JPH04209461A - 光電子増倍管の直線性改善方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光電子増倍管を高精度で使用するためにその
直線性を改善する方法に関するものである。

［従来の技術〕 現在、分光光度計等分析機器には、高感度で応答の直線
性がよいと言われる光電子増倍管が検出器として多く使
用されている。しかしながら、この検出器も直線性が完
全ではなく、そのずれ（非直線性）も校正されないで使
用されているため、高精度といわれる自記分光光度計を
用いて、透過率校正値のついた標準光学フィルタ（例え
ばＮｌ５Ｔ（米国国立標準技術研究所）より供給されて
いる９３０Ｄフイルタ）を測定した場合、透過率３０％
のフィルタでも、０．２％以上透過率が低く表示される
。

従来の分光光度計に使われる光電子増倍管では、第１図
に示すような電圧分割回路において、電極間電圧が、等
しい抵抗値を持った抵抗　（Ｒ，＝Ｒ２＝・・・＝Ｒ，
。）を直列につないだ回路で印加されるものが多い。そ
の際、Ｌａｎｄらの解析（Ｌａｎｄ。

Ｐ、Ｌ、、Ｒｅｖ、Ｓｃｉ、Ｉｎｓｔｒｕｍ、４２．４
２０−４２５（１９７１１）にもあるように、増幅率は
段間電圧に依存するため、陽極電流が増えてくると後段
の段間電圧が下がり、直線性が悪くなる。

一方、Ｎｌ５Ｔ、ＮＰＬ　（英国国立物理研究所）、並
びに工業技術院計量研究所では、光の加法性が成り立つ
かどうかを調べることにより検出器の非直線性を校正し
、高精度の分光光度計を試作している（例えば二戸、高
橋、西端、計量研究所報告３９　（１９９０１、Ｐ、　
３９９〜４０６参照）。しかし、その方法は機器の安定
度が要求されると共に、手間がかかり、日常のルーチン
ワークとして使用される機器に適用できないものである
。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の技術的課題は、上述した光電子増倍管における
電極間電圧の印加法の改善により、検出器としての直線
性を高め、光電子増倍管を高精度に使用可能にすること
にある。

［課題を解決するための手段Ｊ 上記課題を解決するため、本発明に係る光電子増倍管の
直線性改善方法は、検出器として用いる光電子増倍管の
電圧分割回路において、陰極と陽極間の各ダイノード間
の電圧を、陰極及び各ダイノード間に抵抗を設けると共
にそれらの抵抗を直列に接続することによって印加し、
その際に少なくともそれらの抵抗の一部に抵抗値の異な
るものを用いて電圧を制御することにより、光電子増倍
管における応答の直線性を改善することを特徴としてい
る。

［作　用］ 光電子増倍管の種類等によって決まる定数を考慮し、陰
極と第１段目のダイノード間の電流値と出力電流の関係
を求めて、それらの関係が直線的になるように分割抵抗
値を最適化することにより、検出器としての直線性が高
められ、光電子増倍管が高精度に使用可能になる。

［実施例コ 以下に本発明の実施例を第１図を参照しながら詳述する
。

本発明は、基本的には、検出器として用いる光電子増倍
管の電圧分割回路において、第１図に示すように、陰極
Ｃと陽極Ａとの間の各ダイノードＤｌ−Ｄ、間の電圧を
、陰極及び各ダイノード間に抵抗ｆＲ＋−ａ＋。）を設
けると共にそれらの抵抗を直列に接続することによって
印加し、その際、従来のように等しい抵抗値を持った抵
抗のみ　（Ｒ＋＝Ｒｚ＝・・・＝Ｒ，。）を直列につな
ぐことなく、少なくともそれらの抵抗の一部に抵抗値の
異なるものを用いて電圧を制御し、それにより、光電子
増倍管における応答の直線性を改善するものである。

以下においては、このような方法により上記直線性を改
善できることについて具体的に説明する。

一般的に、電子増倍管において、ηを量子効率、φを入
射する光束、Ｇを増幅率とすると、出力電流ＩＮは、 ｚｓ（φ）＝ηＧφ　　　　　　　・・・ｆｉｌで表わ
される。

また、ｎ段目のダイノードの増幅率をδ。とすると、Ｄ
段の全体の増幅率Ｇは、増幅率δ。の積として、 Ｇ＝１１　　δゎ　　　　　　　　　・・・（２）とな
るｏ　Ｌａｎｄらによれば、経験的に、δ。は直前の電
位差Ｖ、、たけでなく、次の電位差ｖｎ、Ｉにも依存し
、パラメータｂ、ｐ、ｑを用いて、 δゎ＝ｂＶｌｌＶ１１．Ｉ　　　　　　　　　・・・（
３）で表わされる。ｂ、１）＋ｑは光電子増倍管の種類
によって異なる定数であり、ｐ、ｑの比は光電子増倍管
の使用条件にもよっている。

検出器の直線性は、一般的には、次のようにして改善す
ることができる。まず、（２）式及びパラメータｂ、ｐ
、ｑの値を仮定し、抵抗分割回路をオームの法則とキル
ヒホッフの法則を用いて表わす。そのため、陰極と第１
段目のダイノード間の電流値ｉ、と出力電流九の関係を
求め、その関係が直線的になるように分割抵抗値を最適
化する。

具体的には、第１図に示すように直列に並べた抵抗（Ｒ
，−Ｒ，）に電圧■を印加した場合、ｉ＋”ｌ＋”ｌｚ
＋Ｉ。＝・・ｌＮ＋ＩＮＲ＋４＋＝Ｖ＋、　Ｒ２’Ｉ２
”Ｖ２．　　・・・、　ＲＮ’Ｉｘ”Ｖ−Ｌ＋Ｖ２＋　
−−−＋ＶＮ＝Ｖ δ−＋＝ｂ・ＶＮ−＋　ＪＮ １２・１１・δ＋　、　１Ｂ＝１ｉ・δ２．・・・。

ＩＮ＝ＩＮ−１・δＮ−１・・（４） となる。

以上の式を同時に解けば、１１とｉＮの関係を求めるこ
とができ、適当なＲ１，・・・、ＲＨを選ぶことにより
、直線性をよくすることができる。なお、パラメータｐ
、ｐ、ｑは予め実験的に決めておく必要がある。

上２の式は解析的に解くことは難しいが、近似的には以
下のように解くことが可能である。

増幅率Ｇは光束に依存するため、低光束の時のＧを６０
とすると、増幅率Ｇは、 Ｇ＝Ｇ、（１＋△Ｇ（φｌ／Ｇｏ）　　　　−−・（５
１のように表され、光束に依存した右辺第２項のΔＧ／
Ｇ、が検出器としての直線性からのずれとなる。ΔＧ／
Ｇは、（２）式から、 となる。また、（４）式から、 △Ｖ１＋・・・＋ΔＶｓ−Ｒ＋・△Ｌ＋−＋ＲＮ・ΔＩ
Ｎ：０ である。

ここで、Ｒ１＝Ｒ２−・・・＝ＲＮ−、＝Ｒ、ＦＩＮ≠
Ｒとし、低光束時に抵抗を流れる電流値をＩ。とすると
、（６）式は、 ・・・（７） となり、Ｒｓ／Ｒ＝ｘとすると、　−ΔＩＮ＝ｌＮ、−
Δｌ１＝１１であるから、 ΔＧ／Ｇｏ＝［ｐ・ｘ−ｑ・（Ｘ−ｔｌｌ−ｆｚｓ／Ｉ
ｏｌ＋ｑ・ｆｉｔ／ｒｏ）となる。

通常、１１はｉ、ｌに比べて小さいため、右辺第２項を
無視し、右辺第１項のみをＯにすることを考えればよい
。つまり、光電子増倍管のパラメータｐ、ｑに対して最
終段の抵抗を、 ｘ＝ｑ／（ｐ−ｑ）　　　　　　　　・・・（８）に選
べば直線性が改善されることになる。

本発明者が、分光光度計（日立製Ｕ−３４００）を用い
て、分光光度計に多く使用されている浜松ホトニクス社
製Ｒ９２８光電子増倍管の直線性を調べた結果、ｐ＝０
．７　、ｑ＝０．２に近いことがわかった。この値を用
いて、（８）式からｘ４０．４で直線性がよくなること
がわかる。

パラメータｂ、ｐ、ｑ　　は光電子増倍管の材質、印加
電圧、光の集光状態等によるといわれており、実験から
経験的に決める必要がある。

次に、前記　（４）式を同時に解いた場合の数値計算結
果を、市販の分光光度計設定値による比較例と共に示す
。表１において、ΔＴは透過率Ｔを測定した際に、検出
器の非直線性によって、補正しなければならない最大量
を表わす。

なお、パラメータの値は、通常、分光光度計において使
用されているＲ９２８光電子増倍管（浜松ホトニクス）
に近いと思われる値橙、出力の非直線性を調べた実験結
果から仮定し、ｂ・０．１．　ｐ＝０．６９゜ｑ＝０．
１７としている。また、出力電流値は、１８・ｌ＋。

・１．２μＡ、分割抵抗はｌＯ段直列を仮定した。

表１中の■は、比較のために市販の分光光度計に使用さ
れている抵抗について数値計算したものであるが、Δ丁
の実験値は表の値より太き（、表　　１ ■ＲＩ＝　−＝Ｒ，０＝３３０にΩの場合（市販分光光
度計設定値） 電圧（Ｖｌ　　　２００　　　３００　　　４００Δ丁
（％ｌ　　　０．１８　　０，１７　　０．１３■Ｒ，
＝・・・”Ｒ＊＝　１５０にΩ、　Ｒ１゜＝５０にΩの
場合電圧（Ｖｌ　　　２００　　　３００　　　４００
Δ丁（％ｌ　　　Ｏ，０００，旧　　０．Ｏ１■Ｒ，＝
　−＝Ｒ，＝　１．５０にΩ、Ｒ９”ＲＩ。＝１０Ｏｋ
Ωの場合電圧（Ｖｌ　　　２００　　　３００　　　４
００△Ｔ（％ｌ　　−０，０１０，０２０，０２■Ｒ＋
”・・・：Ｒ７−１５０にΩ、Ｒ５−１５０にΩ、Ｒ，
＝１５０にΩ。

ＲＩＯ：１００にΩの場合 電圧（Ｖｌ　　２００’　　　３００　　　４００△Ｔ
（％ｌ　　−０，０１０，０２０，０３２００ｖで０．
２３程度ある。これは、使用したパラメータが正確でな
いことによる。表１中の■に示されるように、最も簡単
な方法として、最終段の抵抗を下げること壜こより、大
幅に補正量△Ｔを下げることが可能であるが、同■及び
■のように、いくつかの抵抗の組合わせによっても、電
圧のかなり広い範囲にわたって直線性を改善することが
可能である。

なお、表１の場合のような簡単な計算によっても１桁近
く直線性をよくすることが可能であるが、パラメータが
正確に得られない場合や、直線性をさらに良くしたい場
合には、数値計算から得られる抵抗の値を実験的に微調
整することができる。

次に、−例として、前記　（４）式を厳密に数値計算に
より解き、その結果に基づいて、第１図のＲ１からＲ，
までに抵抗値が１５０にΩ−の等しい抵抗を用い、ＲＩ
Ｏのみを６１にΩの抵抗とした高精度抵抗ソケットを試
作し、これを浜松ホトニクス社製のＲ９２８型光電子増
倍管に適用した場合の実験結果を示す。

実験においては、日立製作新製Ｕ−３４００分光光度計
を用い、通常用いられている抵抗ソケットと試作した高
精度抵抗ソケットの性能比較を行った。

Ｎｌ５Ｔの９３０Ｄ標準フイルタの校正値とそれぞれの
透過率測定値の比較を表２に示す。

表　　２ ん（ｎｍ）　　４４０　４６５５４６．１５９０　６３
５従来のソケット　　３０．２２　　３３．５７　　３
２．５９　　３０．１８　　３０．９２ＮＩＳＴとの差
　　　−０，１７−０，３２−０，２３−０，１９−０
，２１改良ソケツト　　　３０．３９　　３３．７８　
　３２．８３　　３０．３９　　３１．３５ＮＩＳＴと
の差　　　　０．００　　−０．０１　　　０．０１　
　　０゜０２　　　０．０２表２かられかるように、透
過率３０％のフィルタでは約１桁精度が向上し、０．０
２％以内で校正値と一致している。また、工業技術院計
量研究所の高精度分光光度計を使用して、出力電流値１
μＡ、印加電圧２００ｖで、光の加法性を調べることに
より直線性を調べたところ、透過率の校正値は０．０１
％以内であることがわかった。

このように、少なくとも一部の抵抗を変えることにより
光電子増倍管の検出器としての直線性を改善でき、計算
から、最も簡単な方式の一つは、最終段の抵抗を変化さ
せることであるが、変化させる抵抗の最適値は、以上に
おいて説明したところ限られるものではない。

［発明の効果］ 以上に詳述したように、本発明の方法によれば、光電子
増倍管における電極間電圧の印加法の簡易な改善により
、検出器としての直線性を高め、光電子増倍管を高精度
に使用することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用する光電子増倍管の電圧分割回
路の構成図である。 指定代理人 工業技術院計量研究所長　−＼： 服　　部　　　　　脩−−・−二■− 第１図 Ｖ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検出器として用いる光電子増倍管の電圧分割回路に
   おいて、 陰極と陽極間の各ダイノード間の電圧を、陰極及び各ダ
   イノード間に抵抗を設けると共にそれらの抵抗を直列に
   接続することによって印加し、その際に少なくともそれ
   らの抵抗の一部に抵抗値の異なるものを用いて電圧を制
   御することにより、光電子増倍管における応答の直線性
   を改善する、 ことを特徴とする光電子増倍管の直線性改善方法。