CN106716266B - 时间测量装置、时间测量方法、发光寿命测量装置及发光寿命测量方法 - Google Patents

时间测量装置、时间测量方法、发光寿命测量装置及发光寿命测量方法 Download PDF

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Abstract

时间测量装置是将自第1触发信号被输入起至第2触发信号被输入为止的时间作为测量时间来计算的时间测量装置，具备：启动闸门，其生成启动信号；终止闸门，其生成终止信号；TDC电路，其生成相当于自启动信号被输入起至终止信号被输入为止的时间的数字码；延迟电路，其使启动信号及终止信号的至少一方的向TDC电路的输入以规定的延迟时间延迟；及控制部，其基于由TDC电路生成的多个数字码，计算测量时间，延迟电路选择至少2个延迟时间。

Description

时间测量装置、时间测量方法、发光寿命测量装置及发光寿命 测量方法
技术领域
本发明的一个方式涉及一种时间测量装置、时间测量方法、发光寿命测量装置及发光寿命测量方法。
背景技术
在测量对试样照射激发光时的发光的寿命的发光寿命测量装置等中，使用输出启动脉冲信号及终止脉冲信号的时间差所涉及的信息的时间测量装置。作为这样的时间测量装置，已知有利用通过将上述时间差作为数字信号输出而测量时间的TDC(Time-digital-converter(时间数字转换器))方式的时间测量装置(例如参照非专利文献1)。TDC方式与将时间差作为模拟信号而输出的TAC(Time-Analog-Converter(时间模拟转换器))方式相比较，在测量范围长且低成本的方面有利。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：“Advanced Time-Correlated Single Photon CountingTechniques”W.Becker(2005)
发明内容
发明所要解决的问题
在利用TDC方式的时间测量装置中，输出与自启动脉冲信号被输出起至终止脉冲信号被输出为止的实际时间对应的量化间隔的数字信号。然而，难以将量化间隔设为固定间隔，且难以使实际时间与量化间隔完全对应。由于量化间隔不均(微分非线性的影响变大)，因而存在输出原本与实际时间不对应的数字信号输出的情况，在该情况下，有无法充分保证时间测量的精度的担忧。
本发明的一个方式是为了解决上述问题而完成的发明，其目的在于，提供一种可高精度进行时间测量的时间测量装置、时间测量方法、发光寿命测量装置及发光寿命测量方法。
解决问题的技术手段
本发明的一个方式所涉及的时间测量装置是将自第1触发信号被输入起至第2触发信号被输入为止的时间作为测量时间而计算的装置；具备：第1信号生成部，其根据第1触发信号而生成第1信号；第2信号生成部，其根据第2触发信号而生成第2信号；数字转换部，其接收第1信号及第2信号的输入，生成相当于自第1信号被输入起至第2信号被输入为止的时间的数字信号；时间延迟部，其使第1信号及第2信号的至少一方的向数字转换部的输入以自预先设定的多个延迟时间选择的延迟时间延迟；及时间计算部，其基于多个数字信号而计算测量时间；时间延迟部选择至少2个延迟时间。
该时间测量装置中，使第1信号及第2信号的至少一方的信号延迟，基于由第1信号及第2信号的输入的时间差生成的多个数字信号，计算自第1触发信号被输入起至第2触发信号被输入为止的时间即测量时间。然后，赋予第1信号及第2信号的至少一方的信号的延迟时间被设为至少2个不同的延迟时间。一般来说，由于难以将数字转换所涉及的量化间隔设为固定间隔，且量化间隔存在不均，因而难以使实际时间与量化间隔完全对应，由此时间测量的精度容易降低。关于该方面，在本发明的一个方式中，由于根据对应于多个延迟时间的多个数字信号而计算测量时间，因而即使在量化间隔存在不均的情况下，也可通过多个延迟时间使量化间隔的不均平滑化，从而可根据多个数字信号整体高精度地计算时间。根据以上所述，根据本发明的一个方式，可高精度地进行时间测量。
另外，时间延迟部也可以一边经时切换自多个延迟时间选择的延迟时间一边使第1信号及第2信号的至少一方的向数字转换部的输入延迟。由此，可将时间不同的多个延迟时间依次赋予第1信号及第2信号的至少一方，可有效率地生成对应于多个延迟时间的多个数字信号。即，可有效率地进行高精度的时间测量。
另外，时间计算部也可以通过自数字信号所表示的时间减去赋予该数字信号的延迟时间而计算测量时间。由此，可一边通过对应于延迟时间的多个数字信号使量化间隔的不均平滑化一边适当地计算减去延迟时间后的实际时间。
另外，数字转换部也可以相对于一个第1信号的输入而接收多个第2信号的输入，对于各第2信号的输入，生成数字信号。由此，即使在相对于一个第1触发信号，输入多个第2触发信号的情况下，也可应对。
另外，数字转换部也可以接收多个第1信号及第2信号的对即信号对的输入，对于各信号对，生成数字信号。
本发明的一个方式所涉及的时间测量方法是将自第1触发信号被输入起至第2触发信号被输入为止的时间作为测量时间来计算的方法，具备：根据第1触发信号而生成第1信号的步骤；根据第2触发信号而生成第2信号的步骤；通过数字转换部，接收第1信号及第2信号的输入，生成相当于自第1信号被输入起至第2信号被输入为止的时间的数字信号的步骤；使第1信号及第2信号的至少一方的向数字转换部的输入以自预先设定的多个延迟时间选择的延迟时间延迟的步骤；及基于多个数字信号而计算测量时间的步骤；在延迟的步骤中，选择至少2个延迟时间。
本发明的一个方式所涉及的发光寿命测量装置是测量关于自试样发出的发光的寿命的信息的装置；具备：光源，其输出照射于试样的光；触发信号发生部，其输出对应于光的输出的第1触发信号；光检测器，其检测来自试样的发光，且将该检测信号作为第2触发信号而输出；时间测量装置，其将自第1触发信号及第2触发信号的一方的触发信号被输入起至另一方的触发信号被输入为止的时间作为测量时间而计算；及运算部，其基于测量时间，计算关于发光的寿命的信息；时间测量装置具有：第1信号生成部，其输入一方的触发信号，根据该一方的触发信号而生成第1信号；第2信号生成部，其输入另一方的触发信号，根据该另一方的触发信号而生成第2信号；数字转换部，其接收第1信号及第2信号的输入，生成相当于自第1信号被输入起至第2信号被输入为止的时间的数字信号；时间延迟部，其使第1信号及第2信号的至少一方的向数字转换部的输入以自预先设定的多个延迟时间选择的延迟时间延迟；及时间计算部，其基于多个数字信号，计算测量时间；时间延迟部选择至少2个延迟时间。
在该发光寿命测量装置中，使与对应于利用光源的光的照射的第1触发信号对应的第1信号及与来自试样的发光的检测信号即第2触发信号对应的第2信号的至少一方的信号，或者，与对应于利用光源的光的照射的第1触发信号对应的第2信号及与来自试样的发光的检测信号即第2触发信号对应的第1信号的至少一方的信号延迟，基于由第1信号及第2信号的时间差生成的多个数字信号，计算自第1触发信号及第2触发信号的一方的触发信号被输入起至另一方的触发信号被输入为止的时间即测量时间。将赋予第1信号及第2信号的至少一方的延迟时间设为至少2个不同的延迟时间。继而，基于测量时间，计算关于发光的寿命的信息。由于根据对应于多个延迟时间的多个数字信号计算测量时间，因而即使在量化间隔存在不均的情况下，也可通过多个延迟时间使量化间隔的不均平滑化，从而可根据多个数字信号整体高精度地计算时间。由此，可高精度地计算有关自试样发出的发光的寿命的信息。
另外，触发信号发生部也可以为控制利用光源的光的输出，将该控制信号作为第1触发信号而输出的脉冲发生器，也可以为检测来自光源的光，且将该检测信号作为第1触发信号而输出的第2光检测器。关于发光寿命测量装置，提出有各种方式的装置，但本发明的一个方式可应对任一方式。
另外，第1触发信号也可以被输入至第2信号生成部，第2触发信号被输入至第1信号生成部。例如，在测量荧光寿命的情况下，存在即使照射激发光也不发生荧光的情况。在该情况下，若伴随于激发光的输出而输出第1信号，则存在无法进行时间测量的担忧。因此，通过将第1信号设为伴随于荧光的检测的信号，可防止无法进行时间测量的情况。
本发明的一个方式所涉及的发光寿命测量方法是测量关于自试样发出的发光的寿命的信息的方法，具备：输出照射于试样的光的步骤；输出对应于光的输出的第1触发信号的步骤；检测来自试样的发光，将该检测信号作为第2触发信号而输出的步骤；将自第1触发信号及第2触发信号的一方的触发信号被输入起至另一方的触发信号被输入为止的时间作为测量时间而计算的步骤；及基于测量时间，计算关于发光的寿命的信息的步骤；在作为测量时间而计算的步骤中，包含：根据一方的触发信号而生成第1信号的步骤；根据另一方的触发信号而生成第2信号的步骤；通过数字转换部，接收第1信号及第2信号的输入，生成相当于自第1信号被输入起至第2信号被输入为止的时间的数字信号的步骤；使第1信号及第2信号的至少一方的向数字转换部的输入以自预先设定的多个延迟时间选择的延迟时间延迟的步骤；及基于多个数字信号而计算测量时间的步骤；在延迟的步骤中，选择至少2个延迟时间。
发明的效果
根据本发明的一个方式，可高精度地进行时间测量。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的时间测量装置的图。
图2是表示理想的量化间隔的测量结果的例子的图。
图3是表示无延迟时间的情况下的测量结果的例子的图。
图4是表示将延迟时间设为1nsec的情况下的测量结果的例子的图。
图5是表示将延迟时间设为2nsec的情况下的测量结果的例子的图。
图6是表示合计各测量结果的例子的图。
图7是表示微分非线性的周期性的曲线图。
图8是表示图1所示的时间测量装置的时间测量处理的流程图。
图9是表示本发明的第2实施方式所涉及的发光寿命测量装置的图。
图10是表示图9所示的发光寿命测量装置的发光寿命测量处理的流程图。
图11是表示变形例所涉及的时间测量装置的图。
图12是表示变形例所涉及的时间测量装置的图。
图13是表示变形例所涉及的发光寿命测量装置的图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明的一个方式所涉及的时间测量装置、时间测量方法、发光寿命测量装置及发光寿命测量方法的一个方式所涉及的实施方式进行详细的说明。
[第1实施方式]
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的时间测量装置的图。时间测量装置1是将自第1触发信号被输入起至第2触发信号被输入为止的时间作为测量时间而计算的时间测量装置。时间测量装置1可适用于根据以不同时机输入的2个信号(第1触发信号及第2触发信号)而计算该2个信号的输入时机的差的各种装置及系统，例如，可适用于测量自试样发出的发光的寿命的发光寿命测量装置等。关于适用于发光寿命测量装置的例子的详情，记载于第2实施方式。
时间测量装置1具备启动闸门(start gate)11(第1信号生成部)、终止闸门(stopgate)12(第2信号生成部)、延迟电路13(时间延迟部)、TDC(Time-Digital-Convertor(时间数字转换器))电路14(数字转换部)、及控制部15(时间计算部)。
启动闸门11是自外部接收第1触发信号的输入，根据该第1触发信号而生成启动信号(第1信号)且输出至TDC电路14的第1信号生成器(first signal generator)。启动信号例如为脉冲信号。终止闸门12是自外部接收第2触发信号的输入，根据该第2触发信号而生成终止信号(第2信号)并输出至延迟电路13的第2信号生成器(second signalgenerator)。终止信号例如为脉冲信号。第1触发信号及第2触发信号成对地被连续输入至时间测量装置1。由此，以这些信号为契机而输出的启动信号及终止信号也成对地被连续输出。再者，自启动闸门11接收第1触发信号起至输出启动信号为止所需的时间、与自终止闸门12接收第2触发信号起至输出终止信号为止所需的时间，可设为大致相同，也可仅以已知的时间而具有时间差。
延迟电路13自终止闸门12接收终止信号的输入，且使该终止信号的向TDC电路14的输入延迟自预先设定的多个延迟时间选择的一个延迟时间。该一个延迟时间针对每个启动信号及终止信号的对即信号对而设置。延迟电路13将赋予多个信号对中至少2个信号对的上述一个延迟时间设为互不相同的延迟时间。更详细而言，延迟电路13一边经时切换多个延迟时间(延迟量)一边使终止信号延迟。再者，在多个延迟时间中也可包含延迟时间：0nsec(无延迟时间)。这样的多个延迟时间由控制部15预先确定，延迟时间的经时切换也通过控制部15进行控制。再者，延迟时间以例如成为相当于量化间隔(详情下文叙述)的单位的n倍(n为正整数)的时间的方式设定。例如，延迟电路13在通过控制部15将延迟时间设为1nsec的情况下，在自接收终止信号的输入起仅延迟1nsec后，输出该终止信号。另外，延迟电路13在通过控制部15将延迟时间设为2nsec的情况下，根据该控制部15的控制将延迟时间切换为2nsec，在自接收终止信号的输入起延迟2nsec后，输出该终止信号。再者，本实施方式中，设为延迟电路13使终止信号延迟而进行说明，但延迟电路13只要使启动信号及终止信号的至少一方的信号延迟即可，既可接收来自启动闸门11的启动信号并使启动信号延迟规定的延迟时间，也可使启动信号及终止信号的双方延迟。
TDC电路14是接收多个启动信号及终止信号的对即信号对的输入，对于各信号对，基于预先确定的规定的量化间隔，输出相当于自启动信号被输入起至终止信号被输入为止的时间的数字码(数字信号)的数字转换器。TDC电路14参考通过延迟电路13延迟后的终止信号的延迟时间，生成、输出多个基于规定的量化间隔的数字码。作为TDC电路14，有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor(互补金氧半导体))型TDC电路或组合TAC(Time-Analog-Converter(时间模拟转换器))及ADC(Analog-Digital-Converter(模拟/数字转换器))而成的电路等。时间测量装置1仅包含1个TDC电路14。以下，一边参照图2～图6一边对TDC电路14的数字码的输出进行说明。图2是表示理想的量化间隔的测量结果的例子的图。图3是表示无延迟时间的情况下的测量结果的例子的图。图4是表示将延迟时间设为1nsec的情况下的测量结果的例子的图。图5是表示将延迟时间设为2nsec的情况下的测量结果的例子的图。图6是表示合计各测量结果的例子的图。
在图2～图6所示的例子中，将TDC电路14的量化间隔设定为1nsec，相对于0～1nsec设定数字码000，相对于1～2nsec设定数字码001。另外，相对于2～3nsec设定数字码010，相对于3～4nsec设定数字码011。另外，相对于4～5nsec设定数字码100，相对于5～6nsec设定数字码101。另外，相对于6～7nsec设定数字码110，相对于7～8nsec设定数字码111。若连续输入相对于第1触发信号非同步的第2触发信号，则如图2所示，在量化间隔为固定(理想的量化间隔)的情况下，自TDC电路14输出的数字码的计数数，成为各时间、相同程度。然而，由于各种主要原因(例如TDC电路14为CMOS型的情况下内部延迟电路的精度的主要原因、TDC电路14为TAC及ADC的组合型的情况下模拟电路的精度的主要原因等)，TDC电路14的量化间隔产生不均匀性(图3)。例如在图3中，与数字码001的量化间隔相比，数位码011的量化间隔大。在这样的情况下，在量化间隔均匀的情况下相同的各时间的数字码的计数数如图3所示由于量化间隔变得不均匀而不均。即，量化间隔较大的数位码011的计数数少于量化间隔较小的数位码001的计数数。由此可明确，由于TDC电路14的量化间隔产生不均匀性(微分非线性)，因而有所输出的数字码的精度下降的担忧。
关于该方面，在TDC电路14中，生成对应于延迟时间不同的多个终止信号的数字码，从而保证最终自控制部15输出的时间测量结果的精度。即，TDC电路14例如如图4所示，基于延迟1nsec后的终止信号，输出相当于自启动信号被输入起至终止信号被输入为止的时间的数字码，再有，如图5所示，基于延迟2nsec后的终止信号，输出相当于自启动信号被输入起至终止信号被输入为止的时间的数字码。继而，通过控制部15，将各延迟时间(延迟时间：0nsec、1nsec、2nsec)中的同一时间的数字码(图3～图5)的计数数合计，由此可输出量化间隔的不均被平滑化后的测量信号。再者，所谓同一时间的数字码，是指例如若实际时间为0～1nsec，则延迟时间为0nsec的数字码“000”(图3)、延迟时间为1nsec的数字码“001”(图4)、及延迟时间为2nsec的数字码“010”。即，由于对应的数字码偏移了各个延迟时间，因而在偏移了延迟时间后将各数字码的计数数合计。
如图6所示，可确认考虑延迟时间而合计出的各时间的数字码的计数数成为大致固定，微分非线性得以改善。再者，关于由于赋予延迟时间而无法测量的时间，具体而言，延迟时间为1nsec、2nsec的情况下无法测量的实际时间7～8nsec、及延迟时间为2nsec的情况下无法测量的实际时间6～7nsec，由于延迟时间的影响而不会成为正确的计数数。
上述的多个延迟时间根据利用TDC电路14的数字码的生成中的微分非线性的周期性而决定。即，关于将被延迟后的各终止信号的间隔及数量设为何种程度，根据数字码的计数数的不均的周期性(微分非线性的周期性)而决定。图7是表示微分非线性的周期性的曲线图。在图7所示的例子中，TDC电路14的量化间隔设定为1psec，只要各量化间隔为固定(理想的量化间隔)，则以数字码的计数数在各量化间隔成为固定的方式，连续输入相对于第1触发信号非同步的第2触发信号。如图7所示，实际上，由于量化间隔的不均匀性，使数字码的计数数产生不均，不均的间隔(周期)达到900psec，不均的宽度达到200psec。在该情况下，由于只要使200psec的不均在900psec的周期内均等地扩散即可，因而只要例如每100psec切换10次延迟即可。即，只要通过控制部15，在延迟电路13设定10个100psec间隔的终止信号即可。另外，由于不均存在周期性，因而可以输出延迟1周期以上的终止信号的方式设定，也可在延迟电路13设定10个1000psec间隔的终止信号。
返回至图1，控制部15基于延迟时间不同的多个数字码而计算测量时间，且输出测量结果(测量信号)。控制部15的功能可通过例如FPGA(Field Programmable Gate Array(现场可编程门阵列))等的处理器实现。控制部15如上所述，在偏移延迟时间之后，合计各数字码的计数数。即，控制部15自输入的数字码所表示的时间减去赋予该数字码的延迟时间。继而，将该输入的数字码转换成上述减法运算后的数字码。这样，控制部15在进行了对应于延迟时间的转换后，合计各数字码的计数数。另外，控制部15控制延迟电路13的延迟时间的变更。
继而，参照图8，对时间测量装置1的处理流程进行说明。图8是表示图1所示的时间测量装置的时间测量处理的流程图。
最初，通过控制部15，在延迟电路13设定使终止信号延迟的多个延迟时间(步骤S1)。被延迟的各终止信号的间隔及数量根据数字码的计数数的不均的周期性(微分非线性的周期性)而决定。再者，作为最初的延迟时间，以不使终止信号延迟的方式设定延迟时间：0nsec。但是，也可不一定设定延迟时间：0nsec。
继而，通过启动闸门11将对应于第1触发信号的启动信号输入至TDC电路14(步骤S2)。其后，通过终止闸门12将对应于第2触发信号的终止信号输入至延迟电路13，并在延迟了由延迟电路13设定的延迟时间后，将终止信号输入至TDC电路14(步骤S3)。继而，通过TDC电路14，输出相当于自启动信号被输入起至终止信号被输入为止的时间的数字码(步骤S4)。
相同的延迟时间中的S2～S4的处理的重复次数被预先设定，通过控制部15判定是否达到该重复次数(是否结束一连串的测量)(步骤S5)。在S5中判定为未达到重复次数的情况下，再次重复S2～S4的处理。另一方面，在S5中判定为达到重复次数的情况下，通过控制部15判定是否变更延迟时间(步骤S6)。
在S6中判定为变更延迟时间的情况下，通过控制部15在延迟电路13指示延迟时间的变更(步骤S7)。另一方面，在关于预先确定的延迟时间全部，处理结束，且在S6中判定为未变更延迟时间的情况下，通过控制部15，基于延迟时间不同的多个数字码计算测量结果(测量信号)且将其输出(步骤S8)。
继而，对本实施方式所涉及的时间测量装置1的作用、效果进行说明。
在该时间测量装置1中，使由启动信号及终止信号构成的信号对的终止信号延迟规定的延迟时间，基于由多个信号对中的启动信号及终止信号的时间差生成的多个数字码，计算自第1触发信号被输入起至第2触发信号被输入为止的时间即测量时间。然后，将赋予各信号对中至少2个信号对的延迟时间设为互不相同的延迟时间。一般来说，由于难以将数字转换所涉及的量化间隔设为固定间隔，量化间隔存在不均，因而难以使实际时间与量化间隔完全对应，由此时间测量的精度容易降低。关于该方面，在时间测量装置1中，由于根据对应于多个延迟时间k的多个数字码计算测量时间，因而即使在量化间隔存在不均的情况下，也可通过多个延迟时间使量化间隔的不均平滑化，且可由多个数字码整体高精度地计算时间。
另外，由于延迟电路13一边经时切换自多个延迟时间选择的一个延迟时间一边使终止信号的向TDC电路14的输入延迟，因而可将时间不同的多个延迟时间依次赋予终止信号，可有效率地生成对应于多个延迟时间的多个数字码。即，可有效率地进行高精度的时间测量。
另外，控制部15自输入的数字码所表示的时间减去赋予该数字码的延迟时间。继而，控制部15将该输入的数字码转换为上述减法运算后的数字码。这样，控制部15在进行对应于延迟时间的转换后，合计各数字码的计数数。由此，可一边通过对应于延迟时间的多个数字码使量化间隔的不均平滑化一边适当计算减去延迟时间后的实际时间。
另外，多个延迟时间根据利用TDC电路14的数字信号的生成中的微分非线性的周期性而决定。微分非线性存在固定的周期性，通过考虑微分非线性的周期，以量化间隔的不均遍及该周期的整体而扩散的方式决定多个延迟时间，可有效地使量化间隔的不均平滑化。
[第2实施方式]
继而，参照图9，对第2实施方式所涉及的发光寿命测量装置进行说明。图9是表示本发明的第2实施方式所涉及的发光寿命测量装置的图。发光寿命测量装置50是应用了第1实施方式所涉及的时间测量装置1的应用例，且是测量自试样S发出的发光的寿命的装置。
有机材料或荧光探测器的荧光光谱是峰值波长或荧光强度等、在控制、评价试样的功能或特性的方面重要的参数。然而，为了取得荧光光谱在时间上积分后的信息，在试样中含有多个物质或反应系统的情况下，仅能得到它们被积分后的信息。在这样的情况下，作为评价试样的功能或特性的手段，在亚纳秒～毫秒的时间区域测定试样通过脉冲光而被光激发后返回基态为止的时间的发光寿命测量是有效的。在发光寿命测量装置中，基于根据来自脉冲发生器的脉冲信号而输出的启动信号、及根据该脉冲信号而接收了自光源输出的激发光后的试样所输出的发光(荧光或磷光等)所涉及的终止信号，计算发光的检测时机。继而，通过发光被多次检测，可获得检测时机的频率分布，基于该频率分布而推断试样的发光寿命。
如图9所示，发光寿命测量装置50具备时间测量装置1、脉冲发生器51(触发信号发生部)、光源52、光检测器53、计算机54(运算部)、显示装置55、输入装置56。时间测量装置1与第1实施方式相同地构成，即，构成为包含启动闸门11、终止闸门12、延迟电路13(时间延迟部)、TDC电路14(数字转换部)、及控制部15(时间计算部)。
脉冲发生器51是基于来自计算机54的指示，将同一时机的脉冲信号(第1触发信号)分别输出至光源52及启动闸门11的触发器信号发生器(Trigger signal generator)。脉冲发生器51控制利用光源52的光的输出，且将该控制信号作为脉冲信号(第1触发信号)而输出。启动闸门11基于该脉冲信号将启动信号输出至TDC电路14。由于对光源52及启动闸门11输入同一时机的脉冲信号，因而自启动闸门11输出的启动信号是对应于来自光源52的光(激发光)的照射的信号。
光源52基于自脉冲发生器51输出的上述脉冲信号，输出照射至试样S的激发光。作为光源52，可使用LED(Light Emitting Diode(发光二极管))光源、激光光源、SLD(SuperLuminescent Diode(超发光二极管))光源、灯系光源等。激发光的强度例如设定为若对试样S照射激发光则发出1光子的程度。自激发光被照射了的试样S输出对应于激发光的发光(荧光或磷光等)。
光检测器53检测发光，且对终止闸门12输出检测信号(第2触发信号)。作为光检测器53，可使用光电倍增管或雪崩光电二极管、PIN光电二极管等。终止闸门12基于来自光检测器53的检测信号，将终止信号输出至延迟电路13。延迟电路13、TDC电路14、及控制部15的功能如第1实施方式中所说明的那样。即，延迟电路13使终止信号延迟规定的延迟时间并输出至TDC电路14。另外，TDC电路14输出相当于自启动信号被输入起至终止信号被输入为止的时间的数字码。继而，控制部15基于延迟时间不同的多个数字码而计算时间。控制部15将计算的时间即测量结果输出至计算机54。
计算机54基于自时间测量装置1(更详细而言为控制部15)输出的测量结果，计算(解析)关于发光寿命的信息。具体而言，计算机54所包含的处理器执行如下功能：自测量结果所包含的终止信号的数字码(发光的检测时机)导出发光的检测时机的频率分布，根据该频率分布求得试样S的发光寿命值或成分比、时间轴上的强度分布等有关发光寿命的信息。再者，也可由计算机54承担时间测量装置1的控制部15的功能。在该情况下，计算机54自时间测量装置1的TDC电路14接收数字码。继而，计算机54所包含的处理器执行基于延迟时间不同的多个数字码而计算时间的控制部15的功能。
显示装置55是电连接于计算机54的显示器，显示上述试样S的发光寿命解析结果。输入装置56是键盘或鼠标等，可进行发光寿命的解析条件或测量条件的输入、设定。
继而，参照图10，对发光寿命测量装置50的处理流程进行说明。图10是表示图9所示的发光寿命测量装置的发光寿命测量处理的流程图。
最初，通过控制部15，在延迟电路13设定使终止信号延迟的多个延迟时间(步骤S11)。继而，通过脉冲发生器51，将脉冲信号输出至光源52及启动闸门11(步骤S12)，基于该脉冲信号，将启动信号自启动闸门11输出至TDC电路14(步骤S13)，自光源52输出照射至试样S的激发光(步骤S14)。
继而，由光检测器53检测自试样S发生的发光(荧光或磷光等)(步骤S15)，自光检测器53输出检测信号。继而，基于该检测信号，自终止闸门12输出终止信号，该终止信号被输入至延迟电路13，在延迟了由延迟电路13设定的延迟时间后，将该终止信号输入至TDC电路14(步骤S16)。继而，通过TDC电路14，输出相当于自启动信号被输入起至终止信号被输入为止的时间的数字码(步骤S17)。
相同的延迟时间中的S12～S17的处理的重复次数被预先设定，通过控制部15判定是否达到该重复次数(是否结束一连串的测量)(步骤S18)。在S18中判定为未达到重复次数的情况下，再次重复S12～S17的处理。另一方面，在S18中判定为达到重复次数的情况下，通过控制部15判定是否变更延迟时间(步骤S19)。
在S19中判定为变更延迟时间的情况下，通过控制部15在延迟电路13指示延迟时间的变更(步骤S20)。另一方面，在关于预先设定的延迟时间全部，处理完成，且在S19中判定为未变更延迟时间的情况下，通过控制部15，基于与得到的多个数字码对应的延迟时间而计算测量结果且输出(步骤S21)。继而，通过计算机54，基于测量结果，计算(解析)关于试样的发光寿命的信息(步骤S22)。
在这样的发光寿命测量装置50中，在由与成为利用光源52的光的照射的契机的第1触发信号对应的启动信号、及与来自试样S的发光的检测信号即第2触发信号对应的终止信号构成的信号对中，使终止信号延迟规定的延迟时间，基于由多个信号对中的启动信号、及终止信号的时间差生成的多个数字码，计算自第1触发信号被输入起至第2触发信号被输入为止的时间即测量时间。另外，将赋予各信号对中至少2个信号对的延迟时间设为互不相同的延迟时间。继而，基于测量时间计算关于发光的寿命的信息。由于根据与多个延迟时间对应的多个数字信号计算测量时间，因而即使在量化间隔存在不均的情况下，也可通过多个延迟时间使量化间隔的不均平滑化，从而可由多个数字码整体高精度地计算时间。由此，可高精度地计算关于自试样S发出的发光的寿命的信息。
以上，对本发明的一个方式所涉及的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。例如，对时间测量装置1仅包含1个TDC电路14而构成的情况进行了说明，但并不限定于此。即，数字转换部也可通过多个TDC电路(数字转换器)而构成。以下，参照图11及图12，对数字转换部通过多个TDC电路而构成的例子进行说明。图11及12是表示变形例所涉及的时间测量装置的图。
在图11所示的时间测量装置60中，设置有多个接收来自启动闸门11的启动信号、及来自终止闸门12的终止信号的输入的TDC电路64。再有，由配线63a将启动闸门11及各TDC电路64电连接，根据启动闸门11与TDC电路64的距离，使各配线63a的长度不同。另外，由配线63b将终止闸门12与各TDC电路64电连接，根据终止闸门12与TDC电路64的距离，使各配线63b的长度不同。这样，通过针对每个TDC电路64使配线63a、63b的长度不同，可对输入至各TDC电路64的信号赋予时间差(延迟时间)。由于可通过配线63a、63b的长度使启动信号及终止信号延迟，因而配线63a、63b具有作为时间延迟部的功能。这样，设为包含多个TDC电路64的构成，通过配线63a、63b的长度赋予延迟时间，各TDC电路64输出对应于不同的延迟时间的数字码，由此可同时进行不同的延迟时间中的数字码的输出，可迅速进行时间测量。
另外，如图12所示的时间测量装置80那样，也可以为如下构成：除了图11所示的时间测量装置60的构成之外，还包含选择被输入启动信号的TDC电路64的选择部81、及选择被输入终止信号的TDC电路64的选择部82。在该时间测量装置80中，也与图11的时间测量装置60同样，根据配线63a、63b的长度决定延迟时间。
另外，在图9所示的发光寿命测量装置50中，设为自脉冲发生器51对启动闸门11输出脉冲信号(第1触发信号)的构成，但并不限定于此，也可设为如图13所示的发光寿命测量装置90那样，另外设置检测自光源52输出的激发光的光检测器93(触发信号发生部、第2光检测器)，自光检测器93对启动闸门11输出脉冲信号(第1触发信号)的构成。在该情况下，光检测器93成为将对应于利用光源52的光的输出的脉冲信号(第1触发信号)输出至启动闸门11的触发信号发生器(Trigger signal generator)。再者，作为光检测器93，可使用光电倍增管或雪崩光电二极管、PIN光电二极管等。另外，也可共用光检测器53与光检测器93。
另外，在图9所示的发光寿命测量装置50中，设为自脉冲发生器51对启动闸门11输出脉冲信号(第1触发信号)，自光检测器53对终止闸门12输出脉冲信号的构成，但也可设为自光检测器53对启动闸门11输出脉冲信号，自脉冲发生器51对终止闸门12输出脉冲信号的构成。当然，在图13所示的发光寿命测量装置90中，也可同样地设为自光检测器53对启动闸门11输出脉冲信号，自光检测器93对终止闸门12输出脉冲信号的构成。在该情况下，伴随着自光检测器53输出的脉冲信号(第1触发信号)，自启动闸门11输出启动信号(第1信号)。另外，伴随着伴随于利用光源52的光的输出的脉冲信号(第2触发信号)，自终止闸门12输出终止信号(第2信号)。
再有，构成为将来自脉冲发生器51或光检测器53、93的脉冲信号经由启动闸门11或终止闸门12而转换为启动信号或终止信号，但也可将来自脉冲发生器51或光检测器53、93的脉冲信号就这样作为启动信号或终止信号而利用，并输入至延迟电路13或TDC电路14。
另外，关于TDC电路14，对接收多个启动信号及终止信号的对即信号对的输入，对于各信号对，基于预先确定的量化间隔，输出相当于自启动信号被输入起至终止信号被输入为止的时间的数字码(数字信号)的数字转换器进行了说明，但TDC电路14也可为相对于一个启动信号输入多个终止信号的构成。在该情况下，TDC电路14输出相当于自启动信号被输入起至各终止信号被输入为止的各个的时间的多个数字码(数字信号)。
符号的说明
1、60、80…时间测量装置、11…启动闸门、12…终止闸门、13…延迟电路、14…TDC电路、15…控制部、50…发光寿命测量装置、51…脉冲发生器、52…光源、53…光检测器、54…计算机、S…试样。

Claims (10)

1.一种时间测量装置，其特征在于，
是将自第1触发信号被输入起至第2触发信号被输入为止的时间作为测量时间来计算的时间测量装置，
具备：
第1信号生成部，其根据所述第1触发信号而生成第1信号；
第2信号生成部，其根据所述第2触发信号而生成第2信号；
数字转换部，其接收所述第1信号及所述第2信号的输入，生成相当于自所述第1信号被输入起至所述第2信号被输入为止的时间的数字信号；
时间延迟部，其使所述第1信号及所述第2信号的至少一方的向所述数字转换部的输入以自预先设定的多个延迟时间选择的延迟时间延迟；及
时间计算部，其基于多个所述数字信号而计算所述测量时间，
所述时间延迟部选择至少2个延迟时间，
所述时间延迟部一边经时切换自所述多个延迟时间选择的延迟时间一边使所述第1信号及所述第2信号的至少一方的向所述数字转换部的输入延迟。
2.如权利要求1所述的时间测量装置，其特征在于，
所述时间计算部通过自所述数字信号表示的时间减去赋予该数字信号的所述延迟时间而计算所述测量时间。
3.如权利要求1或2所述的时间测量装置，其特征在于，
所述数字转换部相对于1个所述第1信号的输入而接收多个所述第2信号的输入，且对于各第2信号的输入，生成所述数字信号。
4.如权利要求1或2所述的时间测量装置，其特征在于，
所述数字转换部接收多个作为所述第1信号及所述第2信号的对的信号对的输入，且对于各信号对，生成所述数字信号。
5.一种时间测量方法，其特征在于，
是将自第1触发信号被输入起至第2触发信号被输入为止的时间作为测量时间来计算的时间测量方法，
具备：
根据所述第1触发信号而生成第1信号的步骤；
根据所述第2触发信号而生成第2信号的步骤；
通过数字转换部，接收所述第1信号及所述第2信号的输入，生成相当于自所述第1信号被输入起至所述第2信号被输入为止的时间的数字信号的步骤；
使所述第1信号及所述第2信号的至少一方的向所述数字转换部的输入以自预先设定的多个延迟时间选择的延迟时间延迟的步骤；及
基于多个所述数字信号而计算所述测量时间的步骤，
在所述延迟的步骤中，选择至少2个延迟时间，
在所述延迟的步骤中，一边经时切换自所述多个延迟时间选择的延迟时间一边使所述第1信号及所述第2信号的至少一方的向所述数字转换部的输入延迟。
6.一种发光寿命测量装置，其特征在于，
是测量自试样发出的发光的寿命的发光寿命测量装置，
具备：
光源，其输出照射于所述试样的光；
触发信号发生部，其输出对应于所述光的输出的第1触发信号；
光检测器，其检测来自所述试样的发光，且将该检测信号作为第2触发信号而输出；
时间测量装置，其将自所述第1触发信号及所述第2触发信号的一方的触发信号被输入起至另一方的触发信号被输入为止的时间作为测量时间来计算；及
运算部，其基于所述测量时间，计算关于所述发光的寿命的信息，
所述时间测量装置具备：
第1信号生成部，其输入所述一方的触发信号，根据该一方的触发信号而生成第1信号；
第2信号生成部，其输入所述另一方的触发信号，根据该另一方的触发信号而生成第2信号；
数字转换部，其接收所述第1信号及所述第2信号的输入，生成相当于自所述第1信号被输入起至所述第2信号被输入为止的时间的数字信号；
时间延迟部，其使所述第1信号及所述第2信号的至少一方的向所述数字转换部的输入以自预先设定的多个延迟时间选择的延迟时间延迟；及
时间计算部，其基于多个所述数字信号，计算所述测量时间，
所述时间延迟部选择至少2个延迟时间，
所述时间延迟部一边经时切换自所述多个延迟时间选择的延迟时间一边使所述第1信号及所述第2信号的至少一方的向所述数字转换部的输入延迟。
7.如权利要求6所述的发光寿命测量装置，其特征在于，
所述触发信号发生部是控制利用所述光源的所述光的输出并将该控制信号作为第1触发信号而输出的脉冲发生器。
8.如权利要求6所述的发光寿命测量装置，其特征在于，
所述触发信号发生部是检测来自所述光源的所述光并将该检测信号作为所述第1触发信号而输出的第2光检测器。
9.如权利要求6至8中任一项所述的发光寿命测量装置，其特征在于，
所述第1触发信号被输入至所述第2信号生成部，所述第2触发信号被输入至所述第1信号生成部。
10.一种发光寿命测量方法，其特征在于，
是测量自试样发出的发光的寿命的发光寿命测量方法，
具备：
输出照射于所述试样的光的步骤；
输出对应于所述光的输出的第1触发信号的步骤；
检测来自所述试样的发光，将该检测信号作为第2触发信号而输出的步骤；
将自所述第1触发信号及所述第2触发信号的一方的触发信号被输入起至另一方的触发信号被输入为止的时间作为测量时间而计算的步骤；及
基于所述测量时间，计算关于所述发光的寿命的信息的步骤，
在作为所述测量时间而计算的步骤中，包含：
根据所述一方的触发信号而生成第1信号的步骤；
根据所述另一方的触发信号而生成第2信号的步骤；
通过数字转换部，接收所述第1信号及所述第2信号的输入，生成相当于自所述第1信号被输入起至所述第2信号被输入为止的时间的数字信号的步骤；
使所述第1信号及所述第2信号的至少一方的向所述数字转换部的输入以自预先设定的多个延迟时间选择的延迟时间延迟的步骤；及
基于多个所述数字信号，计算所述测量时间的步骤，
在所述延迟的步骤中，选择至少2个延迟时间，
在所述延迟的步骤中，一边经时切换自所述多个延迟时间选择的延迟时间一边使所述第1信号及所述第2信号的至少一方的向所述数字转换部的输入延迟。
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