JPH0518389B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、マイクロチヤンネルプレートを用
いて荷電粒子を計数するMCP荷電粒子計数装置
に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕

マイクロチヤンネルプレート（以下、MCPと
略称する）を用いて荷電粒子を計数するMCP荷
電粒子計数装置は、従来第４図に示すように、測
定対象である荷電粒子１を測定するMCP５に対
してバイアス電源３から分圧抵抗７を介したバイ
アス電圧を印加し、これによりMCP５から出力
されるパルス信号を適当な積分時定数を有した電
流増幅器である電荷型増幅器９で増幅して波形整
形している。この電荷型増幅器９の出力信号は比
較器１１の一方の入力に供給され、他方の入力に
供給されている所定の弁別比較レベルSrと比較
され、この弁別比較レベルSrより波高の高いパ
ルス信号のみが有効なパルス信号として取り出さ
れ、カウンタ１３で計数される。このカウンタ１
３は適当な定周期でタイミング回路１５によつて
クリアされ、この定週期間で計数されたカウンタ
１３の計数値が入力荷電粒子の計数値として出力
されている。

ところで、上述した従来のMCP荷電粒子計数
装置においては、MCP５が時間的変動や周囲温
度の変動等により影響を受け、そのゲインが変動
するため、この影響を除去するために定期的に
MCP５の出力パルスの波高分布を測定し、この
測定結果に基づいて最適なバイアス電圧および弁
別比較レベルSrを調整することが必要であり、
煩雑である上、誤測定し易いという問題がある。

〔発明の目的〕

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、MCPの出力信号の波高
分布の谷部までのダークパルス数が一定になるよ
うにバイアス電圧を制御して誤測定を防止し信頼
性を向上したMCP荷電粒子計数装置を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、マイクロチヤンネル
プレートを用いて荷電粒子を計数するMCP荷電
粒子計数装置において、この発明は、マイクロチ
ヤンネルプレートにバイアス電圧を印加加するバ
イアス電源と、荷電粒子によるマイクロチヤンネ
ルプレートからの出力信号を増幅し波形整形する
増幅器と、該増幅器の出力信号を雑音を除去する
ための第１の比較レベルと比較し、第１の比較レ
ベル以上の出力信号を取り出す第１の比較手段
と、前記増幅器の出力信号をマイクロチヤンネル
プレートからの出力信号の波高分布の谷部に相当
する第２の比較レベルと比較し、該谷部以上のレ
ベルの出力信号を取り出す第２の比較手段と、前
記第１の比較手段の出力信号を計数する第２の計
数手段と、前記第２の比較手段の出力信号を計数
する第２の計数手段と、該第２の計数手段の計数
値に前記谷部以下の所定のダークパルス数に相当
する所定値を加算する加算手段と、前記第１の計
数手段の計数値と前記加算手段の出力値とを比較
し、この比較結果の差に基づいて前記谷部以下の
ダークパルス数が所定の値になるように前記バイ
アス電源からマイクロチヤンネルプレートに印加
されるバイアス電圧を制御する制御とを有するこ
とを要旨とする。

〔発明の実施例〕

以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例に係わるMCP荷
電粒子計数装置のブロツク図である。同図に示す
MCP荷電粒子計数装置においては、荷電粒子１
を検出するマイクロチヤンネルプレート、すなわ
ちMCP５に分圧抵抗７を介してバイアス電圧を
供給するバイアス電源２１はそのバイアス電圧が
デイジタル―アナログ（Ｄ／Ａ）変換器４３によ
つて可変制御され、適正なバイアス電圧が自動的
に供給されるようになつている。

荷電粒子１を検出したMCP５の出力信号は第
４図と同様に電荷型増幅器９で増幅され波形整形
されて、第１の比較器２３および第２の比較器２
５の一方の入力に供給され、各比較器の他方の入
力に供給されている第１の基準比較信号Sraおよ
び第２の基準比較信号Srbとそれぞれ比較されて
いる。

ところで、第２図は荷電粒子を検出したMCP
５の出力波高値に対するカウント値、すなわち荷
電粒子の波高分布を示しているものであるが、こ
の分布は図からわかるように波高値Ｂの所でカウ
ント値が小さくなる谷部Ｂが存在している。ま
た、波高値Ａ以下の所は雑音が多く含まれている
ものであり、図においてこの波高値Ａより大きく
谷部Ｂ以下の斜線を施した部分がダークパルス部
分である。そして、上記第１の比較器２３の第１
の基準比較信号Sraおよび第２の比較器２５の第
２の基準比較信号Srbは、それぞれ第２図の波高
分布に示す波高値Ａおよび谷部Ｂに相当する信号
レベルに設定されているものである。従つて、第
１の比較器２３においては電荷型増幅器９の出力
信号を波高値Ａに相当する第１の基準比較信号
Sraと比較し、この第１の基準比較信号Sraより
も大きな信号、すなわち第２図において波高値Ａ
より大きく雑音を除去した信号のみを出力してい
るのである。また、第２の比較器２５においては
電荷型増幅器９の出力信号を谷部Ｂに相当する第
２の基準比較信号Srbと比較し、この第２の基準
比較信号Srbより大きな信号、すなわち第２図に
おいて斜線を施したダークパルスを除去した信号
のみを出力しているのである。

このような第１の比較器２３および第２の比較
器２５の出力信号はそれぞれ第１のカウンタ２７
および第２のカウンタ２９で計数される。この計
数動作はタイミング回路３５でリセツトされる所
定の期間毎に行なわれ、この所定期間で計数され
た第１のカウンタ２７および第２のカウンタ２９
の計数出力はそれぞれデイジタル比較器３１の一
方の入力Ａおよび加算器３３に供給される。

第１のカウンタ２７においては第２図に示す波
高値Ａ以上の波高値の荷電粒子１をカウントして
いるものであり、第２のカウンタ２９は第２図に
おいて谷部Ｂ以上の波高値の荷電粒子１をカウン
トしているものであるが、この両カウンタ２７，
２９の差が第２図において斜線を施したダークパ
ルス部分である。従つて、第２のカウンタ２９で
計数したカウント値に斜線を施した部分のダーク
パルスの数を加算することにより第１のカウンタ
２７で計数したカウント値にほぼ等しくなるので
あるが、この斜線を施した谷部Ｂまでのダークパ
ルス数、すなわち谷部Ｂの位置はバイアス電源２
１からMCP５に印加されるバイアス電圧のレベ
ルによつて変化する。

すなわち、第３図ａ，ｂ，ｃはバイアス電圧を
可変した時の波高分布を示しているものである
が、バイアス電圧が低い時には第３図ａに示すよ
うにMCP５のダークパルス部分に信号パルスが
重なり、入射荷電粒子に比較して出力計数値は低
くなり、谷部Ｂは小さくなる。バイアス電圧が高
い時には第３図ｃに示すように信号成分が広が
り、かつダークパルス数も大きくなり、計数出力
と入力荷電粒子との相関関係が低くなる。従つ
て、第３図ｂに示すように、バイアス電圧が適切
な場合の波高分布の谷部Ｂに相当する基準信号レ
ベルが上記第２の比較器２５の第２の基準比較信
号Srbとして設定されているのであるが、この適
切なバイアス電圧が印加されている時の第３図ｂ
に示すような波高分布における適切なダークパル
ス数を基準のカウント差設定値Sdとして上記加
算器３３に供給し、この基準のカウント差設定値
Sdを第２のカウンタ２９の計数出力に加算する。
この加算器３３の加算結果、すなわち第２のカウ
ンタ２９の計数結果に基準のカウント差設定値
Sdを加算した結果は、MCP５に対するバイアス
電圧が適切である場合には第１のカウンタ２７の
計数結果にほぼ等しいことになる。

従つて、加算器３３の加算出力は上記デイジタ
ル比較器３１の他方の入力Ｂに供給され、デイジ
タル比較器３１の一方の入力Ａに供給されている
第１のカウンタ２７の計数出力と比較される。こ
の比較の結果、第１のカウンタ２７の出力信号と
加算器３３の出力信号とが等しい場合には、上述
した説明からもわかるように、MCP５に供給さ
れているバイアス電圧は適正な値であると考えら
れるが、等しくない場合、すなわち第１のカウン
タ２７の出力信号が加算器３３の出力信号より小
さい場合（すなわち、デイジタル比較器３１の入
力Ａに供給される信号が入力Ｂに供給される信号
より小さい場合、すなわちＡ＜Ｂの場合）または
第１のカウンタ２７の出力信号が加算器３３の出
力信号より大きい場合（すなわち、デイジタル比
較器３１の入力Ａに供給される信号が入力Ｂに供
給される信号よりも大きい場合、すなわちＡ＞Ｂ
の場合）はバイアス電圧が適正でない場合であ
り、バイアス電圧を適正値に制御することが必要
である。従つてデイジタル比較器３１の出力信号
はゲート回路３９を介してアツプダウンカウンタ
４１に供給され、このアツプダウンカウンタ４１
の出力信号はＤ／Ａ変換器４３を介してバイアス
電源２１に供給され、バイアス電圧を可変してい
る。

より詳細には、デイジタル比較器３１の出力信
号のうち、第１の出力信号（すなわちＡ＜Ｂ）が
出力されている場合にはこの第１の出力信号はゲ
ート回路３９を介してアツプダウンカウンタ４１
のアツプ入力に供給され、これによつてアツプダ
ウンカウンタ４１に予め設定されている基準バイ
アス設定値Sbを更に増大するようにアツプダウ
ンカウンタ４１をカウントアツプ動作させる。ま
た、デイジタル比較器３１から第２の出力信号
（すなわちＡ＞Ｂ）が出力されている場合にはこ
の第２の出力信号はゲート回路３９を介してアツ
プダウンカウンタ４１のダウン入力に供給され、
これによつてアツプダウンカウンタ４１に予め設
定されている基準バイアス設定値Sbを低減する
ようにアツプダウンカウンタ４１をカウントダウ
ン動作させる。このようにアツプダウンカウンタ
４１がカウントアツプまたはカウントダウンした
結果の計数出力はＤ／Ａ変換器４３でアナログ信
号に変換され、この信号でバイアス電源２１が駆
動されてバイアス電圧が可変する。すなわち、第
１のカウンタ２７の出力が加算器３３の出力より
小さい場合（すなわちＡ＜Ｂ）にはアツプダウン
カウンタ４１がカウントアツプして増大したその
計数結果がＤ／Ａ変換器４３を介してバイアス電
源２１からのバイアス電圧を増大するように制御
し、また第１のカウンタ２７の出力が加算器３３
の出力より大きい場合（すなわちＡ＞Ｂ）にはア
ツプダウンカウンタ４１がカウントダウンして低
減したその計数結果がＤ／Ａ変換器４３を介して
バイアス電源２１からのバイアス電圧を低減する
ように制御する。このようにバイアス電圧を増大
または低減するように制御するこことにより常に
適正なバイアス電圧を供しているのである。

また、上記アツプダウンカウンタ４１における
アツプダウンの周期は体周期でよい。すなわち、
これはＤ／Ａ変換器４３の分解能をＮとすると、
数回の粒子計数に対して１回の周期でバイアス電
圧を１／Ｎだけ変化させてダークパルスを制御す
る程度でよく、MCP５を比較的遅い周期で制御
する。

また、前記第２の比較器２５の出力信号は第３
のカウンタ３７によつて計数されているが、この
第３のカウンタ３７によつて前記谷部Ｂ以上の波
高値を有する荷電粒子が計数され、この計数結果
が粒子計数出力として出力されている。なお、こ
の第３のカウンタ３７は前記タイミング回路３５
によつて適当な周期毎にクリアされ、この周期毎
に出力信号を発生しているが、この周期は前記第
１のカウンタ２７および第２のカウンタ２９をク
リアしている周期とは異なつている。

以上のように本発明の一実施例に係わるMCP
荷電粒子計数装置は構成されている。次にその作
用を説明する。

MCP５で検出された荷電粒子１は電荷型増幅
器９で増幅され、この電荷型増幅器９の出力信号
は第１の比較器２３および第２の比較器２５に供
給されてそれぞれ第１の基準比較信号Sraおよび
第２の基準比較信号Srbと比較される。第１の比
較器２３において、第２図の波高分布の波高値Ａ
に相当する第１の基準比較信号Sraと比較され、
この第１の基準比較信号Sraより大きな出力信号
は第１のカウンタ２７で計数され、デイジタル比
較器３１の入力Ａに供給される。また、第２の比
較器２５においては波型分布の谷部Ｂに相当する
第２の基準比較信号Srbと比較され、この第２の
基準比較信号Srbより大きな出力信号が第２のカ
ウンタ２９により計数される。この計数結果は加
算器３３において基準のカウント差設定値Sbに
加算され、この加算出力はデイジタル比較器３１
の入力Ｂに供給され、入力Ａに供給されている第
１のカウンタ２７の計数出力と比較される。

今、ダークパルス数が適正値より小さいとする
と、すなわちMCP５に対するバイアス電圧が小
さいために波高分布が第３図ａに示すように圧縮
されてダークパルス数が小さくなると、第１のカ
ウンタ２７の計数出力が加算器３３の加算出力よ
り小さくなるため（Ａ＜Ｂ）、デイジタル比較器
３１から第１の出力信号（Ａ＜Ｂ）が出力され、
この信号はゲート回路３９を介してアツプダウン
カウンタ４１のアツプ入力に供給される。アツプ
ダウンカウンタ４１はカウントアツプして基準バ
イアス設定値Sbを増大する。この結果、この増
大した計数値はＤ／Ａ変換器４３を介してバイア
ス電源２１に供給され、バイアス電源２１から
MCP５に印加されるバイアス電圧を適正値にな
るように増大する。

また、ダークパルス数が適正値より大きいとす
ると、すなわちMCP５に対するバイアス電圧が
大きいために波高分布が第３図ｃに示すように広
がつてダークパルス数が大きくなると、第１のカ
ウンタ２７の計数出力が加算器３３の加算出力よ
り大きくなるため（Ａ＞Ｂ）、デイジタル比較器
３１から第２の出力信号（Ａ＞Ｂ）が出力され、
この信号はゲート回路３９を介してアツプダウン
カウンタ４１のダウン入力に供給される。アツプ
ダウンカウンタ４１はカウントダウンして基準バ
イアス設定値Sbを低減する。この結果、この低
減した計数値はＤ／Ａ変換器４３を介してバイア
ス電源２１に供給され、バイアス電源２１から
MCP５に印加されるバイアス電圧を適正値にな
るように低減する。

このようなバイアス電圧の増大または低減制御
によりバイアス電圧は常に適正値に制御され、第
２図に斜線で示す範囲のダークパルス数が常に一
定になるようになつている。このようにダークパ
ルス数およびバイアス電圧が適正値に制御されて
いる時の第２の比較器２５からの出力信号、すな
わち第２図に示す波高分布の谷部Ｂ以上の波高値
の出力信号は第３のカウンタ３７で計数され、荷
電粒子計数出力として外部に出力されている。

なお、上記実施例においては、荷電粒子を
MCP５で検出して計数している場合について説
明したが、本発明はこれに限定されるものでな
く、例えばフオトマルチプライヤーを用いたフオ
トン計数装置にも適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、マイ
クロチヤンネルプレートの出力信号の波高分布の
谷部までのダークパルス数が所定値になるように
バイアス電圧を制御しているので、誤計数が防止
され、荷電粒子を適正に計数することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わるMCP荷
電粒子計数装置のブロツク図、第２図は荷電粒子
の背波高分布を示す図、第３図ａ，ｂ，ｃはバイ
アス電圧が変化した場合の荷電粒子の波高分布を
示す図、第４図は従来のMCP荷電粒子計数装置
のブロツク図である。 １…荷電粒子、５…MCP、９…増幅器、２１
…バイアス電源、２３…第１の比較器、２５…第
２の比較器、２７…第１のカウンタ、２９…第２
のカウンタ、３１…デイジタル比較器、３３…加
算器、４１…アツプダウンカウンタ、４３…Ｄ／
Ａ変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マイクロチヤンネルプレートを用いて荷電粒
   子を計数するMCP荷電粒子計数装置において、
   マイクロチヤンネルプレートにバイアス電圧を印
   加するバイアス電源と、荷電粒子によるマイクロ
   チヤンネルプレートからの出力信号を増幅し波形
   整形する増幅器と、該増幅器の出力信号を、雑音
   を除去するための第１の比較レベルと比較し、第
   １の比較レベル以上の出力信号を取り出す第１の
   比較手段と、前記増幅器の出力信号をマイクロチ
   ヤンネルプレートからの出力信号の波高分布の谷
   部に相当する第２の比較レベルと比較し、該谷部
   以上のレベルの出力信号を取り出す第２の比較手
   段と、前記第１の比較手段の出力信号を計数する
   第１の計数手段と、前記第２の比較手段の出力信
   号を計数する第２の計数手段と、該第２の計数手
   段の計数値に前記谷部以下の所定のダークパルス
   数に相当する所定値を加算する加算手段と、前記
   第１の計数手段の計数値と前記加算手段の出力値
   とを比較し、この比較結果の差に基づいて前記谷
   部以下のダークパルス数が所定の値になるように
   前記バイアス電源からマイクロチヤンネルプレー
   トに印加されるバイアス電圧を制御する制御手段
   とを有することを特徴とするMCP荷電粒子計数
   装置。