光検出用回路及び光検出器
【課題】 ＰＭＴへの入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる光検出用回路及び光検出器を提供する。
【解決手段】 光検出用回路２は、ＰＭＴ３の陽極３３に接続される。光検出用回路２は、陽極３３からの出力電流Ｉを電圧信号Ｖ１に変換するＩ／Ｖ変換回路２０と、電圧信号Ｖ１から暗電流（ダークカウント）を除去して電圧信号Ｖ２を生成する暗電流除去回路２１と、電圧信号Ｖ２を成形する一次遅れフィルタ回路２２と、一次遅れフィルタ回路２２を通過した電圧信号Ｖ３をディジタルデータＤ１に変換するＡ／Ｄ変換回路２３ｃと、ディジタルデータＤ１を積算することによりＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを生成する演算処理装置（ＣＰＵ）２３ｄとを備える。そして、演算処理装置２３ｄは、ディジタルデータＤ１の値の減少に伴い積算時間をより長時間に設定する。
【解決手段】 光検出用回路２は、ＰＭＴ３の陽極３３に接続される。光検出用回路２は、陽極３３からの出力電流Ｉを電圧信号Ｖ１に変換するＩ／Ｖ変換回路２０と、電圧信号Ｖ１から暗電流（ダークカウント）を除去して電圧信号Ｖ２を生成する暗電流除去回路２１と、電圧信号Ｖ２を成形する一次遅れフィルタ回路２２と、一次遅れフィルタ回路２２を通過した電圧信号Ｖ３をディジタルデータＤ１に変換するＡ／Ｄ変換回路２３ｃと、ディジタルデータＤ１を積算することによりＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを生成する演算処理装置（ＣＰＵ）２３ｄとを備える。そして、演算処理装置２３ｄは、ディジタルデータＤ１の値の減少に伴い積算時間をより長時間に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子増倍管に接続される光検出用回路及び光検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電子増倍管（PhotoMultiplier Tube：以下ＰＭＴという）を用いて光を検出する際に、より広いダイナミックレンジ（すなわち、検出できる最小光量と最大光量との比）で光量を測定することが求められている。例えば、蛍光物質からの遅延蛍光量の時間経過を測定する際には、測定当初においては比較的強い光を検出することが求められる一方、時間を経るに従って微弱な光を検出することが求められる。
【０００３】
従来より、比較的強い光の光量を検出する際には、いわゆるアナログ方式が用いられる。アナログ方式は、ＰＭＴからの出力電流を電圧信号に変換し、この電圧信号のレベルを測定することにより光量を検出する方式である。また、微弱光の光量を検出する際には、いわゆるフォトンカウンティング方式が用いられる。フォトンカウンティング方式は、ＰＭＴからの出力電流に含まれるパルス（ＰＭＴに入射した光子１個に相当）の数をカウントすることにより、光量を検出する方式である。しかし、従来のアナログ方式では、入射光が微弱になると、光子１個に対応するパルスの高さや間隔のばらつきによって検出結果が安定せず、光量値を特定し難い。また、フォトンカウンティング方式では、入射光が比較的強い場合に、ＰＭＴからの出力電流に含まれる複数のパルスが互いに結合してしまい、パルス数を正確にカウントすることが困難となる。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、例えば特許文献１には、アナログ方式及びフォトンカウンティング方式の双方を備える光子計数測光装置が開示されている。この装置では、ＰＭＴへの入射光が比較的強い場合にはアナログ方式を用い、ＰＭＴへの入射光が微弱になるとフォトンカウンティング方式に切り替えることにより、極微弱光から強い光までの光量を１台の装置で測光可能とすることを目指している。
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１８７５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された装置では、アナログ方式及びフォトンカウンティング方式の双方を備えることにより、回路規模が大きくなってしまう。特に、フォトンカウンティング方式では、ＰＭＴへの光子の入射によって発生した幅が狭いパルスを認識できる程度の速さ（クロック周波数）で回路を動作させる必要があり、回路規模が大きくなるとともに消費電力が増大する要因となる。回路の消費電力が増大すると発熱量も増大するが、ＰＭＴの光電変換特性は周囲の温度変化に敏感である為、ＰＭＴの近傍に配置される回路の消費電力は小さいことが好ましい。
【０００７】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、ＰＭＴへの入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる光検出用回路及び光検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明による第１の光検出用回路は、光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、陽極からの出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、電圧信号を成形する一次遅れフィルタ回路と、一次遅れフィルタ回路を通過した電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、ディジタルデータを積算することにより入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段とを備え、光量データ生成手段は、ディジタルデータの値の減少に伴い積算時間をより長時間に設定することを特徴とする。
【０００９】
上記した第１の光検出用回路では、一次遅れフィルタ回路が電圧信号を成形することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスを捉える（すなわちＡ／Ｄ変換する）ことができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としない。更に、入射光が微弱な場合にディジタルデータの積算時間を長くすることにより、個々のパルスの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、入射光が比較的強い場合には、ディジタルデータの積算時間を短くすることにより入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。
【００１０】
また、本発明による第２の光検出用回路は、光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、陽極からの出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、電圧信号を成形する複数の一次遅れフィルタ回路と、複数の一次遅れフィルタ回路のそれぞれから出力された電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、複数の一次遅れフィルタ回路のそれぞれに対応する各ディジタルデータのうちいずれかのディジタルデータを選択して積算することにより入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段とを備え、複数の一次遅れフィルタ回路におけるカットオフ周波数が互いに異なっており、光量データ生成手段は、入射光量の減少に伴い、より低いカットオフ周波数の一次遅れフィルタ回路に対応するディジタルデータを選択することを特徴とする。
【００１１】
上記した第２の光検出用回路では、第１の光検出用回路と同様に、一次遅れフィルタ回路が電圧信号を成形することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスを捉えることができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としない。
【００１２】
更に、この第２の光検出用回路では、光量データ生成手段が、光電陰極への入射光量の減少に伴って、より低いカットオフ周波数の一次遅れフィルタ回路に対応するディジタルデータを選択し、積算している。一次遅れフィルタ回路においては、カットオフ周波数が低いほど、この一次遅れフィルタ回路が有する時定数が大きくなるので、この一次遅れフィルタ回路を通過したパルスの波高がより低くなるとともに、該パルスの幅がより拡がることとなる。従って、入射光が微弱な場合、より低いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路を通過した電圧信号に基づくディジタルデータを選択することにより、個々のパルスの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、入射光が比較的強い場合には、比較的高いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路に対応するディジタルデータを選択することにより、入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。
【００１３】
また、本発明による第３の光検出用回路は、光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、陽極からの出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、カットオフ周波数が可変であり、電圧信号を成形する一次遅れフィルタ回路と、入射光量の減少に伴い一次遅れフィルタ回路のカットオフ周波数を低下させるカットオフ周波数制御回路と、一次遅れフィルタ回路を通過した電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、ディジタルデータを積算することにより入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記した第３の光検出用回路では、第１の光検出用回路と同様に、一次遅れフィルタ回路が電圧信号を成形することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスを捉えることができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としない。
【００１５】
更に、この第３の光検出用回路は、カットオフ周波数が可変（変更可能）な一次遅れフィルタ回路を備えており、且つ、カットオフ周波数制御回路が、入射光量の減少に伴い一次遅れフィルタ回路のカットオフ周波数を低下させている。既述したように、一次遅れフィルタ回路においては、カットオフ周波数が低いほど、電圧信号に含まれるパルスの波高が低下するとともにパルスの幅が拡大する。従って、入射光が微弱な場合、一次遅れフィルタ回路が有するカットオフ周波数を低下させることにより、個々のパルスの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、入射光が比較的強い場合には、一次遅れフィルタ回路が有するカットオフ周波数を比較的高くすることにより、入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。
【００１６】
以上のように、本発明による第１〜第３の光検出用回路によれば、ＰＭＴへの入射光が微弱な場合でもアナログ方式を用いて光量を安定して検出できるので、高速な回路動作を必要とせず、ＰＭＴへの入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【００１７】
また、本発明による第４の光検出用回路は、光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、陽極と電気的に接続された入力端を有する電流電圧変換回路と、電流電圧変換回路の出力端と電気的に接続された入力端を有する一または複数の一次遅れフィルタ回路と、一または複数の一次遅れフィルタ回路それぞれの出力端と電気的に接続された入力端を有するＡ／Ｄ変換回路と、Ａ／Ｄ変換回路の出力端と電気的に接続された演算処理装置とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記した第４の光検出用回路では、電流電圧変換回路から出力された電圧信号が一次遅れフィルタ回路を通過することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応する個々のパルスの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスを捉えることができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としないので、アナログ方式を用いて比較的強い入射光から微弱な入射光までを広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【００１９】
また、上記第１〜４の光検出用回路は、電流電圧変換回路と一次遅れフィルタ回路との間に電気的に接続された暗電流除去回路を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、電流電圧変換回路からの電圧信号に含まれる暗電流を除去し、測定精度を高めることができる。
【００２０】
また、本発明による光検出器は、入射光量に応じた光電子を放出する光電陰極、光電子を増倍する増倍部、及び増倍部によって増倍された電子を収集して出力電流を提供する陽極を有する光電子増倍管と、上記したいずれかの光検出用回路とを備えることを特徴とする。この光検出器によれば、上記したいずれかの光検出用回路を備えることにより、ＰＭＴへの入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による光検出用回路及び光検出器によれば、ＰＭＴへの入射光量を広いダイナミックレンジ且つ小さい消費電力で検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光検出用回路及び光検出器の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
本発明による光検出用回路及び光検出器の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態による光検出器１を用いた光量測定の一例を説明するための図である。図１に示す光量測定では、容器７に収容された試料６に光源８からの励起光Ｌ１を照射した後、試料６からの遅延蛍光Ｌ２の強さの時間経過をＰＭＴ３によって検出する。このＰＭＴ３には高圧電源を含む電圧印加手段４が接続されており、ＰＭＴ３への遅延蛍光Ｌ２の入射光量に応じた出力電流Ｉが光検出用回路２へ提供される。光検出用回路２は、ＰＭＴ３からの出力電流Ｉに基づいて光量データＤｏｕｔを生成し、光量データＤｏｕｔをモニタ５に表示させる。
【００２４】
図２は、本実施形態の光検出用回路２及びＰＭＴ３の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、ＰＭＴ３は、被検出光Ｌ（例えば図１の遅延蛍光Ｌ２）の入射光量に応じた光電子を放出する光電陰極３１と、光電子を増倍する増倍部３２と、増倍部３２によって増倍された電子を収集する陽極３３とを真空管３４の内部に有する。増倍部３２は、複数段に配置されたダイノードを有する。初段のダイノードは光電陰極３１からの光電子を受ける位置に配置され、以降のダイノードは前段のダイノードからの二次電子を受ける位置に配置されている。陽極３３は、最終段ダイノードからの二次電子を受ける位置に配置されている。
【００２５】
電圧印加手段４は、光電陰極３１及び増倍部３２の各ダイノードに所定の電位勾配を与えるための手段である。電圧印加手段４は、高圧電源４１及び分圧抵抗群４２を含んで構成されている。分圧抵抗群４２の一端は高圧電源４１の負電圧出力端子に接続されており、分圧抵抗群４２の他端は最終段ダイノード及び接地電位に電気的に接続されている。そして、分圧抵抗群４２に含まれる各分圧抵抗間は、それぞれ増倍部３２の各ダイノードに電気的に接続されている。この構成により、光電陰極３１には所定の負電位が与えられ、各ダイノードには分圧抵抗群４２によって分圧された電位勾配がそれぞれ与えられる。
【００２６】
ＰＭＴ３の光電陰極３１に被検出光Ｌが入射すると、光電陰極３１において入射光量に応じた光電子が発生する。光電陰極３１及び増倍部３２の各ダイノードには電圧印加手段４によって所定の電位勾配が与えられているので、光電陰極３１において発生した光電子は増倍部３２の各ダイノードへ順に放出されて二次電子増倍される。増倍された二次電子は陽極３３に収集され、陽極３３から出力されて出力電流Ｉとなり、光検出用回路２へ提供される。
【００２７】
光検出用回路２は、電流電圧変換回路（以下、Ｉ／Ｖ変換回路）２０、暗電流除去回路２１、一次遅れフィルタ回路２２、及びマイクロプロセッサ２３を有する。ここで、図３（ａ）〜図３（ｄ）は、Ｉ／Ｖ変換回路２０から出力される電圧信号Ｖ１、暗電流除去回路２１から出力される電圧信号Ｖ２、一次遅れフィルタ回路２２から出力される電圧信号Ｖ３、及びマイクロプロセッサ２３内部において生成されるディジタルデータＤ１の信号波形の一例をそれぞれ示すグラフである。なお、これらのグラフは、いずれもＰＭＴ３への入射光量が微弱である場合を示しており、光子１個の入射に対応したパルスＰを複数含んでいる。
【００２８】
Ｉ／Ｖ変換回路２０は、陽極３３からの出力電流Ｉを電圧信号Ｖ１に変換するための回路である。Ｉ／Ｖ変換回路２０は、陽極３３に電気的に接続され、出力電流Ｉを入力する入力端２０ａと、電圧信号Ｖ１を出力するための出力端２０ｂとを有する。Ｉ／Ｖ変換回路２０は、陽極３３から受けた出力電流Ｉの電流値に応じた電圧値を有する電圧信号Ｖ１を生成し、電圧信号Ｖ１を出力端２０ｂからＩ／Ｖ変換回路２０の外部へ出力する。なお、Ｉ／Ｖ変換回路２０としては、例えば１０ｋＨｚ程度の周波数特性を有する回路を構成することが好ましい。また、遅延蛍光Ｌ２（図１）の測定において、定格電圧印加時に６桁〜７桁程度の増幅率をＰＭＴ３が有する場合、フルスケールで１０μＡ〜１μＡ程度の出力電流Ｉを入力できるようにＩ／Ｖ変換回路２０の入力範囲を設定するとよい。
【００２９】
暗電流除去回路２１は、電圧信号Ｖ１から暗電流成分（もしくは、入射光とは無関係に発生するパルス状のダークカウント成分）を除去するための回路である。暗電流除去回路２１は、Ｉ／Ｖ変換回路２０の出力端２０ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ１を入力する入力端２１ａと、電圧信号Ｖ２を出力するための出力端２１ｂとを有する。本実施形態の暗電流除去回路２１は、Ｉ／Ｖ変換回路２０から受けた電圧信号Ｖ１を１．１倍〜２倍程度に増幅する増幅回路を含んで構成されている。そして、図３（ｂ）に示すように、暗電流除去回路２１に含まれる増幅回路は、増幅後の電圧信号Ｖ２に含まれる暗電流成分（ダークカウント成分）の多くが基準電位（図３（ｂ）では０［Ｖ］）以下となるようにオフセット調整がなされている。
【００３０】
電圧信号Ｖ２は、一次遅れフィルタ回路２２を通過した後にアナログ・ディジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換）を施される（後述）。このとき、基準電位以下の信号は変換されないので、基準電位以下の暗電流成分（ダークカウント成分）は除去されることとなる。すなわち、暗電流除去回路２１において、暗電流成分（ダークカウント成分）の多くが基準電位以下となるようにオフセット調整がなされることにより、電圧信号Ｖ２から暗電流（ダークカウント成分）が実質的に除去される。
【００３１】
一次遅れフィルタ回路２２は、暗電流除去回路２１の出力端２１ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ２を入力する入力端２２ａと、電圧信号Ｖ３を出力するための出力端２２ｂとを有する。一次遅れフィルタ回路２２は、暗電流除去回路２１から受けた電圧信号Ｖ２に含まれるパルスＰをなだらかに成形するための回路である。すなわち、一次遅れフィルタ回路２２は、いわゆるローパスフィルタの構成を有しており、電圧信号Ｖ２に含まれるパルスＰのピーク値を低減するとともにパルスＰの幅を拡げる作用がある。従って、図３（ｃ）に示すように、一次遅れフィルタ回路２２から出力される電圧信号Ｖ３に含まれるパルスＰは、電圧信号Ｖ２（図３（ｂ））に含まれるパルスＰよりもピーク電圧値が低く、且つ時間幅が広くなっている。
【００３２】
なお、一次遅れフィルタ回路２２のカットオフ周波数は、例えば遅延蛍光Ｌ２（図１）の測定の場合、１ｋＨｚ以下に設定されることが好ましい。また、一般的には、一次遅れフィルタ回路はローパスフィルタとして用いられるので、図３（ｂ）に示すような急峻なパルスＰが高周波成分として除去される（平坦化される）程度に、カットオフ周波数が設定されることが多い。しかしながら、本実施形態の一次遅れフィルタ回路２２では、パルスＰを完全には平坦化せず、図３（ｃ）に示すようにパルスＰがなだらかに変形する程度（換言すれば、パルスＰの存在が認識できる程度）にカットオフ周波数が設定される。
【００３３】
マイクロプロセッサ２３は、一次遅れフィルタ回路２２の出力端２２ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ３を入力する入力端２３ａと、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを出力するための出力端２３ｂとを有する。本実施形態のマイクロプロセッサ２３は、いわゆる１チップマイコンによって実現されており、Ａ／Ｄ変換回路２３ｃ及び演算処理装置（ＣＰＵ）２３ｄを内蔵している。Ａ／Ｄ変換回路２３ｃは、マイクロプロセッサ２３の入力端２３ａと電気的に接続された入力端を有しており、該入力端に入力された電圧信号Ｖ３をディジタルデータＤ１へ変換する（図３（ｄ））。
【００３４】
また、演算処理装置２３ｄは、本実施形態における光量データ生成手段である。すなわち、演算処理装置２３ｄは、Ａ／Ｄ変換回路２３ｃの出力端と電気的に接続された入力端を有しており、ディジタルデータＤ１を積算することによって、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを生成する。また、演算処理装置２３ｄは、ディジタルデータＤ１の値の減少に伴いディジタルデータＤ１の積算時間をより長時間に設定する。マイクロプロセッサ２３の出力端２３ｂはモニタ５といった表示装置と電気的に接続されており、演算処理装置２３ｄによって生成された光量データＤｏｕｔがモニタ５へ出力される。モニタ５は、光量データＤｏｕｔを時系列的にグラフに表示する。
【００３５】
ここで、図４は、演算処理装置２３ｄにおける処理の流れを示すフローチャートである。また、図５は、遅延蛍光Ｌ２（図１）の光量測定におけるモニタ５の表示（光量データＤｏｕｔの時間経過）の一例を示すグラフである。演算処理装置２３ｄでは、まず、Ａ／Ｄ変換回路２３ｃから順次出力されるディジタルデータＤ１を積算して単位データＤとする（ステップＳ１）。このとき、演算処理装置２３ｄは、所定の積算時間内に連続するＮ個（Ｎは２以上の整数）のディジタルデータＤ１を積算する。次に、第１の閾値Ｄｔｈ１に対する単位データＤの大小を判定し（ステップＳ２）、単位データＤの値が第１の閾値Ｄｔｈ１以上である場合（すなわち、ＰＭＴ３への入射光量が所定の第１の光量Ｐ１以上である場合）には、ＰＭＴ３への入射光量を示す光量データＤｏｕｔとして単位データＤをモニタ５へ出力し、表示させる（ステップＳ６、図５のグラフＧ１）。
【００３６】
遅延蛍光Ｌ２は、時間経過とともに単調に減少する傾向がある。時間Ｔ１後、単位データＤの値が第１の閾値Ｄｔｈ１よりも小さくなった場合（すなわち、ＰＭＴ３への入射光量が所定の第１の光量Ｐ１よりも小さくなった場合）には、積算されるディジタルデータＤ１の数を増やす（すなわち、積算時間を長くする）とともに、積算値のスケールを調整する。具体的には、ステップＳ１において既に積算したＮ個のディジタルデータＤ１の後に続くＫ×Ｎ個のディジタルデータＤ１を更に積算値に加え、この積算値を（Ｋ＋１）で除算することによりスケール調整を行い、新たに単位データＤとする（ステップＳ３）。そして、第１の閾値Ｄｔｈ１よりも小さい第２の閾値Ｄｔｈ２に対する単位データＤの大小を判定し（ステップＳ４）、単位データＤの値が第２の閾値Ｄｔｈ２以上である場合（すなわち、ＰＭＴ３への入射光量が所定の第２の光量Ｐ２（＜Ｐ１）以上である場合）には、光量データＤｏｕｔとして単位データＤをモニタ５へ出力し、表示させる（ステップＳ６、図５のグラフＧ２）。なお、遅延蛍光Ｌ２が単調減少である為、単位データＤの値が第１の閾値Ｄｔｈ１より小さくなった後は、ステップＳ１及びステップＳ２を省略してもよい。
【００３７】
また、時間Ｔ２後、単位データＤの値が第２の閾値Ｄｔｈ２よりも小さくなった場合（すなわち、ＰＭＴ３への入射光量が第２の光量Ｐ２よりも小さくなった場合）には、積算されるディジタルデータＤ１の数を更に増やす（すなわち、積算時間を更に長くする）とともに、積算値のスケールを調整する。このとき、積算時間が更に長くなるので、或る積算区間の積算が完了してから次の積算区間を積算すると、単位時間あたりの単位データＤの個数が少なくなってしまい、入射光量の素早い変化を見逃すおそれがある。従って、例えば単位データＤの移動平均値を求め、この移動平均値を新たに単位データＤとするとよい（ステップＳ５）。
【００３８】
具体的には、例えば単位データＤが第３の閾値Ｄｔｈ３（＜Ｄｔｈ２）以上である場合には、当該積算区間の直前の積算区間における単位データＤと当該積算区間における単位データＤとの平均値（すなわち、２区間の移動平均値）を求め、この移動平均値を新たに単位データＤとする。また、単位データＤが第３の閾値Ｄｔｈ３よりも小さく且つ第４の閾値Ｄｔｈ４（＜Ｄｔｈ３）以上である場合には、当該積算区間の前後１区間における単位データＤと当該積算区間における単位データＤとの平均値（すなわち、３区間の移動平均値）を求め、この移動平均値を新たに単位データＤとする。このように、単位データＤの値が小さくなるほど多くの積算区間の移動平均値を求め、新たな単位データＤとする。そして、光量データＤｏｕｔとしてこの単位データＤをモニタ５へ出力し、表示させる（ステップＳ６、グラフＧ３）。
【００３９】
なお、以上に説明した光検出用回路２における各数値（パラメータ）の一例を以下に示す。以下の数値は、図１に示した遅延蛍光Ｌ２の光量測定において好適な数値である。
ＰＭＴ３の増倍率：７［桁］
Ｉ／Ｖ変換回路２０の入力範囲：５［μＡ］
Ｉ／Ｖ変換回路２０における出力電流Ｉの積分時間：１００［マイクロ秒］
一次遅れフィルタ回路２２のカットオフ周波数：５００［Ｈｚ］
Ａ／Ｄ変換回路２３ｃの変換ビット：１０［ビット］
ステップＳ１での積算個数Ｎ：１０［個］
ステップＳ３での倍率Ｋ：９［倍］
第１の閾値Ｄｔｈ１：１０００
第２の閾値Ｄｔｈ２：１００
第３の閾値Ｄｔｈ３：５０
第４の閾値Ｄｔｈ４：３０
【００４０】
本実施形態による光検出器１及び光検出用回路２によって得られる効果について説明する。本実施形態の光検出器１及び光検出用回路２では、一次遅れフィルタ回路２２が電圧信号Ｖ２をなだらかに成形することにより、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスＰの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスＰを捉える（すなわちＡ／Ｄ変換する）ことができる。更に、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合に、演算処理装置２３ｄにおいてディジタルデータＤ１の積算時間を長くすることにより、個々のパルスＰの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、ＰＭＴ３への入射光が比較的強い場合には、演算処理装置２３ｄにおいてディジタルデータＤ１の積算時間を短くすることにより該入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。従って、本実施形態の光検出器１及び光検出用回路２によれば、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要とせず、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合でもアナログ方式を用いて光量を安定して検出できるので、比較的強い入射光から微弱な入射光までを広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【００４１】
また、本実施形態による光検出器１及び光検出用回路２では、一次遅れフィルタ回路２２において、パルスＰを完全には平坦化せずパルスＰがなだらかに変形する程度（図３（ｃ））にカットオフ周波数が設定されている。ここで、従来のローパスフィルタのようにパルスＰを完全に平坦化してしまうと、ＰＭＴ３への入射光により発生したパルスＰと暗電流成分（ダークカウント成分）とが合わさってしまい、これらの分離が困難となる。
【００４２】
ここで、図６は、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合における、入射光によるパルスＰの波高分布（グラフＧ４）とダークカウントパルスの波高分布（グラフＧ５）とを示すグラフである。図６に示すように、入射光によるパルスＰの波高の多くは、ＰＭＴ３の増倍特性によって定まる値Ｈを中心として分布している。これに対し、ダークカウントパルスの波高の多くは、極めて小さな値に集中している。従って、一次遅れフィルタ回路２２においてパルスＰを完全には平坦化しない程度にカットオフ周波数が設定されることにより、入射光によるパルスＰをその波高によってダークカウントパルスと区別できるので、入射光によるパルスＰとダークカウントパルスとを好適に分離できる。
【００４３】
パルスＰと暗電流成分（ダークカウント）とを分離する方法としては、本実施形態のように、Ｉ／Ｖ変換回路２０と一次遅れフィルタ回路２２との間に接続された暗電流除去回路２１によって電圧信号Ｖ２の基準電位を暗電流成分より高電位へ設定する方法が好ましい。これにより、上述したようにＡ／Ｄ変換回路２３ｃにおいて基準電位以下の暗電流成分が除去され、測定精度を高めることができる。或いは、他の方法として、暗電流成分を含んだまま電圧信号Ｖ３をディジタルデータＤ１へ変換し、演算処理装置２３ｄにおいて基準値以下のデータを切り捨てても良い。これにより、暗電流成分に相当するディジタルデータＤ１のデータ成分が除去され、測定精度を高めることができる。なお、暗電流除去回路２１における電圧信号Ｖ２の基準電位、或いは演算処理装置２３ｄにおける基準値は、ＰＭＴ３へ照射された基準光の光量が光量データＤｏｕｔに正確に反映されるように調整される。
【００４４】
また、ＰＭＴ３への入射光が微弱である場合、従来のローパスフィルタのようにパルスＰを完全に平坦化してしまうと、入射光に応じた電圧信号の電圧値が極めて小さくなってしまう。従って、この電圧値を正確にディジタルデータに変換するために高分解能のＡ／Ｄ変換回路が必要となる。これに対して本実施形態では、一次遅れフィルタ回路２２においてパルスＰを完全には平坦化しない程度にカットオフ周波数が設定されることにより、Ａ／Ｄ変換回路２３ｃの分解能が例えば１０ビットといった比較的低い分解能であっても、電圧信号Ｖ３に含まれるパルスＰを精度良くディジタルデータＤ１へ変換でき、ＰＭＴ３への入射光量を精度良く検出できる。なお、本実施形態におけるこの利点は、高分解能のＡ／Ｄ変換回路の適用を妨げるものではない。
【００４５】
（第２の実施の形態）
続いて、本発明による光検出用回路及び光検出器の第２実施形態について説明する。図７は、本実施形態の光検出器１ａの構成を示すブロック図である。光検出器１ａは、光検出用回路２ａ、ＰＭＴ３、及び電圧印加手段４を備える。なお、本実施形態に用いられるＰＭＴ３及び電圧印加手段４の構成は、上述した第１実施形態のＰＭＴ３及び電圧印加手段４の構成と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００４６】
光検出用回路２ａは、Ｉ／Ｖ変換回路２０、暗電流除去回路２１、複数の一次遅れフィルタ回路２２、２４、及び２５、並びにマイクロプロセッサ２６を有する。なお、これらの構成要素のうち、Ｉ／Ｖ変換回路２０、暗電流除去回路２１、及び一次遅れフィルタ回路２２の構成及び作用については、第１実施形態におけるこれらの構成及び作用と同様である。
【００４７】
一次遅れフィルタ回路２４は、入力端２４ａ及び出力端２４ｂを有する。入力端２４ａは、一次遅れフィルタ回路２２の出力端２２ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ３を入力する。また、出力端２４ｂは、マイクロプロセッサ２６のＡ／Ｄ入力端子２６ｂに増幅器２４ｃを介して電気的に接続され、電圧信号Ｖ４を出力する。一次遅れフィルタ回路２４は、一次遅れフィルタ回路２２と同様の構成（ローパスフィルタ）を有しており、暗電流除去回路２１から受けた電圧信号Ｖ２（本実施形態では、一次遅れフィルタ回路２２を通過した電圧信号Ｖ３）に含まれるパルスＰ（例えば図３（ｂ）参照）をなだらかに成形する。
【００４８】
一次遅れフィルタ回路２４のカットオフ周波数は、一次遅れフィルタ回路２２のカットオフ周波数よりも小さな周波数に設定される。これにより、一次遅れフィルタ回路２４から出力される電圧信号Ｖ４においては、パルスＰの幅が電圧信号Ｖ３から更に拡がる（とともに、パルスＰの波高が更に低くなる）こととなる。なお、一次遅れフィルタ回路２４においては、一次遅れフィルタ回路２２と同様に、パルスＰを完全には平坦化せず、パルスＰがなだらかに変形する程度にカットオフ周波数が設定される。また、増幅器２４ｃにおける増幅率は、電圧信号Ｖ３におけるパルスＰの波高に対する、電圧信号Ｖ４におけるパルスＰの波高の低下分を補う値に設定される。
【００４９】
一次遅れフィルタ回路２５は、入力端２５ａ及び出力端２５ｂを有する。入力端２５ａは、一次遅れフィルタ回路２２の出力端２２ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ３を入力する。また、出力端２５ｂは、マイクロプロセッサ２６のＡ／Ｄ入力端子２６ｃに増幅器２５ｃを介して電気的に接続され、電圧信号Ｖ５を出力する。一次遅れフィルタ回路２５は、一次遅れフィルタ回路２２及び２４と同様の構成（ローパスフィルタ）を有しており、暗電流除去回路２１から受けた電圧信号Ｖ２（本実施形態では、一次遅れフィルタ回路２２を通過した電圧信号Ｖ３）に含まれるパルスＰ（例えば図３（ｂ）参照）をなだらかに成形する。
【００５０】
一次遅れフィルタ回路２５のカットオフ周波数は、一次遅れフィルタ回路２４のカットオフ周波数よりも小さな周波数に設定される。これにより、一次遅れフィルタ回路２５から出力される電圧信号Ｖ５においては、電圧信号Ｖ４と比較してパルスＰの幅が更に拡がる（とともに、パルスＰの波高が更に低くなる）こととなる。なお、一次遅れフィルタ回路２５においては、一次遅れフィルタ回路２２及び２４と同様に、パルスＰを完全には平坦化せず、パルスＰがなだらかに変形する程度にカットオフ周波数が設定される。また、増幅器２５ｃにおける増幅率は、電圧信号Ｖ３におけるパルスＰの波高に対する、電圧信号Ｖ５におけるパルスＰの波高の低下分を補う値に設定される。
【００５１】
マイクロプロセッサ２６は、３つのＡ／Ｄ入力端子２６ａ〜２６ｃと、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを出力するための出力端２６ｄとを有する。Ａ／Ｄ入力端子２６ａは、一次遅れフィルタ回路２２の出力端２２ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ３を入力する。Ａ／Ｄ入力端子２６ｂは、一次遅れフィルタ回路２４の出力端２４ｂに増幅器２４ｃを介して電気的に接続され、電圧信号Ｖ４を入力する。Ａ／Ｄ入力端子２６ｃは、一次遅れフィルタ回路２５の出力端２５ｂに増幅器２５ｃを介して電気的に接続され、電圧信号Ｖ５を入力する。
【００５２】
また、マイクロプロセッサ２６は、いわゆる１チップマイコンによって実現されており、３つのＡ／Ｄ入力端子２６ａ〜２６ｃに対応する３つのＡ／Ｄ変換回路２６ｅ〜２６ｇと、演算処理装置（ＣＰＵ）２６ｈとを内蔵している。Ａ／Ｄ変換回路２６ｅ〜２６ｇは、Ａ／Ｄ入力端子２６ａ〜２６ｃに入力された電圧信号Ｖ３〜Ｖ５をそれぞれディジタルデータＤ１〜Ｄ３へ変換する。なお、マイクロプロセッサ２６は、３つのＡ／Ｄ変換回路２６ｅ〜２６ｇに代えて、１つのＡ／Ｄ変換回路と、各Ａ／Ｄ入力端子２６ａ〜２６ｃをこのＡ／Ｄ変換回路へ順に接続するマルチプレクサを内蔵してもよい。
【００５３】
演算処理装置２６ｈは、本実施形態における光量データ生成手段である。すなわち、演算処理装置２６ｈは、Ａ／Ｄ変換回路２６ｅ〜２６ｇの出力端と電気的に接続された入力端を有しており、ディジタルデータＤ１〜Ｄ３のうちいずれかのディジタルデータを選択して積算することにより、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを生成する。マイクロプロセッサ２６の出力端２６ｄはモニタ５と電気的に接続されており、演算処理装置２６ｈによって生成された光量データＤｏｕｔがモニタ５へ出力される。モニタ５は、光量データＤｏｕｔを時系列的にグラフに表示する。
【００５４】
演算処理装置２６ｈは、ディジタルデータＤ１〜Ｄ３のうちいずれかのディジタルデータを次の方法により選択する。すなわち、演算処理装置２６ｈは、ＰＭＴ３への入射光量が比較的大きい場合（例えば図５のグラフＧ１）には、一次遅れフィルタ回路２２のみを通過したディジタルデータＤ１を選択して積算する。また、時間経過に伴いＰＭＴ３への入射光量が或る程度減少した場合（例えば図５のグラフＧ２）には、一次遅れフィルタ回路２４を通過したディジタルデータＤ２を選択して積算する。また、時間経過に伴いＰＭＴ３への入射光が微弱となった場合（例えば図５のグラフＧ３）には、一次遅れフィルタ回路２５を通過したディジタルデータＤ３を選択して積算する。このように、演算処理装置２６ｈは、ＰＭＴ３への入射光量の減少に伴い、一次遅れフィルタ回路２２、２４、及び２５のうちより低いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路を通過したディジタルデータを選択する。なお、本実施形態の演算処理装置２６ｈは、ディジタルデータＤ１〜Ｄ３のうちいずれかのディジタルデータの大きさに基づいて、ＰＭＴ３への入射光量を判断するとよい。
【００５５】
本実施形態の光検出器１ａ及び光検出用回路２ａによれば、第１実施形態の光検出器１及び光検出用回路２と同様に、一次遅れフィルタ回路２２、２４、及び２５が電圧信号Ｖ３〜Ｖ５をなだらかに成形することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスＰの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスＰを捉える（すなわちＡ／Ｄ変換する）ことができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としない。
【００５６】
更に、本実施形態の光検出器１ａ及び光検出用回路２ａでは、演算処理装置２６ｈが、ＰＭＴ３への入射光量の減少に伴って、ディジタルデータＤ１〜Ｄ３のうち、より低いカットオフ周波数の一次遅れフィルタ回路を通過したディジタルデータを選択し、積算している。一次遅れフィルタ回路２２、２４、及び２５においては、カットオフ周波数が低い回路ほど、この回路が有する時定数が大きくなる。従って、一次遅れフィルタ回路２２のカットオフ周波数よりも低いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路２４を通過した電圧信号Ｖ４においては、一次遅れフィルタ回路２２を通過した電圧信号Ｖ３と比較して、パルスＰの波高が低くなるとともにパルスＰの幅が拡がる。また、一次遅れフィルタ回路２４のカットオフ周波数よりも低いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路２５を通過した電圧信号Ｖ５においては、一次遅れフィルタ回路２４を通過した電圧信号Ｖ４と比較して、パルスＰの波高が低くなるとともにパルスＰの幅が拡がる。
【００５７】
従って、入射光が微弱な場合、より低いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路を通過したディジタルデータを演算処理装置２６ｈが選択して積算することにより、個々のパルスＰの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、ＰＭＴ３への入射光が比較的強い場合には、比較的高いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路２２を通過した電圧信号Ｖ３に基づくディジタルデータＤ１を選択することにより、ＰＭＴ３への入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。
【００５８】
このように、本実施形態の光検出器１ａ及び光検出用回路２ａによれば、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合でもアナログ方式を用いて光量を安定して検出できるので、高速な回路動作を必要とせず、ＰＭＴ３への入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【００５９】
（第３の実施の形態）
続いて、本発明による光検出用回路及び光検出器の第３実施形態について説明する。図８は、本実施形態の光検出器１ｂの構成を示すブロック図である。光検出器１ｂは、光検出用回路２ｂ、ＰＭＴ３、及び電圧印加手段４を備える。なお、本実施形態に用いられるＰＭＴ３及び電圧印加手段４の構成は、上述した第１実施形態のＰＭＴ３及び電圧印加手段４の構成と同様である。
【００６０】
光検出用回路２ｂは、Ｉ／Ｖ変換回路２０、暗電流除去回路２１、一次遅れフィルタ回路２７、カットオフ周波数制御回路２８、及びマイクロプロセッサ２９を有する。なお、これらの構成要素のうち、Ｉ／Ｖ変換回路２０及び暗電流除去回路２１の構成及び作用については、第１実施形態におけるこれらの構成及び作用と同様である。
【００６１】
一次遅れフィルタ回路２７は、信号入力端２７ａ、制御入力端２７ｂ、及び出力端２７ｃを有する。信号入力端２７ａは、暗電流除去回路２１の出力端２１ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ２を入力する。また、出力端２７ｃは、マイクロプロセッサ２９の入力端２９ａに電気的に接続され、電圧信号Ｖ６を出力する。一次遅れフィルタ回路２７は、いわゆるローパスフィルタの構成を有しており、また、制御入力端２７ｂへ入力される制御信号Ｓｃに応じてカットオフ周波数を変更可能に構成されている。なお、制御入力端２７ｂへ入力される制御信号Ｓｃとしては、例えば設定されるカットオフ周波数に応じた周波数信号が好ましい。一次遅れフィルタ回路２７は、暗電流除去回路２１から受けた電圧信号Ｖ２に含まれるパルスＰ（例えば図３（ｂ）参照）を、設定されたカットオフ周波数に応じてなだらかに成形する。
【００６２】
カットオフ周波数制御回路２８は、ＰＭＴ３への入射光量の減少に伴って一次遅れフィルタ回路２７のカットオフ周波数を低下させるための回路である。カットオフ周波数制御回路２８は、暗電流除去回路２１からの電圧信号Ｖ２に基づいて、一次遅れフィルタ回路２７のカットオフ周波数を制御するための制御信号Ｓｃを生成する。カットオフ周波数制御回路２８は、平滑化回路２８ａ及びＶ／Ｆ変換回路２８ｂを含んで構成されている。平滑化回路２８ａは、暗電流除去回路２１の出力端２１ｂに電気的に接続された入力端２８ｃと、Ｖ／Ｆ変換回路２８ｂの入力端２８ｅに電気的に接続された出力端２８ｄとを有する。平滑化回路２８ａは、ローパスフィルタの構成を有しており、カットオフ周波数が比較的小さく設定されている。これにより、平滑化回路２８ａは、電圧信号Ｖ２を平滑化（平均化）する。
【００６３】
Ｖ／Ｆ変換回路２８ｂは、電圧信号Ｖ２の電圧値を周波数信号（制御信号Ｓｃ）へ変換するための回路である。Ｖ／Ｆ変換回路２８ｂは、入力端２８ｅと、一次遅れフィルタ回路２７の制御入力端２７ｂに電気的に接続された出力端２８ｇと、スタートアップ信号Ｓｓをマイクロプロセッサ２９から受けるための入力端２８ｆとを有する。Ｖ／Ｆ変換回路２８ｂは、電圧信号Ｖ２の電圧値（すなわちＰＭＴ３への入射光量）が小さくなるほど低周波数となる周波数信号を生成し、この周波数信号を制御信号Ｓｃとして一次遅れフィルタ回路２７へ提供する。従って、一次遅れフィルタ回路２７においては、ＰＭＴ３への入射光量の減少にしたがいカットオフ周波数が小さくなる。なお、Ｖ／Ｆ変換回路２８ｂに入力されるスタートアップ信号Ｓｓは、測定開始時における電圧信号Ｖ２の立ち上がりを制御信号Ｓｃに正確に反映するために、測定開始時の入力端２８ｅへの入力電圧を所定の初期値に設定するための信号である。
【００６４】
マイクロプロセッサ２９は、一次遅れフィルタ回路２７から電圧信号Ｖ６を受ける入力端２９ａと、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを出力するための出力端２６ｄとを有する。マイクロプロセッサ２６は、いわゆる１チップマイコンによって実現されており、Ａ／Ｄ変換回路２９ｄ及び演算処理装置（ＣＰＵ）２９ｅを内蔵している。Ａ／Ｄ変換回路２９ｄは、入力端２９ａに電気的に接続された入力端を有しており、電圧信号Ｖ６をディジタルデータＤ４へ変換する。
【００６５】
演算処理装置２９ｅは、本実施形態における光量データ生成手段である。すなわち、演算処理装置２９ｅは、Ａ／Ｄ変換回路２９ｄの出力端と電気的に接続された入力端を有しており、ディジタルデータＤ４を積算することにより、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを生成する。マイクロプロセッサ２９の出力端２９ｂはモニタ５と電気的に接続されており、演算処理装置２９ｅによって生成された光量データＤｏｕｔがモニタ５へ出力される。モニタ５は、光量データＤｏｕｔを時系列的にグラフに表示する。
【００６６】
本実施形態の光検出器１ｂ及び光検出用回路２ｂによれば、第１実施形態の光検出器１及び光検出用回路２と同様に、一次遅れフィルタ回路２７が電圧信号Ｖ６をなだらかに成形することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスＰの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスＰを捉える（すなわちＡ／Ｄ変換する）ことができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としない。
【００６７】
更に、本実施形態の光検出器１ｂ及び光検出用回路２ｂでは、一次遅れフィルタ回路２７がカットオフ周波数を変更可能に構成されており、且つ、カットオフ周波数制御回路２８が、ＰＭＴ３への入射光量の減少に伴い一次遅れフィルタ回路２７のカットオフ周波数を低下させている。上記第２実施形態の説明において述べたように、一次遅れフィルタ回路においては、カットオフ周波数が低いほど、電圧信号に含まれるパルスＰの波高が低下するとともにパルスＰの幅が拡大する。従って、入射光が微弱な場合、一次遅れフィルタ回路２７のカットオフ周波数をカットオフ周波数制御回路２８が低下させることにより、個々のパルスＰの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、入射光が比較的強い場合には、一次遅れフィルタ回路２７のカットオフ周波数をカットオフ周波数制御回路２８が比較的高く制御することにより、ＰＭＴ３への入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。
【００６８】
このように、本実施形態の光検出器１ｂ及び光検出用回路２ｂによれば、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合でもアナログ方式を用いて光量を安定して検出できるので、高速な回路動作を必要とせず、ＰＭＴ３への入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【００６９】
本発明に係る光検出用回路及び光検出器は、上記した各実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では１チップマイコン型のマイクロプロセッサにＡ／Ｄ変換回路及び演算処理装置が内蔵されている例を示したが、Ａ／Ｄ変換回路及び演算処理装置は互いに別のチップに収容されていてもよい。
【００７０】
また、上記した各実施形態では暗電流除去回路２１が用いられているが、例えば図９に示す光検出器１ｃ及び光検出用回路２ｃのように、暗電流除去回路を用いる代わりに例えば分解能が１０ビットといった比較的低い分解能を有するＡ／Ｄ変換回路２３ｃを用い、電圧信号Ｖ３のうちＡ／Ｄ変換回路２３ｃの最小分解能の１／２以下である成分が０に変換されることを利用して暗電流を除去してもよい。
【００７１】
すなわち、この暗電流除去方法は、低分解能のＡ／Ｄ変換回路において、その分解能の最小単位の１／２以下の信号成分が除去されることを利用する。このとき、光検出用回路のダイナミックレンジは、Ａ／Ｄ変換回路の分解能と光量データ生成手段の積算回数との積に依存する。従って、例えば、１０ビット程度の低い分解能を有するＡ／Ｄ変換回路であっても、光量データ生成手段における積算回数を多く（例えば１０００回）することにより、光検出用回路のダイナミックレンジを広く（この例では、６桁）できる。
【００７２】
１０ビットの分解能を有するＡ／Ｄ変換回路では、分解能最小単位の１／２以下、つまりフルスケールの１／２０４８以下のレベルの信号成分が除去対象となる。そして、低い分解能を有するＡ／Ｄ変換回路を用いることにより、Ａ／Ｄ変換回路における処理時間が短くなるので、光量データ生成手段における積算回数を多くできる。これに対し、例えば２４ビットや１６ビットといった高分解能のＡ／Ｄ変換回路を用いても、光検出用回路の実質的なダイナミックレンジは、Ｉ／Ｖ変換回路に用いられるオペアンプのオフセットのずれ、或いはＰＭＴ出力に含まれるノイズパルスに影響されるので、ダイナミックレンジの拡大につながりにくい。
【００７３】
低分解能のＡ／Ｄ変換回路を用いた暗電流除去方法によれば、このようなノイズの大部分を除去できる。特に、一時遅れフィルタ回路を用いることにより、個々のパルスの高さが低く抑えられ、暗電流のような小さなパルスはＡ／Ｄ変換回路へ達するまでに極めて小さくなる。従って、暗電流がＡ／Ｄ変換回路において０に変換される（すなわち除去される）可能性が高まる。
【００７４】
更に、従来のフォトンカウンティング方式においては一つのパルスがその大きさに関係なく１としてカウントされるのに対し、本発明では図６に示したように高いパルス（入射光）と暗電流成分とを出現頻度によって弁別しやすいので、従来のフォトンカウンティング方式と比較してＳ／Ｎ比を高くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１実施形態による光検出器を用いた光量測定の一例を説明するための図である。
【図２】第１実施形態の光検出用回路及びＰＭＴの構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）Ｉ／Ｖ変換回路から出力される電圧信号の信号波形の一例を示すグラフである。（ｂ）暗電流除去回路から出力される電圧信号の信号波形の一例を示すグラフである。（ｃ）一次遅れフィルタ回路から出力される電圧信号の信号波形の一例を示すグラフである。（ｄ）マイクロプロセッサ内部において生成されるディジタルデータの信号波形の一例を示すグラフである。
【図４】演算処理装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】遅延蛍光の光量測定におけるモニタの表示（光量データの時間経過）の一例を示すグラフである。
【図６】ＰＭＴへの入射光が微弱な場合における、入射光によるパルスの波高分布とダークカウントパルスの波高分布とを示すグラフである。
【図７】第２実施形態の光検出器の構成を示すブロック図である。
【図８】第３実施形態の光検出器の構成を示すブロック図である。
【図９】光検出器の変形例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７６】
１，１ａ，１ｂ…光検出器、２，２ａ，２ｂ…光検出用回路、４…電圧印加手段、５…モニタ、６…試料、７…容器、８…光源、２０…Ｉ／Ｖ変換回路、２１…暗電流除去回路、２２，２４，２５，２７…一次遅れフィルタ回路、２３，２６，２９…マイクロプロセッサ、２３ｃ，２６ｅ〜２６ｇ，２９ｄ…Ａ／Ｄ変換回路、２３ｄ，２６ｈ，２９ｅ…演算処理装置、２８…カットオフ周波数制御回路、２８ａ…平滑化回路、２８ｂ…Ｖ／Ｆ変換回路、３１…光電陰極、３２…増倍部、３３…陽極、３４…真空管、４１…高圧電源、４２…分圧抵抗群。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子増倍管に接続される光検出用回路及び光検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電子増倍管（PhotoMultiplier Tube：以下ＰＭＴという）を用いて光を検出する際に、より広いダイナミックレンジ（すなわち、検出できる最小光量と最大光量との比）で光量を測定することが求められている。例えば、蛍光物質からの遅延蛍光量の時間経過を測定する際には、測定当初においては比較的強い光を検出することが求められる一方、時間を経るに従って微弱な光を検出することが求められる。
【０００３】
従来より、比較的強い光の光量を検出する際には、いわゆるアナログ方式が用いられる。アナログ方式は、ＰＭＴからの出力電流を電圧信号に変換し、この電圧信号のレベルを測定することにより光量を検出する方式である。また、微弱光の光量を検出する際には、いわゆるフォトンカウンティング方式が用いられる。フォトンカウンティング方式は、ＰＭＴからの出力電流に含まれるパルス（ＰＭＴに入射した光子１個に相当）の数をカウントすることにより、光量を検出する方式である。しかし、従来のアナログ方式では、入射光が微弱になると、光子１個に対応するパルスの高さや間隔のばらつきによって検出結果が安定せず、光量値を特定し難い。また、フォトンカウンティング方式では、入射光が比較的強い場合に、ＰＭＴからの出力電流に含まれる複数のパルスが互いに結合してしまい、パルス数を正確にカウントすることが困難となる。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、例えば特許文献１には、アナログ方式及びフォトンカウンティング方式の双方を備える光子計数測光装置が開示されている。この装置では、ＰＭＴへの入射光が比較的強い場合にはアナログ方式を用い、ＰＭＴへの入射光が微弱になるとフォトンカウンティング方式に切り替えることにより、極微弱光から強い光までの光量を１台の装置で測光可能とすることを目指している。
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１８７５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された装置では、アナログ方式及びフォトンカウンティング方式の双方を備えることにより、回路規模が大きくなってしまう。特に、フォトンカウンティング方式では、ＰＭＴへの光子の入射によって発生した幅が狭いパルスを認識できる程度の速さ（クロック周波数）で回路を動作させる必要があり、回路規模が大きくなるとともに消費電力が増大する要因となる。回路の消費電力が増大すると発熱量も増大するが、ＰＭＴの光電変換特性は周囲の温度変化に敏感である為、ＰＭＴの近傍に配置される回路の消費電力は小さいことが好ましい。
【０００７】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、ＰＭＴへの入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる光検出用回路及び光検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明による第１の光検出用回路は、光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、陽極からの出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、電圧信号を成形する一次遅れフィルタ回路と、一次遅れフィルタ回路を通過した電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、ディジタルデータを積算することにより入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段とを備え、光量データ生成手段は、ディジタルデータの値の減少に伴い積算時間をより長時間に設定することを特徴とする。
【０００９】
上記した第１の光検出用回路では、一次遅れフィルタ回路が電圧信号を成形することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスを捉える（すなわちＡ／Ｄ変換する）ことができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としない。更に、入射光が微弱な場合にディジタルデータの積算時間を長くすることにより、個々のパルスの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、入射光が比較的強い場合には、ディジタルデータの積算時間を短くすることにより入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。
【００１０】
また、本発明による第２の光検出用回路は、光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、陽極からの出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、電圧信号を成形する複数の一次遅れフィルタ回路と、複数の一次遅れフィルタ回路のそれぞれから出力された電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、複数の一次遅れフィルタ回路のそれぞれに対応する各ディジタルデータのうちいずれかのディジタルデータを選択して積算することにより入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段とを備え、複数の一次遅れフィルタ回路におけるカットオフ周波数が互いに異なっており、光量データ生成手段は、入射光量の減少に伴い、より低いカットオフ周波数の一次遅れフィルタ回路に対応するディジタルデータを選択することを特徴とする。
【００１１】
上記した第２の光検出用回路では、第１の光検出用回路と同様に、一次遅れフィルタ回路が電圧信号を成形することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスを捉えることができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としない。
【００１２】
更に、この第２の光検出用回路では、光量データ生成手段が、光電陰極への入射光量の減少に伴って、より低いカットオフ周波数の一次遅れフィルタ回路に対応するディジタルデータを選択し、積算している。一次遅れフィルタ回路においては、カットオフ周波数が低いほど、この一次遅れフィルタ回路が有する時定数が大きくなるので、この一次遅れフィルタ回路を通過したパルスの波高がより低くなるとともに、該パルスの幅がより拡がることとなる。従って、入射光が微弱な場合、より低いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路を通過した電圧信号に基づくディジタルデータを選択することにより、個々のパルスの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、入射光が比較的強い場合には、比較的高いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路に対応するディジタルデータを選択することにより、入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。
【００１３】
また、本発明による第３の光検出用回路は、光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、陽極からの出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、カットオフ周波数が可変であり、電圧信号を成形する一次遅れフィルタ回路と、入射光量の減少に伴い一次遅れフィルタ回路のカットオフ周波数を低下させるカットオフ周波数制御回路と、一次遅れフィルタ回路を通過した電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、ディジタルデータを積算することにより入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
上記した第３の光検出用回路では、第１の光検出用回路と同様に、一次遅れフィルタ回路が電圧信号を成形することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスを捉えることができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としない。
【００１５】
更に、この第３の光検出用回路は、カットオフ周波数が可変（変更可能）な一次遅れフィルタ回路を備えており、且つ、カットオフ周波数制御回路が、入射光量の減少に伴い一次遅れフィルタ回路のカットオフ周波数を低下させている。既述したように、一次遅れフィルタ回路においては、カットオフ周波数が低いほど、電圧信号に含まれるパルスの波高が低下するとともにパルスの幅が拡大する。従って、入射光が微弱な場合、一次遅れフィルタ回路が有するカットオフ周波数を低下させることにより、個々のパルスの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、入射光が比較的強い場合には、一次遅れフィルタ回路が有するカットオフ周波数を比較的高くすることにより、入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。
【００１６】
以上のように、本発明による第１〜第３の光検出用回路によれば、ＰＭＴへの入射光が微弱な場合でもアナログ方式を用いて光量を安定して検出できるので、高速な回路動作を必要とせず、ＰＭＴへの入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【００１７】
また、本発明による第４の光検出用回路は、光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、陽極と電気的に接続された入力端を有する電流電圧変換回路と、電流電圧変換回路の出力端と電気的に接続された入力端を有する一または複数の一次遅れフィルタ回路と、一または複数の一次遅れフィルタ回路それぞれの出力端と電気的に接続された入力端を有するＡ／Ｄ変換回路と、Ａ／Ｄ変換回路の出力端と電気的に接続された演算処理装置とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記した第４の光検出用回路では、電流電圧変換回路から出力された電圧信号が一次遅れフィルタ回路を通過することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応する個々のパルスの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスを捉えることができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としないので、アナログ方式を用いて比較的強い入射光から微弱な入射光までを広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【００１９】
また、上記第１〜４の光検出用回路は、電流電圧変換回路と一次遅れフィルタ回路との間に電気的に接続された暗電流除去回路を更に備えることを特徴としてもよい。これにより、電流電圧変換回路からの電圧信号に含まれる暗電流を除去し、測定精度を高めることができる。
【００２０】
また、本発明による光検出器は、入射光量に応じた光電子を放出する光電陰極、光電子を増倍する増倍部、及び増倍部によって増倍された電子を収集して出力電流を提供する陽極を有する光電子増倍管と、上記したいずれかの光検出用回路とを備えることを特徴とする。この光検出器によれば、上記したいずれかの光検出用回路を備えることにより、ＰＭＴへの入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による光検出用回路及び光検出器によれば、ＰＭＴへの入射光量を広いダイナミックレンジ且つ小さい消費電力で検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光検出用回路及び光検出器の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
本発明による光検出用回路及び光検出器の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態による光検出器１を用いた光量測定の一例を説明するための図である。図１に示す光量測定では、容器７に収容された試料６に光源８からの励起光Ｌ１を照射した後、試料６からの遅延蛍光Ｌ２の強さの時間経過をＰＭＴ３によって検出する。このＰＭＴ３には高圧電源を含む電圧印加手段４が接続されており、ＰＭＴ３への遅延蛍光Ｌ２の入射光量に応じた出力電流Ｉが光検出用回路２へ提供される。光検出用回路２は、ＰＭＴ３からの出力電流Ｉに基づいて光量データＤｏｕｔを生成し、光量データＤｏｕｔをモニタ５に表示させる。
【００２４】
図２は、本実施形態の光検出用回路２及びＰＭＴ３の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、ＰＭＴ３は、被検出光Ｌ（例えば図１の遅延蛍光Ｌ２）の入射光量に応じた光電子を放出する光電陰極３１と、光電子を増倍する増倍部３２と、増倍部３２によって増倍された電子を収集する陽極３３とを真空管３４の内部に有する。増倍部３２は、複数段に配置されたダイノードを有する。初段のダイノードは光電陰極３１からの光電子を受ける位置に配置され、以降のダイノードは前段のダイノードからの二次電子を受ける位置に配置されている。陽極３３は、最終段ダイノードからの二次電子を受ける位置に配置されている。
【００２５】
電圧印加手段４は、光電陰極３１及び増倍部３２の各ダイノードに所定の電位勾配を与えるための手段である。電圧印加手段４は、高圧電源４１及び分圧抵抗群４２を含んで構成されている。分圧抵抗群４２の一端は高圧電源４１の負電圧出力端子に接続されており、分圧抵抗群４２の他端は最終段ダイノード及び接地電位に電気的に接続されている。そして、分圧抵抗群４２に含まれる各分圧抵抗間は、それぞれ増倍部３２の各ダイノードに電気的に接続されている。この構成により、光電陰極３１には所定の負電位が与えられ、各ダイノードには分圧抵抗群４２によって分圧された電位勾配がそれぞれ与えられる。
【００２６】
ＰＭＴ３の光電陰極３１に被検出光Ｌが入射すると、光電陰極３１において入射光量に応じた光電子が発生する。光電陰極３１及び増倍部３２の各ダイノードには電圧印加手段４によって所定の電位勾配が与えられているので、光電陰極３１において発生した光電子は増倍部３２の各ダイノードへ順に放出されて二次電子増倍される。増倍された二次電子は陽極３３に収集され、陽極３３から出力されて出力電流Ｉとなり、光検出用回路２へ提供される。
【００２７】
光検出用回路２は、電流電圧変換回路（以下、Ｉ／Ｖ変換回路）２０、暗電流除去回路２１、一次遅れフィルタ回路２２、及びマイクロプロセッサ２３を有する。ここで、図３（ａ）〜図３（ｄ）は、Ｉ／Ｖ変換回路２０から出力される電圧信号Ｖ１、暗電流除去回路２１から出力される電圧信号Ｖ２、一次遅れフィルタ回路２２から出力される電圧信号Ｖ３、及びマイクロプロセッサ２３内部において生成されるディジタルデータＤ１の信号波形の一例をそれぞれ示すグラフである。なお、これらのグラフは、いずれもＰＭＴ３への入射光量が微弱である場合を示しており、光子１個の入射に対応したパルスＰを複数含んでいる。
【００２８】
Ｉ／Ｖ変換回路２０は、陽極３３からの出力電流Ｉを電圧信号Ｖ１に変換するための回路である。Ｉ／Ｖ変換回路２０は、陽極３３に電気的に接続され、出力電流Ｉを入力する入力端２０ａと、電圧信号Ｖ１を出力するための出力端２０ｂとを有する。Ｉ／Ｖ変換回路２０は、陽極３３から受けた出力電流Ｉの電流値に応じた電圧値を有する電圧信号Ｖ１を生成し、電圧信号Ｖ１を出力端２０ｂからＩ／Ｖ変換回路２０の外部へ出力する。なお、Ｉ／Ｖ変換回路２０としては、例えば１０ｋＨｚ程度の周波数特性を有する回路を構成することが好ましい。また、遅延蛍光Ｌ２（図１）の測定において、定格電圧印加時に６桁〜７桁程度の増幅率をＰＭＴ３が有する場合、フルスケールで１０μＡ〜１μＡ程度の出力電流Ｉを入力できるようにＩ／Ｖ変換回路２０の入力範囲を設定するとよい。
【００２９】
暗電流除去回路２１は、電圧信号Ｖ１から暗電流成分（もしくは、入射光とは無関係に発生するパルス状のダークカウント成分）を除去するための回路である。暗電流除去回路２１は、Ｉ／Ｖ変換回路２０の出力端２０ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ１を入力する入力端２１ａと、電圧信号Ｖ２を出力するための出力端２１ｂとを有する。本実施形態の暗電流除去回路２１は、Ｉ／Ｖ変換回路２０から受けた電圧信号Ｖ１を１．１倍〜２倍程度に増幅する増幅回路を含んで構成されている。そして、図３（ｂ）に示すように、暗電流除去回路２１に含まれる増幅回路は、増幅後の電圧信号Ｖ２に含まれる暗電流成分（ダークカウント成分）の多くが基準電位（図３（ｂ）では０［Ｖ］）以下となるようにオフセット調整がなされている。
【００３０】
電圧信号Ｖ２は、一次遅れフィルタ回路２２を通過した後にアナログ・ディジタル変換（以下、Ａ／Ｄ変換）を施される（後述）。このとき、基準電位以下の信号は変換されないので、基準電位以下の暗電流成分（ダークカウント成分）は除去されることとなる。すなわち、暗電流除去回路２１において、暗電流成分（ダークカウント成分）の多くが基準電位以下となるようにオフセット調整がなされることにより、電圧信号Ｖ２から暗電流（ダークカウント成分）が実質的に除去される。
【００３１】
一次遅れフィルタ回路２２は、暗電流除去回路２１の出力端２１ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ２を入力する入力端２２ａと、電圧信号Ｖ３を出力するための出力端２２ｂとを有する。一次遅れフィルタ回路２２は、暗電流除去回路２１から受けた電圧信号Ｖ２に含まれるパルスＰをなだらかに成形するための回路である。すなわち、一次遅れフィルタ回路２２は、いわゆるローパスフィルタの構成を有しており、電圧信号Ｖ２に含まれるパルスＰのピーク値を低減するとともにパルスＰの幅を拡げる作用がある。従って、図３（ｃ）に示すように、一次遅れフィルタ回路２２から出力される電圧信号Ｖ３に含まれるパルスＰは、電圧信号Ｖ２（図３（ｂ））に含まれるパルスＰよりもピーク電圧値が低く、且つ時間幅が広くなっている。
【００３２】
なお、一次遅れフィルタ回路２２のカットオフ周波数は、例えば遅延蛍光Ｌ２（図１）の測定の場合、１ｋＨｚ以下に設定されることが好ましい。また、一般的には、一次遅れフィルタ回路はローパスフィルタとして用いられるので、図３（ｂ）に示すような急峻なパルスＰが高周波成分として除去される（平坦化される）程度に、カットオフ周波数が設定されることが多い。しかしながら、本実施形態の一次遅れフィルタ回路２２では、パルスＰを完全には平坦化せず、図３（ｃ）に示すようにパルスＰがなだらかに変形する程度（換言すれば、パルスＰの存在が認識できる程度）にカットオフ周波数が設定される。
【００３３】
マイクロプロセッサ２３は、一次遅れフィルタ回路２２の出力端２２ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ３を入力する入力端２３ａと、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを出力するための出力端２３ｂとを有する。本実施形態のマイクロプロセッサ２３は、いわゆる１チップマイコンによって実現されており、Ａ／Ｄ変換回路２３ｃ及び演算処理装置（ＣＰＵ）２３ｄを内蔵している。Ａ／Ｄ変換回路２３ｃは、マイクロプロセッサ２３の入力端２３ａと電気的に接続された入力端を有しており、該入力端に入力された電圧信号Ｖ３をディジタルデータＤ１へ変換する（図３（ｄ））。
【００３４】
また、演算処理装置２３ｄは、本実施形態における光量データ生成手段である。すなわち、演算処理装置２３ｄは、Ａ／Ｄ変換回路２３ｃの出力端と電気的に接続された入力端を有しており、ディジタルデータＤ１を積算することによって、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを生成する。また、演算処理装置２３ｄは、ディジタルデータＤ１の値の減少に伴いディジタルデータＤ１の積算時間をより長時間に設定する。マイクロプロセッサ２３の出力端２３ｂはモニタ５といった表示装置と電気的に接続されており、演算処理装置２３ｄによって生成された光量データＤｏｕｔがモニタ５へ出力される。モニタ５は、光量データＤｏｕｔを時系列的にグラフに表示する。
【００３５】
ここで、図４は、演算処理装置２３ｄにおける処理の流れを示すフローチャートである。また、図５は、遅延蛍光Ｌ２（図１）の光量測定におけるモニタ５の表示（光量データＤｏｕｔの時間経過）の一例を示すグラフである。演算処理装置２３ｄでは、まず、Ａ／Ｄ変換回路２３ｃから順次出力されるディジタルデータＤ１を積算して単位データＤとする（ステップＳ１）。このとき、演算処理装置２３ｄは、所定の積算時間内に連続するＮ個（Ｎは２以上の整数）のディジタルデータＤ１を積算する。次に、第１の閾値Ｄｔｈ１に対する単位データＤの大小を判定し（ステップＳ２）、単位データＤの値が第１の閾値Ｄｔｈ１以上である場合（すなわち、ＰＭＴ３への入射光量が所定の第１の光量Ｐ１以上である場合）には、ＰＭＴ３への入射光量を示す光量データＤｏｕｔとして単位データＤをモニタ５へ出力し、表示させる（ステップＳ６、図５のグラフＧ１）。
【００３６】
遅延蛍光Ｌ２は、時間経過とともに単調に減少する傾向がある。時間Ｔ１後、単位データＤの値が第１の閾値Ｄｔｈ１よりも小さくなった場合（すなわち、ＰＭＴ３への入射光量が所定の第１の光量Ｐ１よりも小さくなった場合）には、積算されるディジタルデータＤ１の数を増やす（すなわち、積算時間を長くする）とともに、積算値のスケールを調整する。具体的には、ステップＳ１において既に積算したＮ個のディジタルデータＤ１の後に続くＫ×Ｎ個のディジタルデータＤ１を更に積算値に加え、この積算値を（Ｋ＋１）で除算することによりスケール調整を行い、新たに単位データＤとする（ステップＳ３）。そして、第１の閾値Ｄｔｈ１よりも小さい第２の閾値Ｄｔｈ２に対する単位データＤの大小を判定し（ステップＳ４）、単位データＤの値が第２の閾値Ｄｔｈ２以上である場合（すなわち、ＰＭＴ３への入射光量が所定の第２の光量Ｐ２（＜Ｐ１）以上である場合）には、光量データＤｏｕｔとして単位データＤをモニタ５へ出力し、表示させる（ステップＳ６、図５のグラフＧ２）。なお、遅延蛍光Ｌ２が単調減少である為、単位データＤの値が第１の閾値Ｄｔｈ１より小さくなった後は、ステップＳ１及びステップＳ２を省略してもよい。
【００３７】
また、時間Ｔ２後、単位データＤの値が第２の閾値Ｄｔｈ２よりも小さくなった場合（すなわち、ＰＭＴ３への入射光量が第２の光量Ｐ２よりも小さくなった場合）には、積算されるディジタルデータＤ１の数を更に増やす（すなわち、積算時間を更に長くする）とともに、積算値のスケールを調整する。このとき、積算時間が更に長くなるので、或る積算区間の積算が完了してから次の積算区間を積算すると、単位時間あたりの単位データＤの個数が少なくなってしまい、入射光量の素早い変化を見逃すおそれがある。従って、例えば単位データＤの移動平均値を求め、この移動平均値を新たに単位データＤとするとよい（ステップＳ５）。
【００３８】
具体的には、例えば単位データＤが第３の閾値Ｄｔｈ３（＜Ｄｔｈ２）以上である場合には、当該積算区間の直前の積算区間における単位データＤと当該積算区間における単位データＤとの平均値（すなわち、２区間の移動平均値）を求め、この移動平均値を新たに単位データＤとする。また、単位データＤが第３の閾値Ｄｔｈ３よりも小さく且つ第４の閾値Ｄｔｈ４（＜Ｄｔｈ３）以上である場合には、当該積算区間の前後１区間における単位データＤと当該積算区間における単位データＤとの平均値（すなわち、３区間の移動平均値）を求め、この移動平均値を新たに単位データＤとする。このように、単位データＤの値が小さくなるほど多くの積算区間の移動平均値を求め、新たな単位データＤとする。そして、光量データＤｏｕｔとしてこの単位データＤをモニタ５へ出力し、表示させる（ステップＳ６、グラフＧ３）。
【００３９】
なお、以上に説明した光検出用回路２における各数値（パラメータ）の一例を以下に示す。以下の数値は、図１に示した遅延蛍光Ｌ２の光量測定において好適な数値である。
ＰＭＴ３の増倍率：７［桁］
Ｉ／Ｖ変換回路２０の入力範囲：５［μＡ］
Ｉ／Ｖ変換回路２０における出力電流Ｉの積分時間：１００［マイクロ秒］
一次遅れフィルタ回路２２のカットオフ周波数：５００［Ｈｚ］
Ａ／Ｄ変換回路２３ｃの変換ビット：１０［ビット］
ステップＳ１での積算個数Ｎ：１０［個］
ステップＳ３での倍率Ｋ：９［倍］
第１の閾値Ｄｔｈ１：１０００
第２の閾値Ｄｔｈ２：１００
第３の閾値Ｄｔｈ３：５０
第４の閾値Ｄｔｈ４：３０
【００４０】
本実施形態による光検出器１及び光検出用回路２によって得られる効果について説明する。本実施形態の光検出器１及び光検出用回路２では、一次遅れフィルタ回路２２が電圧信号Ｖ２をなだらかに成形することにより、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスＰの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスＰを捉える（すなわちＡ／Ｄ変換する）ことができる。更に、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合に、演算処理装置２３ｄにおいてディジタルデータＤ１の積算時間を長くすることにより、個々のパルスＰの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、ＰＭＴ３への入射光が比較的強い場合には、演算処理装置２３ｄにおいてディジタルデータＤ１の積算時間を短くすることにより該入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。従って、本実施形態の光検出器１及び光検出用回路２によれば、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要とせず、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合でもアナログ方式を用いて光量を安定して検出できるので、比較的強い入射光から微弱な入射光までを広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【００４１】
また、本実施形態による光検出器１及び光検出用回路２では、一次遅れフィルタ回路２２において、パルスＰを完全には平坦化せずパルスＰがなだらかに変形する程度（図３（ｃ））にカットオフ周波数が設定されている。ここで、従来のローパスフィルタのようにパルスＰを完全に平坦化してしまうと、ＰＭＴ３への入射光により発生したパルスＰと暗電流成分（ダークカウント成分）とが合わさってしまい、これらの分離が困難となる。
【００４２】
ここで、図６は、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合における、入射光によるパルスＰの波高分布（グラフＧ４）とダークカウントパルスの波高分布（グラフＧ５）とを示すグラフである。図６に示すように、入射光によるパルスＰの波高の多くは、ＰＭＴ３の増倍特性によって定まる値Ｈを中心として分布している。これに対し、ダークカウントパルスの波高の多くは、極めて小さな値に集中している。従って、一次遅れフィルタ回路２２においてパルスＰを完全には平坦化しない程度にカットオフ周波数が設定されることにより、入射光によるパルスＰをその波高によってダークカウントパルスと区別できるので、入射光によるパルスＰとダークカウントパルスとを好適に分離できる。
【００４３】
パルスＰと暗電流成分（ダークカウント）とを分離する方法としては、本実施形態のように、Ｉ／Ｖ変換回路２０と一次遅れフィルタ回路２２との間に接続された暗電流除去回路２１によって電圧信号Ｖ２の基準電位を暗電流成分より高電位へ設定する方法が好ましい。これにより、上述したようにＡ／Ｄ変換回路２３ｃにおいて基準電位以下の暗電流成分が除去され、測定精度を高めることができる。或いは、他の方法として、暗電流成分を含んだまま電圧信号Ｖ３をディジタルデータＤ１へ変換し、演算処理装置２３ｄにおいて基準値以下のデータを切り捨てても良い。これにより、暗電流成分に相当するディジタルデータＤ１のデータ成分が除去され、測定精度を高めることができる。なお、暗電流除去回路２１における電圧信号Ｖ２の基準電位、或いは演算処理装置２３ｄにおける基準値は、ＰＭＴ３へ照射された基準光の光量が光量データＤｏｕｔに正確に反映されるように調整される。
【００４４】
また、ＰＭＴ３への入射光が微弱である場合、従来のローパスフィルタのようにパルスＰを完全に平坦化してしまうと、入射光に応じた電圧信号の電圧値が極めて小さくなってしまう。従って、この電圧値を正確にディジタルデータに変換するために高分解能のＡ／Ｄ変換回路が必要となる。これに対して本実施形態では、一次遅れフィルタ回路２２においてパルスＰを完全には平坦化しない程度にカットオフ周波数が設定されることにより、Ａ／Ｄ変換回路２３ｃの分解能が例えば１０ビットといった比較的低い分解能であっても、電圧信号Ｖ３に含まれるパルスＰを精度良くディジタルデータＤ１へ変換でき、ＰＭＴ３への入射光量を精度良く検出できる。なお、本実施形態におけるこの利点は、高分解能のＡ／Ｄ変換回路の適用を妨げるものではない。
【００４５】
（第２の実施の形態）
続いて、本発明による光検出用回路及び光検出器の第２実施形態について説明する。図７は、本実施形態の光検出器１ａの構成を示すブロック図である。光検出器１ａは、光検出用回路２ａ、ＰＭＴ３、及び電圧印加手段４を備える。なお、本実施形態に用いられるＰＭＴ３及び電圧印加手段４の構成は、上述した第１実施形態のＰＭＴ３及び電圧印加手段４の構成と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００４６】
光検出用回路２ａは、Ｉ／Ｖ変換回路２０、暗電流除去回路２１、複数の一次遅れフィルタ回路２２、２４、及び２５、並びにマイクロプロセッサ２６を有する。なお、これらの構成要素のうち、Ｉ／Ｖ変換回路２０、暗電流除去回路２１、及び一次遅れフィルタ回路２２の構成及び作用については、第１実施形態におけるこれらの構成及び作用と同様である。
【００４７】
一次遅れフィルタ回路２４は、入力端２４ａ及び出力端２４ｂを有する。入力端２４ａは、一次遅れフィルタ回路２２の出力端２２ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ３を入力する。また、出力端２４ｂは、マイクロプロセッサ２６のＡ／Ｄ入力端子２６ｂに増幅器２４ｃを介して電気的に接続され、電圧信号Ｖ４を出力する。一次遅れフィルタ回路２４は、一次遅れフィルタ回路２２と同様の構成（ローパスフィルタ）を有しており、暗電流除去回路２１から受けた電圧信号Ｖ２（本実施形態では、一次遅れフィルタ回路２２を通過した電圧信号Ｖ３）に含まれるパルスＰ（例えば図３（ｂ）参照）をなだらかに成形する。
【００４８】
一次遅れフィルタ回路２４のカットオフ周波数は、一次遅れフィルタ回路２２のカットオフ周波数よりも小さな周波数に設定される。これにより、一次遅れフィルタ回路２４から出力される電圧信号Ｖ４においては、パルスＰの幅が電圧信号Ｖ３から更に拡がる（とともに、パルスＰの波高が更に低くなる）こととなる。なお、一次遅れフィルタ回路２４においては、一次遅れフィルタ回路２２と同様に、パルスＰを完全には平坦化せず、パルスＰがなだらかに変形する程度にカットオフ周波数が設定される。また、増幅器２４ｃにおける増幅率は、電圧信号Ｖ３におけるパルスＰの波高に対する、電圧信号Ｖ４におけるパルスＰの波高の低下分を補う値に設定される。
【００４９】
一次遅れフィルタ回路２５は、入力端２５ａ及び出力端２５ｂを有する。入力端２５ａは、一次遅れフィルタ回路２２の出力端２２ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ３を入力する。また、出力端２５ｂは、マイクロプロセッサ２６のＡ／Ｄ入力端子２６ｃに増幅器２５ｃを介して電気的に接続され、電圧信号Ｖ５を出力する。一次遅れフィルタ回路２５は、一次遅れフィルタ回路２２及び２４と同様の構成（ローパスフィルタ）を有しており、暗電流除去回路２１から受けた電圧信号Ｖ２（本実施形態では、一次遅れフィルタ回路２２を通過した電圧信号Ｖ３）に含まれるパルスＰ（例えば図３（ｂ）参照）をなだらかに成形する。
【００５０】
一次遅れフィルタ回路２５のカットオフ周波数は、一次遅れフィルタ回路２４のカットオフ周波数よりも小さな周波数に設定される。これにより、一次遅れフィルタ回路２５から出力される電圧信号Ｖ５においては、電圧信号Ｖ４と比較してパルスＰの幅が更に拡がる（とともに、パルスＰの波高が更に低くなる）こととなる。なお、一次遅れフィルタ回路２５においては、一次遅れフィルタ回路２２及び２４と同様に、パルスＰを完全には平坦化せず、パルスＰがなだらかに変形する程度にカットオフ周波数が設定される。また、増幅器２５ｃにおける増幅率は、電圧信号Ｖ３におけるパルスＰの波高に対する、電圧信号Ｖ５におけるパルスＰの波高の低下分を補う値に設定される。
【００５１】
マイクロプロセッサ２６は、３つのＡ／Ｄ入力端子２６ａ〜２６ｃと、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを出力するための出力端２６ｄとを有する。Ａ／Ｄ入力端子２６ａは、一次遅れフィルタ回路２２の出力端２２ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ３を入力する。Ａ／Ｄ入力端子２６ｂは、一次遅れフィルタ回路２４の出力端２４ｂに増幅器２４ｃを介して電気的に接続され、電圧信号Ｖ４を入力する。Ａ／Ｄ入力端子２６ｃは、一次遅れフィルタ回路２５の出力端２５ｂに増幅器２５ｃを介して電気的に接続され、電圧信号Ｖ５を入力する。
【００５２】
また、マイクロプロセッサ２６は、いわゆる１チップマイコンによって実現されており、３つのＡ／Ｄ入力端子２６ａ〜２６ｃに対応する３つのＡ／Ｄ変換回路２６ｅ〜２６ｇと、演算処理装置（ＣＰＵ）２６ｈとを内蔵している。Ａ／Ｄ変換回路２６ｅ〜２６ｇは、Ａ／Ｄ入力端子２６ａ〜２６ｃに入力された電圧信号Ｖ３〜Ｖ５をそれぞれディジタルデータＤ１〜Ｄ３へ変換する。なお、マイクロプロセッサ２６は、３つのＡ／Ｄ変換回路２６ｅ〜２６ｇに代えて、１つのＡ／Ｄ変換回路と、各Ａ／Ｄ入力端子２６ａ〜２６ｃをこのＡ／Ｄ変換回路へ順に接続するマルチプレクサを内蔵してもよい。
【００５３】
演算処理装置２６ｈは、本実施形態における光量データ生成手段である。すなわち、演算処理装置２６ｈは、Ａ／Ｄ変換回路２６ｅ〜２６ｇの出力端と電気的に接続された入力端を有しており、ディジタルデータＤ１〜Ｄ３のうちいずれかのディジタルデータを選択して積算することにより、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを生成する。マイクロプロセッサ２６の出力端２６ｄはモニタ５と電気的に接続されており、演算処理装置２６ｈによって生成された光量データＤｏｕｔがモニタ５へ出力される。モニタ５は、光量データＤｏｕｔを時系列的にグラフに表示する。
【００５４】
演算処理装置２６ｈは、ディジタルデータＤ１〜Ｄ３のうちいずれかのディジタルデータを次の方法により選択する。すなわち、演算処理装置２６ｈは、ＰＭＴ３への入射光量が比較的大きい場合（例えば図５のグラフＧ１）には、一次遅れフィルタ回路２２のみを通過したディジタルデータＤ１を選択して積算する。また、時間経過に伴いＰＭＴ３への入射光量が或る程度減少した場合（例えば図５のグラフＧ２）には、一次遅れフィルタ回路２４を通過したディジタルデータＤ２を選択して積算する。また、時間経過に伴いＰＭＴ３への入射光が微弱となった場合（例えば図５のグラフＧ３）には、一次遅れフィルタ回路２５を通過したディジタルデータＤ３を選択して積算する。このように、演算処理装置２６ｈは、ＰＭＴ３への入射光量の減少に伴い、一次遅れフィルタ回路２２、２４、及び２５のうちより低いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路を通過したディジタルデータを選択する。なお、本実施形態の演算処理装置２６ｈは、ディジタルデータＤ１〜Ｄ３のうちいずれかのディジタルデータの大きさに基づいて、ＰＭＴ３への入射光量を判断するとよい。
【００５５】
本実施形態の光検出器１ａ及び光検出用回路２ａによれば、第１実施形態の光検出器１及び光検出用回路２と同様に、一次遅れフィルタ回路２２、２４、及び２５が電圧信号Ｖ３〜Ｖ５をなだらかに成形することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスＰの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスＰを捉える（すなわちＡ／Ｄ変換する）ことができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としない。
【００５６】
更に、本実施形態の光検出器１ａ及び光検出用回路２ａでは、演算処理装置２６ｈが、ＰＭＴ３への入射光量の減少に伴って、ディジタルデータＤ１〜Ｄ３のうち、より低いカットオフ周波数の一次遅れフィルタ回路を通過したディジタルデータを選択し、積算している。一次遅れフィルタ回路２２、２４、及び２５においては、カットオフ周波数が低い回路ほど、この回路が有する時定数が大きくなる。従って、一次遅れフィルタ回路２２のカットオフ周波数よりも低いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路２４を通過した電圧信号Ｖ４においては、一次遅れフィルタ回路２２を通過した電圧信号Ｖ３と比較して、パルスＰの波高が低くなるとともにパルスＰの幅が拡がる。また、一次遅れフィルタ回路２４のカットオフ周波数よりも低いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路２５を通過した電圧信号Ｖ５においては、一次遅れフィルタ回路２４を通過した電圧信号Ｖ４と比較して、パルスＰの波高が低くなるとともにパルスＰの幅が拡がる。
【００５７】
従って、入射光が微弱な場合、より低いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路を通過したディジタルデータを演算処理装置２６ｈが選択して積算することにより、個々のパルスＰの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、ＰＭＴ３への入射光が比較的強い場合には、比較的高いカットオフ周波数を有する一次遅れフィルタ回路２２を通過した電圧信号Ｖ３に基づくディジタルデータＤ１を選択することにより、ＰＭＴ３への入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。
【００５８】
このように、本実施形態の光検出器１ａ及び光検出用回路２ａによれば、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合でもアナログ方式を用いて光量を安定して検出できるので、高速な回路動作を必要とせず、ＰＭＴ３への入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【００５９】
（第３の実施の形態）
続いて、本発明による光検出用回路及び光検出器の第３実施形態について説明する。図８は、本実施形態の光検出器１ｂの構成を示すブロック図である。光検出器１ｂは、光検出用回路２ｂ、ＰＭＴ３、及び電圧印加手段４を備える。なお、本実施形態に用いられるＰＭＴ３及び電圧印加手段４の構成は、上述した第１実施形態のＰＭＴ３及び電圧印加手段４の構成と同様である。
【００６０】
光検出用回路２ｂは、Ｉ／Ｖ変換回路２０、暗電流除去回路２１、一次遅れフィルタ回路２７、カットオフ周波数制御回路２８、及びマイクロプロセッサ２９を有する。なお、これらの構成要素のうち、Ｉ／Ｖ変換回路２０及び暗電流除去回路２１の構成及び作用については、第１実施形態におけるこれらの構成及び作用と同様である。
【００６１】
一次遅れフィルタ回路２７は、信号入力端２７ａ、制御入力端２７ｂ、及び出力端２７ｃを有する。信号入力端２７ａは、暗電流除去回路２１の出力端２１ｂに電気的に接続され、電圧信号Ｖ２を入力する。また、出力端２７ｃは、マイクロプロセッサ２９の入力端２９ａに電気的に接続され、電圧信号Ｖ６を出力する。一次遅れフィルタ回路２７は、いわゆるローパスフィルタの構成を有しており、また、制御入力端２７ｂへ入力される制御信号Ｓｃに応じてカットオフ周波数を変更可能に構成されている。なお、制御入力端２７ｂへ入力される制御信号Ｓｃとしては、例えば設定されるカットオフ周波数に応じた周波数信号が好ましい。一次遅れフィルタ回路２７は、暗電流除去回路２１から受けた電圧信号Ｖ２に含まれるパルスＰ（例えば図３（ｂ）参照）を、設定されたカットオフ周波数に応じてなだらかに成形する。
【００６２】
カットオフ周波数制御回路２８は、ＰＭＴ３への入射光量の減少に伴って一次遅れフィルタ回路２７のカットオフ周波数を低下させるための回路である。カットオフ周波数制御回路２８は、暗電流除去回路２１からの電圧信号Ｖ２に基づいて、一次遅れフィルタ回路２７のカットオフ周波数を制御するための制御信号Ｓｃを生成する。カットオフ周波数制御回路２８は、平滑化回路２８ａ及びＶ／Ｆ変換回路２８ｂを含んで構成されている。平滑化回路２８ａは、暗電流除去回路２１の出力端２１ｂに電気的に接続された入力端２８ｃと、Ｖ／Ｆ変換回路２８ｂの入力端２８ｅに電気的に接続された出力端２８ｄとを有する。平滑化回路２８ａは、ローパスフィルタの構成を有しており、カットオフ周波数が比較的小さく設定されている。これにより、平滑化回路２８ａは、電圧信号Ｖ２を平滑化（平均化）する。
【００６３】
Ｖ／Ｆ変換回路２８ｂは、電圧信号Ｖ２の電圧値を周波数信号（制御信号Ｓｃ）へ変換するための回路である。Ｖ／Ｆ変換回路２８ｂは、入力端２８ｅと、一次遅れフィルタ回路２７の制御入力端２７ｂに電気的に接続された出力端２８ｇと、スタートアップ信号Ｓｓをマイクロプロセッサ２９から受けるための入力端２８ｆとを有する。Ｖ／Ｆ変換回路２８ｂは、電圧信号Ｖ２の電圧値（すなわちＰＭＴ３への入射光量）が小さくなるほど低周波数となる周波数信号を生成し、この周波数信号を制御信号Ｓｃとして一次遅れフィルタ回路２７へ提供する。従って、一次遅れフィルタ回路２７においては、ＰＭＴ３への入射光量の減少にしたがいカットオフ周波数が小さくなる。なお、Ｖ／Ｆ変換回路２８ｂに入力されるスタートアップ信号Ｓｓは、測定開始時における電圧信号Ｖ２の立ち上がりを制御信号Ｓｃに正確に反映するために、測定開始時の入力端２８ｅへの入力電圧を所定の初期値に設定するための信号である。
【００６４】
マイクロプロセッサ２９は、一次遅れフィルタ回路２７から電圧信号Ｖ６を受ける入力端２９ａと、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを出力するための出力端２６ｄとを有する。マイクロプロセッサ２６は、いわゆる１チップマイコンによって実現されており、Ａ／Ｄ変換回路２９ｄ及び演算処理装置（ＣＰＵ）２９ｅを内蔵している。Ａ／Ｄ変換回路２９ｄは、入力端２９ａに電気的に接続された入力端を有しており、電圧信号Ｖ６をディジタルデータＤ４へ変換する。
【００６５】
演算処理装置２９ｅは、本実施形態における光量データ生成手段である。すなわち、演算処理装置２９ｅは、Ａ／Ｄ変換回路２９ｄの出力端と電気的に接続された入力端を有しており、ディジタルデータＤ４を積算することにより、ＰＭＴ３への入射光量に応じた光量データＤｏｕｔを生成する。マイクロプロセッサ２９の出力端２９ｂはモニタ５と電気的に接続されており、演算処理装置２９ｅによって生成された光量データＤｏｕｔがモニタ５へ出力される。モニタ５は、光量データＤｏｕｔを時系列的にグラフに表示する。
【００６６】
本実施形態の光検出器１ｂ及び光検出用回路２ｂによれば、第１実施形態の光検出器１及び光検出用回路２と同様に、一次遅れフィルタ回路２７が電圧信号Ｖ６をなだらかに成形することにより、入射光が微弱な場合に、光子１個の入射に対応するパルスＰの幅が拡がり、比較的低速な回路動作でパルスＰを捉える（すなわちＡ／Ｄ変換する）ことができる。従って、フォトンカウンティング方式のような高速な回路動作を必要としない。
【００６７】
更に、本実施形態の光検出器１ｂ及び光検出用回路２ｂでは、一次遅れフィルタ回路２７がカットオフ周波数を変更可能に構成されており、且つ、カットオフ周波数制御回路２８が、ＰＭＴ３への入射光量の減少に伴い一次遅れフィルタ回路２７のカットオフ周波数を低下させている。上記第２実施形態の説明において述べたように、一次遅れフィルタ回路においては、カットオフ周波数が低いほど、電圧信号に含まれるパルスＰの波高が低下するとともにパルスＰの幅が拡大する。従って、入射光が微弱な場合、一次遅れフィルタ回路２７のカットオフ周波数をカットオフ周波数制御回路２８が低下させることにより、個々のパルスＰの高さや間隔のばらつきを平均化し、光量値を安定して検出できる。なお、入射光が比較的強い場合には、一次遅れフィルタ回路２７のカットオフ周波数をカットオフ周波数制御回路２８が比較的高く制御することにより、ＰＭＴ３への入射光の強度変化を素早く捉え、正確な光量値を検出できる。
【００６８】
このように、本実施形態の光検出器１ｂ及び光検出用回路２ｂによれば、ＰＭＴ３への入射光が微弱な場合でもアナログ方式を用いて光量を安定して検出できるので、高速な回路動作を必要とせず、ＰＭＴ３への入射光量を広いダイナミックレンジで且つ小さい消費電力で検出できる。
【００６９】
本発明に係る光検出用回路及び光検出器は、上記した各実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態では１チップマイコン型のマイクロプロセッサにＡ／Ｄ変換回路及び演算処理装置が内蔵されている例を示したが、Ａ／Ｄ変換回路及び演算処理装置は互いに別のチップに収容されていてもよい。
【００７０】
また、上記した各実施形態では暗電流除去回路２１が用いられているが、例えば図９に示す光検出器１ｃ及び光検出用回路２ｃのように、暗電流除去回路を用いる代わりに例えば分解能が１０ビットといった比較的低い分解能を有するＡ／Ｄ変換回路２３ｃを用い、電圧信号Ｖ３のうちＡ／Ｄ変換回路２３ｃの最小分解能の１／２以下である成分が０に変換されることを利用して暗電流を除去してもよい。
【００７１】
すなわち、この暗電流除去方法は、低分解能のＡ／Ｄ変換回路において、その分解能の最小単位の１／２以下の信号成分が除去されることを利用する。このとき、光検出用回路のダイナミックレンジは、Ａ／Ｄ変換回路の分解能と光量データ生成手段の積算回数との積に依存する。従って、例えば、１０ビット程度の低い分解能を有するＡ／Ｄ変換回路であっても、光量データ生成手段における積算回数を多く（例えば１０００回）することにより、光検出用回路のダイナミックレンジを広く（この例では、６桁）できる。
【００７２】
１０ビットの分解能を有するＡ／Ｄ変換回路では、分解能最小単位の１／２以下、つまりフルスケールの１／２０４８以下のレベルの信号成分が除去対象となる。そして、低い分解能を有するＡ／Ｄ変換回路を用いることにより、Ａ／Ｄ変換回路における処理時間が短くなるので、光量データ生成手段における積算回数を多くできる。これに対し、例えば２４ビットや１６ビットといった高分解能のＡ／Ｄ変換回路を用いても、光検出用回路の実質的なダイナミックレンジは、Ｉ／Ｖ変換回路に用いられるオペアンプのオフセットのずれ、或いはＰＭＴ出力に含まれるノイズパルスに影響されるので、ダイナミックレンジの拡大につながりにくい。
【００７３】
低分解能のＡ／Ｄ変換回路を用いた暗電流除去方法によれば、このようなノイズの大部分を除去できる。特に、一時遅れフィルタ回路を用いることにより、個々のパルスの高さが低く抑えられ、暗電流のような小さなパルスはＡ／Ｄ変換回路へ達するまでに極めて小さくなる。従って、暗電流がＡ／Ｄ変換回路において０に変換される（すなわち除去される）可能性が高まる。
【００７４】
更に、従来のフォトンカウンティング方式においては一つのパルスがその大きさに関係なく１としてカウントされるのに対し、本発明では図６に示したように高いパルス（入射光）と暗電流成分とを出現頻度によって弁別しやすいので、従来のフォトンカウンティング方式と比較してＳ／Ｎ比を高くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１実施形態による光検出器を用いた光量測定の一例を説明するための図である。
【図２】第１実施形態の光検出用回路及びＰＭＴの構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）Ｉ／Ｖ変換回路から出力される電圧信号の信号波形の一例を示すグラフである。（ｂ）暗電流除去回路から出力される電圧信号の信号波形の一例を示すグラフである。（ｃ）一次遅れフィルタ回路から出力される電圧信号の信号波形の一例を示すグラフである。（ｄ）マイクロプロセッサ内部において生成されるディジタルデータの信号波形の一例を示すグラフである。
【図４】演算処理装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】遅延蛍光の光量測定におけるモニタの表示（光量データの時間経過）の一例を示すグラフである。
【図６】ＰＭＴへの入射光が微弱な場合における、入射光によるパルスの波高分布とダークカウントパルスの波高分布とを示すグラフである。
【図７】第２実施形態の光検出器の構成を示すブロック図である。
【図８】第３実施形態の光検出器の構成を示すブロック図である。
【図９】光検出器の変形例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７６】
１，１ａ，１ｂ…光検出器、２，２ａ，２ｂ…光検出用回路、４…電圧印加手段、５…モニタ、６…試料、７…容器、８…光源、２０…Ｉ／Ｖ変換回路、２１…暗電流除去回路、２２，２４，２５，２７…一次遅れフィルタ回路、２３，２６，２９…マイクロプロセッサ、２３ｃ，２６ｅ〜２６ｇ，２９ｄ…Ａ／Ｄ変換回路、２３ｄ，２６ｈ，２９ｅ…演算処理装置、２８…カットオフ周波数制御回路、２８ａ…平滑化回路、２８ｂ…Ｖ／Ｆ変換回路、３１…光電陰極、３２…増倍部、３３…陽極、３４…真空管、４１…高圧電源、４２…分圧抵抗群。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、
前記陽極からの前記出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
前記電圧信号を成形する一次遅れフィルタ回路と、
前記一次遅れフィルタ回路を通過した前記電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記ディジタルデータを積算することにより前記入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段と
を備え、
前記光量データ生成手段は、前記ディジタルデータの値の減少に伴い積算時間をより長時間に設定することを特徴とする、光検出用回路。
【請求項２】
光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、
前記陽極からの前記出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
前記電圧信号を成形する複数の一次遅れフィルタ回路と、
前記複数の一次遅れフィルタ回路のそれぞれから出力された前記電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記複数の一次遅れフィルタ回路のそれぞれに対応する各ディジタルデータのうちいずれかの前記ディジタルデータを選択して積算することにより前記入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段と
を備え、
前記複数の一次遅れフィルタ回路におけるカットオフ周波数が互いに異なっており、
前記光量データ生成手段は、前記入射光量の減少に伴い、より低いカットオフ周波数の前記一次遅れフィルタ回路に対応する前記ディジタルデータを選択することを特徴とする、光検出用回路。
【請求項３】
光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、
前記陽極からの前記出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
カットオフ周波数が可変であり、前記電圧信号を成形する一次遅れフィルタ回路と、
前記入射光量の減少に伴い前記一次遅れフィルタ回路のカットオフ周波数を低下させるカットオフ周波数制御回路と、
前記一次遅れフィルタ回路を通過した前記電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記ディジタルデータを積算することにより前記入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段と
を備えることを特徴とする、光検出用回路。
【請求項４】
光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、
前記陽極と電気的に接続された入力端を有する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路の出力端と電気的に接続された入力端を有する一または複数の一次遅れフィルタ回路と、
前記一または複数の一次遅れフィルタ回路それぞれの出力端と電気的に接続された入力端を有するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路の出力端と電気的に接続された演算処理装置と
を備えることを特徴とする、光検出用回路。
【請求項５】
前記電流電圧変換回路と前記一次遅れフィルタ回路との間に電気的に接続された暗電流除去回路を更に備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光検出用回路。
【請求項６】
入射光量に応じた光電子を放出する光電陰極、前記光電子を増倍する増倍部、及び前記増倍部によって増倍された電子を収集して出力電流を提供する陽極を有する光電子増倍管と、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出用回路と
を備えることを特徴とする、光検出器。
【請求項１】
光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、
前記陽極からの前記出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
前記電圧信号を成形する一次遅れフィルタ回路と、
前記一次遅れフィルタ回路を通過した前記電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記ディジタルデータを積算することにより前記入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段と
を備え、
前記光量データ生成手段は、前記ディジタルデータの値の減少に伴い積算時間をより長時間に設定することを特徴とする、光検出用回路。
【請求項２】
光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、
前記陽極からの前記出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
前記電圧信号を成形する複数の一次遅れフィルタ回路と、
前記複数の一次遅れフィルタ回路のそれぞれから出力された前記電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記複数の一次遅れフィルタ回路のそれぞれに対応する各ディジタルデータのうちいずれかの前記ディジタルデータを選択して積算することにより前記入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段と
を備え、
前記複数の一次遅れフィルタ回路におけるカットオフ周波数が互いに異なっており、
前記光量データ生成手段は、前記入射光量の減少に伴い、より低いカットオフ周波数の前記一次遅れフィルタ回路に対応する前記ディジタルデータを選択することを特徴とする、光検出用回路。
【請求項３】
光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、
前記陽極からの前記出力電流を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
カットオフ周波数が可変であり、前記電圧信号を成形する一次遅れフィルタ回路と、
前記入射光量の減少に伴い前記一次遅れフィルタ回路のカットオフ周波数を低下させるカットオフ周波数制御回路と、
前記一次遅れフィルタ回路を通過した前記電圧信号をディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記ディジタルデータを積算することにより前記入射光量に応じた光量データを生成する光量データ生成手段と
を備えることを特徴とする、光検出用回路。
【請求項４】
光電陰極への入射光量に応じた出力電流を陽極において提供する光電子増倍管に接続される光検出用回路であって、
前記陽極と電気的に接続された入力端を有する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路の出力端と電気的に接続された入力端を有する一または複数の一次遅れフィルタ回路と、
前記一または複数の一次遅れフィルタ回路それぞれの出力端と電気的に接続された入力端を有するＡ／Ｄ変換回路と、
前記Ａ／Ｄ変換回路の出力端と電気的に接続された演算処理装置と
を備えることを特徴とする、光検出用回路。
【請求項５】
前記電流電圧変換回路と前記一次遅れフィルタ回路との間に電気的に接続された暗電流除去回路を更に備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光検出用回路。
【請求項６】
入射光量に応じた光電子を放出する光電陰極、前記光電子を増倍する増倍部、及び前記増倍部によって増倍された電子を収集して出力電流を提供する陽極を有する光電子増倍管と、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光検出用回路と
を備えることを特徴とする、光検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３００７２８（Ｐ２００６−３００７２８Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２２７６４（Ｐ２００５−１２２７６４）
【出願日】平成１７年４月２０日（２００５．４．２０）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２０日（２００５．４．２０）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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