JPH034129A - 光子計数用測光装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野Ｊ 本発明は、光子計数用測光装置、特に光電子増倍管を利
用して生物発光、化学発光などの微弱光を測光し、光子
計数法により発光物質の分析を行う光子計数用測光装置
に関するものである。

〔従来の技術］ 光電子放出現象を利用した測光装置において、光電子増
倍管、光導電セル、イメージオルシコン、イオンチェン
バーなどが光の検出、測定用に使用されている。

特に、光電子増倍管（フォトマルチプライヤ−以下ＰＭ
Ｔと称す）は、光電陰極と出力電極の間に１つ以上の２
次電子放出電極（ダイノード）を有しており、高い電流
増幅率が得られる光電管である。従って、このＰＭＴは
、高い光電感度や、入射光強度の変化に対する速い応答
が要求される場合に、微弱光束測定用電子管として広範
囲に利用されている。

そして、この杜のＰＭＴを用いた２１−１光装置では、
主に、光子計数法により、発光物質の分析が行われてい
る。

すなわち、この光子計数法は、光がＰＭＴの光電面に入
射され、光電子が放出されるとき、光がごく微弱であれ
ば光子数に比例した出力が検出されるという原理に基づ
いた微弱検出方法である。

一般的に、このような光子計数法を用いた測光装置は、
ＰＭＴに波高弁別器と計数回路とを組み合わせることに
より構成され、微弱光の測定を行うことができる。

第８図には、光子計数法によるＰＭＴを用いた測光装置
の回路構成が示されている。

すなわち、試料１０は、生物発光、化学発光などの物質
特有の微弱光１０ａを発する発光物質である。そして、
その微弱光１０ａが入射される１ＭＴ１２は光電子増倍
管であり、入射される光量に応じた所定数のパルスをパ
ルス信号１２ａとして出力する。

ここで、高圧電源１４は、前記ＰＭＴ１２に高電圧、す
なわちＰＭＴ電圧１４ａを供給しており、前記ＰＭＴ１
２の出力するパルス信号１２ａの波高値を設定している
。

そして、パルス波高弁別回路１６は、所定の弁別レベル
Ｖｔを設定し、前記ＰＭＴ１２の出力するパルス信号１
２ａを入力して、所定波高値Ｖｔ以上のパルス信号のみ
を得ている。

これにより、カウンタ１８は、パルス波高弁別回路１６
の出力する所定波高値Ｖｔ以上のパルス信号のみを計数
し、その計数結果としてカウンタ出力信号１８ａを出力
している。そして、このカウンタ出力信号１８ａは、図
示しない演算回路及び表示回路を介し、測光線として出
力される。

以上のようにして、発光物質の光量の測定が行われる。

次に、第７図を用いて、その作用を説明する。

ここで、第７図には、前記ＰＭＴ１２が出力するパルス
信号１２ａを単位時間差当たりのパルス数Ｎとそのパル
ス波高値Ｈとで表した分布図が示されている。

図において、特性Ａ及びＢは、それぞれ所定微弱光１０
ａが１ＭＴ１２に入射されたときに出力されるパルス信
号１２ａの波高値の分布を示している。

ここで、特性ＡとＢとの違いは、１ＭＴ１２に供給され
るＰＭＴ電圧１４ｇのレベルの違いによるものであり、
特性ＡはＰＭＴ電圧１４ａのレベルが低いとき、特性Ｂ
はＰＭＴ電圧１４ａのレベルが高いときを示した分布で
ある。

また、特性りは、前記特性Ａ１Ｂに含まれているノイズ
パルスの分布を示しており、このノイズパルスは、ＰＭ
Ｔｌ　２から出力されるノイズ成分であり、図から波高
値の低いところに多く発生していることが分かる。

そして、第７図に示されている波高値Ｈでは、あらかじ
めパルス波高弁別器Ｗｉ１６により、所定のパルス波高
値レベルに弁別レベルＶｔが設定されているので、その
Ｖｔ以下の低い波高のパルス信号はカットされる。

従って、カウンタ１８には、弁別レベルＶｔ以上のＰＭ
Ｔ出力波高値Ｈのパルス信号が入力され、これにより、
ノイズ成分が除去されたパルス信号だけがカウンタ１８
で計数される。

以上のように、発光物質を１ＭＴ１２によりツー１定す
る場合、一般的に特性Ａ、Ｂのような分布となるが、こ
の分布は、前述した１ＭＴ１２に供給される高電圧レベ
ル設定値に応じて変化する。

すなわち、特性Ａは、高電圧レベルが低く設定された時
の分布であり、波高値の低いパルスが多く存在している
（山の部分）。そして、Ｖｔが山の部分の頂点付近に位
置していることがわかる。

また、特性Ｂは、高電圧レベルを上昇させ、高電圧レベ
ルが高く設定された時の分布であり、特性Ａに比して波
高値レベルの高いパルス部分が多く含まれていることが
分かる。更に、特性Ａに比べ、高電圧レベルを上昇させ
ていることにより、特性Ｂの谷部分に弁別レベルＶｔが
設定されていることが分かる。

すなわち、特性Ｂは、山の部分に弁別レベルＶｔが設定
されている特性Ａのように、ＰＭＴの出力するノイズ成
分以外のパルス波高値成分がカットされることなく、有
効に弁別レベルＶｔ以下のノイズパルスをカットするこ
とができる。

従って、高精度に微弱光を測定するには、ノイズパルス
と所望のパルス信号とを効果的に弁別することが要求さ
れ、そのために、特性Ｂに示されるように、パルス波高
値分布において、谷の部分に弁別レベルＶｔを正確に合
わせる必要がある。

以上のようにして、ＰＭＴを用い、光子計数を行う微弱
光測光装置としては、例えば、入射光子４〜５個に対し
出力パルス１個が得られること及びＰＭＴ出力パルスと
ノイズパルスとを波高により弁別できることなどにより
、高い感度を得ることができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の光子計数用ＡＩＪ光装置によ
れば、第６図に示されているように、ＰＭＴ１２の経時
変化や温度変化などにより、ＰＭＴ自体の増幅率が変化
してしまうという問題があった。

このため、理想的弁別レベルｖｔ１が設定された特性Ｂ
の波高値分布は、矢印で示すように横方向に伸縮し、例
えば、特性Ｃとなって弁別レベルＶｔｌがずれてしまい
、谷部分に合わないという不具合があった。

そこで、高精度な測定を行うためには、弁別レベルＶｔ
ｌを図に示すようにＶｔ２へ修正し、特性Ｃの谷部分に
設定し直し、補正する必要があった。

従来の光子計数用測光装置において、このような弁別レ
ベルと波高値分布のずれを補正するには、手動操作によ
り、パルス波高弁別回路１６の弁別レベルｖｔ１あるい
は高圧電源１４の高電圧レベルを調整し直すことにより
、補正を行っていた。

ところが、検査者による手動操作では、波高分布の谷部
分を正確に見つけることは困難なため、Ｖｔの設定が不
十分となり、完全に弁別レベルと、波高値分布とのズレ
を補正することができなかった。

更に、このような手動操作による補正は、高精度測定に
おいては、Ａ−１定ごとに行われることが常であり、検
査者にとって非常にわずられしく、測定に時間がかかっ
ていた。

発明の目的 本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、レベル制御回路により、カウンタの所定計
数結果からプラトー部分を検出し、パルス信号波高値分
布でパルス信号計数結果が最小の時点である谷部分に弁
別レベルを設定し、弁別レベルと波高分布とのずれを自
動的に補正し、測光値の誤差をなくすことができる光子
計数用測光装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る光子計数用測
光装置によれば、光電子増倍管へ標準光束を入射する調
整用光源と、前記光電子増倍管に供給される高電圧レベ
ルと、弁別回路の弁別レベルとのいずれか一方のレベル
を可変させ、カウンタの所定計数結果からプラトー部分
を検出してパルス信号総数の変化が少ない時点のレベル
を設定値とするレベル制御回路と、このレベル制御回路
により設定された高電圧レベルと弁別レベルとのいずれ
か一方の設定値から、パルス信号波高値分布でパルス信
号計数結果が最小の時点に弁別レベルを設定し、測光値
の誤差を自動的に補正することを特徴としている。

［作用］ 上記構成における本発明に係る光子計数用測光装置によ
れば、レベル制御回路により、調整用光源から光電子増
倍管へ標準光束を入射させ、これにより、光電子増倍管
に供給される高電圧レベルと弁別レベルとのいずれか一
方のレベルを可変させる。

そして、このいずれか一方のレベルを可変することでカ
ウンタの出力する計数結果から、プラトー部分であるパ
ルス信号総数の変化が少ない時点のレベルを設定値とす
る。

そして、レベル設定された設定値から、パルス信号波高
分布においてパルス信号計数結果が最小の時点セある谷
の部分に最適な弁別レベルを設定することができる。

以上のことから、レベル制御回路により、自動的に最適
な弁別レベルが設定可能となり、常に測光値の誤差が補
正された高精度測定値を得ることができる。この結果、
光電子増倍管の経時変化、温度変化の影響を受けること
がなくなる。

［実施例］ 第１図には、本発明に係る光子計数用測光装置の好適な
第１実施例がブロック図として示されている。

なお、第８図に示された従来例と同一部材には同一符号
を付し、以下説明を省略する。

この第１実施例で特徴的なことは、制御回路２０が高圧
電源１４の出力する高電圧レベルを可変させることによ
り、最適な弁別レベルを自動的に設定させることにある
。この結果、自動的にｍ１光値誤差を補正することがで
きる。

次に第１図を用いて、第１実施例の構成を以下に説明す
る。

制御回路２０は、点灯制御信号２０ａを出力し、ＰＭＴ
１２へ標準光束を入射させるとともに、パルス信号計数
結果であるカウンタ出力信号１８ａを入力し、この計数
結果に応じて高電圧１４ａのレベルを可変制御するため
ＰＭ”ｒ電圧制御信号２０ｂを出力している。

また、調整用光源２４は、前記点灯制御信号２０ａが入
力されることによって点灯し、ＰＭＴＩ２へ標準光束を
入射させている。

そして、減光フィルタ２６は、前記：Ａ！！用光源２４
から照射された光束を所定レベルの光量まで減光させて
、ＰＭＴ１２へ一定の光束を入射させている。

一方、Ｄ／Ａ変換器２２は、制御回路２０の出力するデ
ジタル信号としての前記ＰＭＴ電圧制御信号２０ｂを入
力し、アナログ信号に変換して高圧電源１４に入力して
いる。

次に、第２図及び第３図を用いて、第１実施例の作用を
説明する。６ 制御回路２０から点灯制御信号２０ａが出力され、調整
用光源２４が点灯し、標準光束がＰＭＴ１２へ入射され
ると、このＰＭＴ１２は、供給されている高電圧１４ａ
の所定レベルに対応した波高のパルス信号１２ａを出力
する。

ここで、このパルス信号１２ｍの波高値分布は前記高電
圧レベルに応じて変化するが、その状態を第２図に示す
。

すなわち、第２図には、前述したように、単位時間当た
りのパルス数ＮにおけるＰＭＴ出力波高値Ｈの分布が示
されており、高電圧１４ａのレベルを可変することによ
り、弁別レベルＶｔ以上のパルス数Ｎの変化する状態が
示されている（第２図の（ア）、（イ）、（つ）に示す
斜線部）。

また、第３図には、高電圧１４ａのレベル、すなわち、
ＰＭＴ入力入力電圧へＶ（例えばｌ０Ｖ）の間隔でステ
ップ状に徐々に可変させたときの、単位時間当たりのパ
ルス総数変化ｎが示されている。

すなわち、このｎは、前記第２図（ア）、（イ）、（つ
）に示されている波高値分布の斜線部分に相当し、この
斜線部分の面ａ変化を示している。

従って、例えば、ＰＭＴ入力入力端子紙からΔＶずつレ
ベルを徐々に上昇させたとすれば、第３図の特性に示す
パルス総数変化に従って、ＰＭＴが出力するパルス信号
１２ａの波高値分布は、第２図（ア）→（イ）→（つ）
の順にΔＶの上昇に応じて変化する。

そして、第３図に示されているように、ＰＭＴ入力入力
端子紙いときには、例えば、（ア）の近傍では、単位時
間当たりのパルス総数ｎが少なくなっている。そして、
この（ア）の特性カーブでは、傾きが急峻なためΔＶの
変化でパルス総数変化が急激に太き（なることが分かる
。

これは、弁別レベルＶｔ以上の波高値を示した斜線部分
が、第３図に示す単位時間当たりのパルス総数ｎに相当
しており、ｔｒｉ２図（ア）に示すように、波高値分布
の山の急斜面付近にＶｔが設定されるためである。

従って、この時点での高電圧レベルでは、ｖｔが波高値
分布の山の付近に設定されているので、谷の部分から山
の付近のＶｔまでのパルス数は測定されず、このままで
は、正確な測定が行われなくなる。

そこで、高電圧レベル、すなわち、ＰＭＴ入力電圧Ｖを
ΔＶずつ上昇させて波高値分布を高い方へずらし、第２
図（イ）のようにその谷の部分にＶｔを設定させる必要
がある。

そして、この高電圧レベルの調整は、制御回路２０によ
って自動的に行われる。

すなわち、制御回路２０は、（ア）の時点において、特
性カーブが急峻なため、ΔＶの変化でパルス総数口の変
化量が大きくなることをカウンタ１８の計数結果から検
出している。

従って、この検出結果から制ｇ１回路２０は、Ｄ／Ａ変
換器２２を介し、高圧電源１４の出力する高電圧１４ａ
のレベルを上昇するようにＰＭＴｆ１１圧制御信号２０
ｂを出力する。これにより、ＰＭＴ入力端子がΔＶずつ
上昇されると、出力パルス信号１２ａの波高値が大きく
なり、第２図（イ）のように横方向に伸び、波高値分布
を変化させることが可能となる。

この結果、この（イ）の時点において、ＰＭＴ入力端子
のレベルの設定値により、波高値分布の谷の部分にＶｔ
を設定させることができる。

すなわち、谷の部分にＶｔを設定させることは、第３図
の（イ）に示した特性のプラトー部分に相当し、パルス
信号総数の変化量が少なく、ｎがほぼ一定値になること
が分かる。

従って、制御回路２０は、パルス信号総数の変化量が少
ないことを検出後、この時点で高電圧１４ａのレベルを
最適な設定値として維持するように制御を行う。

ところが、もし、ＰＭＴ入力端子のレベルを上昇させす
ぎた場合には、波高値分布は第２図（つ）のようになり
、Ｖｔは谷の部分から大きくずれてしまい、かつノイズ
成分が多く含まれることになる。このことは、第３図の
（つ）に示される傾きが急峻な特性カーブによるもので
、ΔＶの変化に対して、パルス総数ｎが急激に変化する
からである。

従って、（ア）と同様、この時点ではパルス信号総数の
変化量が大きいことが分かる。

このため、カウンタ１８の出力するカウンタ出力信号１
８ａに基づいて制御回路２０は、前述したように、パル
ス信号総数の変化量が少ない時点のプラトー部分（イ）
（波高値分布の谷の部分にＶｔを設定する）を検出する
ように制御を行うので、このため、高電圧レベルをΔＶ
ずつの上昇から下降へ、すなわち、高電圧１４ｇのレベ
ルを下げるように働く。

この結果、最終的に制御回路２０は、波高値分布を変化
させて、その谷の部分にＶｔを設定維持するようにＰＭ
Ｔ入力電圧を自動的に制御する。

そして、第２図（イ）に示すように、ＰＭＴ入力電圧の
設定を終了後、制御回路は：Ａ整整光光源２４消灯させ
る。

その後、発光物質である試料を装置内に挿入して、所望
の光量測定を行う。

以上のようにして、本発明の第１実施例では、弁別回路
１６であらかじめ所定の弁別レベルＶｔを設定しておき
、制御回路２０は、ＰＭＴ入力端子を、例えばあらかじ
め設定された範囲７５０ｖ〜１２５０Ｖで可変させ、カ
ウンタ１８の計数結果である各電圧に対するパルス数Ｎ
を記憶することにより、プラトー部分を検出して波高値
分布の谷の部分にＶｔがくるように高電圧１４ａのレベ
ルを設定している。

この結果、ｆｆ１ｌ実施例では、高電圧レベルを可変制
御するので、自動的に弁別レベルと波高値分布とのずれ
を補正でき、高精度の測定が行える。

次に、他の制御例として、本発明の第２実施例を第４図
、第５図に示す。

第２実施例の特徴的なことは、高電圧レベルを所定値に
固定しておき、弁別レベルＶｔを可変させることにより
、波高値分布の谷の部分にＶｔを設定するよう＠御を行
うことにある。

すなわち、第１実施例では、Ｖｔを所定レベルに固定し
、制御回路２０が高電圧レベルを可変させることによっ
て、ｖｔに波高値分布の谷の部分がくるように制御を行
っていた。このことが、第２実施例の制御と異なってい
る。

（その他の基本的動作は同じである。）第４図には、第
２実施例の回路構成が示されており、図において、制御
回路２０は、カウンタ１８からの出力パルス信号１８ａ
を入力し、その所定計数結果に応じてＶｔレベルを可変
制御するためにＶｔ制御信号２０ｃを出力する。

そして、このＶｔ制御信号２０ｃは、Ｄ／Ａ変換器２２
を介してパルス波高弁別回路１６に入力され、Ｖｔレベ
ルを最適値に設定する。

ｆｆ１５図には、弁別レベルＶｔをΔＶｔの間隔でステ
ップ状に徐々に可変させたときの、単位時間当たりのパ
ルス総数ｎの変化が示されている。

すなわち、図に示された特性において、例えばＶ【を０
からΔＶ【ずつレベルを徐々に上昇させたとすれば、Ｐ
ＭＴの出力する単位時間当たりのパルス総数ｎは、前述
した第２図の波Ａ値分布から理解されるように、増加状
態から減少状態に変化することがわかる。そして、制御
回路２０は、前述した第１実施例の検出方法と同様に弁
別レベルをＶｔｌに設定したときのパルス総数変化が少
ないｎｌの時点のプラトー部分を検出し、第２図（イ）
のような波高値分布の谷の部分にＶｔを設定する。

このようにして、第２実施例の１１１１１回路２０は、
高電圧レベルを所定Ｍ（例えば、１００ＯＶ）に固定し
ているので、１つの波高値分布を設定しておき、■【を
可変させることでプラトー部分を検出し、波高値分布の
谷の部分にＶｔを設定維持するように自動的に制御を行
っている。

［発明の効果］ 以上のように、本発明に係る光子計数用測定装置によれ
ば、光電子増倍管に供給される高電圧レベルと弁別レベ
ルとのいずれかのレベルを可変させ、カウンタの所定計
数結果からプラトー部分を検出している。これにより、
パルス信号波高値分布から、パルス計数結果が最小の時
点である谷部骨に弁別レベルを設定可能となる。

従って、本発明は、従来の手動操作による弁別レベル゛
の設定に比して、測光装置の使用前に自動的に最適なＰ
ＭＴ電圧あるいは弁別レベルを合わせることができ、Ｐ
ＭＴの経時変化、温度変化などの影響を受けることがな
くなる。

この結果、測光値の誤差が自動的に補正された高精度測
定が行える。

更に、本発明の光子計数用測光装置において、この装置
の製造工程及び出荷時には、面倒なＰＭＴ入力電圧ある
いは弁別レベルの調整が不要となるので、工数の削減に
よるコスト低減が可能となる。

また、装置に組み込むＩ！Ｊ整川光用は、適度なＰＭＴ
出力パルス数から得られ、調整中に光量が安定であれば
よく、光量そのものの精度は必要ない。

このため、本発明の装置では、簡易な光源、例えばＬＥ
Ｄなどを採用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示したブロック図、 第２図は、出力パルス数の変化を示した波高値分布図、 第３図は、ＰＭＴの入力端子と出力するパルス総数変化
を示した説明図、 第４図は、本発明の第２実施例を示したブロック図、 第５図は、パルス波高弁別回路の弁別レベルと出力する
パルス総数変化を示した説明図、第６図は、波高値分布
のズレを示した図、第７図は、従来の測光装置における
波高値分布を示した説明図、 第８図は、従来の測光装置を示したブロック図である。 ２　　・・・　　ＰＭＴ ２ａ　・・・　出力パルス ４　・・・　高圧電源 ４ａ　・・・　高電圧 ６　・・・　パルス波高弁別回路 ８　・・・　カウンタ ８ａ　・・・　カウンタ出力信号 Ｏ・・・　制御回路 Ｏａ　・・・　点灯制御信号 Ｏｂ　・・・　ＰＭＴ電圧制御信号 ４　・・・　調整用光源 Ｑｃ　　・・・　Ｖｔ制御信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料から発する微弱光を測光し入射光量に応じた所定パ
   ルス信号を出力する光電子増倍管と、前記光電子増倍管
   に可変高電圧を供給し出力されるパルス信号の波高値を
   調整する高電圧回路と、前記パルス信号を入力し調整さ
   れた所定の弁別レベルに基づいて所定波高値以上のパル
   ス信号を出力する弁別回路と、 前記弁別回路の出力する所定波高値以上のパルス信号を
   計数するカウンタと、を含み、 前記光電子増倍管に入射される試料からの微弱光を検出
   しその光量に応じて出力されるパルス信号の計数を行い
   その計数結果から光量を測定する光子計数用測光装置に
   おいて、 前記光電子増倍管へ標準光束を入射する調整用光源と、 前記光電子増倍管に供給される高電圧レベルと前記弁別
   回路の弁別レベルとのいずれか一方のレベルを可変させ
   、 前記カウンタの所定計数結果から、プラトー部分を検出
   してパルス信号総数の変化が少ない時点のレベルを設定
   値とするレベル制御回路と、前記レベル制御回路により
   設定された高電圧レベルと弁別レベルとのいずれか一方
   の設定値から、パルス信号波高値分布でパルス信号計数
   結果が最小の時点である谷部分に弁別レベルを設定し測
   光値の誤差を自動的に補正することを特徴とする光子計
   数用測光装置。