JP2008256522A - 光電子増倍管の制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性を判定しつつ検出を行うことができる光電子増倍管の制御回路を提供する。
【解決手段】 本実施形態に係る制御回路では、高圧発生回路２０で発生した基準電位ＶＲに基づいて、比較器ＣＯＭＰが過大入射判別信号Ｖ_ＯＵＴを、モジュールの外部に出力する。ローレベルからハイレベルに切り替わった過大入射判別信号Ｖ_ＯＵＴが外部に出力された場合には、アノード端子から出力されるデータの信頼性はなく、切り替わり前にはデータの信頼性があることが判明する。したがって、信頼性を判定しつつ検出を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光電子増倍管の制御回路に関する。

光電子増倍管は、微弱光を検出する高感度の光検出器として知られている。微弱光の入射に応じて光電陰極から放出された光電子は、ダイノードで増倍され、アノードで収集され、外部に出力される。しかしながら、光電子増倍管に高光強度の光が入射すると、光電子増倍管の増倍耐圧を超える電子増倍が行われるため、光電子増倍管が破壊することが知られている。従来、かかる過入力に対する保護回路が設けられている。

特許文献１に記載の保護回路では、光電子増倍管のアノードから出力される電流が、閾値を所定期間超えた場合には、過大な光が入射されたものと判断して、光電子増倍管の電源をＯＦＦとする制御を行っている。

特許文献２に記載の遮光膜の破損検出回路は、光電子増倍管の光入射面側に遮光膜を設け、光電子増倍管のアノードから出力される電流が、閾値を超えた場合には、遮光膜が破損したものとして、警報を出力する制御を行っている。
特開平３−１３３０４６号公報 特開２０００−１２１７３７号公報

しかしながら、上述のようにアノードからの出力電流をモニタした場合、計測の過程でアノード出力電流が閾値を超えてないにも拘わらず、その出力電流の信頼性が保証できない場合が生じる。すなわち、アノード出力電流の上昇に対して、光電子増倍管への動作電圧を供給する電源の供給能力が不足すると、倍電圧整流回路によって光電陰極とアノード間に印加される電圧が低下するため、アノード出力電流が低下する。このようなアノード出力電流の低下現象は、抵抗分割方式で各ダイノードへ供給する分割電圧を生成する場合にも、アクティブブリーダを用いて分割電圧を生成する場合にも生じる。アノード出力電流は、フォトンカウンティングを用いた場合には、単位時間当りにアノードから出力される電流パルスの数である。

フォトンカウンティングの場合には、入射光量が極端に増加すると、連続して出力される電流パルスが時間的に分離できなくなり、見かけ上の計測出力は飽和する。また、光電陰極を接地しておき、アノードの出力側に結合コンデンサを挿入して、パルス出力を取り出す場合、単位時間当りの出力パルス数が増加すると、所謂ベースラインシフトと呼ばれる現象が生じる。すなわち、単位時間当りの出力パルス数が増加すると、結合コンデンサの出力レベルのゼロレベル基準値が低下するので、後段の比較器に入力されるパルスの振幅が低下し、比較器出力としてのパルス数が低下する。

このように、入射光強度が高い場合には、実際の入射光強度よりも低い値が計測値として出力される。

ユーザがこのような計測値のみを観測した場合、実際に入射光強度が低いのか、それとも入射光強度が高過ぎて計測値が低下しているだけなのかを判別することは不可能である。入射光強度が高過ぎる状態を、通常の計測値であると見なして使用を継続すると、装置故障や寿命劣化が生じることとなる。

確かに、過大光の入射に対しては、装置を保護するように、低いアノード出力電流を保護用の閾値として設定しておき、この閾値をアノード電流が超えた場合には、電源を落とすなどの制御を行うことも考えられるが、このような場合、１つには測定可能なアノード出力電流が低くなるため測定可能な光量が低下するという不具合があり、また、1つには、入射強度が高くなれば、結局のところ、上述のように、そもそものアノード出力電流が入射光強度を正確に示すものであるとは判別できないために、入射光強度が高過ぎる状態を、通常の計測値であると見なして使用を継続してしまうおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光電子増倍管への入射光強度が高い場合においても、信頼性を判定しつつ検出を行うことができる光電子増倍管の制御回路を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る光電子増倍管の制御回路は、光電子増倍管に与えられる複数の動作電圧を生成する高圧発生回路と、光電子増倍管のアノード出力を取り出すアノード端子と、高圧発生回路で発生した基準電位が閾値を下回った場合に値が切り替わる過大光入射判別信号を生成する判別手段と、過大光入射判別信号を外部に取り出すモニタ端子とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、判別手段が高圧発生回路で発生した基準電位に基づいて、過大入射判別信号を外部に出力するので、切り替わった過大入射判別信号が外部に出力された場合には、アノード端子から出力されるデータの信頼性はなく、切り替わり前にはデータの信頼性があることが判明する。したがって、信頼性を判定しつつ検出を行うことができる。

また、判別手段は、基準電位が第１入力端子に入力されるエラーアンプと、直流入力端子とエラーアンプの第２入力端子との間に介在する検出抵抗と、エラーアンプの第２入力端子と検出抵抗の接続点及び前記閾値を与える電位がそれぞれ接続される一対の入力端子を有する比較器と、上記接続点の下流に接続され、その制御入力端子がエラーアンプの出力端子に接続されたトランジスタとを備えることが好ましい。

光電子増倍管に入射される光量が増加して、アノード電流が増加すると、エラーアンプを介して高圧発生回路へ供給される電流も増加する。高圧発生回路に供給される電流がある一定以上になると、前記トランジスタに電流が流れるように設定されている。このトランジスタの上流には、上記接続点を介して検出抵抗が接続されているので、検出抵抗を流れる電流が増加し、検出抵抗両端間の電位降下によって、直流入力端子と接続点との間の電位差が拡大する。すなわち、比較器に入力される基準側の電位に対する、接続点の電位差が逆転し、比較器出力が切り替わる。すなわち、基準電位の低下によって、比較器から出力される過大入射光判別信号がＯＮに切り替わることになる。

また、高圧発生回路は、入力電圧に応じて交流電圧を発生する交流発生回路と、交流発生回路から出力された交流電圧から複数の動作電圧を生成する整流回路とを有し、交流発生回路は、エラーアンプの出力端子とスイッチング素子との間に接続された一次側コイル、及び整流回路の入力側に接続された二次側コイルを有するトランスとを備え、上記基準電位は、二次側コイルとグランドとの間で抵抗分割されることで規定される電位であり、エラーアンプの第１入力端子に帰還されていることが好ましい。

スイッチング素子が断続的に導通すると、エラーアンプの出力端子から一次側コイルに断続的に電流が流れ、二次側コイルでは、一次側コイルで発生した磁束に誘起された交流電圧が発生し、これを整流回路によって整流することで、光電子増倍管に与えられる直流電圧を生成することができる。二次側コイルの電位は、コイルとグランド間を抵抗分割することで規定した基準電位によって間接的に表される。この構造では、トランス側の電位をエラーアンプで検出して、一次側コイルへの供給電圧を調整することで、光電子増倍管への印加電圧の安定化を図ることができる。

また、一次側コイルは、同一極性の第１及び第２コイルを直列に接続してなり、スイッチング素子は、第１コイルに接続された第１トランジスタと、第１トランジスタと第２コイルとの間に接続された第２トランジスタからなり、第１及び第２トランジスタの制御端子間は、トランス内の磁束によって起電力を生じる補助コイルによって接続され、第１及び第２トランジスタの一方の制御端子はエラーアンプの出力端子に接続され、第１及び第２トランジスタの接続点は、上述のトランジスタの制御端子及びエラーアンプの出力端子を介して、第１及び第２コイルの接続点に接続されていることが好ましい。

第１コイル及び第２コイルのいずれか一方に電流が流れると、現在導通中の第１及び第２トランジスタのいずれか一方が切断され且つ他方が導通するように、補助コイルに起電力が生じ、第１コイル及び第２コイルの他方に逆方向から電流が流れるようになる。このように、第１及び第２コイルに磁気的に結合した出力側コイルからは、周期的に向きが変動する電圧、すなわち、交流電圧が出力される。

また、判別手段による過大光入射判別信号の切り替わりは、アノード出力が飽和する入射光量の領域内に設定されていることが好ましい。さらに入射光量が増加すると、アノード電流が低下し始め、その時点でデータの信頼性は失われるからである。なお、この切り替わりは、上述の接続点の下流に接続されたトランジスタの起動によって行われるため、トランジスタの立ち上がり閾値電流を規定する抵抗値は、上記設定の条件に合うように決定すればよい。

本発明によれば、光電子増倍管への入射光強度が高い場合においても、信頼性を判定しつつ検出を行うことができる。

以下、実施の形態に係る光電子増倍管の制御回路について、これを搭載した光電子増倍管モジュールを例に説明する。

図１は、光電子増倍管モジュールの回路図である。

光電子増倍管モジュール１０は、筐体１０Ｃ内に配置された光電子増倍管１と、その制御回路を備えている。光電子増倍管１は、真空容器１Ｈの面板１Ｗの内側に設けられた光電陰極１Ｃと、真空容器１Ｈに順次配置された複数のダイノードＤＹ１、ＤＹ２・・・ＤＹＮ、及びアノード１Ａを備えている。アノード１Ａには、ステムピンＳＰＡが接続されており、ステムピンＳＰＡは、結合コンデンサ５ｃ_１及びパルスアンプ５ｃ_２を順次介して、比較器５ｄの一方の入力端子に接続され、比較器５ｄの出力は信号処理回路５ｅに入力される。比較器５ｄの他方の入力端子には、参照電位Ｖｒｅｆが入力されている。

光電子増倍管１の面板１Ｗを介して光電陰極１Ｃに光が入射すると、光電陰極１Ｃは、光電子を放出し、放出された光電子は各ＤＹ１、ＤＹ２・・・ＤＹＮによって順次増倍されながらアノード１Ａ方向に飛来し、最後にアノード１Ａで収集される。アノード１Ａから出力されたアノード電流は、フォトンカウンティング計測方式であれば、光子毎にパルスとなって出力される。このパルス電流の交流成分は、結合コンデンサ５ｃ_１を通過し、パルスアンプ５ｃ_２を介して増幅され、比較器５ｄで方形波に成形される。比較器５ｄに入力される参照電位Ｖｒｅｆはノイズレベル以上に設定されている。

信号処理回路５ｅは、比較器５ｄから出力された方形波の単位時間当りのパルスをカウントするものであり、例えば、カウンタで一定期間計数することで、デジタル値に変換する。
これにより、入射光量に応じたデジタル値が光電子増倍管モジュール１０からは出力されるが、仕様によっては、後段の信号処理回路５ｅをモジュール内に組み込まない場合もある。

光電子増倍管１の光電陰極１Ｃはグランドに接続されており、後段になるほどダイノードＤＹ１，ＤＹ２・・・ＤＹＮの電位が高く、アノード１Ａの電位が最も高く設定されている。ダイノードＤＹ１，ＤＹ２・・・ＤＹＮは、ステムピンＳＰ１、ＳＰ２・・・ＳＰＮにそれぞれ接続されており、各ダイノードの電位をＶＤＹ１，ＶＤＹ２，・・・ＶＤＹＮとし、アノード電位をＶＡとする。

光電子増倍管１の制御回路は、光電子増倍管１に与えられる複数の動作電圧ＶＤＹ１，ＶＤＹ２，・・・ＶＤＹＮ，ＶＡを生成する高圧発生回路２０と、光電子増倍管１のアノード出力を取り出すアノード端子（ステムピンＳＰＡ）と、高圧発生回路２０で発生した基準電位ＶＲが閾値を下回った場合に値が切り替わる過大光入射判別信号を生成する判別手段３Ｄと、過大光入射判別信号を外部に取り出すモニタ端子Ｖ_ＯＵＴとを備えている。

光電子増倍管１に供給される動作電圧は、直流入力端子Ｖ_ＩＮに入力される直流電位Ｖ_ＩＮにより設定され、モニタ端子Ｖ_ＯＵＴからは過大光入射判別信号Ｖ_ＯＵＴが出力される。なお、便宜上、各電位は端子と同一符号で示す。

過大光が入射されたかどうかの判別を行う判別手段は、基準電位ＶＲが反転入力端子（第１入力端子）に入力されるエラーアンプＡＭＰと、直流入力端子Ｖ_ＩＮとエラーアンプＡＭＰの非反転入力端子（第２入力端子）との間に介在する検出抵抗Ｒ_Ｓと、エラーアンプＡＭＰの非反転入力端子と検出抵抗Ｒ_Ｓの接続点Ｘ及び上記閾値を与える電位Ｖ_Ｄがそれぞれ接続される一対の入力端子を有する比較器ＣＯＭＰを備えている。この閾値は、接続点Ｘの電位が、比較器ＣＯＭＰの基準側電位Ｖ_Ｄ（＝０．９５Ｖ_ＩＮ）に等しくなるときの基準電位ＶＲの値である。

また、判別手段は、接続点Ｘの下流に接続され、その制御入力端子（ベース）がエラーアンプＡＭＰの出力端子に接続されたトランジスタＱ３を備えている。

本例では、直流入力端子ＶＩＮには、１Ｖの電位が与えられている。

光電子増倍管１への入射光強度が高くなり、アノード電流が増加すると、エラーアンプＡＭＰを介して高圧発生回路２０へ供給される電流も増加する。この電流は電流ｉ３としてトランジスタＱ３のベース／エミッタ間に接続されている抵抗Ｒ３を流れることから、ベース／エミッタ間電圧が上昇し、閾値（＝０．６Ｖ程度）を超えると、トランジスタＱ３がＯＮし、トランジスタＱ３に電流が流れるようになる。

トランジスタＱ３の上流には、接続点Ｘを介して検出抵抗Ｒ_Ｓが接続されているので、検出抵抗Ｒ_Ｓを流れる電流ｉＳが増加し、検出抵抗Ｒ_Ｓの両端間の電位降下によって、直流入力端子Ｖ_ＩＮと接続点Ｘとの間の電位差が拡大する。すなわち、比較器ＣＯＭＰに入力される基準側の電位Ｖ_Ｄに対する、接続点Ｘの電位差が逆転し、比較器出力がハイレベル（ＯＮ）に切り替わる。すなわち、基準電位ＶＲの低下によって、比較器ＣＯＭＰから出力される過大入射光判別信号がＯＮに切り替わる。

なお、比較器ＣＯＭＰの基準側電位Ｖ_Ｄは、入力電位Ｖ_ＩＮよりも若干低く（Ｖ_Ｄ＝０．９５Ｖ_ＩＮ）、回路の安定化のため、接続点Ｘの僅かな電位変動では比較器ＣＯＭＰの出力は切り替わらないようになっている。

高圧発生回路２０は、入力電圧Ｖ_ＩＮに応じて二次側のコイルＬ３の両端間に交流電圧を発生する交流発生回路３と、交流発生回路３から出力された交流電圧から複数の動作電圧を生成する整流回路２とを有している。

交流発生回路３は、エラーアンプＡＭＰの出力端子とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２との間に接続された一次側コイルＬ１，Ｌ２、及び整流回路２の入力側に接続された二次側コイルＬ３を有するトランス３Ｌとを備えている。基準電位ＶＲは、二次側コイルＬ３とグランドとの間で抵抗分割されることで規定される電位である。すなわち、二次側コイルＬ３とグランドとの間には、分圧抵抗Ｒ１（１００ＭΩ）及びＲ２（１００ｋΩ）が介在しており、基準電位ＶＲは、これらの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点電位で与えられる。基準電位ＶＲは、エラーアンプＡＭＰの反転入力端子に帰還されている。なお、エラーアンプＡＭＰの電源側には安定化のためのキャパシタＣが接続されている。また、その他にもキャパシタＣ１、Ｃ２，Ｃ３、Ｃ４が図示の如く接続されており、回路動作の安定化やノイズの除去を行っている。

スイッチング素子としてのトランジスタＱ１，Ｑ２が断続的に導通すると、エラーアンプＡＭＰの出力端子から一次側コイルＬ１，Ｌ２に断続的に電流が流れ、二次側コイルＬ３では、一次側コイルＬ１，Ｌ２で発生した磁束に誘起された交流電圧Ｖ３が発生し、これを整流回路２によって整流することで、光電子増倍管１に与えられる各種の直流電圧を生成している。

二次側コイルＬ３の電位ＶＲ’は、コイルＬ３とグランド間を抵抗分割することで規定した基準電位ＶＲによって間接的に表される。この構造では、トランス３Ｌ側の電位ＶＲ’をエラーアンプＡＭＰで検出して、一次側コイルＬ１，Ｌ２に伝達することで、光電子増倍管１への印加電圧の安定化を図ることができる。

また、一次側コイルは、同一極性の第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２を直列に接続してなり、スイッチング素子は、第１コイルＬ１に接続された第１トランジスタＱ１と、第１トランジスタＱ１と第２コイルＬ２との間に接続された第２トランジスタＱ２からなる。

第１トランジスタＱ１及び第２トランジスタＱ２の制御端子間は、トランス３Ｌ内の磁束によって起電力を生じる補助コイルＬ４によって接続され、第１トランジスタＱ１及び第２トランジスタＱ２のいずれかの制御端子（ベース）はエラーアンプＡＭＰの出力端子に接続され、第１及び第２トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点Ｙは、トランジスタＱ３の制御端子（ベース）、エラーアンプＡＭＰ内、及びエラーアンプＡＭＰの出力端子を介して、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の接続点Ｚに接続されている。

直流電圧が端子Ｖ_ＩＮから入力されると、エラーアンプＡＭＰからハイレベルが出力され、コイルＬ５を介して抵抗Ｒ４に電流が流れ、トランジスタＱ１が立ち上がり、トランジスタＱ１に電流ｉ１が流れる。第１コイルＬ１からトランジスタＱ１に電流が流れ、第１コイルＬ２の両端には電圧Ｖ１が発生する。電圧Ｖ１によって形成される磁束によって誘起された電圧Ｖ３が、同極性の二次側コイルＬ３に発生する。すると、この磁束によって、補助コイルＬ４に電圧Ｖ４が誘起し、補助コイルＬ４の両端子Ａ，Ｂ間の電圧Ｖ４によって、第１トランジスタＱ１が立ち下がり、代わりに第２コイルＬ２を介して第２トランジスタＱ２に電流ｉ２が流れる。第２コイルＬ２において発生する電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１とは逆であり、二次側コイルＬ３の電圧Ｖ３の向きが反転する。すると、補助コイルＬ４の電圧Ｖ４の向きも反転し、第２トランジスタＱ２に代わって、第１トランジスタＱ１が立ち上がる。以後、これを繰り返すことで、交流が発生する。

すなわち、この回路では、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２のいずれか一方に電流が流れると、現在導通中の第１及び第２トランジスタＱ１，Ｑ２のいずれか一方が切断され且つ他方が導通するように、補助コイルＬ４に起電力Ｖ４が生じ、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の他方に逆方向から電流が流れるようになる。このように、第１及び第２コイルＬ１，Ｌ２に磁気的に結合した出力側コイルＬ３からは、周期的に向きが変動する電圧、すなわち、交流電圧が出力される。

基準電位ＶＲが低下すると、エラーアンプＡＭＰの反転入力端子の電位が低下し、出力端子の電位が上昇するので、光電子増倍管１への印加電圧は上昇する。基準電位ＶＲが上昇すると、エラーアンプＡＭＰの反転入力端子の電位が上昇し、出力端子の電位が低下するので、光電子増倍管１への印加電圧は低下する。このようにエラーアンプＡＭＰは安定化回路の機能を有している。

接続点Ｙから抵抗Ｒ３に流れる電流ｉ３が大きく増加すると、トランジスタＱ３のベース／エミッタ電圧が増加するが、この値がトランジスタＱ３の立ち上がり閾値を超えると、接続点Ｘの電位が低下して、比較器ＣＯＭＰの出力がハイレベルとなると同時に、エラーアンプＡＭＰの出力端子の電位が低下し、交流発生回路３に供給される電流が減少するので、エラーアンプＡＭＰは、過電流保護回路としても機能している。

整流回路２は、分圧機能を有する倍電圧整流回路であり、電位の低い側から順方向に直列接続されたダイオードＤ０１、Ｄ０２，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２，ＤＮ１，ＤＮ２と、隣接する奇数番目のダイオードのアノードと偶数番目のダイオードのカソードとの間に介在するキャパシタＣ０１，Ｃ１１，Ｃ２１，ＣＮ１と、隣接する偶数番目のダイオードのアノードと奇数番目のダイオードのカソードとの間に介在するキャパシタＣ０２，Ｃ１２，Ｃ２２と、最後のダイオードＤＮ２のアノードとコイルＬ３との間に介在するキャパシタＣＮ２とからなる。偶数番目のダイオードのカソードが各ダイノード電圧ＶＤＹ１，ＶＤＹ２，ＶＤＹＮとなり、ダイオードＤＮ２のカソードがアノード１Ａに接続される。

以上、説明したように、本実施形態に係る制御回路では、高圧発生回路２０で発生した基準電位ＶＲに基づいて、比較器ＣＯＭＰが過大入射判別信号Ｖ_ＯＵＴを、モジュールの外部に出力する。ローレベルからハイレベルに切り替わった過大入射判別信号Ｖ_ＯＵＴが外部に出力された場合には、アノード端子から出力されるデータの信頼性はなく、切り替わり前にはデータの信頼性があることが判明する。したがって、信頼性を判定しつつ検出を行うことができる。

図２は、光電子増倍管１への入射光量（相対値）とアノードから出力されるパルスの数（出力カウント（／ｓ））の関係を示す対数−対数グラフである。

入射光量の増加に伴って、出力カウント（ＤＡＴＡ２）はグラフ上でリニアに増加するが、入射光量があるレベル（≒１０^７（相対値））を超えると、上述の理由から飽和を開始し、出力カウントが５×１０^７（／ｓ）程度に飽和する。光電子増倍管１への印加電圧（ＰＭＴ印加電圧：ＤＡＴＡ１）は、入射光量が５×１０^８（相対値）を超えると低下を始め、過大光検出出力（ＤＡＴＡ３）としての過大光入射判別信号Ｖ_ＯＵＴがローレベルからハイレベル（本例では４Ｖ）に切り替わる。判別手段による過大光入射判別信号Ｖ_ＯＵＴの切り替わりは、アノード出力が飽和する入射光量の領域（１０^７〜１０^１０（相対値））内に設定されている（条件Ａ）。これは、過大光入射による高圧発生回路の電位低下（基準電位ＶＲの低下）は、アノード出力の飽和後に生じているからである。なお、この切り替わりは、図１の接続点Ｘの下流に接続されたトランジスタＱ３の起動によって行われるため、トランジスタＱ３の立ち上がり閾値電流を規定する抵抗Ｒ３の抵抗値は、条件Ａに合うように決定すればよい。本例では、抵抗Ｒ３の抵抗値は４０Ωに設定されている。

図３は、（ａ）入射光強度、（ｂ）出力カウント数、（ｃ）ＰＭＴ印加電圧、（ｄ）交流発生回路の消費電流、及び（ｅ）過大光検出出力のタイミングチャートである。ここでは、（ａ）に示すように、入射光強度が徐々に高くなり、過大光と判定されるような強度以上のピークを経て、徐々に入射光強度が低くなるような場合を一例として挙げる。

入射光強度が徐々に高くなるに従い、出力カウント数が増加し、交流発生回路３内の消費電流も増加し続けるが、入射光強度があるレベルに到達すると（時刻ｔ_１）、出力カウント数は減少を始め、ＰＭＴ印加電圧（基準電位ＶＲ）は低下を始め、交流発生回路３内の消費電流も飽和し始める。このとき、過大光検出出力は、ハイレベルに切り替わる。その後、入射光強度が、ピークに達した後に徐々に低くなり始めると、出力カウント数は再び増加し始め、ＰＭＴ印加電圧は上昇し始め（基準電位ＶＲ上昇）、交流発生回路の消費電流は低下を始める。そして、入射光強度があるレベルに到達すると（時刻ｔ_２）、出力カウント数が再び低下し始め、ＰＭＴ印加電圧（基準電位ＶＲ）は安定し始め、交流発生回路３内の消費電流は減少し始める。この時、過大光検出出力はハイレベルからローレベルに切り替わる。

すなわち、連続した測定において、過大光検出出力がハイレベルの期間（過大光検出回路動作）を除くことで、信頼性のあるデータの測定が可能となる。これは、ある測定をしつつ、電源をシャットダウンしてしまう測定法では、シャットダウン以降のデータ測定が、入射光強度の変化に関係なく、少なくとも装置の立ち上がりの時間分できないことに比べ、ＰＭＴ印加電圧復帰後（時刻ｔ_２以降）すぐに、つまり信頼性のあるデータが得られるようになった時点からの測定が高速で容易であるという利点を有する。

従来の電圧の自動回復機能が無いシャットダウン構成の場合、手動で電源を入れ直す等の作業が必要であり、連続した測定が出来なかったが、本構成では、連続測定が可能となる。また、いったん高圧電源をOFFし、ある程度の時間が経過すると自動的に高圧がONとなる自動回復機能がある装置の場合には、フォトンカウンティングで出力パルスを蓄積する時間内に高圧のON、OFFが繰り返され、高圧ON時にパルスが出力されてしまうため、測定結果としては、ある数値（パルス数）が得られてしまい、この数値が、正常なものか、異常なものかは、その結果のみでは区別かつかなかった。しかしながら、本装置では、正常値であるのか異常値であるのかの判別も可能である。

また、過大光検出出力は、以下の用途に用いることができる。

過大光検出出力を、カウンタ回路からのデータを読み出しに用いるマイクロコントローラ（ＣＰＵ）等のＩＯポートに接続し、監視することで、得られたデータが過大光時のデータかどうかの判定をマイクロコントローラ内で自動的に行うことができる。

さらに、過大光検出出力を、ＬＥＤ駆動回路に接続し、過大光が入力された場合、ＬＥＤを発光させて異常を知らせることができる。

また、過大光検出出力を、シャッタ駆動回路に接続し、過大光が入射された場合、光電子増倍管１の光入射面に配置されたシャッタを閉じて、過大光が入らないように制御することも可能である。

また、過大光検出出力を、アラーム駆動回路に接続し、過大光が入射された場合、音を出して異常を知らせる制御を行うこともできる。

なお、上述の回路は、抵抗分割方式で各ダイノードへ供給する分割電圧を生成する場合にも、アクティブブリーダを用いて分割電圧を生成する場合にも適用することが可能である。

光電子増倍管モジュールの回路図である。 光電子増倍管１への入射光量（相対値）とアノードから出力されるパルスの数（出力カウント（／ｓ））の関係を示す対数−対数グラフである。 （ａ）入射光強度、（ｂ）出力カウント数、（ｃ）ＰＭＴ印加電圧、（ｄ）交流発生回路の消費電流、及び（ｅ）過大光検出出力のタイミングチャートである。

符号の説明

１Ａ・・・アノード、１Ｃ・・・光電陰極、１・・・光電子増倍管、１Ｈ・・・真空容器、１Ｗ・・・面板、２・・・整流回路、３Ｌ・・・トランス、３・・・交流発生回路、３Ｄ・・・判別手段、５ｃ_２・・・パルスアンプ、５ｃ_１・・・結合コンデンサ、５ｅ・・・信号処理回路、５ｄ・・・比較器、１０・・・光電子増倍管モジュール、１０Ｃ・・・筐体、２０・・・高圧発生回路、ＡＭＰ・・・エラーアンプ、ＣＯＭＰ・・・比較器、ＤＹＮ・・・ダイノード、Ｌ１，Ｌ２・・・一次側コイル、Ｌ３・・・二次側コイル、Ｌ４・・・補助コイル、Ｑ１，Ｑ２・・・スイッチング素子、Ｒ１，Ｒ２・・・分圧抵抗、Ｒ３・・・抵抗、Ｒ４・・・抵抗、Ｒ_Ｓ・・・検出抵抗、ＳＰ１・・・ステムピン、ＳＰＡ・・・ステムピン、Ｖ_ＩＮ・・・直流入力端子、Ｖ_ＯＵＴ・・・モニタ端子、Ｖ_ＯＵＴ・・・過大光入射判別信号、ＶＲ・・・基準電位。

Claims (5)

1. 光電子増倍管に与えられる複数の動作電圧を生成する高圧発生回路と、
   前記光電子増倍管のアノード出力を取り出すアノード端子と、
   前記高圧発生回路で発生した基準電位が閾値を下回った場合に値が切り替わる過大光入射判別信号を生成する判別手段と、
   前記過大光入射判別信号を外部に取り出すモニタ端子と、
   を備えることを特徴とする光電子増倍管の制御回路。
2. 前記判別手段は、
   前記基準電位が第１入力端子に入力されるエラーアンプと、
   直流入力端子と前記エラーアンプの第２入力端子との間に介在する検出抵抗と、
   前記エラーアンプの前記第２入力端子と前記検出抵抗の接続点及び前記閾値を与える電位がそれぞれ接続される一対の入力端子を有する比較器と、
   前記接続点の下流に接続され、その制御入力端子が前記エラーアンプの出力端子に接続されたトランジスタと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の光電子増倍管の制御回路。
3. 前記高圧発生回路は、
   入力電圧に応じて交流電圧を発生する交流発生回路と、
   前記交流発生回路から出力された交流電圧から複数の前記動作電圧を生成する整流回路と、
   を有し、
   前記交流発生回路は、
   前記エラーアンプの出力端子とスイッチング素子との間に接続された一次側コイル、及び前記整流回路の入力側に接続された二次側コイルを有するトランスとを備え、
   前記基準電位は、前記二次側コイルとグランドとの間で抵抗分割されることで規定される電位であり、前記エラーアンプの前記第１入力端子に帰還されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光電子増倍管の制御回路。
4. 前記一次側コイルは、同一極性の第１及び第２コイルを直列に接続してなり、
   前記スイッチング素子は、前記第１コイルに接続された第１トランジスタと、前記第１トランジスタと前記第２コイルとの間に接続された第２トランジスタからなり、
   前記第１及び第２トランジスタの制御端子間は、前記トランス内の磁束によって起電力を生じる補助コイルによって接続され、前記第１及び第２トランジスタの一方の制御端子は前記エラーアンプの出力端子に接続され、
   前記第１及び第２トランジスタの接続点は、前記トランジスタの制御端子及び前記エラーアンプの出力端子を介して、前記第１及び第２コイルの接続点に接続されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光電子増倍管の制御回路。
5. 前記判別手段による過大光入射判別信号の切り替わりは、前記アノード出力が飽和する入射光量の領域内に設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の光電子増倍管の制御回路。
   
   

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