JP4040789B2 - 光計測装置、シンチレーションカウンタ、パーティクルカウンタ、光計測方法、シンチレーション計数方法及び粒子計数方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光計測装置、シンチレーションカウンタ、パーティクルカウンタ、光計測方法、シンチレーション計数方法及び粒子計数方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばシンチレータから発せられる蛍光のような微弱な光を計測する光計測装置として、光電子増倍管を用いた光計測装置が知られている。光電子増倍管は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出する光電面と、光電面から放出された光電子を増倍して出力する増倍部とを備えて構成される。従って、光電子増倍管から出力されるパルス電流の数を計数することで、入射した光束の光量を計測することが可能となる。
【０００３】
しかし、上記光計測装置を用いて精度の高い測定を行おうとすると、熱的なゆらぎ等に起因して放出される暗電流パルスがノイズとして作用する。これに対して、光電子増倍管を２つ並べ、当該２つの光電子増倍管の双方から同時に出力パルスが得られたときのみ、出力パルスを有効なものとする同時計数法なる手法が知られている。また、同時に複数個の光子が入射するマルチフォトン検出の場合は、出力パルスのピーク値が一定のしきい値以上となる場合にのみ、出力パルスを有効なものとする手法なども知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、同時計数法により暗電流パルスを除去する光計測装置においては、以下に示すような問題点があった。すなわち、２つの光電子増倍管、２つの高速処理回路及び同時計数回路が必要となることから装置が複雑化・大型化する。また、２つの光電子増倍管に同時に光子を入射させなくてはならないため、計数効率すなわち精度が低下する。
【０００５】
また、しきい値を設けて暗電流パルスを除去する光計測装置においては、以下に示すような問題点があった。すなわち、例えばMikio Yamashita, Osamu Yura and Yasushi Kawada: Utilization of High-Gain First-Dynode PMTs for Measuring the Average Numbers of Photoelectrons in Weak Light and Scintillations, Bulletin of the Electrotechnical Laboratory, Vol.47, Nos.9, 10, 1983に記載されているように、暗電流パルスは、光電面から単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する。しかし、光電子増倍管の出力波形においては、光電面から単一の光電子が放出された現象と複数の光電子が放出された現象とを完全に分離することができないため、暗電流パルスを除去しようとすると、しきい値を大きく（例えば４つの光電子に対応するピーク値）する必要がある。ここで、しきい値を大きくするに伴い暗電流パルスは効果的に除去できるようになるが、光電子の数え漏れも多く発生するようになり、計数効率すなわち精度が低下する。
【０００６】
これに対して、例えば特開平９−１９６７５２号公報、特開平９−３２９５４８号公報、特開平１０−２２７６９５号公報には、単一の光電子が放出された現象と複数の光電子が放出された現象とを分離して検出できる光計測装置が記載されているが、これらの光計測装置は、光電子数の平均値の推定等を行うものであり、暗電流パルスを除去することはできない。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を解決し、暗電流パルスを有効に除去することができ、精度の高い測定ができる光計測装置及びこれを用いたシンチレーションカウンタ、パーティクルカウンタ、並びに、光計測方法及びこれを用いたシンチレーション計数方法、粒子計数方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光計測装置は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出手段と、出力信号と所定のしきい値とを比較し、出力信号がしきい値よりも大きい場合にのみ出力信号を出力する比較手段と、しきい値を設定する設定手段とを備え、設定手段は、光が入射しないダーク状態における光検出手段の出力信号の波高分布のピーク値を測定し、該ピーク値を光検出手段により放出される光電子が１つである場合の出力信号として求めると共に、該ピーク値を２倍した値を光検出手段により放出される光電子が２つである場合の出力信号として求め、光検出手段により放出される光電子が１つである場合の出力信号より大きい値であって、且つ、光検出手段により放出される光電子が２つである場合の出力信号より小さい値をしきい値として設定することを特徴としている。
【０００９】
光検出手段により光電子の数に応じた出力信号を出力し、光電子が１つである場合の出力信号より大きく光電子が２つである場合の出力信号より小さいしきい値よりも大きい出力信号のみを出力することで、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できる。一方、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００１０】
単一の光電子が放出された場合の出力信号、あるいは、暗電流パルスの出力信号は、周囲温度等の使用環境により変動する。従って、しきい値を設定する設定手段を有することで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。
【００１１】
光電子が１つである場合の出力信号を測定し、出力信号の１〜２倍の範囲にしきい値を設定することで、光電子が１つである場合の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００１２】
また、本発明の光計測装置は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、該光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出手段と、出力信号と所定のしきい値とを比較し、出力信号がしきい値よりも大きい場合にのみ出力信号を出力する比較手段と、しきい値を設定する設定手段とを備え、設定手段は、光検出手段により光束が検出されない暗状態の出力信号を一定期間測定し、該出力信号の最大値を光検出手段により放出される光電子が１つである場合の出力信号として求め、光検出手段により放出される光電子が１つである場合の出力信号をしきい値として設定することを特徴としている。
【００１３】
光検出手段により光電子の数に応じた出力信号を出力し、光電子が１つである場合の出力信号に設定されたしきい値よりも大きい出力信号のみを出力することで、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できる。一方、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００１４】
単一の光電子が放出された場合の出力信号、あるいは、暗電流パルスの出力信号は、周囲温度等の使用環境により変動する。従って、しきい値を設定する設定手段を有することで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。
【００１５】
暗状態の出力信号を一定期間測定し、当該出力信号の最大値をしきい値として設定することで、暗状態の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００１６】
また、本発明の光計測装置においては、しきい値は、光検出手段により放出される光電子が１つである場合の出力信号の１．２〜１．８倍の範囲であることが好適であり、１．３〜１．５倍の範囲であることがより好適である。
【００１７】
また、本発明の光計測装置においては、光検出手段は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出する光電面と、光電面から放出された光電子を加速する加速手段と、加速手段によって加速された光電子を入射させ、光電子の数に応じた信号を出力する半導体光検出器とを備えたことを特徴としてもよい。
【００１８】
上記光電面、加速手段及び半導体光検出器を備えた光検出手段を用いることで、光電面から同時（あるいは極めて近いタイミング）に放出される光電子が１つである場合と２つ以上である場合とを効果的に分離して検出することができる。
【００１９】
また、本発明の光計測装置においては、半導体光検出器は、アバランシェフォトダイオードであることが好適である。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明のシンチレーションカウンタは、シンチレータから発せられる蛍光を光計測装置を用いて計測し、蛍光を計数するシンチレーションカウンタであって、光計測装置は、上記いずれかの光計測装置であることを特徴としている。
【００２１】
上記いずれかの光計測装置を用いることで、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００２２】
また、上記課題を解決するために、本発明のパーティクルカウンタは、粒子によって散乱される散乱光を光計測装置を用いて計測し、粒子を計数するパーティクルカウンタであって、光計測装置は、上記いずれかの光計測装置であることを特徴としている。
【００２３】
上記いずれかの光計測装置を用いることで、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００２４】
また、上記課題を解決するために、本発明の光計測方法は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出工程と、出力信号と所定のしきい値とを比較し、出力信号がしきい値よりも大きい場合にのみ出力信号を出力する比較工程と、しきい値を設定する設定工程とを備え、設定工程では、光が入射しないダーク状態における光検出工程における出力信号の波高分布のピーク値を測定し、該ピーク値を光検出工程において放出される光電子が１つである場合の出力信号として求めると共に、該ピーク値を２倍した値を光検出工程において放出される光電子が２つである場合の出力信号として求め、光検出工程において放出される光電子が１つである場合の出力信号より大きい値であって、且つ、光検出工程において放出される光電子が２つである場合の出力信号より小さい値をしきい値として設定することを特徴としている。
【００２５】
光検出工程において光電子の数に応じた出力信号を出力し、光電子が１つである場合の出力信号より大きく光電子が２つである場合の出力信号より小さいしきい値よりも大きい出力信号のみを出力することで、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できる。一方、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００２６】
単一の光電子が放出された場合の出力信号、あるいは、暗電流パルスの出力信号は、周囲温度等の使用環境により変動する。従って、しきい値を設定する設定工程を有することで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。
【００２７】
光電子が１つである場合の出力信号を測定し、出力信号の１〜２倍の範囲にしきい値を設定することで、光電子が１つである場合の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００２８】
また、本発明の光計測方法は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、該光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出工程と、出力信号と所定のしきい値とを比較し、出力信号がしきい値よりも大きい場合にのみ出力信号を出力する比較工程と、しきい値を設定する設定工程とを備え、設定工程では、光検出工程において光束が検出されない暗状態の出力信号を一定期間測定し、該出力信号の最大値を光検出工程において放出される光電子が１つである場合の出力信号として求め、光検出工程において放出される光電子が１つである場合の出力信号をしきい値として設定することを特徴としている。
【００２９】
光検出工程において光電子の数に応じた出力信号を出力し、光電子が１つである場合の出力信号に設定されたしきい値よりも大きい出力信号のみを出力することで、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できる。一方、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００３０】
単一の光電子が放出された場合の出力信号、あるいは、暗電流パルスの出力信号は、周囲温度等の使用環境により変動する。従って、しきい値を設定する設定工程を有することで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。
【００３１】
暗状態の出力信号を一定期間測定し、当該出力信号の最大値をしきい値として設定することで、暗状態の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００３２】
また、本発明の光計測方法においては、しきい値は、光検出工程において放出される光電子が１つである場合の出力信号の１．２〜１．８倍の範囲であることが好適であり、１．３〜１．５倍の範囲であることがより好適である。
【００３３】
また、上記課題を解決するために、本発明のシンチレーション計数方法は、シンチレータから発せられる蛍光を所定の光計測方法を用いて計測し、蛍光を計数するシンチレーション計数方法であって、光計測方法は、上記いずれかの光計測方法であることを特徴としている。
【００３４】
上記いずれかの光計測方法を用いることで、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００３５】
また、上記課題を解決するために、本発明の粒子計数方法は、粒子によって散乱される散乱光を所定の光計測方法を用いて計測し、粒子を計数する粒子計数方法であって、光計測方法は、上記いずれかの光計測方法であることを特徴としている。
【００３６】
上記いずれかの光計測方法を用いることで、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る液体シンチレーションカウンタについて図面を参照して説明する。本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタは、被測定対象（以下、サンプルという）から放出されるβ線を液体シンチレータによって光に変換し、かかるシンチレーション光（蛍光）をカウントすることによりサンプルの組成等を検出する装置である。尚、本発明の光計測装置は、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタに含まれる。まず、本実施形態に係る液体シンチレーションカウンタの構成について説明する。図１は本実施形態に係る液体シンチレーションカウンタの構成図である。
【００３８】
本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、試料室１２と計測室１４とを備えている。試料室１２には、サンプル１６と液体シンチレータ１８とを入れる複数のバイアル２０（容器）と、複数のバイアルを載置できるとともに回転可能に備えられた回転台２２とが設けられている。
【００３９】
液体シンチレータ１８としては、例えば２，５−ジフェニルオキサゾール(2,5-diphenyloxazole)をトルエンに溶かしたものなどが用いられる。かかる場合にサンプルからβ線が放出されると、液体シンチレータ１８からは波長３８０ｎｍの蛍光が発せられる。また、サンプルとしてトリチウムを用いると、この蛍光は、平均６０光子程度のパルス光となる。
【００４０】
計測室１４には、ハイブリッドフォトディテクタ（以下、ＨＰＤ２４という）、チャージアンプ２６、電圧アンプ２８、比較器３０（比較手段）、カウンタ３２、マルチチャネルアナライザ３４、ＣＰＵ３６（設定手段）、ディスプレイ３８及び切替スイッチ４０が設けられている。ここで、ＨＰＤ２４、チャージアンプ２６及び電圧アンプ２８は光検出部（光検出手段）を構成する。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００４１】
ＨＰＤ２４は、入射する光子の数に応じた光電子を放出する光電面２４ａと光電面２４ａから放出された光電子の数に応じた信号を出力する半導体光検出器であるアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ２４ｂという）とを、真空筐体２４ｃ内に対向配置して構成されている。ここで、光電面２４ａには、高圧電源２４ｄ（加速手段）によって負の高電圧（例えば−８ｋＶ）が印加されており、ＡＰＤ２４ｂのアノード−カソード間には、バイアス回路２４ｅによって逆バイアス電圧（例えば−１５０Ｖ）が印加されている。また、ＨＰＤ２４には、図示しない電子レンズ部が設けられており、光電面２４ａから放出された光電子を効率よくＡＰＤ２４ｂに入射させることができるようになっている。また、ＨＰＤ２４は、光電面２４ａが試料室１２に対向するように配置されており、液体シンチレータ１８から発せられた蛍光（の一部）を受光することができるようになっている。
【００４２】
光電面２４ａに光子が入射すると、光電面２４ａからは入射した光子の数に応じた光電子が放出される。かかる光電子は電界の作用によって加速され、電子レンズ部の作用によって収束されてＡＰＤ２４ｂに入射する。ＡＰＤ２４ｂに入射した光電子は、そのエネルギーを失う際に多数の正孔−電子対を生成し、これが初段の増倍率になる。初段の増倍率は、電子の加速電圧（光電面に印加した電圧）に依存し、かかる電圧が−８ｋＶの場合で約１２００となる。その後、電子はさらに５０倍程度にアバランシェ増倍する。その結果、ＡＰＤ２４ｂ全体で約６００００倍のゲインが得られる。ここで、初段の増倍率が約１２００と極めて大きいことから、ＡＰＤ２４ｂを用いたＨＰＤ２４の増倍ゆらぎは極めて小さい。従って、ＨＰＤ２４を用いることにより、図２に示すマルチフォトンに対する出力波高分布図からわかるように、光電面２４ａから放出された光電子がいくつであるかを区別して検出することができる。ここで、図２は、光電面２４ａの印加電圧を−８ｋＶ、ＡＰＤ２４ｂの逆バイアス電圧を−１５０Ｖとし、オルテック社の型番１４２Ａのプリアンプを用いて測定した結果である。
【００４３】
チャージアンプ２６は、図１に示すように、演算増幅器２６ａと、演算増幅器２６ａの−側入力端と出力端とを接続するキャパシタ２６ｂと、キャパシタ２６ｂと並列に接続された抵抗２６ｃとを備えて構成される。ここで、ＨＰＤ２４のＡＰＤ２４ｂから出力される信号は、演算増幅器２６ａの−側入力端に入力され、演算増幅器２６ａの＋側入力端は接地されている。チャージアンプ２６は、ＨＰＤ２４から出力される電荷量を積分し、電圧として出力する。例えば、キャパシタ２６ｂの容量値を１ｐＦ、抵抗２６ｃの抵抗値を１ＧΩとすると、チャージアンプ２６は、入力された１ｐＣの電荷量を１Ｖの電圧として出力する。この場合、出力される電圧波形の時定数は１ｍｓとなる。
【００４４】
電圧アンプ２８は、チャージアンプ２６から出力された電圧を増幅して出力する。増幅ゲインは、例えば５０倍に設定されている。
【００４５】
切替スイッチ４０は、ＣＰＵ３６からの指示により、電圧アンプ２８から出力される出力信号が、比較器３０またはマルチチャネルアナライザ３４のいずれか一方に出力されるように出力先を切り替える。
【００４６】
比較器３０は、電圧アンプ２８から出力される出力信号と所定のしきい値とを比較し、この出力信号がしきい値よりも大きい場合にのみ出力信号を出力する。より具体的には、比較器３０の＋側入力端には電圧アンプ２８からの出力信号が入力されており、−側入力端にはしきい値を決める基準電圧が入力されている。かかるしきい値は、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合の電圧アンプ２８からの出力信号より大きく、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子が２つである場合の電圧アンプ２８からの出力信号より小さい値に設定される。本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０の場合は、ＡＰＤ２４ｂのゲイン（６００００倍）、チャージアンプの変換ゲイン（１Ｖ／１ｐＣ）、電圧アンプ２８のゲイン（５０倍）等を考慮すると、光電子が１つである場合の上記出力信号は０．５Ｖ、光電子が２つである場合の上記出力信号は１．０Ｖとなることから、しきい値は０．５〜１．０Ｖの間に設定される。ここで、しきい値はＣＰＵ３６によって決定される。
【００４７】
カウンタ３２は、比較器３０から出力された出力パルスをカウントし、ＣＰＵ３２に対して出力する。また、マルチチャネルアナライザ３４は、電圧アンプ２８から出力される出力信号の波高値の分布を計測する。ディスプレイ３８は、カウンタ３２のカウント値、検出されたサンプルの組成等を表示する。
【００４８】
ＣＰＵ３６は、装置全体の制御を行う。より具体的には、切替スイッチ４０の制御、ディスプレイ３８の表示内容の制御、比較器３０のしきい値の決定、後述のシャッタの開閉制御などを行う。尚、しきい値のより具体的な決定方法については後述する。ＣＰＵ３６はまた、試料室１２の回転台２２の回転を制御し、測定を行いたいバイアル２０をＨＰＤ２４に対向する位置まで移動させる。
【００４９】
また、試料室１２を測定室１４とを隔てる壁面であって、ＨＰＤ２４の光電面２４ａに対向する位置には、シャッタ４０が設けられており、測定時にはシャッタ４０を開けることで、液体シンチレータ１８から発せられた蛍光（の一部）がＨＰＤ２４の光電面２４ａに入射する。一方、測定時以外は、シャッタ４０を閉じることで、液体シンチレータ１８から発せられた蛍光を遮断する。
【００５０】
以下、ＣＰＵ３６におけるしきい値の決定方法について具体的に説明する。しきい値を決定するためには、まず、シャッタ４０を閉じるとともに、切替スイッチ４０をマルチチャネルアナライザ３４側に切り替える。シャッタ４０を閉じることにより、ＨＰＤ２４に光が入射しない状態（以下、ダーク状態という）が形成される。ダーク状態においては光電面２４ａから光電子が１電子ずつ離散的に放出されるので、マルチチャネルアナライザ３４によってダーク状態における出力波高分布を計測することで、光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合に電圧アンプ２８から出力される出力信号を求めることができる。
【００５１】
より具体的には、マルチチャネルアナライザ３４によって検出される出力波高分布は図３に示すようなものになり、この出力波高分布がピーク値となる出力波高値が、光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合に電圧アンプ２８から出力される平均的な出力信号となる。一方、光電面２４ａから放出される光電子が２つである場合に電圧アンプ２８から出力される出力信号は、光電子が１つである場合の出力信号を２倍して求めればよい。
【００５２】
さらに、光電子が１つである場合の出力信号よりも大きく、光電子が２つである場合の出力信号よりも小さい範囲において、しきい値をどのような値とするかは以下のように定められる。すなわち、本願発明者らの実験によれば、ＨＰＤ２４の光電面２４ａに印加する電圧、及び、ＡＰＤ２４ｂの逆バイアス電圧を種々に変化させた場合の暗電流パルスの最大値は表１に示すようになる。尚、暗電流パルスの最大値は、光電子の数に換算してある。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１の結果と、光電子が２つ以上放出された場合の出力信号を有効に出力することとを考慮すると、しきい値は、光電子が１つである場合の出力信号の１．２倍より大きく、かつ、大きくなりすぎない値、すなわち、光電子が１つである場合の出力信号の１．２〜１．８倍の範囲であることが好ましく、１．３〜１．５倍の範囲であることがより好ましい。従って、ＣＰＵ３６は、しきい値をかかる範囲に決定する。
【００５５】
また、ダーク状態における出力波高分布を一定期間測定すれば、その中の最大波高値が求められる。かかる最大波高値、あるいは、最大波高値よりもわずかに大きい値をしきい値としてもよい。
【００５６】
続いて、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタの動作について説明し、併せて、本発明のシンチレーション計数方法について説明する。本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０を用いてサンプルの分析を行うためには、まず比較器３０のしきい値を決定する。しきい値の決定は、以下の手順で行われる。すなわち、まず、ＨＰＤ２４の光電面２４ａに負の高電圧（−８ｋＶ）を印加し、ＡＰＤ２４ｂに逆バイアス電圧を印加した状態で、シャッタ４０を閉じてダーク状態とする。また、切替スイッチ４０をマルチチャネルアナライザ側に切り替え、出力波高分布を計測する。
【００５７】
出力波高分布は図３に示すようなものになり、出力波高分布がピークとなる値（１２００チャネル）から、光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合に電圧アンプ２８から出力される平均的な出力信号は０．５６Ｖ（計算値は０．５０Ｖ）と求められる。その後、ＣＰＵ３６によって、光電子が１つである場合の出力信号の例えば１．４倍に相当する０．７８Ｖがしきい値として決定され、比較器３０の基準電圧が当該しきい値に設定される。ここで、ＨＰＤ２４のゲインや電源からの電圧等は周囲温度や使用条件によって微妙に異なるので、正確な計測を行うためには、計測開始前に、その都度上記基準電圧の設定を行うことが好ましい。尚、基準電圧の設定が終わると、ＣＰＵ３６によって切り替えスイッチ４０が比較器３０側に切り替えられる。
【００５８】
ここで、図３に示すように、光電子が１つである場合の出力信号に広がりが生じるのは、ＨＰＤ２４の増倍ゆらぎやチャージアンプ２６等のノイズに起因するが、ＨＰＤ２４の増倍ゆらぎは光電子増倍管などのそれと比較して極めて小さいため、適切なしきい値を設定することが可能となる。
【００５９】
サンプル１６及び液体シンチレータ１８は、以下のようにセットされる。サンプル１６としては、例えば、ホルモンや腫瘍マーカなどの抗原とβ線源であるトリチウムで標識された抗体とが抗原・抗体反応した後の生成物が対象となる。この場合、発せられるβ線量が多いほど抗原が多く存在していることを示すので、ホルモンの異常や腫瘍の有無などを検出することができる。サンプル１６がバイアル２０に挿入された後、バイアル２０は液体シンチレータ１８によって満たされる。また、サンプル１６及び液体シンチレータ１８を入れたバイアル２０が回転台２２に載置されると、ＣＰＵ３６からの指示により回転台２２が回転し、バイアル２０が計測位置、すなわち、ＨＰＤ２４に対向する位置に配置される。
【００６０】
バイアル２０が計測位置に配置されると、ＣＰＵ３６によってシャッタ４０が開かれ、計測が開始される。液体シンチレータ１８から発せられた蛍光（の一部）は、ＨＰＤ２４の光電面２４ａに入射する。光電面２４ａに光子が入射すると、光電面２４ａからは入射した光子の数に応じた光電子が放出され、光電子は電界の作用によって加速され、電子レンズ部の作用によって収束されてＡＰＤ２４ｂに入射する。ＡＰＤ２４ｂに入射した光電子は、そのエネルギーを失う際に多数の正孔−電子対を生成し、さらにアバランシェ増倍して出力される。
【００６１】
ＨＰＤ２４から出力された電荷は、チャージアンプ２６によって増幅されて電圧として出力され、さらに電圧アンプ２８によって増幅される。電圧アンプ２８から出力される出力信号は比較器３０に入力されるが、比較器３０の基準電圧は光電子が１つである場合の出力信号の１．４倍に相当する０．７８Ｖに設定されていることから、光電子が１つである場合の出力信号に相当する暗電流パルスは比較器３０から出力されない。一方、光電子が２つ以上である場合の出力信号は比較器３０から効果的に出力される。
【００６２】
ここで、液体シンチレータ１８からの蛍光により光電子が１つ放出される場合も考えられるが、液体シンチレータ１８を用いた放射線検出等などの場合は、１イベントで複数の光子を放出する場合が多く、光電子が１つ放出される場合の出力信号を暗電流パルスとともに除去してしまっても特に問題はない。
【００６３】
比較器３０から出力された出力信号は、カウンタ３２によってカウントされ、このカウント値がＣＰＵ３６に出力される。その後ＣＰＵ３６により、当該カウント値に基づいて、ホルモンの異常や腫瘍の有無などが判断され、その結果がディスプレイ３８に表示される。
【００６４】
続いて、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタの作用、効果について説明する。本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、ＨＰＤ２４により光電子の数に応じた信号を出力し、また、比較器３０により光電子が１つである場合の出力信号の１．４倍に相当するしきい値よりも大きい出力信号のみを出力する。従って、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。その結果、精度の高い測定が可能となる。
【００６５】
暗電流パルスを形成する光電子が光電面から放出される頻度は、光電面の大きさ、種類等にも依存するが、概ね、数十〜数千カウント／秒である。従って、微弱光の検出においては、かかる暗電流パルスが大きなノイズとなり、それを除去するために、計数効率を低下させている。これに対して、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、暗電流パルスを効果的に除去することができるため、計数効率が向上する。
【００６６】
比較のため、従来の同時計数法による液体シンチレーションカウンタと本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０それぞれの計数効率を図４に示す。横軸は１イベントで発生する平均光子数を表し、縦軸は計数効率を表す。同時計数法による液体シンチレーションカウンタにおいては、２個の光電子増倍管それぞれに入射する光子数の比が３：７程度になることが多い。そこで、同時計数法による液体シンチレーションカウンタにおいては、光がこの割合で光電子増倍管に導かれたときに、２個の光電子増倍管で光が同時に検出される確率を計数効率とした。また、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０においては、シンチレーション光の７０％をＨＰＤ２４に入射させた場合（集光率７０％）、または、シンチレーション光の８５％をＨＰＤ２４に入射させた場合（集光率８５％）それぞれについて、光電子が２つ以上検出される確率を計数効率とした。例えば、１イベントで発生する平均光子数が３である場合について比較すると、同時計数法による液体シンチレーションカウンタの集光効率が５２％程度であるのに対し、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０の計数効率は、６２％（集光率７０％）または７２％（集光率８５％）となっており、同時計数法による液体シンチレーションカウンタと比較して集光効率が向上している。尚、簡単のため、光電面２４ａの量子効率は１００％としている。
【００６７】
また、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、２つの光電子増倍管、２つの高速処理回路及び同時計数回路などが不要であるため、同時計数法による液体シンチレーションカウンタと比較した場合、装置を小型化、単純化することができる。また、同時計数等の必要がないことから、高速処理の必要性も緩和される。
【００６８】
また、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、ＣＰＵ３６により比較器３０の基準電圧（しきい値）を設定可能としたことで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。その結果、使用環境によらず、精度の高い測定が可能となる。
【００６９】
また、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタは、マルチチャネルアナライザ３４によって、光電子が１つである場合の出力信号を測定し、ＣＰＵ３０によって当該出力信号の１〜２倍の範囲（具体的には１．４倍）にしきい値を設定する。従って、光電子が１つである場合の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００７０】
また、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、ＡＰＤ２４ｂを含むＨＰＤ２４によって光の検出を行うことで、光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合と２つ以上である場合とを効果的に分離して検出することができる。その結果、光電子が１つである場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを極めて効果的に除去することが可能となる。
【００７１】
続いて、本発明の実施形態にかかるパーティクルカウンタについて説明する。本実施形態にかかるパーティクルカウンタは、水や大気などのサンプルに光を照射し、当該サンプルに混入している異物によって散乱される散乱光を検出し、当該異物の粒径や数を計測する装置である。尚、上記実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタと同一の構成要素については同一の番号を付し、重複する説明を省略する。まず、本実施形態に係るパーティクルカウンタの構成について説明する。図５は本実施形態に係るパーティクルカウンタの構成図である。
【００７２】
本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、試料室５２と光源室５４と計測室５６とを備えている。試料室５２には、サンプル５８を流すための管であるキャピラリ６０と、サンプル５８内に含まれる異物６２による散乱光を集光して計測室５６に入射させる湾曲ミラー６４とが設けられている。光源室５４には、サンプル５８を照射するための照射光を発する光源６６と、光源６６から照射された照射光を集光する集光レンズ６８が設けられている。
【００７３】
計測室５６には、ＨＰＤ２４、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０、ゲイン調整アンプ７２、比較器３０、Ａ／Ｄ変換器７４、マルチチャネルカウンタ７６、ピークホールド回路７８、ＣＰＵ３６、ディスプレイ３８及び切替スイッチ４０が設けられている。ここで、ＨＰＤ２４とＩ／Ｖ変換アンプ７０とで、光検出部を構成する。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００７４】
Ｉ／Ｖ変換アンプ７０は、ＨＰＤ２４から出力される電流（電荷量）を積分し、電圧として出力する。ここで、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０は、チャージアンプ等と比較して高速応答性を有するため、高頻度に入射する光の検出をする際に有効である。
【００７５】
切替スイッチ４０は、ＣＰＵ３６からの指示により、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０から出力される出力信号が、比較器３０等またはピークホールド回路７８のいずれか一方に出力されるように出力先を切り替える。
【００７６】
比較器３０は、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０から出力される出力信号と所定のしきい値とを比較し、この出力信号がしきい値よりも大きい場合に、Ａ／Ｄ変換器７４にトリガ信号を出力する。かかるしきい値は、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合のＩ／Ｖ変換アンプ７０からの出力信号より大きく、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子が２つである場合のＩ／Ｖ変換アンプ７０からの出力信号より小さい値に設定されている。
【００７７】
Ａ／Ｄ変換器７４は、比較器３０からのトリガ信号を受けて、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０から出力された出力信号をＡ／Ｄ変換し、マルチチャネルカウンタ７６に対して出力する。その際、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出された光電子の数をデジタル値として出力するように分解能が調節されている。すなわち、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから２個の光電子が放出された場合はデジタル値”２”、３個の光電子が放出された場合はデジタル値”３”、４個の光電子が放出された場合はデジタル値”４”がそれぞれ出力される。ただし、Ａ／Ｄ変換器７４は、比較器３０からのトリガ信号を受けてＡ／Ｄ変換を行い、また、比較器３０のしきい値は、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合のＩ／Ｖ変換アンプ７０からの出力信号より大きく設定されていることから、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから１個の光電子が放出された場合に、Ａ／Ｄ変換器７４から信号は出力されない。また、ゲイン調整アンプ７２は、ＣＰＵ３６からの指示により、Ａ／Ｄ変換器７４のゲインを調整する。
【００７８】
マルチチャネルカウンタ７６は、Ａ／Ｄ変換器７４から出力された信号を、その出力値毎にカウントして、ＣＰＵ３６に対して出力する。従って、マルチチャネルカウンタ７６では、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子数の分布（入射する光子数の分布に対応）が得られる。
【００７９】
また、ピークホールド回路７８は、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０から出力された出力信号のピーク値をホールドしてＣＰＵ３６に出力する。従って、ダーク状態で切替スイッチ４０をピークホールド回路７８側に切り替えることで、一定期間内の暗電流パルスの最大値を測定することが可能となる。
【００８０】
続いて、本実施形態にかかるパーティクルカウンタの動作について説明し、併せて、本発明の粒子計数方法について説明する。本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０を用いてサンプル６０の分析を行うためには、まず比較器３０のしきい値を決定する。しきい値の決定は、以下の手順で行われる。すなわち、シャッタ４０を閉じてダーク状態を形成し、切替スイッチ４０をピークホールド回路７８側に切り替えて、一定期間、暗電流パルスを計測する。その際のピークホールド回路７８の出力値、すなわち、かかる期間中の出力信号の最大値をしきい値として決定する。
【００８１】
しきい値の設定が終わると、ＣＰＵ３６によって切替スイッチ４０が比較器３０側に切り替えられ、計測が開始される。計測は、キャピラリ６０内に水などのサンプル５８を流し、光源６６からサンプル５８に光を照射して行う。サンプル５８に異物６２が含まれていない場合は、光源６６から照射された光はキャピラリ６０、サンプル５８を透過し、ＨＰＤ２４には入射しない。一方、サンプル５８に異物６２が含まれている場合は、光源６６から照射された光は異物６２によって散乱し、その一部がＨＰＤ２４に入射する。
【００８２】
ＨＰＤ２４に光が入射すると、光電面２４ａから光電子が放出され、かかる光電子はＡＰＤ２４ｂによって増倍されて出力される。出力電流は、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０によって電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換器７４によってＡ／Ｄ変換された後、マルチチャネルカウンタ７６によってカウントされる。ここで、比較器３０の基準電圧は暗電流パルスの最大値（光電子が１つである場合の出力信号の１．３〜１．５倍相当）に設定されていることから、光電子が１つである場合の出力信号に相当する暗電流パルスはＡ／Ｄ変換されず、従ってＡ／Ｄ変換器７４から出力されない。一方、光電子が２つ以上である場合の出力信号はＡ／Ｄ変換され、Ａ／Ｄ変換器７４から効果的に出力される。
【００８３】
Ａ／Ｄ変換器７４から出力された信号は、マルチチャネルカウンタ７６によって出力値毎にカウントされ、光電子数の分布（入射する光子数の分布に対応）が、ＣＰＵ３６に対して出力される。ここで、入射する光子数は異物６２の粒径に依存するため、ＣＰＵ３６によって、入射する光子数の分布から異物６２の粒径分布が算出され、図６に示すように、ディスプレイ３８に表示される。
【００８４】
続いて、本実施形態にかかるパーティクルカウンタの作用、効果について説明する。本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、ＨＰＤ２４により光電子の数に応じた信号を出力し、また、Ａ／Ｄ変換器７４は比較器３０からのトリガ信号により信号を出力する。従って、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。その結果、精度の高い測定が可能となる。
【００８５】
ここで、パーティクルカウンタにおいては、量子効率を高めるべくＧａＡｓ系の光電面を用い、集光効率を高めるべく光電面の面積を大きくすると、暗電流パルスを形成する光電子が光電面から放出される頻度は、数十万カウント／秒となることもある。この場合、Ａ／Ｄ変換を行うための時間を１μｓ程度とすると、暗電流パルスの計測時間が全体の約１０％を占めてしまうことになり、計測したい散乱光を数え落とす可能性が極めて高くなる。これに対して、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、暗電流パルスをＡ／Ｄ変換せず、信号光である散乱光による出力信号のみをＡ／Ｄ変換するため、効率よく、精度の高い計測が可能となる。従って、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、例えば、半導体装置製造のためのクリーンルーム内の大気や洗浄水に含まれる異物（ゴミや塵など）の数や粒径を正確に把握し、制御するために極めて有用である。
【００８６】
また、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、２つの光電子増倍管、２つの高速処理回路及び同時計数回路などが不要であるため、同時計数法によるパーティクルカウンタと比較した場合、装置を小型化、単純化することができる。また、同時計数等の必要がないことから、高速処理の必要性も緩和される。
【００８７】
また、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、ＣＰＵ３６により比較器３０の基準電圧（しきい値）を設定可能としたことで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。その結果、使用環境によらず、精度の高い測定が可能となる。
【００８８】
また、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、ピークホールド回路７８によって一定期間中の暗電流パルスの最大値を計測し、かかる最大値をしきい値として決定することで、暗電流パルスの大きさがあらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００８９】
また、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、ＡＰＤ２４ｂを含むＨＰＤ２４によって光の検出を行うことで、光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合と２つ以上である場合とを効果的に分離して検出することができる。その結果、光電子が１つである場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを極めて効果的に除去することが可能となる。
【００９０】
上記実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０あるいはパーティクルカウンタ５０においては、半導体光検出器としてＡＰＤ２４ｂを用いていたが、これは、フォトダイオードなどでもよい。
【００９１】
また、上記実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０あるいはパーティクルカウンタ５０においては、ＣＰＵ３６によってしきい値を決定して設定していたが、これは、調節つまみなどを用いて手動で設定してもよい。
【００９２】
【発明の効果】
本発明の光計測装置又は光計測方法は、光検出手段あるいは光検出工程によって光電子の数に応じた出力信号を出力し、また、かかる出力信号のうち所定のしきい値以上の信号のみを出力する。従って、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。その結果、精度の高い測定ができる
また、本発明の光計測装置又は光計測方法においては、しきい値を設定する設定手段あるいは設定工程を有することで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。その結果、使用環境に関わらず精度の高い測定が可能となる。
【００９３】
また、本発明の光計測装置又は光計測方法においては、光電子が１つである場合の出力信号を測定し、出力信号の１〜２倍の範囲にしきい値を設定することで、光電子が１つである場合の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。その結果、光電子が１つである場合の出力信号があらかじめわからない場合であっても、精度の高い測定が可能となる。
【００９４】
また、本発明の光計測装置又は光計測方法においては、暗状態の出力信号を一定期間測定し、当該出力信号の最大値をしきい値として設定することで、暗状態の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。その結果、暗状態の出力信号があらかじめわからない場合であっても、精度の高い測定が可能となる。
【００９５】
また、本発明の光計測装置においては、光電面、加速手段及び半導体光検出器を備えた光検出手段を用いることで、光電面から同時（あるいは極めて近いタイミング）に放出される光電子が１つである場合と２つ以上である場合とを効果的に分離して検出することができる。その結果、極めて精度の高い測定が可能となる。
【００９６】
また、本発明のシンチレーションカウンタまたはシンチレーション計数方法は、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。その結果、精度の高いシンチレーションの計数が可能となる。
【００９７】
また、本発明のパーティクルカウンタまたは粒子計数方法は、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。その結果、精度の高い粒子の計数が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液体シンチレーションカウンタの構成図である。
【図２】出力波高分布図である。
【図３】出力波高分布図である。
【図４】計数効率を示すグラフである。
【図５】パーティクルカウンタの構成図である。
【図６】ディスプレイの表示内容を示す図である。
【符号の説明】
１０…液体シンチレーションカウンタ、１２，５２…試料室、１４，５６…測定室、１６，５８…サンプル、１８…液体シンチレータ、２０…バイアル、２２…回転台、２４…ＨＰＤ、２６…チャージアンプ、２８…電圧アンプ、３０…比較器、３２…カウンタ、３４…マルチチャネルアナライザ、３６…ＣＰＵ、３８…ディスプレイ、４０…シャッタ、５０…パーティクルカウンタ、５４…光源室、６０…キャピラリ、６２…異物、６４…湾曲ミラー、６６…光源、６８…集光レンズ、７０…Ｉ／Ｖ変換アンプ、７２…ゲイン調整アンプ、７４…Ａ／Ｄ変換器、７６…マルチチャネルカウンタ、７８…ピークホールド回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光計測装置、シンチレーションカウンタ、パーティクルカウンタ、光計測方法、シンチレーション計数方法及び粒子計数方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばシンチレータから発せられる蛍光のような微弱な光を計測する光計測装置として、光電子増倍管を用いた光計測装置が知られている。光電子増倍管は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出する光電面と、光電面から放出された光電子を増倍して出力する増倍部とを備えて構成される。従って、光電子増倍管から出力されるパルス電流の数を計数することで、入射した光束の光量を計測することが可能となる。
【０００３】
しかし、上記光計測装置を用いて精度の高い測定を行おうとすると、熱的なゆらぎ等に起因して放出される暗電流パルスがノイズとして作用する。これに対して、光電子増倍管を２つ並べ、当該２つの光電子増倍管の双方から同時に出力パルスが得られたときのみ、出力パルスを有効なものとする同時計数法なる手法が知られている。また、同時に複数個の光子が入射するマルチフォトン検出の場合は、出力パルスのピーク値が一定のしきい値以上となる場合にのみ、出力パルスを有効なものとする手法なども知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、同時計数法により暗電流パルスを除去する光計測装置においては、以下に示すような問題点があった。すなわち、２つの光電子増倍管、２つの高速処理回路及び同時計数回路が必要となることから装置が複雑化・大型化する。また、２つの光電子増倍管に同時に光子を入射させなくてはならないため、計数効率すなわち精度が低下する。
【０００５】
また、しきい値を設けて暗電流パルスを除去する光計測装置においては、以下に示すような問題点があった。すなわち、例えばMikio Yamashita, Osamu Yura and Yasushi Kawada: Utilization of High-Gain First-Dynode PMTs for Measuring the Average Numbers of Photoelectrons in Weak Light and Scintillations, Bulletin of the Electrotechnical Laboratory, Vol.47, Nos.9, 10, 1983に記載されているように、暗電流パルスは、光電面から単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する。しかし、光電子増倍管の出力波形においては、光電面から単一の光電子が放出された現象と複数の光電子が放出された現象とを完全に分離することができないため、暗電流パルスを除去しようとすると、しきい値を大きく（例えば４つの光電子に対応するピーク値）する必要がある。ここで、しきい値を大きくするに伴い暗電流パルスは効果的に除去できるようになるが、光電子の数え漏れも多く発生するようになり、計数効率すなわち精度が低下する。
【０００６】
これに対して、例えば特開平９−１９６７５２号公報、特開平９−３２９５４８号公報、特開平１０−２２７６９５号公報には、単一の光電子が放出された現象と複数の光電子が放出された現象とを分離して検出できる光計測装置が記載されているが、これらの光計測装置は、光電子数の平均値の推定等を行うものであり、暗電流パルスを除去することはできない。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点を解決し、暗電流パルスを有効に除去することができ、精度の高い測定ができる光計測装置及びこれを用いたシンチレーションカウンタ、パーティクルカウンタ、並びに、光計測方法及びこれを用いたシンチレーション計数方法、粒子計数方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の光計測装置は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出手段と、出力信号と所定のしきい値とを比較し、出力信号がしきい値よりも大きい場合にのみ出力信号を出力する比較手段と、しきい値を設定する設定手段とを備え、設定手段は、光が入射しないダーク状態における光検出手段の出力信号の波高分布のピーク値を測定し、該ピーク値を光検出手段により放出される光電子が１つである場合の出力信号として求めると共に、該ピーク値を２倍した値を光検出手段により放出される光電子が２つである場合の出力信号として求め、光検出手段により放出される光電子が１つである場合の出力信号より大きい値であって、且つ、光検出手段により放出される光電子が２つである場合の出力信号より小さい値をしきい値として設定することを特徴としている。
【０００９】
光検出手段により光電子の数に応じた出力信号を出力し、光電子が１つである場合の出力信号より大きく光電子が２つである場合の出力信号より小さいしきい値よりも大きい出力信号のみを出力することで、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できる。一方、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００１０】
単一の光電子が放出された場合の出力信号、あるいは、暗電流パルスの出力信号は、周囲温度等の使用環境により変動する。従って、しきい値を設定する設定手段を有することで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。
【００１１】
光電子が１つである場合の出力信号を測定し、出力信号の１〜２倍の範囲にしきい値を設定することで、光電子が１つである場合の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００１２】
また、本発明の光計測装置は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、該光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出手段と、出力信号と所定のしきい値とを比較し、出力信号がしきい値よりも大きい場合にのみ出力信号を出力する比較手段と、しきい値を設定する設定手段とを備え、設定手段は、光検出手段により光束が検出されない暗状態の出力信号を一定期間測定し、該出力信号の最大値を光検出手段により放出される光電子が１つである場合の出力信号として求め、光検出手段により放出される光電子が１つである場合の出力信号をしきい値として設定することを特徴としている。
【００１３】
光検出手段により光電子の数に応じた出力信号を出力し、光電子が１つである場合の出力信号に設定されたしきい値よりも大きい出力信号のみを出力することで、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できる。一方、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００１４】
単一の光電子が放出された場合の出力信号、あるいは、暗電流パルスの出力信号は、周囲温度等の使用環境により変動する。従って、しきい値を設定する設定手段を有することで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。
【００１５】
暗状態の出力信号を一定期間測定し、当該出力信号の最大値をしきい値として設定することで、暗状態の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００１６】
また、本発明の光計測装置においては、しきい値は、光検出手段により放出される光電子が１つである場合の出力信号の１．２〜１．８倍の範囲であることが好適であり、１．３〜１．５倍の範囲であることがより好適である。
【００１７】
また、本発明の光計測装置においては、光検出手段は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出する光電面と、光電面から放出された光電子を加速する加速手段と、加速手段によって加速された光電子を入射させ、光電子の数に応じた信号を出力する半導体光検出器とを備えたことを特徴としてもよい。
【００１８】
上記光電面、加速手段及び半導体光検出器を備えた光検出手段を用いることで、光電面から同時（あるいは極めて近いタイミング）に放出される光電子が１つである場合と２つ以上である場合とを効果的に分離して検出することができる。
【００１９】
また、本発明の光計測装置においては、半導体光検出器は、アバランシェフォトダイオードであることが好適である。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明のシンチレーションカウンタは、シンチレータから発せられる蛍光を光計測装置を用いて計測し、蛍光を計数するシンチレーションカウンタであって、光計測装置は、上記いずれかの光計測装置であることを特徴としている。
【００２１】
上記いずれかの光計測装置を用いることで、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００２２】
また、上記課題を解決するために、本発明のパーティクルカウンタは、粒子によって散乱される散乱光を光計測装置を用いて計測し、粒子を計数するパーティクルカウンタであって、光計測装置は、上記いずれかの光計測装置であることを特徴としている。
【００２３】
上記いずれかの光計測装置を用いることで、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００２４】
また、上記課題を解決するために、本発明の光計測方法は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出工程と、出力信号と所定のしきい値とを比較し、出力信号がしきい値よりも大きい場合にのみ出力信号を出力する比較工程と、しきい値を設定する設定工程とを備え、設定工程では、光が入射しないダーク状態における光検出工程における出力信号の波高分布のピーク値を測定し、該ピーク値を光検出工程において放出される光電子が１つである場合の出力信号として求めると共に、該ピーク値を２倍した値を光検出工程において放出される光電子が２つである場合の出力信号として求め、光検出工程において放出される光電子が１つである場合の出力信号より大きい値であって、且つ、光検出工程において放出される光電子が２つである場合の出力信号より小さい値をしきい値として設定することを特徴としている。
【００２５】
光検出工程において光電子の数に応じた出力信号を出力し、光電子が１つである場合の出力信号より大きく光電子が２つである場合の出力信号より小さいしきい値よりも大きい出力信号のみを出力することで、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できる。一方、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００２６】
単一の光電子が放出された場合の出力信号、あるいは、暗電流パルスの出力信号は、周囲温度等の使用環境により変動する。従って、しきい値を設定する設定工程を有することで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。
【００２７】
光電子が１つである場合の出力信号を測定し、出力信号の１〜２倍の範囲にしきい値を設定することで、光電子が１つである場合の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００２８】
また、本発明の光計測方法は、入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、該光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出工程と、出力信号と所定のしきい値とを比較し、出力信号がしきい値よりも大きい場合にのみ出力信号を出力する比較工程と、しきい値を設定する設定工程とを備え、設定工程では、光検出工程において光束が検出されない暗状態の出力信号を一定期間測定し、該出力信号の最大値を光検出工程において放出される光電子が１つである場合の出力信号として求め、光検出工程において放出される光電子が１つである場合の出力信号をしきい値として設定することを特徴としている。
【００２９】
光検出工程において光電子の数に応じた出力信号を出力し、光電子が１つである場合の出力信号に設定されたしきい値よりも大きい出力信号のみを出力することで、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できる。一方、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００３０】
単一の光電子が放出された場合の出力信号、あるいは、暗電流パルスの出力信号は、周囲温度等の使用環境により変動する。従って、しきい値を設定する設定工程を有することで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。
【００３１】
暗状態の出力信号を一定期間測定し、当該出力信号の最大値をしきい値として設定することで、暗状態の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００３２】
また、本発明の光計測方法においては、しきい値は、光検出工程において放出される光電子が１つである場合の出力信号の１．２〜１．８倍の範囲であることが好適であり、１．３〜１．５倍の範囲であることがより好適である。
【００３３】
また、上記課題を解決するために、本発明のシンチレーション計数方法は、シンチレータから発せられる蛍光を所定の光計測方法を用いて計測し、蛍光を計数するシンチレーション計数方法であって、光計測方法は、上記いずれかの光計測方法であることを特徴としている。
【００３４】
上記いずれかの光計測方法を用いることで、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００３５】
また、上記課題を解決するために、本発明の粒子計数方法は、粒子によって散乱される散乱光を所定の光計測方法を用いて計測し、粒子を計数する粒子計数方法であって、光計測方法は、上記いずれかの光計測方法であることを特徴としている。
【００３６】
上記いずれかの光計測方法を用いることで、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る液体シンチレーションカウンタについて図面を参照して説明する。本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタは、被測定対象（以下、サンプルという）から放出されるβ線を液体シンチレータによって光に変換し、かかるシンチレーション光（蛍光）をカウントすることによりサンプルの組成等を検出する装置である。尚、本発明の光計測装置は、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタに含まれる。まず、本実施形態に係る液体シンチレーションカウンタの構成について説明する。図１は本実施形態に係る液体シンチレーションカウンタの構成図である。
【００３８】
本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、試料室１２と計測室１４とを備えている。試料室１２には、サンプル１６と液体シンチレータ１８とを入れる複数のバイアル２０（容器）と、複数のバイアルを載置できるとともに回転可能に備えられた回転台２２とが設けられている。
【００３９】
液体シンチレータ１８としては、例えば２，５−ジフェニルオキサゾール(2,5-diphenyloxazole)をトルエンに溶かしたものなどが用いられる。かかる場合にサンプルからβ線が放出されると、液体シンチレータ１８からは波長３８０ｎｍの蛍光が発せられる。また、サンプルとしてトリチウムを用いると、この蛍光は、平均６０光子程度のパルス光となる。
【００４０】
計測室１４には、ハイブリッドフォトディテクタ（以下、ＨＰＤ２４という）、チャージアンプ２６、電圧アンプ２８、比較器３０（比較手段）、カウンタ３２、マルチチャネルアナライザ３４、ＣＰＵ３６（設定手段）、ディスプレイ３８及び切替スイッチ４０が設けられている。ここで、ＨＰＤ２４、チャージアンプ２６及び電圧アンプ２８は光検出部（光検出手段）を構成する。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００４１】
ＨＰＤ２４は、入射する光子の数に応じた光電子を放出する光電面２４ａと光電面２４ａから放出された光電子の数に応じた信号を出力する半導体光検出器であるアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ２４ｂという）とを、真空筐体２４ｃ内に対向配置して構成されている。ここで、光電面２４ａには、高圧電源２４ｄ（加速手段）によって負の高電圧（例えば−８ｋＶ）が印加されており、ＡＰＤ２４ｂのアノード−カソード間には、バイアス回路２４ｅによって逆バイアス電圧（例えば−１５０Ｖ）が印加されている。また、ＨＰＤ２４には、図示しない電子レンズ部が設けられており、光電面２４ａから放出された光電子を効率よくＡＰＤ２４ｂに入射させることができるようになっている。また、ＨＰＤ２４は、光電面２４ａが試料室１２に対向するように配置されており、液体シンチレータ１８から発せられた蛍光（の一部）を受光することができるようになっている。
【００４２】
光電面２４ａに光子が入射すると、光電面２４ａからは入射した光子の数に応じた光電子が放出される。かかる光電子は電界の作用によって加速され、電子レンズ部の作用によって収束されてＡＰＤ２４ｂに入射する。ＡＰＤ２４ｂに入射した光電子は、そのエネルギーを失う際に多数の正孔−電子対を生成し、これが初段の増倍率になる。初段の増倍率は、電子の加速電圧（光電面に印加した電圧）に依存し、かかる電圧が−８ｋＶの場合で約１２００となる。その後、電子はさらに５０倍程度にアバランシェ増倍する。その結果、ＡＰＤ２４ｂ全体で約６００００倍のゲインが得られる。ここで、初段の増倍率が約１２００と極めて大きいことから、ＡＰＤ２４ｂを用いたＨＰＤ２４の増倍ゆらぎは極めて小さい。従って、ＨＰＤ２４を用いることにより、図２に示すマルチフォトンに対する出力波高分布図からわかるように、光電面２４ａから放出された光電子がいくつであるかを区別して検出することができる。ここで、図２は、光電面２４ａの印加電圧を−８ｋＶ、ＡＰＤ２４ｂの逆バイアス電圧を−１５０Ｖとし、オルテック社の型番１４２Ａのプリアンプを用いて測定した結果である。
【００４３】
チャージアンプ２６は、図１に示すように、演算増幅器２６ａと、演算増幅器２６ａの−側入力端と出力端とを接続するキャパシタ２６ｂと、キャパシタ２６ｂと並列に接続された抵抗２６ｃとを備えて構成される。ここで、ＨＰＤ２４のＡＰＤ２４ｂから出力される信号は、演算増幅器２６ａの−側入力端に入力され、演算増幅器２６ａの＋側入力端は接地されている。チャージアンプ２６は、ＨＰＤ２４から出力される電荷量を積分し、電圧として出力する。例えば、キャパシタ２６ｂの容量値を１ｐＦ、抵抗２６ｃの抵抗値を１ＧΩとすると、チャージアンプ２６は、入力された１ｐＣの電荷量を１Ｖの電圧として出力する。この場合、出力される電圧波形の時定数は１ｍｓとなる。
【００４４】
電圧アンプ２８は、チャージアンプ２６から出力された電圧を増幅して出力する。増幅ゲインは、例えば５０倍に設定されている。
【００４５】
切替スイッチ４０は、ＣＰＵ３６からの指示により、電圧アンプ２８から出力される出力信号が、比較器３０またはマルチチャネルアナライザ３４のいずれか一方に出力されるように出力先を切り替える。
【００４６】
比較器３０は、電圧アンプ２８から出力される出力信号と所定のしきい値とを比較し、この出力信号がしきい値よりも大きい場合にのみ出力信号を出力する。より具体的には、比較器３０の＋側入力端には電圧アンプ２８からの出力信号が入力されており、−側入力端にはしきい値を決める基準電圧が入力されている。かかるしきい値は、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合の電圧アンプ２８からの出力信号より大きく、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子が２つである場合の電圧アンプ２８からの出力信号より小さい値に設定される。本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０の場合は、ＡＰＤ２４ｂのゲイン（６００００倍）、チャージアンプの変換ゲイン（１Ｖ／１ｐＣ）、電圧アンプ２８のゲイン（５０倍）等を考慮すると、光電子が１つである場合の上記出力信号は０．５Ｖ、光電子が２つである場合の上記出力信号は１．０Ｖとなることから、しきい値は０．５〜１．０Ｖの間に設定される。ここで、しきい値はＣＰＵ３６によって決定される。
【００４７】
カウンタ３２は、比較器３０から出力された出力パルスをカウントし、ＣＰＵ３２に対して出力する。また、マルチチャネルアナライザ３４は、電圧アンプ２８から出力される出力信号の波高値の分布を計測する。ディスプレイ３８は、カウンタ３２のカウント値、検出されたサンプルの組成等を表示する。
【００４８】
ＣＰＵ３６は、装置全体の制御を行う。より具体的には、切替スイッチ４０の制御、ディスプレイ３８の表示内容の制御、比較器３０のしきい値の決定、後述のシャッタの開閉制御などを行う。尚、しきい値のより具体的な決定方法については後述する。ＣＰＵ３６はまた、試料室１２の回転台２２の回転を制御し、測定を行いたいバイアル２０をＨＰＤ２４に対向する位置まで移動させる。
【００４９】
また、試料室１２を測定室１４とを隔てる壁面であって、ＨＰＤ２４の光電面２４ａに対向する位置には、シャッタ４０が設けられており、測定時にはシャッタ４０を開けることで、液体シンチレータ１８から発せられた蛍光（の一部）がＨＰＤ２４の光電面２４ａに入射する。一方、測定時以外は、シャッタ４０を閉じることで、液体シンチレータ１８から発せられた蛍光を遮断する。
【００５０】
以下、ＣＰＵ３６におけるしきい値の決定方法について具体的に説明する。しきい値を決定するためには、まず、シャッタ４０を閉じるとともに、切替スイッチ４０をマルチチャネルアナライザ３４側に切り替える。シャッタ４０を閉じることにより、ＨＰＤ２４に光が入射しない状態（以下、ダーク状態という）が形成される。ダーク状態においては光電面２４ａから光電子が１電子ずつ離散的に放出されるので、マルチチャネルアナライザ３４によってダーク状態における出力波高分布を計測することで、光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合に電圧アンプ２８から出力される出力信号を求めることができる。
【００５１】
より具体的には、マルチチャネルアナライザ３４によって検出される出力波高分布は図３に示すようなものになり、この出力波高分布がピーク値となる出力波高値が、光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合に電圧アンプ２８から出力される平均的な出力信号となる。一方、光電面２４ａから放出される光電子が２つである場合に電圧アンプ２８から出力される出力信号は、光電子が１つである場合の出力信号を２倍して求めればよい。
【００５２】
さらに、光電子が１つである場合の出力信号よりも大きく、光電子が２つである場合の出力信号よりも小さい範囲において、しきい値をどのような値とするかは以下のように定められる。すなわち、本願発明者らの実験によれば、ＨＰＤ２４の光電面２４ａに印加する電圧、及び、ＡＰＤ２４ｂの逆バイアス電圧を種々に変化させた場合の暗電流パルスの最大値は表１に示すようになる。尚、暗電流パルスの最大値は、光電子の数に換算してある。
【００５３】
【表１】
表１の結果と、光電子が２つ以上放出された場合の出力信号を有効に出力することとを考慮すると、しきい値は、光電子が１つである場合の出力信号の１．２倍より大きく、かつ、大きくなりすぎない値、すなわち、光電子が１つである場合の出力信号の１．２〜１．８倍の範囲であることが好ましく、１．３〜１．５倍の範囲であることがより好ましい。従って、ＣＰＵ３６は、しきい値をかかる範囲に決定する。
【００５５】
また、ダーク状態における出力波高分布を一定期間測定すれば、その中の最大波高値が求められる。かかる最大波高値、あるいは、最大波高値よりもわずかに大きい値をしきい値としてもよい。
【００５６】
続いて、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタの動作について説明し、併せて、本発明のシンチレーション計数方法について説明する。本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０を用いてサンプルの分析を行うためには、まず比較器３０のしきい値を決定する。しきい値の決定は、以下の手順で行われる。すなわち、まず、ＨＰＤ２４の光電面２４ａに負の高電圧（−８ｋＶ）を印加し、ＡＰＤ２４ｂに逆バイアス電圧を印加した状態で、シャッタ４０を閉じてダーク状態とする。また、切替スイッチ４０をマルチチャネルアナライザ側に切り替え、出力波高分布を計測する。
【００５７】
出力波高分布は図３に示すようなものになり、出力波高分布がピークとなる値（１２００チャネル）から、光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合に電圧アンプ２８から出力される平均的な出力信号は０．５６Ｖ（計算値は０．５０Ｖ）と求められる。その後、ＣＰＵ３６によって、光電子が１つである場合の出力信号の例えば１．４倍に相当する０．７８Ｖがしきい値として決定され、比較器３０の基準電圧が当該しきい値に設定される。ここで、ＨＰＤ２４のゲインや電源からの電圧等は周囲温度や使用条件によって微妙に異なるので、正確な計測を行うためには、計測開始前に、その都度上記基準電圧の設定を行うことが好ましい。尚、基準電圧の設定が終わると、ＣＰＵ３６によって切り替えスイッチ４０が比較器３０側に切り替えられる。
【００５８】
ここで、図３に示すように、光電子が１つである場合の出力信号に広がりが生じるのは、ＨＰＤ２４の増倍ゆらぎやチャージアンプ２６等のノイズに起因するが、ＨＰＤ２４の増倍ゆらぎは光電子増倍管などのそれと比較して極めて小さいため、適切なしきい値を設定することが可能となる。
【００５９】
サンプル１６及び液体シンチレータ１８は、以下のようにセットされる。サンプル１６としては、例えば、ホルモンや腫瘍マーカなどの抗原とβ線源であるトリチウムで標識された抗体とが抗原・抗体反応した後の生成物が対象となる。この場合、発せられるβ線量が多いほど抗原が多く存在していることを示すので、ホルモンの異常や腫瘍の有無などを検出することができる。サンプル１６がバイアル２０に挿入された後、バイアル２０は液体シンチレータ１８によって満たされる。また、サンプル１６及び液体シンチレータ１８を入れたバイアル２０が回転台２２に載置されると、ＣＰＵ３６からの指示により回転台２２が回転し、バイアル２０が計測位置、すなわち、ＨＰＤ２４に対向する位置に配置される。
【００６０】
バイアル２０が計測位置に配置されると、ＣＰＵ３６によってシャッタ４０が開かれ、計測が開始される。液体シンチレータ１８から発せられた蛍光（の一部）は、ＨＰＤ２４の光電面２４ａに入射する。光電面２４ａに光子が入射すると、光電面２４ａからは入射した光子の数に応じた光電子が放出され、光電子は電界の作用によって加速され、電子レンズ部の作用によって収束されてＡＰＤ２４ｂに入射する。ＡＰＤ２４ｂに入射した光電子は、そのエネルギーを失う際に多数の正孔−電子対を生成し、さらにアバランシェ増倍して出力される。
【００６１】
ＨＰＤ２４から出力された電荷は、チャージアンプ２６によって増幅されて電圧として出力され、さらに電圧アンプ２８によって増幅される。電圧アンプ２８から出力される出力信号は比較器３０に入力されるが、比較器３０の基準電圧は光電子が１つである場合の出力信号の１．４倍に相当する０．７８Ｖに設定されていることから、光電子が１つである場合の出力信号に相当する暗電流パルスは比較器３０から出力されない。一方、光電子が２つ以上である場合の出力信号は比較器３０から効果的に出力される。
【００６２】
ここで、液体シンチレータ１８からの蛍光により光電子が１つ放出される場合も考えられるが、液体シンチレータ１８を用いた放射線検出等などの場合は、１イベントで複数の光子を放出する場合が多く、光電子が１つ放出される場合の出力信号を暗電流パルスとともに除去してしまっても特に問題はない。
【００６３】
比較器３０から出力された出力信号は、カウンタ３２によってカウントされ、このカウント値がＣＰＵ３６に出力される。その後ＣＰＵ３６により、当該カウント値に基づいて、ホルモンの異常や腫瘍の有無などが判断され、その結果がディスプレイ３８に表示される。
【００６４】
続いて、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタの作用、効果について説明する。本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、ＨＰＤ２４により光電子の数に応じた信号を出力し、また、比較器３０により光電子が１つである場合の出力信号の１．４倍に相当するしきい値よりも大きい出力信号のみを出力する。従って、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。その結果、精度の高い測定が可能となる。
【００６５】
暗電流パルスを形成する光電子が光電面から放出される頻度は、光電面の大きさ、種類等にも依存するが、概ね、数十〜数千カウント／秒である。従って、微弱光の検出においては、かかる暗電流パルスが大きなノイズとなり、それを除去するために、計数効率を低下させている。これに対して、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、暗電流パルスを効果的に除去することができるため、計数効率が向上する。
【００６６】
比較のため、従来の同時計数法による液体シンチレーションカウンタと本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０それぞれの計数効率を図４に示す。横軸は１イベントで発生する平均光子数を表し、縦軸は計数効率を表す。同時計数法による液体シンチレーションカウンタにおいては、２個の光電子増倍管それぞれに入射する光子数の比が３：７程度になることが多い。そこで、同時計数法による液体シンチレーションカウンタにおいては、光がこの割合で光電子増倍管に導かれたときに、２個の光電子増倍管で光が同時に検出される確率を計数効率とした。また、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０においては、シンチレーション光の７０％をＨＰＤ２４に入射させた場合（集光率７０％）、または、シンチレーション光の８５％をＨＰＤ２４に入射させた場合（集光率８５％）それぞれについて、光電子が２つ以上検出される確率を計数効率とした。例えば、１イベントで発生する平均光子数が３である場合について比較すると、同時計数法による液体シンチレーションカウンタの集光効率が５２％程度であるのに対し、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０の計数効率は、６２％（集光率７０％）または７２％（集光率８５％）となっており、同時計数法による液体シンチレーションカウンタと比較して集光効率が向上している。尚、簡単のため、光電面２４ａの量子効率は１００％としている。
【００６７】
また、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、２つの光電子増倍管、２つの高速処理回路及び同時計数回路などが不要であるため、同時計数法による液体シンチレーションカウンタと比較した場合、装置を小型化、単純化することができる。また、同時計数等の必要がないことから、高速処理の必要性も緩和される。
【００６８】
また、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、ＣＰＵ３６により比較器３０の基準電圧（しきい値）を設定可能としたことで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。その結果、使用環境によらず、精度の高い測定が可能となる。
【００６９】
また、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタは、マルチチャネルアナライザ３４によって、光電子が１つである場合の出力信号を測定し、ＣＰＵ３０によって当該出力信号の１〜２倍の範囲（具体的には１．４倍）にしきい値を設定する。従って、光電子が１つである場合の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００７０】
また、本実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０は、ＡＰＤ２４ｂを含むＨＰＤ２４によって光の検出を行うことで、光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合と２つ以上である場合とを効果的に分離して検出することができる。その結果、光電子が１つである場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを極めて効果的に除去することが可能となる。
【００７１】
続いて、本発明の実施形態にかかるパーティクルカウンタについて説明する。本実施形態にかかるパーティクルカウンタは、水や大気などのサンプルに光を照射し、当該サンプルに混入している異物によって散乱される散乱光を検出し、当該異物の粒径や数を計測する装置である。尚、上記実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタと同一の構成要素については同一の番号を付し、重複する説明を省略する。まず、本実施形態に係るパーティクルカウンタの構成について説明する。図５は本実施形態に係るパーティクルカウンタの構成図である。
【００７２】
本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、試料室５２と光源室５４と計測室５６とを備えている。試料室５２には、サンプル５８を流すための管であるキャピラリ６０と、サンプル５８内に含まれる異物６２による散乱光を集光して計測室５６に入射させる湾曲ミラー６４とが設けられている。光源室５４には、サンプル５８を照射するための照射光を発する光源６６と、光源６６から照射された照射光を集光する集光レンズ６８が設けられている。
【００７３】
計測室５６には、ＨＰＤ２４、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０、ゲイン調整アンプ７２、比較器３０、Ａ／Ｄ変換器７４、マルチチャネルカウンタ７６、ピークホールド回路７８、ＣＰＵ３６、ディスプレイ３８及び切替スイッチ４０が設けられている。ここで、ＨＰＤ２４とＩ／Ｖ変換アンプ７０とで、光検出部を構成する。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００７４】
Ｉ／Ｖ変換アンプ７０は、ＨＰＤ２４から出力される電流（電荷量）を積分し、電圧として出力する。ここで、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０は、チャージアンプ等と比較して高速応答性を有するため、高頻度に入射する光の検出をする際に有効である。
【００７５】
切替スイッチ４０は、ＣＰＵ３６からの指示により、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０から出力される出力信号が、比較器３０等またはピークホールド回路７８のいずれか一方に出力されるように出力先を切り替える。
【００７６】
比較器３０は、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０から出力される出力信号と所定のしきい値とを比較し、この出力信号がしきい値よりも大きい場合に、Ａ／Ｄ変換器７４にトリガ信号を出力する。かかるしきい値は、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合のＩ／Ｖ変換アンプ７０からの出力信号より大きく、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子が２つである場合のＩ／Ｖ変換アンプ７０からの出力信号より小さい値に設定されている。
【００７７】
Ａ／Ｄ変換器７４は、比較器３０からのトリガ信号を受けて、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０から出力された出力信号をＡ／Ｄ変換し、マルチチャネルカウンタ７６に対して出力する。その際、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出された光電子の数をデジタル値として出力するように分解能が調節されている。すなわち、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから２個の光電子が放出された場合はデジタル値”２”、３個の光電子が放出された場合はデジタル値”３”、４個の光電子が放出された場合はデジタル値”４”がそれぞれ出力される。ただし、Ａ／Ｄ変換器７４は、比較器３０からのトリガ信号を受けてＡ／Ｄ変換を行い、また、比較器３０のしきい値は、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合のＩ／Ｖ変換アンプ７０からの出力信号より大きく設定されていることから、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから１個の光電子が放出された場合に、Ａ／Ｄ変換器７４から信号は出力されない。また、ゲイン調整アンプ７２は、ＣＰＵ３６からの指示により、Ａ／Ｄ変換器７４のゲインを調整する。
【００７８】
マルチチャネルカウンタ７６は、Ａ／Ｄ変換器７４から出力された信号を、その出力値毎にカウントして、ＣＰＵ３６に対して出力する。従って、マルチチャネルカウンタ７６では、ＨＰＤ２４の光電面２４ａから放出される光電子数の分布（入射する光子数の分布に対応）が得られる。
【００７９】
また、ピークホールド回路７８は、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０から出力された出力信号のピーク値をホールドしてＣＰＵ３６に出力する。従って、ダーク状態で切替スイッチ４０をピークホールド回路７８側に切り替えることで、一定期間内の暗電流パルスの最大値を測定することが可能となる。
【００８０】
続いて、本実施形態にかかるパーティクルカウンタの動作について説明し、併せて、本発明の粒子計数方法について説明する。本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０を用いてサンプル６０の分析を行うためには、まず比較器３０のしきい値を決定する。しきい値の決定は、以下の手順で行われる。すなわち、シャッタ４０を閉じてダーク状態を形成し、切替スイッチ４０をピークホールド回路７８側に切り替えて、一定期間、暗電流パルスを計測する。その際のピークホールド回路７８の出力値、すなわち、かかる期間中の出力信号の最大値をしきい値として決定する。
【００８１】
しきい値の設定が終わると、ＣＰＵ３６によって切替スイッチ４０が比較器３０側に切り替えられ、計測が開始される。計測は、キャピラリ６０内に水などのサンプル５８を流し、光源６６からサンプル５８に光を照射して行う。サンプル５８に異物６２が含まれていない場合は、光源６６から照射された光はキャピラリ６０、サンプル５８を透過し、ＨＰＤ２４には入射しない。一方、サンプル５８に異物６２が含まれている場合は、光源６６から照射された光は異物６２によって散乱し、その一部がＨＰＤ２４に入射する。
【００８２】
ＨＰＤ２４に光が入射すると、光電面２４ａから光電子が放出され、かかる光電子はＡＰＤ２４ｂによって増倍されて出力される。出力電流は、Ｉ／Ｖ変換アンプ７０によって電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換器７４によってＡ／Ｄ変換された後、マルチチャネルカウンタ７６によってカウントされる。ここで、比較器３０の基準電圧は暗電流パルスの最大値（光電子が１つである場合の出力信号の１．３〜１．５倍相当）に設定されていることから、光電子が１つである場合の出力信号に相当する暗電流パルスはＡ／Ｄ変換されず、従ってＡ／Ｄ変換器７４から出力されない。一方、光電子が２つ以上である場合の出力信号はＡ／Ｄ変換され、Ａ／Ｄ変換器７４から効果的に出力される。
【００８３】
Ａ／Ｄ変換器７４から出力された信号は、マルチチャネルカウンタ７６によって出力値毎にカウントされ、光電子数の分布（入射する光子数の分布に対応）が、ＣＰＵ３６に対して出力される。ここで、入射する光子数は異物６２の粒径に依存するため、ＣＰＵ３６によって、入射する光子数の分布から異物６２の粒径分布が算出され、図６に示すように、ディスプレイ３８に表示される。
【００８４】
続いて、本実施形態にかかるパーティクルカウンタの作用、効果について説明する。本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、ＨＰＤ２４により光電子の数に応じた信号を出力し、また、Ａ／Ｄ変換器７４は比較器３０からのトリガ信号により信号を出力する。従って、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。その結果、精度の高い測定が可能となる。
【００８５】
ここで、パーティクルカウンタにおいては、量子効率を高めるべくＧａＡｓ系の光電面を用い、集光効率を高めるべく光電面の面積を大きくすると、暗電流パルスを形成する光電子が光電面から放出される頻度は、数十万カウント／秒となることもある。この場合、Ａ／Ｄ変換を行うための時間を１μｓ程度とすると、暗電流パルスの計測時間が全体の約１０％を占めてしまうことになり、計測したい散乱光を数え落とす可能性が極めて高くなる。これに対して、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、暗電流パルスをＡ／Ｄ変換せず、信号光である散乱光による出力信号のみをＡ／Ｄ変換するため、効率よく、精度の高い計測が可能となる。従って、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、例えば、半導体装置製造のためのクリーンルーム内の大気や洗浄水に含まれる異物（ゴミや塵など）の数や粒径を正確に把握し、制御するために極めて有用である。
【００８６】
また、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、２つの光電子増倍管、２つの高速処理回路及び同時計数回路などが不要であるため、同時計数法によるパーティクルカウンタと比較した場合、装置を小型化、単純化することができる。また、同時計数等の必要がないことから、高速処理の必要性も緩和される。
【００８７】
また、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、ＣＰＵ３６により比較器３０の基準電圧（しきい値）を設定可能としたことで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。その結果、使用環境によらず、精度の高い測定が可能となる。
【００８８】
また、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、ピークホールド回路７８によって一定期間中の暗電流パルスの最大値を計測し、かかる最大値をしきい値として決定することで、暗電流パルスの大きさがあらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。
【００８９】
また、本実施形態にかかるパーティクルカウンタ５０は、ＡＰＤ２４ｂを含むＨＰＤ２４によって光の検出を行うことで、光電面２４ａから放出される光電子が１つである場合と２つ以上である場合とを効果的に分離して検出することができる。その結果、光電子が１つである場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを極めて効果的に除去することが可能となる。
【００９０】
上記実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０あるいはパーティクルカウンタ５０においては、半導体光検出器としてＡＰＤ２４ｂを用いていたが、これは、フォトダイオードなどでもよい。
【００９１】
また、上記実施形態にかかる液体シンチレーションカウンタ１０あるいはパーティクルカウンタ５０においては、ＣＰＵ３６によってしきい値を決定して設定していたが、これは、調節つまみなどを用いて手動で設定してもよい。
【００９２】
【発明の効果】
本発明の光計測装置又は光計測方法は、光検出手段あるいは光検出工程によって光電子の数に応じた出力信号を出力し、また、かかる出力信号のうち所定のしきい値以上の信号のみを出力する。従って、単一の光電子が放出された場合とほぼ同様の出力波形を有する暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。その結果、精度の高い測定ができる
また、本発明の光計測装置又は光計測方法においては、しきい値を設定する設定手段あるいは設定工程を有することで、しきい値を使用環境に応じて適宜設定し直すことができる。その結果、使用環境に関わらず精度の高い測定が可能となる。
【００９３】
また、本発明の光計測装置又は光計測方法においては、光電子が１つである場合の出力信号を測定し、出力信号の１〜２倍の範囲にしきい値を設定することで、光電子が１つである場合の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。その結果、光電子が１つである場合の出力信号があらかじめわからない場合であっても、精度の高い測定が可能となる。
【００９４】
また、本発明の光計測装置又は光計測方法においては、暗状態の出力信号を一定期間測定し、当該出力信号の最大値をしきい値として設定することで、暗状態の出力信号があらかじめわからない場合であっても、適切なしきい値を設定することができる。その結果、暗状態の出力信号があらかじめわからない場合であっても、精度の高い測定が可能となる。
【００９５】
また、本発明の光計測装置においては、光電面、加速手段及び半導体光検出器を備えた光検出手段を用いることで、光電面から同時（あるいは極めて近いタイミング）に放出される光電子が１つである場合と２つ以上である場合とを効果的に分離して検出することができる。その結果、極めて精度の高い測定が可能となる。
【００９６】
また、本発明のシンチレーションカウンタまたはシンチレーション計数方法は、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。その結果、精度の高いシンチレーションの計数が可能となる。
【００９７】
また、本発明のパーティクルカウンタまたは粒子計数方法は、暗電流パルスを有効に除去できるとともに、２つ以上の光電子が放出された場合の出力信号は除去されず、有効に出力される。その結果、精度の高い粒子の計数が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液体シンチレーションカウンタの構成図である。
【図２】出力波高分布図である。
【図３】出力波高分布図である。
【図４】計数効率を示すグラフである。
【図５】パーティクルカウンタの構成図である。
【図６】ディスプレイの表示内容を示す図である。
【符号の説明】
１０…液体シンチレーションカウンタ、１２，５２…試料室、１４，５６…測定室、１６，５８…サンプル、１８…液体シンチレータ、２０…バイアル、２２…回転台、２４…ＨＰＤ、２６…チャージアンプ、２８…電圧アンプ、３０…比較器、３２…カウンタ、３４…マルチチャネルアナライザ、３６…ＣＰＵ、３８…ディスプレイ、４０…シャッタ、５０…パーティクルカウンタ、５４…光源室、６０…キャピラリ、６２…異物、６４…湾曲ミラー、６６…光源、６８…集光レンズ、７０…Ｉ／Ｖ変換アンプ、７２…ゲイン調整アンプ、７４…Ａ／Ｄ変換器、７６…マルチチャネルカウンタ、７８…ピークホールド回路
Claims (14)
- 入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、該光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出手段と、
前記出力信号と所定のしきい値とを比較し、前記出力信号が前記しきい値よりも大きい場合にのみ前記出力信号を出力する比較手段と、
前記しきい値を設定する設定手段と
を備え、
前記設定手段は、光が入射しないダーク状態における前記光検出手段の出力信号の波高分布のピーク値を測定し、該ピーク値を前記光検出手段により放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号として求めると共に、該ピーク値を２倍した値を前記光検出手段により放出される前記光電子が２つである場合の前記出力信号として求め、前記光検出手段により放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号より大きい値であって、且つ、前記光検出手段により放出される前記光電子が２つである場合の前記出力信号より小さい値を前記しきい値として設定する
ことを特徴とする光計測装置。 - 入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、該光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出手段と、
前記出力信号と所定のしきい値とを比較し、前記出力信号が前記しきい値よりも大きい場合にのみ前記出力信号を出力する比較手段と、
前記しきい値を設定する設定手段と
を備え、
前記設定手段は、前記光検出手段により光束が検出されない暗状態の前記出力信号を一定期間測定し、該出力信号の最大値を前記光検出手段により放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号として求め、前記光検出手段により放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号を前記しきい値として設定する
ことを特徴とする光計測装置。 - 前記しきい値は、
前記光検出手段により放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号の１．２〜１．８倍の範囲である
ことを特徴とする請求項１に記載の光計測装置。 - 前記しきい値は、
前記光検出手段により放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号の１．３〜１．５倍の範囲である
ことを特徴とする請求項３に記載の光計測装置。 - 前記光検出手段は、
入射した光束の光量に応じた光電子を放出する光電面と、
前記光電面から放出された前記光電子を加速する加速手段と、
前記加速手段によって加速された前記光電子を入射させ、該光電子の数に応じた信号を出力する半導体光検出器と
を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光計測装置。 - 前記半導体光検出器は、アバランシェフォトダイオードである
ことを特徴とする請求項５に記載の光計測装置。 - シンチレータから発せられる蛍光を光計測装置を用いて計測し、該蛍光を計数するシンチレーションカウンタにおいて、
前記光計測装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光計測装置である
ことを特徴とするシンチレーションカウンタ。 - 粒子によって散乱される散乱光を光計測装置を用いて計測し、該粒子を計数するパーティクルカウンタにおいて、
前記光計測装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光計測装置である
ことを特徴とするパーティクルカウンタ。 - 入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、該光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出工程と、
前記出力信号と所定のしきい値とを比較し、前記出力信号が前記しきい値よりも大きい場合にのみ前記出力信号を出力する比較工程と、
前記しきい値を設定する設定工程と
を備え、
前記設定工程では、光が入射しないダーク状態における前記光検出工程における出力信号の波高分布のピーク値を測定し、該ピーク値を前記光検出工程において放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号として求めると共に、該ピーク値を２倍した値を前記光検出工程において放出される前記光電子が２つである場合の前記出力信号として求め、前記光検出工程において放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号より大きい値であって、且つ、前記光検出工程において放出される前記光電子が２つである場合の前記出力信号より小さい値を前記しきい値として設定する
ことを特徴とする光計測方法。 - 入射した光束の光量に応じた光電子を放出し、該光電子の数に応じた出力信号を出力する光検出工程と、
前記出力信号と所定のしきい値とを比較し、前記出力信号が前記しきい値よりも大きい場合にのみ前記出力信号を出力する比較工程と、
前記しきい値を設定する設定工程と
を備え、
前記設定工程では、前記光検出工程において光束が検出されない暗状態の前記出力信号を一定期間測定し、該出力信号の最大値を前記光検出工程において放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号として求め、前記光検出工程において放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号を前記しきい値として設定する
ことを特徴とする光計測方法。 - 前記しきい値は、
前記光検出工程において放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号の１．２〜１．８倍の範囲である
ことを特徴とする請求項９に記載の光計測方法。 - 前記しきい値は、
前記光検出工程において放出される前記光電子が１つである場合の前記出力信号の１．３〜１．５倍の範囲である
ことを特徴とする請求項１１に記載の光計測方法。 - シンチレータから発せられる蛍光を所定の光計測方法を用いて計測し、該蛍光を計数するシンチレーション計数方法において、
前記光計測方法は、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の光計測方法である
ことを特徴とするシンチレーション計数方法。 - 粒子によって散乱される散乱光を所定の光計測方法を用いて計測し、該粒子を計数する粒子計数方法において、
前記光計測方法は、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の光計測方法である
ことを特徴とする粒子計数方法。
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