JP2609528B2 - Photon correlation measurement device - Google Patents

Photon correlation measurement device

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JP2609528B2
JP2609528B2 JP62242225A JP24222587A JP2609528B2 JP 2609528 B2 JP2609528 B2 JP 2609528B2 JP 62242225 A JP62242225 A JP 62242225A JP 24222587 A JP24222587 A JP 24222587A JP 2609528 B2 JP2609528 B2 JP 2609528B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光子の時間相関、位置相関を測定する光子
相関測定装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photon correlation measuring device for measuring time correlation and position correlation of photons.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、被測定光を光子として検出して光子の時間相
間、空間相間を測定する光子相間測定装置が知られてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a photon-to-photon phase measuring apparatus that detects a light to be measured as a photon and measures the time phase and the spatial phase of photons.

第6図は光子相関測定の原理図であり、第6図を参照
すると、光子は半透明鏡71で分割され、検出器72,73に
入射する。検出器72,73における時間的なパラメータを
変化させることにより光子の時間相関が相関計74によっ
て測定されるようになっている。検出器72,73は、光電
子増倍管あるいは半導体検出器などである。
FIG. 6 is a principle diagram of the photon correlation measurement. Referring to FIG. 6, the photons are split by the translucent mirror 71 and enter the detectors 72 and 73. By changing the time parameters in the detectors 72 and 73, the time correlation of the photons is measured by the correlator 74. The detectors 72 and 73 are photomultiplier tubes or semiconductor detectors.

第6図において、半透明鏡71から検出器72,73までの
距離をそれぞれl1,l2とすると、検出器72,73に到達する
時間差τは、 τ=(l1−l2)/c ……(1) となり、検出器72,73における同時検出確率を測定する
ことにより、時間τだけ隔てた光子の時間相関を測定す
ることができる。
In FIG. 6, assuming that the distances from the translucent mirror 71 to the detectors 72 and 73 are l 1 and l 2 , respectively, the time difference τ reaching the detectors 72 and 73 is τ = (l 1 −l 2 ) / c (1) By measuring the simultaneous detection probabilities in the detectors 72 and 73, the time correlation of photons separated by the time τ can be measured.

また第7図は1つの検出器すなわち光電子増倍管80を
用いて時間相関測定を行なう装置の構成図であり、減光
フィルタ82,ピンホール81を通った光子を光電子増倍管
の検出器80で検出し、検出後の信号線を分割し、一方を
遅延させて相関計83により時間相関を求めることができ
る。
FIG. 7 is a block diagram of an apparatus for performing time correlation measurement using one detector, that is, a photomultiplier tube 80. Photons that have passed through a neutral density filter 82 and a pinhole 81 are detected by the photomultiplier tube detector. The detection is performed at 80, the signal line after the detection is divided, and one is delayed, and the time correlation can be obtained by the correlator 83.

さらに第8図は第6図に示すと同様な構造のものであ
って検出器73を検出器72に対して距離dだけずらすこと
により空間的に距離dだけ離れた点の空間相関を相関計
74により求めることができる。
Further, FIG. 8 shows a structure similar to that shown in FIG. 6, in which the detector 73 is shifted from the detector 72 by a distance d so that the spatial correlation of points spatially separated by a distance d can be measured by a correlator.
74.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、上述のような従来の相関測定装置では、検
出器72,73あるいは検出器80に相関の求められるべき光
子を直接にすなわち時間的に順次に入射させていたの
で、サブナノ秒程度の短時間差の相関を得るためには、
検出器72,73あるいは検出器80,相関計74あるいは相関計
83が高速応答し良好な時間分解能をもつ必要があった。
しかしながら、検出器72,73あるいは検出器80には光電
子増倍管、半導体検出器などが用いられているので現時
点では応答速度を10ピコ秒以下にすることができず、ま
た相関計74あるいは相関計83を構成する回路を高速応答
させるには限度がある。
By the way, in the conventional correlation measuring apparatus as described above, photons to be correlated are directly or temporally sequentially incident on the detectors 72 and 73 or the detector 80. To get the correlation of
Detector 72, 73 or Detector 80, Correlator 74 or Correlator
83 needed to respond fast and have good time resolution.
However, since a photomultiplier tube, a semiconductor detector, etc. are used for the detectors 72, 73 or 80, the response speed cannot be reduced to 10 picoseconds or less at this time. There is a limit to the high-speed response of the circuits constituting the total 83.

従って、従来の相関測定装置では、短時間差の時間相
関、短距離の空間相関を高時間分解能で得るには限界が
あるという問題があった。
Therefore, the conventional correlation measuring apparatus has a problem that there is a limit in obtaining a time correlation of a short time difference and a spatial correlation of a short distance with high time resolution.

本発明は、短時間差の時間相関、短距離間の空間相間
を高分解能で得ることの可能な光子相関測定装置を提供
することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photon correlation measurement apparatus capable of obtaining a time correlation of a short time difference and a spatial phase between short distances with high resolution.

本発明はさらに、所望の形式の相関を自在に得ること
の可能な光子相関測定装置を提供することを目的として
いる。
A further object of the present invention is to provide a photon correlation measuring apparatus capable of freely obtaining a desired type of correlation.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、光子を掃引する掃引手段と、掃引された光
子が入射する螢光面と、螢光面で観測されたストリーク
増を撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像したストリー
ク像を解析し相関を求める相関手段とを備えており、前
記掃引手段,螢光面および撮像手段の計測手段は、単一
の光子であり、前記螢光面では、1つ1つの光子に対応
した輝点のストリーク像が得られ、前記撮像手段は、こ
のような1つ1つの光子に対応した輝点のストリーク像
を撮像するようになっており、また、前記相関手段は、
1つ1つの光子に対応した輝点のストリーク像から各輝
点の位置を求める位置検出手段と、位置検出手段で検出
された各輝点の位置情報に基づき相関演算を行なう相関
演算手段とを備えていることを特徴とする光子相関測定
装置によって、上記従来技術の問題点を改善するもので
ある。
The present invention analyzes a sweeping means for sweeping photons, a fluorescent screen on which the swept photons are incident, an imaging means for imaging an increase in streaks observed on the fluorescent screen, and a streak image captured by the imaging means. Correlation means for obtaining a correlation, wherein the sweeping means, the fluorescent screen, and the measuring means of the imaging means are single photons, and the fluorescent screen has a bright spot corresponding to each photon. A streak image is obtained, and the imaging unit captures a streak image of a luminescent spot corresponding to each such photon, and the correlation unit includes:
Position detecting means for obtaining the position of each bright point from a streak image of a bright point corresponding to each photon, and correlation calculating means for performing a correlation operation based on positional information of each bright point detected by the position detecting means. An object of the present invention is to improve the above-mentioned problems of the related art by using a photon correlation measurement apparatus provided with the apparatus.

〔作用〕[Action]

本発明では、時間的に順次に入射する光子を掃引手段
によって掃引し、螢光面上に入射させる。このときに螢
光面上には光子が時間−空間変換されてストリーク像と
して観測される。このストリーク像は撮像手段で撮像さ
れ、相関手段によって解析されて相関が求められるが、
本発明では、ストリーク像に空間変換した上で、相関を
求めるようにしているので、撮像手段、相関手段の応答
速度が差程早くなくとも短時間差の時間相関、短距離間
の空間相関を高分解能で測定することができる。
According to the present invention, photons which are incident sequentially in time are swept by the sweeping means and are incident on the phosphor screen. At this time, photons are time-space converted on the phosphor screen and observed as streak images. This streak image is picked up by the image pickup means and analyzed by the correlation means to obtain a correlation.
In the present invention, since the correlation is obtained after spatial conversion into a streak image, even if the response speed of the imaging means and the correlation means is not so fast, the time correlation of the short time difference and the spatial correlation between the short distances are enhanced. It can be measured with resolution.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明に係る素粒子相関測定装置(すなわ
ち、光子相関測定装置)の実施例の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of an elementary particle correlation measuring apparatus (that is, a photon correlation measuring apparatus) according to the present invention.

この素粒子相関測定装置(すなわち、光子相関測定装
置)は、光子である素粒子を案内する開口10を有する部
材11と、開口10を通過し結像レンズ系50を通った素粒子
が入射する素粒子−電子変換面12と、素粒子−電子変換
面12からの素粒子像(光子像)すなわち電子を加速する
加速電極13と、加速された素粒子像を集束させる集束電
極14と、素粒子像を掃引する偏向器15と、掃引された素
粒子像を増倍する電子増倍部16と、電子増倍部16により
十分増倍された素粒子像が入射し、光に変換する螢光面
17と、螢光面17で光に変換された素粒子増を光検出器19
に結像する出力レンズ系18と、光検出器19で撮像した素
粒子像に対して解析処理を行なう相関計20とを備えてい
る。
This elementary particle correlation measuring apparatus (that is, a photon correlation measuring apparatus) includes a member 11 having an opening 10 for guiding elementary particles as photons, and elementary particles passing through the opening 10 and passing through the imaging lens system 50. An elementary particle-electron conversion surface 12, an elementary particle image (photon image) from the elementary particle-electron conversion surface 12, that is, an acceleration electrode 13 for accelerating electrons, a focusing electrode 14 for focusing the accelerated elementary particle image, A deflector 15 for sweeping the particle image, an electron multiplier 16 for multiplying the swept elementary particle image, and a fluorescent light for receiving the elementary particle image sufficiently multiplied by the electron multiplier 16 and converting it into light. Light surface
17 and the increase of the elementary particles converted into light on the fluorescent screen 17 are detected by a photodetector 19.
And a correlator 20 for performing an analysis process on the elementary particle image picked up by the photodetector 19.

偏向器15は、印加電圧により電界を発生するようにな
っており、電子増倍部16はマイクロチャンネルプレート
からなっている。
The deflector 15 generates an electric field according to an applied voltage, and the electron multiplier 16 is formed of a microchannel plate.

また、素粒子−電子変換面12,加速電極13,集束電極1
4,偏向器15,電子増倍部16,螢光面17は、高ゲインかつ高
S/Nで単一光子領域の現象をピコ秒時間分解計測可能な
ストリークカメラを構成しており、光検出器19として
は、例えばSITカメラが用いられ、相関計20としては画
像処理装置が用いられる。
In addition, the elementary particle-electron conversion surface 12, the acceleration electrode 13, the focusing electrode 1
4, the deflector 15, the electron multiplier 16, and the fluorescent screen 17 are high gain and high
A streak camera capable of picosecond time-resolved measurement of the phenomenon of a single photon region by S / N is configured, for example, an SIT camera is used as the photodetector 19, and an image processing device is used as the correlator 20. Can be

なお従来のストリークカメラの計測対象は、一般に光
量が多く光をアナログ量とみなせる範囲であったため、
螢光面17で得られるストリーク像の解析処理は、主にス
トリーク像を例えばフレームメモリに積算し、所定のウ
インドウを設けてそのウインドウ内での強度分布を求め
表示したり、計測対象であるアナログ信号の波形を解析
したりするものであった。
In addition, since the measurement target of the conventional streak camera is generally in a range where the light amount is large and the light can be regarded as an analog amount,
The analysis processing of the streak image obtained on the fluorescent screen 17 is mainly performed by accumulating the streak image in, for example, a frame memory, providing a predetermined window, obtaining and displaying the intensity distribution in the window, and measuring the analog distribution to be measured. For example, the waveform of a signal was analyzed.

これに対して本実施例の素粒子相関測定装置のストリ
ークカメラの計測対象は、前述のように単一の素粒子、
すなわち光子であり、デジタル量のものである。これに
より螢光面17では変換された電子1つ1つに対応した輝
点のストリーク像が得られ、光検出器19でこのようなス
トリーク像を撮像した後、相関計20においては各輝点の
位置演算処理を施し相関演算処理を行なうようになって
おり、その機能は上述の一般的なストリークカメラの機
能と著しく相違している。
On the other hand, the measurement target of the streak camera of the elementary particle correlation measurement apparatus of the present embodiment is a single elementary particle,
That is, it is a photon, which is a digital quantity. As a result, a streak image of a bright spot corresponding to each of the converted electrons is obtained on the fluorescent screen 17, and after such a streak image is picked up by the photodetector 19, the bright spot is correlated by the correlator 20. And the correlation operation is performed, and its function is significantly different from the function of the above-mentioned general streak camera.

このような構成の素素子相関測定装置では、光子が開
口10を通過し結像レンズ系50によって素粒子−電子変換
面12に結像すると素粒子−電子変換面12からは電子が放
出され、加速電極13,集束電極14を介して偏向器15に入
射する。偏向器15によって所定方向に掃引された電子
は、電子増倍部16で増倍され螢光面17で光に変換され出
力レンズ系18を介して光検出器19に入力し、ストリーク
像として撮像される。
In the elementary correlation measuring apparatus having such a configuration, when a photon passes through the aperture 10 and forms an image on the elementary particle-electron conversion surface 12 by the imaging lens system 50, electrons are emitted from the elementary particle-electron conversion surface 12, The light enters the deflector 15 via the acceleration electrode 13 and the focusing electrode 14. The electrons swept in a predetermined direction by the deflector 15 are multiplied by an electron multiplier 16 and converted into light by a fluorescent screen 17 and input to a photodetector 19 via an output lens system 18 and imaged as a streak image. Is done.

第2図(a)はこのようにして撮像されたストリーク
像を示す図、第2図(b)はストリーク像の強度分布を
示す図である。
FIG. 2A is a diagram showing a streak image captured in this manner, and FIG. 2B is a diagram showing an intensity distribution of the streak image.

なお第2図(a),(b)において横軸は掃引方向で
あり、またこの例では、ストリーク像は一次元的なもの
であるため光検出器19としては二次元検出器としてのSI
Tカメラを用いる必要はなく、フォトダイオードアレイ
等の一次元検出器を用いても良い。ストリーク像の各輝
点は1つの素粒子像すなわち電子に対応しておりこのス
トリーク像を相関計20により解析し各素粒子像の時間位
置を求め、相関を求める。
In FIGS. 2 (a) and 2 (b), the horizontal axis is the sweep direction, and in this example, the streak image is one-dimensional, so that the photodetector 19 has an SI as a two-dimensional detector.
It is not necessary to use a T camera, and a one-dimensional detector such as a photodiode array may be used. Each bright spot of the streak image corresponds to one elementary particle image, that is, an electron, and the streak image is analyzed by the correlator 20 to determine the time position of each elementary particle image, thereby obtaining the correlation.

より詳細に説明すると、相関系20は、第2図(a)に
示すようなストリーク像の強度分布すなわち輝度分布
(第2図(b)参照)をフレームメモリ(図示せず)に
蓄え、輝度のピーク検出処理、輝度の重心検出処理、あ
るいは輝度の中点検出処理などの位置検出処理を先づ行
なう。輝度のピーク検出処理は、フレームメモリに蓄え
られている輝度分布から輝度の最も大きな画素を検出し
これを輝点の位置とするものであり、重心検出処理は、
ある輝点を構成する各画素の輝度をmi,各画素の位置をr
iとするときに、これらの重心位置rαすなわち をその輝点の位置とし、(1)式の重心演算を各輝点に
ついて行なうものである。また中点検出処理は、輝度分
布を二値化した後、ある輝点の横方向および縦方向の幅
を検出し、これら横方向、縦方向の幅の中点の座標を輝
点の位置とするものである。位置検出処理は、上記の他
にも種々あるが、ストリークカメラの分解能は通常、1
つの画素の大きさよりも大きいので、いずれの仕方によ
っても検出輝度に大差はない。
More specifically, the correlation system 20 stores the intensity distribution of the streak image, that is, the luminance distribution (see FIG. 2 (b)) as shown in FIG. 2 (a) in a frame memory (not shown). First, a position detection process such as a peak detection process, a luminance centroid detection process, or a luminance midpoint detection process is performed. The luminance peak detection processing detects a pixel having the highest luminance from the luminance distribution stored in the frame memory and sets this as the position of a luminescent spot.
The luminance of each pixel constituting a certain bright spot is m i , and the position of each pixel is r
Let i be the center of gravity r α, that is, Is the position of the bright spot, and the center of gravity calculation of the equation (1) is performed for each bright spot. Further, the midpoint detection processing binarizes the luminance distribution, detects the horizontal and vertical widths of a certain luminescent point, and determines the coordinates of the midpoint of these horizontal and vertical widths as the position of the luminescent point. Is what you do. There are various types of position detection processing other than those described above.
Since the size is larger than the size of one pixel, there is no great difference in the detected luminance by any method.

このようにして検出された各輝点の位置情報は相関計
20内の記憶装置(図示せず)に記録される。なお記憶装
置には、偏向器15により1回の掃引で得られたストリー
ク画像ごとに位置情報が記録されるものとする。
The position information of each bright spot detected in this way is
Recorded in a storage device (not shown) in the storage device 20. It is assumed that the storage device records position information for each streak image obtained by one sweep by the deflector 15.

次いで、相関計20は、記録された各輝点の位置情報に
基づき相関演算処理を行なう。相関演算処理としては、
各輝点に対応した各素素子像間の間隔分布すなわち素粒
子像の到達時間間隔分布を求めることにより相関を測定
するもの、あるいは、所定時間内に観測される素粒子像
の個数の確率分布を求めることにより相関を測定するも
のなどがある。
Next, the correlator 20 performs a correlation calculation process based on the recorded position information of each bright spot. As the correlation operation processing,
A method of measuring the correlation by obtaining an interval distribution between elementary element images corresponding to each bright spot, that is, an arrival time interval distribution of elementary particle images, or a probability distribution of the number of elementary particle images observed within a predetermined time The correlation is measured by obtaining the following.

素粒子像の到達時間間隔分布を求めることにより相関
を測定する相関演算処理では、時刻tiに素粒子像が観測
されたときに時間間隔τだけ離れた時刻ti+τに素粒子
像が観測される事象に関する確率分布P(τ)を間隔分
布として求める。
In the correlation calculation process of measuring the correlation by determining the inter-arrival time distribution of particles image is particle image observed at the time t i + tau separated by time intervals tau when particles image is observed at time t i The probability distribution P (τ) relating to the event to be performed is obtained as an interval distribution.

この間隔分布は、第2図(a)の例では、各輝点の位
置情報をx1,x2,……,xnとするときに、yi,j,すなわち yi,j=xi−xj(1≦j<i≦n) ……(2) が時間間隔τに対応することに着目して、位置情報間の
間隔yi,jを演算することにより求まる。
In the example of FIG. 2A, when the positional information of each bright spot is x 1 , x 2 ,..., X n , y i, j , that is, y i, j = x i− x j (1 ≦ j <i ≦ n)... (2) paying attention to the time interval τ, and is obtained by calculating the interval y i, j between position information.

ところで、偏向器15に第3図(a)に示すような周期
Tのステップ状電圧を印加し(なお周期的なステップ状
のものでなくても傾きが一定であれば良い。)、電子を
垂直方向に単掃引する際、実際に螢光面17に入射してス
トリーク像として観測される電子は有限の観測視野t内
のものに限られる。
By the way, a step-like voltage having a period T as shown in FIG. 3A is applied to the deflector 15 (note that the inclination is not limited to a periodic step-like one as long as the inclination is constant), and electrons are emitted. When a single sweep is performed in the vertical direction, electrons actually incident on the fluorescent screen 17 and observed as a streak image are limited to those within a finite observation field of view t.

一方、確率分布P(τ)は、時刻ti=0に素粒子像が
観測されたときに時刻ti+τに素粒子像が観測される事
象であり、時刻ti=0を基準としているので、第3図
(b)に示すように観測視野tが有限であって、1つ前
に観測された素粒子像の観測時刻ti≠0を基準とする場
合には、確率分布P(τ)は変調され、τの短かいもの
の方がτの長いものよりも観測される度数が増える。す
なわち、τが長いものは、1つ前の素粒子像の観測時刻
tiが観測視野tの中心t/2に対し ti<t/2 ……(3) でないと観測されにくいが、τの短いものは1つ前の素
粒子像の観測時刻tiの観測視野t内での位置に制限され
ない。
On the other hand, the probability distribution P (tau) is an event that particles image is observed at a time t i + tau when particles image at time t i = 0 is observed, is based on the time t i = 0 Therefore, as shown in FIG. 3 (b), when the observation field of view t is finite and the observation time t i ≠ 0 of the elementary particle image observed immediately before is used as a reference, the probability distribution P ( τ) is modulated so that shorter τs are more frequently observed than longer τs. In other words, the observation time of the previous elementary particle image is
It is difficult to observe if t i is not t i <t / 2 with respect to the center t / 2 of the observation field of view t (3), but those with a short τ are observed at the observation time t i of the previous elementary particle image The position is not limited to the position in the visual field t.

このような確率分布P(τ)の変調を防止するため、 t/2≧ti(=xi) t/2≧τ(=yi,j) ……(4) の条件を満たすもののみをデータとして評価する。
(4)式の条件下で測定を行なえば、有限な観測視野t
であっても得られる確率分布P(τ)は観測視野tに影
響を受けない相関を与える。
To prevent modulation of such probability distribution P (τ), t / 2 ≧ t i (= x i) t / 2 ≧ τ (= y i, j) satisfying the condition of ... (4) only Is evaluated as data.
If the measurement is performed under the condition of equation (4), a finite observation field of view t
However, the obtained probability distribution P (τ) gives a correlation that is not affected by the observation field of view t.

なお、第3図(a)に示すように偏向器15にステップ
状の電圧を印加し単掃引で測定した場合、観測視野tが
1ナノ秒、観測視野t内での観測点が512個であるとす
ると、20ピコ秒乃至500ピコ秒程度の時間間隔の相関デ
ータしか得ることができないが、第4図に示すように偏
向器15に正弦波状の電圧を印加して垂直方向にシンクロ
スキャン動作させるとともにストリーク像を水平方向に
徐々にシフトさせる二重掃引動作を行なわせ、正弦波状
電圧の立下り、立上りの両方の直線部分を観測視野とし
て用いることにより、連続的ではないがより広い範囲で
の相関測定が可能となる。この場合でも(4)式の条件
を満たすもののみをデータとして評価する必要がある。
As shown in FIG. 3 (a), when a step-like voltage is applied to the deflector 15 and measurement is performed in a single sweep, the observation field t is 1 nanosecond, and there are 512 observation points in the observation field t. If so, only correlation data with a time interval of about 20 picoseconds to 500 picoseconds can be obtained. However, as shown in FIG. 4, a sinusoidal voltage is applied to the deflector 15 to perform a synchro scan operation in the vertical direction. And perform a double sweep operation to gradually shift the streak image in the horizontal direction, and use both the falling and rising straight lines of the sinusoidal voltage as the observation field of view. Can be measured. Even in this case, it is necessary to evaluate only data satisfying the condition of equation (4) as data.

以上のようにして得られた確率分布P(τ)によって
2次の強度相関<I(t)・I(t+τ)>が求まる
が、さらに時刻Tにおいて光電子が観測されたときに、
t+τ1,t+τ2,……,t+τにおいても同時に光電子
が観測される隔離P(τ12,……,τ)によって高
次の相関すなわちn次の強度相関<I(t)・I(t+
τ)・I(t+τ)・……・I(t+τ)>を求
めることができる。
A second-order intensity correlation <I (t) · I (t + τ)> is obtained from the probability distribution P (τ) obtained as described above. Further, when photoelectrons are observed at time T,
t + τ 1, t + τ 2, ......, t + τ isolated P simultaneously photoelectrons are observed also in the n (τ 1, τ 2, ......, τ n) order of the correlation i.e. n-order intensity correlation by <I (t)・ I (t +
τ 1 ) · I (t + τ 2 )... I (t + τ n )> can be obtained.

次に、所定時間内に観測される素粒子像の個数の確率
分布を求めることにより相関を測定する相関演算処理で
は、所定の観測時間τ内に素粒子像がn個観測される確
率分布P(n;τ)に基づき相関を求める。
Next, in the correlation calculation processing for measuring the correlation by obtaining the probability distribution of the number of elementary particle images observed within a predetermined time, the probability distribution P in which n elementary particle images are observed within a predetermined observation time τ The correlation is obtained based on (n; τ).

この確率分布P(n;τ)は、相関計20のフレームメモ
リ上に観測時間τに対応する観測ウインドウを設定し、
この観測ウインドウ内の素粒子像の個数nを計数するこ
とにより求められる。
This probability distribution P (n; τ) sets an observation window corresponding to the observation time τ on the frame memory of the correlator 20;
It is obtained by counting the number n of elementary particle images in this observation window.

このように、本実施例では、時間的に順次に入射する
素粒子を素粒子像すなわち電子に変換し偏向器15で掃引
して螢光面17上にストリーク像として時間−空間変換し
た上で、このストリーク像を光検出器19を介し相関計20
により解析して相関を測定しているので、光検出器19,
相関計20の応答速度が差程早くなくとも、短時間差の時
間相関を高時間分解能で測定することができる。すなわ
ち時間相関を行なうための時間差は、偏向器15に加わる
印加電圧の波形、掃引速度、観測視野によって定まり、
螢光面17以後の処理系(光検出器19,相関計20)の時間
分解能に依存しないので、サブピコ秒程度の短時間差の
時間相関を高時間分解能で測定できる。また螢光面17上
に空間的なストリーク像を得ることができるので、相関
計20において、このストリーク像を所望の形式で解析
し、所望の時間相関結果を自在に得ることが可能とな
る。さらには、詳述しないが、開口10を空間的に拡がり
をもつスリットにし、このスリットの長さ方向を偏向器
15の掃引方向と垂直に位置決めすると、得られるストリ
ーク像は、一方が時間軸、他方が空間軸となるので、相
関計20において時間相間のみならず空間相間をも同時に
観測することができる。
As described above, in this embodiment, the time-sequentially converted elementary particles are converted into elementary particle images, that is, electrons, swept by the deflector 15, and subjected to time-space conversion as a streak image on the fluorescent screen 17. The streak image is converted to a correlator 20 through a photodetector 19.
And the correlation is measured by the photodetector 19,
Even if the response speed of the correlator 20 is not as fast as the difference, the time correlation of the short-time difference can be measured with high time resolution. That is, the time difference for performing the time correlation is determined by the waveform of the applied voltage applied to the deflector 15, the sweep speed, and the observation field of view,
Since it does not depend on the time resolution of the processing system (photodetector 19, correlator 20) after the fluorescent screen 17, the time correlation of a short time difference of about sub-picosecond can be measured with high time resolution. Further, since a spatial streak image can be obtained on the fluorescent screen 17, the correlator 20 can analyze the streak image in a desired format and freely obtain a desired time correlation result. Further, although not described in detail, the opening 10 is a slit having a spatial expansion, and the length direction of the slit is defined by a deflector.
When the streak image is positioned perpendicular to the 15 sweep directions, one of the obtained streak images is a time axis and the other is a space axis, so that the correlator 20 can simultaneously observe not only between time phases but also between spatial phases.

上述の実施例では、素粒子−電子変換面12の前段に開
口10を有する部材11を設けたが、加速電極13に開口を設
ければ部材11は不要となり、かつ加速電極の開口率によ
る効率の低下がおこらない。
In the above-described embodiment, the member 11 having the opening 10 is provided at the previous stage of the elementary particle-electron conversion surface 12, but if the opening is provided in the acceleration electrode 13, the member 11 becomes unnecessary, and the efficiency due to the aperture ratio of the acceleration electrode is reduced. Does not occur.

さらに、第1図を参照すると、電子増倍器16はストリ
ークカメラの管内に収納されているが、第5図に示すよ
うに、電子増倍部16を取除き偏向器15の後段に螢光面17
を直接位置させ、螢光面17の後段に像増倍器21を設け、
螢光面17からの出力光を像増倍器21で増倍して出力レン
ズ系18を介し光検出器19に入力させても良い。
Further, referring to FIG. 1, the electron multiplier 16 is housed in the tube of the streak camera. However, as shown in FIG. Face 17
Is positioned directly, and an image intensifier 21 is provided after the fluorescent screen 17,
The output light from the fluorescent screen 17 may be multiplied by the image intensifier 21 and input to the photodetector 19 via the output lens system 18.

また上述の実施例において、X線の相関を求めるのに
は、素粒子−電子変換面12にAu,CSI等を用いるのが良
く、中性子の相関を求めるのには、素粒子−電子変換面
12にU2O3,U3O8等を用いるのが良い。
Also in the above embodiment, to determine the correlation of the X-rays, particle - electron conversion surface 12 Au, better to use a C S I like, to determine the correlation of neutrons, particles - electrons Conversion surface
It is preferable to use U 2 O 3 , U 3 O 8 or the like for 12.

さらに上述の実施例では、素粒子を素粒子−電子変換
面12によって素粒子像に変換した後、偏向器15で掃引す
るようにしているが、このかわりに、電気光学結晶を用
いてこれに加わる電圧による屈折率変化によって光子を
直接掃引するようにしても良い。
Further, in the above-described embodiment, the elementary particles are converted into elementary particle images by the elementary particle-electron conversion surface 12, and then swept by the deflector 15, but instead of this, an electro-optic crystal is used. The photons may be swept directly by a change in the refractive index due to the applied voltage.

また偏向器15は、電界を発生するとしたが、磁界を発
生するようにしても良い。
Although the deflector 15 generates an electric field, the deflector 15 may generate a magnetic field.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に説明したように、本発明によれば、ピコ秒時間
分解計測の可能なストリークカメラで、ストリーク像を
得た上で相関を求めるようにしているので、短時間差の
時間相関、短距離間の空間相関を高分解能で得ることが
できるとともに、さらには所望の形式の相関を自在に得
ることができる。
As described above, according to the present invention, a streak camera capable of picosecond time-resolved measurement is used to obtain a streak image and then calculate a correlation. Can be obtained with high resolution, and furthermore, a desired type of correlation can be freely obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る素粒子相関測定装置(すなわち、
光子相関測定装置)の実施例の構成図、第2図(a)は
撮像されたストリーク像を示す図、第2図(b)はスト
リーク像の強度分布を示す図、第3図(a)は偏向器15
に加わる印加電圧の一例を示す図、第3図(b)は第3
図(a)に示す印加電圧を偏向器15に加えたときの螢光
面17上での観測視野tを示す図、第4図は偏向器15に加
わる正弦波状の印加電圧を示す図、第5図は第1図の素
粒子相関測定装置(すなわち、光子相関測定装置)の変
形例を示す図、第6図、第7図、第8図はそれぞれ従来
の素粒子相関測定装置の構成図である。 10……開口、12……素粒子−電子変換面、 15……偏向器、17……螢光面、19……光検出器、 20……相関計
FIG. 1 shows an elementary particle correlation measuring apparatus according to the present invention (ie,
FIG. 2 (a) is a diagram showing an imaged streak image, FIG. 2 (b) is a diagram showing an intensity distribution of the streak image, and FIG. 3 (a). Is the deflector 15
FIG. 3 (b) shows an example of an applied voltage applied to
FIG. 4A is a view showing an observation field of view t on the fluorescent screen 17 when the applied voltage shown in FIG. 5A is applied to the deflector 15; FIG. 4 is a view showing a sinusoidal applied voltage applied to the deflector 15; FIG. 5 is a diagram showing a modification of the elementary particle correlation measuring device (that is, a photon correlation measuring device) of FIG. 1, and FIGS. 6, 7, and 8 are configuration diagrams of a conventional elementary particle correlation measuring device, respectively. It is. 10 aperture, 12 elementary-electron conversion surface, 15 deflector, 17 phosphor screen, 19 photodetector, 20 correlator

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−145930(JP,A) 田幸、辻内、南編「光学的測定ハンド ブック」(昭56−7−25)朝倉書店、 P.282−289Continuation of the front page (56) References JP-A-59-145930 (JP, A) Tayuki, Tsujiuchi, Minami, "Optical Measurement Handbook" (Showa 56-7-25), Asakura Shoten, p. 282-289

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光子を掃引する掃引手段と、掃引された光
子が入射する螢光面と、螢光面観測されたストリーク像
を撮像する撮像手段と、撮像手段で撮像したストリーク
像を解析し相関を求める相関手段とを備えており、前記
掃引手段,螢光面および撮像手段の計測対象は、単一の
光子であり、前記螢光面では、1つ1つの光子に対応し
た輝点のストリーク像が得られ、前記撮像手段は、この
ような1つ1つの光子に対応した輝点のストリーク像を
撮像するようになっており、また、前記相関手段は、1
つ1つの光子に対応した輝点のストリーク像から各輝点
の位置を求める位置検出手段と、位置検出手段で検出さ
れた各輝点の位置情報に基づき相関演算を行なう相関演
算手段とを備えていることを特徴とする光子相関測定装
置。
1. A sweeping means for sweeping photons, a fluorescent surface on which the swept photons are incident, an imaging means for capturing a streak image observed on the fluorescent surface, and a streak image captured by the imaging means are analyzed. A correlation means for obtaining a correlation, wherein the sweeping means, the fluorescent screen and the imaging means measure a single photon, and the fluorescent screen has a bright spot corresponding to each photon. A streak image is obtained, and the imaging means captures a streak image of a bright spot corresponding to each such photon.
The image processing apparatus includes: position detecting means for obtaining a position of each bright spot from a streak image of a bright point corresponding to each photon; and correlation calculating means for performing a correlation operation based on positional information of each bright point detected by the position detecting means. A photon correlation measurement device, comprising:
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