(57)【要約】簡単な操作で微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別することができる光信号検出回路、光量検出装置、および荷電粒子線装置を提供すること。データ処理部（４４１）が、アンプ（４１）およびＡ／Ｄ変換部（４２）により変換された光量に応じたデジタル電圧信号からパルスを検出してパルスの最大電圧値である波高値を求め、求めた波高値ごとの出現頻度を頻度数記憶領域（４５１）に記憶させ、データ解析部（４４２）が、頻度数記憶領域（４５１）に記憶された波高値に対応付けられた当該波高値の出現頻度のうち、波高値の値が小さいものから順に当該波高値の出現頻度と予め定められた頻度下限値とを比較し、比較の結果出現頻度が頻度下限値以下となった波高値の値をパルス判定しきい値とし、しきい値処理部（４３）が、パルス判定しきい値以上のデジタル電圧信号を検出信号として出力する。
2013187511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出手段により検出される光量に応じたアナログ検出信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段によって増幅されたアナログ検出信号をデジタル検出信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
前記アナログデジタル変換手段によって変換されたデジタル検出信号からパルスを検出するとともに、検出したパルスのエネルギを検出する処理を繰り返し、検出したエネルギごとのパルスの出現頻度を求め、求めたエネルギごとのパルスの出現頻度に基づいてパルス判定しきい値を決定するしきい値決定手段と、
前記しきい値決定手段によって決定されたパルス判定しきい値以上のエネルギのパルスを含む前記デジタル検出信号を検出信号として出力するしきい値処理手段と、
を備えることを特徴とする光信号検出回路。
【請求項２】
前記検出されたパルスのエネルギに対応付けて当該エネルギのパルスの出現頻度を記憶する頻度数記憶手段をさらに備え、
前記しきい値決定手段は、
前記エネルギごとのパルスの出現頻度を前記頻度数記憶手段に記憶させる処理を行うデータ処理手段と、
前記頻度数記憶手段に記憶されたエネルギごとのパルスの出現頻度のうち、エネルギの値が小さいものから順に当該エネルギのパルスの出現頻度と予め定められた頻度下限値とを比較し、比較の結果、パルスの出現頻度が前記頻度下限値以下となったエネルギの値をパルス判定しきい値に決定するデータ解析手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号検出回路。
【請求項３】
前記検出されたパルスのエネルギに対応付けて当該エネルギのパルスの出現頻度を記憶する頻度数記憶手段をさらに備え、
前記しきい値決定手段は、
前記エネルギごとのパルスの出現頻度を前記頻度数記憶手段に記憶させる処理を行うデータ処理手段と、
前記頻度数記憶手段に記憶されたエネルギごとのパルスの出現頻度のうち、エネルギの値が小さいものから順にエネルギごとのパルスの出現頻度を比較してパルスの出現頻度の最小値を求め、パルスの出現頻度が最小値を示すエネルギの値をパルス判定しきい値に決定するデータ解析手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号検出回路。
【請求項４】
光検出手段により検出される光量に応じたアナログ検出信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段によって増幅されたアナログ検出信号をデジタル検出信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
前記アナログデジタル変換手段によって変換されたデジタル検出信号からパルスを検出するとともに、検出したパルスのエネルギを検出する処理を繰り返し、検出したエネルギごとのパルスの出現頻度を求め、求めたエネルギごとのパルスの出現頻度に基づいてパルス判定しきい値を決定するしきい値決定手段と、
前記しきい値決定手段によって決定されたパルス判定しきい値をデジタル信号からアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換手段と、
前記検出した光量に応じたアナログ検出信号が、前記デジタルアナログ変換手段によって変換されたアナログ信号のパルス判定しきい値以上であるか否かを判定する比較手段と、
前記比較手段によって前記検出した光量に応じたアナログ検出信号が、前記デジタルアナログ変換手段によって変換されたアナログ信号のパルス判定しきい値以上であると判定された数をカウントして出力するカウント手段と、
を備えることを特徴とする光信号検出回路。
【請求項５】
前記検出されたパルスのエネルギに対応付けて当該エネルギのパルスの出現頻度を記憶する頻度数記憶手段をさらに備え、
前記しきい値決定手段は、
前記エネルギごとのパルスの出現頻度を前記頻度数記憶手段に記憶させる処理を行うデータ処理手段と、
前記頻度数記憶手段に記憶されたエネルギごとのパルスの出現頻度のうち、エネルギの値が小さいものから順に当該エネルギのパルスの出現頻度と予め定められた頻度下限値とを比較し、比較の結果、パルスの出現頻度が前記頻度下限値以下となったエネルギの値をパルス判定しきい値に決定するデータ解析手段と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の光信号検出回路。
【請求項６】
前記検出されたパルスのエネルギに対応付けて当該エネルギのパルスの出現頻度を記憶する頻度数記憶手段をさらに備え、
前記しきい値決定手段は、
前記エネルギごとのパルスの出現頻度を前記頻度数記憶手段に記憶させる処理を行うデータ処理手段と、
前記頻度数記憶手段に記憶されたエネルギごとのパルスの出現頻度のうち、エネルギの値が小さいものから順にエネルギごとのパルスの出現頻度を比較してパルスの出現頻度の最小値を求め、パルスの出現頻度が最小値を示すエネルギの値をパルス判定しきい値に決定するデータ解析手段と
を備えることを特徴とする請求項４に記載の光信号検出回路。
【請求項７】
光量を検出し、検出した光量に応じたアナログ検出信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段によって検出されたアナログ検出信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段によって増幅されたアナログ検出信号をデジタル検出信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
前記アナログデジタル変換手段によって変換されたデジタル検出信号からパルスを検出するとともに、検出したパルスのエネルギを検出する処理を繰り返し、検出したエネルギごとのパルスの出現頻度を求め、求めたエネルギごとのパルスの出現頻度に基づいてパルス判定しきい値を決定するしきい値決定手段と、
前記しきい値決定手段によって決定されたパルス判定しきい値以上のエネルギのパルスを含む前記デジタル検出信号を検出信号として出力するしきい値処理手段と、
前記しきい値決定手段から出力される検出信号に基づいて、前記光検出手段に入射された光の強度またはパルス数を算出して前記光量を解析する制御手段と、
を備えることを特徴とする光量検出装置。
【請求項８】
前記検出されたパルスのエネルギに対応付けて当該エネルギのパルスの出現頻度を記憶する頻度数記憶手段をさらに備え、
前記しきい値決定手段は、
前記エネルギごとのパルスの出現頻度を前記頻度数記憶手段に記憶させる処理を行うデータ処理手段と、
前記頻度数記憶手段に記憶されたエネルギごとのパルスの出現頻度のうち、エネルギの値が小さいものから順に当該エネルギのパルスの出現頻度と予め定められた頻度下限値とを比較し、比較の結果、パルスの出現頻度が前記頻度下限値以下となったエネルギの値をパルス判定しきい値に決定するデータ解析手段と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の光量検出装置。
【請求項９】
前記検出されたパルスのエネルギに対応付けて当該エネルギのパルスの出現頻度を記憶する頻度数記憶手段をさらに備え、
前記しきい値決定手段は、
前記エネルギごとのパルスの出現頻度を前記頻度数記憶手段に記憶させる処理を行うデータ処理手段と、
前記頻度数記憶手段に記憶されたエネルギごとのパルスの出現頻度のうち、エネルギの値が小さいものから順にエネルギごとのパルスの出現頻度を比較してパルスの出現頻度の最小値を求め、パルスの出現頻度が最小値を示すエネルギの値をパルス判定しきい値に決定するデータ解析手段と
を備えることを特徴とする請求項７に記載の光量検出装置。
【請求項１０】
前記検出されたパルスのエネルギに対応付けて当該エネルギのパルスの出現頻度を記憶する頻度数記憶手段と、
所定の単位時間に対応付けて当該単位時間に検出したパルス数を記憶するパルス数記憶手段と、
前記所定の単位時間ごとに、前記しきい値決定手段が検出したパルス数をカウントし、カウントしたパルス数を前記所定の単位時間に対応付けて前記パルス数記憶手段に記憶させるパルス測定制御手段と、
ゲイン調整通知に基づいて、前記光検出手段および前記増幅手段のゲインを調整するゲイン制御手段と、
をさらに備え、
前記しきい値決定手段は、
前記エネルギごとのパルスの出現頻度を前記頻度数記憶手段に記憶させる処理を行うデータ処理手段と、
前記頻度数記憶手段に記憶されたエネルギごとのパルスの出現頻度のうち、エネルギの値が小さいものから順に当該エネルギのパルスの出現頻度と予め定められた頻度下限値とを比較し、比較の結果、パルスの出現頻度が前記頻度下限値以下となったエネルギの値をパルス判定しきい値に決定するとともに、前記頻度数記憶手段に記憶されたエネルギごとのパルスの出現頻度のうち、エネルギの値が小さいものから順にエネルギごとのパルスの出現頻度を比較してパルスの出現頻度の最小値を求め、求めた最小値と、前記頻度下限値と、前記パルス数記憶手段に記憶された単位時間ごとに検出された各パルス数とに基づいて、前記光検出手段および前記増幅手段のゲインを調整するか否かを判定し、ゲインを調整すると判定した場合には、前記ゲイン調整通知を前記ゲイン制御手段に出力するデータ解析手段と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の光量検出装置。
【請求項１１】
光量を検出し、検出した光量に応じたアナログ検出信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段によって検出されたアナログ検出信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段によって増幅されたアナログ検出信号をデジタル検出信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
前記アナログデジタル変換手段によって変換されたデジタル検出信号からパルスを検出するとともに、検出したパルスのエネルギを検出する処理を繰り返し、検出したエネルギごとのパルスの出現頻度を求め、求めたエネルギごとのパルスの出現頻度に基づいてパルス判定しきい値を決定するしきい値決定手段と、
前記しきい値決定手段によって決定されたパルス判定しきい値をデジタル信号からアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換手段と、
前記検出した光量に応じたアナログ検出信号が、前記デジタルアナログ変換手段によって変換されたアナログ信号のパルス判定しきい値以上であるか否かを判定する比較手段と、
前記比較手段によって前記検出した光量に応じたアナログ検出信号が、前記デジタルアナログ変換手段によって変換されたアナログ信号のパルス判定しきい値以上であると判定された数をカウントして出力するカウント手段と、
前記カウント手段から出力されるカウント数に基づいて、前記光検出手段に入力された光の強度またはパルス数を算出して前記光量を解析する制御手段と、
を備えることを特徴とする光量検出装置。
【請求項１２】
前記検出されたパルスのエネルギに対応付けて当該エネルギのパルスの出現頻度を記憶する頻度数記憶手段をさらに備え、
前記しきい値決定手段は、
前記エネルギごとのパルスの出現頻度を前記頻度数記憶手段に記憶させる処理を行うデータ処理手段と、
前記頻度数記憶手段に記憶されたエネルギごとのパルスの出現頻度のうち、エネルギの値が小さいものから順に当該エネルギのパルスの出現頻度と予め定められた頻度下限値とを比較し、比較の結果、パルスの出現頻度が前記頻度下限値以下となったエネルギの値をパルス判定しきい値に決定するデータ解析手段と、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の光量検出装置。
【請求項１３】
前記検出されたパルスのエネルギに対応付けて当該エネルギのパルスの出現頻度を記憶する頻度数記憶手段をさらに備え、
前記しきい値決定手段は、
前記エネルギごとのパルスの出現頻度を前記頻度数記憶手段に記憶させる処理を行うデータ処理手段と、
前記頻度数記憶手段に記憶されたエネルギごとのパルスの出現頻度のうち、エネルギの値が小さいものから順にエネルギごとのパルスの出現頻度を比較してパルスの出現頻度の最小値を求め、パルスの出現頻度が最小値を示すエネルギの値をパルス判定しきい値に決定するデータ解析手段と
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の光量検出装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の光信号検出回路を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料が発する光を検出する光信号検出回路、光量検出装置、および荷電粒子線装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光電子増倍管は、非常に微弱な光を電気信号として取り出すことができるため、さまざまな分野で使用されている。たとえば、光度計では、試料に光を照射し、その透過光や散乱光などにより試料から発生する蛍光を光電子増倍管によって検出し、微量の試料内の含有成分を分析する。また、荷電粒子線装置などでは、試料上に電子ビームを照射し、その試料表面から発生する微弱な二次電子をシンチレータと光電子増倍管との組み合わせで検出し、試料表面を細かく観察できるようにしている。【０００３】
しかしながら、近年、光度計においてはより微量の試料内の含有成分の分析が、また荷電粒子線装置においては試料表面をより細かく、鮮明に観察できるようにすることが求められている。そのためには、微量の光による光電子増倍管からの電気信号を検出することが必要となる。【０００４】
微量の光による光電子増倍管からの電気信号を検出する技術として、たとえば、特許文献１がある。特許文献１に記載の従来技術では、光検出用回路は、ＰＭＴ（光電子増倍管）の陽極に接続される。光検出用回路は、陽極からの出力電流を電圧信号Ｖ１に変換するＩ／Ｖ変換回路と、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と、電圧信号Ｖ２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Ｖ３をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路と、デジタルデータを積算することによりＰＭＴへの入射光量に応じた光量データを生成する演算処理装置（ＣＰＵ）とを備える。そして、演算処理装置は、デ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ようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３００７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
微量の光による光電子増倍管からの電気信号を検出するためには、光による信号成分とノイズによる信号成分とを弁別し、ノイズによる信号成分を除去する必要がある。しかしながら、前記特許文献１に記載の従来技術では、暗電流除去回路に含まれる増幅回路のオフセット調整によって暗電流に起因するノイズを除去することは記載されているが、そのオフセット調整についての具体的な方法については記載されていない。【０００７】
また、暗電流に起因するノイズ特性は温度によって変化するので、前記特許文献１に記載の従来技術ではこれに対応するために、その都度、測定者が増幅回路のオフセット調整を行う必要がある。一般的に、アナログ信号を扱う増幅回路のオフセット調整は、デジタル信号を扱う場合と比較して微妙な調整が必要となり手間がかかるという問題もあった。【０００８】
本発明は、前記問題に鑑みて成されたものであって、簡単な操作で微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別することができる光信号検出回路、光量検出装置、および荷電粒子線装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光信号検出回路は、光検出手段により検出される光量に応じたアナログ検出信号を増幅する増幅手段と、増幅手段によって増幅されたアナログ検出信号をデジタル検出信号に変換するアナログデジタル変換手段と、アナログデジタル変換手段によって変換されたデジタル検出信号からパルスを検出するとともに、検出したパルスのエネルギを検出する処理を繰り返し、検出したエネルギごとのパルスの出現頻度を求め、求めたエネルギごとのパルスの出現頻度に基づいてパルス判定しきい値を決定するしきい値決定手段と、しきい値決定手段によって決定されたパルス判定しきい値以上のエネルギのパルスを含むデジタル検出信号を検出信号として出力するしきい値処理手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な操作で微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別することができる光信号検出回路、光量検出装置、および荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】光源によって照射された試料の微量の光が入力された際の光電子増倍管の出力パルスのパルス波高分布およびノイズパルスのパルス波高分布を示す図である。
【図２】ノイズパルスのパルス波高分布の温度による変化を示す図である。
【図３】光電子増倍管の高圧電源の電圧が周囲環境の変化により上昇した場合に光電子増倍管の出力であるパルス波高分布が変化した場合を示す図である。
【図４】光電子増倍管の自己温度や周囲環境温度が上昇し、光電子増倍管の出力であるパルス波高分布が変化した場合を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１の光信号検出回路を用いた光量検出装置の構成を示すブロック図である。
【図６】実施形態１の光量検出装置を用いて試料の測定を行う手順を示すフローチャートである。
【図７】データ処理の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】データ処理の動作を説明するための図であって、（ａ）は時間、電圧およびパルス区間フラグのＯＮ／ＯＦＦを説明する図であり、（ｂ）は頻度数記憶領域に記憶されるアドレス（波高値）とデータ（出現回数）を説明する図である。
【図９】第１のデータ解析処理の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】実施形態１の光信号検出回路の出力を示す図であって、（ａ）は、図１に示したフロアノイズ領域と暗電流ノイズ領域Ａとの境界となる波高値Ｈ２における頻度数を頻度下限しきい値ＴＨ１として設定した場合に出力される光信号パルスおよび暗電流ノイズに起因するパルスＰ１を示す図であり、（ｂ）は、図１に示した暗電流ノイズ領域Ａと暗電流ノイズ領域Ｂとの境界となる波高値Ｈ３における頻度数を頻度下限しきい値ＴＨ１として設定した場合に出力される光信号パルスを示す図である。
【図１１】本発明の実施形態２の光信号検出回路を用いた光量検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】第２のデータ解析処理の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】ゲイン調整の条件を説明するための図である。（ａ）は、測定開始後、所定時間が経過したときの波高値と頻度の関係を示す図であって、パルス判定しきい値となる波高値の頻度（線Ｇ３１）が、頻度下限値ＴＨ１よりも大きい場合は、パルス判定しきい値となる波高値の頻度が、頻度下限値ＴＨ１よりも小さくなるように調整する（線Ｇ３２）のが好ましいことを示す図である。（ｂ）は、（ａ）の場合において単位時間ごとに検出したパルス数を示す図である。（ｃ）は、測定開始後、所定時間が経過したときの波高値と頻度の関係を示す図であって、パルス判定しきい値となる波高値の頻度（線Ｇ３３）が、頻度下限値ＴＨ１よりも小さく、かつ光電子増倍管の増倍特性で決まる波高値を中心に分布する波高値の頻度数も頻度下限値ＴＨ１よりも小さい場合は、光電子増倍管の増倍特性で決まる波高値を中心に分布する波高値の頻度数も頻度下限値ＴＨ１よりも大きくする（線Ｇ３４）のが好ましいことを示す図である。（ｄ）は、（ｃ）の場合において単位時間ごとに検出したパルス数を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態３の光信号検出回路を用いた光量検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】ゲイン調整判定処理の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本発明の実施形態４の光信号検出回路を用いた光量検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の実施形態４の光信号検出回路を用いた光量検出装置の別の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の光信号検出回路を用いた走査型電子顕微鏡の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態では、検出したパルスの最大電圧値である波高値をエネルギとした場合を例に挙げて説明するが、エネルギはこれに限るものではない。
【００１３】
〔概要および特徴〕
図１〜図４を用いて、本発明に係る光信号検出回路の概要および特徴を説明する。図１は、光源によって照射された試料の微量の光が入力された際の光電子増倍管の出力パルスのパルス波高分布およびノイズパルスのパルス波高分布を示す図である。図１において、横軸はパルスの最大電圧値である波高値を示し、縦軸は測定時間内における波高値の出現の頻度（出現回数）を示している。ノイズパルスの波高値の出現の頻度は、図１の点線Ｇ２に示すように、波高値の小さい値に集中して分布しており、波高値Ｈ１から波高値Ｈ２の間で急激にその頻度が減少する。そして、ノイズパルスの波高値の出現の頻度は、波高値Ｈ２から波高値Ｈ３の間では、波高値Ｈ１から波高値Ｈ２と比較して頻度の減少は緩やかになる。さらに、波高値Ｈ３より大きい波高値においては、ノイズパルスの波高値の出現の頻度は、波高値Ｈ２から波高値Ｈ３の間と比較してさらに緩やかに減少する。
【００１４】
一方、光電子増倍管の出力パルスの波高値は、図１の線Ｇ１に示すように、波高値Ｈ１から波高値Ｈ３の間では、ノイズパルスの影響を受けて出力パルスの波高値の頻度が急激に減少するが、波高値Ｈ３より大きい波高値においては、光電子増倍管の増倍特性で決まる波高値Ｈ４を中心に分布している。
【００１５】
ここで、図１のノイズパルスの特性に着目する。光電子増倍管の出力パルスの波高値の測定は、光電子増倍管の電気的出力が微弱であるため、光電子増倍管の出力をプリアンプで増幅し、増幅した信号をＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号に変換して処理を行うのが一般的である。そのため、ノイズパルスには、光電子増倍管に入力光がない場合に発生する暗電流に起因するノイズパルス（暗電流ノイズパルス）と、プリアンプなど光電子増倍管が動作していない場合に発生するフロアノイズに起因するノイズパルス（フロアノイズパルス）とがある。
【００１６】
フロアノイズは、さまざまな周波数特性を有する波形の集まりである。そして、フロアノイズの振幅は、一般的に、暗電流に起因するノイズの平均的波高値よりも小さい。そのため、図１の波高値Ｈ１から波高値Ｈ２までの区間（フロアノイズ領域）は、暗電流によるノイズよりもフロアノイズの影響をより大きく受けている。波高値Ｈ２から波高値Ｈ３までの区間（暗電流ノイズ領域Ａ）は、フロアノイズの影響はほとんどなくなるが、本来の光による光電子増倍管の出力パルスの波高値と、暗電流ノイズパルスの波高値とが同等程度のため、暗電流によるノイズの影響を大きく受けている。そして、波高値Ｈ３より大きい波高値の区間（暗電流ノイズ領域Ｂ）では、暗電流ノイズパルスの波高値より光電子増倍管の出力パルスの波高値が大きく、暗電流によるノイズの影響がほとんどなくなり、光電子増倍管の出力パルスの分布は、光電子増倍管の増倍特性で決まる波高値Ｈ４を中心に分布している。したがって、光信号検出としては、暗電流ノイズ領域Ｂにおける波高値のみを検出することが望ましい。
【００１７】
先の図１を用いて説明したように、暗電流ノイズ領域Ｂにおいては、光電子増倍管の出力パルスの分布は、光電子増倍管の増倍特性で決まる波高値Ｈ４を中心に分布する。したがって、暗電流ノイズの影響が大きい暗電流ノイズ領域Ａと暗電流ノイズ領域Ｂとの境界までは、低い波高値から高い波高値に対して急激にその出現頻度が減少し、境界から徐々に出現頻度が増加する。
【００１８】
そこで、本実施形態では、暗電流ノイズの影響が大きい暗電流ノイズ領域Ａと暗電流ノイズ領域Ｂとの境界までは、低い波高値から高い波高値に対して急激にその出現頻度が減少し、境界から徐々に出現頻度が増加することに着目してパルスを検出するためのパルス判定しきい値を決定する。具体的には、光測定開始時に、波高値に対応付けた頻度数を記憶して、出現頻度が予め設定した頻度下限値ＴＨ１以下となるところの波高値をパルス判定しきい値とし、パルス判定しきい値より波高値の大きいパルス（のみ）をパルスとして検出して出力する。
【００１９】
また、ノイズパルスの特性は、温度によって変化する。図２は、ノイズパルスのパルス波高分布の温度による変化を示す図である。図２においては、横軸は波高値を示し、縦軸は測定時間内における波高値の出現の頻度を示している。また、図２において、線Ｇ２１は、光量検出開始時における特性を示しており、線Ｇ２２は、たとえば光量検出開始時から時間が経過し、光検出開始時よりも光電子増倍管の温度または高圧電源電圧が上昇した場合の特性を示している。図２に示すように、光電子増倍管の温度または高圧電源電圧が上昇すると、温度または高圧電源電圧が低い場合と比較して暗電流ノイズパルスの波高値の出現頻度数が多くなる。すなわち、頻度下限値ＴＨ１以下となる波高値は、温度または高圧電源電圧の低い特性を示す線Ｇ２１では波高値Ｈ５以上であるのに対し、温度または高圧電源電圧が高い特性の線Ｇ２２では波高値Ｈ６（Ｈ５＜Ｈ６）となる。そのため、温度または高圧電源電圧が上昇してノイズパルスの特性が線Ｇ２１から線Ｇ２２に変化した場合、波高値Ｈ６以上の波高値を光信号として検出することが望ましい。
【００２０】
また、測定開始時よりも温度または高圧電源電圧が低下した場合、たとえば、図２のノイズパルスの特性の線Ｇ２２から、温度または高圧電源電圧の低下によりノイズパルス特性の線Ｇ２１に特性が変化した場合は、測定開始時には波高値Ｈ６をパルス判定しきい値として用いて波高値Ｈ６以上の波高値のパルスを光信号として検出し、ノイズパルス特性の線Ｇ２１に特性が変化した後に波高値Ｈ５をパルス判定しきい値として用いて波高値Ｈ５以上の波高値のパルスを光信号として検出することが望ましい。
【００２１】
図３は、光電子増倍管の高圧電源の電圧が周囲環境の変化により上昇した場合に光電子増倍管の出力であるパルス波高分布が変化した場合を示す図である。図３においては、横軸は波高値を示し、縦軸は測定時間内における波高値の出現の頻度を示している。
また、図３において、線Ｇ１１は、図２に示した光量検出開始時におけるノイズパルスの特性を有する線Ｇ２１の基での光電子増倍管の出力パルスの特性を示し、線Ｇ１２は、図２に示した光量検出開始時におけるノイズパルスの特性を有するＧ２２の基での光電子増倍管の出力パルスの特性を示している。
図３に示すように、線Ｇ１２は、たとえば光量検出開始時から時間が経過し、光検出開始時よりも光電子増倍管の高圧電源電圧が上昇したため、線Ｇ１１より線Ｇ１２のほうが、波高値が大きいほうにずれている。すなわち、先の図１に示した暗電流ノイズ領域Ａと暗電流ノイズ領域Ｂとの境界が波高値の大きいほうにずれたため、暗電流ノイズ領域Ａと暗電流ノイズ領域Ｂとの境界の分布の谷間もずれている。このずれは、先の図２に示したノイズパルスの特性の高圧電源電圧による変化に起因しており、暗電流ノイズ領域Ａと暗電流ノイズ領域Ｂとの境界の分布の谷間は、図２の線Ｇ２１で示すノイズパルスの特性に起因している線Ｇ１１では概ね波高値Ｈ５となり、図２の線Ｇ２２で示すノイズパルスの特性に起因している線Ｇ１２では概ね波高値Ｈ６となる。
【００２２】
図４は、光電子増倍管の自己温度や周囲環境温度が上昇し、光電子増倍管の出力であるパルス波高分布が変化した場合を示す図である。図４においては、横軸は波高値を示し、縦軸は測定時間内における波高値の出現の頻度を示している。
また、図４において、線Ｇ３１は、図２に示した光量検出開始時におけるノイズパルスの特性を有する線Ｇ２１の基での光電子増倍管の出力パルスの特性を示し、線Ｇ３２は、図２に示した光量検出開始時におけるノイズパルスの特性を有するＧ２２の基での光電子増倍管の出力パルスの特性を示している。
図４に示すように、線Ｇ３２は、たとえば光量検出開始時から時間が経過し、光検出開始時よりも光電子増倍管の温度が上昇したため、線Ｇ３１より線Ｇ３２のほうが、暗電流に起因したノイズパルスの波高値の頻度が全体的に多くなるほうに変化している。特には、先の図１に示した暗電流ノイズ領域Ａの波高値頻度が顕著に多くなるほうにずれ、暗電流ノイズ領域Ｂの波高値頻度は、比較的少なめに増加した場合である。この波高頻度の増加は、先の図２に示したノイズパルスの特性の温度上昇による変化に起因しており、暗電流ノイズ領域Ａと暗電流ノイズ領域Ｂとの境界の分布の谷間は波高値Ｈ５から波高値Ｈ７に変化する。
【００２３】
そこで、本実施形態では、暗電流ノイズの影響が大きい暗電流ノイズ領域Ａと暗電流ノイズ領域Ｂとの境界までは、低い波高値から高い波高値に対して急激にその出現頻度が減少し、境界から徐々に出現頻度が増加することに着目し、光測定開始時に、波高値に対応付けた頻度数を記憶して、出現頻度が予め設定した頻度下限値ＴＨ１以下となる波高値をパルス判定しきい値とする。そして、パルス判定しきい値より大きいパルス（のみ）を検出パルスとして出力するとともに、光測定中にも、波高値に対応付けた出現頻度と頻度下限値ＴＨ１とを比較して、パルス判定しきい値を調整するものである。
【００２４】
また、本実施形態では、暗電流ノイズの影響が大きい暗電流ノイズ領域Ａと暗電流ノイズ領域Ｂとの境界までは、低い波高値から高い波高値に対して急激にその出現頻度が減少し、境界から徐々に出現頻度が増加することに着目し、光測定中に、波高値に対応付けた頻度数を記憶して、頻度数が減少した後に頻度数が増加する頻度数の谷間、すなわち頻度数の最小値を検出し、検出した頻度数が最小値の波高値をパルス判定しきい値とする。そして、パルス判定しきい値より大きいパルス（のみ）を検出パルスとして出力するものである。
【００２５】
実施形態１．
図５〜図９を用いて、本発明の実施形態１を説明する。図５は、本発明の実施形態１の光信号検出回路を用いた光量検出装置の構成を示すブロック図である。図５に示すように、光量検出装置は、光源１と、光電子増倍管３と、光信号検出回路４と、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと呼ぶ）５とを備えて試料２からの光を検出対象とする。なお、光電子増倍管３は、光検出手段であり、パーソナルコンピュータ５は、制御手段である。
【００２６】
光源１は、計測対象である試料２に光を照射する。光電子増倍管３は、光源１によって光を照射された試料２の透過光、反射光、または光源１からの光の照射により発生する試料２からの蛍光（これらをまとめて試料２からの光と呼ぶ）を検出する。光電子増倍管３は、試料２からの光に応じた電気信号（以下、アナログ電圧信号と呼ぶ）を光信号検出回路４に出力する。なお、アナログ電圧信号は、アナログ検出信号である。
【００２７】
光信号検出回路４は、光電子増倍管３から入力されるアナログ電圧信号から試料２の光量を検出してＰＣ５に出力する。光信号検出回路４は、アンプ４１、アナログデジタル変換部（以下、Ａ／Ｄ変換部という）４２、しきい値処理部４３、データ処理部４４１とデータ解析部４４２とを有するしきい値決定部４４、頻度数記憶領域４５１を有する記憶部４５、およびゲイン制御部４６を備えている。
【００２８】
アンプ４１は、光電子増倍管３から入力されるアナログ電圧信号を増幅し、増幅した電圧信号をＡ／Ｄ変換部４２に出力する。Ａ／Ｄ変換部４２は、アンプ４１から入力されたアナログ電圧信号を所定のクロックでサンプリングしてデジタル電圧信号に変換し、変換したデジタル電圧信号をデータ処理部４４１としきい値処理部４３とに出力する。なお、デジタル電圧信号は、デジタル検出信号である。
【００２９】
記憶部４５は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などで構成され、光量検出におけるパルスの波高値に対応付けてその出現回数を格納する頻度数記憶領域４５１を有する。
【００３０】
データ処理部４４１は、ＰＣ５からの各種設定に基づいてＡ／Ｄ変換部４２から入力されるデジタル電圧信号からパルスを検出し、検出したパルスの波高値に対応付けてその頻度数を頻度数記憶領域４５１に格納する。
【００３１】
データ解析部４４２は、ＰＣ５からの各種設定に基づいて頻度数記憶領域４５１に格納された波高値に対応付けられた頻度数を解析してノイズ成分と光量の信号成分とを弁別するパルス判定しきい値（波高値）を決定する。データ解析部４４２は、決定したパルス判定しきい値をしきい値処理部４３に出力する。
【００３２】
しきい値処理部４３は、データ解析部４４２から入力されたパルス判定しきい値に基づいて、Ａ／Ｄ変換部４２から入力されるデジタル電圧信号をノイズパルスと光量の信号パルスとに弁別し、光量の信号パルスをＰＣ５に出力する。
【００３３】
ゲイン制御部４６は、ＰＣ５からの各種設定に基づいて、光源１の光の強さや、光電子増倍管３およびアンプ４１のゲインを制御する。ＰＣ５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が搭載され、キーボードやマウスなどの入力手段と、ディスプレーなどの表示手段を有する一般的なパソコンで構成される。ＰＣ５は、入力手段を用いて入力された各種設定値をゲイン制御部４６と、データ処理部４４１と、データ解析部４４２とに設定するとともに、しきい値処理部４３から入力される光量の信号パルスを解析し、解析結果を、たとえば表示画面５１のような表示手段に表示する。
【００３４】
図６は、実施形態１の光量検出装置を用いて試料の測定を行う手順を示すフローチャートである。まず、測定者は、ＰＣ５の入力機能を用いて測定条件を入力する。ＰＣ５は、入力された測定条件に基づいて測定条件を設定する（ステップＳ１００）。具体的には、ＰＣ５は、アンプ４１および光電子増倍管３のゲイン制御値と光源１の光の強さの設定値とをゲイン制御部４６に設定する。
【００３５】
次に、光量検出装置は、フロアノイズの測定を開始する（ステップＳ１０１）。具体的には、測定者は、光電子増倍管３の電源をＯＦＦにし、光源１および光信号検出回路４の電源をＯＮにしてＰＣ５の入力手段を用いて測定開始の指示を入力する。ＰＣ５は、測定開始の指示が入力されると光信号検出回路４の動作を開始させる。これにより、光信号検出回路４内のアンプ４１やＡ／Ｄ変換部４２などのノイズ成分であるフロアノイズが測定可能となる。なお、このステップＳ１０１のフロアノイズの測定においては、光量検出装置に試料２が設置されていても、設置されていなくてもかまわない。ここでは、試料２は、設置されていないものとする。
【００３６】
より詳細には、アンプ４１は、光電子増倍管３から入力されるアナログ電圧信号を増幅し、増幅したアナログ電圧信号をＡ／Ｄ変換部４２に出力する。Ａ／Ｄ変換部４２は、アンプ４１から入力されたアナログ電圧信号を所定のクロックでサンプリングしてデジタル電圧信号に変換し、変換したデジタル電圧信号をデータ処理部４４１としきい値処理部４３とに出力する。
【００３７】
一般的に、フロアノイズは回路固有のものであることが多く、光信号検出回路４の回路ノイズは、無信号時（光電子増倍管３がＯＦＦの状態）の電圧値（通常は０Ｖ）を基準としてガウス分布に近い特性を示す。このステップＳ１０１のフロアノイズ測定は、その特性を確認するためのものである。したがって、このフロアノイズ測定においては、しきい値決定部４４は動作させなくてもよい。
【００３８】
また、データ解析部４４２がしきい値処理部４３へ出力するパルス判定しきい値は、ステップＳ１００においてＰＣ５があらかじめ所定の値、たとえば「０」に設定しておく。これにより、Ａ／Ｄ変換部４２の出力であるデジタル電圧信号がしきい値処理部４３を介してそのままＰＣ５に出力され、ＰＣ５の表示手段によって確認可能となる。なお、ＰＣ５は、入力されたデジタル電圧信号をそのまま表示してもよいし、予め定められた処理を行って表示してもよい。
【００３９】
次に、ＰＣ５は、データ処理部４４１に波高値測定スタート電圧値を設定する（ステップＳ１０２）。ここで、波高値測定スタート電圧値とは、後述するしきい値決定処理において、波高値の出現頻度をカウントするか否か、すなわち頻度分布を記憶する対象波高値とするか否か決定するための判定基準の電圧値である。先の図１を用いて説明したように、フロアノイズ領域の波高値は、暗電流ノイズ領域Ａの波高値よりも小さい値となる。したがって、波高値測定スタート電圧値より大きい波高値の頻度分布（のみ）を記憶するようにすれば、頻度数記憶領域４５１を少なくすることができ、かつその後の処理の対象となるデータ量が少なくなるため、処理時間を短縮することも可能となる。
【００４０】
具体的には、測定者は、フロアノイズの測定結果から、波高値測定スタート電圧値を決定し、決定した波高値測定スタート電圧値をＰＣ５の入力手段を用いて入力する。ＰＣ５は、入力された波高値測定スタート電圧値をデータ処理部４４１に通知する。データ処理部４４１は、通知された波高値測定スタート電圧値を記憶する。
【００４１】
次に、光量検出装置は、無光状態でノイズパルスの測定を開始する（ステップＳ１０３）。具体的には、測定者は、光源１をＯＦＦにし、光電子増倍管３の電源および光信号検出回路４の電源をＯＮにしてＰＣ５の入力手段を用いて測定開始の指示を入力する。この測定開始の指示には、パルス検出のためのサンプリング時間やパルスの出現頻度の計測時間、パルス判定しきい値を決定する時間、パルス判定しきい値を決定するための頻度下限値ＴＨ１などが含まれている。ここで、サンプリング時間とは、Ａ／Ｄ変換部４２からのアナログ電圧信号から１つのパルスを検出するために、アナログ電圧信号をサンプリングする時間単位である。また、計測時間とは、パルス判定しきい値を決定するためにパルスの最大電圧値である波高値ごとの出現頻度を検出する処理を実行する時間である。
【００４２】
測定開始の指示が入力されると、ＰＣ５は、サンプリング時間とパルスの出現頻度の計測時間とをデータ処理部４４１に通知し、データ処理部４４１は、図示していない計時機能を用いてサンプリング時間および出現頻度の計測時間の計測を開始する。また、ＰＣ５は、パルス判定しきい値を決定するパルス判定しきい値決定時間および頻度下限値ＴＨ１をデータ解析部４４２に通知する。データ解析部４４２は、図示していない計時機能を用いてパルス判定しきい値決定時間の計測を開始するとともに、頻度下限値ＴＨ１を記憶する。そして、アンプ４１は、光電子増倍管３から入力されるアナログ電圧信号を増幅し、増幅した電圧信号をＡ／Ｄ変換部４２に出力する。Ａ／Ｄ変換部４２は、アンプ４１から入力されたアナログ電圧信号を所定のクロックでサンプリングしてデジタル電圧信号に変換し、変換したデジタル電圧信号をデータ処理部４４１としきい値処理部４３とに出力する。
【００４３】
デジタル電圧信号が入力されると、データ処理部４４１およびデータ解析部４４２で構成されるしきい値決定部４４は、しきい値決定処理を実行してパルス判定しきい値を決定し、決定したパルス判定しきい値をしきい値処理部４３に出力する（ステップＳ１０４）。なお、ステップＳ１０５については後述する。
【００４４】
しきい値決定処理は、データ処理部４４１が実行するデータ処理と、データ解析部４４２が実行する第１のデータ解析処理とに分けられる。図７は、データ処理の動作を説明するためのフローチャートである。図７を用いて、データ処理部４４１が実行するデータ処理の動作を説明する。
【００４５】
まず、ＰＣ５から設定したサンプリング時間になると（ステップＳ２００，Ｙｅｓ）、データ処理部４４１は、Ａ／Ｄ変換部４２から入力されるデジタル電圧信号が示すデジタル電圧値と、ＰＣ５から設定された波高値測定スタート電圧値とを比較する（ステップＳ２０１）。デジタル電圧値が波高値測定スタート電圧値以下の場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）、データ処理部４４１は、サンプリング時間がパルスを検出している区間（パルス区間）であるか否かを判定する。データ処理部４４１は、たとえば、ＯＮであればパルス区間であることを示し、ＯＦＦであればパルス区間ではないことを示すパルス区間フラグなどを用いて、現在のサンプリング時間がパルス区間であるか否かを判定する。パルス区間ではない場合（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、データ処理部４４１は、ステップＳ２００に戻って、次のサンプリング時間になるまで処理を停止する。なお、ＰＣ５から設定したサンプリング時間ではない場合も（ステップＳ２００，Ｎｏ）、データ処理部４４１は、次のサンプリング時間になるまで処理を停止する。
【００４６】
デジタル電圧値が波高値測定スタート電圧値より大きい場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、データ処理部４４１は、サンプリング時間がパルス区間であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。パルス区間ではない場合（ステップＳ２０３，Ｎｏ）、データ処理部４４１は、パルス区間フラグをＯＮにして、パルス区間の開始を記憶する（ステップＳ２０４）。
【００４７】
パルス区間フラグをＯＮにした後、またはパルス区間であると判定した場合（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）、データ処理部４４１は、Ａ／Ｄ変換部４２から入力されたデジタル電圧値と記憶している最大電圧値とを比較する（ステップＳ２０５）。デジタル電圧値が最大電圧値よりも大きい場合（ステップＳ２０５，Ｙｅｓ）、データ処理部４４１は、デジタル電圧値を最大電圧値として保持し、最大電圧値を更新する（ステップＳ２０６）。最大電圧値を更新した後、またはデジタル電圧値が最大電圧値以下の場合（ステップＳ２０５，Ｎｏ）、データ処理部４４１は、ステップＳ２００に戻って、次のサンプリング時間になるまで処理を停止する。
【００４８】
一方、ステップＳ２０２において、サンプリング時間がパルス区間であると判定した場合（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、データ処理部４４１は、パルス区間フラグをＯＦＦにしてパルス区間の終了を記憶する（ステップＳ２０７）。データ処理部４４１は、最大電圧値の値に対応付けられた頻度数記憶領域４５１の値をインクリメントする（ステップＳ２０８）。具体的には、データ処理部４４１は、最大電圧値の値を読み出し、読み出した値に対応付けられた頻度数記憶領域４５１の値を読み出す。そして、データ処理部４４１は、読み出した値に「１」を加算し、加算した値を最大電圧値の値に対応付けられた頻度数記憶領域４５１に格納する。これにより、検出したパルスの最大電圧値である波高値の出現回数が更新される。
【００４９】
データ処理部４４１は、最大電圧値の値を初期化（ここでは「０」）する（ステップＳ２０９）。データ処理部４４１は、波高値測定スタート電圧値より大きいデジタル電圧値を検出したパルス区間において、そのパルスの波高値を検出し、検出した波高値に対応付けられた頻度数記憶領域４５１の値をインクリメントして、波高値ごとの頻度数を記憶するデータ処理（ステップＳ２００〜Ｓ２０９）を計測終了時刻になるまで繰り返す（ステップＳ２１０）。そして、データ処理部４４１は、計測終了時刻になった場合（ステップＳ２１０，Ｙｅｓ）は計測を終了し、計測終了時刻になっていない場合（ステップＳ２１０，Ｎｏ）はステップＳ２００に戻って、次のサンプリング時間になるまで処理を停止する。
【００５０】
図８は、１つのパルスを検出してその頻度数を記憶するデータ処理の動作を説明するための図である。図８（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示している。図８（ａ）のサンプリング時刻Ｔ１〜Ｔ３においては、Ａ／Ｄ変換部４２から入力されるデジタル電圧値が波高値測定スタート電圧値以下のため、データ処理部４４１は、パルス区間フラグをＯＦＦにしている。
【００５１】
サンプリング時刻Ｔ４において、デジタル電圧値が波高値測定スタート電圧値より大きくなり、データ処理部４４１は、パルス区間フラグをＯＮにするとともに、デジタル電圧値「１０」を最大電圧値として記憶する。サンプリング時刻Ｔ５において、デジタル電圧値「２０」となる。したがって、データ処理部４４１は、最大電圧値を「２０」に更新する。
【００５２】
サンプリング時刻Ｔ６においては、デジタル電圧値は「１３」であり、サンプリング時刻Ｔ７においては、デジタル電圧値は「５」である。データ処理部４４１は、サンプリング時刻Ｔ５において、最大電圧値「２０」を記憶している。したがって、最大電圧値を更新することはない。
【００５３】
サンプリング時刻Ｔ８において、デジタル電圧値は波高値測定スタート電圧値以下となり、データ処理部４４１は、パルス区間フラグをＯＦＦにする。すなわち、データ処理部４４１は、１つのパルスの検出が終了したと判定し、検出したパルスの最大電圧値が「２０」であることを認識する。この検出したパルスの最大電圧値が波高値である。したがって、図８（ａ）においては、検出したパルスの波高値は「２０」となる。
【００５４】
図８（ｂ）に示すように、頻度数記憶領域４５１は、アドレスが波高値に対応付けて定義されている。この場合は、アドレス「０」が波高値「０」であり、アドレス「２０」が波高値「２０」に対応付けられている。最大電圧値として「２０」を記憶しているので、図８（ｂ）の場合、データ処理部４４１は、アドレス「２０」のデータ「Ｂ」を読み出してインクリメントし、アドレス「２０」のデータとして「Ｂ＋１」を記憶部４５に記憶させる。
【００５５】
以上のように、データ処理によって計測開始から計測終了までの所定時間内に検出したパルスの波高値ごとの出現回数（出現頻度）が頻度数記憶領域４５１に記憶される。
【００５６】
図９は、第１のデータ解析処理の動作を説明するためのフローチャートである。図９を用いて、データ解析部４４２が実行する第１のデータ解析処理の動作を説明する。なお、第１のデータ解析処理は、上述したようにしきい値決定処理であり、先の図７のフローチャートを参照して説明したデータ処理の後に実行する処理である。
【００５７】
パルス判定しきい値決定時刻になると（ステップＳ３００，Ｙｅｓ）、データ解析部４４２は、処理対象波高値を選択する（ステップＳ３０１）。処理の最初の場合、データ解析部４４２は、データ処理部４４１が検出したパルスの波高値の中で最も小さい値の波高値を処理対象波高値として選択する。これは、先の図１を用いて説明したように、波高値の小さいものほどその出現頻度が大きいためである。なお、パルス判定しきい値決定時刻になっていない場合（ステップＳ３００，Ｎｏ）、データ解析部４４２は、パルス判定しきい値決定時刻になるまで処理を停止する。
【００５８】
データ解析部４４２は、処理対象波高値に対応する頻度数を取得する（ステップＳ３０２）。具体的には、データ解析部４４２は、処理対象波高値に対応付けられた頻度数記憶領域４５１のデータを取得する。データ解析部４４２は、取得したデータ（頻度数）と、ＰＣ５によって設定され、自身が記憶している頻度下限値ＴＨ１と、を比較する（ステップＳ３０３）。
【００５９】
取得した頻度数が頻度下限値ＴＨ１より大きい場合（ステップＳ３０３，Ｎｏ）、データ解析部４４２は、次の処理対象波高値を選択する（ステップＳ３０４）。具体的には、データ解析部４４２は、現在の処理対象波高値より１つ大きい波高値を新たな処理対象波高値として選択する。そして、データ解析部４４２は、処理対象波高値に対応する頻度数が頻度下限値ＴＨ１以下になるまで、処理対象波高値に対応する頻度数を取得し、取得した頻度数と頻度下限値ＴＨ１とを比較する動作を繰り返す（ステップＳ３０２〜Ｓ３０４）。
【００６０】
取得した頻度数が頻度下限値ＴＨ１以下の場合（ステップＳ３０３，Ｙｅｓ）、データ解析部４４２は、処理対象波高値の値をパルス判定しきい値としてしきい値処理部４３に出力し（ステップＳ３０５）、第１のデータ解析処理を終了する。
【００６１】
図６に戻って、ステップＳ１０４のしきい値決定処理が終了すると、光量検出装置は、試料２の光量測定を開始する（ステップＳ１０５）。具体的には、測定者は、光源１、光電子増倍管３、および光信号検出回路４の電源をすべてＯＮにし、試料２を光量検出装置に設置し、ＰＣ５の入力手段を用いて試料２の光量測定開始の指示を入力する。ＰＣ５は、光量測定開始の指示を受けると、その旨を光信号検出回路４に通知して測定を開始させる。
【００６２】
より詳細には、アンプ４１は、光電子増倍管３から入力されるアナログ電圧信号を増幅し、増幅した電圧信号をＡ／Ｄ変換部４２に出力する。Ａ／Ｄ変換部４２は、アンプ４１から入力されたアナログ電圧信号を所定のクロックでサンプリングしてデジタル電圧信号に変換し、変換したデジタル電圧信号をデータ処理部４４１としきい値処理部４３とに出力する。
【００６３】
デジタル電圧信号が入力されると、しきい値処理部４３は、デジタル電圧信号が示す電圧値とデータ解析部４４２から通知された電圧値を示すパルス判定しきい値とを比較する。電圧値がパルス判定しきい値以上の場合、しきい値処理部４３は、Ａ／Ｄ変換部４２から入力されたデジタル電圧信号をそのままＰＣ５に出力する。また、電圧値がパルス判定しきい値より小さい場合、しきい値処理部４３は、デジタル電圧信号を「０」にしてＰＣ５に出力する。
【００６４】
つぎに、頻度下限値ＴＨ１について説明する。頻度下限値ＴＨ１は、先の図６に示したステップＳ１０１のフロアノイズ測定の測定結果などの実測値から、先の図１に示したフロアノイズ領域と暗電流ノイズ領域Ａとの境界線より大きい値を設定する。たとえば、光量検出装置の所定の性能を満たす頻度の値を頻度下限値ＴＨ１とする。また、暗電流ノイズは、光電子増倍管３の温度に起因して変動するため、光量検出装置の設置場所に影響されることも多い。したがって、設置場所固有となることも多いため、実験的に求めた値を頻度下限値ＴＨ１として設定してもよい。
【００６５】
図１０は、この実施形態１の光信号検出回路の出力を示す図である。図１０（ａ）に示すように、先の図１に示したフロアノイズ領域と暗電流ノイズ領域Ａとの境界となる波高値Ｈ２における頻度数を頻度下限値ＴＨ１として設定した場合、パルス判定しきい値は波高値Ｈ２の電圧値となる。そのため、光信号パルスとともに暗電流ノイズに起因するパルスＰ１を出力してしまう。
【００６６】
しかし、図１０（ｂ）に示すように、フロアノイズ領域と暗電流ノイズ領域Ａとの境界線より大きい値、たとえば、先の図１に示した暗電流ノイズ領域Ａと暗電流ノイズ領域Ｂとの境界となる波高値Ｈ３における頻度数を頻度下限値ＴＨ１として設定すれば、パルス判定しきい値は波高値Ｈ３の電圧値となる。そのため、暗電流ノイズに起因するパルスＰ１を除去して、光信号パルス（のみ）を出力することが可能となる。
【００６７】
以上説明したように、この実施形態１においては、データ処理部４４１が、アンプ４１およびＡ／Ｄ変換部４２により変換された光量に応じたデジタル電圧信号からパルスを検出し、検出したパルスの最大電圧値である波高値を求め、求めた波高値ごとの出現頻度を頻度数記憶領域４５１に記憶させる。データ解析部４４２が、頻度数記憶領域４５１に記憶された波高値に対応付けられた当該波高値の出現回数のうち、波高値の値が小さいものから順に当該波高値の出現回数と予め定められた頻度下限値とを比較し、比較の結果出現回数が頻度下限値以下となった波高値の値をパルス判定しきい値に決定する。そして、しきい値処理部４３が、パルス判定しきい値以上のデジタル電圧信号（のみ）を検出信号として出力するようにしている。これにより、頻度下限値ＴＨ１を設定する簡単な操作で微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別することができる。
【００６８】
また、この実施形態１の光信号検出回路４を用いた光量検出装置においては、光信号検出回路４が、暗電流に起因するノイズの信号を除去しているため、Ｓ／Ｎ（Signal-Noise ratio）を高くすることが可能となり、微弱な光量を検出可能とする光量検出装置を得ることができる。
【００６９】
なお、温度変化による波高値の出現頻度が変化した場合、先の図６のステップＳ１０３の無光状態でのノイズパルス測定およびステップＳ１０４のしきい値決定処理を行うことで、パルス判定しきい値を変更することができる。これにより、温度変化により出現パルスの頻度数が変化した場合でも、適切なパルス判定しきい値を決定することが可能となり、温度変化に対応して微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別することができる。
【００７０】
また、光量測定中に、所定時間ごとにしきい値決定処理を実行して、所定時間ごとにパルス判定しきい値を求めるようにしてもよい。これにより、温度変化により出現パルスの頻度数が変化しても、適切なパルス判定しきい値を決定することが可能となり、測定環境の温度が変化した場合でも、その変化に対応して微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別することができる。
【００７１】
さらに、パルス判定しきい値を変更した場合、データ解析部４４２が、ＰＣ５に通知し、ＰＣ５が出力手段にパルス判定しきい値が変更された旨やパルス判定しきい値の値を表示するようにしてもよい。これにより、測定者が、パルス判定しきい値が変更されたことやパルス判定しきい値を認識することが可能となる。
【００７２】
さらにまた、先の図６のステップＳ１０４のしきい値決定処理によってパルス判定しきい値を決定した後に、決定したパルス判定しきい値と温度の関係を予め関数化しておき、試料２の光量測定中に、動的にパルス判定しきい値を変更するようにしてもよい。この場合、まず、ＰＣ５によってパルス判定しきい値と温度の関係の関数を予めデータ解析部４４２に記憶させておく。また、光量検出装置に温度を検出するセンサを備え、検出した温度を光信号検出回路４のデータ解析部４４２に通知する。データ解析部４４２は、センサから通知された温度と、記憶したパルス判定しきい値と温度の関係の関数とに基づいてパルス判定しきい値を決定すればよい。
【００７３】
実施形態２．
図１１および図１２を用いて、本発明の実施形態２を説明する。図１１は、本発明の実施形態２の光信号検出回路を用いた光量検出装置の構成を示すブロック図である。図１１に示した実施形態２の光量検出装置は、先の図５に示した実施形態１の光量検出装置とほぼ同じであるが、相違点は光信号検出回路４のしきい値決定部４４のデータ解析部４４２の代わりに、データ解析部４４２ａを備えることである。実施形態１の光量検出装置と同じ機能を有する構成要素には、同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７４】
データ解析部４４２ａは、データ解析部４４２の機能に加え、波高値に対応付けて記憶された出現頻度を解析し、出現頻度が最も小さい値をパルス判定しきい値として決定する機能を有する。
【００７５】
つぎに、この実施形態２の光量検出装置の動作を説明する。この実施形態２の光量検出装置の動作は、先の実施形態１の光量検出装置の動作とほぼ同じであり、相違点は、データ解析部４４２ａが光量検出中に行う第２のデータ解析処理が追加されていることであるので、ここでは、第２のデータ解析処理の動作のみ説明する。
【００７６】
なお、この第２のデータ解析処理の動作は、先の図６に示したステップＳ１０５の光量測定時に行われる。また、データ処理部４４１は、ステップＳ１０５の光量測定時にも、先の図７のフローチャートで説明したデータ処理の動作を行っているものとする。
【００７７】
図１２は、第２のデータ解析処理の動作を説明するためのフローチャートである。パルス判定しきい値決定時刻になると、データ解析部４４２ａは、処理対象波高値を選択する（ステップＳ４００）。具体的には、データ解析部４４２ａは、データ処理部４４１が検出したパルスの波高値の中で最も小さい値の波高値を処理対象波高値として選択する。
【００７８】
つぎに、データ解析部４４２ａは、比較対象波高値を選択する（ステップＳ４０１）。具体的には、データ解析部４４２ａは、処理対象波高値のつぎに大きい波高値を比較対象波高値として選択する。
【００７９】
データ解析部４４２ａは、処理対象波高値および比較対象波高値の頻度数を取得する（ステップＳ４０２）。具体的には、データ解析部４４２ａは、処理対象波高値および比較対象波高値に対応付けられた頻度数記憶領域４５１のデータ（頻度数）をそれぞれ取得する。データ解析部４４２ａは、取得した処理対象波高値の頻度数と比較対象波高値の頻度数とを比較する（ステップＳ４０３）。
【００８０】
処理対象波高値の頻度数が比較対象波高値の頻度数より大きい場合（ステップＳ４０３，Ｙｅｓ）、データ解析部４４２ａは、新たな処理対象波高値と比較対象波高値とを選択する（ステップＳ４０４）。具体的には、現在の比較対象波高値を新たな処理対象波高値として選択し、新たな処理対象波高値のつぎに大きい波高値を新たな比較対象波高値として選択する。そして、ステップＳ４０２に戻って、処理対象波高値および比較対象波高値の頻度数を頻度数記憶領域４５１から取得し、取得した処理対象波高値の頻度数と比較対象波高値の頻度数とを比較する。
【００８１】
処理対象波高値の頻度数が比較対象波高値の頻度数以下の場合（ステップＳ４０３，Ｎｏ）、データ解析部４４２ａは、処理対象波高値の値をパルス判定しきい値としてしきい値処理部４３に出力して（ステップＳ４０５）、第２のデータ解析処理を終了する。
【００８２】
以上説明したように、この実施形態２では、データ処理部４４１が、アンプ４１およびＡ／Ｄ変換部４２により変換された検出した光量に応じたデジタル電圧信号からパルスを検出し、検出したパルスの最大電圧値である波高値を求め、求めた波高値ごとの出現頻度を頻度数記憶領域４５１に記憶させる。データ解析部４４２ａが、頻度数記憶領域４５１に記憶された波高値に対応付けられた当該波高値の頻度数のうち、波高値の値が小さいものから順に波高値ごとの頻度数を比較して頻度数の最小値を求め、頻度数が最小値を示す波高値の値をパルス判定しきい値とする。そして、しきい値処理部４３が、パルス判定しきい値以上のデジタル電圧信号（のみ）を検出信号として出力するようにしているため、温度変化により出現パルスの頻度数が変化した場合でも、適切なパルス判定しきい値を決定することが可能となり、温度変化に対応して微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別することができる。
【００８３】
また、この実施形態２の光信号検出回路４を用いた光量検出装置においては、光信号検出回路４が、暗電流に起因するノイズの信号を除去しているため、Ｓ／Ｎ（Signal-Noise ratio）を高くすることが可能となり、微弱な光量を検出可能とする光量検出装置を得ることができる。
【００８４】
なお、この実施形態２では、頻度数が最小の波高値をパルス判定しきい値とするようにしたが、頻度数が最小の波高値より予め定められた分だけ、大きい波高値または小さい波高値をパルス判定しきい値としてもよい。この場合は、どれだけ大きいまたは小さい波高値にするかの値を予めＰＣ５からデータ解析部４４２ａに設定しておき、最小の波高値に予め定められた値を減算した値、または最小の波高値に予め定められた値を加算した値をパルス判定しきい値とすればよい。
【００８５】
また、この実施形態２の光信号検出回路４では、試料２の光量測定中に、データ処理部４４１がデータ処理によって波高値ごとの出現頻度数を取得し、データ解析部４４２ａが、第２のデータ解析処理によって波高値ごとの出現頻度数からパルス判定しきい値を決定するようにしているため、先の実施形態１の光量検出装置の試料の測定を行う手順を実行することなく、試料２の光量測定を実行してパルス判定しきい値を決定するようにしてもよい。これにより、頻度下限値ＴＨ１を設定することなくパルス判定しきい値を決定することが可能となる。
【００８６】
さらに、パルス判定しきい値を変更した場合、データ解析部４４２ａが、ＰＣ５に通知し、ＰＣ５が出力手段にパルス判定しきい値が変更された旨やパルス判定しきい値の値を表示するようにしてもよい。これにより、測定者が、パルス判定しきい値が変更されたことやパルス判定しきい値を認識することが可能となる。
【００８７】
実施形態３．
図１３〜図１５を用いて、本発明の実施形態３を説明する。先の実施形態１および実施形態２において光量を検出する際に、光源１や光電子増倍管３、アンプ４１のゲイン調整が必要となる場合がある。この実施形態３では、光源１や光電子増倍管３、アンプ４１のゲイン調整について説明する。
【００８８】
図１３は、ゲイン調整の条件を説明するための図である。図１３（ａ）および図１３（ｃ）において、横軸は波高値を示し、縦軸は頻度を示している。また、図１３（ｂ）および図１３（ｄ）において、横軸は時間を示し、縦軸は単位時間ごとに検出したパルス数を示している。
【００８９】
図１３（ａ）の線Ｇ３１は、測定開始後、所定時間が経過したときの波高値と頻度の関係を示している。この線Ｇ３１では、頻度が減少して再び増加する境界の波高値、すなわち、パルス判定しきい値となる波高値の頻度が、頻度下限値ＴＨ１よりも大きくなっている。このように、パルス判定しきい値となる波高値の頻度が、頻度下限値ＴＨ１よりも大きくなっている場合、図１３（ｂ）に示すように、単位時間ごとに検出したパルス数は、適正下限値ＴＨ６と適正上限値ＴＨ７の間の適正頻度内に分布し、安定した状態となる。これは、量子化効率が安定していることを示しており、アンプ４１の電圧増幅度が不足していることを意味する。したがって、パルス判定しきい値となる波高値の頻度が、頻度下限値ＴＨ１よりも大きく、かつ単位時間ごとに検出したパルス数が適正下限値ＴＨ６と適正上限値ＴＨ７の間の適正頻度内に分布している場合には、アンプ４１のゲイン調整を行い、図１３（ａ）の線Ｇ３２に示すように、パルス判定しきい値となる波高値の頻度が、頻度下限値ＴＨ１よりも小さくなるように調整することが好ましい。
【００９０】
また、図１３（ｃ）の線Ｇ３３は、測定開始後、所定時間が経過したときの波高値と頻度の関係を示している。この線Ｇ３３では、パルス判定しきい値となる波高値の頻度が、頻度下限値ＴＨ１よりも小さく、かつ光電子増倍管３の増倍特性で決まる波高値を中心に分布する波高値の頻度数も頻度下限値ＴＨ１よりも小さくなっている。このような場合、図１３（ｄ）に示すように、単位時間ごとに検出したパルス数は、適正下限値ＴＨ６と適正上限値ＴＨ７の間の適正頻度内に分布することなく、適正下限値ＴＨ６以下になる。これは、光電子増倍管３の電圧が不足していることを示しており、光電子増倍管３の電圧を調整し（ゲイン調整を行い）、光電子増倍管３の増倍特性で決まる波高値を中心に分布する波高値の頻度数も頻度下限値ＴＨ１よりも大きくすることが好ましい。
【００９１】
前記を踏まえて、この実施形態３では、単位時間ごとに検出したパルス数をカウントし、カウントした結果とパルス判定しきい値とに基づいて、光源１や光電子増倍管３、アンプ４１のゲイン調整を行うものである。
【００９２】
図１４は、本発明の実施形態３の光信号検出回路を用いた光量検出装置の構成を示すブロック図である。図１４に示した本発明の実施形態３の光信号検出回路を用いた光量検出装置は、先の図１１に示した実施形態２の光信号検出回路を用いた光量検出装置の、光信号検出回路４の記憶部４５にパルス数記憶領域４５２が追加され、パルス測定制御部４７が追加されている。また、データ処理部４４１の代わりにデータ処理部４４１ａを備え、データ解析部４４２ａの代わりにデータ解析部４４２ｂを備え、ゲイン制御部４６の代わりにゲイン制御部４６ａを備えている。実施形態１の光量検出装置と同じ機能を有する構成要素には、同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００９３】
データ処理部４４１ａは、データ処理部４４１の機能に加え、頻度数記憶領域４５１の頻度数を更新した際に、パルスを検出したことを通知するパルス検出通知をパルス測定制御部４７に出力する。
【００９４】
パルス測定制御部４７は、ＰＣ５から設定されるパルス測定の単位時間およびゲイン調整判定のタイミングなどを制御する。また、パルス測定制御部４７は、単位時間内に受けたパルス検出通知をカウントし、カウント値をパルス数記憶領域４５２に記憶させる。
【００９５】
データ解析部４４２ｂは、データ解析部４４２ａの機能に加え、パルス測定制御部４７からの通知により、ゲイン調整を行うか否かの判定を行う。なお、かかる判定については図１５を参照して後に説明する。データ解析部４４２ｂは、判定の結果ゲイン調整が必要な場合、ゲイン調整通知をゲイン制御部４６ａに出力する。ゲイン制御部４６ａは、ゲイン調整通知を受けると、光源１や光電子増倍管３、アンプ４１のゲインを調整する。
【００９６】
つぎに、この実施形態３の光量検出装置の動作を説明する。この実施形態３の光量検出装置のパルス判定しきい値を決定する動作は、先の実施形態１または実施形態２のしきい値決定処理と同様であり、しきい値決定処理とは別に、以下に説明するゲイン調整判定処理の動作が行われる。よって、ここでは、光量検出中に行うゲイン調整に関わる動作のみを説明する。
【００９７】
データ処理部４４１ａは、先の図７のフローチャートで説明したデータ処理のステップＳ２０６において、最大電圧値を更新した後、パルスを検出したことを通知するパルス検出通知をパルス測定制御部４７に出力する。
【００９８】
パルス測定制御部４７は、パルス検出通知が入力されると、図示しないパルスカウンタの値をカウントアップする動作を、予め設定された単位時間が終了するまで繰り返す。パルス測定制御部４７は、単位時間が終了すると、パルスカウンタの値をパルス数記憶領域４５２に記憶させる。また、パルス測定制御部４７は、パルスカウンタの値を初期化し（「０」にし）、次の単位時間のパルスカウンタの値をカウントアップする。
パルス数記憶領域４５２は、単位時間ごとにアドレスが対応付けられ、それぞれの単位時間ごとのパルスカウンタの値（パルス数）を記憶する。
【００９９】
パルス測定制御部４７は、ゲイン調整判定時間になるとその旨をデータ解析部４４２ｂに通知する。データ解析部４４２ｂは、ゲイン調整判定時間であることが通知されると、ゲイン調整判定処理を実行する。
【０１００】
図１５は、ゲイン調整判定処理の動作を説明するためのフローチャートである。図１５のフローチャートを参照して、ゲイン調整判定処理の動作を詳細に説明する。なお、波高値の頻度の最小値を求める処理は、先の図１２のフローチャートで説明したステップＳ４００〜Ｓ４０４と同じ処理であるので、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【０１０１】
データ解析部４４２ｂは、処理対象波高値および比較対象波高値を選択する（ステップＳ４００，Ｓ４０１）。データ解析部４４２ｂは、処理対象波高値および比較対象波高値の頻度数を取得する（ステップＳ４０２）。データ解析部４４２ｂは、取得した処理対象波高値の頻度数と比較対象波高値の頻度数とを比較する（ステップＳ４０３）。処理対象波高値の頻度数が比較対象波高値の頻度数より大きい場合（ステップＳ４０３，Ｙｅｓ）、データ解析部４４２ｂは、新たな処理対象波高値と比較対象波高値とを選択する（ステップＳ４０４）。そして、ステップＳ４０２に戻って、データ解析部４４２ｂは、処理対象波高値および比較対象波高値の頻度数を頻度数記憶領域４５１から取得し、取得した処理対象波高値の頻度数と比較対象波高値の頻度数とを比較する。
【０１０２】
処理対象波高値の頻度数が比較対象波高値の頻度数以下の場合（ステップＳ４０３，Ｎｏ）、データ解析部４４２ｂは、処理対象波高値の頻度数と頻度下限値ＴＨ１とを比較する（ステップＳ５００）。処理対象波高値の頻度数が頻度下限値ＴＨ１より大きい場合（ステップＳ５００，Ｙｅｓ）、データ解析部４４２ｂは、パルス数が適正範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。
【０１０３】
具体的には、データ解析部４４２ｂは、パルス数記憶領域４５２に記憶されている単位時間ごとに検出したパルス数をすべて取得する。データ解析部４４２ｂは、取得したそれぞれの単位時間ごとのパルス数が、予め定められた適正下限値ＴＨ６以上でかつ適正上限値ＴＨ７以下であるか否かを判定する。この場合、たとえば、すべての時間単位のパルス数が適正下限値ＴＨ６以上でかつ適正上限値ＴＨ７以下である場合を適正範囲内と判定してもよいし、すべての単位時間のパルス数のうち、パルス数が適正下限値ＴＨ６以上でかつ適正上限値ＴＨ７以下である単位時間の数が予め定められた値以上であれば適正範囲内であると判定するようにしてもよい。
【０１０４】
パルス数が適正範囲内であると判定した場合（ステップＳ５０１，Ｙｅｓ）、データ解析部４４２ｂは、アンプ４１を調整する旨のゲイン調整通知をゲイン制御部４６ａに出力して（ステップＳ５０２）処理を終了する。パルス数が適正範囲外であると判定した場合（ステップＳ５０１，Ｎｏ）、データ解析部４４２ｂは、処理を終了する。
【０１０５】
一方、処理対象波高値の頻度数が頻度下限値ＴＨ１以下の場合（ステップＳ５００，Ｎｏ）、データ解析部４４２ｂは、パルス数が適正範囲外であるか否かを判定する（ステップＳ５０３）。パルス数記憶領域４５２に記憶されている単位時間ごとに検出したパルス数をすべて取得する。データ解析部４４２ｂは、取得したそれぞれのパルス数が、予め定められた適正下限値ＴＨ６以上でかつ適正上限値ＴＨ７以下であるか否かを判定する。この場合、たとえば、すべての時間単位のパルス数が適正下限値ＴＨ６以下または適正上限値ＴＨ７以上である場合を適正範囲外と判定してもよいし、すべての単位時間のパルス数のうち、パルス数が適正下限値ＴＨ６以下または適正上限値ＴＨ７以上である単位時間の数が予め定められた値以上であれば適正範囲外であると判定するようにしてもよい。
【０１０６】
パルス数が適正範囲外と判定した場合（ステップＳ５０３，Ｙｅｓ）、データ解析部４４２ｂは、光電子増倍管３の電圧を調整する旨のゲイン調整通知をゲイン制御部４６ａに出力して（ステップＳ５０４）処理を終了する。パルス数が適正範囲内であると判定した場合（ステップＳ５０３，Ｎｏ）、データ解析部４４２ｂは、処理を終了する。
【０１０７】
ゲイン制御部４６ａは、以上のゲイン調整判定処理によりゲイン調整通知を受けると、ゲイン調整通知に基づいて、アンプ４１または光電子増倍管３を調整する。調整量は、予め実験などによってその調整量を決めておき、ＰＣ５によってゲイン制御部４６ａに設定しておけばよい。また、光電子増倍管３だけでなく、光源１を調整するようにしてもよい。
【０１０８】
以上説明したように、この実施形態３では、パルス測定制御部４７が、データ処理部４４１ａが検出したパルス数をカウントし、カウントしたパルス数を単位時間に対応付けてパルス数記憶領域に記憶させる。データ解析部４４２ｂが、頻度数記憶領域４５１に記憶された波高値に対応付けられた当該波高値の出現回数のうち、波高値の値が小さいものから順に波高値ごとの出現回数を比較して出現回数の最小値を求め、求めた最小値と、頻度下限値ＴＨ１と、パルス数記憶領域４５２に記憶された単位時間ごとに検出された各パルス数とに基づいてアンプ４１および光電子増倍管３のゲインを調整するか否かを判定する。そして、判定結果に基づいてゲイン制御部４６ａがアンプ４１および光電子増倍管３のゲインを調整するようにしているため、アンプ４１および光電子増倍管３のゲイン制御も含めて制御可能となり、より適切に微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別することができる。
【０１０９】
実施形態４．
図１６および図１７を用いて、本発明の実施形態４を説明する。図１６は、本発明の実施形態４の光信号検出回路を用いた光量検出装置の構成を示すブロック図である。図１６に示した実施形態４の光量検出装置は、先の図５で示した実施形態１の光量検出装置の光信号検出回路４の代わりに、光信号検出回路４ａを備えている。光信号検出回路４ａは、光信号検出回路４からしきい値処理部４３が削除され、デジタルアナログ変換部（以下、Ｄ／Ａ変換部と呼ぶ）４９と、コンパレータ４８（図中ではＣＭＰ）と、カウンタ５０とが追加されている。なお、実施形態１の光量検出装置と同じ機能を有する構成要素には、同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１１０】
Ｄ／Ａ変換部４９は、データ解析部４４２から入力されるパルス判定しきい値をデジタルデータからアナログ信号（以下、アナログパルス判定しきい値と呼ぶ）に変換する。コンパレータ４８は、光電子増倍管３から入力されるアナログ電圧信号とＤ／Ａ変換部４９から入力されるアナログパルス判定しきい値とを比較する。コンパレータ４８は、比較の結果、アナログ電圧信号がアナログパルス判定しきい値以上の場合（のみ）、波形整形を行ったカウントアップを指示するパルス（カウント指示信号）をカウンタ５０に出力する。カウンタ５０は、カウント指示信号が入力された場合、カウント値をカウントアップしてカウント値をＰＣ５に出力する。
【０１１１】
つぎに、この実施形態４の光量検出回路の動作を説明する。実施形態４の光量検出装置を用いて試料２の測定を行う手順は、先の図６のフローチャートを参照して説明した手順と同様であり、パルス判定しきい値は、先の図７のフローチャートを参照して説明したデータ処理、および先の図９のフローチャートを参照して説明したデータ解析処理によって決定する。相違点は、データ解析部４４２が、第１のデータ解析処理によって決定したパルス判定しきい値をしきい値処理部４３に出力するのではなく、Ｄ／Ａ変換部４９に出力することにあるので、ここでは相違点のみを説明する。
【０１１２】
Ｄ／Ａ変換部４９は、データ解析部４４２によって決定されたパルス判定しきい値が入力されると、パルス判定しきい値をデジタルデータからアナログパルス判定しきい値に変換する。そして、Ｄ／Ａ変換部４９は、アナログパルス判定しきい値をコンパレータ４８に出力する。
【０１１３】
コンパレータ４８は、光電子増倍管３から入力されるアナログ電圧信号とアナログパルス判定しきい値とを比較する。コンパレータ４８は、アナログ電圧信号がアナログパルス判定しきい値以上の場合、カウント指示信号をカウンタ５０に出力する。カウンタ５０は、カウント指示信号が入力されると、カウント値をカウントアップしてカウント値をＰＣ５に出力する。ＰＣ５は、カウンタ５０からのカウント値に基づいて光電子増倍管３に入射された光の強度あるいはパルス数を算出する。
【０１１４】
以上説明したように、この実施形態４では、データ処理部４４１が、アンプ４１およびＡ／Ｄ変換部４２により変換された光量に応じたデジタル電圧信号からパルスを検出し、検出したパルスの最大電圧値である波高値を求め、求めた波高値ごとの出現頻度を頻度数記憶領域４５１に記憶させる。データ解析部４４２が、頻度数記憶領域４５１に記憶された波高値に対応付けられた当該波高値の出現回数のうち、波高値の値が小さいものから順に当該波高値の出現回数と予め定められた頻度下限値とを比較し、比較の結果、出現回数が頻度下限値ＴＨ１以下となった波高値の値をパルス判定しきい値とする。そして、Ｄ／Ａ変換部４９が、パルス判定しきい値をアナログ信号に変換し、光電子増倍管３から入力されるアナログ電圧信号がＡ／Ｄ変換部４２によって変換されたアナログ信号のパルス判定しきい値以上となる数をカウントしてＰＣ５に出力する。
【０１１５】
これにより、パルスカウント方式を用いた光信号検出回路４ａにおいても、頻度下限値ＴＨ１を設定する簡単な操作で微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別することが可能となり、Ｓ／Ｎ（Signal-Noise ratio）を高くすることができる。
【０１１６】
なお、実施形態４では、光電子増倍管３が１つの場合について説明したが、光電子増倍管３を複数備えるようにしてもよい。この場合、光信号検出回路４ａのコンパレータとカウンタとをそれぞれ、光電子増倍管３と同じ数だけ備えるようにすればよい。
【０１１７】
図１７は、光電子増倍管を２つ備えた場合の光量検出装置の構成を示すブロック図である。図１７に示すように、試料２からの蛍光を検出する複数（この場合は２個）の光電子増倍管３−１，３−２を備えている。また、光信号検出回路４ａは、光電子増倍管３の数と対応する（この場合は２個）のコンパレータ４８−１，４８−２およびカウンタ５０−１，５０−２を備えている。
【０１１８】
光電子増倍管３−１と光電子増倍管３−２とは、異なる位置に配置され、試料２からの蛍光をそれぞれ検出する。光電子増倍管３−１は、検出した蛍光に応じた電気信号であるアナログ電圧信号をアンプ４１とコンパレータ４８−１とに出力する。光電子増倍管３−２は、アナログ電圧信号をコンパレータ４８−２に出力する。
【０１１９】
コンパレータ４８−１，４８−２は、先の図１６に示したコンパレータ４８と同様に、光電子増倍管３−１，３−２から入力されるアナログ電圧信号とＤ／Ａ変換部４９から入力されるアナログパルス判定しきい値とを比較する。コンパレータ４８−１，４８−２は、比較の結果、アナログ電圧信号がアナログパルス判定しきい値以上の場合（のみ）、波形整形を行ったカウントアップを指示するパルス（カウント指示信号）をカウンタ５０−１，５０−２に出力する。カウンタ５０−１，５０−２は、カウント指示信号が入力された場合、カウント値をカウントアップしてカウント値をＰＣ５に出力する。
【０１２０】
このように、試料２の光量を複数の光電子増倍管３−１，３−２で検出する場合でも、１つの光電子増倍管３―１の出力からパルス判定しきい値を決定することができるため、光信号検出回路４ａの回路規模を小さくすることが可能となる。
【０１２１】
実施形態５．
先の実施形態１〜４では、光信号検出回路を光量検出装置に適応した場合について説明した。この実施形態５では、光信号検出回路を荷電粒子線装置の１つである走査型電子顕微鏡に適用した場合について説明する。
【０１２２】
図１８は、本発明の光信号検出回路を用いた走査型電子顕微鏡の構成を示す図である。図１８に示すように、本発明の光信号検出回路を用いた走査型電子顕微鏡は、電子源６０１、引き出し電極６０２、加速電極６０３、第一収束電極６０５、絞り６０６、第二集束電極６０７、電子ビーム操作用偏向器６０８、ＥｘＢ偏向器６１２、対物レンズ６０９、試料ステージ６１１、二次電子検出器６１４、プリアンプ６１５、高圧制御部６２０、集束レンズ制御部６２２、偏向制御部６２３、検出制御部６２４、対物レンズ制御部６２５、ステージ制御部６２６、コンピュータ６３０を備えている。
【０１２３】
高圧制御部６２０は、電子源６０１、引き出し電極６０２、加速電極６０３を制御する。集束レンズ制御部６２２は、第一収束電極６０５と第２集束電極６０７とを制御する。偏向制御部６２３は、電子ビーム操作用偏向器６０８を制御する。対物レンズ制御部６２５は、対物レンズ６０９を制御する。ステージ制御部６２６は、試料ステージ６１１を制御する。
【０１２４】
検出制御部６２４は、二次電子検出器６１４によって検出され、プリアンプ６１５によって増幅された信号から光検出を行う。この検出制御部６２４に、先の実施形態１〜４の光信号検出回路を用いる。コンピュータ６３０は、検出制御部６２４によって検出された信号に基づいて、被検査試料６１０の表面形状の画像を表示する。
【０１２５】
つぎに、この実施形態５の走査型電子顕微鏡の動作を説明する。電子源６０１から放出された電子は、引き出し電極６０２および加速電極６０３により加速される。加速された電子６０４は、第一収束電極６０５、絞り６０６、第二集束電極６０７を通過して絞られ、ＥｘＢ偏向器６１２を介した後、対物レンズ６０９のレンズ作用によって収束されて試料ステージ６１１に設置された被検査試料６１０上を一次元的、あるいは二次元的に走査される。
【０１２６】
被検査試料６１０から発生した二次電子６１３は、ＥｘＢ偏向器６１２により二次電子検出器６１４に到達する。二次電子検出器６１４は、到達した二次電子６１４に応じた電圧信号をプリアンプ６１５に出力する。プリアンプ６１５は、電圧信号を増幅して検出制御部６２４に出力する。
【０１２７】
検出制御部６２４は、先の実施形態１〜４の何れかの光信号検出回路である。先の実施形態１〜４の何れかの動作により、パルス判定しきい値を決定し、決定したパルス判定しきい値に基づいて出力パルス、または出力パルス数のカウント値をコンピュータ６３０に出力する。
【０１２８】
コンピュータ６３０は、検出制御部６２４から入力される出力パルス、または出力パルス数のカウント値に基づいて、被検査試料６１０の表面形状の画像をモニタなどの表示手段に表示する。
【０１２９】
以上説明したように、この実施形態５では、先の実施形態１〜４の何れかの光信号検出回路を検出制御部６２４に用いている。したがって、頻度下限値ＴＨ１を設定するなどの簡単な操作で微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別するとともに、その変化に対応して微量の光の信号成分と暗電流に起因するノイズの信号成分とを弁別することが可能となり、光信号検出のＳ／Ｎ（Signal-Noise ratio）がより高い走査型電子顕微鏡を得ることができる。
【０１３０】
なお、この実施形態５では、荷電粒子線装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明したが、これに限るものではない。たとえば、イオン顕微鏡など、測定対象からの光を検出して解析を行う装置の検出に先の実施形態１〜４の何れかの光信号検出回路を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
１  光源
２  試料
３  光電子増倍管（光検出手段）
４  光信号検出回路
５  パーソナルコンピュータ（制御手段）
４１  アンプ（増幅手段）
４２  Ａ／Ｄ変換部（アナログデジタル変換手段）
４３  しきい値処理部（しきい値処理手段）
４４  しきい値決定部（しきい値決定手段）
４６，４６ａ  ゲイン制御部（ゲイン制御手段）
４７  パルス測定制御部（パルス測定制御手段）
４８  コンパレータ（比較手段）
４９  Ｄ／Ａ変換部（デジタルアナログ変換手段）
５０  カウンタ（カウント手段）
４４１  データ処理部（データ処理手段）
４４２，４４２ａ  データ解析部（データ解析手段）
４５１  頻度数記憶領域（頻度数記憶手段）
４５２  パルス数記憶領域（パルス数記憶手段）
【図１】
2013187511.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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