CN115735115A - 时间测量装置、荧光寿命测量装置及时间测量方法 - Google Patents

时间测量装置、荧光寿命测量装置及时间测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明的时间测量装置(10)具备：TAC电路(12)；测量用闸极(11)，其设置于检测器(4)及TAC电路(12)之间，设为使检测信号向TAC电路(12)方向通过的第1状态、或不使检测信号向TAC电路(12)方向通过的第2状态；控制部(14)，其作为将测量用闸极(11)设为第2状态的时间即闸极死区时间设定于测量用闸极(11)的设定部发挥功能；及控制部(14)，其作为基于从TAC电路(12)输出的测量信号而导出并输出与检测信号相关的时间信息的导出部发挥功能，作为设定部发挥功能的控制部(14)将检测器4中检测的荧光的重复周期的整数倍的时间，即，比TAC电路(12)本身的死区时间更长的时间，作为闸极死区时间设定于测量用闸极(11)。

Description

时间测量装置、荧光寿命测量装置及时间测量方法
技术领域
本发明的一个方式涉及一种时间测量装置、荧光寿命测量装置及时间测量方法。
背景技术
已知有一种进行荧光寿命测量等的时间相关单一光计数(TCSPC：TimeCorrelated Single Photon Counting)装置(例如，参照专利文献1)。专利文献1中记载的TCSPC装置具有多个TDC(Time-digital-converter)电路。TDC电路将时间测量结果作为数字信号输出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：德国专利申请公开第102008004549号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
在上述的TDC电路、将时间测量结果作为模拟信号输出的TAC(Time-Analog-Converter)电路中，如果测量时间，则在测量之后，一定时间成为无法再次进行时间测量的死区时间。由于产生死区时间，在例如检测荧光等现象并进行与现象相关的时间测量(例如，测量荧光寿命)的情况下，有可能无法适当地取得关于现象的时间波形。即，在死区时间中无法取得时间波形，因此，有时即使合成可取得的时间波形，也无法取得关于现象的正确的时间波形。
本发明的一个方式是鉴于上述实情而完成的，其目的在于提供一种可适当取得与现象相关的时间波形的时间测量装置、荧光寿命测量装置及时间测量方法。
用于解决问题的技术方案
本发明的一个方式的时间测量装置具备：第1时间测量器，其输入有检测器检测现象而输出的检测信号，输出和与检测信号相关的时间相对应的测量信号；闸极部，其设置于检测器及第1时间测量器之间，设为使检测信号向第1时间测量器方向通过的第1状态、或不使检测信号向第1时间测量器方向通过的第2状态；设定部，其将闸极死区时间设定于闸极部，该闸极死区时间为闸极部设为第2状态的时间；及导出部，其基于从第1时间测量器输出的测量信号，将与检测信号相关的时间信息导出并输出，设定部将检测器中检测的现象的重复周期的整数倍时间，即，比第1时间测量器本身的死区时间更长的时间，作为闸极死区时间设定于闸极部。
在本发明的一个方式的时间测量装置中，切换：对输出和与检测信号相关的时间相对应的测量信号的第1时间测量器输入检测信号的第1状态、与不输入的第2状态。闸极部，设定有现象的重复周期的整数倍即比第1时间测量器本身的死区时间更长的闸极死区时间，在该闸极死区时间的期间成为上述的第2状态。在此种时间测量装置中，由于对闸极部设定现象的重复周期的整数倍的闸极死区时间，因此，基于从第1时间测量器输出的测量信号导出的时间信息的时间波形，成为与在死区时间(非测量状态)的前后在时间上连续的波形同等的波形。并且，在本时间测量装置中，由于设定于闸极部的闸极死区时间比第1时间测量器本身的死区时间更长，因此，虽然为对第1时间测量器输入检测信号的测量状态，但不可能发生第1时间测量器本身的死区时间中的情况，可适当地确保上述的闸极死区时间前后的时间波形的连续性。如以上所述，根据本发明的一个方式的时间测量装置，可适当(连续)地取得现象相关的时间波形。
也可以为，时间测量装置还具备延迟产生电路，设定部将重复周期的整数倍的延迟量设定于延迟产生电路，延迟产生电路接受通过了设为第1状态的闸极部的检测信号的输入，将以由设定部对该检测信号设定的延迟量延迟的延迟信号输出至闸极部，闸极部在设为第1状态并使检测信号通过之后，直至接受延迟信号的输入为止设为第2状态，并且在接受了延迟信号的输入之后，直至被输入新的检测信号为止设为第1状态。根据此种结构，可将重复周期的整数倍的闸极死区时间可靠地设定于闸极部。
也可以为，第1时间测量器具有：时间振幅转换器，其将和与检测信号相关的时间相对应的测量信号作为模拟信号输出；及转换器，其将从时间振幅转换器输出的模拟信号转换成数字信号并输出。通过使用将测量信号作为模拟信号输出的时间振幅转换器及转换器，与使用例如时间数字转换器的情况相比，可提高现象的测量的时间分辨率。
也可以为，时间测量装置还具备：计数器，其根据时钟信号输出计数信号，第1时间测量器输入有检测信号及时钟信号，并输出与检测信号及时钟信号间的时间相对应的测量信号，导出部基于从计数器输出的计数信号与从第1时间测量器输出的测量信号，导出并输出时间信息。根据此种结构，通过与频率信号同步动作的计数器输出计数信号而进行依存于时钟的频率的大致的时间测量(低时间分辨率且长时间测量)，并且通过第1时间振幅转换器输出与检测信号及时钟信号间的时间相对应的测量信号而进行弥补计数器的测量粗糙度的精细的时间测量(高时间分辨率且短时间测量)。通过组合这些时间测量结果而导出最终的时间信息，可实现高时间分辨率且长时间测量。
本发明的一个方式的荧光寿命测量装置是测量从测量对象物发出的荧光的寿命的荧光寿命测量装置，具备：光源，其产生光；检测器，其检测来自照射有来自光源的光的测量对象物的荧光，并输出检测信号；上述时间测量装置，其输出与检测信号相关的时间信息；及运算部，其基于时间信息，导出测量对象物的荧光寿命。根据此种荧光寿命测量装置，可使用上述的时间测量装置，适当(连续)地取得荧光寿命的时间波形。为了取得荧光寿命的时间波形，目前需要复杂的光量调整及延迟调整，但根据本发明的荧光寿命测量装置，无须进行此种复杂调整，可容易地取得荧光波形的时间波形。
也可以为，荧光寿命测量装置还具备：信号产生部，其产生控制光源的光输出的脉冲信号，信号产生部将与脉冲信号同步的、表示荧光的重复周期的设定信号输出至设定部。如此，通过从产生脉冲信号的信号产生部输出与脉冲信号同步的、表示荧光的重复周期的设定信号，可在设定部，将荧光的重复周期的整数倍的闸极死区时间适当地设定于闸极部。
也可以为，运算部将表示荧光的重复周期的设定信号输出至设定部。如此，通过从运算部输出表示荧光的重复周期的设定信号，可在设定部，将荧光的重复周期的整数倍的闸极死区时间适当地设定于闸极部。
也可以为，荧光寿命测量装置还具备：信号产生部，其产生控制光源的光输出的脉冲信号，信号产生部输出与脉冲信号同步的同步信号，时间测量装置还具备：第2时间测量器，其输出与同步信号相对应的信号，导出部基于与同步信号相应的信号，导出时间信息。由此，可考虑产生荧光的实际的时刻，并更高精度地导出荧光寿命。
本发明的一个方式的时间测量方法是时间测量装置所执行的时间测量方法，包含：将检测器检测现象而输出的检测信号未输入时间测量器的第1死区时间，设定为现象的重复周期的整数倍的工序；及基于从时间测量器输出的检测信号，导出并输出与检测信号相关的时间信息的工序，第1死区时间比时间测量器本身的第2死区时间更长。
发明效果
根据本发明的一个方式，可适当地取得与现象相关的时间波形。
附图说明
图1是示意性地示出本实施方式的荧光寿命测量装置的图。
图2是说明TAC电路的时间测量原理的图。
图3是说明TAC电路的时间测量原理的图。
图4是说明TAC电路的时间测量原理的图。
图5是说明时间波形的取得的图。
图6是说明时间波形的取得的图。
图7是说明时间波形的取得的图。
图8是说明时间波形的取得的图。
图9是说明时间波形的取得的图。
图10是说明时间波形的取得的图。
图11是说明时间波形的取得的图。
图12是说明时间波形的取得的图。
图13是说明比较例的时间波形的取得的图。
图14是说明比较例的时间波形的取得的图。
图15是说明比较例的时间波形的取得的图。
图16是说明比较例的时间波形的取得的图。
图17是说明比较例的时间波形的取得的图。
图18是说明比较例的时间波形的取得的图。
图19是示意性地示出变形例的荧光寿命测量装置的图。
图20是示意性地示出变形例的荧光寿命测量装置的图。
图21是示意性地示出变形例的荧光寿命测量装置的图。
图22是示意性地示出变形例的荧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的时间测量装置、时间测量方法、荧光寿命测量装置的实施方式进行详细说明。
图1是示意性地示出本实施方式的荧光寿命测量装置1的图。荧光寿命测量装置1是测量从试样S(测量对象物)发出的荧光的寿命的装置。
有机材料或荧光探针(probe)的荧光光谱是在控制、评估峰值波长或荧光强度等试样的功能或特性方面上重要的参数。然而，由于取得按时间积分荧光光谱的信息，因此，在试样中包含多个物质或反应系统的情况下，仅能获得将其积分了的信息。在此种情况下，作为评估试样的功能或特性的方法，有效的是在亚纳秒～毫秒的时间区域测量在试样由脉冲光进行光激发之后，直至返回基态的时间的荧光寿命测量。在本实施方式的荧光寿命测量装置1中，通过后述的时间测量装置10导出荧光的检测时刻(timing)，通过多次检测荧光而获得检测时刻的频率分布，并基于该频率分布推定试样S的荧光寿命。
如图1所示，荧光寿命测量装置1构成为包含：脉冲发生器2(信号产生部)、光源3、检测器4、计算机(运算部)5、显示装置6、输入装置7、及时间测量装置10。此外，在图1中，省略荧光寿命测量装置1的结构中的、后述的时钟(clock)生成电路9(参照图2)的图示。
脉冲发生器2生成控制光源3的光的输出的脉冲信号，并将脉冲信号输出输出至光源3。脉冲发生器2基于来自计算机5的指示，产生脉冲信号。更具体而言，脉冲发生器2从计算机5接受表示荧光的重复周期的设定信号，根据该设定信号而生成脉冲信号。
光源3基于从脉冲发生器2输出的上述脉冲信号，输出照射于试样S的激发光。即，光源3对试样S照射产生的光。作为光源3，可使用LED(Light Emitting Diode：发光二极管)光源、激光源、SLD(Super Luminescent Diode：超发光二极管)光源、灯系光源等。激发光的强度例如也可设定为以下的程度，即，在对试样S照射激发光时发出1光子。从照射有激发光的试样S输出与激发光相对应的荧光。
检测器4检测来自照射有来自光源3的光的试样S的荧光，将检测信号输出至时间测量装置10的测量用闸极(gate)11(细节予以后述)。作为检测器4，可使用光电子倍增管或雪崩光电二极管、HPD(Hybrid Photo Detector)、SSPD(Superconductive Single PhotonDetector)等。
计算机5基于从时间测量装置10(更详细而言为控制部14)输出的测量结果，导出荧光寿命。具体而言，计算机5根据测量结果中包含的荧光的时间信息(荧光的检测时刻)，导出荧光的检测时刻的频率分布，根据该频率分布求出试样S的荧光寿命。另外，计算机5将表示荧光的重复周期的设定信号输出至脉冲发生器2及控制部14。计算机5例如由CPU等运算部与RAM或闪存等存储部构成。此外，计算机5也可承担时间测量装置10的控制部14的功能。
显示装置6为与计算机5电连接的显示器，显示上述的试样S的荧光寿命解析结果。输入装置7为键盘或鼠标等，可进行荧光寿命的解析条件或测量条件的输入、设定。
时间测量装置10是将从输入第1触发信号至输入第2触发信号的时间，作为测量时间算出的时间测量装置。时间测量装置10可应用于根据在不同时刻输入的2个信号(第1触发信号及第2触发信号)而导出该2个信号的输入时刻的差的各种装置及系统。在本实施方式中，如上所述，时间测量装置10应用于测量从试样S发出的荧光的寿命的荧光寿命测量装置1。
如图1所示，时间测量装置10具备：测量用闸极11(第1切换部)、构成第1时间测量器的TAC(Time-Analog-Converter)电路12(时间振幅转换器)、TAC控制部13、控制部14(设定部、导出部)、及延迟产生电路30。此外，在图1中，省略时间测量装置10的结构中的、后述的数字计数器20(参照图2)的图示。该数字计数器20也可设置于TAC控制部13，也可与TAC控制部13分开设置。
TAC电路12是将从输入第1触发信号至输入第2触发信号的时间差，作为模拟信号(振幅)输出的时间振幅转换器的电路。TAC电路12例如构成为可测量10ns的时间。TAC电路12，具体而言，将检测器4检测荧光(现象)而输出的检测信号作为第1触发信号，将从时钟生成电路9(参照图2)输出的时钟(clock)信号作为第2触发信号，并将与检测信号及时钟信号间的时间相对应的模拟信号(振幅)作为测量信号输出至TAC控制部13。即，TAC电路12输入有检测器4检测荧光而输出的检测信号及时钟信号，并输出与检测信号及时钟信号间的时间(与检测信号相关的时间)相对应的测量信号。TAC电路12经由测量用闸极11，接受检测信号的输入。
TAC控制部13是将从TAC电路12输出的测量信号即模拟信号(振幅)转换成数字信号并输出的AD转换器。TAC控制部13将AD转换后的数字信号作为测量信号输出至控制部14。
测量用闸极11从检测器4接受第1触发信号即检测信号的输入，并将该检测信号输出至TAC电路12。测量用闸极11设置于检测器4及TAC电路12之间，设为使检测信号向TAC电路12方向通过的第1状态、或不使检测信号向TAC电路12方向通过的第2状态。即，测量用闸极11始终设为第1状态或第2状态中的任一状态。在测量用闸极11，设定有死区时间(闸极死区时间)。此处的死区时间(闸极死区时间)是指，测量用闸极11设为不使检测信号向TAC电路12方向通过的状态，即，上述的第2状态的时间。闸极死区时间经由延迟产生电路30由控制部14(设定部)设定，设为现象(例如，检测器4中检测的荧光)的重复周期的整数倍的时间。另外，由控制部14设定的闸极死区时间设为比TAC电路12本身的死区时间更长的时间。TAC电路12本身的死区时间是指，在TAC电路12测量了时间之后一定时间无法再次进行时间测量的时间。
测量用闸极11，详细而言，从延迟产生电路30接受延迟信号，并基于该延迟信号，切换上述的第1状态及第2状态。即，测量用闸极11，在设为第1状态而使检测信号通过后，设为第2状态直至接受延迟信号的输入为止，在接受了延迟信号的输入后，设为第1状态直至被输入新的检测信号为止。该延迟信号设为以荧光的重复周期的整数倍的延迟量而延迟的信号(细节予以后述)。因此，在测量用闸极11中，通过在使检测信号通过后直至接受延迟信号的输入为止设为第2状态，可将设为第2状态的闸极死区时间适当地设为荧光的重复周期的整数倍。
控制部14，作为将测量用闸极11设为第2状态的时间即闸极死区时间设定于测量用闸极11的设定部、及基于从TAC控制部13输出的测量信号导出并输出与检测信号相关的时间信息的导出部，而发挥功能。
控制部14，作为设定部的功能，将检测器4中检测的荧光的重复周期的整数倍的时间即比TAC电路12本身的死区时间更长的时间，作为闸极死区时间设定于测量用闸极11。控制部14经由延迟产生电路30，将闸极死区时间设定于测量用闸极11。控制部14基于从计算机5输入的设定信号(表示荧光的重复周期的信号)，进行延迟产生电路30的延迟控制。即，控制部14基于设定信号，将重复周期的整数倍的延迟量预先设定于延迟产生电路30。延迟产生电路30将以设定的延迟量延迟的延迟信号输出至测量用闸极11。详细而言，延迟产生电路30，以输入有通过了设为第1状态的测量用闸极11的检测信号的方式(以与TAC电路12同样地输入有检测信号的方式)构成，如果接受该检测信号的输入，则将以由控制部14对该检测信号设定的延迟量延迟的信号输出至测量用闸极11。如上所述，在测量用闸极11中，在通过了检测信号之后直至接受延迟信号的输入为止设为第2状态(闸极死区时间的状态)。从而，可将测量用闸极11的闸极死区时间设为荧光的重复周期的整数倍。
控制部14，作为导出部的功能，基于从数字计数器20(参照图2)输出的计数信号与从TAC电路12输出并在TAC控制部13中转换成数字信号的测量信号，将与通过检测器4检测的检测信号相关的时间信息导出并输出。如图2所示，数字计数器20是输入有来自检测器4的检测信号与来自时钟生成电路9的时钟信号的计数器。数字计数器20与时钟信号同步动作，根据时钟信号(对时钟信号进行计数)将计数信号输出至控制部14。此种数字计数器20虽可对检测信号进行长时间测量，但难以提高时间分辨率。控制部14通过将数字计数器20的时间测量结果、与时间分辨率高的TAC电路12的时间测量结果组合，而实现与检测信号相关的时间信息的高时间分辨率且长时间测量。
图3及图4是说明上述的时间信息的导出的图。在图3及图4中，横轴表示时间轴。如图3所示，数字计数器20对时钟信号进行计数并输出计数信号。在图3中示出：数字计数器20输出表示23、24、25、26、27、28的计数信号的例子。如上所述，数字计数器20与时钟信号同步动作。并且，如图3所示，当前，TAC电路12测量了从输入来自检测器4的检测信号TRG1至输入检测信号TRG1的下个时钟信号TRG2的时间差T。在TAC电路12输出的测量信号中，如图4所示，从输入检测信号TRG1的时刻(时间t1)起，电压(振幅)与检测信号TRG1对应地开始增加，从输入时钟信号TRG2的时刻(时间t2)起，电压(振幅)与时钟信号TRG2对应地为恒定。
控制部14通过从与计数信号所表示的计数值相对应的时间，减去测量信号所表示的时间，而导出表示直至检测信号输入TAC电路12为止的时间的时间信息。即，在图3所示的例中，控制部14通过从与计数信号所表示的计数值相对应的时间即23，减去测量信号所表示的时间信息即时间差T，而导出表示直至检测信号TRG1输入TAC电路12为止的时间的时间信息(23-T)。通过输入数字计数器20的时钟信号、与输入TAC电路12的时钟信号相对应(输入TAC电路12的时钟信号所表示的计数值唯一确定)，可实现此种时间信息的导出。控制部14将导出的时间信息(测量结果)输出至计算机5。
接着，参照图5～图18，对设定荧光的重复周期的整数倍的闸极死区时间的意义(效果)进行说明。图5～图12是说明本实施方式的荧光寿命测量装置1的、荧光时间波形的取得的图。图13～图18是说明比较例的荧光寿命测量装置1的、荧光时间波形的取得的图。在图5～图18中，横轴表示时间。
当前，考虑如图5的上段所示的重复周期的荧光入射的情况。在图5所示的例中设为：从脉冲发生器2输出的脉冲信号的频率为1MHz，荧光的重复周期为1μs。设为沿着图5的上段所示的曲线产生荧光发光，图5的上段所示的多个四边形分别表示与荧光相关的光子的产生(以下，在图6之后的附图中也同样)。在图5的下段中，示出从检测器4输出的检测信号。通过光子的产生，如图5的下段所示，在检测各光子的时刻(timing)，从检测器4输出与各光子相对应的检测信号。
此处，在TAC电路12中，在输入了光子之后(测量了时间之后)，产生一定时间无法再次进行时间测量的死区时间。在通常的荧光寿命测量装置(例如，后述的比较例的荧光寿命测量装置)中，为尽可能减少光子的计数遗漏，欲尽可能缩短作为装置的死区时间，并且不设置TAC电路12本身的死区时间以外的死区时间。关于该点，在本实施方式的荧光寿命测量装置1中，荧光的重复周期的整数倍(且比TAC电路12本身的死区时间更长)的时间作为闸极死区时间设定于测量用闸极11。在图6的下段，示出：荧光的重复周期的1倍(与荧光的重复周期相同)的闸极死区时间设定于测量用闸极11的例子。此外，图6～10中的“死区时间”表示闸极死区时间。
如果在测量了最初的光子之后产生图6所示的闸极死区时间(最初的闸极死区时间)，则无法取得该最初的闸极死区时间中的信号，因此，考虑该最初的闸极死区时间地实际上通过测量用闸极11的检测信号如图7的下段所示。然后，在最初的闸极死区时间结束，测量下个光子时，再次产生图8所示的闸极死区时间(第2次的闸极死区时间)。由于也无法取得该第2次的闸极死区时间中的信号，因此，如果考虑该第2次的闸极死区时间，则实际上通过测量用闸极11的检测信号如图9的下段所示。如此，如果重复在测量光子之后成为闸极死区时间，则实际上通过测量用闸极11的检测信号如图10所示。
此处，在此种荧光寿命测量装置中可进行时间测量的时间(在产生光子的情况均可测量的时间)是图11的“测量区域”所示的时间。此种时间的状态是只要输入光子即可测量的测量待机状态。测量待机状态是荧光寿命测量装置1实际上实施时间测量的时间。并且，如图12所示，可知：如果将“测量区域”在时间轴上按产生的顺序排列，则显现原本的荧光发光的曲线。其原因在于，如果通过将闸极死区时间设为荧光的重复周期的整数倍(此处为1倍)，合成各死区时间的前后的时间波形，则成为时间上连续的与荧光曲线的波形同等的波形。如上所述，通过将荧光的重复周期的整数倍的死区时间设定于测量用闸极11，可实现如进行了连续测量那样的测量(荧光波形的连续取得)。
接着，对不设定闸极死区时间的结构(比较例的结构)，参照图13～图18进行说明。此外，图13～图16中的“死区时间”是指，表示TAC电路本身的死区时间而非闸极死区时间。在比较例的结构中，如图13的上段所示，将荧光的重复周期设为1μs，另外，未设定闸极死区时间。由于未设定闸极死区时间，因此，如图13的下段所示，在检测了光子之后的死区时间仅为TAC电路本身的死区时间(比上述的闸极死区时间更短的死区时间)。在测量了最初的光子之后产生图13所示的死区时间，在该死区时间中无法测量光子。然后，在最初的死区时间结束时，如图14的下段所示可测量光子，在该光子的测量之后再次产生死区时间。当第2次的死区时间结束时，如图15的下段所示可测量光子，在该光子的测量之后再次产生死区时间。如此，如果重复在测量光子之后成为闸极死区时间，则实际上通过测量用闸极的检测信号如图16所示。并且，如果将图17所示的“测量区域”在时间轴上按产生的顺序排列，则成为图18所示的波形。该波形与上述的图12所示的波形不同，是与原本的荧光曲线的波形不完全一致的波形。如此，在未设定荧光的重复周期的整数倍的死区时间的结构中，无法实现如进行了连续测量那样的测量(荧光波形的连续取得)。
接着，对本实施方式的时间测量装置10及荧光寿命测量装置1的作用效果进行说明。
本实施方式的时间测量装置10具备：TAC电路12，其输入有检测器4检测现象而输出的检测信号，输出和与检测信号相关的时间相对应的测量信号；测量用闸极11，其设置于检测器4及TAC电路12的间，设为使检测信号向TAC电路12方向通过的第1状态、或不使检测信号向TAC电路12方向通过的第2状态；控制部14，其作为将测量用闸极11设为第2状态的时间即闸极死区时间设定于测量用闸极11的设定部而发挥功能；及控制部14，其作为基于从TAC电路12输出的测量信号将与检测信号相关的时间信息导出并输出的导出部而发挥功能，作为设定部发挥功能的控制部14，将检测器4中检测的荧光的重复周期的整数倍的时间，即，比TAC电路12本身的死区时间更长的时间，作为闸极死区时间而设定于测量用闸极11。
在本实施方式的时间测量装置10中，切换：对输出和与检测信号相关的时间相对应的测量信号的TAC电路12输入检测信号的第1状态、与不输入的第2状态。测量用闸极11，设定有荧光的重复周期的整数倍即比TAC电路12本身的死区时间更长的闸极死区时间，在该闸极死区时间的期间成为上述的第2状态。在此种时间测量装置10中，由于对测量用闸极11设定荧光的重复周期的整数倍的闸极死区时间，因此，基于从TAC电路12输出的测量信号导出的时间信息的时间波形，成为与在死区时间(非测量状态)的前后在时间上连续的波形同等的波形。并且，在本时间测量装置10中，由于设定于测量用闸极11的闸极死区时间比TAC电路12本身的死区时间更长，因此，虽然为对TAC电路12输入检测信号的测量状态，但不可能发生TAC电路12本身的死区时间中的情况，可适当地确保上述的闸极死区时间前后的时间波形的连续性。如上所述，根据本实施方式的时间测量装置10，可适当(连续)地取得与现象相关的时间波形。
也可以为，时间测量装置10还具备延迟产生电路30，作为设定部发挥功能的控制部14将重复周期的整数倍的延迟量设定于延迟产生电路30，延迟产生电路30接受通过了设为第1状态的测量用闸极11的检测信号的输入，将以由作为设定部发挥功能的控制部14对该检测信号设定的延迟量的延迟的延迟信号输出至测量用闸极11，测量用闸极11在设为第1状态并使检测信号通过之后，直至接受延迟信号的输入为止设为第2状态，在接受了延迟信号的输入之后，直至输入新的检测信号为止设为第1状态。根据此种结构，可将重复周期的整数倍的闸极死区时间可靠地设定于测量用闸极11。
也可以为，第1时间测量器具有：TAC电路12，其将和与检测信号相关的时间相对应的测量信号作为模拟信号输出；及TAC控制部13，其将从TAC电路12输出的模拟信号转换成数字信号并输出。通过使用将测量信号作为模拟信号输出的TAC电路12及TAC控制部13，与使用例如时间数字转换器的情况相比，可提高现象的测量的时间分辨率。
也可以为，时间测量装置10还具备：根据时钟信号输出计数信号的数字计数器20，TAC电路12输入有检测信号及时钟信号，输出与检测信号及时钟信号间的时间相对应的测量信号，作为导出部发挥功能的控制部14基于从数字计数器20输出的计数信号与从TAC电路12输出的测量信号，将时间信息导出并输出。根据此种结构，通过与时钟信号同步动作的数字计数器20输出计数信号而进行依存于时钟的频率的大致的时间测量(低时间分解率且长时间测量)，并且通过TAC电路12输出与检测信号及时钟信号间的时间相对应的测量信号而进行弥补数字计数器20的测量粗糙度的精细的时间测量(高时间分辨率且短时间测量)。通过组合这些时间测量结果而导出最终的时间信息，可实现高时间分辨率且长时间测量。
本实施方式的荧光寿命测量装置1是测量从试样S发出的荧光的寿命的荧光寿命测量装置，具备：光源3，其对试样S照射产生的光；检测器4，其检测来自照射有来自光源3的光的试样S的荧光，并输出检测信号；上述时间测量装置10，其输出与检测信号相关的时间信息；及计算机5，其基于时间信息导出试样S的荧光寿命。根据此种荧光寿命测量装置1，可使用上述的时间测量装置10，适当(连续)地取得荧光寿命的时间波形。
也可以为，计算机5将表示荧光的重复周期的设定信号输出至作为设定部发挥功能的控制部14。如此，通过从计算机5输出表示荧光的重复周期的设定信号，可在作为设定部发挥功能的控制部14，将荧光的重复周期的整数倍的闸极死区时间适当地设定于测量用闸极11。
以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明并未限定于上述实施方式。例如，如图19所示，荧光寿命测量装置1A的时间测量装置10A也可以还具备TAC电路16。TAC电路16是将从输入第1触发信号至输入第2触发信号的时间差，作为模拟信号(振幅)输出的时间振幅转换器的电路。TAC电路16输出和与检测器4中检测的检测信号相关的现象的同步信号相对应的信号。与检测器4中检测的检测信号相关的现象是指，检测器4中检测的来自试样S的荧光。现象的同步信号是指，脉冲发生器2所输出的信号，是与脉冲信号同步(例如，相同)的信号。TAC电路16，具体而言，将同步信号作为第1触发信号，将从时钟产生电路9输出的时钟信号作为第2触发信号，并将与同步信号及时钟信号的时间差相对应的模拟信号(振幅)作为与上述的同步信号相对应的信号输出至TAC控制部13。在该情况下，作为导出部发挥功能的控制部14也可以进一步考虑从TAC电路16输出的、与上述同步信号相对应的信号(基于该信号)而导出时间信息。即，控制部14也可以根据与同步信号相对应的信号，确定现象的开始时刻(始点)，更高精度地导出与由检测器4检测的检测信号相关的时间信息。由此，可考虑产生荧光的实际时刻，并更高精度地导出荧光寿命。
另外，如图20所示，荧光寿命测量装置1B的时间测量装置10B也可以具有2个TAC电路16a、16b作为TAC电路16，并且还具备基准用闸极15。另外，该时间测量装置10B也可以具有2个TAC控制部13a、13b作为TAC控制部13。TAC电路16a将与上述的同步信号相对应的信号输出至TAC控制部13b。另外，TAC电路16b将与上述的同步信号相对应的信号输出至TAC控制部13b。TAC控制部13b将从TAC电路16a、16b输入的信号转换成数字信号并输出至控制部14。此外，在该情况下，也可将从TAC电路12输出的信号输出至TAC控制部13a，TAC控制部13a将从TAC电路12输入的信号转换成数字信号并输出至控制部14。基准用闸极15考虑TAC电路16的死区时间，切换被输入上述的同步信号的TAC电路16a、16b。基准用闸极15从脉冲发生器2接受同步信号的输入，并将该同步信号仅输出至TAC电路16a、16b中的一个。基准用闸极15基于考虑死区时间而预先设定的切换信息，切换被输入同步信号的TAC电路16a、16b。该切换信息以不对死区时间中的TAC电路16a、16b输入同步信号的方式规定。如此，通过由基准用闸极15切换被输入同步信号的TAC电路16a、16b，可适当地避免因TAC电路16的死区时间的影响而使信号的测量效率恶化。
另外，如图21所示，也可如具有时间测量装置10C的荧光寿命测量装置1C那样，脉冲发生器2将与脉冲信号同步的、表示荧光的重复周期的设定信号输出至作为设定部发挥功能的控制部14。如此，通过从产生脉冲信号的脉冲发生器2输出与脉冲信号同步的、表示荧光的重复周期的设定信号，可在作为设定部发挥功能的控制部14，将荧光的重复周期的整数倍的闸极死区时间适当地设定于测量用闸极11。
另外，如图22所示，荧光寿命测量装置1D的时间测量装置10D除上述的时间测量装置10C的结构之外，也可具有TAC电路16。根据此种结构，在从脉冲发生器2输出设定信号的结构中，也可考虑产生荧光的实际的时刻，并更高精度地导出荧光寿命。
[符号说明]
1、1A、1B、1C、1D…荧光寿命测量装置、2…脉冲发生器(信号产生部)、3…光源、4…检测器、5…计算机(运算部)、10、10A、10B、10C、10D…时间测量装置、11…测量用闸极、12…TAC电路(时间振幅转换器)、13…TAC控制部(转换器)、14…控制部(设定部、导出部)、15…基准用闸极、16…TAC电路(第2时间测量器)、20…数字计数器、30…延迟产生电路。

Claims (9)

1.一种时间测量装置，其具备：
第1时间测量器，其输入有检测器检测现象而输出的检测信号，输出和与所述检测信号相关的时间相对应的测量信号；
闸极部，其设置于所述检测器及所述第1时间测量器之间，设为使所述检测信号向所述第1时间测量器方向通过的第1状态、或不使所述检测信号向所述第1时间测量器方向通过的第2状态；
设定部，其将闸极死区时间设定于所述闸极部，所述闸极死区时间为所述闸极部设为所述第2状态的时间；及
导出部，其基于从所述第1时间测量器输出的所述测量信号，将与所述检测信号相关的时间信息导出并输出，
所述设定部将所述检测器中检测的所述现象的重复周期的整数倍的时间且比所述第1时间测量器本身的死区时间更长的时间，作为所述闸极死区时间设定于所述闸极部。
2.根据权利要求1所述的时间测量装置，其中，
还具备延迟产生电路，
所述设定部将所述重复周期的整数倍的延迟量设定于所述延迟产生电路，
所述延迟产生电路接受通过了设为所述第1状态的所述闸极部的所述检测信号的输入，将以由所述设定部对该检测信号设定的所述延迟量延迟的延迟信号输出至所述闸极部，
所述闸极部，在设为所述第1状态并使所述检测信号通过之后，直至接受所述延迟信号的输入为止设为所述第2状态，并且在接受了所述延迟信号的输入之后，直至输入新的所述检测信号为止设为所述第1状态。
3.根据权利要求1或2所述的时间测量装置，其中，
所述第1时间测量器具有：时间振幅转换器，其将和与所述检测信号相关的时间相对应的所述测量信号作为模拟信号输出；及转换器，其将从所述时间振幅转换器输出的所述模拟信号转换成数字信号并输出。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的时间测量装置，其中，
还具备：计数器，其根据时钟信号而输出计数信号，
所述第1时间测量器，输入有所述检测信号及所述时钟信号，并输出与所述检测信号及所述时钟信号间的时间相对应的所述测量信号，
所述导出部，基于从所述计数器输出的所述计数信号与从所述第1时间测量器输出的所述测量信号，导出并输出所述时间信息。
5.一种荧光寿命测量装置，其中，
是测量从测量对象物发出的荧光的寿命的荧光寿命测量装置，
具备：
光源，其产生光；
所述检测器，其检测来自照射有来自所述光源的光的所述测量对象物的所述荧光，并输出所述检测信号；
权利要求1至4中任一项的所述时间测量装置，其输出与所述检测信号相关的时间信息；及
运算部，其基于所述时间信息，导出所述测量对象物的荧光寿命。
6.根据权利要求5所述的荧光寿命测量装置，其中，
还具备：信号产生部，其产生控制所述光源的光输出的脉冲信号，
所述信号产生部，将与所述脉冲信号同步的、表示所述荧光的重复周期的设定信号输出至所述设定部。
7.根据权利要求5或6所述的荧光寿命测量装置，其中，
所述运算部，将表示所述荧光的重复周期的设定信号输出至所述设定部。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的荧光寿命测量装置，其中，
还具备：信号产生部，其产生控制所述光源的光输出的脉冲信号，
所述信号产生部输出与所述脉冲信号同步的同步信号，
所述时间测量装置还具备：第2时间测量器，其输出与所述同步信号相对应的信号，
所述导出部，基于与所述同步信号相对应的信号，导出所述时间信息。
9.一种时间测量方法，其中，
是时间测量装置所执行的时间测量方法，
包含：
将检测器检测现象而输出的检测信号未输入时间测量器的第1死区时间，设定为所述现象的重复周期的整数倍的工序；及
基于从所述时间测量器输出的所述检测信号，导出并输出与所述检测信号相关的时间信息的工序，
所述第1死区时间比所述时间测量器本身的第2死区时间更长。
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