その後、チ
ャージアンプ２０、カウンタ２６及びＡ／Ｄ変換器２８
はリセットされる。
【００３１】続いて、光電面１６ａに入射する光束の光
量が多い場合（図２中の区間Ｂ）について考える。タイ
ミングパルス信号の周期Ｔの間に入射する光束の光量が
多い場合、はじめはチャージアンプ２０に光電面１６ａ
から放出される光電子数に応じた電荷量が蓄積されてい
くが、光電面１６ａから放出される光電子数が１１個に
達すると、チャージアンプ２０から出力される信号が比
較器２２の基準電圧を超え、比較器２２から飽和信号が
出力される。比較器２２から飽和信号が出力されると、
飽和信号は、図２（ｅ）に示すように、波形整形器２４
によって波形整形され、カウンタ２６及びリセット回路
３２に出力される。カウンタ２６からは、比較器２２か
らの飽和信号の出力回数として１が出力される。一方、
リセット回路３２からはリセット信号が出力され、この
リセット信号によりチャージアンプ２０がリセットされ
る。リセット後は、再度、光電面１６ａから放出される
光電子数に応じた電荷量がチャージアンプ２０に蓄積さ
れる。
量が多い場合（図２中の区間Ｂ）について考える。タイ
ミングパルス信号の周期Ｔの間に入射する光束の光量が
多い場合、はじめはチャージアンプ２０に光電面１６ａ
から放出される光電子数に応じた電荷量が蓄積されてい
くが、光電面１６ａから放出される光電子数が１１個に
達すると、チャージアンプ２０から出力される信号が比
較器２２の基準電圧を超え、比較器２２から飽和信号が
出力される。比較器２２から飽和信号が出力されると、
飽和信号は、図２（ｅ）に示すように、波形整形器２４
によって波形整形され、カウンタ２６及びリセット回路
３２に出力される。カウンタ２６からは、比較器２２か
らの飽和信号の出力回数として１が出力される。一方、
リセット回路３２からはリセット信号が出力され、この
リセット信号によりチャージアンプ２０がリセットされ
る。リセット後は、再度、光電面１６ａから放出される
光電子数に応じた電荷量がチャージアンプ２０に蓄積さ
れる。
【００３２】タイミングパルス発生器１４からタイミン
グパルス信号が出力されると、チャージアンプ２０から
出力される出力信号がＡ／Ｄ変換器２８によってＡ／Ｄ
変換されて演算部３０に出力されるとともに、演算部３
０によって、入射する光束の光量が演算される。ここ
で、カウンタ２６からの出力が１であるため、Ａ／Ｄ変
換器２８からの出力信号に１１個を加算した数が光電面
１６ａから放出される光電子数となり、かかる光電子数
を一定の光−電子変換効率で除することにより、入射す
る光束の光量が演算される。その後、チャージアンプ２
０、カウンタ２６及びＡ／Ｄ変換器２８はリセットされ
る。尚、上記説明においては、説明の便宜上、光電面１
６ａから１１個の光電子が放出された場合にチャージア
ンプ２０から出力される出力電圧Ｖ１１（＝８．８ｍ
Ｖ）を比較器２２の基準電圧Ｖｃとしたが、実際は、例
えば１０００個程度、あるいは、それ以上の光電子が放
出された場合にチャージアンプ２０から出力される出力
電圧が、比較器２２の基準電圧Ｖｃとされる。
グパルス信号が出力されると、チャージアンプ２０から
出力される出力信号がＡ／Ｄ変換器２８によってＡ／Ｄ
変換されて演算部３０に出力されるとともに、演算部３
０によって、入射する光束の光量が演算される。ここ
で、カウンタ２６からの出力が１であるため、Ａ／Ｄ変
換器２８からの出力信号に１１個を加算した数が光電面
１６ａから放出される光電子数となり、かかる光電子数
を一定の光−電子変換効率で除することにより、入射す
る光束の光量が演算される。その後、チャージアンプ２
０、カウンタ２６及びＡ／Ｄ変換器２８はリセットされ
る。尚、上記説明においては、説明の便宜上、光電面１
６ａから１１個の光電子が放出された場合にチャージア
ンプ２０から出力される出力電圧Ｖ１１（＝８．８ｍ
Ｖ）を比較器２２の基準電圧Ｖｃとしたが、実際は、例
えば１０００個程度、あるいは、それ以上の光電子が放
出された場合にチャージアンプ２０から出力される出力
電圧が、比較器２２の基準電圧Ｖｃとされる。
【００３３】続いて、本実施形態にかかる光計測装置の
作用及び効果について説明する。本実施形態にかかる光
計測装置１０は、放出された光電子の数に応じた信号を
ＨＰＤ１６から出力し、当該信号を積分することで、入
射した光束の光量に応じた信号をチャージアンプ２０か
ら出力することができる。従って、入射した光束の光量
が大きくなり、同時に複数の光電子が放出された場合で
あっても、複数個の光電子が放出されたものとして計数
を行うことができる。また、チャージアンプ２０からの
信号が所定の基準値Ｖｃを越えた場合に出力される飽和
信号によりチャージアンプ２０をリセットし、Ａ／Ｄ変
換器２８から出力されるチャージアンプ２０からの信号
のＡ／Ｄ変換値とカウンタ２６から出力される飽和信号
の出力回数とに基づいて入射する光束の光量を演算する
ことから、チャージアンプ２０の飽和が防止される。そ
の結果、感度を低下させることなく広いダイナミックレ
ンジを確保することができ、また、入射する光束の光量
を容易かつ正確に計測することができる。
作用及び効果について説明する。本実施形態にかかる光
計測装置１０は、放出された光電子の数に応じた信号を
ＨＰＤ１６から出力し、当該信号を積分することで、入
射した光束の光量に応じた信号をチャージアンプ２０か
ら出力することができる。従って、入射した光束の光量
が大きくなり、同時に複数の光電子が放出された場合で
あっても、複数個の光電子が放出されたものとして計数
を行うことができる。また、チャージアンプ２０からの
信号が所定の基準値Ｖｃを越えた場合に出力される飽和
信号によりチャージアンプ２０をリセットし、Ａ／Ｄ変
換器２８から出力されるチャージアンプ２０からの信号
のＡ／Ｄ変換値とカウンタ２６から出力される飽和信号
の出力回数とに基づいて入射する光束の光量を演算する
ことから、チャージアンプ２０の飽和が防止される。そ
の結果、感度を低下させることなく広いダイナミックレ
ンジを確保することができ、また、入射する光束の光量
を容易かつ正確に計測することができる。
【００３４】特に、タイミングパルス発生器１４から出
力されるタイミングパルス信号の周期Ｔ毎にチャージア
ンプ２０及びカウンタ２６をリセットすることで、周期
Ｔ毎に入射する光束の光量を得ることができる。
力されるタイミングパルス信号の周期Ｔ毎にチャージア
ンプ２０及びカウンタ２６をリセットすることで、周期
Ｔ毎に入射する光束の光量を得ることができる。
【００３５】また、本実施形態にかかる光計測装置１０
においては、光検出手段としてＨＰＤ１６を用いている
ことから、光電面１６ａから同時に、あるいは極めて近
い時間間隔をもって放出される光電子数を効率よく検出
することができる。
においては、光検出手段としてＨＰＤ１６を用いている
ことから、光電面１６ａから同時に、あるいは極めて近
い時間間隔をもって放出される光電子数を効率よく検出
することができる。
【００３６】また、上記実施形態にかかる光計測装置１
０においては、光検出手段としてＨＰＤ１６を用いてい
たが、これは、フォトダイオードなどでもよい。
０においては、光検出手段としてＨＰＤ１６を用いてい
たが、これは、フォトダイオードなどでもよい。
【００３７】
【発明の効果】本発明の光計測装置は、放出された光電
子の数に応じた信号を光検出手段から出力し、当該信号
を積分することで、入射した光束の光量に応じた信号を
積分手段から出力することができる。従って、入射した
光束の光量が大きくなり、同時に複数の光電子が放出さ
れた場合であっても、複数個の光電子が放出されたもの
として計数を行うことができる。また、積分手段からの
信号が所定の基準値を越えた場合に出力される飽和信号
により積分手段をリセットし、積分手段からの信号と飽
和信号の出力回数とに基づいて入射する光束の光量を演
算することから、積分手段の飽和が防止される。その結
果、広いダイナミックレンジを確保することができると
ともに、入射する光束の光量を正確に計測することがで
きる。
子の数に応じた信号を光検出手段から出力し、当該信号
を積分することで、入射した光束の光量に応じた信号を
積分手段から出力することができる。従って、入射した
光束の光量が大きくなり、同時に複数の光電子が放出さ
れた場合であっても、複数個の光電子が放出されたもの
として計数を行うことができる。また、積分手段からの
信号が所定の基準値を越えた場合に出力される飽和信号
により積分手段をリセットし、積分手段からの信号と飽
和信号の出力回数とに基づいて入射する光束の光量を演
算することから、積分手段の飽和が防止される。その結
果、広いダイナミックレンジを確保することができると
ともに、入射する光束の光量を正確に計測することがで
きる。
【００３８】また、本発明の光計測装置においては、Ａ
／Ｄ変換された信号と飽和信号の出力回数とに基づいて
入射する光束の光量を演算することで、入射する光束の
光量の演算が容易となる。
／Ｄ変換された信号と飽和信号の出力回数とに基づいて
入射する光束の光量を演算することで、入射する光束の
光量の演算が容易となる。
【００３９】また、本発明の光計測装置においては、所
定周期毎に積分手段及び計数手段をリセットすること
で、所定周期毎に入射する光束の光量を得ることができ
る。
定周期毎に積分手段及び計数手段をリセットすること
で、所定周期毎に入射する光束の光量を得ることができ
る。
【００４０】また、本発明の光計測装置においては、上
記光電面、加速手段及び半導体検出器を備えた上記光検
出手段を用いることで、同時に、あるいは極めて近い時
間間隔をもって放出される光電子数を効率よく検出する
ことができる。
記光電面、加速手段及び半導体検出器を備えた上記光検
出手段を用いることで、同時に、あるいは極めて近い時
間間隔をもって放出される光電子数を効率よく検出する
ことができる。
【図１】光計測装置の構成図である。
【図２】光計測装置の動作を示すタイミングチャートで
ある。
ある。
【図３】出力波高分布図である。
１０…光計測装置、１２…制御部、１４…タイミングパ
ルス発生器、１６…ＨＰＤ、１８…コンデンサ、２０…
チャージアンプ、２２…比較器、２４…波形整形器、２
６…カウンタ、２８…Ａ／Ｄ変換器、３０…演算部、３
２…リセット回路
ルス発生器、１６…ＨＰＤ、１８…コンデンサ、２０…
チャージアンプ、２２…比較器、２４…波形整形器、２
６…カウンタ、２８…Ａ／Ｄ変換器、３０…演算部、３
２…リセット回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 哲家 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 大庭 弘一郎 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB11 AB19 BA09 BC03 BC12 BC15 BC17 BC28 DA08
Claims (5)
- 【請求項１】 入射する光束の光量に応じた光電子を放
出し、該光電子の数に応じた信号を出力する光検出手段
と、 前記光検出手段から出力された信号を積分する積分手段
と、 前記積分手段によって積分された信号と所定の基準値と
を比較し、前記積分手段によって積分された信号が前記
所定の基準値を越えた場合に飽和信号を出力する比較手
段と、 前記比較手段から出力された前記飽和信号の出力回数を
計数する計数手段と、 前記比較手段から出力された前記飽和信号に基づいて前
記積分手段をリセットするリセット手段と、 前記積分手段によって積分された信号と前記計数手段に
よって計数された前記飽和信号の出力回数とに基づい
て、入射する光束の光量を演算する演算手段とを備えた
ことを特徴とする光計測装置。 - 【請求項２】前記積分手段によって積分された信号をＡ
／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段をさらに備え、 前記演算手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によってＡ／Ｄ変
換された信号と前記計数手段によって計数された前記飽
和信号の出力回数とに基づいて、入射する光束の光量を
演算することを特徴とする請求項１に記載の光計測装
置。 - 【請求項３】 所定周期の周期信号を発生する周期信号
発生手段をさらに有し、 前記積分手段は、前記所定周期毎にリセットされ、 前記計数手段は、前記所定周期毎にリセットされること
を特徴とする請求項１または２に記載の光計測装置。 - 【請求項４】 前記光検出手段は、 入射する光束の光量に応じた光電子を放出する光電面
と、 前記光電面から放出された前記光電子を加速する加速手
段と、 前記加速手段によって加速された前記光電子を入射さ
せ、該光電子の数に応じた信号を出力する半導体検出器
とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項に記載の光計測装置。 - 【請求項５】 前記半導体検出器は、アバランシェフォ
トダイオードであることを特徴とする請求項４に記載の
光計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11199115A JP2001027567A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 光計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11199115A JP2001027567A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 光計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001027567A true JP2001027567A (ja) | 2001-01-30 |
Family
ID=16402392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11199115A Pending JP2001027567A (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 光計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001027567A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013027620A (ja) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Canon Inc | 眼科装置 |
| JP2017083298A (ja) * | 2015-10-28 | 2017-05-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 読み出し回路 |
-
1999
- 1999-07-13 JP JP11199115A patent/JP2001027567A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013027620A (ja) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Canon Inc | 眼科装置 |
| JP2017083298A (ja) * | 2015-10-28 | 2017-05-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 読み出し回路 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060706 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080115 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081007 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090804 |