JPH07162275A - ランダムパルス発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ほぼ完全にランダムな当たり確率を発生す
る。 【構成】 放射性物質が放射するα、β、γ線を所定の
エネルギーレベルを保有する粒子として捕え、粒子の個
数ｋが、一定の確率に従ってランダムに放射されること
に着目し、放射線計数回路で検出した粒子の計数値と、
予め設定した一定の確率を与える基準値とを比較し、こ
れらが一致した時当たりパルスを発生させるランダムパ
ルス発生装置において、この計数回路に対して計数動作
を継続させる計数時間をプログラミングにより変更可能
に設定する設定回路３３と、目標の確率を与える基準値
をプログラミングにより変更可能に設定するメモリ３７
と、計数時間内に計数回路３６に検出された計数値と基
準値とを比較し一致したらパルスを出力する比較回路３
８とからなり、計数時間と基準値を目標に合わせて設定
して、各種の当たり確率を設定可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、放射性物質からラン
ダムに放射される崩壊粒子の放射線（α、β、γ線）を
計数することにより、ランダムにパルスを発生させるラ
ンダムパルス発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、パチンコ機、ゲーム機において、
入賞穴等に玉がはいると、ソフトウェアによって作成さ
れＲＯＭに書込まれた乱数の発生を停止し、その時の乱
数と予め設定されていた当たり数値と一致した時、当た
りを発生させている。前述した従来の技術では、所定値
の数値をある周期で循環させていた為、完全な乱数では
なく当たりに偏りがあった。また、プログラムにより作
成された乱数をＲＯＭに書き込んであった為、当たりの
確率を変更したＲＯＭと変換したり、ある条件により認
可された確率以上の当たりが発生する様なプログラム
を、外聞から発見されされにくい形でＲＯＭに入れるこ
とにより、容易に不正が行われることがあった。ちなみ
に、平成５年夏から秋にかけて新聞誌上で、パチンコ店
における確率を変更した不正事件が報じられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のパチンコ機及び
ゲーム機では、当たりを発生させるランダム数を得る方
法として、所定数の数値をある周期で循環させていた、
この循環は内部クロックに依存するため、完全な乱数で
はなく、当たりに偏りがあるという問題点があった。ま
た、プログラムにより作成された乱数をＲＯＭに書き込
んであったので、確率を変更したＲＯＭと正規のＲＯＭ
とを変換できるという問題があった。本発明は、自然に
崩壊する放射線を利用するので、偏りのない、不正を行
うことのできないランダムパルス発生装置を提供するこ
とを目的とする。本願が関連する先願には、同一発明者
による特願平５−１００１６４号がある。本発明は、当
たりに偏りをなくし、より完全な乱数に相当する所定確
率下での当たりの発生を決定する方法と、当たりに偏り
のないランダムパルス発生装置を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、放射性物質が放射するα、β、γ線につい
て、これら各放射線を所定のエネルギーレベルを保有す
る粒子として捕え、これらの粒子の放射分布が指数関数
の分布に従う点と、この指数関数において、放射される
粒子の個数が，所定時間区間でｋ個である確率Ｐｋは、
ポアソンの分布式で表示される点と、粒子の個数ｋが、
一定の確率に従ってランダムに放射されることに着目
し、放射線検出回路で検出した粒子の計数値と、予め設
定した一定の確率を与える基準値とを比較し、これらが
一致した時当たりパルスを発生させるランダムパルス発
生装置において、微弱な放射性物質と、放射性物質に対
面して配置され所定の被爆立体角を占有するとともに、
粒子をそのエネルギーレベルに対応した強度の電気信号
に変換する半導体検出素子と、この電気信号から時定数
信号を発生させて増幅する増幅回路と、この時定数信号
が前記粒子に対応した強度範囲のエネルギーレベルであ
るものを弁別する中波高弁別器と、時定数信号が粒子に
対応した強度以上の高エネルギーレベルであるものをノ
イズとして区別する高波高弁別器と、時定数信号が粒子
に対応した強度以下の低エネルギーレベルであるものを
ノイズとして区別する低波高弁別器と、弁別された信号
を粒子の個数として計数し保持する計数回路と、この計
数回路に対して計数動作を継続させる計数時間をプログ
ラミングにより変更可能に設定する設定回路と、目標の
確率を与える基準値をプログラミングにより変更可能に
設定するメモリと、計数時間内に計数回路に保持された
計数値と基準値とを比較し一致したらパルスを出力する
比較回路とかなるランダムパルス発生装置とした。

【０００５】

【作用】被爆立体角と、計数時間と、基準値を目標確率
に合わせて設定して、各種の当たり確率を設定可能にし
た。ＲＩの自然崩壊する確率を、発生確率に利用するこ
とにより、自然なランダムな確率を発生し、また、数理
演算に応じて各種確率を必要に応じて発生できる。

【０００６】

【実施例】次に、本発明を図面に従って説明する。本発
明の実施例について図面を参照して説明する。図５は本
発明に係るランダムパルス発生装置の原理を示す図であ
る。天然または人工放射性物質の核種は、α、β、γ線
を放射して自然崩壊する、その際、各物質固有の所定の
崩壊定数に従って崩壊する。平成５年１１月２４日の日
経新聞夕刊１０頁に記載があるように、不安定原子が放
射線を出して他の原子になる過程（崩壊）は”原子の種
類によってきまる一定の確率”で起こるものである。本
願では人体に影響のない微量の放射性物質を利用する。
微量の放射性物質には本願では英国の Amersham 社製の
日本で広く煙検知器に利用されているアメリシューム24
1 Ａｍを利用している。このような放射性物質から相次
で、放射されるα、β、γ線は所定の時間間隔で検出さ
れる。簡単のために、α線に注目して説明する。例え
ば、アメリシューム241 Ａｍでは、α線（ヘリウム原
子）がある単位時間にＡ個放出される（１〜５００個／
秒）。しかしながら、ある単位時間にＡ個放出されると
いっても、自然現象であるため、ある単位時間に２０個
放出される場合、３６個放出される場合、全然放出のな
い場合等がある。ただ長時間計測すれば、ある単位時間
に一の確率でＡ個放出され、他の確率でＢ個放出される
という事実である（詳細は後述する）。

【０００７】自然崩壊を表す指数分布の関数は図５のグ
ラフを表す式、 Ｆ（ｔ）＝Ａｅ｛−λｔ｝・・・（１） で表される密度関数である。以下｛｝内は指数を示す、
この平均値は１／λとなる。この平均値は、α線１個の
放射時間間隔の平均値に当たり、従ってある単位時間に
検出されるα線の個数は１／（１／λ）＝λとなる。こ
のλの崩壊定数は、アメリシュームＡｍについてのみな
らず、現存する核種についてはほぼ正確に知られてい
る。α線の放射を検出するには検出時間間隔を測定する
よりもある時間帯に放射されるα線の個数を検出するの
が簡単である。アメリシュームの崩壊は１個のα線の放
射時間間隔が指数関数Ｆに合うので、ある時間帯に放射
されるα線の個数を検出すればよい。

【０００８】放射分布が指数分布を示す関数Ｆ（ｔ）＝
Ａｅ｛−λｔ｝に従う時、任意の時間ａにおける観測時
間区間ｈ，（ａ，ａ＋ｈ）内に崩壊するα線の個数がｋ
個である確率Ｐｋは、次の式で表示できる。 Ｐｋ＝ｅ｛−λｔ｝・（λｈ）｛ｋ｝／ｋ！・・・（２） ここでｋ＝０で１，２，３，・・・、ｋ！はｋの階乗で
ある。この分布はポアソン分布であり、時間区間の始点
ａに無関係で、その平均値はλｈである。よって単位時
間に放射される平均α線数はｈ＝１時間としてλとな
る。式（２）を、個数ｋについて解き、次の式を得る。 即ち、 ｋ＝Ｇ（ｅ・Ｐｋ・λ・ｈ）・・・（３） となる。ここで、ｅは自然対数、λはアメリシュームＡ
ｍの崩壊定数、確率Ｐｋを例えば１／２２０とし、ｈを
ＣＰＵ等の制御回路の ｃｌｏｃｋの周波数ｆまたは１
／ｆ で適当に設定する。

【０００９】確率Ｐｋ＝１／２２０はパチンコ機業界や
法律で定めた当たり確率であり、適度の射幸心を誘い、
ギャンブル性に走らない、健全なゲームであるための適
正確率である。また周波数ｆは現在のＣＰＵでは２０Ｍ
Ｈｚなのでｈも確定できる。また、ｋは所定の検出器で
検出できるα線の粒子数である。さて、本願発明者は上
記ＲＩによる乱数の原理を解明し、例えばα線の粒子数
を検出する放射線検出装置を応用したランダムパルス発
生装置を製作した。

【００１０】図４において、放射性カプセル３０には、
人体に無害な微量のα、β、γ線を放出する人工の放射
性核種のアメリシューム241 Ａm が格納されている。こ
の放射性カプセル３０から放射されるα、β、γ線は検
出装置３１により検出される。検出装置３１は放射性カ
プセル３０に接近して検出面を対向して配置してある。
放射線は検出装置３１でエネルギーレベルに対応した電
気信号に変換される。この検出装置３１はアメリシュー
ムＡｍから放射されるα、β、γ線から、検出装置３１
が占有する立体角ω内の全粒子を１個づつ漏れなく検出
し、検出信号を弁別回路３２に出力する。弁別回路３２
はこれら全放射粒子の信号中から特定の放射能α線をエ
ネルギースペクトルに従って選択し、かつ設定された所
定の時間ｈ以内に選択されたα線を計数する。弁別回路
３２は計数した値（個数）をカウンタ３６に出力する。
カウンタ３６には崩壊α線の計数された個数が、設定時
間ｈ（１秒前後）の分累計されて保持される。

【００１１】弁別回路３２には設定回路３３から所定の
時間間隔ｈ（計測時間）が、可変抵抗器等の入力装置４
５から、放射性粒子のエネルギーレベルがそれぞれ設定
される。カウンタ３６の累計値ｘと、読み出し専用メモ
リＲＯＭ３７内の基準値ｋ0とが比較回路３８で比較さ
れる。ＲＯＭ３７には予め当該α線について、例えば、
確率Ｐｋ＝１／２２０を与える個数ｋ0 の定数が記録さ
れている。確率Ｐｋが１／２２０以外なら基準値ｋ0 も
変化する。比較回路３８は値ｘと固定値ｋ0 とが一致し
たら、駆動回路３９に一致信号ｐを出力する。この一致
信号ｐを受けて、駆動回路３９は電子表示装置４０に、
当たりの表示を出力する。

【００１２】一致信号ｐがなければ、駆動回路３９は外
れの表示を出力し、外れの数字が表示される。値ｘが固
定値ｋ0 になるかどうかは１／２２０の確率的なもの
で、このため一致信号ｐも１／２２０の確率で乱数的に
発生する。設定回路３３はスタート回路３４から起動パ
ルスを受け、計測時間のマスクを開く。センサー３４
は、パチンコ機では入賞口３５に玉が入ったことを検知
して起動パルスを発生する。

【００１３】図４の放射性カプセル３０、検出装置３
１、弁別回路３２、設定回路３３、ＲＯＭ３７の構成お
よび機能を図６、７で更に詳しく説明する。本願発明者
は、放射性カプセル３０と検出装置３１とを銅缶の中に
封入して、核種に対する放射空間における占有立体角ω
を固定し、被爆線量の安定化を実現した。検出装置３１
の被爆線量が安定しないと、計測値が不正確になり、安
定した確率を得られなくなる。検出装置３１は、ここで
は半導体検出器のＰＩＮダイオードを例に説明する。他
に電離箱、ＧＭ管、シンチレーションカウンタ、比較計
数管、他の半導体検出器、例えばＧｅ検出器等も検出装
置に利用出来る。

【００１４】図６において、検出装置３１はＰＩＮダイ
オードＤと結合コンデンサーＣc と保護抵抗Ｒと前置増
幅器４３と時定数を設定する抵抗Ｒｆ及びコンデンサー
Ｃｆと増幅器４６から構成されている。ＰＩＮダイオー
ドＤが検出した微弱信号は前置増幅器４３、増幅器４６
で放射線の強度に比例した電圧レベルをもつ放電型のパ
ルス信号に増幅される。ここで前置増幅器４３は、ＦＥ
Ｔ、トランジスタ等ディスクリート部品で構成した市販
のものがあるが、構成部品点数を削減するため本願では
ＦＥＴ入力オペアンプを使用している。増幅器４３と増
幅器４６とは電源電圧を片電源で使用している為、コン
デンサ１００を介して結合されている。

【００１５】ＰＩＮダイオードＤは市販の金属缶封印型
を頂面の金属部分を取り去ってシリコン素子の表面を露
出させて使用する。放射性カプセル３０にＰＩＮダイオ
ードＤのシリコン面を対向させて、箱形の金属缶内に納
めて外部から（天然）α線が侵入し易いようにした。バ
イアス電圧Ｖは保護抵抗Ｒを介してＰＩＮダイオードＤ
に印加され、ＰＩＮダイオードＤはｐ−ｎ結合の半導体
であって、荷電したα線が侵入すると不安定電子や不安
定正ホールが移動し、いわゆる通電し、ＰＩＮダイオー
ドＤの両端に電圧変動が発生する。

【００１６】この変動電圧は微弱なもので結合コンデン
サーＣc を介して前置増幅器４３に送られ、そこで電流
増幅される。この増幅電流は抵抗Ｒｆ及びコンデンサー
Ｃｆとにより帰還されて、一般に公知の放電電圧カーブ
を描く時定数信号ｎを増幅器４６に出力する。増幅器４
６はこの時定数信号ｎを増幅し、弁別回路３２に出力す
る。図６において、弁別回路３２は３回路からなる弁別
回路１０１を備え、各弁別回路は第１比較回路５０、第
２比較回路５１、第３比較回路５２からそれぞれ構成さ
れている。各比較回路５０〜５２は集積回路（ＩＣ）で
あり、増幅器４６から出力される信号を、放射線による
信号と外来のノイズとを分離するための弁別回路であ
る。第１比較回路５０は比較用の高電圧ｅ1 と時定数信
号ｎとを、第２比較回路５１では比較用の低電圧ｅ2 と
時定数信号ｎとを、また第３比較回路５２は比較用の中
間位置電圧ｅ3 と時定数信号ｎとをそれぞれ比較する。

【００１７】第１比較回路５０の一方の入力端に印加さ
れる基準電圧ｅ1 は図８に示す高波高を弁別する上限電
圧で、弁別回路の第１比較回路５０は高波高すなわち、
高い電圧のパルスをノイズと見なし弁別する回路であ
る。第２比較回路５１の一方の入力端に印加される基準
電圧ｅ２は図８に示す下限波高を弁別する低い電圧で、
この弁別回路は低波高すなわち逆に低い電圧のパルスを
ノイズと見なし弁別する回路である。第３比較回路５２
の一方の入力端に印加される基準電圧ｅ３は時定数信号
ｎそのものの波高の中間の電圧（ｅ１とｅ２の中間では
ない）で、この弁別回路は、中間以上の電圧で弁別し、
タイミング信号を発生させる。中間の電圧は、正確には
図８に示す時定数信号ｎ（全信号をまず拾い、後で区別
するため）の中間位置の電圧である。これら各基準電圧
はｅ１、ｅ２、ｅ３の順に低くなっており、エネルギー
レベルによって予め決定された通りに設定されている。

【００１８】荷電したα線が半導体検出素子に侵入し
て、結合の弱い不安定電子や不安定正ホールを移動させ
て、ＰＩＮダイオードＤの両端に電圧変動を発生させ
る。フリップフロップの集積回路（ＩＣ）からなるキャ
ンセル回路５３、第１遅延回路５４、第１矩形パルス発
生回路５６、第２遅延回路５５、第２矩形パルス発生回
路５８、第３矩形パルス発生路５９は、弁別回路の各比
較回路５０〜５２によって弁別された信号のタイミング
調整回路である。これらの相互動作について図８を参照
して以下に説明する。

【００１９】第１比較回路５０は時定数信号ｎがｅ１よ
り高いノイズであると、第１弁別信号Ａ1 をキャンセル
回路５３に出力し、キャンセル回路５３は第１弁別信号
Ａ1をうけてキャンセル信号ｃを出力する。

【００２０】第２比較回路５１は時定数信号ｎがｅ２よ
り高いα線の信号であると、第２弁別信号Ａ2 を第１遅
延回路５４に出力し、第１遅延回路５４は第２弁別信号
Ａ2を受けてその立ち上がり時に、第２弁別信号Ａ2 よ
りも持続時間が約数倍長い第１遅延信号Ｄ1 を第１矩形
パルス発生回路５６に出力する。第１矩形パルス発生路
５６は第１遅延信号Ｄ1 を受けてその立ち下がり時に、
第１判定信号Ｊ1 を出力する。キャンセル回路５３から
のキャンセル信号ｃは第１遅延回路５４に送られてお
り、キャンセル信号ｃを第１遅延回路５４が受信した時
には、第１遅延信号Ｄ1 の出力を停止する。

【００２１】第２弁別信号Ａ2 はまた第２遅延回路５５
にも出力され、第２遅延回路５５は、第２弁別信号Ａ2
を受けてその立ち下がり時に、第２遅延信号Ｄ2 を第２
矩形パルス発生路５８に出力する。この第２遅延信号Ｄ
2 は第２弁別信号Ａ2 よりも持続時間が約数倍長く、第
１遅延信号Ｄ1 と終了時間が同時である。第２矩形パル
ス発生路５８は第２遅延信号Ｄ2 を受けてその立ち下が
り時に、第２判定信号Ｊ2 を出力する。キャンセル回路
５３からのキャンセル信号ｃは第２矩形パルス発生路５
８にもに送られており、キャンセル信号ｃを第２矩形パ
ルス発生路５８が受信した時には、第２判定信号Ｊ2 の
出力を停止する。これはｅ２より高い電圧は、α線の信
号と高波高のノイズ信号も含み、ノイズ信号はキャンセ
ル信号ｃで排除している。

【００２２】第３比較回路５２は時定数信号ｎがｅ３よ
り高いと結果として第３弁別信号Ａ3 を第３矩形パルス
発生路５９に出力する。第３矩形パルス発生路５９は第
３弁別信号Ａ3 を受けてを受けてその立ち下がり時に、
第３判定信号Ｊ3 を出力する。３種の第１、２、３判定
信号Ｊ1、Ｊ2、Ｊ3 は第１ＡＮＤ回路６０の条件入力端に
入力され、第１ＡＮＤ回路６０はこれら３種の条件が揃
うと検出信号Ｋを第２ＡＮＤ回路６２の一方の条件入力
端に出力する。図７において、第２ＡＮＤ回路６２の他
方の入力端には、設定回路３３からマスクパルスｈが入
力されている。このマスクパルスｈの持続時間の間、第
２ＡＮＤ回路６２は順次到来した検出信号Ｋを取り込
み、カウンタ３６に出力する。カウンタ３６は計数機能
を備えた到来した検出信号Ｋを累積しながら保持する。

【００２３】前置増幅器４３と増幅器４６の増幅度や規
格が設定されると、増幅器４６から出力される時定数信
号ｎ、即ち電圧変動値は、α線について予測でき、Ｖ＝
Ｖ0・ｅ{ −a・ Rf・Cf・t} で決定ができる。具体的には、
α線の場合は、全体的に弁別回路３２の設計仕様に合わ
せて決まるその電圧変動値は、高い電圧がｅ１と低い電
圧がｅ２との間になるように決定する。従って、本実施
例の弁別回路３２上では、観測した電圧変動値が高い電
圧ｅ１と低い電圧ｅ２との間の時のみ、α線として計数
するようにする。電圧変動値が高い電圧ｅ１以上の場合
は、その影響をもたらした原因は落雷やモーター等の火
花による高いエネルギーによる場合が殆どであり、α線
ではないので雑音と見做し、粒子数には計数しない。ま
た、電圧変動値が低い電圧ｅ２以下の場合は、減衰した
自然放射線であったり、ＰＩＮダイオードＤの内在雑音
による場合が殆であり、α線ではないので雑音として計
数しない。

【００２４】電圧変動値は本実施例の弁別回路３２で
は、０Ｖから約３．５Ｖの間である、従って高い電圧ｅ
１を４．５Ｖに、低い電圧ｅ２を１．３Ｖに設定した。
また、時定数信号ｎの放電時間は最大４０μｓｅｃであ
り、１秒間に３万〜４万個のα線（ヘリウム粒子）が到
来しても計数可能な分解精度である。アメリシウムの崩
壊数はせいぜい約１〜５００個／秒であるので、回路上
の信号遅れやパルスの立ち上がり精度のバラツキ等を計
算にいれても、高い精度で検出が可能である。

【００２５】さて、図８において、横軸には時間の経過
とともに放電する各種の時定数信号ｎをｎ1 、ｎ2 、ｎ
3 、ｎ4 に、縦軸には図１の弁別回路３２の各点での信
号波形を波高の形に、示している。まず、電圧変動値が
α線（ヘリウム粒子）を示す、いわゆる正定信号ｎ1
（高い電圧ｅ１と低い電圧ｅ２との間の時のとき）は、
低い電圧ｅ2 以上の電圧変動値の部分が図１の第２比較
回路５１にて検出されて（高い電圧ｅ１はないので第１
比較回路５０では何も検出されず）、第２弁別信号Ａ2
が生成され、第１遅延回路５４に出力される。この第２
弁別信号Ａ2 は立ち上がりと同時に第１遅延回路５４で
幅広の第１遅延信号Ｄ1 を発生し、第１矩形パルス発生
路５６に出力する。この第２弁別信号Ａ2 は第２遅延回
路５５にも出力され、この第２弁別信号Ａ2 は立ち下が
りと同時に第２遅延回路５５でやや幅広の第２遅延信号
Ｄ2 を発生し、第２矩形パルス発生路５８に出力する。
第１矩形パルス発生路５６は第１遅延信号Ｄ1 を受けて
その立ち下がりで第１判定信号Ｊ1 を６０に出力し、同
時に第２遅延回路５８は第２遅延信号Ｄ2 を受けてその
立ち下がり（持続時間はＤ1 ＞Ｄ2 で立ち下がりが一致
するように設定される）で、第２判定信号Ｊ2 を第１Ａ
ＮＤ回路６０に出力する。

【００２６】また、電圧ｅ3 以上の部分に相当する中間
位置の電圧部分が第３比較回路５２にて検出されて、第
３弁別信号Ａ3 が生成され第３矩形パルス発生路５９に
出力される。この第３弁別信号Ａ3 の立ち下がりと同時
に第３矩形パルス発生路５９は第３判定信号Ｊ3 を発生
し、第１ＡＮＤ回路６０に出力する。第１ＡＮＤ回路６
０は、第１判定信号Ｊ1 、第２判定信号Ｊ2 、第３判定
信号Ｊ3 、が全部揃った時にのみ、検出信号Ｋを出力す
る。これまでを整理すると、図８に示す様に、低波高検
出電圧より高く、高波高検出電圧より低い信号パルスを
放射線により発生したパルスと見なし、これに中間波高
値により発生させたタイミング信号を第１ＡＮＤ回路６
０に加えて、検出対象である放射線による信号のみを通
過させる。なお、これらの信号のタイミングを取るため
にパルス幅を制御できるマルチバイブレータを使用して
いるが、一般的に発振子による周波数を計数とすること
によってパルス幅を制御することが可能である。

【００２７】第１ＡＮＤ回路６０は、第１判定信号Ｊ1
、第２判定信号Ｊ2 、第３判定信号Ｊ3 、が全部揃っ
た時にのみ、検出信号Ｋを第２ＡＮＤ回路６２に出力す
る。第２ＡＮＤ回路６２は設定回路３３からパルスの形
式で与えられた有効期間ｈに到来（発生）する検出信号
Ｋを通過させて、カウンタレジスタ３６に出力する。図
６において、全ての波高弁別信号Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 を計
測することにより、本装置が正常に作動しているか否か
の確認が出来る。全ての波高弁別信号Ａ1 、Ａ2 、Ａ3
を計測し何れの信号が定期的に発生しているのかを検出
することにより、不正が行われているか否かを監視する
ことが出来る。図４の設定回路３３、カウンタ３６、Ｒ
ＯＭ３７、比較回路３８について図７で詳しく説明す
る。設定回路３３は発振器を内蔵する分周器７０と６回
路のデップスイッチ７１からなり、デップスイッチ７１
の各スイッチを適宜オン・オフして２進数を設定する。
各スイッチのオン・オフは６個の給電抵抗を接地した
り、非接地して分周器７０の各端子をＬｏｗ／Ｈｉｇｈ
に設定する。かくして分周器７０の分周比を決め、計測
の有効期間ｈを例えば０．２、０．４、０．５、０．
８、１．０、１．５ 秒等に設定できる。

【００２８】計数値を受けるカウンタ３６は３の個のシ
フトレジスタ７３、７４、７５、からなり、加算器を構
成する４ビットのシフトレジスタ７３、７４、７５は直
列に接続されている。従って、１２ビットであり、２の
１２乗、１６Ｘ１６Ｘ１６までのパルス数を保持でき
る。ＲＯＭ３７は３個の４ビットのデップスイッチ７
６、７７、７８から構成され、各スイッチのオン・オフ
は１６個の給電抵抗を接地したり、非接地にする。各ス
イッチのオン・オフにより１６ビットの各端子をＬｏｗ
／Ｈｉｇｈ（０、１）に設定し、１６ビットの２進数を
表現できる。

【００２９】比較回路３８は２個の８ビット比較器８
０、８１からなり、１６ビットの比較が可能であるが、
比較相手のカウンタ３６が１２ビットであるため、上位
の比較器８１の上位４ビットは使用していない。比較回
路３８の比較器８０、８１の一方の各端子には、ＲＯＭ
３７のデップスイッチ７６、７７、７８のオン・オフに
よるＬｏｗ／Ｈｉｇｈ信号と、他方の各端子にはカウン
タ３６のシフトレジスタ７３、７４、７５の端子からＬ
ｏｗ／Ｈｉｇｈ信号とがそれぞれ与えられている。上位
の比較器８１の上位４ビット用の両側の端子は共に接地
されている、なお図では接地を逆三角で示している。

【００３０】比較回路３８はＲＯＭ３７の設定値とカウ
ンタ３６の計数値とを各ビット毎に比較する。下位比較
器８０と上位比較器８１からの一致信号はＡＮＤ回路８
２で集計されて１個のパルスを出力する。さて、ここで
カウンタ３６には、分周器７０で決めた計測の有効期間
ｈを例えば１．０秒間に、計数（加算）した値が保持さ
れている。この計測値とＲＯＭ３７の設置値（基準値）
が一致した場合に比較回路３８はパルスを出力するが、
このパルスを当たりとして使用する。一致の割合は目標
の確率例えば、１／２２０としている。

【００３１】このように弁別されたパルスをカウンタ３
６のシフトレジスタ７３、７４、７５で加算する。ある
時間単位で計数された値は、比較回路の比較器８０、８
１によって、あらかじめＲＯＭ３７のデップスイッチ７
６、７７、７８に設定されている基準値と比較され一致
した場合のみ、当たりのパルスを出力する。設定回路３
３の分周器７０と６回路のデップスイッチ７１は、放射
線による信号パルスを加算する時間間隔を設定する。カ
ウンタ３６のシフトレジスタ７３、７４、７５は、当た
りの有無を終了した後リセット信号Ｒによって計数毎に
クリアされる。

【００３２】ある一定時間に崩壊する放射線（計数値）
は確率法則に従う現象であるから、一定の放射線源を一
定時間計数しても、その計数値は常に一定値にはなら
ず、ある平均値Ｍの付近に分散した値が得られる。この
分散はポアリンの分布式 で与えられる。ここで ｐ（ｍ）は、一定時間にｍカウント（パルス数）が得ら
れる確率 Ｍは多数回測定した時のｍの平均値とし、Ｍが数十以上
になるとガウスの分布式 ｛ ｝内は指数を表す と近似的に等しくなる。（図３参照）

【００３３】いま、１秒間に356 の計数値が得られる放
射線と検出器、物理幾何条件を形成した場合、（2)式で
計数値が356 となる確率は47分の１となる。パチンコ業
界や法律で決められた当たりの確率 220分の１は、１秒
間の計数値が約322.6 の時に得られる。この確率は常に
一定ではなく、ある時は数回計数しただけで一致する場
合、数百回計数しても一致しない場合等があり、ただ多
数回計数した場合、所定の確率になるということであ
る。

【００３４】したがって、例えば確率220 分の１となる
基準値３２２を、予めＲＯＭ３７に設定しておき、パチ
ンコ機の入賞穴に玉が入った時の計数値が２９５になっ
たとする。計数値がを比較回路３８において、設定した
基準値と一致した時、当たりとすればランダムな当たり
をもつパチンコ機となる。また、放射線源の放射強度
（崩壊数）も立体角内で変更できる範囲があるので、カ
プセル３０の放射線源と検出ダイオードの距離を調整可
能な構造としてある。

【００３５】本願発明者が試作した アメリシュムＡｍ
のα線（ヘリウム粒子）を計数するランダムパルス発生
装置の観測実験結果を以下に示す。発生確率について、
表１の測定データは、１秒（設定回路３３からパルスの
形式で与えられた有効期間ｈ＝１．０秒）毎に計数する
観測を１０８００回（１８０分）実行したものである。
これをピーク値及び選択したＣＰＳ（１秒間のパルス
数）の発生確率について、計測値と理論上の計算値を下
記に示す。

【００３６】表１からピーク値や任意に選択したＣＰＳ
の確率が以下のように読み取れる。 測定値 計算値 測定回数 １０８００回 ピーク値 ２２９ＣＰＳ 発生確率 ２９８／１０８００＝１／３６．２ １／３７．９ ０．０２７５ 選択ＣＰＳ ２００ＣＰＳ 発生確率 ４２／１０８００＝１／２５７．１ １／２３７ ０．００３８９ であり、選択ＣＰＳの発生確率にズレが生じている。し
かし

【００３７】 選択ＣＰＳ 発生確率 発生確率 測定値 計算値 １９９ＣＰＳ １／２７０ １／２７０ ２００ＣＰＳ １／２５７ １／２３７ ２０１ＣＰＳ １／１７７ １／２１０ ２０２ＣＰＳ １／１８０ １／１８６ ２０３ＣＰＳ １／１６４ １／１６７ のように、この程度の計数回数であっても１ＣＰＳの差
で、発生確率に１／２０〜１／３０程度の差しか生じな
いので、実用上は非常に多数回計数して、ますます許容
範囲に入っていく。計測値のカウント数を下記表１に示
す。

【００３８】 表１ ＣＰＳ 回数 ＣＰＳ 回数 ＣＰＳ 回数 ＣＰＳ 回数 １７１ １ ２０２ ６０ ２３０ ２７４ ２５８ ４２ １７２ １ ２０３ ６６ ２３１ ２５４ ２５９ ４１ １７５ １ ２０４ ６９ ２３２ ２８６ ２６０ ３３ １７６ １ ２０５ ９２ ２３３ ２５５ ２６１ ３５ １７７ １ ２０６ １０１ ２３４ ２３４ ２６２ ２８ １７９ １ ２０７ １０４ ２３５ ２８１ ２６３ １４ １８０ １ ２０８ １２７ ２３６ ２３２ ２６４ ２７ １８１ １ ２０９ １０９ ２３７ ２３８ ２６５ １４ １８２ １ ２１０ １５２ ２３８ ２４４ ２６６ １４ １８３ ２ ２１１ １５１ ２３９ ２２１ ２６７ １５ １８４ ２ ２１２ １６８ ２４０ ２１２ ２６８ １０ １８５ ６ ２１３ １８９ ２４１ １８２ ２６９ ８ １８６ ５ ２１４ １７５ ２４２ １８２ ２７０ ７ １８７ ５ ２１５ １９３ ２４３ １７３ ２７１ ５ １８８ ３ ２１６ １９６ ２４４ １７５ ２７２ ８ １８９ １０ ２１７ ２３０ ２４５ １６６ ２７３ ３ １９０ ８ ２１８ ２１８ ２４６ １４７ ２７４ １ １９１ ７ ２１９ ２３１ ２４７ １５３ ２７５ ３ １９２ １７ ２２０ ２６２ ２４８ １３０ ２７６ ６ １９３ ２０ ２２１ ２６２ ２４９ １０７ ２７７ ２ １９４ ２４ ２２２ ２７４ ２５０ １０３ ２７８ ２ １９５ ３１ ２２３ ２５３ ２５１ １１４ ２７９ ２ １９６ ２８ ２２４ ２４９ ２５２ ９０ ２８０ １ １９７ ２９ ２２５ ２６９ ２５３ ６７ ２８２ １ １９８ ４２ ２２６ ２８４ ２５４ ６６ ３７５ １ １９９ ４０ ２２７ ２９４ ２５５ ５４ ４８７ １２００ ４２ ２２８ ２７２ ２５６ ６５ ４９７ １ ２０１ ６１ ２２９ ２９８ ２５７ ４０

【００３９】この表の値をグラフにすると図１のように
なる。また、測定回数の１０８００回を３回繰り返し実
行したグラフを図２に示す。計測回数を次第に増大させ
ると、実験値グラフは理論値のガウス分布に、更に接近
することが理解できる。この実験値のグラフにしたがっ
て当たり確率を設定する方法は次の通りである。この試
作機にはパチンコ機上に許可された１／２２０＝０．０
０４５の確率を与える計数値はないので、実験的に１／
２２０に近い、１／２５７＝０．００３８９で説明す
る。図１に矢印で示すように、まず確率１／２５７＝
０．００３８９とグラフの交点から計数値２００ＣＰＳ
を得て、基準値として、２００を予めＲＯＭ３７に設定
する。

【００４０】実用上の装置の製作上では、ＲＯＭ３７の
３個の４ビットのスイッチ７６、７７、７８をこの順に
１０進数２００相当の２進数”００００１１００１００
０”になるようにプログラミイングして回路を焼きつけ
る。計測の有効期間がｈ＝１．０秒を与えるように、設
定回路３３のデップスイッチ７１をプログラミイングし
て回路を焼きつける。また、計測の有効期間ｈ＝１．０
秒を変更するとグラフのピーク計数値も変化し、各計数
値の与える確率も変化するので、１／２２０＝０．００
４５の確率を得る選択ＣＰＳを見つけることができる。
この場合は、計測時間を定める設定回路３３の分周器７
０のデップスイッチ７１を、有効期間ｈ＝１．５０秒等
になるようにプログラミイングした回路を焼き付ける。
回路の焼き付けは公知の半導体製造技術の手法に従って
行う。

【００４１】ランダム性を検証するために、ピーク値２
２９ＣＰＳと、選択値２００ＣＰＳとについて測定回数
１０８００以内の発生間隔をしらべて、表 2、表３を得
た。ピーク値２２９ＣＰＳの発生間隔を表２に示す。表
２から明らかのように最小間隔は２、最大間隔は１７１
であり、当たりの発生に規則性がないことが理解でき
る。

【００４２】 表２ 発生間隔表示 CPS= 229 測定回数=10800 73 77 33 49 4 8 48 3 2 113 26 5 21 24 45 77 38 21 12 31 20 36 102 102 128 10 95 10 29 8 82 45 38 82 14 66 12 116 84 9 38 7 87 51 103 52 164 11 32 49 3 14 15 7 46 45 23 60 63 31 30 6 4 49 90 73 14 26 5 28 6 17 83 22 7 98 15 15 24 64 32 18 35 3 18 70 2 69 63 35 41 31 37 50 42 64 23 13 67 3 17 43 120 101 11 39 2 19 20 46 53 28 128 18 58 26 69 30 64 65 76 12 18 36 32 89 17 21 99 2 6 3 92 80 68 102 7 10 49 23 28 239 16 71 39 16 50 19 23 12 11 18 9 2 15 11 55 5 38 18 31 6 43 3 23 11 14 44 46 25 10 24 51 3 36 62 60 50 71 23 34 95 36 14 38 65 46 19 4 10 32 21 60 4 25 29 43 24 16 10 28 28 39 11 2 43 23 10 40 80 2 18 11 27 18 2 36 53 85 7 26 29 28 24 19 18 12 21 7 31 3 17 47 11 6 58 136 15 18 29 164 20 15 44 44 55 20 5 47 128 171 5 32 100 14 7 14 3 14 3 4 66 18 11 16 31 3 30 100 3 66 4 46 21 130 10 7 25 30 4 87 7 15 40 54 6 21 28 18 13 67 90 24 17 52 36 48

【００４３】選択計数値２００ＣＰＳの発生間隔を表３
に示す。表３から明らかのように最小間隔は７、最大間
隔は１２１１であり、ここでも規則性がないことが理解
できる。

【００４４】計測値を確率の目標値域へ収束させるに
は、第１にＲＯＭ３７や設定回路３３を固定して、核種
と検出器との位置を変更し、入放射立体角を変更させ
て、α線の絶対個数を調整する方法がある。また、第 2
の方法は入放射立体角を固定して、α線の絶対個数を一
定させて、ＲＯＭ３７や設定回路３３の条件を変更する
ものである。本願のランダムパルス発生装置はパチンコ
機等のゲーム機に限定して使用する場合は所定確率１／
２２０等に合わせて、入放射立体角や回路常数を固定す
る。しかし、一般的に各種のシュミレーションに使用す
る場合は、入放射立体角や回路常数を変更可能にして、
広い範囲の目標に合わせることができる。

【００４５】当たり確率を別の値とする他のゲーム機械
用にはランダムパルス発生装置の、上記設定する基準値
を変更して回路の焼き付けを行うことができる。このよ
うな、本願のランダムパルス発生装置を搭載したパチン
コ機等では、どの時点でも当たり確率は一定となる。プ
レイヤーにとっては法定確率以内の当たりが確保され、
健全娯楽としてのパチンコ機の普及に貢献する。また従
来では、当たりを決めるソフトは不正をまぬがれない
が、本願は自然現象を利用するので、人為的な不正はで
きなくなる。なお、この実施例では、核種として241 Ａ
ｍのα崩壊を利用し、α崩壊により半導体検出素子が放
電するものを、説明したが、ＲＩは別のものでもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明のランダムパルス
発生装置によれば、自然界でランダムな現象として起こ
るＲＩの崩壊を利用するので、製造技術や、時間変化に
よる偏りがなく、定時公平な当たり確率を作成できる。
また、本願のランダムパルス発生装置を搭載したパチン
コ機では当りが続けて起こると、いわゆる連ちゃんが起
きても１日の単位等、長時間では、当たり確率が一定に
なり、またパチンコ機の台によるバラツキがなくなる。
また、従来では、完成検査ではパチンコ機のＲＯＭ内に
書き込まれたソフトを解読するため、長い時間を要して
いたが、本願はパチンコ機とは別体に、ランダムパルス
発生装置を単体として製作できるので、取扱が簡単にな
り、検証や試験や製作が容易になる。更に、このランダ
ムパルス発生装置はパチンコ機ばかりでなく乱数を利用
するシュミレーション実験に応用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のランダムパルス発生装置の実測データ
のグラフ図である。

【図２】本発明のランダムパルス発生装置の多数回の実
測データのグラフ図である。

【図３】本発明を説明するためのガウス分布図である。

【図４】本発明のランダムパルス発生装置を当たりの発
生を決定する装置に応用した回路のブロック図である。

【図５】本発明に利用する崩壊現象を示す指数関数の図
である。

【図６】本発明のランダムパルス発生装置の検出回路と
弁別回路部のブロック図である。

【図７】本発明のランダムパルス発生装置の計数回路と
比較回路部のブロック図である。

【図８】本発明のランダムパルス発生装置の動作を説明
するタイミング図である。

【符号の説明】

３０ 放射性カプセル ３１ 検出装置 ３２ 弁別回路 ３３ 設定回路 ３４ スタート回路 ３６ カウンタ ３７ ＲＯＭ ３８ 比較回路 ３９ 駆動回路 ４０ 表示装置 ４３ 前置増幅器 Ｒf 時定数抵抗 Ｃf 時定数容量 Ｄ 半導体検出素子 ５０ 第１弁別回路 ５１ 第２弁別回路 ５２ 第３弁別回路 ５３ キャンセル回路 ５４ 第１遅延回路 ５５ 第２遅延回路 ５６ 第１矩形パルス発生路 ５８ 第２形パルス発生路 ５９ 第３矩形パルス発生路 ６０ 第１ＡＮＤ回路 ６２ 第２ＡＮＤ回路 ７１、７６〜７７ デップスイッチ ７３〜７５ カウンタ ８１、８２ 比較器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射性物質が放射するα、β、γ線につ
   いて、これら各放射線を所定のエネルギーレベルを保有
   する粒子として捕え、これらの粒子の放射分布が指数関
   数の分布に従う点と、この指数関数において、放射され
   る前記粒子の個数が，所定時間区間でｋ個である確率Ｐ
   ｋは、ポアソンの分布式で表示される点と、前記粒子の
   個数ｋが、一定の確率に従ってランダムに放射されるこ
   とに着目し、放射線検出回路で検出した粒子の計数値
   と、予め設定した一定の確率を与える基準値とを比較
   し、これらが一致した時当たりパルスを発生させるラン
   ダムパルス発生装置において、 微弱な放射性物質と、放射性物質に対面して配置され所
   定の被爆立体角を占有するとともに、前記粒子をそのエ
   ネルギーレベルに対応した強度の電気信号に変換する半
   導体検出素子と、この電気信号から時定数信号を発生さ
   せて増幅する増幅回路と、この時定数信号が前記粒子に
   対応した強度範囲のエネルギーレベルであるものを弁別
   する中波高弁別器と、時定数信号が前記粒子に対応した
   強度以上の高エネルギーレベルであるものをノイズとし
   て区別する高波高弁別器と、時定数信号が前記粒子に対
   応した強度以下の低エネルギーレベルであるものをノイ
   ズとして区別する低波高弁別器と、前記弁別された信号
   を前記粒子の個数として係数し保持する計数回路と、こ
   の計数回路に対して計数動作を継続させる計数時間をプ
   ログラミングにより変更可能に設定する設定回路と、目
   標の確率を与える基準値をプログラミングにより変更可
   能に設定するメモリと、前記計数時間内に前記計数回路
   に保持された計数値と前記基準値とを比較し一致したら
   パルスを出力する比較回路とからなり、 前記被爆立体角と、前記計数時間と、前記基準値を目標
   確率に合わせて設定して、各種の当たり確率を設定可能
   にしたことを特徴とするランダムパルス発生装置。
2. 【請求項２】 前記計数時間について前記粒子が何個放
   射されるかを多数回計測し、この計測値である個数ｋの
   出現頻度から一定の確率グラフを抽出し、この確率グラ
   フから目標の確率を与える個数の基準値を決定するよう
   にしたことを特徴とするランダムパルス発生装置。