JPH0652199B2 - 光パルス強度分布測定方法および装置 - Google Patents
光パルス強度分布測定方法および装置Info
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- JPH0652199B2 JPH0652199B2 JP3061989A JP3061989A JPH0652199B2 JP H0652199 B2 JPH0652199 B2 JP H0652199B2 JP 3061989 A JP3061989 A JP 3061989A JP 3061989 A JP3061989 A JP 3061989A JP H0652199 B2 JPH0652199 B2 JP H0652199B2
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光パルスの光強度分布を光検出器をもつ固
有の分解能に制限されることない分解能で測定すること
ができる光パルス強度分布測定方法および装置に関する
ものである。
有の分解能に制限されることない分解能で測定すること
ができる光パルス強度分布測定方法および装置に関する
ものである。
光パルス強度分布の測定の代表的な例として、従来シン
チレーション現象を利用した放射線エネルギー分布の測
定があげられる。
チレーション現象を利用した放射線エネルギー分布の測
定があげられる。
この場合、放射線の作用によってシンチレータから短時
間に発せられるシンチレーション光は、通常、数多くの
光子からなるものであり、個々のシンチレーション光
は、それぞれ光パルスと見なされる。シンチレーション
光の強度、すなわち光パルス強度は、放射線作用により
シンチレータに与えられたエネルギーの大きさに比例し
ていることから、光パルス強度分布の測定は、シンチレ
ーション放射線検出器を用いた放射線エネルギー分布測
定の基本技術となっている。
間に発せられるシンチレーション光は、通常、数多くの
光子からなるものであり、個々のシンチレーション光
は、それぞれ光パルスと見なされる。シンチレーション
光の強度、すなわち光パルス強度は、放射線作用により
シンチレータに与えられたエネルギーの大きさに比例し
ていることから、光パルス強度分布の測定は、シンチレ
ーション放射線検出器を用いた放射線エネルギー分布測
定の基本技術となっている。
今日、理工学および原子力産業等のいろいろな分野にお
いて、放射線エネルギー分布を測定する技術は、重要な
放射線計測技術の1つに数えられるものであり、このた
め、光パルス強度分布の測定技術についてはその技術の
向上のために長年にわたり世界的規模で数多くの研究開
発が行われてきた。
いて、放射線エネルギー分布を測定する技術は、重要な
放射線計測技術の1つに数えられるものであり、このた
め、光パルス強度分布の測定技術についてはその技術の
向上のために長年にわたり世界的規模で数多くの研究開
発が行われてきた。
従来、光パルス強度分布の測定は、何れの場合も、光検
出器から光パルス強度に比例した大きさの波高(振幅)
をもつ電気パルスを得、これを比例増幅器により適当な
大きさに増幅して得られるパルスの波高分布を、マルチ
チャネル・パルス波高分析器を使用して測定する仕方に
より行われている。この従来の方法においては、光パル
ス強度分布が直接に測定できる利点を有しているが、分
解能は光検出器の固有の分解能によって制限されてい
る。
出器から光パルス強度に比例した大きさの波高(振幅)
をもつ電気パルスを得、これを比例増幅器により適当な
大きさに増幅して得られるパルスの波高分布を、マルチ
チャネル・パルス波高分析器を使用して測定する仕方に
より行われている。この従来の方法においては、光パル
ス強度分布が直接に測定できる利点を有しているが、分
解能は光検出器の固有の分解能によって制限されてい
る。
上述したように、従来光パルス強度分布の測定は、光検
出器から得られる電気パルスを比例増幅器により増幅し
た後、そのパルスの波高分布をマルチチャネル・パルス
波高分析器により測定しているが、 一般にマルチチャネル・パルス波高分析器は、比較
的高価である。
出器から得られる電気パルスを比例増幅器により増幅し
た後、そのパルスの波高分布をマルチチャネル・パルス
波高分析器により測定しているが、 一般にマルチチャネル・パルス波高分析器は、比較
的高価である。
光検出器となる光電子増倍管のゲイン(利得)変動
のため、電気パルスの波高に高い安定性を保証すること
が容易でなく、またそれを克服するためには測定装置の
構造が複雑になるほかコストが高くなる。
のため、電気パルスの波高に高い安定性を保証すること
が容易でなく、またそれを克服するためには測定装置の
構造が複雑になるほかコストが高くなる。
さらに、光検出器からの電気パルスの波高分布の測
定における分解能は、光検出器の固有の分解能によって
制限されており、光検出器の固有の分解能は光パルスの
光強度が低くなるにつれて低下するため、光強度が低い
光パルスに対してはその光強度分布を高分解能で測定す
ることは不可能である等の極めて重大な問題点があっ
た。
定における分解能は、光検出器の固有の分解能によって
制限されており、光検出器の固有の分解能は光パルスの
光強度が低くなるにつれて低下するため、光強度が低い
光パルスに対してはその光強度分布を高分解能で測定す
ることは不可能である等の極めて重大な問題点があっ
た。
この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、光検出器を有している非線形な応答特性(入力
(光強度)と出力(電気パルス発生確率)との間の非直
線的関係)を利用するという原理に基ずき、光強度が低
い光パルスの光強度分布を高分解能に測定できる光パル
ス強度分布測定方法および装置を得ることを目的とす
る。
ので、光検出器を有している非線形な応答特性(入力
(光強度)と出力(電気パルス発生確率)との間の非直
線的関係)を利用するという原理に基ずき、光強度が低
い光パルスの光強度分布を高分解能に測定できる光パル
ス強度分布測定方法および装置を得ることを目的とす
る。
この発明に係る光パルス強度分布測定方法は、平均計数
率が一定の光パルスを光学的に異なる既知の減衰率で減
衰させ、この光減衰によって得られた光パルスを非線形
関数に従って定められる入出力特性の条件の下で電気パ
ルスに変換し、これらの電気パルスの個数を測定し、異
なる光減衰率毎に得られた、一定時間当りの電気パルス
の個数を示すk個の測定データn1,n2,n3,……
nkからなる1組の測定データと、m個の成分(m≦
k)をもつヒストグラムで表した光パルス強度分布の各
成分の強度H1,H2,H3……Hm (未知数)とから
構成される連立方程式を数学的手法を用いて解くことに
より光パルス強度分布を決定する。
率が一定の光パルスを光学的に異なる既知の減衰率で減
衰させ、この光減衰によって得られた光パルスを非線形
関数に従って定められる入出力特性の条件の下で電気パ
ルスに変換し、これらの電気パルスの個数を測定し、異
なる光減衰率毎に得られた、一定時間当りの電気パルス
の個数を示すk個の測定データn1,n2,n3,……
nkからなる1組の測定データと、m個の成分(m≦
k)をもつヒストグラムで表した光パルス強度分布の各
成分の強度H1,H2,H3……Hm (未知数)とから
構成される連立方程式を数学的手法を用いて解くことに
より光パルス強度分布を決定する。
また、この発明に係る光パルス強度分布測定装置は、平
均計数率が一定の光パルスを光学的に減衰させる可変の
光減衰手段または異なる減衰率をもつ複数の光減衰手段
と、この光減衰手段によって得られる光パルスを非線形
関数に従って定められる入出力特性の条件の下で電気パ
ルスに変換する光電変換手段と、この光電変換手段によ
り変換されて出力される電気パルスの個数を測定する測
定手段とから構成したものである。
均計数率が一定の光パルスを光学的に減衰させる可変の
光減衰手段または異なる減衰率をもつ複数の光減衰手段
と、この光減衰手段によって得られる光パルスを非線形
関数に従って定められる入出力特性の条件の下で電気パ
ルスに変換する光電変換手段と、この光電変換手段によ
り変換されて出力される電気パルスの個数を測定する測
定手段とから構成したものである。
また、平均計数率が一定の光パルスを光学的に減衰させ
る可変の光減衰手段または異なる減衰率をもつ複数の光
減衰手段と、この光減衰手段によって得られる光パルス
を非線形関数に従って定められる入出力特性の条件の下
で電気パルスに変換する光電変換手段と、この光電変換
手段により変換されて出力される電気パルスの個数を測
定する測定手段とからなる測定系を複数系統備えてもよ
い。
る可変の光減衰手段または異なる減衰率をもつ複数の光
減衰手段と、この光減衰手段によって得られる光パルス
を非線形関数に従って定められる入出力特性の条件の下
で電気パルスに変換する光電変換手段と、この光電変換
手段により変換されて出力される電気パルスの個数を測
定する測定手段とからなる測定系を複数系統備えてもよ
い。
さらに、各測定系統に対応する可変の光減衰手段または
異なる減衰率をもつ複数の光減衰手段から出力される各
電気パルスを同時または多重同時に計数する計数手段を
設けてもよい。
異なる減衰率をもつ複数の光減衰手段から出力される各
電気パルスを同時または多重同時に計数する計数手段を
設けてもよい。
この発明の測定方法においては、平均計数率が一定の光
パルスを光学的に既知の減衰率で減衰させ、この光減衰
によって得られた光パルスを電気信号パルスに変換し、
これらの電気パルスの個数を測定し、前記光減衰の程度
に応じて得られた電気パルスの一定時間当たりの個数か
らなる1組の測定データに基づいて光パルス強度分布を
決定する。
パルスを光学的に既知の減衰率で減衰させ、この光減衰
によって得られた光パルスを電気信号パルスに変換し、
これらの電気パルスの個数を測定し、前記光減衰の程度
に応じて得られた電気パルスの一定時間当たりの個数か
らなる1組の測定データに基づいて光パルス強度分布を
決定する。
また、この発明の測定装置において、光減衰手段によっ
て減衰出力され平均計数率が一定の光パルスが光電変換
手段により電気パルスに変換されると、測定手段が変換
されて出力される電気パルスの個数を測定し、1組の測
定データ、すなわち、異なる光減衰率毎の電気パルスの
個数を示す測定データを確保する。
て減衰出力され平均計数率が一定の光パルスが光電変換
手段により電気パルスに変換されると、測定手段が変換
されて出力される電気パルスの個数を測定し、1組の測
定データ、すなわち、異なる光減衰率毎の電気パルスの
個数を示す測定データを確保する。
また、複数の光減衰手段によって減衰出力され平均計数
率が一定の各光パルスがそれぞれ対応する光電変換手段
によりそれぞれ電気パルスに変換されると、各測定手段
が変換されて出力されるそれぞれの電気パルスの個数を
各測定系統で測定し、1組の測定データを確保する。
率が一定の各光パルスがそれぞれ対応する光電変換手段
によりそれぞれ電気パルスに変換されると、各測定手段
が変換されて出力されるそれぞれの電気パルスの個数を
各測定系統で測定し、1組の測定データを確保する。
さらに、各測定系統に対応する光減衰手段から出力され
る各電気パルスを計数手段が同時または多重同時に計数
し、1組の測定データを確保する。
る各電気パルスを計数手段が同時または多重同時に計数
し、1組の測定データを確保する。
第1図はこの発明の一実施例を示す光パルス強度分布測
定装置の構成を説明するブロック図であり、1は光ファ
イバライトガイドで、着目する光源から発生する平均計
数率が一定の光パルスを可変光減衰器2に導く。可変光
減衰器2は、光ファイバライトガイド1に導かれた光パ
ルスの光強度を後述する範囲内で所望とする減衰率で減
衰させる、すなわち、いろいろな光減衰比をもつもので
ある。3は例えば光電子増倍管で構成される光検出器
(光電変換手段を兼ねる)で、減衰された光パルスを電
気パルス(出力パルス)に変換する。4は比例増幅器
で、電気信号化された電気パルスを増幅する。5は波高
分析器で、増幅された電気パルスの波高を分析する。
定装置の構成を説明するブロック図であり、1は光ファ
イバライトガイドで、着目する光源から発生する平均計
数率が一定の光パルスを可変光減衰器2に導く。可変光
減衰器2は、光ファイバライトガイド1に導かれた光パ
ルスの光強度を後述する範囲内で所望とする減衰率で減
衰させる、すなわち、いろいろな光減衰比をもつもので
ある。3は例えば光電子増倍管で構成される光検出器
(光電変換手段を兼ねる)で、減衰された光パルスを電
気パルス(出力パルス)に変換する。4は比例増幅器
で、電気信号化された電気パルスを増幅する。5は波高
分析器で、増幅された電気パルスの波高を分析する。
6は測定手段を兼ねる計数器である。可変光減衰器2に
よて減衰出力される光パルスを光検出器3により電気パ
ルスに変換し、変換されて出力される電気パルスの個数
を各光減衰比毎に測定し、その結果から後述する観測方
程式に基づいて光パルス強度分布を決定する。
よて減衰出力される光パルスを光検出器3により電気パ
ルスに変換し、変換されて出力される電気パルスの個数
を各光減衰比毎に測定し、その結果から後述する観測方
程式に基づいて光パルス強度分布を決定する。
なお、光電子増倍管で構成される光検出器3は、入射光
パルスの光強度の絶対値が低強度領域のある限られた範
囲にある場合には、入射光パルス毎に、光電子増倍管の
光電陰極に1個以上の光電子を発生する確率が入射光パ
ルスの光強度を変数とする非線形関数に従って定めるこ
とが出来る特性と、その光電陰極において、入射光パル
ス1個当り1個以上の光電子が発生したときは、必ず出
力パルスを発生する特性を有している。そこで、この実
施例では、入射される光パルスを光学的に減衰せしめて
光パルスの光強度を後述するある定められた範囲内で少
しずつ変化させた際に、光電子増倍管からの出力パルス
の単位時間当たりの個数を測定して得られる一連のデー
タに基づいて光パルスの光強度分布を決定する。
パルスの光強度の絶対値が低強度領域のある限られた範
囲にある場合には、入射光パルス毎に、光電子増倍管の
光電陰極に1個以上の光電子を発生する確率が入射光パ
ルスの光強度を変数とする非線形関数に従って定めるこ
とが出来る特性と、その光電陰極において、入射光パル
ス1個当り1個以上の光電子が発生したときは、必ず出
力パルスを発生する特性を有している。そこで、この実
施例では、入射される光パルスを光学的に減衰せしめて
光パルスの光強度を後述するある定められた範囲内で少
しずつ変化させた際に、光電子増倍管からの出力パルス
の単位時間当たりの個数を測定して得られる一連のデー
タに基づいて光パルスの光強度分布を決定する。
以下、第2図〜第4図を逐次参照しながら第1図の動作
について説明する。
について説明する。
あるヒストグラムで表される光強度分布をもつ光パルス
は、光ファイバライトガイド1を介して可変光減衰器2
に導かれる。
は、光ファイバライトガイド1を介して可変光減衰器2
に導かれる。
そして、光学的に減衰されて光検出器3に入射され、こ
こで、その光強度に応じて決定される発生確率で電気パ
ルスに変換される。このとき、電気パルスの発生確率が
光検出器3に入射する光パルスの光強度を変数とするあ
る非線形関数に従って定められる条件の下では、光減衰
比の変化に対して各ヒストグラム成分に対応する光パル
スの電気パルス発生確率は相互に異なる割合で変化す
る。光検出器3から出力される電気パルスは、比例増幅
器4によって適当な大きさに増幅された後、波高分析器
5に入射される。そして、波高分析器5から出力される
電気パルスの単位時間当たりの個数を計数器6に計数さ
せる。各光減衰比毎に計数された、電気パルスの個数を
示すデータn1,n2,n3,……nkからなる1組の
測定データに基ずいて、ヒストグラムの各成分の強度を
未知数とする多元1次連立方程式が構成される。この多
元1次連立方程式を解くことにより光パルス強度分布を
決定する。
こで、その光強度に応じて決定される発生確率で電気パ
ルスに変換される。このとき、電気パルスの発生確率が
光検出器3に入射する光パルスの光強度を変数とするあ
る非線形関数に従って定められる条件の下では、光減衰
比の変化に対して各ヒストグラム成分に対応する光パル
スの電気パルス発生確率は相互に異なる割合で変化す
る。光検出器3から出力される電気パルスは、比例増幅
器4によって適当な大きさに増幅された後、波高分析器
5に入射される。そして、波高分析器5から出力される
電気パルスの単位時間当たりの個数を計数器6に計数さ
せる。各光減衰比毎に計数された、電気パルスの個数を
示すデータn1,n2,n3,……nkからなる1組の
測定データに基ずいて、ヒストグラムの各成分の強度を
未知数とする多元1次連立方程式が構成される。この多
元1次連立方程式を解くことにより光パルス強度分布を
決定する。
第2図は、第1図に示した光検出器3の出力パルス発生
確率Pと入射光パルス強度mの関係を示す図であり、縦
軸は光検出器3の出力パルス発生確率Pを示し、横軸は
入射光パルス強度m、つまり入射光パルスの1パルス当
たり光電陰極から発生する光電子の平均個数を示す。
確率Pと入射光パルス強度mの関係を示す図であり、縦
軸は光検出器3の出力パルス発生確率Pを示し、横軸は
入射光パルス強度m、つまり入射光パルスの1パルス当
たり光電陰極から発生する光電子の平均個数を示す。
この図における出力パルス発生確率Pは、下記第 (1)式
により表わされる。
により表わされる。
P=1−exp(−m)……(1) なお、この図から分かるように、入射光パルス強度mが
5程度より大きくなると、すなわちm5の場合には、
出力パルス発生確率Pは実際上1になる。
5程度より大きくなると、すなわちm5の場合には、
出力パルス発生確率Pは実際上1になる。
また、mが0.1程度より小さくなると、すなわちm
0.1の場合には、出力パルス発生確率Pは近似的にm
に等しくなる。
0.1の場合には、出力パルス発生確率Pは近似的にm
に等しくなる。
第3図は、第1図に示した光検出器3の出力パルスの波
高分布を示す特性図であり、縦軸は出力パルス数を示
し、横軸は出力パルス波高を示す。なお、波高分布Aは
光検出器3の光電陰極における1パルス当りの光電子の
平均個数mが0.2程度である場合の光検出器3の出力
パルスの波高分布に対応する。
高分布を示す特性図であり、縦軸は出力パルス数を示
し、横軸は出力パルス波高を示す。なお、波高分布Aは
光検出器3の光電陰極における1パルス当りの光電子の
平均個数mが0.2程度である場合の光検出器3の出力
パルスの波高分布に対応する。
この図において、Aはゲインが安定した状態における出
力パルスの波高分布を示し、Bはゲインがドリフトして
増加した状態における出力パルスの波高分布(破線)を
示す。
力パルスの波高分布を示し、Bはゲインがドリフトして
増加した状態における出力パルスの波高分布(破線)を
示す。
光検出器3の高分解能型光電子増倍管に入射する光パル
スの強度(入射光パルス強度m)が0.2程度と十分に
低い場合、その出力パルスの波高分布Aは単一光電子に
対応する顕著なピークP1と2個の光電子に対応する比
較的低いピークP2を有する特徴的な形をとる。なお、
入射光パルス強度mが0.2よりも高くなるにつれて、
ピークP2の高さは相対的に高くなり、同時に3個の光
電子に対応する第3のピークが現れる。
スの強度(入射光パルス強度m)が0.2程度と十分に
低い場合、その出力パルスの波高分布Aは単一光電子に
対応する顕著なピークP1と2個の光電子に対応する比
較的低いピークP2を有する特徴的な形をとる。なお、
入射光パルス強度mが0.2よりも高くなるにつれて、
ピークP2の高さは相対的に高くなり、同時に3個の光
電子に対応する第3のピークが現れる。
波高分布Aと横軸とで囲まれる全面積は、光検出器3か
らの出力パルスの個数を表すが、今、出力パルス波高の
下限値としてピークP1に相当する波高値よりも十分に
低い値H1を設定し、上限値としてピークP2に相当す
る波高値よりも十分に高い値H2を設定すると、出力パ
ルス数を値H1から値H2までの区間で積分した面積S
は、近似的に全面積S0に等しくなる。また、この面積
Sは光検出器3のゲイン変化が生じても、これによって
影響されることなく略一定に保たれる。この事実によっ
て、光パルス強度分布測定方法による光パルス強度分布
の測定の精度を保証することが可能となる。上述したよ
うに、光検出器3の出力パルスは比例増幅器4により適
当な大きさに増幅されて波高分析器5に加えられるが、
波高分析器5の2つの弁別レベルを前述の下限値および
上限値となる値H1,H2に相当するように設定する
と、波高分析器5の出力パルスの計数率n(すなわち、
単位時間当りの個数)は、光検出器3のゲイン変化にほ
とんど影響されることなく、光検出器3の出力パルスの
計数率を表すこととなる(ただし、上記面積S,全面積
S0との関係が近似的に一致するとした場合に限る)。
らの出力パルスの個数を表すが、今、出力パルス波高の
下限値としてピークP1に相当する波高値よりも十分に
低い値H1を設定し、上限値としてピークP2に相当す
る波高値よりも十分に高い値H2を設定すると、出力パ
ルス数を値H1から値H2までの区間で積分した面積S
は、近似的に全面積S0に等しくなる。また、この面積
Sは光検出器3のゲイン変化が生じても、これによって
影響されることなく略一定に保たれる。この事実によっ
て、光パルス強度分布測定方法による光パルス強度分布
の測定の精度を保証することが可能となる。上述したよ
うに、光検出器3の出力パルスは比例増幅器4により適
当な大きさに増幅されて波高分析器5に加えられるが、
波高分析器5の2つの弁別レベルを前述の下限値および
上限値となる値H1,H2に相当するように設定する
と、波高分析器5の出力パルスの計数率n(すなわち、
単位時間当りの個数)は、光検出器3のゲイン変化にほ
とんど影響されることなく、光検出器3の出力パルスの
計数率を表すこととなる(ただし、上記面積S,全面積
S0との関係が近似的に一致するとした場合に限る)。
そして、波高分析器5の出力パルスの計数率は、計数器
6により測定される。
6により測定される。
次に減衰比を可変可能な可変光減衰器2の光減衰比をい
ろいろに変化させながら波高分析器5からの電気パルス
の計数率を測定して得られる一連の測定データから、光
パルスの光強度分布に関する情報を下記のように得る。
ろいろに変化させながら波高分析器5からの電気パルス
の計数率を測定して得られる一連の測定データから、光
パルスの光強度分布に関する情報を下記のように得る。
光パルスの光強度は、O〜Lm までの範囲(ただし、L
m は光強度の上限値)に分布するものとし、これをm個
の成分を有するヒストグラムで表す。また、ヒストグラ
ムの各成分の幅は等しいものとし、i番目の成分の強度
Hi(ただし、i=1,2,…,m )はその成分に対応
する光強度をもつ光パルスの単位時間当りの個数(計数
率)を示すものとする。
m は光強度の上限値)に分布するものとし、これをm個
の成分を有するヒストグラムで表す。また、ヒストグラ
ムの各成分の幅は等しいものとし、i番目の成分の強度
Hi(ただし、i=1,2,…,m )はその成分に対応
する光強度をもつ光パルスの単位時間当りの個数(計数
率)を示すものとする。
第4図は光強度と出力パルス発生確率との関係を示す図
であり、横軸は光強度(光強度の上限値Lm)を示し、
縦軸は出力パルス発生確率Pを示す。
であり、横軸は光強度(光強度の上限値Lm)を示し、
縦軸は出力パルス発生確率Pを示す。
この図において、mは入射光パルス強度(ただし、入射
光パルスの1パルス当り光電陰極に生じる光電子の平均
個数で示した光強度を示す)で、光パルスを可変光減衰
器2により光学的に減衰させ、光強度の上限値Lm に対
応する入射光パルス強度mが20,10,5,2,1,
0.5,0.2のそれぞれについて上記第(1) 式に基づ
いて出力パルス発生確率Pを演算して得られた関数値を
プロットしたものである。
光パルスの1パルス当り光電陰極に生じる光電子の平均
個数で示した光強度を示す)で、光パルスを可変光減衰
器2により光学的に減衰させ、光強度の上限値Lm に対
応する入射光パルス強度mが20,10,5,2,1,
0.5,0.2のそれぞれについて上記第(1) 式に基づ
いて出力パルス発生確率Pを演算して得られた関数値を
プロットしたものである。
これにより、光パルスを可変光減衰器2により光学的に
減衰させて光強度の上限値Lm に対応する光強度が、例
えばm=10である場合、ヒストグラムの各成分の光強
度に対する出力パルス発生確率は、第4図に示した入射
光パルス強度値m=10の曲線から容易に決定すること
ができる。
減衰させて光強度の上限値Lm に対応する光強度が、例
えばm=10である場合、ヒストグラムの各成分の光強
度に対する出力パルス発生確率は、第4図に示した入射
光パルス強度値m=10の曲線から容易に決定すること
ができる。
そこで、ヒストグラムのi番目の成分に対応する光パル
スに対する出力パルス発生確率をε1iとすると、これら
の光パルスによる光検出器3からの出力パルスの単位時
間当りの個数は、Hi ・ε1iと表される。従って、光検
出器3からの出力パルスの単位時間当りの個数n1は、
ヒストグラムの各成分毎の個数を合成したものであり、
下記第(2) 式(観測方程式)により表される。
スに対する出力パルス発生確率をε1iとすると、これら
の光パルスによる光検出器3からの出力パルスの単位時
間当りの個数は、Hi ・ε1iと表される。従って、光検
出器3からの出力パルスの単位時間当りの個数n1は、
ヒストグラムの各成分毎の個数を合成したものであり、
下記第(2) 式(観測方程式)により表される。
n1 =H1・ε11+ H2・ε12+ … +Hm・ε1m …(2) また、光パルスを光学的に減衰させて、光強度の上限値
Lm に対応する光強度がm=5である場合、光検出器3
からの出力パルスの単位時間当りの個数をn2とする
と、下記第(3) 式より光強度がm=5に対する観測方程
式を得る。
Lm に対応する光強度がm=5である場合、光検出器3
からの出力パルスの単位時間当りの個数をn2とする
と、下記第(3) 式より光強度がm=5に対する観測方程
式を得る。
n2 =H1・ε21+ H2・ ε22+ … + Hm・ε2m …(3) ここで、ε2i(ただし、i=1,2,…,m )はヒスト
グラムの各成分に対応する光強度を持つ光パルスに対す
る出力パルス発生確率であり、第4図のm=5の曲線か
ら直接または上記第(1) 式より計算で求めることができ
る。
グラムの各成分に対応する光強度を持つ光パルスに対す
る出力パルス発生確率であり、第4図のm=5の曲線か
ら直接または上記第(1) 式より計算で求めることができ
る。
同様に、光パルスを光学的に減衰させて光強度の上限値
Lm に対応する光強度が、例えばm=4,3.5,3に
設定し、その都度、光検出器3からの出力パルスの単位
時間当りの個数を測定した結果をそれぞれnk-2,
nk-1,nk で表し、それぞれの場合にヒストグラム
の各成分に対応した光強度の光パルスに対する出力パル
ス発生確率として上記第(1) 式から計算される値を、そ
れぞれε(k-2)i,ε(k-1)i,εkiで表すと、下記観測方
程式が得られる。
Lm に対応する光強度が、例えばm=4,3.5,3に
設定し、その都度、光検出器3からの出力パルスの単位
時間当りの個数を測定した結果をそれぞれnk-2,
nk-1,nk で表し、それぞれの場合にヒストグラム
の各成分に対応した光強度の光パルスに対する出力パル
ス発生確率として上記第(1) 式から計算される値を、そ
れぞれε(k-2)i,ε(k-1)i,εkiで表すと、下記観測方
程式が得られる。
nk-2 =H1・ ε(k-2)1+ H2・ ε(k-2)2+ … + Hm・ ε(k-2)m …(4) nk-1 =H1・ ε(k-1)1+ H2・ ε(k-1)2+ … + Hm・ ε(k-1)m …(5) nk =H1・ εk1+ H2・ εk2+ … + Hm・ εkm …(6) 上記第(2) 〜(6) 式はm個の未知数H1,H2…,Hm
を含む多元連立方程式を構成する。
を含む多元連立方程式を構成する。
そして、上記多元連立方程式を下記条件(a)および条
件(b)に従って演算することにより、光パルスの強度
分布を決定する。
件(b)に従って演算することにより、光パルスの強度
分布を決定する。
(a)基本的条件 連立方程式は、m個以上の等式(観測方程式)で構成さ
れること。
れること。
(b)各等式が独立であるための必要条件 連立方程式を構成する等式のうち、任意の2個の等式に
関して、各未知数の計数εji,εkiの比εji/εki(た
だし、i=1,2,…,mであり、j,kは任意の2個
の等式を表す)がすべてのiに対して一定になることが
ないこと。すなわち、下記第(7) 式が成立しないこと。
関して、各未知数の計数εji,εkiの比εji/εki(た
だし、i=1,2,…,mであり、j,kは任意の2個
の等式を表す)がすべてのiに対して一定になることが
ないこと。すなわち、下記第(7) 式が成立しないこと。
εji≒C・εki …(7) ただし、Cは任意の定数である。
例えば上記第(2) 式,第(3) 式の各未知数の計数間に第
(7) 式の関係が近似的に成立する場合には、出力パルス
の個数の測定値n1およびn2の間にも近似的にn1≒
C・n2の関係が成立することが予想され、上記第(2)
式,第(3) 式は実質上同じ等式になる。
(7) 式の関係が近似的に成立する場合には、出力パルス
の個数の測定値n1およびn2の間にも近似的にn1≒
C・n2の関係が成立することが予想され、上記第(2)
式,第(3) 式は実質上同じ等式になる。
光パルスを光学的に減衰させて、光強度の上限値Lm に
対応する光強度が、例えばm=0.5またはm=0.2
となった場合、光パルス強度分布を表すヒストグラムの
各成分に対応する光パルスに対する光検出器3の出力パ
ルス発生確率は、第4図に示した入射光パルス強度mが
m=0.5およびm=0.2の曲線から決定されるが、
これらの曲線はいずれも原点を通る直線で近似的に表わ
されることから、これらの2つの場合に対する観測方程
式には上記第(7) 式の関係が成立するので、両者はほと
んど同じ等式となる。
対応する光強度が、例えばm=0.5またはm=0.2
となった場合、光パルス強度分布を表すヒストグラムの
各成分に対応する光パルスに対する光検出器3の出力パ
ルス発生確率は、第4図に示した入射光パルス強度mが
m=0.5およびm=0.2の曲線から決定されるが、
これらの曲線はいずれも原点を通る直線で近似的に表わ
されることから、これらの2つの場合に対する観測方程
式には上記第(7) 式の関係が成立するので、両者はほと
んど同じ等式となる。
すなわち、光パルスを光学的に減衰させて、光強度の上
限値Lm に対応する入射光パルス強度mが0.5程度以
下であるようにした場合には、入射光パルス強度mの値
とは無関係に観測方程式は実際上同じになる。
限値Lm に対応する入射光パルス強度mが0.5程度以
下であるようにした場合には、入射光パルス強度mの値
とは無関係に観測方程式は実際上同じになる。
一方、光強度の上限値Lm に対応する入射光パルス強度
値mが20程度以上となるように光パルを減衰させた場
合、第4図に示した入射光パルス強度mが20の曲線か
ら予想されるように、光検出器3の出力パルス発生確率
は大部分の光パルスに対して1(確率100%)とな
り、これらの場合に対する観測方程式はすべてほとんど
同じものとなる。
値mが20程度以上となるように光パルを減衰させた場
合、第4図に示した入射光パルス強度mが20の曲線か
ら予想されるように、光検出器3の出力パルス発生確率
は大部分の光パルスに対して1(確率100%)とな
り、これらの場合に対する観測方程式はすべてほとんど
同じものとなる。
従って、上記条件(b)を満足する観測方程式を得るに
は、光パルスを光学的に減衰させ、光強度の上限値Lm
に対応する入射光パルス強度値mが0.5〜20の範囲
になるように観測方程式を作成する必要がある。そし
て、上記観測方程式を演算することにより、所望とする
光パルスの強度分布を求める。
は、光パルスを光学的に減衰させ、光強度の上限値Lm
に対応する入射光パルス強度値mが0.5〜20の範囲
になるように観測方程式を作成する必要がある。そし
て、上記観測方程式を演算することにより、所望とする
光パルスの強度分布を求める。
なお、上記実施例においては、1個の光検出器3を使用
して光パルスを光学的にいろいろな程度まで減衰させ
て、光検出器3から出力パルスの個数を観測することに
より観測方程式を作成する場合について説明したが、光
検出器3の個数を増加するとともに、各光検出器3(各
光検出器3は異なり、入射光パルス強度mが0.5〜2
0の範囲内の相互に異なる種々の値になるように光減衰
比が調整される)に対応する比例増幅器4,波高分析器
5,係数器6からなる出力パルス数測定系統をそれぞれ
独立して設け、光ファイバライトガイド1等を用いるこ
とにより、1回の測定で必要な個数の観測方程式を作成
することができる。
して光パルスを光学的にいろいろな程度まで減衰させ
て、光検出器3から出力パルスの個数を観測することに
より観測方程式を作成する場合について説明したが、光
検出器3の個数を増加するとともに、各光検出器3(各
光検出器3は異なり、入射光パルス強度mが0.5〜2
0の範囲内の相互に異なる種々の値になるように光減衰
比が調整される)に対応する比例増幅器4,波高分析器
5,係数器6からなる出力パルス数測定系統をそれぞれ
独立して設け、光ファイバライトガイド1等を用いるこ
とにより、1回の測定で必要な個数の観測方程式を作成
することができる。
また、多他数個の光検出器3を用いる場合には、各光検
出器3からの出力パルスの測定からそれぞれ1個の観測
方程式を作成できるほか、複数個の光検出器3の出力パ
ルスの同時計数(または多重同時計数)を行うことによ
って観測方程式を作成できる。なお、この場合のパルス
発生確率は、各光検出器3のパルス発生確率の積で与え
られる。
出器3からの出力パルスの測定からそれぞれ1個の観測
方程式を作成できるほか、複数個の光検出器3の出力パ
ルスの同時計数(または多重同時計数)を行うことによ
って観測方程式を作成できる。なお、この場合のパルス
発生確率は、各光検出器3のパルス発生確率の積で与え
られる。
このように、複数個の光検出器3の出力パルスの同時計
数(または多重同時計数)を行うことによって比較的多
くの観測方程式を作成できる。
数(または多重同時計数)を行うことによって比較的多
くの観測方程式を作成できる。
例えばA,B,Cの3個の光検出器3を用いた場合に
は、各光検出器3の出力パルスに対する3個の観測方程
式に加えてAB,AC,BCのそれぞれ2個の光検出器
3の同時計数に対する3個の観測方程式およびABCの
3個の光検出器3の3重同時計数に対する1個の観測方
程式を作成できる。すなわち、1回の測定から合計7個
の観測方程式を作成できるので、7成分のヒストグラム
で表わされる光パルス強度分布を得ることができる。
は、各光検出器3の出力パルスに対する3個の観測方程
式に加えてAB,AC,BCのそれぞれ2個の光検出器
3の同時計数に対する3個の観測方程式およびABCの
3個の光検出器3の3重同時計数に対する1個の観測方
程式を作成できる。すなわち、1回の測定から合計7個
の観測方程式を作成できるので、7成分のヒストグラム
で表わされる光パルス強度分布を得ることができる。
同様に、A,B,C,Dの4個の光検出器3を用いた場
合には、1回の測定から多重同時計数に帯するものも含
めて15個の観測方程式を得ることができ、15成分の
ヒストグラムで表される光パルス強度分布を得ることが
できる。
合には、1回の測定から多重同時計数に帯するものも含
めて15個の観測方程式を得ることができ、15成分の
ヒストグラムで表される光パルス強度分布を得ることが
できる。
以上説明したように、この発明に係る光パルス強度分布
測定方法は、平均計数率が一定の光パルスを光学的に異
なる既知の減衰率で減衰させ、この光減衰によって得ら
れた光パルスを非線形関数に従って定めれる入出力特性
の条件の下で電気パルスに変換し、これらの電気パルス
の個数を測定し、異なる光減衰率毎に得られた、一定時
間当りの電気パルスの個数を示すk個の測定データ
n1,n2,n3,……nkからなる1組の測定データ
と、m個の成分(m≦k)をもつヒストグラムで表した
光パルス強度分布の各成分の強度H1,H2,H3……
Hm (未知数)とから構成される連立方程式を数学的
手法を用いて解くことにより、光パルス強度分布を演算
決定するので、光検出機構の分解能に左右されない光強
度分布を測定することができる。
測定方法は、平均計数率が一定の光パルスを光学的に異
なる既知の減衰率で減衰させ、この光減衰によって得ら
れた光パルスを非線形関数に従って定めれる入出力特性
の条件の下で電気パルスに変換し、これらの電気パルス
の個数を測定し、異なる光減衰率毎に得られた、一定時
間当りの電気パルスの個数を示すk個の測定データ
n1,n2,n3,……nkからなる1組の測定データ
と、m個の成分(m≦k)をもつヒストグラムで表した
光パルス強度分布の各成分の強度H1,H2,H3……
Hm (未知数)とから構成される連立方程式を数学的
手法を用いて解くことにより、光パルス強度分布を演算
決定するので、光検出機構の分解能に左右されない光強
度分布を測定することができる。
また、この発明に係る光パルス強度分布測定装置は、平
均計数率が一定の光パルスを光学的に減衰させる光減衰
手段と、この光減衰手段によって得られる光パルスを非
線形関数に従って定められる入出力特性の条件の下で電
気パネルに変換する光電変換手段と、この光電変換手段
により変換されて出力される電気パルスの個数を測定す
る測定手段とから構成したので、測定された光パルス強
度分布の分解能が光検出器の固有の分解能によって制限
されることがなく、強度分布を表すヒストグラムの各成
分の個数の大小として得ることができる。すなわち、パ
ルス波高測定に基づく従来の光パルス強度分布測定方法
においては、分解能は光検出器の固有の分解能によって
制限されるので、例えば光パルスの入射光強度がm=1
00程度以下の場合には、10%よりも良好な分解能を
得ることは原理的に不可能であるのに対して、この発明
の多成分のヒストグラムを用いることにより10%より
も良好な分解能で光強度分布を安価な装置で測定するこ
とができる。
均計数率が一定の光パルスを光学的に減衰させる光減衰
手段と、この光減衰手段によって得られる光パルスを非
線形関数に従って定められる入出力特性の条件の下で電
気パネルに変換する光電変換手段と、この光電変換手段
により変換されて出力される電気パルスの個数を測定す
る測定手段とから構成したので、測定された光パルス強
度分布の分解能が光検出器の固有の分解能によって制限
されることがなく、強度分布を表すヒストグラムの各成
分の個数の大小として得ることができる。すなわち、パ
ルス波高測定に基づく従来の光パルス強度分布測定方法
においては、分解能は光検出器の固有の分解能によって
制限されるので、例えば光パルスの入射光強度がm=1
00程度以下の場合には、10%よりも良好な分解能を
得ることは原理的に不可能であるのに対して、この発明
の多成分のヒストグラムを用いることにより10%より
も良好な分解能で光強度分布を安価な装置で測定するこ
とができる。
また、平均計数率が一定の光パルスを光学的に減衰させ
る光減衰手段と、この光減衰手段によって得られる光パ
ルスを非線形関数に従って定められる入出力特性の条件
の下で電気パルスに変換する光電変換手段と、この光電
変換手段により変換されて出力される電気パルスの個数
を測定する測定手段とからなる測定系を複数系統備えた
ので、1回の測定により必要な個数の観測方式を効率よ
く作成できる。
る光減衰手段と、この光減衰手段によって得られる光パ
ルスを非線形関数に従って定められる入出力特性の条件
の下で電気パルスに変換する光電変換手段と、この光電
変換手段により変換されて出力される電気パルスの個数
を測定する測定手段とからなる測定系を複数系統備えた
ので、1回の測定により必要な個数の観測方式を効率よ
く作成できる。
さらに、各測定系統に対応する光減衰手段から出力され
る各電気パルスを同時または多重同時に計数する計数手
段を設けたので、少ない光検出機構であっても、比較的
多くの観測方程式を作成できる等の優れた効果を奏す
る。
る各電気パルスを同時または多重同時に計数する計数手
段を設けたので、少ない光検出機構であっても、比較的
多くの観測方程式を作成できる等の優れた効果を奏す
る。
第1図はこの発明の一実施例を示す光パルス強度分布測
定装置の構成を説明するブロック図、第2図は、第1図
に示した光検出器の出力パルス発生確率と入射光パルス
強度の関係を示す図、第3図は、第1図に示した光検出
器の出力パルスの波高分布を示す特性図、第4図は光強
度と出力パルス発生確率との関係を示す図である。 図中、1は光ファイバライトガイド、2は可変光減衰
器、3は光検出器、4は比例増幅器、5は波高分析器、
6は計数器である。
定装置の構成を説明するブロック図、第2図は、第1図
に示した光検出器の出力パルス発生確率と入射光パルス
強度の関係を示す図、第3図は、第1図に示した光検出
器の出力パルスの波高分布を示す特性図、第4図は光強
度と出力パルス発生確率との関係を示す図である。 図中、1は光ファイバライトガイド、2は可変光減衰
器、3は光検出器、4は比例増幅器、5は波高分析器、
6は計数器である。
Claims (4)
- 【請求項1】平均計数率が一定の光パルスを光学的に異
なる既知の減衰率で減衰させ、この光減衰によって得ら
れた光パルスを非線形関数に従って定められる入出力特
性の条件の下で電気パルスに変換し、これらの電気パル
スの個数を測定し、異なる光減衰率毎に得られた、一定
時間当りの電気パルスの個数を示すk個の測定データn
1,n2,n3,……nkからなる1組の測定データと
m個の成分(m≦k)をもつヒストグラムで表わした光
パルス強度分布の各成分の強度H1,H2,H3,……
Hm(未知数)とから構成される連立方程式を数学的手
法を用いて解くことにより光パルス強度分布を決定する
ことを特徴とする光パルス強度分布測定方法。 - 【請求項2】平均計数率が一定の光パルスを光学的に減
衰させる可変の光減衰手段または異なる減衰率をもつ複
数の光減衰手段と、この光減衰手段によって得られる光
パルスを非線形関数に従って定められる入出力特性の条
件の下で電気パルスに変換する光電変換手段と、この光
電変換手段により変換されて出力される電気パルスの個
数を測定する測定手段とから構成したことを特徴とする
請求項1の方法に使用する光パルス強度分布測定装置。 - 【請求項3】平均計数率が一定の光パルスを光学的に減
衰させる可変の光減衰手段または異なる減衰率をもつ複
数の光減衰手段と、この光減衰手段によって得られる光
パルスを非線形関数に従って定められる入出力特性の条
件の下で電気パルスに変換する光電変換手段と、この光
電変換手段により変換されて出力される電気パルスの個
数を測定する測定手段とからなる測定系を複数系統を備
えたことを特徴とする請求項1の方法に使用する光パル
ス強度分布測定装置。 - 【請求項4】各測定系統に対応する可変の光減衰手段ま
たは異なる減衰率をもつ複数の光減衰手段から出力され
る各電気パルスを同時または多重同時に計数する計数手
段を具備したことを特徴とする請求項 (3)記載の光パル
ス強度分布測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3061989A JPH0652199B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 光パルス強度分布測定方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3061989A JPH0652199B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 光パルス強度分布測定方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02208528A JPH02208528A (ja) | 1990-08-20 |
| JPH0652199B2 true JPH0652199B2 (ja) | 1994-07-06 |
Family
ID=12308878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3061989A Expired - Lifetime JPH0652199B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 光パルス強度分布測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0652199B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1313805C (zh) * | 2003-08-22 | 2007-05-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 强激光脉冲光强分布测试系统 |
-
1989
- 1989-02-09 JP JP3061989A patent/JPH0652199B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1313805C (zh) * | 2003-08-22 | 2007-05-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 强激光脉冲光强分布测试系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02208528A (ja) | 1990-08-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |