JPH10227695A - パルス光測光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光検出器の光電変換面から放出される光電子
の個数の平均値を高精度に推定してパルス光の光量を精
度よく測定する。 【解決手段】 被測定光束が光検出器１０に入射すると
光電子が放出され増倍されて電流信号が出力される。こ
の電流信号は、電荷有感型前置増幅器２０および波形整
形増幅器３０からなる積分手段により電圧信号とされ
る。この電圧信号のピーク値は、積分手段が非飽和状態
にある期間だけ、ピークホールド回路４０から出力さ
れ、ＡＤ変換器５０によりデジタル値に変換され、電圧
信号の波高分布ｎ(h) がヒストメモリ６０により生成さ
れる。光電子数分布推定手段７３により、波高分布ｎ
(h) と単一光電子事象波高分布とk-光電子事象波高分布
（k=1,2,3,…）とに基づいて、被測定光束が光検出器１
０に入射して放出された光電子の個数分布が推定され、
さらに被測定光束の光量が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス状の被測定
光束の光子数を計数するパルス光測光装置に関するもの
であり、例えば生化学等の分野においてパルス光源で励
起された試料から発生する蛍光を光子計数してその試料
中の蛍光分子数を定量測定するために利用されるもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、試料中の蛍光物質（或いは、蛍光
分子）を定量測定するために、その試料に励起光を照射
し、蛍光物質から発生する蛍光の強度を測定している。
このような測定に用いられる装置として、蛍光光度計が
ある。この蛍光光度計には、光源として例えばキセノン
ランプが用いられ、また、蛍光検出器として光電子増倍
管が用いられる。一般には、キセノンランプは、パルス
点灯ではなく連続点灯され、また、光電子増倍管は、蛍
光物質で発生した蛍光を受光して、その蛍光強度に応じ
た出力電流を連続的に出力する。このようにして、蛍光
強度が測定され、光電子増倍管の出力値に基づいて蛍光
物質が定量される。

【０００３】しかし、試料中の蛍光物質の量が微量であ
り蛍光強度が検出限界以下である場合には、蛍光光度計
を用いることができない。そこで、このような場合に
は、励起光源としてレーザ光源が用いられる。この場合
も同様にレーザ光で励起された試料中の蛍光物質から発
生した蛍光の強度が光電子増倍管で測定され、光電子増
倍管の出力値に基づいて蛍光物質が定量される。

【０００４】レーザ光源から出力されたパルスレーザ光
で試料中の蛍光物質を励起し、蛍光強度測定結果すなわ
ち光電子増倍管からの出力値から試料中の蛍光物質を定
量する方法として、光電子増倍管からの出力パルスの計
数値を利用するいわゆる光子計数法によるものと、光電
子増倍管からの出力パルスの波高値を利用する方法とが
ある。更に、光子計数法による定量法には、計数値に比
例した蛍光物質があるものと推定する方法と、１パルス
のレーザ光の試料照射につき光電子増倍管の光電変換面
から放出される光電子の個数が０個である確率ｐ(0) か
ら蛍光物質の量を推定する方法とがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光子計
数法による定量方法で計数値に比例した量の蛍光物質が
あると推定すると以下のような問題がある。１パルスの
レーザ光の試料照射につき光電子増倍管の光電変換面か
ら放出される光電子の個数は、入射光量に応じた光電子
数分布に従う。この光電子数分布に従って放出される光
電子の個数が１個である確率をｐ(1) とし、また、その
個数が２個以上である確率をｐ(x≧2)とする。また、光
電変換面における光電子数分布がポアソン分布に従うも
のとする。この時、例えば、１パルスのパルスレーザ光
によって励起された蛍光物質から発生した蛍光を光電子
増倍管が受光して光電変換面から放出される光電子の個
数の平均値λが 0.1を越えると、ｐ(x≧2)／ｐ(1) は５
％以上になる。この比が大きい程、光電子増倍管に入射
した蛍光の光量と光電子増倍管からの出力パルスの計数
値とは比例関係から大きく外れるので、光電子増倍管か
らの出力パルスの計数値から蛍光物質を定量すると誤差
が大きくなる。

【０００６】また、ゼロ確率を利用する定量方法では以
下のような問題がある。この定量方法では、光電変換面
における光電子数分布がポアソン分布に従うものとし
て、光電子数の平均値λを

【数１】 なる式で推定し、これに比例するものとして蛍光物質を
定量する。ここで、パルスレーザ光による励起回数をＮ
とし、光電子増倍管からの出力パルスの計数値をｎとす
ると、

【数２】 であるので、（１）式は、

【数３】 となる。上式でλ値を推定する場合であっても、λ値が
大きくなると（例えば、λ＞1.5 ）、すなわち、ｎがＮ
に近付くと、λ値の推定誤差は大きくなる。

【０００７】また、光電子増倍管からの出力パルスの波
高値を利用する従来方法では以下のような問題点があ
る。この方法では、１回のパルス励起当たり光電変換面
から放出される平均光電子数が、出力パルスの波高値の
平均値＜ｈ＞に比例するとして、蛍光物質を定量する。
ここで、＜ｈ＞は、

【数４】 なる式で与えられ、Ｎは励起回数であり、ｎ(h) は波高
値がｈである光電子増倍管の出力パルスの計数値であ
り、ｈ_max は、波高値をデジタル値に変換するＡＤ変換
器のビット数で決まる最大波高値であり、ｈ_min は、平
均波高値の計算に使用する最小の波高値である。ｈ_min
＝０であることが望ましいが、光電子増倍管からの出力
パルスに重畳する増幅器系のノイズの為に、ｈ_min ＝０
とすることはできない。それ故、（４）式で計算した平
均波高値は真の値とは異なるものとなる。また、平均光
電子数が大きくなると、ｈ_max よりも大きな波高値のパ
ルスが出力される頻度が増えてくるが、このような波高
値のパルスは計数されないので、（４）式で平均波高値
を計算して蛍光物質を定量すると過小評価することにな
る。

【０００８】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、光検出器の光電変換面で２個以上の光
電子が放出される確率が高くても、あるいは、光検出器
の光電変換面から放出される光電子の個数の平均値λが
大きくても、λを高精度に推定して、光量を精度よく測
定することができるパルス光測光装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１のパル
ス光測光装置は、パルス信号に同期して発生するパルス
状の被測定光束の光量を測定するパルス光測光装置であ
って、(1) 入射した被測定光束の光量に応じた光電子数
分布に従った個数の光電子を放出し、光電子を増倍して
電流信号を出力する光検出器と、(2) 電流信号を積分し
て電圧信号に変換する積分手段と、(3) 電圧信号の波高
分布を生成する波高分布生成手段と、(4) パルス信号の
パルス数を計数するパルス計数手段と、(5) 積分手段が
飽和状態にあるか否かを判定し、飽和状態にあると判定
したときにはパルス計数手段および波高分布生成手段そ
れぞれの動作を禁止するゲート手段と、(6) 光検出器で
放出される光電子が１個の場合に波高分布生成手段で生
成される波高分布を単一光電子事象波高分布として獲得
する単一光電子事象波高分布生成手段と、(7) 光検出器
で放出される光電子の個数ｋが２以上かつ所定数以下の
それぞれの場合におけるk-光電子事象波高分布を、単一
光電子事象波高分布に基づいて漸化的にコンボリューシ
ョン計算によって算出するk-光電子事象波高分布生成手
段と、(8) 被測定光束が光検出器に入射して波高分布生
成手段で生成された波高分布と単一光電子事象波高分布
と光電子の個数ｋそれぞれの場合におけるk-光電子事象
波高分布とパルス計数手段による計数結果とに基づい
て、被測定光束が光検出器に入射した場合の光電子数分
布を推定することによって被測定光束の光量を求める光
電子数分布推定手段と、を備えることを特徴とする。

【００１０】この第１のパルス光測光装置によれば、パ
ルス状の被測定光束が光検出器に入射すると、その光量
に応じた光電子数分布に従った個数の光電子が放出さ
れ、その光電子が増倍されて電流信号が出力される。こ
の電流信号は、積分手段により積分されて電圧信号とな
り、この電圧信号は、波高分布生成手段によりその波高
分布が生成される。このパルス状の被測定光束は、パル
ス信号に同期して発生するものであり、そのパルス信号
は、パルス計数手段により計数される。これらパルス計
数手段および波高分布生成手段それぞれは、ゲート手段
により、積分手段が飽和状態にあるときには、動作が禁
止される。

【００１１】一方、光検出器で放出される光電子が１個
の場合に波高分布生成手段で生成される波高分布は、単
一光電子事象波高分布として、単一光電子事象波高分布
生成手段により獲得され、また、光検出器で放出される
光電子の個数ｋが２以上かつ所定数以下のそれぞれの場
合におけるk-光電子事象波高分布は、k-光電子事象波高
分布生成手段により、単一光電子事象波高分布に基づい
て漸化的にコンボリューション計算によって算出され
る。そして、光電子数分布推定手段により、被測定光束
が光検出器に入射して波高分布生成手段で生成された波
高分布と単一光電子事象波高分布と光電子の個数ｋそれ
ぞれの場合におけるk-光電子事象波高分布とパルス計数
手段による計数結果とに基づいて、被測定光束が光検出
器に入射した場合の光電子数分布を推定することによっ
て被測定光束の光量が求められる。

【００１２】本発明に係る第２のパルス光測光装置は、
パルス信号に同期して発生するパルス状の被測定光束の
光量を測定するパルス光測光装置であって、(1) 入射し
た被測定光束の光量に応じた光電子数分布に従った個数
の光電子を放出し、光電子を増倍して電流信号を出力す
る光検出器と、(2) 電流信号を積分して電圧信号に変換
する積分手段と、(3) 電圧信号の波高分布を生成する波
高分布生成手段と、(4) 電圧信号を互いに異なる所定の
参照電圧それぞれと比較して、電圧信号が所定の参照電
圧それぞれより大きい場合に論理パルス信号をそれぞれ
出力する所定数の比較手段と、(5) 所定数の比較手段そ
れぞれから出力された論理パルス信号をそれぞれ計数す
る所定数の計数手段と、(6) パルス信号のパルス数を計
数するパルス計数手段と、(7) 積分手段が飽和状態にあ
るか否かを判定し、飽和状態にあると判定したときには
パルス計数手段および波高分布生成手段それぞれの動作
を禁止するゲート手段と、(8) 光検出器で放出される光
電子が１個の場合に波高分布生成手段で生成される波高
分布を単一光電子事象波高分布として獲得する単一光電
子事象波高分布生成手段と、(9) 光検出器で放出される
光電子の個数ｋが２以上かつ所定数以下のそれぞれの場
合におけるk-光電子事象波高分布を、単一光電子事象波
高分布に基づいて漸化的にコンボリューション計算によ
って算出するk-光電子事象波高分布生成手段と、(10)被
測定光束が光検出器に入射して所定数の計数手段それぞ
れで得られた計数結果と単一光電子事象波高分布と光電
子の個数ｋそれぞれの場合におけるk-光電子事象波高分
布とパルス計数手段による計数結果とに基づいて、被測
定光束が光検出器に入射した場合の光電子数分布を推定
することによって被測定光束の光量を求める光電子数分
布推定手段と、を備えることを特徴とする。

【００１３】この第２のパルス光測光装置によれば、パ
ルス状の被測定光束が光検出器に入射すると、その光量
に応じた光電子数分布に従った個数の光電子が放出さ
れ、その光電子が増倍されて電流信号が出力される。こ
の電流信号は、積分手段により積分されて電圧信号とな
り、この電圧信号は、所定数の比較手段により、互いに
異なる所定の参照電圧それぞれと比較されて、電圧信号
が所定の参照電圧それぞれより大きい場合に論理パルス
信号がそれぞれ出力され、その論理パルス信号は所定数
の計数手段それぞれにより計数される。このパルス状の
被測定光束は、パルス信号に同期して発生するものであ
り、そのパルス信号は、パルス計数手段により計数され
る。これらパルス計数手段および所定数の計数手段手段
それぞれは、ゲート手段により、積分手段が飽和状態に
あるときには、動作が禁止される。

【００１４】一方、光検出器で放出される光電子が１個
の場合の積分手段からの電圧信号の波高分布は、波高分
布生成手段により生成され、単一光電子事象波高分布と
して単一光電子事象波高分布生成手段により獲得され、
また、光検出器で放出される光電子の個数ｋが２以上か
つ所定数以下のそれぞれの場合におけるk-光電子事象波
高分布は、k-光電子事象波高分布生成手段により、単一
光電子事象波高分布に基づいて漸化的にコンボリューシ
ョン計算によって算出される。そして、光電子数分布推
定手段により、その所定数の計数手段それぞれで得られ
た計数結果と単一光電子事象波高分布と光電子の個数ｋ
それぞれの場合におけるk-光電子事象波高分布とパルス
計数手段による計数結果とに基づいて、被測定光束が光
検出器に入射した場合の光電子数分布を推定することに
よって被測定光束の光量が求められる。

【００１５】上記何れのパルス光測光装置においても、
光検出器として、(1) 入射した光束の光量に応じた光電
子数分布に従った個数の光電子を放出する光電変換面
と、(2) アノードとカソードとの間に逆バイアス電圧が
印加され、且つ、光電変換面に対向する部位が光電変換
面の電位よりも高電位に設定されて、光電子を入力して
生成された電子・正孔対をアバランシェ増倍し、アバラ
ンシェ増倍された電子・正孔対の数に応じた電流信号を
出力するアバランシェフォトダイオードと、(3)光束を
透過させる入射窓を備えて光電変換面およびアバランシ
ェフォトダイオードを内部に含む真空容器と、を備える
ものが好適に用いられる。この場合、光検出器から出力
される電流信号の波高分布において、光束が入射して放
出される光電子の個数がｋ個であるk-光電子事象それぞ
れに対応するピークを明瞭に識別することができるの
で、入射した光束の光量に応じた光電子数分布およびそ
の光束の光量を精度よく測定することができる。

【００１６】また同様に上記何れのパルス光測光装置に
おいても、光電子数分布推定手段は、最尤法により光電
子数分布を推定してもよい。また、光電子数分布として
ポアソン分布を仮定してもよい。何れの場合でも、入射
した光束の光量に応じた光電子数分布およびその光束の
光量を精度よく測定することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。

【００１８】まず、本発明に係るパルス光測光装置の構
成要素の１つとして好適に用いられる光検出器につい
て、図１を参照しながら説明する。

【００１９】本発明に係るパルス光測光装置の１構成要
素である光検出器としては、入射光束の光量に応じた光
電子数分布に従った個数の光電子を放出し、その光電子
を増倍して電流信号を出力するものが用いられ、例え
ば、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）を
利用した光検出器（参考文献 ： Shawn J. Fagen, "Vac
uum avalanche photodiodes can count single photon
s", Laser Focus World,Nov. (1993) pp.125-132）が好
適に用いられる。

【００２０】図１に示す光検出器１０は、内部が真空に
保たれている真空容器１１の一部に入射窓１２が設けら
れており、入射光束Ａは、その入射窓１２を透過して、
光電変換面１３に到達する。光電変換面１３には、ＡＰ
Ｄ１５のアノード１６に対して例えば−１０ｋＶないし
−１５ｋＶの高電圧が、高圧電源によって印加されてい
るので、入射光束Ａが光電変換面１３に入射すると、そ
の入射光束Ａの光量に応じた光電子数分布に従った個数
の光電子Ｂが放出される。そして、その光電子Ｂは、光
電変換面１３とＡＰＤ１５との間の電界によって加速さ
れ、中央部に開口を有し所定電位に設定された集束電極
１４によって集束されて、ＡＰＤ１５に入射する。

【００２１】このＡＰＤ１５は、アノード１６とカソー
ド１７との間に、逆バイアス電源によって逆バイアス電
圧（例えば、１４５Ｖ）が印加され、且つ、光電変換面
１３に対向するアノード１６の電位は光電変換面１３の
電位よりも高電位に設定されている。このＡＰＤ１５に
光電子Ｂが衝突すると、電離作用により光電子ＢがＡＰ
Ｄ１５中で失ったエネルギ３．６ｅＶ当たり１対の電子
および正孔が生成され、そして、この電子・正孔対は、
ＡＰＤ１５内で、逆バイアス電圧に対して図２に示すよ
うな関係にあるアバランシェ増倍率でアバランシェ増倍
され、アノード端子１６ａおよびカソード端子１７ａの
間に電流信号として出力される。但し、光電子ＢがＡＰ
Ｄ１５内で失うエネルギは一定値ではなく或る分布に従
うため、また、ＡＰＤ１５の増倍率も一定値ではなく或
る増倍率分布に従うため、１個の光電子Ｂの入射により
出力される電流信号の大きさも或る分布を有する。

【００２２】したがって、光検出器１０が一定光量の光
束Ａを多数回測定すると、光電変換面１３で放出される
光電子Ｂの個数分布（光電子数分布）は、光量に応じた
或る平均値の周りに広がった分布となり、光検出器１０
から出力される電流信号は、光電子１個によりＡＰＤ１
５から出力される電子・正孔対の個数の分布に従って更
に広がりのある分布となる。

【００２３】このＡＰＤを利用した光検出器１０は、光
電子増倍管と同様に単一光子をも計数でき、さらに、光
電子増倍管と比較して増倍雑音が小さいため、一定光量
の光束を多数回測定して得られる電流信号の波高分布に
おいて、k-光電子事象すなわち光電変換面１３に光束が
入射して放出される光電子の個数がｋ個である事象（k=
1,2,3,…）それぞれに対応するピークを識別することが
できるという優れた特徴を有する。このような特徴を有
することから、本発明に係るパルス光測光装置に用いる
に好適なものである。

【００２４】（第１の実施形態）次に、第１の実施形態
に係るパルス光測光装置の構成について説明する。図３
は、第１の実施形態に係るパルス光測光装置を用いた蛍
光測定システムの構成図である。この図は、第１の実施
形態に係るパルス光測光装置１の他に、パルスレーザ光
を出射するパルスレーザ光源８０、パルスレーザ光が照
射されると蛍光を発生する試料９０、ならびに、励起光
照射および蛍光検出のための光学系をも示している。

【００２５】パルスレーザ光源８０から出力された蛍光
物質励起の為のパルスレーザ光は、レンズ８４および８
５により所定の光束径にコリメートされ、反射鏡８３に
より反射され、レンズ８６により集光されて試料９０に
照射され、試料９０中の蛍光物質を励起する。この試料
９０中の蛍光物質から発生したパルス状の蛍光は、レン
ズ９１、バリアフィルタ９２およびレンズ９３を経て、
パルス光測光装置１００の光検出器１０の入射窓１２に
入射する。バリアフィルタ９２は、蛍光を透過させる
が、試料９０で散乱されて光検出器１０の入射窓１２の
方向に向かうパルスレーザ光を遮断するものである。

【００２６】光検出器１０は、図１で説明したものであ
り、高圧電源１９により光電変換面１３に高電圧が印加
され、逆バイアス電源１８によりＡＰＤ１５に逆バイア
ス電圧が印加されている。光検出器１０は、試料９０か
ら到達した蛍光を光電変換面１３に受光すると、入射し
た蛍光の光量に応じた光電子数分布に従った個数の光電
子を光電変換面１３から放出し、その光電子をＡＰＤ１
５によりアバランシェ増倍して２次電子を生成し、そし
て、電流信号を出力する。

【００２７】この光検出器１０から出力された電流信号
は、放射線検出の分野で一般的に用いられている電荷有
感型前置増幅器２０および波形整形増幅器３０からなる
積分手段により、積分されて電圧信号に変換される。す
なわち、電荷有感型前置増幅器２０は、その電流信号を
積分して電圧信号に変換する。この電圧信号は、光検出
器１０から電流が出力されると立ち上がり、電荷有感型
前置増幅器２０が有する時定数（数百μ秒）で減衰す
る。また、波形整形増幅器３０は、その内部に微分・積
分回路を有し、電荷有感型前置増幅器２０から出力され
る電圧信号を入力し、後段のピークホールド回路４０や
ＡＤ変換器５０における動作に際して適当な値となるよ
う増幅して電圧信号を出力する。この波形整形増幅器３
０から出力される電圧信号は、波形整形増幅器３０の設
定で定まるパルス幅（一般的には、１００ｎ秒程度から
数μ秒）を有し、入力電圧信号の立ち上がりに対し或る
遅延をもって出力される。

【００２８】電荷有感型前置増幅器２０の出力電圧信号
を波形整形増幅器３０に通すことにより、被測定パルス
光の間隔が電荷有感型前置増幅器２０の時定数よりも短
く出力電圧信号が重畳する場合であっても、被測定パル
ス光によって光検出器１０から出力された電荷量に比例
した電圧信号が得られる。以下では、この状態を非飽和
状態と呼ぶ。一方、被測定パルス光の光量と比較して大
きな光量のパルス状の外乱光が光検出器１０に入射した
場合等のように、電荷有感型前置増幅器２０から被測定
パルス光による電圧信号の変化よりも大きな電圧信号変
化が現れる場合には、波形整形増幅器３０からは、被測
定パルス光に対応した電圧信号は出力されない。以下で
は、この状態を飽和状態と呼ぶ。

【００２９】この電荷有感型前置増幅器２０から出力さ
れ波形整形増幅器３０により増幅された電圧信号は、ピ
ークホールド回路４０、ＡＤ変換器５０およびヒストメ
モリ６０からなる波高分布生成手段により、その波高値
の分布が蓄積される。すなわち、ピークホールド回路４
０は、波形整形増幅器３０から出力された電圧信号のピ
ーク値をホールドして出力し、ＡＤ変換器５０は、その
電圧信号のピーク値に応じたデジタル値に変換する。そ
して、ヒストメモリ６０は、そのデジタル値に応じた番
地に所定値（例えば、１）を累積加算する。これらピー
クホールド回路４０およびＡＤ変換器５０それぞれは、
ゲート信号発生回路１３３から出力されたゲート信号が
非飽和状態にあることを示している期間だけ、トリガ回
路８２から出力されるトリガ信号により、光検出器１０
へ蛍光が入射するタイミング、すなわち、パルスレーザ
光源８０からパルスレーザ光が出射されるタイミングに
同期して動作する。

【００３０】また、電荷有感型前置増幅器２０から出力
された電圧信号は、比較器１３１、参照電圧発生器１３
２および比較器１３２からなるゲート手段１３０に入力
する。比較器１３１の一方の入力端子には、電荷有感型
前置増幅器２０から出力された電圧信号が入力され、他
方の入力端子には、参照電圧発生器１３２から出力され
た一定電圧が入力されている。比較器１３１は、電荷有
感型前置増幅器２０から出力された電圧信号と参照電圧
発生器１３２から出力された一定電圧とを大小比較し、
ゲート信号発生回路１３３は、比較器１３１からの出力
値に基づいてゲート信号を出力する。ここで、参照電圧
発生器１３２から出力される一定電圧の値は、飽和状態
に達する手前の電荷有感型前置増幅器２０から出力され
る電圧信号の値である。したがって、ゲート信号発生回
路１３３から出力されるゲート信号は、積分手段が飽和
状態および非飽和状態の何れであるかを示すものであ
る。

【００３１】また、パルスレーザ光源８０には、カウン
タ８１およびトリガ回路８２それぞれが接続されてい
る。カウンタ８１は、ゲート信号発生回路１３３から出
力されたゲート信号が非飽和状態であることを示してい
る期間だけ、パルスレーザ光源８０から出力されるパル
スレーザ光のパルス数を計数するものである。また、ト
リガ回路８２は、そのパルスレーザ光の出射タイミング
に同期したトリガ信号を出力するものである。これらカ
ウンタ８１およびトリガ回路８２それぞれは、パルスレ
ーザ光源８０のパルスレーザ光出射を制御するタイミン
グ信号を入力してもよいし、あるいは、パルスレーザ光
源８０から出力されるパルスレーザ光を受光してもよ
く、何れに基づいてパルス計数あるいはトリガ信号の発
生をしてもよい。

【００３２】このトリガ回路８２およびゲート信号発生
回路１３３と接続されているゲート回路１３４は、ゲー
ト信号の指示に基づいて、非飽和状態にある期間だけ、
トリガ信号をピークホールド回路４０およびＡＤ変換器
５０それぞれに出力し、そうでないときには、トリガ信
号をピークホールド回路４０およびＡＤ変換器５０に出
力しない。したがって、ピークホールド回路４０および
ＡＤ変換器５０それぞれは、ゲート信号が非飽和状態に
あることを示している期間だけ、トリガ信号によりタイ
ミング制御されて動作する。

【００３３】演算部７０は、ヒストメモリ６０により得
られた波高分布に基づいて、光検出器１０の光電変換面
１３で放出された光電子の個数の分布（光電子数分布）
を推定し、この推定された光電子数分布に基づいて被測
定光束である蛍光の光量を求める。演算部７０として例
えばコンピュータが用いられる。なお、光電子数分布の
推定方法については後述する。

【００３４】次に、パルス光測光装置１におけるゲート
信号によるゲーティング動作について説明する。図４
は、本実施形態に係るパルス光測光装置における各信号
を示すタイミングチャートである。

【００３５】この例では、時刻ｔ１にパルス状の外乱光
が光検出器１０に入射し、電荷有感型前置増幅器２０か
ら大きな電圧信号変化が現れている（図４（ａ））。こ
の電圧信号は、比較器１３１により、参照電圧発生器１
３２から出力される一定電圧と大小比較され、積分手段
すなわち電荷有感型前置増幅器２０が飽和状態にある非
飽和状態にあるが判定される。図４（ａ）では、時刻ｔ
１から時刻ｔ２までが飽和状態にあると判定され、ゲー
ト信号がゲート信号発生回路１３３から出力される。こ
のゲート信号は、正の電圧値であるときに飽和状態であ
ることを示し、ゼロ値である時に非飽和状態であること
を示す（図４（ｂ））。なお、被測定パルス光に起因す
る電圧信号変化は、外乱パルス光による電圧信号変化に
比して小さいので、図４（ａ）では、時刻ｔ１以前およ
び時刻ｔ２以降それぞれの積分手段が非飽和状態にある
時間域において図示されていない。

【００３６】一方、パルスレーザ光源８０からパルスレ
ーザ光が出射されるタイミングを表すタイミング信号
は、一定繰り返し周期のパルス信号である（図４
（ｃ））。また、前置有感型前置増幅器２０から出力さ
れた電圧信号（図４（ａ））は、波形整形増幅器３０に
より増幅され出力される。しかし、飽和状態にあるとき
には、波形整形増幅器３０から出力される電圧信号に
は、光検出器１０による被測定光束の受光に応じたパル
スがない。そのパルスが出力されない期間は、ゲート信
号が示す飽和状態の期間と略一致している（図４
（ｄ））。ただし、ゲート信号が示す飽和状態の期間の
末期においては、電荷有感型前置増幅器２０から出力さ
れる電圧信号が小さくなり非飽和状態に近づいているの
で、波形整形増幅器３０から出力される電圧信号には、
光検出器１０による被測定光束の受光に応じたパルスが
存在し得る。

【００３７】ピークホールド回路４０およびＡＤ変換器
５０それぞれには、ゲート信号が非飽和状態にあること
を示している期間だけトリガ信号が入力し（図４
（ｅ），（ｆ））、ピークホールド回路４０およびＡＤ
変換器５０それぞれは、その期間だけ動作する。

【００３８】次に、本実施形態に係るパルス光測光装置
を用いた蛍光測定システムの動作について説明するとと
もに、光検出器１０の光電変換面１３に被測定光束が入
射して放出される光電子数分布の推定方法について説明
する。なお、この光電子数分布の推定は、演算部７０に
おいて行われるものである。

【００３９】被測定光束の光量測定に先立って、先ず、
演算部７０内の単一光電子事象波高分布生成手段７１
は、単一光電子事象の場合にヒストメモリ６０で生成さ
れる単一光電子事象波高分布を獲得する。ここで、単一
光電子事象とは、光検出器１０の光電変換面１３に光束
が入射して１個の光電子が放出される事象をいい、単一
光電子事象波高分布とは、その事象が発生した場合にヒ
ストメモリ６０で生成される波高分布である。すなわ
ち、単一光電子事象波高分布は、光電変換面１３で放出
された１個の光電子がＡＰＤ１５に入射したことにより
ＡＰＤ１５から出力される電子・正孔対の個数の分布を
表すものである。

【００４０】図５は、本実施形態に係るパルス光測光装
置における単一光電子事象分布を獲得する際の動作を示
すタイミングチャートである。この図は、パルスレーザ
光の１パルスが出射された時刻付近のみ示している。こ
の単一光電子事象波高分布は以下のようにして求める。
すなわち、パルスレーザ光源８０は、一定強度のパルス
レーザ光を出射して試料９０に照射し（図５（ａ））、
光検出器１０は、試料９０で発生した蛍光を受光し（図
５（ｂ））、電流信号を出力する（図５（ｃ））。この
とき、試料９０から発生する蛍光は、単一光電子事象が
発生する確率が圧倒的に支配的となるようなものとす
る。

【００４１】電荷有感型前置増幅器２０は、光検出器１
０から出力された電流信号を入力し積分して電圧信号を
出力する。この電荷有感型前置増幅器２０から出力され
る電圧信号は、光検出器１０から電流信号が出力される
と立ち上がり、電荷有感型前置増幅器２０が有する時定
数（数百μ秒）で減衰する負極性の信号である（図５
（ｄ））。波形整形増幅器３０は、この電荷有感型前置
増幅器２０から出力された電圧信号を増幅する。この波
形整形増幅器３０から出力される電圧信号は、波形整形
増幅器３０の設定で定まるパルス幅（一般的には、１０
０ｎ秒程度から数μ秒）を有し、入力電圧信号の立ち上
がりに対し或る遅延をもって出力される（図５
（ｅ））。

【００４２】トリガ回路８２から出力されゲート回路１
３４を経てピークホールド回路４０へ入力するトリガ信
号は、波形整形増幅器３０から出力される電圧信号の立
ち上がり時刻以前に立ち上がり、その電圧信号の立ち下
がり時刻以降に立ち下がる信号である（図５（ｆ））。
ピークホールド回路４０は、このトリガ信号（図５
（ｆ））が示す期間だけ動作して、その期間内に波形整
形増幅器３０から出力された電圧信号の最大値をホール
ドし出力する（図５（ｇ））。

【００４３】また、トリガ回路８２から出力されゲート
回路１３４を経てＡＤ変換器５０に入力するトリガ信号
は、ピークホールド回路４０へ入力するトリガ信号（図
５（ｆ））の立ち下がり時刻前に立ち上がり、ピークホ
ールド回路４０へ入力するトリガ信号（図５（ｆ））の
立ち下がり時刻と同時あるいは直前に立ち下がる信号で
ある（図５（ｈ））。ＡＤ変換器５０は、このトリガ信
号（図５（ｈ））の立ち下がり時刻において波形整形増
幅器４０から出力されている電圧信号を、その電圧値に
応じたデジタル値に変換する。

【００４４】以上の動作は、パルスレーザ光源８０から
パルスレーザ光が出射される度に行われ、ＡＤ変換器５
０から出力されたデジタル値に対応したヒストメモリ６
０の番地に所定値が累積加算されて波高値分布が得られ
る。このようにして得られた波高値分布が、単一光電子
事象波高分布である。この単一光電子事象波高分布を、
波高値ｈの関数としてｐ₁(h)で表す。ｈは、ＡＤ変換器
５０から出力されたデジタル値であり、電荷有感型前置
増幅器２０から出力される電圧信号の波高値と１対１に
対応している。

【００４５】なお、このｐ₁(h)の低波高部には増幅器系
のノイズが重畳しているので、実データを使用すること
ができない。そこで、低波高部では実データを用いるこ
となく、ノイズが重畳していない隣接した波高域のデー
タから外挿して求める。また、ｐ₁(h)は、

【数５】 で規格化しておく。ｈ_max は、波高値をデジタル値に変
換するＡＤ変換器５０のビット数で決まる最大波高値で
ある。

【００４６】続いて、k-光電子事象波高分布生成手段７
２は、k-光電子事象波高分布、すなわち、光検出器１０
の光電変換面１３に光束が入射してｋ個の光電子が放出
される場合の波高分布ｐ_k(h)を、

【数６】 なるコンボリューション計算によって漸化的に算出する
（k=2,3,…,K）。Ｋは２以上である。光電子数分布を推
定する際に任意の分布を仮定する場合には、ｐ₁(h)のピ
ーク値を与える波高値をｈ_peak1 として、Ｋ＝ｈ_max ／
ｈ_peak1 とする。ｈ_max ＝４０９５、ｈ_peak1 ＝４００
であれば、Ｋは１０程度である。また、光電子数分布と
してポアソン分布を仮定する場合には、Ｋは、ｈ_max ／
ｈ_peak1 の２ないし３倍程度、すなわち、ｈ_max ＝４０
９５、ｈ_peak1 ＝４００であれば、Ｋは３０程度にす
る。なお、以上のようにして波高分布ｐ_k-1(h)とｐ₁(h)
とのコンボリューション計算から波高分布ｐ_k(h)を求め
ることができることの根拠は、光電変換面１３で放出さ
れＡＰＤ１５に入射したｋ個の光電子が、それぞれ独立
に電子・正孔対をアバランシェ増倍することに基づく。

【００４７】なお、光検出器１０、電荷有感型前置増幅
器２０および波形整形増幅器３０において発生するノイ
ズに起因する波高分布の広がりが無視できない場合に
は、波高分布ｐ₁(h)からそのノイズの影響をデコンボリ
ューション計算によって取り除いたものに基づいて、
（６）式で波高分布ｐ_k(h)それぞれを算出し、その後、
波高分布ｐ_k(h)それぞれにノイズの影響をコンボリュー
ション計算によって重畳しておく（k=2,3,…,K）。

【００４８】以上のようにして、パルス光測光装置が固
有的に有しているノイズの影響を考慮した波高分布ｐ
_k(h)（k=1,2,3,…,K）を、被測定光束の光量測定に先立
って用意しておく。図６は、このようにして求められた
k-光電子事象の波高分布ｐ_k(h)それぞれを示す図であ
る。なお、この図では、Ｋ＝８としてある。

【００４９】そして次に、試料９０からの蛍光を被測定
光束として受光して、その波高分布ｎ(h) を得る。図７
は、本実施形態に係るパルス光測光装置における被測定
光束に対する波高分布を獲得する際の動作を示すタイミ
ングチャートである。パルスレーザ光源８０は、一定強
度のパルスレーザ光を一定周期で出射して試料９０に照
射し（図７（ａ））、光検出器１０は、その試料９０か
ら生じたパルス状の蛍光である被測定光束を受光して
（図７（ｂ））、パルス状の電流信号を出力する（図７
（ｃ））。電荷有感型前置増幅器２０は、このパルス状
の電流信号を積分して電圧信号を出力し（図７
（ｄ））、波形整形増幅器３０は、その電圧信号を増幅
する（図７（ｅ））。

【００５０】ピークホールド回路４０は、トリガ回路８
２から出力されゲート回路１３４を経て入力するトリガ
信号（図７（ｆ））が示す期間だけ動作して、その期間
内に波形整形増幅器３０から出力された電圧信号の最大
値をホールドし出力する（図７（ｇ））。ＡＤ変換器５
０は、同じくトリガ回路８２から出力されゲート回路１
３４を経て力するトリガ信号（図７（ｈ））の立ち下が
り時刻において波形整形増幅器４０から出力されている
電圧信号を、その電圧値に応じたデジタル値に変換す
る。なお、ピークホールド回路４０に入力するトリガ信
号およびＡＤ変換器５０に入力するトリガ信号それぞれ
は、図５で説明したタイミングと同一のタイミングのも
のである。

【００５１】以上の動作は、パルスレーザ光源８０から
パルスレーザ光が出射される度に行われ、ＡＤ変換器５
０から出力されたデジタル値に対応したヒストメモリ６
０の番地に所定値が累積加算されて波高値分布ｎ(h) が
得られる。ただし、このようにしてヒストメモリ６０が
波高分布を蓄積するのは、ゲート信号発生回路１３３か
ら出力されるゲート信号が非飽和状態であることを示し
ている期間だけである。また、カウンタ８１がパルスレ
ーザ光源８０から出射されたパルスの数を計数するの
も、ゲート信号発生回路１３３から出力されるゲート信
号が非飽和状態であることを示している期間だけであ
る。

【００５２】以上のようにして、被測定光束に対する波
高分布ｎ(h) がヒストメモリ６０に蓄積されると、光電
子数分布推定手段７３は、そのヒストメモリ６０に蓄積
された波高分布ｎ(h) を獲得する。そして、光電子数分
布推定手段７３は、この波高分布ｎ(h) 、上述した単一
光電子事象およびk-光電子事象それぞれ場合の波高分布
ｐ_k(h)（k=1,2,3,…,K）、ならびに、カウンタ８１によ
り計数されたパルス計数値Ｎから、被測定光束である蛍
光を受光して光電変換面１３から放出された光電子の個
数の平均値すなわち被測定光束の光量を、以下の要領で
推定する。

【００５３】この波高分布ｎ(h) は、規格化する必要は
なく、ヒストメモリ６０に蓄積されたままの値でよい。
すなわち、波高分布ｎ(h) は、波高値ｈが得られた事象
の分布を表す。被測定光束を受光して光検出器１０の光
電変換面１３で放出される光電子の個数の分布（光電子
数分布）の推定に際しては例えば最尤法を用いる。すな
わち、k-光電子事象それぞれが生起する確率をｑ_k （k=
1,2,3,…,K）として、

【数７】 なる式で表される対数尤度が最大になるｑ_k を求め、こ
れを推定光電子数分布とする。ここで、Ｎは、カウンタ
８１によるパルス計数値であり、ｈ_min は、解析に使用
できる最小の波高値ｈである。波高値ｈが小さい場合に
は、光検出器１０や波形整形増幅器３０などに因るノイ
ズが重畳されているので解析には使用できないので、波
高値ｈ_min 以上についてのみ解析する。また、ｐ(h) お
よびｐ_NDは、

【数８】

【数９】 である。このｐ(h) は、k-光電子事象（k=1,2,3,…,K）
それぞれの生起確率（光電子数分布）をも考慮した波高
値ｈの発生確率分布を表す。（７）式の対数尤度を最大
とするｑ_k を求めるには、例えば最適化問題に対して使
われる準ニュートン法等の数値計算法を適用する。

【００５４】光電子数分布としてポアソン分布を仮定す
る場合には、k-光電子事象それぞれが生起する確率ｑ_k
（k=1,2,3,…,K）は、

【数１０】 で表される。ここで、λは、光電変換面１３から放出さ
れる光電子の個数の平均値である。この場合、対数尤度
を最大とする光電子数分布を求めることは、対数尤度を
最大とするλ値を求めることであり、例えば黄金分割法
等の数値計算により求めることができる。以下では、光
電子数分布としてポアソン分布を仮定する。図８は、被
測定光束を光検出器１０で受光してヒストメモリ６０に
生成された波高分布（破線）と、最尤法で推定されたλ
値に基づいて計算された波高分布（実線）との１例を示
す。両者は、波高値ｈ_min （＝１５０）以上の範囲で良
い一致を示している。なお、このとき推定された光電子
数の平均値λは、１．０３であった。

【００５５】次に、光電子数の平均値λの推定誤差に関
して第１の実施形態に係るパルス光測光装置と従来技術
（ゼロ確率を利用する推定法）との理論的比較について
述べる。図９は、本実施形態による推定法とゼロ確率を
利用する推定法との比較の結果を示す図である。

【００５６】光検出器の光電変換面から放出される光電
子数の平均値λ₀ を 0.1、0.2、0.4、1.0、2.0、3.0 と
し、それぞれにつき５００個の波高分布をシミュレーシ
ョン計算で生成し、これを用いてそれぞれの手法で光電
子数の平均値λを推定し、その推定値の分布の標準偏差
を求めた。図９中の◇印は、第１の実施形態に係るパル
ス光測光装置を用いた場合の推定λ値の分布の標準偏差
の理論値であり、□印は、ゼロ確率を利用する推定法の
場合の推定λ値の分布の標準偏差の理論値である。

【００５７】この図より、ゼロ確率を利用する推定法に
よる推定よりも、第１の実施形態に係るパルス光測光装
置を用いた方が、光電子数の平均値λを精度よく推定で
きることがわかる。特に、光電子数の平均値λが 0.4を
越えると、この平均値λが大きい程、それぞれの推定法
による推定λ値の分布の標準偏差の差が大きくなる。す
なわち、第１の実施形態に係るパルス光測光装置を用い
れば、被測定光束が光検出器１０に入射して光電変換面
１３から放出される光電子数の平均値λが大きい場合で
あっても、その平均値λを精度良く推定することがで
き、つまりは、その被測定光束の光量を精度良く求める
ことができる。

【００５８】次に、光電子数の平均値λの推定誤差に関
して第１の実施形態に係るパルス光測光装置と従来技術
（平均波高値を利用する推定法）との理論的比較につい
て述べる。図１０は、本実施形態による推定法と平均波
高値を利用する推定法との比較の結果を示す図である。

【００５９】光検出器の光電変換面から放出される光電
子数の平均値λ₀ を 0.1、0.2、0.4、1.0、2.0、3.0、
7.0、10.0、12.5、15.0、17.5、20.0とし、それぞれに
つき５００個の波高分布をシミュレーション計算で生成
し、これを用いてそれぞれの手法で光電子数の平均値λ
を推定し、５００個の推定λ値の平均値＜λ＞とシミュ
レーションで波高分布を生成する際に与えたλ₀ との比
＜λ＞／λ₀ を求めた。図１０中の◇印は、第１の実施
形態に係るパルス光測光装置を用いた場合の＜λ＞／λ
₀ であり、□印は、平均波高値を利用する推定法の場合
の＜λ＞／λ₀ である。

【００６０】この図より、平均波高値を利用する従来技
術では、平均光電子数λ₀ が７より大きくなると、ｈ
_max よりも大きな波高値の事象の発生が無視できないほ
どの頻度となり、推定値は真の値よりも小さくなってい
る。すなわち、この推定法に基づいて蛍光物質を定量す
ると過小評価することになる。λ₀ ＝２０の場合、光電
子増倍管からの出力パルスのうち僅かに５％のみが、波
高値がｈ_min からｈ_maxまでの間に入って検出される。
一方、第１の実施形態に係るパルス光測光装置による推
定法では、λ₀ 値が２０になっても真の値と略等しい推
定値が得られている。

【００６１】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
に係るパルス光測光装置の構成について説明する。図１
１は、第２の実施形態に係るパルス光測光装置を用いた
蛍光測定システムの構成図である。この図は、第２の実
施形態に係るパルス光測光装置１Ａの他に、パルスレー
ザ光を出射するパルスレーザ光源８０、パルスレーザ光
が照射されると蛍光を発生する試料９０、ならびに、励
起光照射および蛍光検出のための光学系をも示してい
る。

【００６２】本実施形態に係るパルス光測光装置１Ａに
おける光検出器１０、逆バイアス電源１８、高圧電源１
９、電荷有感型前置増幅器２０、波形整形増幅器３０、
ピークホールド回路４０、ＡＤ変換器５０、ヒストメモ
リ６０、カウンタ８１、トリガ回路８２およびゲート手
段１３０それぞれは、第１の実施形態の場合と同様のも
のであり、同様のタイミングで作用をする。また、パル
スレーザ光源８０、励起光照射光学系および蛍光検出光
学系も、第１の実施形態の場合と同様である。

【００６３】ただし、本実施形態に係るパルス光測光装
置１Ａは、第１の実施形態に係るパルス光測光装置１が
有していたゲート回路１３４を有さず、トリガ回路８２
は、ピークホールド回路４０およびＡＤ変換器５０それ
ぞれに直接に接続されており、トリガ回路８２から出力
されるトリガ信号は、ピークホールド回路４０およびＡ
Ｄ変換器５０それぞれを直接に制御する。

【００６４】また、本実施形態では、第１の実施形態と
比べて以下の点で異なる。すなわち、所定数対（ここで
は６対）の比較器１１ｋとカウンタ１２ｋとが波形整形
増幅器３０と演算部７０Ａとの間に並列に配されている
（k=1,2,3,…,6）。比較器１１１ないし１１６それぞれ
は、波形整形増幅器３０から出力されて一方の入力端子
に入力された電圧信号と、参照電圧発生器１１０から出
力されて他方の入力端子に入力された互いに異なる値の
参照電圧それぞれとを大小比較して、前者の値が大きい
場合に論理パルス信号を出力する。カウンタ１２１ない
し１２６それぞれは、比較器１１１ないし１１６それぞ
れ及びゲート信号発生回路１３３と接続されていて、ゲ
ート信号発生回路１３３から出力されたゲート信号が非
飽和状態であることを示している期間だけ、比較器１１
１ないし１１６それぞれから出力された論理パルス信号
を計数する。また、演算部７０Ａにおける処理内容は、
第１の実施形態の演算部７０の処理内容とは異なる（詳
細は後述する）。

【００６５】パルスレーザ光源８０から出射されたパル
スレーザ光は、レンズ８４，８５、反射鏡８３およびレ
ンズ８６を経て試料９０に照射され、その試料９０から
生じたパルス状の蛍光は、レンズ９１、バリアフィルタ
９２およびレンズ９３を経て光検出器１０の光電変換面
１３に入射する。被測定光束である蛍光を受光して光検
出器１０から出力された電流信号は、電荷有感型前置増
幅器２０により積分されて電圧信号に変換され、この電
荷有感型前置増幅器２０から出力された電圧信号は、波
形整形増幅器３０により増幅される。その増幅された電
圧信号は、単一光電子事象波高分布生成手段７１Ａが単
一光電子事象波高分布を獲得する際には、ピークホール
ド回路４０により、そのピーク値がホールドされて出力
され、更に、ＡＤ変換器５０により、その電圧信号のピ
ーク値に応じたデジタル値に変換される。このデジタル
値は、ヒストメモリ６０に入力され、そのデジタル値に
応じた番地に所定値（例えば、１）が累積加算され、Ａ
Ｄ変換器５０から出力された電圧信号の波高値の分布が
得られる。

【００６６】一方、電荷有感型前置増幅器２０から出力
された電圧信号は、参照電圧発生器１３２から出力され
た一定電圧とともに、比較器１３１に入力して両者の値
が比較される。そして、その比較結果に応じて、飽和状
態および非飽和状態の何れにあるかを示すゲート信号が
ゲート信号発生回路１３３から出力される。

【００６７】また、カウンタ８１は、ゲート信号発生回
路１３３から出力されたゲート信号が非飽和状態である
ことを示している期間だけ、パルスレーザ光源８０から
出射されるパルスレーザ光のパルス数を計数し、そのパ
ルス計数値を演算部７０Ａに出力する。また、トリガ回
路８２は、パルスレーザ光源８０から出射されるパルス
レーザ光に同期したタイミングでトリガ信号を出力し、
そのトリガ信号は、ピークホールド回路４０およびＡＤ
変換器５０それぞれに入力する。

【００６８】以上の構成と作用とは、第１の実施形態の
場合と略同様である。しかし、以下に述べる事項は、本
実施形態に係るパルス光測光装置１Ａの特徴的な事項で
ある。

【００６９】波形整形増幅器３０から出力された電圧信
号は、ピークホールド回路４０に入力するだけでなく、
６個の比較器１１１ないし１１６それぞれの一方の入力
端子に入力する。また、比較器１１１ないし１１６それ
ぞれの他方の入力端子には、参照電圧発生器１１０から
出力された一定の参照電圧Ｖｒ１ないしＶｒ６それぞれ
が入力される。比較器１１１ないし１１６それぞれは、
波形整形増幅器３０から出力された電圧信号と参照電圧
発生器１１０から出力された参照電圧Ｖｒ１ないしＶｒ
６それぞれとを大小比較して、波形整形増幅器３０から
出力された電圧信号の方が大きい場合に論理パルス信号
を出力する。カウンタ１２１ないし１２６それぞれは、
比較器１１１ないし１１６それぞれから出力された論理
パルス信号を計数する。なお、カウンタ１２１ないし１
２６それぞれは、ゲート信号発生回路１３３から出力さ
れたゲート信号が非飽和状態であることを示している期
間だけ動作する。また、参照信号発生器１１０から出力
される参照電圧Ｖｒ１ないしＶｒ６それぞれは、k-光電
子事象の波高分布ｐ_k(h)（k=1,2,3,…,K）に基づいて設
定される。

【００７０】演算部７０Ａは、ヒストメモリ６０により
生成された波高分布およびカウンタ１２１ないし１２６
それぞれによる計数値に基づいて、光検出器１０の光電
変換面１３で放出された光電子の個数の分布（光電子数
分布）を推定し、この推定された光電子数分布に基づい
て被測定光束の光量を求める。演算部７０Ａとして例え
ばコンピュータが用いられる。

【００７１】次に、パルス光測光装置１Ａにおけるゲー
ト信号によるゲーティング動作について説明する。図１
２は、本実施形態に係るパルス光測光装置における各信
号を示すタイミングチャートである。

【００７２】本実施形態においても、電荷有感型前置増
幅器２０から出力される電圧信号（図１２（ａ））、ゲ
ート信号発生回路１３３から出力されるゲート信号（図
１２（ｂ））、パルスレーザ光源８０から出力されるタ
イミング信号（図１２（ｃ））、波形整形増幅器３０か
ら出力される電圧信号（図示せず）、ピークホールド回
路４０に入力するトリガ信号（図示せず）、および、Ａ
Ｄ変換器５０に入力するトリガ信号（図示せず）それぞ
れは、第１の実施形態の場合（図４（ａ）〜（ｆ））と
同様である。これに加えて本実施形態においては、カウ
ンタ１２１ないし１２６それぞれには、ゲート信号発生
回路１３３から出力されたゲート信号が入力され、その
ゲート信号が積分手段が非飽和状態にあることを示して
いる期間だけ動作する。ただし、ゲート信号が示す積分
手段の飽和状態の末期においては、被測定パルス光に対
応した電圧信号が波形整形増幅器３０から出力され得る
ので、図１２（ｄ），（ｅ）に示すように、比較器１１
１ないし１１６からも論理パルス信号が出力され得る
が、これらの論理パルス信号は、カウンタ１２１ないし
１２６により計数されることはない。

【００７３】次に、光検出器１０の光電変換面１３に被
測定光束が入射して放出される光電子数分布の推定方
法、および、参照電圧Ｖｒ１ないしＶｒ６それぞれの設
定値の決定方法について詳細に説明する。この光電子数
分布の推定は、演算部７０Ａにおいて行われるものであ
る。

【００７４】被測定光束の光量測定に先立って、演算部
７０Ａ内の単一光電子事象波高分布生成手段７１Ａは、
単一光電子事象波高分布ｐ₁(h)を獲得し、続いて、k-光
電子事象波高分布生成手段７２Ａは、k-光電子事象波高
分布ｐ_k(h)を求める（k=2,3,…,K）。この単一光電子事
象波高分布ｐ₁(h)およびk-光電子事象波高分布ｐ_k(h)
（k=2,3,…,K）それぞれの獲得方法、および、光検出器
１０、電荷有感型前置増幅器２０および波形整形増幅器
３０において発生するノイズに起因する波高分布の広が
りに対する対処は、第１の実施形態の場合と同様であ
る。

【００７５】以上のようにして、パルス光測光装置１Ａ
が固有的に有しているノイズの影響を考慮した波高分布
ｐ_k(h)（k=1,2,3,…,K）を、被測定光束の光量測定に先
立って用意しておく。図１３は、このようにして求めら
れたk-光電子事象の波高分布ｐ_k(h)（k=1,2,3,…,K）そ
れぞれを示す図である。なお、この図では、Ｋ＝１０と
してある。また、この図には、参照電圧Ｖｒ１ないしＶ
ｒ６それぞれに対応する波高値を破線で示してある。

【００７６】続いて、被測定光束の光量を測定する。図
１４は、本実施形態に係るパルス光測光装置における被
測定光束に対する波高分布を獲得する際の動作を示すタ
イミングチャートである。なお、この図では、パルスレ
ーザ光源８０から出射されるパルスレーザ光の２パルス
分について示しており、また、その２パルスそれぞれの
発生時刻近傍のみを示している。

【００７７】パルスレーザ光源８０は、一定強度のパル
スレーザ光を一定周期で出射して試料９０に照射し（図
１４（ａ））、光検出器１０は、その試料９０から生じ
たパルス状の蛍光である被測定光束を受光して（図１４
（ｂ））、パルス状の電流信号を出力する（図１４
（ｃ））。電荷有感型増幅器２０は、このパルス状の電
流信号を積分して電圧信号を出力し（図１４（ｄ））、
波形整形増幅器３０は、その電圧信号を増幅する（図１
４（ｅ））。以上は、第１の実施形態の場合と同様であ
る。なお、図１４（ｅ）には、波形整形増幅器３０から
出力された電圧信号の波形に加えて、参照電圧発生器１
１０から出力される参照電圧Ｖｒ３およびＶｒ４それぞ
れの電圧値レベルをも示している。

【００７８】比較器１１１ないし１１６それぞれは、波
形整形増幅器３０から出力された電圧信号と、参照電圧
発生器１１から出力される参照電圧Ｖｒ１ないしＶｒ６
それぞれと大小比較して、前者が大きいときに論理パル
ス信号を出力する（図１４（ｆ），（ｇ））。すなわ
ち、例えば、比較器１１４は、波形整形増幅器３０から
出力された電圧信号が参照電圧Ｖｒ３より大きい期間だ
け論理パルス信号を出力し（図１４（ｆ））、比較器１
１５は、波形整形増幅器３０から出力された電圧信号が
参照電圧Ｖｒ４より大きい期間だけ論理パルス信号を出
力する（図１４（ｇ））。そして、カウンタ１２１ない
し１２６それぞれは、比較器１１１ないし１１６それぞ
れから出力された論理パルス信号を入力して、そのパル
ス数を計数する。

【００７９】以上の動作は、パルスレーザ光源８０から
パルスレーザ光が出射される度に行われ、波形整形増幅
器３０から出力された電圧信号のパルスのピーク値に応
じて比較器１１１ないし１１６それぞれから出力された
論理パルス信号は、カウンタ１２１ないし１２６それぞ
れにより計数される。ただし、このようにしてカウンタ
１２１ないし１２６が計数するのは、ゲート信号発生回
路１３３から出力されるゲート信号が非飽和状態である
ことを示している期間だけである。また、カウンタ８１
がパルスレーザ光源８０から出射されたパルスの数を計
数するのも、ゲート信号発生回路１３３から出力される
ゲート信号が非飽和状態であることを示している期間だ
けである。

【００８０】参照電圧発生器１１０から出力され比較器
１１１ないし１１６それぞれの一方の入力端子に入力さ
れる参照電圧Ｖｒ１ないしＶｒ６それぞれは、k-光電子
事象の波高分布ｐ_k(h)（k=1,2,3,…,K）に基づいて、例
えば以下のようにして決定される。すなわち、比較器１
１１に入力される参照電圧Ｖｒ１は、単一光電子事象波
高分布ｐ₁(h)の低波高部に重畳するノイズ成分より大き
く、且つ、単一光電子事象波高分布ｐ₁(h)のピークの低
波高側の裾よりも小さい波高値に対応する電圧値に設定
される。比較器１１２に入力される参照電圧Ｖｒ２は、
単一光電子事象波高分布ｐ₁(h)の高波高側の裾付近の波
高値に対応する電圧値に設定される。比較器１１３に入
力される参照電圧Ｖｒ３は、2-光電子事象波高分布ｐ
₂(h)の高波高側の裾付近の波高値に対応する電圧値に設
定される。比較器１１４に入力される参照電圧Ｖｒ４
は、4-光電子事象波高分布ｐ₄(h)の高波高側の裾付近の
波高値に対応する電圧値に設定される。比較器１１５に
入力される参照電圧Ｖｒ５は、7-光電子事象波高分布ｐ
₇(h)の高波高側の裾付近の波高値に対応する電圧値に設
定される。比較器１１６に入力される参照電圧Ｖｒ６
は、 10-光電子事象波高分布ｐ₁₀(h) の高波高側の裾付
近の波高値に対応する電圧値に設定される。

【００８１】波高値ｈと波形整形増幅器３０の出力電圧
Ｖout との関係をＶout＝Ｖ(h)で表し、参照電圧Ｖｒ１
ないしＶｒ６を図１３に示すk-光電子事象波高分布ｐ
_k(h)（k=1,2,3,…,10 ）に基づいて求めると、Ｖｒ１＝
Ｖ(h₁=151)、Ｖｒ２＝Ｖ(h₂=438)、Ｖｒ３＝Ｖ(h₃=84
7)、Ｖｒ４＝Ｖ(h₄=1650) 、Ｖｒ５＝Ｖ(h₅=2839) 、Ｖ
ｒ６＝Ｖ(h₆=4001) である。このようにして設定された
参照電圧Ｖｒ１ないしＶｒ６それぞれが、参照信号発生
器１１０から出力され、比較器１１１ないし１１６それ
ぞれの一方の入力端子に入力される。

【００８２】そして、光電子数分布推定手段７３Ａは、
被測定光束を光検出器１０で受光したときのカウンタ１
２１ないし１２６それぞれの計数値Ｎ₁ ないしＮ₆ を獲
得し、これらの計数値Ｎ₁ ないしＮ₆ ならびに上述した
単一光電子事象およびk-光電子事象それぞれ場合の波高
分布ｐ_k(h)（k=1,2,3,…,K）に基づいて、被測定光束を
受光して光電変換面１３から放出された光電子の個数の
平均値すなわち被測定光束の光量を、以下の要領で推定
する。

【００８３】被測定光束を受光して光検出器１０の光電
変換面１３で放出される光電子の個数の分布（光電子数
分布）の推定に際しては例えば最尤法を用いる。すなわ
ち、k-光電子事象それぞれが生起する確率をｑ_k （k=1,
2,3,…,K）、また、光電変換面１３から光電子が放出さ
れない確率（ゼロ確率）をｑ₀ として、

【数１１】 なる式で表される対数尤度が最大になるｑ_k （k=0,1,2,
…,K）を求め、これを推定光電子数分布とする。ここ
で、Ｎは、カウンタ８１によるパルス計数値である。ま
た、ｎ_m 、ｐ_NDおよびｐ_m それぞれは、

【数１２】

【数１３】

【数１４】 である。

【００８４】ここで、光電子数分布の形として、母数の
数がカウンタの個数（今の場合は６）を超えない任意の
形を仮定することができるが、以下ではポアソン分布を
仮定する。光電子数分布としてポアソン分布を仮定する
場合には、k-光電子事象それぞれが生起する確率ｑ_k
（k=1,2,3,…,K）は、（１０）式で表される。ここで、
λは、光電変換面１３から放出される光電子の個数の平
均値である。この場合、対数尤度を最大とする光電子数
分布を求めることは、対数尤度を最大とするλ値を求め
ることであり、例えば黄金分割法等の数値計算により求
めることができる。

【００８５】なお、ここでは、比較器１１１ないし１１
６それぞれにおいて、入力する電圧信号の波高値ｈと論
理パルス信号が出力される確率との関係としてステップ
関数を仮定した。しかし、電圧信号の波高値ｈに対して
論理パルス信号が出力される確率が、より一般的にη
_m(h)（m=1,2,3,…,M)）で与えられる場合には、上記
（１３）式および（１４）式に替えて、

【数１５】

【数１６】 が用いられる。

【００８６】次に、光電子数の平均値λの推定誤差に関
して第２の実施形態に係るパルス光測光装置と従来技術
（ゼロ確率を利用する推定法）との理論的比較について
述べる。図１５は、本実施形態による推定法とゼロ確率
を利用する推定法との比較の結果を示す図である。

【００８７】光検出器の光電変換面から放出される光電
子数の平均値λ₀ を 0.1、0.2、0.3、0.6、1.0、2.0、
3.0、6.0 とし、また、カウンタ８１によるパルス計数
値Ｎを１００００として、それぞれにつき５００個の波
高分布をシミュレーション計算で生成し、これを用いて
それぞれの手法で光電子数の平均値λを推定し、その推
定値の分布の標準偏差を求めた。図１５中の◇印は、第
２の実施形態に係るパルス光測光装置を用いた場合の推
定λ値の分布の標準偏差の理論値であり、□印は、ゼロ
確率を利用する推定法の場合の推定λ値の分布の標準偏
差の理論値である。

【００８８】この図より、ゼロ確率を利用する推定法に
よる推定よりも、第２の実施形態に係るパルス光測光装
置を用いた方が、光電子数の平均値λを精度よく推定で
きることがわかる。特に、光電子数の平均値λが 0.6を
越えると、この平均値λが大きい程、それぞれの推定法
による推定λ値の分布の標準偏差の差が大きくなる。す
なわち、第２の実施形態に係るパルス光測光装置を用い
れば、入射光束が光検出器１０に入射して光電変換面１
３から放出される光電子数の平均値λが大きい場合であ
っても、その平均値λを精度良く推定することができ、
つまりは、その入射光束の光量を精度良く求めることが
できる。

【００８９】以上のように、この第２の実施形態に係る
パルス光測光装置１Ａは、被測定光束の光量測定に際し
て、高速動作が不可能なＡＤ変換器５０を用いないの
で、第１の実施形態に係るパルス光測光装置１と比較し
て、パルスレーザ光源８０による試料９０の励起の繰り
返しを高速にすることができる。この励起の繰り返し率
の最大値は、試料９０中に含まれる蛍光物質の蛍光寿
命、および、波形整形増幅器３０の出力電圧信号のパル
ス幅により決まる。

【００９０】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能である。波高分布生成手段
は、ＡＤ変換器とヒストメモリとを備えるものに限られ
るものではない。例えば、１個の比較器の一方の入力端
子に参照電圧Ｖｒを入力し、他方の入力端子に、波形整
形増幅器３０から出力された電圧信号を入力する。そし
て、この参照電圧Ｖｒを走査し、参照電圧の各値Ｖｒ_i
に対するカウンタの一定時間の計数値Ｎ_i を求め、この
計数値Ｎ_i の差分Ｎ_i−Ｎ_i+1をもって波高分布とする。
この場合、波高値ｈには、（Ｖｒ_i＋Ｖｒ_i+1）／２が対
応する（i=1,2,3,…）。

【００９１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり本発明に係
る第１のパルス光測光装置によれば、パルス状の被測定
光束が光検出器に入射すると、その光量に応じた光電子
数分布に従った個数の光電子が放出され、その光電子が
増倍されて電流信号が出力される。この電流信号は、積
分手段により積分されて電圧信号となり、この電圧信号
は、波高分布生成手段によりその波高分布が生成され
る。このパルス状の被測定光束は、パルス信号に同期し
て発生するものであり、そのパルス信号は、パルス計数
手段により計数される。これらパルス計数手段および波
高分布生成手段それぞれは、ゲート手段により、積分手
段が飽和状態にあるときには、動作が禁止される。一
方、光検出器で放出される光電子が１個の場合に波高分
布生成手段で生成される波高分布は、単一光電子事象波
高分布として、単一光電子事象波高分布生成手段により
獲得され、また、光検出器で放出される光電子の個数ｋ
が２以上かつ所定数以下のそれぞれの場合におけるk-光
電子事象波高分布は、k-光電子事象波高分布生成手段に
より、単一光電子事象波高分布に基づいて漸化的にコン
ボリューション計算によって算出される。そして、光電
子数分布推定手段により、被測定光束が光検出器に入射
して波高分布生成手段で生成された波高分布と単一光電
子事象波高分布と光電子の個数ｋそれぞれの場合におけ
るk-光電子事象波高分布とパルス計数手段による計数結
果とに基づいて、被測定光束が光検出器に入射した場合
の光電子数分布を推定することによって被測定光束の光
量が求められる。

【００９２】また、本発明に係る第２のパルス光測光装
置によれば、パルス状の被測定光束が光検出器に入射す
ると、その光量に応じた光電子数分布に従った個数の光
電子が放出され、その光電子が増倍されて電流信号が出
力される。この電流信号は、積分手段により積分されて
電圧信号となり、この電圧信号は、波高分布生成手段に
よりその波高分布が生成される。また、積分手段から出
力された電圧信号は、所定数の比較手段により、互いに
異なる所定の参照電圧それぞれと比較されて、電圧信号
が所定の参照電圧それぞれより大きい場合に論理パルス
信号がそれぞれ出力され、その論理パルス信号は所定数
の計数手段それぞれにより計数される。このパルス状の
被測定光束は、パルス信号に同期して発生するものであ
り、そのパルス信号は、パルス計数手段により計数され
る。これらパルス計数手段および所定数の計数手段手段
それぞれは、ゲート手段により、積分手段が飽和状態に
あるときには、動作が禁止される。一方、光検出器で放
出される光電子が１個の場合に波高分布生成手段で生成
される波高分布は、単一光電子事象波高分布として、単
一光電子事象波高分布生成手段により獲得され、また、
光検出器で放出される光電子の個数ｋが２以上かつ所定
数以下のそれぞれの場合におけるk-光電子事象波高分布
は、k-光電子事象波高分布生成手段により、単一光電子
事象波高分布に基づいて漸化的にコンボリューション計
算によって算出される。そして、光電子数分布推定手段
により、その所定数の計数手段それぞれで得られた計数
結果と単一光電子事象波高分布と光電子の個数ｋそれぞ
れの場合におけるk-光電子事象波高分布とパルス計数手
段による計数結果とに基づいて、被測定光束が光検出器
に入射した場合の光電子数分布を推定することによって
被測定光束の光量が求められる。

【００９３】これらのパルス光測光装置に用いられる光
検出器として、アバランシェフォトダイオードを利用し
たものが好適であり、また、光電子の個数分布を推定す
るに際しては、ポアソン分布を仮定して最尤法によるの
が好適である。

【００９４】このような構成としたので、大きな強度の
背景光が光検出器に入射した場合等のように積分手段が
飽和したとしても、ゲート手段により、飽和状態である
ときには波高分布の蓄積動作が禁止され、非飽和状態に
あるときだけ波高分布が蓄積されるので、パルス状の外
乱光等の影響が最小限に抑えられ、被測定光束の光量が
Ｓ／Ｎ比よく測定され得る。さらに、上述の光検出器を
用いて、その光検出器の光電変換面から放出される光電
子を上述の光電子数分布推定手段により推定することと
したので、光検出器の光電変換面で２個以上の光電子が
放出される確率が高くても、あるいは、光検出器の光電
変換面から放出される光電子の個数の平均値λが大きく
ても、平均値λが高精度に推定されて、被測定光束の光
量が精度よく測定され得る。

【００９５】特に、本発明に係る第２のパルス光測光装
置では、被測定光束の光量測定に際して、高速動作が可
能な比較器とカウンタとが用いられるので、光量測定を
迅速に行うことができる。例えば、試料中の蛍光物質の
２次元的な分布を求めるレーザ走査型蛍光顕微鏡におい
て、このパルス光測光装置を用いれば、試料励起の繰り
返し率を高くすることができるので、走査範囲全体を走
査するのに要する時間を短縮することができる。

【００９６】したがって、本発明に係るパルス測光装置
は、例えば生化学等の分野において、パルスレーザ光源
で励起された試料から発生する蛍光を光子計数してその
試料中の蛍光分子数を定量測定するパルス光測光装置と
して好適に用いられ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパルス光測光装置の構成要素の１
つとして好適に用いられる光検出器の断面図である。

【図２】光検出器内のＡＰＤにおける逆バイアス電圧と
アバランシェ増倍率との関係を示す図である。

【図３】第１の実施形態に係るパルス光測光装置を用い
た蛍光測定システムの構成図である。

【図４】第１の実施形態に係るパルス光測光装置におけ
る各信号を示すタイミングチャートである。

【図５】第１の実施形態に係るパルス光測光装置におけ
る単一光電子事象分布を獲得する際の動作を示すタイミ
ングチャートである。

【図６】k-光電子事象の波高分布ｐ_k(h)を示す図であ
る。

【図７】第１の実施形態に係るパルス光測光装置におけ
る被測定光束に対する波高分布を獲得する際の動作を示
すタイミングチャートである。

【図８】被測定光束を実際に測定して得られた波高分布
（破線）と、最尤法で推定されたλ値に基づいて計算さ
れた波高分布（実線）とを示す図である。

【図９】光電子数の平均値λの推定誤差に関して第１の
実施形態に係るパルス光測光装置と従来技術（ゼロ確率
を利用する推定法）との理論的比較の結果を示す図であ
る。

【図１０】光電子数の平均値λの推定誤差に関して第１
の実施形態に係るパルス光測光装置と従来技術（平均波
高値を利用する推定法）との理論的比較の結果を示す図
である。

【図１１】第２の実施形態に係るパルス光測光装置を用
いた蛍光測定システムの構成図である。

【図１２】第２の実施形態に係るパルス光測光装置にお
ける各信号を示すタイミングチャートである。

【図１３】k-光電子事象の波高分布ｐ_k(h)および参照電
圧Ｖｒ１ないしＶｒ６を示す図である。

【図１４】第２の実施形態に係るパルス光測光装置にお
ける被測定光束に対する波高分布を獲得する際の動作を
示すタイミングチャートである。

【図１５】光電子数の平均値λの推定誤差に関して第２
の実施形態に係るパルス光測光装置と従来技術（ゼロ確
率を利用する推定法）との理論的比較の結果を示す図で
ある。

【符号の説明】

１，１Ａ…パルス光測光装置、１０…光検出器、１１…
真空容器、１２…入射窓、１３…光電変換面、１４…集
束電極、１５…アバランシェフォトダイオード（ＡＰ
Ｄ）、１６…アノード、１６ａ…アノード端子、１７…
カソード、１７ａ…カソード端子、１８…逆バイアス電
源、１９…高圧電源、２０…電荷有感型前置増幅器、３
０…波形整形増幅器、４０…ピークホールド回路、５０
…ＡＤ変換器、６０…ヒストメモリ、７０，７０Ａ…演
算部、７１，７１Ａ…単一光電子事象波高分布生成手
段、７２，７２Ａ…k-光電子事象波高分布生成手段、７
３，７３Ａ…光電子数分布推定手段、８０…パルスレー
ザ光源、８１…カウンタ、８２…トリガ回路、８３…反
射鏡、８４，８５，８６…レンズ、９０…試料、９１…
レンズ、９２…バリアフィルタ、９３…レンズ、１１０
…参照信号発生器、１１１，１１２，１１３，１１４，
１１５，１１６…比較器、１２１，１２２，１２３，１
２４，１２５，１２６…カウンタ、１３０…ゲート手
段、１３１…比較器、１３２…参照電圧発生器、１３３
…ゲート信号発生回路、１３４…ゲート回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス信号に同期して発生するパルス状
   の被測定光束の光量を測定するパルス光測光装置であっ
   て、 入射した前記被測定光束の光量に応じた光電子数分布に
   従った個数の光電子を放出し、前記光電子を増倍して電
   流信号を出力する光検出器と、 前記電流信号を積分して電圧信号に変換する積分手段
   と、 前記電圧信号の波高分布を生成する波高分布生成手段
   と、 前記パルス信号のパルス数を計数するパルス計数手段
   と、 前記積分手段が飽和状態にあるか否かを判定し、飽和状
   態にあると判定したときには前記パルス計数手段および
   前記波高分布生成手段それぞれの動作を禁止するゲート
   手段と、 前記光検出器で放出される光電子が１個の場合に前記波
   高分布生成手段で生成される波高分布を単一光電子事象
   波高分布として獲得する単一光電子事象波高分布生成手
   段と、 前記光検出器で放出される光電子の個数ｋが２以上かつ
   所定数以下のそれぞれの場合におけるk-光電子事象波高
   分布を、前記単一光電子事象波高分布に基づいて漸化的
   にコンボリューション計算によって算出するk-光電子事
   象波高分布生成手段と、 前記被測定光束が前記光検出器に入射して前記波高分布
   生成手段で生成された波高分布と前記単一光電子事象波
   高分布と前記光電子の個数ｋそれぞれの場合における前
   記k-光電子事象波高分布と前記パルス計数手段による計
   数結果とに基づいて、前記被測定光束が前記光検出器に
   入射した場合の前記光電子数分布を推定することによっ
   て前記被測定光束の光量を求める光電子数分布推定手段
   と、 を備えることを特徴とするパルス光測光装置。
2. 【請求項２】 パルス信号に同期して発生するパルス状
   の被測定光束の光量を測定するパルス光測光装置であっ
   て、 入射した前記被測定光束の光量に応じた光電子数分布に
   従った個数の光電子を放出し、前記光電子を増倍して電
   流信号を出力する光検出器と、 前記電流信号を積分して電圧信号に変換する積分手段
   と、 前記電圧信号の波高分布を生成する波高分布生成手段
   と、 前記電圧信号を互いに異なる所定の参照電圧それぞれと
   比較して、前記電圧信号が前記所定の参照電圧それぞれ
   より大きい場合に論理パルス信号をそれぞれ出力する所
   定数の比較手段と、 前記所定数の比較手段それぞれから出力された論理パル
   ス信号をそれぞれ計数する所定数の計数手段と、 前記パルス信号のパルス数を計数するパルス計数手段
   と、 前記積分手段が飽和状態にあるか否かを判定し、飽和状
   態にあると判定したときには前記パルス計数手段および
   前記波高分布生成手段それぞれの動作を禁止するゲート
   手段と、 前記光検出器で放出される光電子が１個の場合に前記波
   高分布生成手段で生成される波高分布を単一光電子事象
   波高分布として獲得する単一光電子事象波高分布生成手
   段と、 前記光検出器で放出される光電子の個数ｋが２以上かつ
   所定数以下のそれぞれの場合におけるk-光電子事象波高
   分布を、前記単一光電子事象波高分布に基づいて漸化的
   にコンボリューション計算によって算出するk-光電子事
   象波高分布生成手段と、 前記被測定光束が前記光検出器に入射して前記所定数の
   計数手段それぞれで得られた計数結果と前記単一光電子
   事象波高分布と前記光電子の個数ｋそれぞれの場合にお
   ける前記k-光電子事象波高分布と前記パルス計数手段に
   よる計数結果とに基づいて、前記被測定光束が前記光検
   出器に入射した場合の前記光電子数分布を推定すること
   によって前記被測定光束の光量を求める光電子数分布推
   定手段と、 を備えることを特徴とするパルス光測光装置。
3. 【請求項３】 前記光検出器は、入射した光束の光量に
   応じた光電子数分布に従った個数の光電子を放出する光
   電変換面と、 アノードとカソードとの間に逆バイアス電圧が印加さ
   れ、且つ、前記光電変換面に対向する部位が前記光電変
   換面の電位よりも高電位に設定されて、前記光電子を入
   力して生成された電子・正孔対をアバランシェ増倍し、
   アバランシェ増倍された電子・正孔対の数に応じた前記
   電流信号を出力するアバランシェフォトダイオードと、 前記光束を透過させる入射窓を備えて前記光電変換面お
   よび前記アバランシェフォトダイオードを内部に含む真
   空容器と、 を備えることを特徴とする請求項１または２記載のパル
   ス光測光装置。
4. 【請求項４】 前記光電子数分布推定手段は、最尤法に
   より前記光電子数分布を推定する、ことを特徴とする請
   求項１または２記載のパルス光測光装置。
5. 【請求項５】 前記光電子数分布推定手段は、前記光電
   子数分布がポアソン分布であると仮定して前記光電子数
   分布を推定する、ことを特徴とする請求項１または２記
   載のパルス光測光装置。