JPH07105697B2 - 疑似フオトンパルス発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は高速光子計数回路システムやそれを構成する
回路の動作確認や性能評価、較正等のために、高速光電
子増倍管から得られるような幅の狭い鋭いパルス（通常
は２〜3n_sec程度）を疑似的に発生させるための疑似フ
ォトンパルス発生装置に関するものである。

従来の技術 光電子増倍管への入射光量が極めて微弱な場合、光電子
増倍管の出力は各光電子パルスが互いに分離した所謂シ
ングルフォトン状態となる。したがって時間的に減衰す
る微弱な螢光を光電子増倍管で受けた場合、その出力は
光電子パルス列となって現われることになる。そこでこ
のような光電子パルス列を計数するための高速光子計数
回路システムが従来から種々提案、実用化されている。

ところで高速光電子増倍管から出力される光電子パルス
は幅２〜3n_sec程度の極めて幅が狭い鋭い信号パルスと
なっている。このような光電子パルスを計数する装置の
全体システムや、その構成回路例えば高速パルスアンプ
やデイスクリミネータなどに対して動作や確認や性能評
価、較正などを精確に行なうためには、上述のような幅
の狭い信号パルスを入力させる必要がある。そのための
方法の一つとしては、実際の光電子増倍管の出力を回路
に入力させる方法もあるが、その方法を回路やシステム
の製作途中で適用するには煩雑な手間を要し、また時間
軸の較正や全体の動作確認などの目的は容易には達成し
得ない。

そこで実際の光電子増倍管の出力を用いず、実際の光電
子パルスに対応する幅の狭いパルス（以下これを疑似フ
ォトンパルスと記す）を電気回路により発生させ、これ
を光子計数システムやその回路に入力させて動作確認や
性能評価、較正を行なうことが考えられており、本発明
者等は既に文献「分光研究」第32巻，第４号（1983）P2
49〜254の「高速光子計数回路評価用疑似フォトンパル
ス発生器の試作」において報告したような“疑似ダブル
フォトンパルス発生器”および“指数分布型ナノ秒パル
ス発生器”を設計、製作し、良好な結果を得ている。こ
れらのうち、“指数分布型ナノ秒パルス発生器”は、試
料の励起パルスに対応する１個のトリガパルスに対し
て、任意の時定数の指数減衰関数に従った発生頻度を有
する疑似フォトンパルスを発生させるものである。一方
“疑似ダブルフォトンパルス発生器”は、２つのパルス
間隔が既知でしかも連続的にパルス間隔を変えることが
できる一対の疑似フォトンパルス（疑似ダブルフォトン
パルス）を発生するものである。

発明が解決すべき問題点 前述の“指数分布型ナノ秒パルス発生器”は、その構成
上、１個のトリガパルスに対して１個の疑似フォトンパ
ルスしか発生させられず、しかもその発生時刻は、トリ
ガパルスに対してある一定の規則（すなわち与えられた
時定数を有する指数関数）に従って規則正しく変化す
る。

しかるに実際の光電子増倍管の出力パルスはポアソン過
程と考えられ、したがってパルスの発生個数はポアソン
分布に従い、時間的にランダムとなる。例えば螢光発光
波形の場合の光電子増倍管の出力状況は、ポアソン分布
に従って時間的にランダムであってこれをさらに指数変
換したような状況となる。そこで実際のシステム動作の
正確な確認、較正にはポアソン分布にしたがって時間的
にランダムなパルス列が入力されることが望ましく、ま
た入射光強度に対するダイナミックレンジの確認のため
には、ポアソン分布の平均値が自由に設定できるように
することが必要である。しかしながら前述のような“指
数分布型ナノ秒パルス発生器”ではこのような要請に応
じることはできなかった。

また前述の“疑似ダブルフォトンパルス発生器”は、高
速パルスアンプの動作チェックやディスクリミネータの
パルス対分解能の測定などには適しているものの、シス
テム全体の動作確認や評価などには不適当であり、かつ
前述のようなポアソン分布に従ったランダムなパルス列
は発生させることはできなかった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、前
述の要請に応え、１個のトリガパルスに対して疑似的に
ポアソン分布にしたがう個数の疑似フォトンパルスを発
生させることができ、しかもその疑似フォトンパルス発
生時刻の頻度を予め定めた減衰関数にしたがわせ、かつ
これらの制限下でパルスの発生状況を時間的にランダム
とした疑似フォトンパルス発生装置を提供することを基
本的な目的とするものである。またこの発明は、上記の
基本的な目的に併せて、前記のポアソン分布平均値を任
意に設定することができるようにした疑似フォトンパル
ス発生装置、さらには前記の減衰関数の時定数を任意に
設定できるようにした疑似フォトンパルス発生装置を提
供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本願の第１発明の疑似フォトンパルス発生装置は、基本
的には、 クロックパルス発生手段と； そのクロックパルス発生手段からのクロックパルスに同
期して疑似乱数を発生する疑似乱数発生手段と； 前記疑似乱数発生手段のワード出力をアナログ信号に変
換するためのD/Aコンバータと； 前記クロックパルスの周期より長い周期のトリガパルス
を発生するトリガパルス発生手段と； そのトリガパルスに同期して予め定めた関数波形で周期
的に変化する信号を出力する関数発生器と； 前記D/Aコンバータの出力信号と関数発生器の出力信号
とを比較してその比較信号を出力するコンパレータと； そのコンパレータの出力信号の立上りもしくは立下りに
同期して、および／またはそのコンパレータの出力信号
の立上りもしくは立下りに対し一定の遅れをもって、幅
の狭い疑似フォトンパルスを発生する疑似フォトンパル
ス発生手段； とを有してなることを特徴とするものである。

ここで、前記クロックパルス発生手段は、そのクロック
の周波数を選択可能に構成することが望ましく、また前
記関数発生器は、関数波形の時定数を可変に構成してお
くことが望ましい。

また前記疑似フォトンパルス発生手段は、正極性の疑似
フォトンパルスと負極性の疑似フォトンパルスの両者を
発生し得るように構成しておくことが望ましい。そして
そのためには、疑似フォトンパルス発生手段を、前記コ
ンパレータの出力が加えられる単安定回路と、その単安
定回路の出力信号パルスの立上りによりトリガされて第
１の極性の疑似フォトンパルスを発生する回路と、単安
定回路の出力信号パルスの立下りによりトリガされて第
２の極性の疑似フォトンパルスを発生する回路とによっ
て構成すれば良い。

さらに前記疑似フォトンパルス発生手段には、その疑似
フォトンパルスの発生個数を単位時間ごとに計数して表
示するための計数・表示手段を接続しておくことが望ま
しい。

一方本願第２発明の疑似フォトンパルス発生装置は、 クロックパルス発生手段と； そのクロックパルス発生手段からのクロックパルスに同
期して第１の疑似乱数を発生する第１の疑似乱数発生手
段と； 前記クロックパルス発生手段からのクロックパルスに同
期して第２の疑似乱数を発生する第２の疑似乱数発生手
段と； 前記第１の疑似乱数発生手段のワード出力をアナログ信
号に変換する第１のD/Aコンバータと； 前記第２の疑似乱数発生手段のワード出力をアナログ信
号に変換する第２のD/Aコンバータと； 前記クロッパルスの周期よりも長い周期のトリガパルス
を発生するトリガパルス発生手段と； そのトリガパルスに同期して予め定めた関数波形で周期
的に変化する信号を出力する関数発生器と； 前記第１のD/Aコンバータの出力信号と関数発生器の出
力信号とを比較してその比較信号を出力する第１のコン
パレータと； 前記第２のD/Aコンバータの出力信号と関数発生器の出
力信号とを比較してその比較信号を出力する第２のコン
パレータと； 前記第１のコンパレータの出力が加えられる第１の単安
定回路と； 前記第２のコンパレータの出力が加えられる第２の単安
定回路と； 前記第１の単安定回路の出力信号および前記第２の単安
定回路の出力信号のうち少なくとも一方の信号の立上り
時にその立上りによりトリガされて幅の狭い第１の極性
の疑似フォトンパルスを発生する第１の疑似フォトンパ
ルス発生回路と； 前記第１の単安定回路の出力信号および第２の単安定回
路の出力信号とのうち少なくとも一方の信号の立下り時
にその立下りによりトリガされて幅の狭い第２の疑似フ
ォトンパルスを発生する第２の疑似フォトンパルス発生
回路； とを有してなることを特徴とするものである。

この第２発明の場合も、クロックパルス発生手段はクロ
ック周波数を選択可能に構成しておくことが望ましく、
また関数発生器の関数波形の時定数も可変にしておくこ
とが望ましい。

またこの第２発明の場合、計数・表示手段として、第１
の単安定回路の出力パルスと第２の単安定回路の出力パ
ルスとを、単位時間ごとに計数・加算して表示する手段
を設けておくことが望ましい。

作用 先ず第１発明の装置の作用を第１図の波形図にしたがっ
て説明する。

第１発明の疑似フォトンパルス発生装置において、例え
ば第１図（Ｂ）に示すようなクロックパルスが疑似乱数
発生手段に与えられる。その疑似乱数発生手段のワード
出力は、疑似乱数として前記クロックパルスに同期して
変化し、その疑似乱数ワード出力はD/Aコンバータによ
ってアナログ信号に変換される。このアナログ信号はそ
の波高値が疑似乱数ワード出力に対応して変化すること
になる。したがってそのD/Aコンバータの出力のアナロ
グ信号は例えば第１図（Ｃ）の実線で示すように、波高
値が疑似ランダムに変化し、またその変化のタイミング
は第１図（Ｂ）のクロックパルスによって規定されるこ
とになる。

一方関数発生器には例えば第１図（Ａ）に示すようなト
リガパルスが与えられ、そのトリガパルスに同期して予
め定めた関数波形で周期的に変化する関数信号が発生せ
しめられる。その関数信号の一例を第１図（Ｃ）の破線
で示す。

コンパレータにおいては、D/Aコンバータの出力信号
（例えば第１図（Ｃ）の実線で示すもの）と関数発生器
の出力信号（例えば第１図（Ｃ）の破線で示すもの）の
信号レベルの高低が比較され、その比較結果に応じた２
値信号が出力される。D/Aコンバータの出力信号（第１
図（Ｃ）の実線）のレベルが関数発生器の出力信号（第
１図（Ｃ）の破線）のレベルよりも高い場合に出力がロ
ウレベルとなり、それ以外の場合に出力がハイレベルと
なるようにコンパレータを構成した場合のコンパレータ
の出力信号波形を第１図（Ｄ）に示す。

コンパレータの出力信号は疑似フォトンパルス発生手段
に与えられ、コンパレータの出力信号波形の立上がりも
しくは立下がりと同期して、または／およびその立上が
りもしくは立下がりに対し一定時間の遅れをもって、例
えば２〜3n_secの幅の狭い疑似フォトンパルスが発生せ
しめられる。例えば疑似フォトンパルス発生手段の前段
に単安定回路を設けておいて、コンパレータの出力波形
（第１図（Ｄ））の立上がりに同期する一定の幅t₀のパ
ルス（第１図（Ｅ））を得、その単安定回路の出力パル
スの立上がりを微分して反転させることにより第１図
（Ｆ）に示すような負極性の幅の狭い疑似フォトンパル
スを得、また単安定回路の出力パルスの立下がりを微分
して反転させることにより第１図（Ｇ）に示すような正
極性の幅の狭い疑似フォトンパルスを得ることができ
る。したがってこの場合は、コンパレータの出力信号
（第１図（Ｄ））の立上がりに同期して第１図（Ｆ）に
示す負極性の疑似フォトンパルスを、またコンパレータ
の出力信号の立上がりに対し一定の遅れをもつ第１図
（Ｇ）に示す正極性の疑似フォトンパルスが得られる。

ここで、最終的に得られる疑似フォトンパルス（第１図
（Ｆ）もしくは（Ｇ））は、第１図（Ａ）に示すトリガ
パルス１個に対し、通常は複数個発生せしめられている
ことになる。そしてトリガパルスの１周期Ｔの各期間中
における疑似フォトンパルス発生個数は疑似的にポアソ
ン分布にしたがうことになる。一方疑似フォトンパルス
の発生時刻の確率密度は、第１図（Ｃ）の破線で示す関
数発生器の出力波形に依存している。換言すれば、トリ
ガパルスの１周期Ｔの期間中では、第１図（Ｃ）の破線
で示す関数波形に対し逆数の関数の減衰関数にしたがっ
て疑似フォトンパルスの発生時刻の確率密度が小さくな
って行く。

また疑似フォトンパルスの発生頻度は第１図（Ｂ）のク
ロックパルスの周波数に依存するから、疑似フォトンパ
ルス発生個数のポアソン分布の平均値は、クロックパル
スの周波数を変えることによって変化させることができ
る。一方前述のように疑似フォトンパルス発生時刻の確
率密度は関数発生器の出力波形に依存するから、その関
数波形を変えることによって、具体的には例えば積分回
路の時定数を変えることによって、疑似フォトンパルス
発生時刻の確率密度を変化させることができる。

ところで、疑似フォトンパルス発生手段の前段に前述の
ように単安定回路を用いた場合、疑似フォトンパルスの
発生間隔の最小値は単安定回路の出力パルスの幅t₀（第
１図（Ｅ）参照）によって規制され、その幅t₀よりも疑
似フォトンパルスの間隔を小さくすることはできない。
そこでそれよりも疑似フォトンパルスの発生間隔を小さ
くするためには、第２発明の疑似フォトンパルス発生装
置を適用することが望ましい。

すなわち第２発明の装置においては、別の２系列で疑似
乱数が発生せしめられ、各疑似乱数ワード出力がD/A変
換された後、それぞれ関数発生器の出力波形と比較さ
れ、その比較出力がそれぞれ別の単安定回路に加えられ
る。そして一方の単安定回路の出力パルスの立上がりお
よび他方の単安定回路の出力パルスの立上がりにトリガ
されて、ある極性の疑似フォトンパルスが発生せしめら
れ、また一方の単安定回路の出力パルスの立下がりおよ
び他方の単安定回路の出力パルスの立下がりにトリガさ
れて、他の極性の疑似フォトンパルスが発生せしめられ
る。したがってこの場合には疑似フォトンパルスの最小
間隔は、単安定回路の出力パルスの幅に規制されず、疑
似フォトンパルスの発生最小間隔をより小さくすること
ができ、原理的に間隙を零にまですることが可能であ
る。このような２つのフォトンパルスがオーバラップし
た状態では、実際の測定時によく生じる二光子状態のフ
ォトンパルス出力状況に対応させることができる。

実 施 例 第２図に第１発明の疑似フォトンパルス発生装置の一実
施例を示す。

第２図において、パルス発生器１は、第１図（Ｂ）に示
すようなクロックパルスを発生するためのクロックパル
ス発生手段２を構成するものであって、周波数選択手段
３によってそのクロックパルス周波数を変化させ得るよ
うに構成されている。パルス発生器１からのクロックパ
ルスは、疑似乱数発生手段４としてのＭ系列疑似乱数パ
ルス発生回路５に与えられる。このＭ系列疑似乱数パル
ス発生回路５は、例えば第３図に示すように、基本的に
はｎビットのシフトレジスタ６とその任意の２出力から
エクスクルーシブ・オア回路７により排他論理和をとっ
てその信号をシフトレジスタ６の入力へフィードバック
させる構成とされており、前記シフトレジスタ６の並列
出力端には、クロックパルスの周期をＴとすば、周期
（2ⁿ−１）Ｔ、2ⁿ−１種類の疑似乱数のワード出力がク
ロックパルスに同期して得られる。このＭ系列疑似乱数
パルス発生回路５のワード出力は高速D/Aコンバータ８
に入力されて、アナログ信号に変換される。そのD/A変
換された信号を第１図（Ｃ）の実線で示す。なおここで
疑似乱数発生手段４が発生する疑似乱数の周期を拡大す
るためには、例えば第４図に示すようにパルス発生器１
からのクロックパルスを前述のＭ系列疑似乱数発生回路
５（第３図と同じ）にクロックとして与えると同時にｚ
ビットのカウンタ９で計数し、カウンタの出力とＭ系列
疑似乱数パルス発生回路５のワード出力の右側ｚビット
とをｚビットの加算器10に入力させて、Ｍ系列疑似乱数
パルス発生回路５のワード出力の左側（ｎ−ｚ）ビット
と加算器10の出力Ｚビットを高速D/Aコンバータ８に入
力すれば良く、このようにすれば（2ⁿ−１）Ｔ・2^zの周
期の疑似乱数を得ることができる。

一方パルス発生器11は、トリガパルス発生手段12を構成
するものであって、そのパルス発生器11の出力パルスは
分周器13によって適宜分周されてトリガパルスとして関
数発生器14に与えられる。そのトリガパルスは、例えば
第１図（Ａ）に示すように、クロックパルス（第１図
（Ｂ））と比較して充分に長い周期に設定される。関数
発生器14は例えば積分回路からなるものであって、その
時定数が時定数設定手段15によって変えられるように構
成されている。この関数発生器14の出力波形の一例が第
１図（Ｃ）の破線で示されている。

前述のような高速D/Aコンバータ８の出力信号と関数発
生器14の出力信号はオペアンプなどからなる高速コンパ
レータ16に与えられて比較され、両信号レベルの大小関
係に応じて２値の比較出力が得られる。この例では、関
数発生器14の出力信号が参照信号としてコンパレータ16
の同相入力端子に加えられ、高速D/Aコンバータ８の出
力信号が比較入力信号としてコンパレータ16の差動入力
端子に加えられて、高速D/Aコンバータ８の出力信号レ
ベルが関数発生器14の出力信号レベルよりも高い場合に
コンパレータ16の出力は低レベルとなり、高速D/Aコン
バータ８の出力信号が関数発生器14の出力信号レベルよ
りも低い場合にコンパレータ16の出力は高レベルとな
る。第１図（Ｃ）の例についてのコンパレータ16の出力
信号が第１図（Ｄ）に示されている。

高速コンパレータ16の出力は疑似フォトンパルス発生手
段29の前段部分を構成する単安定回路17に加えられる。
この単安定回路17からはコンパレータ16の出力信号の立
上がりに同期して立上がる幅t₀のパルスが出力される。
その一例が第１図（Ｅ）に示される。

単安定回路17の出力パルスは、負極性疑似フォトンパル
ス発生回路18および正極性疑似フォトンパルス発生回路
19に与えられる。負極性疑似フォトンパルス発生回路18
の一例を第５図に、正極性疑似フォトンパルス発生回路
19の一例を第６図に示す。いずれも短い時定数の微分回
路20とその微分回路20の出力により高速動作するマイク
ロ波トランジスタ21とからなるものであって、例えば負
極性疑似フォトンパルス発生回路18においては、単安定
回路17の出力信号を短い時定数で微分してその微分信号
の正極性部分を反転増幅することにより、単安定回路17
の出力パルスの立上がりに同期した負極性の幅の狭い疑
似フォトンパルス（第１図（Ｆ）参照）が得られ、一方
正極性疑似フォトンパルス発生回路19においては、同じ
く単安定回路17の出力信号を短い時定数で微分してその
微分信号の負極性部分を反転増幅することにより、単安
定回路17の出力パルスの立下がりに同期した正極性の幅
の狭い疑似フォトンパルス（第１図（Ｇ））が得られ
る。

一方前記単安定回路17の出力パルスは計数・表示手段22
を構成するカウンタ23にも加えられ、そのパルス数が計
数される。このカウンタ23は前述のトリガパルス（分周
器13の出力パルス）をさらに適宜分周器24で分周した信
号により一定周期でクリヤされる。すなわちカウンタ23
はある時間幅で単安定回路17の出力パルスの計数を繰返
し、その計数値が表示器25によって表示される。ここで
単安定回路17の出力パルス数は、負極性疑似フォトンパ
ルス発生回路18もしくは正極性疑似フォトンパルス発生
回路19の発生パルス数に相等しいから、結局その負極性
もしくは正極性疑似フォトンパルスの一定時間内の発生
個数が計数・表示されることになる。

以上の実施例において、パルス発生器１の周波数を変化
させれば、Ｍ系列疑似乱数パルス発生回路５の疑似乱数
ワード出力の変化するタイミングが変化し、その結果D/
Aコンバータ８の出力信号の波高値の変化するタイミン
グも変化して、これにより単安定回路17の出力パルスの
頻度も変化し、最終的な疑似フォトンパルスの発生頻度
も変化することになる。

一方関数発生器14の積分回路の時定数を変化させれば、
高速コンパレータ16の参照入力が変化する結果、単安定
回路17の出力パルスの発生時刻の確率密度が変化し、疑
似フォトンパルスの発生時刻の確率密度が変化する。

以上の実施例では、既に述べたように正または負極性疑
似フォトンパルスの発生時刻の最小間隔が単安定回路17
のパルス幅t₀によって制限されてしまう。例えばTTLの
単安定回路（74LS123相当品）などを用いた場合はその
パルス幅t₀は約50n_secとなる。被測定システムまたは被
測定回路のパルス対分解能が50n_sec程度以上の場合には
このような構成でも充分であるが、それ以下のパルス対
分解能が要求される場合には、第２発明に相当する第７
図に示すような実施例の装置を使用することが望まし
い。

第７図の実施例においては、パルス発生器１からのクロ
ックパルスは、第１の疑似乱数発生手段4Aを構成する第
１のＭ系列疑似乱数パルス発生回路5Aと、第２の疑似乱
数発生手段4Bを構成する第２のＭ系列疑似乱数パルス発
生回路5Bの両者に加えられる。これらの第１および第２
のＭ系列疑似乱数パルス発生回路5A、5Bの具体的構成は
いずれも既に述べたような第３図もしくは第４図に示す
構成とすれば良い。

第１のＭ系列疑似乱数パルス発生回路5Aのワード出力
（並列出力）は第１の高速D/Aコンバータ8Aによりアナ
ログ信号に変換されて、第１の高速コンパレータ16Aの
差動入力端子に加えられる。その信号の一例を第10図
（Ａ）の実線で示す。また第２のＭ系列疑似乱数パルス
発生回路5Bのワード出力（並列出力）は第２の高速D/A
コンバータ8Bによりアナログ信号に変換されて、第２の
高速コンパレータ16Bの差動入力端子に加えられる。そ
の信号の一例を第10図（Ｂ）の実線で示す。

第１および第２の高速コンパレータ16A、16Bの参照入力
端子には、既に述べたと同様な関数発生器14の出力信号
が加えられる。その信号波形の一例を第10図（Ａ）、
（Ｂ）に破線で示す。

第１高速コンパレータ16Aの比較出力（第10図（Ｃ）参
照）は第１の単安定回路17Aに加えられ、また第２高速
コンパレータ16Bの比較出力（第10図（Ｄ）参照）は第
２の単安定回路17Bに加えられる。第１の単安定回路17A
の出力を第10図（Ｅ）に、第２の単安定回路17Bの出力
を第10図（Ｆ）に示す。

第１の単安定回路17Aの出力パルスは、負極性疑似フォ
トンパルス発生回路30の一方の入力端子および正極疑似
フォトンパルス発生回路31の一方の入力端子に加えら
れ、第２の単安定回路17Bの出力パルスは負極性疑似フ
ォトンパルス発生回路30の他方の入力端子および正極性
疑似フォトンパルス発生回路31の他方の入力端子に加え
られる。ここで負極性疑似フォトンパルス発生回路30
は、例えば第８図に示すように時定数の短い一対の微分
回路32A、32Bと高速動作用の一対のマイクロ波トランジ
スタ33A、33Bによりワイヤードノア回路に構成したもの
であって、第１および第２の単安定回路17A、17Bの出力
パルスを微分した信号の正極性部分をそれぞれ反転増幅
するように構成されている。また正極性疑似フォトンパ
ルス発生回路31も、例えば第９図に示すように時定数の
短い一対の微分回路34A、34Bと高速動作用の一対のマイ
クロ波トランジスタ35A、35Bによってワイヤードノア回
路に構成したものであって、第１および第２の単安定回
路17A、17Bの出力パルスを微分した信号の負極性部分を
それぞれ反転増幅するように構成されている。負極性疑
似フォトンパルス発生回路30の出力信号すなわち負極性
疑似フォトンパルスを第10図（Ｇ）に、正極性疑似フォ
トンパルス発生回路31の出力信号すなわち正極性疑似フ
ォトンパルスを第10図（Ｈ）に示す。

この場合、第１の疑似乱数発生手段4Aの側のラインの第
１の高速コンパレータ16Aの出力信号の立上がりのタイ
ミングと第２の疑似乱数発生手段4Bの側のラインの第２
の高速コンパレータ16Bの出力信号の立上がりのタイミ
ングとの間隔t₁が各単安定回路17A、17Bのパルス幅t₀よ
りも狭くても、それぞれのタイミングに対応して第１単
安定回路17Aの出力パルスおよび第２単安定回路17Bの出
力パルスの立上がりが得られ、これによりそれぞれのタ
イミングに対応して疑似フォトンパルスが発生する。す
なわち単安定回路17A、17Bのパルス幅t₀よりも小さい間
隔t₁の疑似フォトンパルスを得ることができる。

なお第７図の実施例において、計数・表示手段22は、第
１の単安定回路17Aの出力パルスを計数する第１カウン
タ23Aと、第２の単安定回路17Bの出力パルスを計数する
第２カウンタ23Bと、第１カウンタ23Aおよび第２カウン
タ23Bの計数結果を加算する加算器36と、その加算器36
による加算結果を表示する表示器25とによって構成さ
れ、このように加算を行なうことによって最終的な正も
しくは負極性疑似フォトンパルスの単位時間当りの発生
個数を表示することができる。

なお以上の各実施例においては、関数発生器14として積
分回路を用いたものとしたが、それに限らず、任意の関
数波形を発生する回路で構成することができる。例えば
１周期の間で波高値が直線的に増加する鋸歯状波を発生
するように構成しても良く、この場合は疑似フォトンパ
ルスの発生時刻の時系列的分布が疑似的ポアソン分布に
したがういわゆる疑似ポアソンパルス系列を得ることが
できる。

発明の効果 前述の説明で明らかなように、この発明の疑似フォトン
パルス発生装置によれば、１個のトリガパルスに対して
疑似的にポアソン分布にしたがう個数の疑似フォトンパ
ルスを発生させることができ、しかもその疑似フォトン
パルスの発生時刻の頻度（確率密度）が予め定めた減衰
関数にしたがわせられ、かつこれらの制限下でパルスの
発生状況が時間的にランダムとされる。したがって実際
の光電子増倍管から得られるフォトンパルスのパルス発
生状況に極めて良く類似したパルス列を得ることができ
るから、高速光電子パルス計数システムやその構成回路
の動作確認や性能評価、較正などを従来よりも一層正確
に行なうことが可能となる。そして特にクロックパルス
の周波数を選択可能にし、また関数発生器の時定数を可
変とした実施態様によれば、任意のパルス発生個数のポ
アソン分布の平均値を任意に変え、またパルス発生時刻
の確率密度を任意に変えることができるため、一層汎用
性が増す効果が得られる。

さらに、特に第２発明の装置によれば、疑似フォトンパ
ルスの発生間隔の最小値を50n_sec程度よりも小さくする
ことができるため、より一層実際の光電子増倍管の出力
パルス発生状況に類似させて、より高精度の動作確認等
を行なうことができる。

なおこの発明の装置は、特に統計的サンプリング法に基
づく螢光寿命測定装置に対して有効であるが、それに限
らず任意の高速光電子計数システムやその構成回路に適
用できることは勿論である。またこの発明の装置は、単
独の装置として構成しても良いが、高速光電子計数装置
などの内部に較正用として組込んでも良いことは勿論で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の実施例である第２図の装置の各部の
信号波形を示す波形図、第２図は第１発明の一実施例の
装置の全体構成を示すブロック図、第３図は第２図の装
置に使用される疑似乱数発生手段を構成するＭ系列疑似
乱数パルス発生回路の一例を概念的に示すブロック図、
第４図は同じく疑似乱数発生手段の他の例を概念的に示
すブロック図、第５図は第２図の装置に使用される負極
性疑似フォトンパルス発生回路の具体例を示す結線図、
第６図は第２図の装置に使用される正極性疑似フォトン
パルス発生回路の他の具体例を示す結線図、第７図は第
２発明の実施例の装置の全体構成を示すブロック図、第
８図は第７図の装置に使用される負極性疑似フォトンパ
ルス発生回路の具体例を示す結線図、第９図は第７図の
装置に使用される正極性疑似フォトンパルス発生回路の
具体例を示す結線図、第10図は第７図の装置における各
部の信号波形を示す波形図である。 ２……クロックパルス発生手段、４……疑似乱数発生手
段、4A……第１の疑似乱数発生手段、4B……第２の疑似
乱数発生手段、８……高速D/Aコンバータ、8A……第１
の高速D/Aコンバータ、8B……第２の高速D/Aコンバー
タ、12……トリガパルス発生手段、14……関数発生器、
16……高速コンパレータ、16A……第１の高速コンパレ
ータ、16B……第２の高速コンパレータ、17……単安定
回路、17A……第１の単安定回路、17B……第２の単安定
回路、18、30……負極性疑似フォトンパルス発生回路、
19、31……正極性疑似フォトンパルス発生回路、22……
計数表示手段、29……疑似フォトンパルス発生手段。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クロックパルス発生手段と； そのクロックパルス発生手段からのクロックパルスに同
   期して疑似乱数を発生する疑似乱数発生手段と； 前記疑似乱数発生手段のワード出力をアナログ信号に変
   換するためのD/Aコンバータと； 前記クロックパルスの周期より長い周期のトリガパルス
   を発生するトリガパルス発生手段と； そのトリガパルスに同期して予め定めた関数波形で周期
   的に変化する信号を出力する関数発生器と； 前記D/Aコンバータの出力信号と関数発生器の出力信号
   とを比較してその比較信号を出力するコンパレータと； そのコンパレータの出力信号の立上りもしくは立下りに
   同期して、および／またはそのコンパレータの出力信号
   の立上りもしくは立下りに対し一定の遅れをもって、幅
   の狭い疑似フォトンパルスを発生する疑似フォトンパル
   ス発生手段； とを有してなることを特徴とする疑似フォトンパルス発
   生装置。
2. 【請求項２】前記クロックパルス発生手段が、周波数を
   選択可能に構成されている特許請求の範囲第１項記載の
   疑似フォトンパルス発生装置。
3. 【請求項３】前記関数発生器が、関数波形の時定数を可
   変に構成されている特許請求の範囲第１項記載の疑似フ
   ォトンパルス発生装置。
4. 【請求項４】前記疑似フォトンパルス発生手段が、正極
   性の疑似フォトンパルスと負極性の疑似フォトンパルス
   との両者を発生させ得るように構成されている特許請求
   の範囲第１項記載の疑似フォトンパルス発生装置。
5. 【請求項５】前記疑似フォトンパルス発生手段が、前記
   コンパレータの出力が加えられる単安定回路と、その単
   安定回路の出力信号パルスの立上りによりトリガされて
   第１の極性の疑似フォトンパルスを発生する回路と、単
   安定回路の出力信号パルスの立下りによりトリガされて
   第２の極性の疑似フォトンパルスを発生する回路とによ
   って構成されている特許請求の範囲第１項記載の疑似フ
   ォトンパルス発生装置。
6. 【請求項６】前記疑似フォトンパルス発生手段に、その
   疑似フォトンパルスの発生数を単位時間ごとに計数して
   表示するための計数・表示手段が接続されている特許請
   求の範囲第１項記載の疑似フォトンパルス発生装置。
7. 【請求項７】クロックパルス発生手段と； そのクロックパルス発生手段からのクロックパルスに同
   期して第１の疑似乱数を発生する第１の疑似乱数発生手
   段と； 前記クロックパルス発生手段からのクロックパルスに同
   期して第２の疑似乱数を発生する第２の疑似乱数発生手
   段と； 前記第１の疑似乱数発生手段のワード出力をアナログ信
   号に変換する第１のD/Aコンバータと； 前記第２の疑似乱数発生手段のワード出力をアナログ信
   号に変換する第２のD/Aコンバータと； 前記クロッパルスの周期よりも長い周期のトリガパルス
   を発生するトリガパルス発生手段と； そのトリガパルスに同期して予め定めた関数波形で周期
   的に変化する信号を出力する関数発生器と； 前記第１のD/Aコンバータの出力信号と関数発生器の出
   力信号とを比較してその比較信号を出力する第１のコン
   パレータと； 前記第２のD/Aコンバータの出力信号と関数発生器の出
   力信号とを比較してその比較信号を出力する第２のコン
   パレータと； 前記第１のコンパレータの出力が加えられる第１の単安
   定回路と； 前記第２のコンパレータの出力が加えられる第２の単安
   定回路と； 前記第１の単安定回路の出力信号と前記第２の単安定回
   路の出力信号とのうち、少なくとも一方の信号の立上り
   があった時にその立上りによりトリガされて幅の狭い第
   １の極性の疑似フォトンパルスを発生する第１の疑似フ
   ォトンパルス発生回路と； 前記第１の単安定回路の出力信号と第２の単安定回路の
   出力信号とのうち少なくとも一方の信号の立下りがあっ
   た時にその立下りによりトリガされて幅の狭い第２の極
   性の疑似フォトンパルスを発生する第２の疑似フォトン
   パルス発生回路； とを有してなることを特徴とする疑似フォトンパルス発
   生装置。
8. 【請求項８】前記クロックパルス発生手段が、周波数を
   選択可能に構成されている特許請求の範囲第７項記載の
   疑似フォトンパルス発生装置。
9. 【請求項９】前記関数発生器が、関数波形の時定数を可
   変に構成されている特許請求の範囲第７項記載の疑似フ
   ォトンパルス発生装置。
10. 【請求項１０】前記第１の単安定回路の出力パルスと第
    ２の単安定回路の出力パルスとを、単位時間ごとに計数
    ・加算して表示する計数・表示手段が設けられている特
    許請求の範囲第７項記載の疑似フォトンパルス発生装
    置。