DE102008004549A1 - Simultaneous time resolved single photon registration device, has processing unit sorting and/or processing event data sets from data-buffer using excessive data sets, and output channel sending new data sets to arithmetic and logic unit - Google Patents

Simultaneous time resolved single photon registration device, has processing unit sorting and/or processing event data sets from data-buffer using excessive data sets, and output channel sending new data sets to arithmetic and logic unit Download PDF

Info

Publication number
DE102008004549A1
DE102008004549A1 DE102008004549A DE102008004549A DE102008004549A1 DE 102008004549 A1 DE102008004549 A1 DE 102008004549A1 DE 102008004549 A DE102008004549 A DE 102008004549A DE 102008004549 A DE102008004549 A DE 102008004549A DE 102008004549 A1 DE102008004549 A1 DE 102008004549A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
time
records
processing unit
data
data sets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102008004549A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102008004549B4 (en
Inventor
Michael Wahl
Hans-Jürgen Rahn
Tino Röhlicke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PicoQuant GmbH
Original Assignee
PicoQuant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PicoQuant GmbH filed Critical PicoQuant GmbH
Priority to DE200810004549 priority Critical patent/DE102008004549B4/en
Publication of DE102008004549A1 publication Critical patent/DE102008004549A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102008004549B4 publication Critical patent/DE102008004549B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6408Fluorescence; Phosphorescence with measurement of decay time, time resolved fluorescence

Abstract

The device has a supplying unit for supplying event data sets and excessive data sets around an identification of time measurement units (3, 4) and/or around an identification of an input channel (1) of signals. A sending unit is provided for sending the data sets to a CPU (9). A data-buffer (9a) receives and stores the data sets sent by the time measurement units. A processing unit (9b) chronologically sorts and/or processes the event data sets from the data-buffer using the excessive data sets. An output channel (10) sends new data sets to a processing arithmetic and logic unit. An independent claim is also included for a method for simultaneous time-resolved single photon registration from a number of detection channels.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen zeitaufgelösten Einzelphotonenregistrierung aus einer Mehrzahl von Detektionskanälen, insbesondere für Anwendungen in der zeitaufgelösten Fluoreszenzspektroskopie.The The invention relates to an apparatus and method for continuous Time-resolved single-photon registration of a plurality of detection channels, in particular for applications in time-resolved fluorescence spectroscopy.

Stand der TechnikState of the art

Zeitkorreliertes Einzelphotonenzählen (time correlated single photon counting, TCSPC) ist eine leistungsfähige Methode für empfindliche zeitaufgelöste Fluoreszenzmessungen bis hinab zur Einzelmolekülspektroskopie. Die Methode beruht auf der exakten zeitlichen Erfassung einzelner Photonen, z. B. eines Fluoreszenzsignals. Eine Beschreibung von TCSPC findet sich in DE 197 02 914 C2 , bzw. WO 1998/023941 A2 .Time-correlated single photon counting (TCSPC) is a powerful method for sensitive time-resolved fluorescence measurements down to single-molecule spectroscopy. The method is based on the exact time recording of individual photons, z. B. a fluorescence signal. A description of TCSPC can be found in DE 197 02 914 C2 , respectively. WO 1998/023941 A2 ,

Ursprünglich wurde die Methode hauptsächlich mit dem Ziel der Bestimmung von Fluoreszenz-Lebensdauern eingesetzt. Hierbei reduziert sich die Aufgabe der zeitlichen Erfassung einzelner Photonen auf eine wiederholte Differenzmessung zwischen dem Zeitpunkt der Fluoreszenzanregung (z. B. durch kurze Laserpulse) und dem Zeitpunkt der Detektion eines Fluoreszenzphotons. Während die einzelnen Differenzen zunächst zufällig sind, erhält man mit dem Histogramm vieler solcher Differenzen eine zeitaufgelöste Repräsentation des Fluoreszenzzerfalls. Die Zeitmessung erfolgt auf elektrischen Puls-Signalen, die im Falle der Photonen von geeigneten Einzelphotonendetektoren geliefert werden, und im Falle der Fluoreszenz-Anregungspulse oft direkt z. B. vom Anregungslasersystem bereitgestellt werden. Letztere Signale werden auch als Synchronisationssignale bezeichnet.Originally the method became mainly with the purpose of the determination used by fluorescence lifetimes. This is reduced the task of time recording of single photons on one repeated difference measurement between the time of fluorescence excitation (eg by short laser pulses) and the time of detection of a Fluorescence photon. While the individual differences initially are random, you get with the histogram of many such differences a time-resolved representation of fluorescence decay. Timing is electrical Pulse signals, in the case of photons from suitable single-photon detectors and in the case of fluorescence excitation pulses often directly for B. be provided by the excitation laser system. Latter Signals are also referred to as synchronization signals.

Die praktisch relevanten Fluoreszenzlebensdauern, z. B. in der Bioanalytik, liegen in der Größenordnung von 0,5 bis 100 Nanosekunden. In der Analyse ist allerdings nicht nur die mittlere Fluoreszenzlebensdauer, sondern auch die genaue Form des Fluoreszenzzerfalls von Bedeutung, z. B. bei der Unterscheidung gemischter Spezies oder bei der Untersuchung von Rotationsprozessen.The practically relevant fluorescence lifetimes, z. In bioanalytics, are on the order of 0.5 to 100 nanoseconds. However, in the analysis, not only is the mean fluorescence lifetime, but also the exact form of the fluorescence decay of importance, z. In the discrimination of mixed species or in the study of rotation processes.

Die Zeitmessung für die einzelnen Photonen erfolgt üblicherweise mit Hilfe schneller elektronischer Schaltungen, die eine Zeitauflösung bis in den einstelligen Pikosekundenbereich erlauben. Die historisch verbreitetste Lösung dafür ist die Kombination so genannter Zeit-Amplituden-Konverter (time to amplitude converter, TAC) mit einer nachfolgenden Analog-Digital-Wandlung. In der jüngeren Zeit dominieren dagegen sogenannte Zeit-Digital-Wandler (time to digital converter, TDC), die bei ähnlichen Auflösungen erheblich längere Zeitspannen messen kön nen und meist durch eine Quarzreferenz dauerhaft kalibriert sind ( Kalisz, 2004 ).The time measurement for the individual photons is usually carried out with the aid of fast electronic circuits, which allow a time resolution down to the one-digit picosecond range. The most widely used solution for this is the combination of so-called time-to-amplitude converters (TACs) with subsequent analog-to-digital conversion. In the recent past, however, so-called time-to-digital converters (TDC) dominate, which can measure significantly longer time periods at similar resolutions and are usually permanently calibrated by a quartz reference ( Kalisz, 2004 ).

Nachdem für ein Photon ein digitales Zeitdifferenzergebnis ermittelt wurde, muss im Folgenden nur noch die korrespondierende Zelle eines Histogrammspeichers inkrementiert werden. Dies wird üblicherweise ebenfalls durch schnelle Elektronik direkt in Hardware realisiert.After this determines a digital time difference result for a photon In the following, only the corresponding cell of a Histogram memory be incremented. This will usually also realized by fast electronics directly in hardware.

Da die Histogrammbildung über Zeitdifferenzen für die Aufzeichnung von Fluoreszenzzerfällen ausreichend ist, wird nur eine "lokale" Zeitinformation zwischen einem Anregungspuls und dem nächsten Photon ausgewertet, die im Bereich von Pikosekunden bis Nanosekunden liegt. Diese "lokale" Auswertung der Zeitinformation begrenzt dabei auch die Menge an Information, welche aus einem Experiment gewonnen werden kann.There the histogram formation over time differences for the recording of fluorescence decays is sufficient, only a "local" time information between an excitation pulse and the next photon evaluated in the range of Picoseconds to nanoseconds. This "local" evaluation of the Time information also limits the amount of information which can be obtained from an experiment.

Obwohl diese Art der Anwendung heute noch wichtig ist, kann aus einem Experiment mit zeitlicher Erfassung von Photonenereignissen oft viel mehr Information gewonnen werden, wenn man die Zeitinformation nicht nur "lokal" gewinnt und auswertet, sondern jedes Ereignis auf einer ganzheitlichen Zeitspur über die Dauer des gesamten Experiments erfasst. Dadurch ist nach dem Experiment eine Auswertung unter unterschiedlichen Gesichtspunkten möglich. Z. B. können auf diese Weise die gewonnen Fluoreszenzdaten sowohl mittels TCSPC hinsichtlich der Fluoreszenz-Lebensdauer ausgewertet werden, als auch mittels Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie (FCS) hinsichtlich Diffusion und damit räumlichen Dimensionen.Even though This type of application is still important today, may be from an experiment with time recording of photon events often much more information be won, if the time information is not just "local" wins and evaluates, but each event on a holistic Time track recorded over the duration of the entire experiment. As a result, after the experiment, an evaluation under different Aspects possible. For example, on this Obtain the fluorescence data obtained both by TCSPC the fluorescence lifetime are evaluated, as well as by means of Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS) for Diffusion and thus spatial dimensions.

Diese Vorgehensweise hat sich erfolgreich als "zeitgestempelte" Aufzeichnung von Einzelphotonen etabliert, d. h. jedes registrierte Ereignis wird als Datensatz (Ereignisdatensatz) zusam men mit einem Zeitstempel gespeichert, der den genauen Zeitpunkt der Erfassung enthält. Durch die Aufzeichnung aller dieser Datensätze im Laufe eines Experiments erhält man eine vollständige Erfassung aller gemessenen Ereignisse. Damit sind fortgeschrittene und neue Anwendungen wie Fluoreszenz-Lebensdauer-Bildaufzeichnung mit großen Bildformaten ( Koberling et al., 2003 ) sowie die Fluoreszenz-Lebensdauer-Korrelationsspektroskopie ( Gregor et al., 2007 ) möglich geworden.This approach has been successfully established as "time-stamped" recording of single photons, ie each registered event is stored as a record (event record) together with a timestamp containing the exact time of capture. Recording all these records in the course of an experiment provides a complete record of all measured events. Thus, advanced and new applications such as fluorescence lifetime imaging are great image formats ( Koberling et al., 2003 ) as well as fluorescence lifetime correlation spectroscopy ( Gregor et al., 2007 ) become possible.

Entsprechende Geräte, die den neuesten Stand der Technik repräsentieren, gestatten die Zeitstempelung mit Pikosekunden-Auflösung.Appropriate Devices that represent the state of the art, allow time stamping with picosecond resolution.

So beschreiben Wahl et al. (1998) die Verwendung der "zeitgestempelten" Aufzeichnung von Photonen und deren Weiterverarbeitung in Echtzeit zur Fluoreszenz-Lebenszeit-Berechnung und Einzelmoleküldetektion. Um dabei eine möglichst hohe Genauigkeit über die gesamte Dauer des Experiments zu gewährleisten, wird die pikosekundengenaue Zeit des Ereignisses immer relativ zu einem langsameren Zeittakt angegeben. Der Ereignisdatensatz enthält daher neben der pikosekundengenauen Zeit des TDCs immer noch die zugehörige "real-time" Zeit, relativ zum Beginn des Experiments. Diese Methode wird als time-tagged time-resolved (TTTR) bezeichnet. Dadurch ist es möglich, den genauen Zeitpunkt jedes Ereignisses über die gesamte Dauer des Experiments aufzuzeichnen.So describe Wahl et al. (1998) the use of "time stamped" recording of photons and their further processing in real time for fluorescence lifetime calculation and single molecule detection. In order to ensure the highest possible accuracy over the entire duration of the experiment, the picosecond time of the event is always given relative to a slower clock. The event data set therefore still contains the associated "real-time" time, in addition to the exact picosecond time of the TDC, relative to the start of the experiment. This method is called time-tagged-time (TTTR). This makes it possible to record the exact time of each event over the entire duration of the experiment.

Koberling et al (2003) beschreiben die Anwendung von TCSPC mit TTTR für zwei Wellenlängen. Die Aufzeichnung mittels TTTR eignet sich dabei auch dazu, andere Daten, wie beispielsweise die Positionsdaten des aktuellen Messpunkts in einem konfokalen Fluoreszenzmikroskops, als zeitmarkierte Ereignisse zu erfassen, die als eigene Ereignisdatensätze eingefügt werden können. Koberling et al (2003) describe the application of TCSPC with TTTR for two wavelengths. Recording by means of TTTR is also suitable for recording other data, such as the position data of the current measuring point in a confocal fluorescence microscope, as time-marked events which can be inserted as separate event data sets.

Dadurch sind alle zur Auswertung der Daten relevanten Daten zusammen verfügbar und werden direkt auf dem angeschlossenen Rechner gespeichert. Nach dem Experiment können sie unter verschiedenen Gesichtspunkten ausgewertet werden.Thereby All data relevant to the evaluation of the data are available together and are stored directly on the connected computer. To they can do the experiment from different points of view be evaluated.

Eine Anordnung von zwei Kanälen, welche TTTR mit zwei unabhängigen Kanälen realisiert, beschreiben Wahl et al. ( Wahl et al., 2007 ). Dabei arbeiten zwei TDCs mit einer gemeinsamen Zeitbasis. Dadurch konnte beispielsweise die Totzeit des Gesamtsystems eliminiert werden. Eine Erweiterung durch einen dritten Kanal war bei dem geschilderten System nicht möglich.An arrangement of two channels implementing TTTR with two independent channels is described by Wahl et al. ( Wahl et al., 2007 ). Two TDCs work with a common time base. As a result, for example, the dead time of the entire system could be eliminated. An extension by a third channel was not possible in the described system.

Existierende Lösungen, die mehrere Detektionskanäle durch Multiplexing mit einer einzigen Zeitmesseinheit verbinden, beschrieben in DE 4339784 A1 , sind auf Anwendungsfälle mit geringer Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Eintreffens von Photonenereignissen auf mehr als einem Kanal beschränkt, da anderenfalls keine eindeutige Zuordnung zu einem Kanal möglich ist. Die Kanäle sind daher nicht unabhängig, und es entstehen Artefakte bei Korrelationsmessungen. Prinzipbedingt sind der möglichen Kanalzahl enge Grenzen gesetzt. Weiterhin sind Anwendungen mit hohen Zählraten, wie z. B. die optische Tomographie, stark eingeschränkt. Darüber hinaus muss jedem Kanal separat ein Synchronisationssignal von der zugehörigen Anregungslichtquelle zugeführt werden.Existing solutions that connect multiple detection channels by multiplexing with a single time-measuring unit described in DE 4339784 A1 , are limited to low likelihood applications of simultaneous arrival of photon events on more than one channel, otherwise they can not be uniquely assigned to a channel. The channels are therefore not independent, and artifacts arise in correlation measurements. Due to the principle, the possible number of channels has narrow limits. Furthermore, applications with high count rates, such. As the optical tomography, severely limited. In addition, each channel must be separately supplied with a synchronization signal from the associated excitation light source.

Existierende Lösungen, die mehrere unabhängige Kanäle bereitstellen, werden bisher auf zwei Wegen realisiert: Im ersten Falle betreibt man mehrere klassische TCSPC-Elektroniken parallel ( Becker et al., 2001 ). Hierbei stellt jede Einheit einen Kanal dar. Aus jeder Einheit entstehen separate Datenströme, die durch den verarbeitenden Rechner wieder zusammengeführt werden und geordnet werden müssen. Dies schränkt die Echtzeit auswertung der Daten, z. B. in Form von Korrelationsanalysen, erheblich ein.Existing solutions that provide multiple independent channels have so far been realized in two ways: In the first case, several classical TCSPC electronics are operated in parallel ( Becker et al., 2001 ). In this case, each unit represents a channel. Each unit generates separate data streams which have to be brought together again by the processing computer and have to be sorted. This limits the real-time evaluation of the data, e.g. In the form of correlation analyzes.

Im zweiten Falle realisiert man mehrere Kanäle integriert als eine Einheit mit einer bestimmten Anzahl von Kanälen im einstelligen Bereich. Produkte auf dem Markt sind derzeit z. B. B&H DPC-230, Agilent TC890 oder SENSL HRMTime. Auch dieser Ansatz ist limitiert im Sinne der Skalierbarkeit. Versucht man, mehrere dieser Einheiten parallel zu betreiben, besteht erneut das Problem getrennter Datenströme, die nachträglich sortiert werden müssen.in the second case one realizes several channels integrated as a unit with a certain number of channels in the single-digit range. Products on the market are currently z. B. B & H DPC-230, Agilent TC890 or SENSL HRMTime. This approach is also limited in the sense of scalability. If you try, several of these units operate in parallel, there is again the problem of separate data streams, which must be sorted later.

Eine gemeinsame Limitierung bekannter Systeme besteht daher vor allem in der Anzahl möglicher unabhängiger Anregungs- und/oder Detektionskanäle. Um mit Signalen von mehreren Detektoren bis hin zu Matrixdetektoren arbeiten zu können, z. B. zur Realisierung mehrerer Farbkanäle oder für bildgebende Verfahren, sind Kanalzahlen von einigen wenigen bis zu hunderten von Interesse. Die bisher bekannten Lösungen erfordern immer eine Konstruktion einer speziellen Messanordnung für jedes einzelne Problem und sind dementsprechend nur schwierig erweiterbar.A Common limitation of known systems therefore exists above all in the number of possible independent stimuli and / or detection channels. To deal with signals from several Detectors to matrix detectors, z. B. for the realization of multiple color channels or for imaging techniques, channel numbers are from a few to to hundreds of interest. The previously known solutions always require a design of a special measuring arrangement for every single problem and are accordingly only difficult to expand.

Aufgabetask

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik für zeitaufgelöstes Einzelphotonenzählen zu überwinden. Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere ein Verfahren anzugeben, das bezüglich der Anzahl möglicher Kanäle und der Dauer des Experiments beliebig skalierbar ist und unabhängig von der Anzahl der Kanäle stets einen einheitlichen, sortierten Datenstrom hervorbringt.The present invention is based on the object, the disadvantages of the prior art for time resolved single photon counting. The object of the invention is, in particular, to specify a method which is arbitrarily scalable with regard to the number of possible channels and the duration of the experiment and, regardless of the number of channels, always produces a uniform, sorted data stream.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindung umfasst auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved by the invention with the features of the independent Claims solved. Advantageous developments The inventions are characterized in the subclaims. The wording of all claims hereby by reference to the content of this description. The invention also includes all meaningful and especially all mentioned Combinations of independent and / or dependent Claims.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur simultanen zeitaufgelösten Einzelphotonenregistrierung aus einer Mehrzahl von Detektionskanälen mit einer Mehrzahl von Zeitmesseinheiten, einer gemeinsamen Zeitbasis für alle Zeitmesseinheiten und einer zentralen Verarbeitungseinheit. Typischerweise enthält ein Detektionskanal sowohl optische Komponenten zum Sammeln der Photonen als auch einen Einzelphotonendetektor, wie eine single-photon avalanche Diode (SPAD) oder einen Photomultiplier (PMT).The Task is solved by a device for simultaneous Time-resolved single-photon registration of a plurality of detection channels with a plurality of time measuring units, a common time base for all time measurement units and a central processing unit. Typically, one contains Detection channel both optical components for collecting the photons as well as a single-photon detector, such as a single-photon avalanche Diode (SPAD) or a photomultiplier (PMT).

Die Zeitmesseinheiten enthalten dazu mindestens einen Eingangskanal um Signale aus einem der Detektionskanäle einspeisen zu können. Allerdings können auch andere Signale, wie beispielsweise Signale synchron zu den Pulsen eines Anregungslasers zugeführt werden.The Timing units contain at least one input channel to feed in signals from one of the detection channels can. However, other signals, such as signals synchronous to the pulses of an excitation laser be supplied.

Zusätzlich enthalten die Zeitmesseinheiten einen Zeit-Digital-Wandler (time-to-digital converter, TDC) zur Zeitmessung. Ein TDC erfasst den Zeitpunkt eines Signals und gibt ihn in digitaler Form aus. Die für TDCs üblichen Realisierungen bzw. elektrischen Schaltungen sind in Kalisz (2004) beschrieben.In addition, the timing units include a time-to-digital converter (TDC) for timing. A TDC detects the timing of a signal and outputs it in digital form. The usual implementations or electrical circuits for TDCs are in Kalisz (2004) described.

Typischerweise enthält ein TDC einen Zähler, der durch den Takt einer Zeitbasis getriggert wird. Auf diese Weise wird eine erste grobe Zeitskala geschaffen. Für höhere Zeitauflösungen wird zwischen den Takten der Zeitbasis interpoliert.typically, a TDC contains a counter, which by the clock a time base is triggered. This will be a first rough time scale created. For higher time resolutions is interpolated between the bars of the time base.

Der Zähler zählt üblicherweise von Null bis zu der größten durch seine Bitbreite vorgegebenen Zahl. Während einer solchen Zählung kann er eine Mehrzahl von Ereignissen erfassen und deren Zeitpunkt digital ausgeben.Of the Counter usually counts from zero to to the largest given by its bit width Number. During such a count he can do one Capture a plurality of events and digitally output their time.

Die Zeit-Digital-Wandler aller Zeitmesseinheiten arbeiten mit der gemeinsamen Zeitbasis.The Time-to-digital converters of all time measurement units work with the common Time basis.

Des Weiteren enthalten die Zeitmesseinheiten Mittel, die für jedes Signal des Einzelphotonendetektors mit Hilfe des Zeit-Digital-Wandlers einen Ereignisdatensatz erzeugen, der die Ankunftszeit des Signals angibt. Dadurch wird jedes Signal mit seiner Ankunftszeit gespeichert. Die Auflösung der Zeit-Digital-Wandler kann entsprechend den Anforderungen des Experiments angepasst werden. So sind Auflösungen von unter einer Pikosekunde ebenso möglich, wie mehrere Pikosekunden oder gar Nanosekunden.Of Furthermore, the timekeeping units include funds earmarked for each signal of the single-photon detector using the time-to-digital converter generate an event record that estimates the arrival time of the signal indicates. This will save each signal with its arrival time. The resolution of the time-to-digital converter can be adjusted accordingly adapted to the requirements of the experiment. Such are resolutions from under a picosecond possible as well as several Picoseconds or even nanoseconds.

Die maximale Dauer der Zeit, die erfasst werden kann und damit auch die späteste Ankunftszeit des Signals, ist durch die zur Zeiterfassung verwendete Menge an Bits im Zeit-Digital-Wandler, beispielsweise zwischen 10 und 32 Bit, begrenzt. Diese Beschränkung wird dadurch überwunden, dass die Zeitmesseinheiten Mittel enthalten, die bei Überlauf des Zeit-Digital-Wandlers einen Überlaufdatensatz erzeugen. Dadurch kann beliebig lange mit voller Auflösung kontinuierlich gemessen werden. Dies ermöglicht Messungen auf längeren Zeitskalen, z. B. über Millise kunden oder Sekunden, im Prinzip unbegrenzt, also auch über Minuten und Stunden.The maximum duration of time that can be captured and therefore the latest arrival time of the signal is through the to Time detection used amount of bits in the time-to-digital converter, for example, between 10 and 32 bits, limited. This restriction is overcome by the fact that the time measuring units means contain an overflow record when the time-to-digital converter overflows produce. This allows any length of full resolution be measured continuously. This allows measurements on longer time scales, z. B. over milliseconds or seconds, in principle unlimited, so also over minutes and hours.

Um nun bei einer Mehrzahl an Eingangskanälen und mehreren Zeitmesseinheiten die erzeugten Ereignisdatensätze oder Überlaufdatensätze identifizieren zu können, enthalten die Zeitmesseinheiten Mittel, die jeden Ereignisdatensatz und jeden Überlaufdatensatz um eine Identifikation der Zeitmesseinheit ergänzen, in dem diese erzeugt wurden, und/oder des Eingangskanals des Signals. Dadurch können später alle Datensätze eindeutig zugeordnet werden.Around now with a plurality of input channels and several Timing units generate the generated event records or overflow records to be able to identify the time measurement units Means containing each event record and each overflow record to complete an identification of the time measurement unit in which these were generated, and / or the input channel of the signal. Thereby Later, all records can be unique be assigned.

Des Weiteren enthalten die Zeitmesseinheiten Mittel zum Senden der Ereignisdatensätze und Überlaufdatensätze zu der zentralen Verarbeitungseinheit. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Mitteln um eine serielle Verbindung, beispielsweise über die Backplane eines Frames, wenn die einzelnen modularen Zeitmesseinheiten als Einschübe für den Frame ausgeführt sind. Es können auch optische Datenverbindungen verwendet werden.Furthermore, the timekeeping units include means for sending the event records and overflow records to the central processing unit. Preferably, these means are a serial connection, for example via the backplane of a frame, when the individual modular time measuring units are designed as bays for the frame. It can also be optical data connections be used.

Die angegebenen Mittel der Zeitmesseinheiten können beispielsweise durch einen oder mehrere FPGAs ausgeführt werden. Dadurch ist auch gleichzeitig eine flexible Anpassung der Verarbeitung der Signale möglich.The indicated means of the time measuring units, for example by one or more FPGAs. Thereby is at the same time a flexible adaptation of the processing of Signals possible.

Zusätzlich können die Zeitmesseinheiten Eingangskanäle enthalten, in die Signale eingespeist werden können, für welche die zeitliche Auflösung der gemeinsamen Zeitbasis der Zeitmesseinheiten ausreichend ist, wie beispielsweise der Zeilenumbruch bei bildgebenden Verfahren oder Positionsdaten einer Scaneinrichtung. Für diese ist eine sehr genaue Zeitmessung, wie sie im Zeit-Digital-Wandler durch Interpolation erzielt wird, nicht zwingend nötig. Daher werden für diese Signale Ereignisdaten sätze erzeugt, welche nur die Zeitangabe bzw. den Zählerstand des Zählers des TDC enthalten, der durch die gemeinsame Zeitbasis getriggert wird. Dadurch können beliebige Informationen eines Experiments direkt und zeitsynchron in die Messdaten eingebettet werden. Dies erleichtert die Auswertung und erhöht die Datensicherheit, da alle Daten gemeinsam erfasst und/oder verarbeitet werden können.additionally the time measuring units may contain input channels, into which signals can be fed for which the temporal resolution of the common time base the time measuring units is sufficient, such as the line break in imaging methods or position data of a scanning device. For This is a very accurate timekeeping, as in the time-to-digital converter achieved by interpolation, not absolutely necessary. Therefore, event data sets are used for these signals generated, which only the time or the count of the counter of the TDC included by the common Timebase is triggered. This allows any information an experiment directly and time-synchronously embedded in the measurement data. This facilitates the evaluation and increases the data security, because all data can be collected and / or processed together.

Alle Zeitmesseinheiten werden – wie oben bereits angegeben – mit einer gemeinsamen Zeitbasis betrieben. Deren Frequenz kann z. B. durch Phase locked loops in einzelnen Zeitmesseinheiten in unterschiedliche Frequenzen umgewandelt werden. Die Laufzeiten der Zeitbasis-Signale durch die unterschiedlichen Verbindungen zwischen den Zeitmesseinheiten können durch eine Kalibrierung der Zeit-Digital-Wandler berücksichtigt werden.All Time measurement units are - as stated above - with operated on a common time base. Their frequency can z. B. through phase locked loops in individual time measurement units in different Frequencies are converted. The transit times of the time base signals through the different connections between the time-measuring units can be done by calibrating the time-to-digital converter be taken into account.

Durch die gemeinsame Zeitbasis sind die von den Zeitmesseinheiten erzeugten Überlaufdatensätze miteinander synchronisiert.By the common time base are the overflow records generated by the timekeeping units synchronized.

Die zentrale Verarbeitungseinheit hat die Aufgabe alle erhaltenen Ereignisdatensätze chronologisch zu ordnen und/oder zu verarbeiten.The Central processing unit has the task all received event records to arrange chronologically and / or to process.

Um die Daten aller Zeitmesseinheiten chronologisch ordnen und/oder verarbeiten zu können, enthält die zentrale Verarbeitungseinheit eine Mehrzahl von Daten-Puffern, wobei jeder Daten-Puffer jeweils die von einer Zeitmesseinheit gesendeten Datensätze empfängt und speichert. Bevorzugt sind diese Puffer FiFo-Puffer (first-in-first-out-Puffer). Ihre Größe wird so gewählt, dass mindestens die im Experiment anfallende Datenmenge zwischen zwei Überlaufdatensätzen gespeichert werden kann.Around arrange the dates of all time measurement units chronologically and / or to process, contains the central processing unit a plurality of data buffers, each data buffer respectively receives the records sent by a timing unit and saves. Preferably, these buffers are FIFO buffers (first-in-first-out buffers). Their size is chosen so that at least the amount of data in the experiment between two overflow records can be stored.

Diese Puffer sind notwendig, da u. U. durch Verzögerungen bei der Übertragung oder der Verarbeitung in den Zeitmesseinheiten, beispielsweise bei hohen Ereignisraten, die Ereignisdatensätze eines bestimmten Zeitpunkts nicht gleichzeitig mit den Ereignisdatensätzen des gleichen Zeitpunkts einer anderen Zeitmesseinheit bei der zentralen Verarbeitungseinheit eintreffen. Die Datensätze jeder Zeitmesseinheiten werden zwar in der Reihenfolge ihrer Erzeugung übertragen, die Datensätze verschiedener Zeitmesseinheiten kommen aber u. U. nicht gleichzeitig an der zentralen Verarbeitungseinheit an.These Buffers are necessary because u. U. by delays in transmission or processing in the timekeeping units, for example, at high event rates, the event records at some point in time, not simultaneously with the event records the same time of another time measuring unit at the central Processing unit arrive. The records of each time measurement unit are transmitted in the order of their generation, but the data sets of different time measuring units come u. U. not at the same time at the central processing unit.

Um die Daten in den Puffern verarbeiten zu können, enthält die zentrale Verarbeitungseinheit Mittel, die alle Ereignisdatensätze aus allen Daten-Puffern mit Hilfe der Überlaufdatensätze chronologisch sortieren und/oder verarbeiten. Dazu werden alle Ereignisdatensätze sortiert und/oder verarbeitet, welche zwischen Paaren zeitgleicher Überlaufdatensätze der Zeitmesseinheiten erfasst wurden. Dabei werden die Ereignisdatensätze in neue Datensätze umgewandelt, welche beispielsweise eine gemeinsame Zeitzählung aufweisen, welche nicht mit der vorherigen übereinstimmen muss. Dabei können beispielsweise redundante Überlaufdatensätze entfernt und auf einen einzigen reduziert werden. Bevorzugt sind diese Mittel derart ausgeführt, dass der Algorithmus zur Sortierung oder Verarbeitung der Datensätze frei wählbar ist, also z. B. als FPGA oder DSP.Around contains the data in the buffers the central processing unit means all the event records from all data buffers using the overflow records sort and / or process chronologically. This will be all event records sorted and / or processed, which is between pairs of contemporaneous overflow records the time measurement units were recorded. This will be the event records converted into new records, which for example a have common time counting, which does not coincide with the previous match. It can, for example redundant overflow records removed and on a single reduced. Preferably, these agents are such executed that algorithm for sorting or processing the data sets is freely selectable, ie z. B. as FPGA or DSP.

Des Weiteren enthält die zentrale Verarbeitungseinheit einen Ausgangskanal, der die neuen Datensätze an mindestens eine weiterverarbeitende Recheneinheit sendet. Der Ausgangskanal ist bevorzugt eine serielle Datenverbindung, besonders bevorzugt eine Standardschnittstelle, wie USB, FireWire oder PCI-express. Bei der Übermittlung der neuen Datensätze kann das gleiche Prinzip der Zeitcodierung mit Überlaufdatensätzen verwendet werden wie bei der Übermittlung zwischen Zeitmesseinheiten und zentraler Verarbeitungseinheit.Of Furthermore, the central processing unit includes a Output channel that connects the new records to at least one further processing processing unit sends. The output channel is preferably a serial data connection, particularly preferably one Standard interface, such as USB, FireWire or PCI-express. In the transmission The new records may have the same principle of time coding be used with overflow records as in the transmission between time measurement units and central Processing unit.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die zeitaufgelöste Registrierung von Photonenereignissen aus einer Mehrzahl von Detektionskanälen ohne die Nachteile des Stands der Technik. Sie ist durch ihren modularen Aufbau beliebig skalierbar. Die Ereignisse auf den einzelnen Kanälen werden über die gesamte Dauer des Experiments in voller Auflösung vermessen. Durch die Synchronisation aller Kanäle auf eine gemeinsame Zeitbasis können die Ereignisse aller Kanäle in ihrer genauen zeitlichen Lage zueinander erfasst werden, und können so chronologisch sortiert und/oder verarbeitet werden. Die Erfindung beseitigt die Einschränkungen bestehender Lösungen dahingehend, dass eine modulare Skalierbarkeit möglich wird, ohne dazu mehrere Einheiten einzeln an den Rechner zu koppeln, die prinzipbedingt getrennte Datenströme liefern, welche nachträglich durch Software geordnet werden müssen und damit Einschränkungen in der Echtzeitanalyse der Daten bewirken.The device according to the invention allows the time-resolved registration of photon events from a plurality of detection channels without the disadvantages of the prior art. She is through her mo modular structure scalable. The events on each channel are measured in full resolution throughout the duration of the experiment. By synchronizing all channels on a common time basis, the events of all channels can be recorded in their exact temporal position to each other, and can be sorted and / or processed chronologically. The invention eliminates the limitations of existing solutions in that modular scalability becomes possible without individually coupling several units to the computer, which in principle provide separate data streams which have to be subsequently sorted by software and thus impose restrictions on the real-time analysis of the data.

Die auf oben angegebene Weise sortierten und/oder verarbeiteten Daten können in Echtzeit ausgewertet werden, da sichergestellt ist, dass für ein bestimmtes Zeitfenster alle Daten geordnet bzw. sortiert vorliegen. Erst durch diese Sortierung ist es für manche Anwendungen möglich, die Daten in Echtzeit zu analysieren.The sorted and / or processed data as indicated above can be evaluated in real time, since ensured is that for a given time frame all data is ordered or sorted. Only through this sorting is it for Some applications make it possible to analyze the data in real time.

In eine der Zeitmesseinheiten kann ein Signal einer Anregungslichtquelle, z. B. eines Ultrakurzpulslasers, eingespeist werden, evtl. nachdem es durch einen Teiler in seiner Frequenz reduziert wurde. Für jedes Signal bzw. für jeden Puls wird ein Ereignisdatensatz erzeugt. Mit Hilfe dieser Ereignisdatensätze können durch spätere Auswertung z. B. TCSPC-Analysen durchge führt werden. Ein Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass für beliebig viele Detektionskanäle lediglich ein einziger Kanal für die Aufnahme von Signalen der Anregungsquelle (Synchronisationskanal) benötigt wird.In one of the time measuring units may be a signal of an excitation light source, z. As an ultrashort pulse laser, can be fed, possibly after it was reduced in frequency by a divider. For each signal or pulse becomes an event record generated. With the help of these event records can by later evaluation z. B. TCSPC analyzes Runaway leads become. An advantage of the device is that for any number of detection channels only one Channel for recording signals of the excitation source (Synchronization channel) is needed.

Vorteilhafterweise enthalten die Mittel der Zeitmesseinheiten zum Senden der Ereignisdatensätze und Überlaufdatensätze zu der zentralen Verarbeitungseinheit mindestens einen FIFO-Puffer (first-in-first-out-Puffer), zum Abpuffern von Verzögerungen beim Senden, beispielsweise bei hohen Ereignisraten.advantageously, contain the means of the timekeeping units to send the event records and overflow records to the central processing unit at least one FIFO buffer (first-in-first-out buffer) for buffering delays in sending, for example at high Event rates.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die gemeinsame Zeitbasis extern eingespeist, beispielsweise durch eine Atomuhr.In a further advantageous embodiment of the invention is the common time base externally fed, for example by a Atomic clock.

Es ist auch möglich, dass die zentrale Verarbeitungseinheit Mittel zum Erstellen von Histogrammen oder Korrelationsfunktionen enthält. Dadurch kann für bestimmte Anwendungen die Auswertung auf der angeschlossenen Recheneinheit weiter vereinfacht werden, da nur die wirklich benötigten Daten übertragen werden. z. B. können Photonenereignisse mit den Pulsen eines Anregungslasers korreliert werden, um so TCSPC-Auswertungen durchführen zu können.It is also possible that the central processing unit Means for creating histograms or correlation functions contains. This allows for certain applications the evaluation on the connected processing unit further simplified because only the really needed data is transferred become. z. For example, photon events can occur with the pulses of an excitation laser, so TCSPC evaluations to carry out.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten als Kaskade geschaltet. Dadurch können die Datensätze sehr vieler Zeitmesseinheiten verarbeitet werden. Alternativ könnte der Ausgangskanal einer zentralen Verarbeitungseinheit wieder an einen Eingangskanal einer anderen zentralen Verarbeitungseinheit angeschlossen werden. Dadurch ist das System im Prinzip beliebig erweiterbar, solange eine gemeinsame Zeitbasis für alle Zeitmesseinheiten gewährleistet ist.In A further advantageous embodiment of the invention are several central processing units switched as a cascade. Thereby can the datasets of very many time measurement units are processed. Alternatively, the output channel could a central processing unit back to an input channel of a be connected to other central processing unit. Thereby is the system basically expandable as long as a common Time base guaranteed for all time measuring units is.

Die Konstruktion der einzelnen Komponenten der Vorrichtung kann ebenfalls frei gewählt werden. Vorteilhafterweise sind die einzelnen Komponenten als Einschübe für einen Frame konstruiert, um eine einfache Erweiterung sicherzustellen.The Construction of the individual components of the device can also be chosen freely. Advantageously, the individual Components constructed as bays for a frame, to ensure a simple extension.

Die vollständige Erfassung aller gemessenen Signale ermöglicht eine vielfältige Analyse der Daten für viele verschiedene Anwendungen, beispielsweise Fluoreszenzlebensdauer-Bilder (fluorescence lifetime imaging, FLIM), Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (fluorescence correlation spectroscopy, FCS) neben allen bekannten Standardanwendungen von TCSPC.The complete capture of all measured signals a diverse analysis of the data for many different Applications such as fluorescence lifetime images (fluorescence lifetime imaging, FLIM), fluorescence correlation spectroscopy (fluorescence correlation spectroscopy, FCS) in addition to all known Standard applications of TCSPC.

Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur simultanen zeitaufgelösten Einzelphotonenregistrierung aus einer Mehrzahl von Detektionskanälen.Furthermore the task is solved by a simultaneous method Time-resolved single-photon registration of a plurality of detection channels.

Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müssen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.in the Below individual process steps are described in more detail. The steps do not necessarily have to be in the specified Order to be performed, and that to be described Method may also include other, not mentioned steps.

Wenn ein Einzelphotonendetektor aus einem der Detektionskanäle ein Photon detektiert hat, so wird das dabei entstandene Signal über einen Eingangskanal einer Zeitmesseinheit erfasst. Es gibt eine Mehrzahl von Zeitmesseinheiten. Jede enthält einen Zeit-Digital-Wandler.If a single-photon detector from one of the detection channels has detected a photon, then the resulting signal over detects an input channel of a time measuring unit. There is a Plurality of time measuring units. Each contains a time-to-digital converter.

Für jedes eingehende Signal wird mit Hilfe des Zeit-Digital-Wandlers ein Ereignisdatensatz erzeugt, welcher die genaue An kunftszeit des Signals enthält. Die Zeit-Digital-Wandler aller Zeitmesseinheiten arbeiten mit einer gemeinsamen Zeitbasis. Dadurch sind die Zeiten der Ereignisdatensätze miteinander vergleichbar.For every incoming signal is transmitted by the time-to-digital converter generates an event record, which determines the exact arrival time of the Contains signals. The time-to-digital converters of all time measurement units work with a common time base. These are the times the event records are comparable.

Da der Zeit-Digital-Wandler in seinem Zählumfang begrenzt ist, beispielsweise 10 bis 32 Bit, wird bei jedem Überlauf eines Zeit-Digital-Wandlers ein Überlaufdatensatz erzeugt und der Zeit-Digital-Wandler neu gestartet.There the time-to-digital converter is limited in its count is, for example 10 to 32 bits, will be at every overflow a time-to-digital converter generates an overflow data record and restarted the time-to-digital converter.

Alle Ereignisdatensätze und alle Überlaufdatensätze werden mit einer Identifikation der Zeitmesseinheit, in dem diese erzeugt wurden, und/oder um eine Identifikation des Eingangskanals des Signals ergänzt. Dadurch ist jeder erzeugte Datensatz einem bestimmten Eingangskanal zuzuordnen.All Event records and all overflow records be with an identification of the time measurement unit in which this were generated, and / or to an identification of the input channel the signal added. This is every record created to assign to a specific input channel.

Alle Datensätze werden danach zur zentralen Verarbeitungseinheit gesendet. Der Datenstrom zwischen einer Zeitmesseinheit und der zentralen Verarbeitungseinheit enthält daher, wenn Ereignisse gemessen wurden, einen oder mehrere Ereignisdatensätze und in regelmäßigen Abständen einen Überlaufdatensatz, wenn der zugehörige Zeit-Digital-Wandler übergelaufen ist.All Records then become the central processing unit Posted. The data stream between a time measuring unit and the central processing unit therefore contains when events measured one or more event records and periodically an overflow record, though the associated time-to-digital converter overflowed is.

Die Kodierung der unterschiedlichen Datensätze ist dabei frei wählbar. So kann beispielsweise die Anzahl an Bits für die Zeitinformation, bzw. die Identifikation den Erfordernissen des Experiments angepasst werden.The Coding of the different data sets is free selectable. For example, the number of bits for the time information, or the identification of the requirements adapted to the experiment.

Die zentrale Verarbeitungseinheit hat die Aufgabe die erhaltenen Ereignisdatensätze der Zeitmesseinheiten chronologisch zu sortieren und/oder zu verarbeiten. Dazu ist es notwendig, dass für ein bestimmtes Zeitfenster alle zugehörigen Ereignisdatensätze aller Zeitmesseinheiten vorliegen.The Central processing unit has the task the received event records sorting and / or processing the time measurement units chronologically. For this it is necessary that for a certain time window all associated event data sets of all time measurement units available.

Daher werden die Ereignisdatensätze und Überlaufdatensätze der Zeitmesseinheiten von der zentralen Verarbeitungseinheit in je einem Daten-Puffer zwischengespeichert. Jeder Daten-Puffer empfängt und speichert jeweils die von einer Zeitmesseinheit gesendeten Datensätze.Therefore become the event records and overflow records of the time measuring units of the central processing unit in each cached a data buffer. Each data buffer receives and each stores the records sent by a time measuring unit.

Anschließend werden alle Ereignisdatensätze aller Daten-Puffer mit Hilfe der Überlaufdatensätze chronologisch sortiert und/oder auf andere Weise verarbeitet, wodurch neue Datensätze entstehen. Dazu werden vorzugsweise alle Datensätze zwischen zwei zeitgleichen Überlaufdatensätzen aus den Puffern ausgelesen und verarbeitet bzw. sortiert.Subsequently all event records of all data buffers will be using the overflow records sorted chronologically and / or otherwise processed, creating new records arise. For this purpose, preferably all data records are between two simultaneous overflow records from the Buffers are read out and processed or sorted.

Dadurch ist sichergestellt, dass alle Ereignisdatensätze aller Zeitmesseinheiten zur Sortierung und/oder Verarbeitung vorliegen. Bei der Sortierung und/oder Verarbeitung werden redundante Überlaufdatensätze der verschiedenen Zeitmesseinheiten entfernt. Außerdem kann auch das Format der Ereignisdatensätze verändert und den Erfordernissen des Experiments angepasst werden. So kann beispielsweise unter Verwendung des gleichen Formats zur Zeitkodierung die Überlaufperiode verändert werden. Außerdem können die Ereignisdatensätze direkt vorverarbeitet werden, beispielsweise zur Berechnung von Histogrammen oder Korrelationen zwischen verschiedenen Kanälen.Thereby is ensured that all event records of all Time measuring units for sorting and / or processing are available. Sorting and / or processing becomes redundant overflow records removed from the various time measurement units. Furthermore can also change the format of event records and adapted to the requirements of the experiment. So can for example, using the same format for time encoding the overflow period will be changed. Furthermore The event records can be preprocessed directly For example, to calculate histograms or correlations between different channels.

Die sortierten und/oder verarbeiteten neuen Datensätze werden danach über einen Ausgangskanal an eine weiterverarbeitende Recheneinheit gesendet. Dadurch ist es bei Änderung der Messanordnung, beispielsweise bei Anschluss neuer Zeitmesseinheiten, möglich, keine Änderung an der Recheneinheit vorzunehmen.The sorted and / or processed new records then via an output channel to a further processing Arithmetic unit sent. Thus it is with change of the Measuring arrangement, for example when connecting new time measuring units, possible to make no change to the arithmetic unit.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erfassung von Ereignissen aus einer Mehrzahl von Detektionskanälen und ist beliebig skalierbar.The inventive method allows the detection of events from a plurality of detection channels and is scalable.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in den Eingangskanal einer Zeitmesseinheit bei einem Anregungspuls durch eine Lichtquelle ein Signal eingespeist, wodurch zu diesem Signal ein Ereignisdatensatz erzeugt wird. Dieser kann in der zentralen Verarbeitungseinheit z. B. für die Berechnung des zeitlichen Abstands zwischen dem Anregungspuls und einem detektierten Photon und damit für TCSPC-Auswertungen verwendet werden.In An advantageous development of the invention is in the input channel a time measuring unit at an excitation pulse by a light source fed a signal, which an event data record to this signal is produced. This can be in the central processing unit z. B. for the calculation of the time interval between the excitation pulse and a detected photon and thus for TCSPC evaluations are used.

Zusätzlich kann für bestimmte Signale das Erzeugen eines Ereignisdatensatzes derart durchgeführt werden, dass ein Ereignisdatensatz erzeugt wird, der die Ankunftszeit auf der gemeinsamen Zeitbasis der Zeitmesseinheiten angibt, also lediglich den Zählerstand des Zählers des TDCs, der durch die gemeinsame Zeitbasis getriggert wird. Dies kann für Signale verwendet werden, für die diese Zeitauflösung ausreichend ist, wie beispielsweise für den Zeilenumbruch bei bildgebenden Verfahren oder für Positionsdaten einer Scaneinrichtung. Mit Hilfe dieses Mechanismus können die Ereignisdatensätze des Experiments mit beliebigen physikalischen Größen (z. B. Felder, Pufferkonzentrationen oder Temperaturen) synchronisiert werden. Dadurch können beliebige Informationen eines Experiments direkt und zeitsynchron in die Messdaten eingebettet werden. Dies erleichtert auch die Auswertung und erhöht die Datensicherheit, da alle Daten gemeinsam erfasst und/oder verarbeitet werden können.In addition, for certain signals, the generation of an event record may be performed such that an event record is generated that indicates the time of arrival on the common time base of the time measuring units, that is, only the count of the counter of the TDC triggered by the common time base. This can be used for signals for which this time resolution is sufficient, such as for example, for the line break in imaging or for position data of a scanning device. Using this mechanism, the event records of the experiment can be synchronized with arbitrary physical quantities (eg, fields, buffer concentrations, or temperatures). As a result, any information of an experiment can be embedded directly and time-synchronously in the measurement data. This also facilitates evaluation and increases data security since all data can be collected and / or processed together.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.Further Details and features will become apparent from the following description of the preferred embodiment in conjunction with the dependent claims. Here, the respective Features alone or in combination be realized with each other. The possibilities, the task to solve are not on the embodiments limited.

Das Ausführungsbeispiel ist in der anliegenden Figur schematisch dargestellt.The Embodiment is schematic in the accompanying figure shown.

1 zeigt ein Blockdiagramm der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 shows a block diagram of the preferred embodiment of the device according to the invention.

1 zeigt ein Blockdiagram der Vorrichtung zur simultanen zeitaufgelösten Einzelphotonenregistrierung mit den einzelnen Bestandteilen und ihren Verbindungen untereinander. Gruppen von drei Punkten bezeichnen die freie Skalierbarkeit des Systems. 1 shows a block diagram of the device for simultaneous time-resolved single-photon registration with the individual components and their interconnections. Groups of three points indicate the free scalability of the system.

1 zeigt die zentrale Taktquelle 7 als eine eigene Baugruppe. In praktischen Realisierungsformen kann diese Einheit auch innerhalb einer anderen Baugruppe angeordnet werden. 1 shows the central clock source 7 as a separate assembly. In practical embodiments, this unit can also be arranged within another module.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind mehrere Zeitmesseinheiten 3, 4, mit jeweils einem oder mehreren Eingangskanälen 1, über serielle Datenverbindungen 8 mit der zentralen Verarbeitungseinheit 9 verbunden.In a preferred embodiment, there are multiple time measurement units 3 . 4 , each with one or more input channels 1 , via serial data connections 8th with the central processing unit 9 connected.

Die Zeitmesseinheiten enthalten einen TDC zur Zeitmessung, der mit einer Auflösung zwischen 0.1 ps und 5 μs, bevorzugt zwischen 0.5 ps und 50 ps arbeitet.The Timing units include a time-of-day TDC, which is provided with a Resolution between 0.1 ps and 5 μs, preferred between 0.5 ps and 50 ps.

Die Erzeugung der Ereignisdatensätze und Überlaufdatensätze wird in einem FPGA ausgeführt. Die Zeitmesseinheiten 4 enthalten zusätzlich (nicht gezeigte) FiFo-Puffer um Verzögerungen beim Senden der Ereignisdatensätze und Überlaufdatensätze abzupuffern.The generation of event records and overflow records is done in an FPGA. The time measuring units 4 include additional FIFO buffers (not shown) to buffer delays in sending event records and overflow records.

Für die Ereignisdatensätze werden vorzugsweise 32 Bit verwendet. Die Bedeutung der einzelnen Bits ist beispielhaft in Tabelle 1 gezeigt. Bit 1 2–26 27–32 1 = Photon, Ankunftszeit Zeitmesseinheit 0 = Überlauf und/oder Eingangskanal Tabelle 1 For the event records, preferably 32 bits are used. The meaning of the individual bits is shown by way of example in Table 1. bit 1 2-26 27-32 1 = photon, arrival time Time measuring unit 0 = overflow and / or input channel Table 1

Bei einer Auflösung des TDC von z. B. 1 ps wird in diesem Beispiel alle 2^25·1 ps = 33 μs ein Überlaufdatensatz erzeugt.at a resolution of the TDC of z. For example, 1 ps is used in this example every 2 ^ 25 · 1 ps = 33 μs an overflow record generated.

In der beispielhaften Darstellung in Tabelle 1 sind 6 Bit für die Kanalcodierung vorgesehen. Wenn das System für sehr große Kanalzahlen, z. B. für Anwendungen mit Array-Detektoren genutzt wird, würde man die Anzahl der Bits für die Kanalcodierung geeignet größer wählen.In of the example representation in Table 1 are 6 bits for the channel coding provided. If the system for very large channel numbers, z. For applications with array detectors used, one would set the number of bits for Select the channel coding appropriately larger.

Alle Zeitmesseinheiten 4 sind über die Verbindung 5 mit der internen Uhr 7 verbunden. Die gemeinsame Zeitbasis beträgt zwischen 10 und 100 MHz, bevorzugt 10 MHz. Als Alternative kann ein externes Zeitsignal über den Anschluss 6 eingespeist werden.All time measuring units 4 are about the connection 5 with the internal clock 7 connected. The common time base is between 10 and 100 MHz, preferably 10 MHz. Alternatively, an external time signal can be sent through the port 6 be fed.

Die Zeitmesseinheit 3 enthält zusätzlich noch einen oder mehreren Eingangskanäle 2, die zur Erfassung von Informationen dienen, die nur mit der dem groben Takt der gemeinsamen Zeitbasis erfasst werden, beispielsweise Positionsdaten eines konfokalen Mikroskops oder das aktuelle Pixel bei bildgebenden Verfahren.The time measuring unit 3 additionally contains one or more input channels 2 which are used to acquire information that is captured only with the coarse clock of the common time base, for example position data of a confocal microscope or the current pixel in imaging processes.

In die Zeitmesseinheit 3 werden über den Eingangskanal 1 Taktsignale synchron zu den Anregungspulsen einer Lichtquelle, bevorzugt eines Lasers, eingespeist. Als Lichtquellen können neben Blitzlampen alle handelsüblichen gepulsten Laser verwendet werden, bevorzugt Diodenlaser mit einer Frequenz zwischen 5 und 80 MHz. Dabei kann die Menge an Taktsignalen durch einen den Eingangskanälen vorgeschalteten Teiler reduziert werden. Die dadurch weggelassenen Signale können entweder in der zentralen Verarbeitungseinheit oder bei der späteren Datenverarbeitung auf rechnerischem Wege wieder erzeugt werden.In the time measuring unit 3 be over the input channel 1 Clock signals synchronously to the excitation pulses of a light source, preferably a laser, fed. In addition to flashlamps, all commercially available pulsed lasers can be used as light sources, preferably diode lasers with a frequency between 5 and 80 MHz. In this case, the amount of clock signals can be reduced by a divider connected upstream of the input channels. The signals omitted thereby can be generated again either mathematically in the central processing unit or in the later data processing.

Die erzeugten Ereignisdatensätze und Überlaufdatensätze werden von jeder Zeitmesseinheit 4 über je eine serielle Verbindung 8 an die zentrale Verarbeitungseinheit übertragen.The generated event records and overflow records are from each time measurement unit 4 via one serial connection each 8th transmitted to the central processing unit.

Die zentrale Verarbeitungseinheit 9 beinhaltet neben der Prozessiereinheit 9b, welche das Sortieren und/oder Verarbeiten der Ereignisdatensätze durchführt, noch Ein- bzw. Ausgangs-Puffer 9a für die verschiedenen Eingangskanäle 8 bzw. den Ausgangskanal 10. Die Verarbeitungseinheit 9 ist vorzugsweise ein FPGA, kann aber auch mittels eines DSP (digitaler Signal-Prozessor) realisiert werden. Dadurch kann der Algorithmus der Sortierung bzw. der Verarbeitung der Ereignisdatensätze frei programmiert werden.The central processing unit 9 includes next to the processing unit 9b , which performs the sorting and / or processing of the event data records, nor input or output buffer 9a for the different input channels 8th or the output channel 10 , The processing unit 9 is preferably an FPGA, but can also be realized by means of a DSP (digital signal processor). This allows the algorithm of sorting or processing the event data sets to be freely programmed.

Der Ausgangskanal der zentralen Verarbeitungseinheit ist bevorzugt eine serielle Datenverbindung, besonders bevorzugt eine Standardschnittstelle, wie USB, FireWire oder PCI-express.Of the Output channel of the central processing unit is preferably one serial data connection, more preferably a standard interface, like USB, FireWire or PCI-express.

Die Vorrichtung ist vorzugsweise als Frame mit Einschüben für die Zeitmesseinheiten 4 ausgeführt, welche mit der zentralen Verarbeitungseinheit über die Backplane kommunizieren. In diesem bevorzugten Fall ist die serielle Verbindung 8 zwischen Zeitmesseinheit 4 und zentraler Verarbeitungseinheit 9 durch Leiterbahnen auf der Backplane des Frames realisiert.The device is preferably as a frame with slots for the time measuring units 4 executed, which communicate with the central processing unit via the backplane. In this preferred case, the serial connection is 8th between time measuring unit 4 and central processing unit 9 realized by traces on the backplane of the frame.

11
Eingangskanäle der Zeitmesseinheiteninput channels the time measurement units
22
Eingangskanäle für zusätzliche Signaleinput channels for additional signals
33
ZeitmesseinheitTime measuring unit
44
ZeitmesseinheitenTime measurement units
55
Verteilung des Zeitsignals an alle Zeitmesseinheitendistribution the time signal to all time measuring units
66
Anschluss für externes Zeitsignalconnection for external time signal
77
Internes Zeitsignalinternal time signal
88th
Datenverbindungen zwischen Zeitmesseinheiten und zentraler Verarbeitungseinheitdata connections between time measuring units and central processing unit
99
zentrale Verarbeitungseinheitcentral processing unit
9a9a
Puffer der zentralen Verarbeitungseinheitbuffer the central processing unit
9b9b
Prozessiereinheit der zentralen Verarbeitungseinheitprocessing unit the central processing unit
1010
Ausgangskanaloutput channel

Liste der zitierten Literatur:List of quoted literature:

  • DE 43 39 787 A1DE 43 39 787 A1
  • DE 197 02 914 C2DE 197 02 914 C2
  • WO 1998/023941 A2WO 1998/023941 A2
  • Becker W., Bergmann A., Wabnitz H., Grosenick D., Liebert A. "High-count-rate multichannel TCSPC for optical tomography", Proceedings of SPIE, Vol. 4431, p. 249–254 (2001)Becker W., Bergmann A., Wabnitz H., Grosenick D., Liebert A. "High-count-rate multichannel TCSPC for optical tomography", Proceedings of SPIE, Vol. 4431, p. 249-254 (2001)
  • Gregor I., Enderlein J. "Time-resolved methods in biophysics, 3. Fluorescence lifetime correlation spectroscopy", Photochemical & Photobiological Sciences, Vol. 06, p. 0013–0018 (2007)Gregor I., Enderlein J. "Time-resolved methods in biophysics, 3. Fluorescence lifetime correlation spectroscopy, Photochemical & Photobiological Sciences, Vol. 06, p. 0013-0018 (2007)
  • Kalisz, Józef, "Review of methods for time interval measurements with picoseconds resolution", Metrologia, Vol. 41, p. 17–32 (2004)Kalisz, Józef, "Review of methods for time interval measurements with picoseconds resolution ", Metrologia, Vol. 41, p. 17-32 (2004)
  • Koberling F., Wahl M., Patting M., Rahn H.-J., Kapusta P., Erdmann R. "Two channel fluorescence lifetime microscope with two colour laser excitation, single-molecule sensitivity and submicrometer resolution", Proceedings of SPIE, Vol. 5143, p. 181–192 (2003)Koberling F., Wahl M., Patting M., Rahn H.-J., Kapusta P., Erdmann R. "Two channel fluorescence lifetime microscope with Two color laser excitation, single-molecule sensitivity and submicrometer resolution ", Proceedings of SPIE, Vol. 5143, pp. 181-192 (2003)
  • Wahl M., Erdmann R., Lauritsen K., Rahn H.-J. "Hardware solution for continuous time-resolved burst detection of single molecules in flow", Proceedings of SPIE, Vol. 3259, p.173–178 (1998)Wahl M., Erdmann R., Lauritsen K., Rahn H.-J. "Hardware solution for continuous-time-resolved burst detection of single Molecules in flow ", Proceedings of SPIE, Vol. 3259, p.173-178 (1998)
  • Wahl M., Rahn H.-J., Gregor I., Erdmann R., Enderlein J. "Deadtime optimized time-correlated photon counting instrument with synchronized, independent timing channels", Review of Scientific Instruments, Vol. 78, 033106 (2007)Wahl M., Rahn H.-J., Gregor I., Erdmann R., Enderlein J. "Deadtime optimized time-correlated photon counting instrument with synchronized, independent timing channels ", Review of Scientific Instruments, Vol. 78, 033106 (2007)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19702914 C2 [0002] - DE 19702914 C2 [0002]
  • - WO 1998/023941 A2 [0002] WO 1998/023941 A2 [0002]
  • - DE 4339784 A1 [0015] DE 4339784 A1 [0015]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Kalisz, 2004 [0005] - Kalisz, 2004 [0005]
  • - Koberling et al., 2003 [0009] - Koberling et al., 2003 [0009]
  • - Gregor et al., 2007 [0009] Gregor et al., 2007 [0009]
  • - Wahl et al. (1998) [0011] - Wahl et al. (1998) [0011]
  • - Koberling et al (2003) [0012] - Koberling et al (2003) [0012]
  • - Wahl et al., 2007 [0014] - Wahl et al., 2007 [0014]
  • - Becker et al., 2001 [0016] Becker et al., 2001 [0016]
  • - Kalisz (2004) [0023] - Kalisz (2004) [0023]

Claims (9)

Vorrichtung zur simultanen zeitaufgelösten Einzelphotonenregistrierung aus einer Mehrzahl von Detektionskanälen mit: (a) einer Mehrzahl von Zeitmesseinheiten (4); (b) einer gemeinsamen Zeitbasis (5, 7) für alle Zeitmesseinheiten (4); (c) einer zentralen Verarbeitungseinheit (9); wobei jede Zeitmesseinheit (4) folgendes enthält: (a1) mindestens einen Eingangskanal (1), in den Signale eines Einzelphotonendetektors aus einem der Detektionskanäle eingespeist werden können; (a2) einen Zeit-Digital-Wandler zur Zeitmessung, (a2a) wobei die Zeit-Digital-Wandler aller Zeitmesseinheiten (4) mit der gemeinsamen Zeitbasis (5) arbeiten; (a3) Mittel, die für jedes Signal des Einzelphotonendetektors mit Hilfe des Zeit-Digital-Wandlers einen Ereignisdatensatz erzeugen, der die Ankunftszeit des Signals enthält; (a4) Mittel, die bei jedem Überlauf des Zeit-Digital-Wandlers einen Überlaufdatensatz erzeugen; (a5) Mittel, die jeden Ereignisdatensatz und jeden Überlaufdatensatz um eine Identifikation der Zeitmesseinheit (4) ergänzen, in dem diese erzeugt wurden, und/oder um eine Identifikation des Eingangskanals des Signals; (a6) Mittel zum Senden der Ereignisdatensätze und Überlaufdatensätze zu der zentralen Verarbeitungseinheit (9); wobei die zentrale Verarbeitungseinheit (9) folgendes enthält: (c1) eine Mehrzahl von Daten-Puffer (9a), wobei jeder Daten-Puffer (9a) jeweils die von einer Zeitmesseinheit (4) gesendeten Datensätze empfängt und speichert; (c2) Mittel (9b), die alle Ereignisdatensätze aus allen Daten-Puffern (9a) mit Hilfe der Überlaufdatensätze chronologisch sortieren und/oder verarbeiten, wodurch neue Datensätze entstehen; (c3) einen Ausgangskanal (10), der die neuen Datensätze an mindestens eine weiterverarbeitende Recheneinheit sendet.A simultaneous time-resolved single photon registration apparatus of a plurality of detection channels comprising: (a) a plurality of time measurement units ( 4 ); (b) a common time base ( 5 . 7 ) for all time measuring units ( 4 ); (c) a central processing unit ( 9 ); each time measuring unit ( 4 ) contains: (a1) at least one input channel ( 1 ) into which signals of a single-photon detector can be fed from one of the detection channels; (a2) a time-to-digital converter for measuring time, (a2a) the time-to-digital converters of all time measuring units ( 4 ) with the common time base ( 5 ) work; (a3) means for generating for each signal of the single-photon detector by means of the time-to-digital converter an event record containing the arrival time of the signal; (a4) means generating an overflow record each time the time-to-digital converter overflows; (a5) means for updating each event data record and each overflow data record by an identification of the time measurement unit ( 4 ) in which they were generated, and / or an identification of the input channel of the signal; (a6) means for sending the event records and overflow records to the central processing unit ( 9 ); the central processing unit ( 9 ) contains (c1) a plurality of data buffers ( 9a ), each data buffer ( 9a ) each of a time measuring unit ( 4 ) receives and stores transmitted records; (c2) means ( 9b ), all event records from all data buffers ( 9a ) sort and / or process chronologically using the overflow records, creating new records; (c3) an output channel ( 10 ), which sends the new data records to at least one processing unit. Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, wobei jede Zeitmesseinheit (4) über eine serielle Datenverbindung (8) mit der zentralen Verarbeitungseinheit (9) verbunden ist.Device according to the preceding claim, characterized in that each time measuring unit ( 4 ) via a serial data connection ( 8th ) with the central processing unit ( 9 ) connected is. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel der Zeitmesseinheiten (4) zum Senden der Ereignisdatensätze und Überlaufdatensätze zu der zentralen Verarbeitungseinheit (9) mindestens einen FIFO-Puffer(first-in-first-out)-Puffer enthalten.Device according to one of the preceding claims, characterized in that means of the time measuring units ( 4 ) for sending the event records and overflow records to the central processing unit ( 9 ) contain at least one FIFO buffer (first-in-first-out) buffer. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Zeitbasis (5) der Zeitmesseinheiten extern (6) eingespeist wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the common time base ( 5 ) of the time measuring units externally (6) is fed. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Verarbeitungseinheit (9) Mittel zum Erstellen von Histogrammen oder Korrelationsfunktionen enthält.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the central processing unit ( 9 ) Contains means for creating histograms or correlation functions. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (9) als Kaskade geschaltet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of central processing units ( 9 ) are connected as a cascade. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitmesseinheiten und/oder die Verarbeitungseinheit als Einschübe ausgebildet sind.Device according to one of the previous Claims, characterized in that the time measuring units and / or the processing unit designed as inserts are. Verfahren zur simultanen zeitaufgelösten Einzelphotonenregistrierung aus einer Mehrzahl von Detektionskanälen mit folgenden Schritten: (a) Erfassen eines Signals eines Einzelphotonendetektors aus einem der Detektionskanäle über einen Eingangskanal (1) einer Zeitmesseinheit einer Mehrzahl von Zeitmesseinheiten (4), welche jeweils einen Zeit-Digital-Wandler enthalten, (a1) wobei alle Zeit-Digital-Wandler mit einer gemeinsamen Zeitbasis (5) arbeiten; (b) Erzeugen eines Ereignisdatensatzes, der die mit Hilfe des Zeit-Digital-Wandlers bestimmte Ankunftszeit des Signals enthält; (c) Erzeugen eines Überlaufdatensatzes bei jedem Überlauf des Zeit-Digital-Wandlers; (d) Ergänzen jedes Ereignisdatensatzes und jedes Überlaufdatensatzes um eine Identifikation der Zeitmesseinheit (4), in dem diese erzeugt wurden, und/oder um eine Identifikation des Eingangskanals des Signals; (e) Senden der Ereignisdatensätze und Überlaufdatensätze zu einer zentralen Verarbeitungseinheit (9) über eine Datenverbindung (8); (f) Speichern der empfangenen Datensätze in einem Daten-Puffer (9a) aus einer Mehrzahl von Daten-Puffern (9a) in der zentralen Verarbeitungseinheit, wobei jeder Daten-Puffer (9a) jeweils die von einer Zeitmesseinheit (4) gesendeten Datensätze empfängt und speichert; (g) chronologisches Sortieren und/oder Verarbeiten aller Ereignisdatensätze aller Daten-Puffer (9a) mit Hilfe der Überlaufdatensätze, wodurch neue Datensätze entstehen; (h) Senden der neuen Datensätze an mindestens eine weiterverarbeitende Recheneinheit über einen Ausgangskanal (10).A method of simultaneous time-resolved single photon registration from a plurality of detection channels, comprising the steps of: (a) detecting a signal of a single-photon detector from one of the detection channels via an input channel ( 1 ) a time measuring unit of a plurality of time measuring units ( 4 ), each containing a time-to-digital converter, (a1) all time-to-digital converters having a common time base ( 5 ) work; (b) generating an event record containing the time of arrival of the signal determined by the time-to-digital converter; (c) generating an overflow record at each overflow of the time-to-digital converter; (d) supplementing each event record and each overflow record with an identification of the time measuring unit ( 4 ) in which they were generated, and / or an identification of the input channel of the signal; (e) sending the event records and overflow records to a central processing unit ( 9 ) via a data connection ( 8th ); (f) storing the received data records in a data buffer ( 9a ) from a plurality of data buffers ( 9a ) in the central processing unit, each data buffer ( 9a ) each of a time measuring unit ( 4 ) receives and stores transmitted records; (g) chronological sorting and / or processing of all event records of all data buffers ( 9a ) using the overflow records, creating new records; (h) sending the new data records to at least one processing unit via an output channel ( 10 ). Verfahren gemäß einem der vorherigen Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Eingangskanal einer Zeitmesseinheit (3) bei einem Anregungspuls durch eine Lichtquelle ein Signal (1) eingespeist wird, wodurch zu diesem Signal ein Ereignisdatensatz erzeugt wird.Method according to one of the preceding method claims, characterized in that in the input channel of a time measuring unit ( 3 ) at an excitation pulse by a light source a signal ( 1 ), whereby an event record is generated for this signal.
DE200810004549 2008-01-15 2008-01-15 Apparatus and method for simultaneous time resolved single photon registration from a plurality of detection channels Active DE102008004549B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810004549 DE102008004549B4 (en) 2008-01-15 2008-01-15 Apparatus and method for simultaneous time resolved single photon registration from a plurality of detection channels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810004549 DE102008004549B4 (en) 2008-01-15 2008-01-15 Apparatus and method for simultaneous time resolved single photon registration from a plurality of detection channels

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102008004549A1 true DE102008004549A1 (en) 2009-07-16
DE102008004549B4 DE102008004549B4 (en) 2013-04-18

Family

ID=40758550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200810004549 Active DE102008004549B4 (en) 2008-01-15 2008-01-15 Apparatus and method for simultaneous time resolved single photon registration from a plurality of detection channels

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008004549B4 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011114874A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Evaluation circuit for an optoelectronic detector and method for recording fluorescence events
DE102011055330A1 (en) * 2011-11-14 2013-05-16 Leica Microsystems Cms Gmbh Method for measuring the lifetime of an excited state in a sample
DE102018114697A1 (en) * 2018-06-19 2019-12-19 Krohne Messtechnik Gmbh Measuring device and method for time-resolved measurement of a measurement signal
WO2022030063A1 (en) 2020-08-06 2022-02-10 浜松ホトニクス株式会社 Time measurement device, fluorescence lifetime measurement device, and time measurement method

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4174587A1 (en) 2021-10-29 2023-05-03 Swabian Instruments GmbH Apparatus for timestamp processing

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4339784A1 (en) 1993-11-18 1995-05-24 Wolfgang Dr Ing Becker Time-correlated photon counting system
DE4339787A1 (en) 1993-11-18 1995-05-24 Wolfgang Dr Ing Becker Light signal measuring system using time-correlated photon counting
WO1998023941A2 (en) 1996-11-27 1998-06-04 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., Berlin Method and device for determining predetermined properties of target particles of a sample medium
DE19702914C2 (en) 1997-01-28 1998-12-24 Max Planck Gesellschaft Method and arrangement for determining predetermined properties of target particles of a sample medium

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4420572C2 (en) * 1994-06-03 1999-02-04 Hartmut Dr Rer Nat Lucht Device for determining the concentration of fluorescent substances
DE19951188B4 (en) * 1999-10-22 2013-04-25 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Method and device for recording pulse signals
DE60135148D1 (en) * 2000-12-21 2008-09-11 Evotec Ag METHOD FOR CHRACTERIZING SAMPLES FROM SECONDARY LIGHT EMITTING PARTICLES
DE10144435B4 (en) * 2001-09-06 2005-03-24 EuroPhoton GmbH Gesellschaft für optische Sensorik Method for characterizing the properties of fluorescent samples, in particular living cells and tissues, in multi-well, in-vitro fluorescence assays, in DNA chips, devices for carrying out the method and their use
GB2382648B (en) * 2001-12-11 2003-11-12 Amersham Pharm Biotech Uk Ltd System and method for time correlated multi-photon counting measurements
US7599059B2 (en) * 2002-07-25 2009-10-06 The Regents Of The University Of California Monitoring molecular interactions using photon arrival-time interval distribution analysis
DK1411345T3 (en) * 2002-10-17 2007-01-02 Direvo Biotech Ag Multiparameter fluorimetric analysis in parallel with multifocal arrangement
EP1671109A4 (en) * 2003-06-20 2007-09-19 Univ California Modulated excitation fluorescence analysis
WO2005120204A2 (en) * 2004-06-07 2005-12-22 The Regents Of The University Of California Method for single molecule fluorescence analysis
WO2006087727A1 (en) * 2005-02-15 2006-08-24 Tata Institute Of Fundamental Research Fluorescence correlation microscopy with real-time alignment readout

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4339784A1 (en) 1993-11-18 1995-05-24 Wolfgang Dr Ing Becker Time-correlated photon counting system
DE4339787A1 (en) 1993-11-18 1995-05-24 Wolfgang Dr Ing Becker Light signal measuring system using time-correlated photon counting
WO1998023941A2 (en) 1996-11-27 1998-06-04 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., Berlin Method and device for determining predetermined properties of target particles of a sample medium
DE19702914C2 (en) 1997-01-28 1998-12-24 Max Planck Gesellschaft Method and arrangement for determining predetermined properties of target particles of a sample medium

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Becker,W., u.a.: High-count-rate multichannel TCSPC for optical tomography. In: Proc. SPIE, 2001, Vol. 4431, S. 249-254 *
Becker,W., u.a.: High-count-rate multichannel TCSPC for optical tomography. In: Proc. SPIE, 2001, Vol. 4431, S. 249-254 Gregor,I., u.a.: Time-resolved methods in biophysics, 3. Fluorescence lifetime correlation spectroscopy. In: Photochemical & Photobiological Sciences, 2007, Vol. 06, S. 0013-0018 Kalisz,J., u.a.: Review of methods for time interval measurements with picoseconds resolution. In: Metrologia, 2004, Vol. 41, S. 17 32 Wahl,M. u.a.: Hardware solution for continuous time-resolved burst detection of single molecules in flow. In: Proc. SPIE, 1998 Vol. 3259, S. 173-178
Gregor I., Enderlein J. "Time-resolved methods in biophysics, 3. Fluorescence lifetime correlation spectroscopy", Photochemical & Photobiological Sciences, Vol. 06, p. 0013-0018 (2007)
Gregor,I., u.a.: Time-resolved methods in biophysics, 3. Fluorescence lifetime correlation spectroscopy. In: Photochemical & Photobiological Sciences, 2007, Vol. 06, S. 0013-0018 *
Kalisz, Józef, "Review of methods for time interval measurements with picoseconds resolution", Metrologia, Vol. 41, p. 17-32 (2004)
Kalisz,J., u.a.: Review of methods for time interval measurements with picoseconds resolution. In: Metrologia, 2004, Vol. 41, S. 17 32 *
Koberling F., Wahl M., Patting M., Rahn H.-J., Kapusta P., Erdmann R. "Two channel fluorescence lifetime microscope with two colour laser excitation, single-molecule sensitivity and submicrometer resolution", Proceedings of SPIE, Vol. 5143, p. 181-192 (2003)
Wahl M., Erdmann R., Lauritsen K., Rahn H.-J. "Hardware solution for continuous time-resolved burst detection of single molecules in flow", Proceedings of SPIE, Vol. 3259, p.173-178 (1998)
Wahl M., Rahn H.-J., Gregor I., Erdmann R., Enderlein J. "Deadtime optimized time-correlated photon counting instrument with synchronized, independent timing channels", Review of Scientific Instruments, Vol. 78, 033106 (2007)
Wahl,M. u.a.: Hardware solution for continuous time-resolved burst detection of single molecules in flow. In: Proc. SPIE, 1998 Vol. 3259, S. 173-178 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011114874A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Evaluation circuit for an optoelectronic detector and method for recording fluorescence events
DE102011055330A1 (en) * 2011-11-14 2013-05-16 Leica Microsystems Cms Gmbh Method for measuring the lifetime of an excited state in a sample
US10073034B2 (en) 2011-11-14 2018-09-11 Leica Microsystems Cms Gmbh Method for measuring the lifetime of an excited state in a sample
DE102018114697A1 (en) * 2018-06-19 2019-12-19 Krohne Messtechnik Gmbh Measuring device and method for time-resolved measurement of a measurement signal
US11274963B2 (en) 2018-06-19 2022-03-15 Krohne Messtechnik Gmbh Measuring device and method for time-resolved measurement of a measuring signal
DE102018114697B4 (en) 2018-06-19 2023-02-16 Krohne Messtechnik Gmbh Measuring device and method for the time-resolved measurement of a measurement signal
WO2022030063A1 (en) 2020-08-06 2022-02-10 浜松ホトニクス株式会社 Time measurement device, fluorescence lifetime measurement device, and time measurement method

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008004549B4 (en) 2013-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60204597T2 (en) COMPACT AUTOMATIC TESTER (ATE) WITH TIMING STAMP SYSTEM
DE69829769T2 (en) TIMING CIRCUIT
DE10223749B4 (en) A method and apparatus for testing a system that outputs a digital waveform using transitional time stamps
DE102008046831B4 (en) Event-controlled time interval measurement
DE10318184B4 (en) Analog-to-digital conversion method and apparatus
DE102015119511B4 (en) Apparatus and method for signal synchronization
EP2592413B1 (en) Method for measuring the fluorescence lifetime of an excited state in a sample
DE102008004549B4 (en) Apparatus and method for simultaneous time resolved single photon registration from a plurality of detection channels
Wahl et al. Dead-time optimized time-correlated photon counting instrument with synchronized, independent timing channels
DE102012216002B3 (en) Circuit and method for generating periodic control signals and microscope and method for controlling a microscope
DE102011105181A1 (en) Microscope and method for imaging fluorescence microscopy
DE102010037906A1 (en) Method and system for recording, synchronizing and analyzing data by means of spatially distributed analysis devices in a communication network
DE102011055945A1 (en) Method and device for examining a sample
DE102014220547B4 (en) Method and device for determining intensity values in the time-correlated measurement of optical signals
WO2009153007A1 (en) Method for recording pulse signals
EP2047237B1 (en) Arrangement for processing signals at the output of a multichannel detector
DE60308572T2 (en) Method of creating a composite eye diagram
EP3752818A1 (en) Fluorescence-lifetime imaging microscopy method having time-correlated single-photon counting
DE19702914C2 (en) Method and arrangement for determining predetermined properties of target particles of a sample medium
DE102011051724B4 (en) Method and device for complex time measurements
DE102005041048B4 (en) Integrated circuit module
DE102018130022B4 (en) Method for determining an arrival time of a digitized signal pulse representing a physical measured variable, evaluation unit, device, evaluation system and radiation detection system
DE102018114697B4 (en) Measuring device and method for the time-resolved measurement of a measurement signal
DE102011000090B4 (en) Method and device for scanning microscopic imaging of an object
EP0519092A1 (en) Apparatus for determining space and time characteristics of the low optical emission of an object

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20130719

R082 Change of representative

Representative=s name: DENNEMEYER & ASSOCIATES S.A., DE

R082 Change of representative

Representative=s name: KOELLNER & PARTNER, DE

R084 Declaration of willingness to licence