JP6425242B2 - Method of improving SN ratio of modulated light detection - Google Patents
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Description
本発明は、変調光検出のＳＮ比を向上する方法、特に、誘導ラマン散乱イメージングのＳＮ比を向上する方法に関する。 The present invention relates to a method of improving the signal-to-noise ratio of modulated light detection, in particular to a method of improving the signal-to-noise ratio of stimulated Raman scattering imaging.
近年、生体又は生体試料においてタンパク質等の分布を３次元で蛍光観察する手法が盛んに行われている。蛍光観察を行うには、標本固定、切片化、免疫化学染色等の工程や、蛍光タンパク質発現の遺伝子改変を行う必要があり、蛍光染色される生体や生体試料も制限されている。 BACKGROUND In recent years, methods for three-dimensionally observing the distribution of proteins etc. in a living body or a living sample in a three-dimensional manner have been actively performed. In order to perform fluorescence observation, it is necessary to carry out steps such as specimen fixation, sectioning, immunochemical staining, and genetic modification of fluorescent protein expression, and living bodies and biological samples to be fluorescently stained are also limited.
そこで、これに代わる手段として、生体内又は生体試料の対象物を無染色で観察可能な誘導ラマン散乱を利用した顕微鏡が提案されている（特許文献１）。
この誘導ラマン散乱を利用した顕微鏡は、例えば波長の異なる２つの光波を対象物の同一部分に同時に入射させ、この２つの光波の周波数差が対象物を構成する物質の分子振動数に一致することによって生じる誘導ラマン散乱効果を検出することにより対象物中の状態を３次元的に観測するものである。この誘導ラマン散乱顕微鏡を用いれば、対象物に対する蛍光染色を行わなくても観察が可能となる。
Therefore, as a means to replace this, there has been proposed a microscope using stimulated Raman scattering which can observe an object in vivo or a biological sample without staining (Patent Document 1).
A microscope using this stimulated Raman scattering, for example, simultaneously makes two light waves with different wavelengths incident on the same part of the object, and the frequency difference between the two light waves matches the molecular frequency of the substance constituting the object By three-dimensionally observing the state in the object by detecting the stimulated Raman scattering effect caused by With this stimulated Raman scattering microscope, observation can be performed without performing fluorescent staining on an object.
誘導ラマン散乱では、一方の光を変調し、他方の光に現れる変調成分を検出する。このとき、他方の光に現れる変調成分は、一方の光を変調していない（あるいは、一方の光を入射していないときの）光の強度に比べて１０-4から１０-5と非常に小さい。このため、他方の光の元々の光がバックグラウンド光となり、大きなバックグラウンド光が重畳した状態で、小さな変調成分を検出する必要がある。 In stimulated Raman scattering, one light is modulated and the modulation component appearing in the other is detected. At this time, the modulation component appearing in the other light is very high at 10 -4 to 10 -5 as compared with the intensity of the light which is not modulating one light (or when one light is not incident). small. For this reason, it is necessary to detect a small modulation component in a state where the original light of the other light becomes the background light and the large background light is superimposed.
これに対し、本発明者は、誘導ラマン散乱顕微鏡から得られる信号を精度良く検出する特定の画像回路や撮像素子を作製している（特許文献２）。この特許文献２では、電荷振り分け部と、ローパスフィルタと、サンプリング回路と、積分回路とを備える画像回路が開示されている。しかしながら、バックグラウンド光が大きい場合やバックグラウンド光が変化する場合には、微弱な信号はバックグラウンド光の影響を受けて検出し難くなる為、バックグラウンド光による影響をさらに低減する必要がある。例えば、電荷振り分けやその後の回路の不均一性や、入力光と出力信号の間に非線形性がある場合、回路の不均一性や非線形性による影響が１％であり、バックグラウンド光が１％変動すると、画像回路からの出力は、バックグラウンド光に換算して１０-4変動してしまう。このため、バックグラウンド光に対して変調成分が１０-5であると、変調成分に対して１０倍ものバックグラウンド光による影響が現れてしまう。 On the other hand, the inventor of the present invention has manufactured a specific image circuit or an imaging element which detects a signal obtained from a stimulated Raman scattering microscope with high accuracy (Patent Document 2). Patent Document 2 discloses an image circuit including a charge distribution unit, a low pass filter, a sampling circuit, and an integration circuit. However, when the background light is large or the background light changes, a weak signal is affected by the background light and thus becomes difficult to detect, so it is necessary to further reduce the influence of the background light. For example, if there is charge non-uniformity, circuit non-uniformity thereafter, or non-linearity between input light and output signal, the non-uniformity or non-linearity of the circuit is 1%, and background light is 1% When it fluctuates, the output from the imaging circuit fluctuates by 10 -4 in terms of background light. For this reason, if the modulation component is 10 -5 with respect to the background light, the influence of the background light by 10 times with respect to the modulation component will appear.
そこで、本発明は、バックグラウンド光による影響を受けずに、変調光検出のＳＮ比を向上する方法を提供することを目的として掲げた。 Therefore, the present invention has been made to provide a method for improving the SN ratio of modulated light detection without being affected by background light.
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、検出されかつＴの周期を有する変調光のＳＮ比を向上する方法において、第１電荷保持部と第２電荷保持部を備える受光素子に、変調光と、相対的に所定量移相した変調光とを検出する際、変調光入射時の第１電荷保持部と第２電荷保持部それぞれで得られる電荷差分値と、移相変調光入射時の第１電荷保持部と第２電荷保持部それぞれで得られる電荷差分値との差分を取ることにより、バックグラウンド光による影響に相当する電荷量を相殺すると共に、変調分に相当する電荷量を増幅し、結果としてＳＮ比が向上することを見出し、本発明を完成した。 MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of repeating earnest research in order to solve the said subject, the present inventors are the 1st charge holding part and 2nd charge holding part in the method of improving the SN ratio of the modulated light which is detected and has a period of T. When detecting the modulated light and the modulated light relatively shifted in phase by a predetermined amount in the light receiving element, the charge difference value obtained by each of the first charge holding portion and the second charge holding portion when the modulated light is incident The charge amount corresponding to the influence of the background light is canceled by taking the difference between the charge difference value obtained by each of the first charge holding portion and the second charge holding portion when the phase shift modulation light is incident, and the modulation It has been found that the charge amount corresponding to a minute is amplified, and as a result, the SN ratio is improved, and the present invention is completed.
また、本発明者らは、第１電荷保持部と第２電荷保持部を備える受光素子で変調光を受光する際、第１期間の第１電荷保持部（及び第２期間の第２電荷保持部）それぞれで得られる電荷の差分値と、移相後の第１期間の第１電荷保持部（及び移相後の第１期間に連動して移相される第２期間の第２電荷保持部）それぞれで得られる電荷の差分値との差分を取ることによっても、バックグラウンド光による影響に相当する電荷量を相殺すると共に、変調分に相当する電荷量を増幅し、結果としてＳＮ比が向上することを見出し、本発明を完成した。 Furthermore, when the present inventors receive modulated light with a light receiving element including a first charge holding portion and a second charge holding portion, the first charge holding portion in a first period (and the second charge holding in a second period) Part) The difference value of the charge obtained in each and the first charge holding part in the first period after the phase shift (and the second charge retention in the second period in which the phase shift is interlocked with the first period after the phase shift) The charge amount corresponding to the influence of background light is offset by taking the difference from the difference value of the charge obtained in each part, and the charge amount corresponding to the modulation is amplified, and as a result, the SN ratio is We have found that it improves and complete the present invention.
すなわち、上記目的を達成し得た本発明の方法とは、複数の受光素子を有する受光素子群において、検出されかつＴの周期を有する変調光のＳＮ比を向上する方法であって、（ａ）前記変調光を複数の受光素子で受ける工程と、（ｂ）前記受光素子において発生する電荷を、第１期間、第１電荷保持部で保持する工程と、（ｃ）前記第１期間の終了後の第２期間、前記受光素子において発生する電荷を第２電荷保持部で保持する工程と、（ｄ）前記第１期間と前記第２期間との組を少なくとも１回以上含む前期期間の間に前記第１電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ１１を検出するとともに、前記前期期間の間に前記第２電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ２１を検出する工程と、（ｅ）前記前期期間の終了後、前記第１期間の位相と前記変調光の位相を相対的に所定量移相させて、前記第１期間と前記第２期間との組を少なくとも１回以上含む後期期間の間に前記第１電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ１２を検出するとともに、前記後期期間の間に前記第２電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ２２を検出する工程と、（ｆ）{（Ｑ１１とＱ２１の差分値）と（Ｑ１２とＱ２２の差分値）との差分値}を算出する工程と、を有し、前記前期期間及び前記後期期間が変調光の周期Ｔ×ｎを含み（ｎは１以上の整数）、前記第１期間及び前記第２期間が、それぞれＴ／２以下である。
この方法により、バックグラウンド光による影響に相当する電荷量は相殺され、しかも変調分に相当する電荷量は増幅されることになり、結果としてＳＮ比を向上することができる。
That is, the method of the present invention which can achieve the above object is a method for improving the SN ratio of modulated light which is detected and has a period of T in a light receiving element group having a plurality of light receiving elements, B) receiving the modulated light by a plurality of light receiving elements, (b) holding the charges generated in the light receiving elements in a first period in a first charge holding portion, and (c) ending the first period. A step of holding the charge generated in the light receiving element in the second charge holding portion in the second period, and (d) between the first period including at least one set of the first period and the second period. Detecting the charge amount Q11 accumulated in the first charge holding portion and detecting the charge amount Q21 accumulated in the second charge holding portion during the previous period; (e) the above period Phase of the first period and the modulated light The phase is relatively shifted by a predetermined amount, and the charge amount Q12 accumulated in the first charge holding portion during the late period including at least one set of the first period and the second period is detected. And (f) {(difference value between Q11 and Q21) and (difference value between Q12 and Q22), and detecting the charge amount Q22 accumulated in the second charge holding portion during the later period. Calculating the difference value of {circumflex over (d)}, and the first and second periods include the period T × n of the modulated light (n is an integer of 1 or more), and the first and second periods are , T / 2 or less respectively.
By this method, the amount of charge corresponding to the influence of the background light is offset, and the amount of charge corresponding to the modulation is amplified, and as a result, the SN ratio can be improved.
本発明において、所定量の移相はｍ×Ｔ±Ｔ/２の移相（ｍは整数）であることが好ましく、電気光学変調素子、電界吸収変調素子、又は空間光変調素子により移相を行うことも好ましい。これにより、移相前の第１電荷保持部と第２電荷保持部それぞれから求められる電荷差分値と、移相後の第１電荷保持部と第２電荷保持部それぞれから求められる電荷差分値とを組とし、この組の間で電荷差分値の差分をとると、特にバックグラウンド光による影響に相当する電荷量を相殺できる。 In the present invention, the predetermined amount of phase shift is preferably m × T ± T / 2 phase shift (m is an integer), and the phase shift is performed by an electro-optic modulator, an electroabsorption modulator or a spatial light modulator. It is also preferable to carry out. Thereby, the charge difference value obtained from each of the first charge holding portion and the second charge holding portion before the phase shift, and the charge difference value obtained from each of the first charge holding portion and the second charge hold portion after the phase shift, By taking the difference of the charge difference value between the sets, it is possible to offset the amount of charge corresponding to the influence of the background light, in particular.
前記前期期間及び前記後期期間が変調光の周期Ｔ×ｎを含み、ｎは２以上の整数の場合において、前記第１期間及び前記第２期間が間欠的な期間であり、前記第１期間及び前記第２期間の両方が前記前期期間及び前記後期期間において（ｎ−１）回以下であることが好ましい。第１期間と第２期間を間欠的な期間とすると共に、それぞれ同一回数とすることにより、前期期間と後期期間との間で電荷量を差分できる。
本明細書において、「間欠的」は、第１期間及び第２期間の一方又は両方にこれらとは異なる第３期間（例えば電荷振り分け停止期間）が設けられる場合や第３期間が設けられない場合に、第１期間及び／又は第２期間が、一定の時間を隔てて繰り返されることを意味する。
具体的に、第３期間が設けられる場合、第３期間は、第１期間と次の第１期間の間に設けられるか、第２期間と次の第２期間の間に設けられるか、或いは第１期間と次の第１期間の間及び第２期間と次の第２期間の間の両方に設けられ、第１期間、第２期間及び第３期間が連続する（ｎが２以上の整数の場合）。
第３期間が設けられない場合、第１期間は第２期間と互い違いに設けられ、第１期間及び第２期間が連続する（ｎが１以上の整数の場合）。
In the case where the first period and the second period include a period T × n of modulated light, and n is an integer of 2 or more, the first period and the second period are intermittent periods, and the first period and It is preferable that both of the second periods be (n-1) times or less in the first period and the second period. By setting the first period and the second period as intermittent periods and setting the same number of times, the charge amount can be differentiated between the first period and the second period.
In this specification, “intermittent” refers to the case where a third period (for example, the charge distribution suspension period) different from one or both of the first period and the second period is provided, or the third period is not provided. In addition, it means that the first period and / or the second period are repeated at regular intervals.
Specifically, when the third period is provided, the third period is provided between the first period and the next first period, or is provided between the second period and the next second period, or The first period, the second period, and the third period are continuous (n is an integer of 2 or more) provided in both the first period and the next first period and between the second period and the second period. in the case of).
When the third period is not provided, the first period is alternately provided with the second period, and the first period and the second period are continuous (when n is an integer of 1 or more).
前記Ｑ１１とＱ１２の差分値及び前記Ｑ２１とＱ２２の差分値が、それぞれ前記第１期間と前記第２期間の一組の間での差分値を積分したものであることも好ましい。 It is also preferable that the difference value between the Q11 and the Q12 and the difference value between the Q21 and the Q22 be respectively the difference value between a pair of the first period and the second period.
前記{（Ｑ１１とＱ２１の差分値）と（Ｑ１２とＱ２２の差分値）との差分値}を前記受光素子群に直接又は間接的に接続される積分回路で処理してもよい。得られた電荷差分値の差分値を直接又は間接的に積分回路で処理し出力することができる。 The {(difference between Q11 and Q21) and (difference between Q12 and Q22)} may be processed by an integration circuit directly or indirectly connected to the light receiving element group. The obtained difference value of the charge difference value can be processed directly or indirectly by the integration circuit and output.
本発明によれば、バックグラウンド光による影響（例えば１／ｆゆらぎ）を低減でき、ＳＮ比を向上することができる。変調光の検出は、従来、バックグラウンド光に対して１０-4の信号までに限られていたが、バックグラウンド光に対して１０-5の信号まで検出が可能となる。 According to the present invention, the influence of background light (for example, 1 / f fluctuation) can be reduced, and the SN ratio can be improved. Although detection of modulated light has conventionally been limited to a signal of 10 -4 with respect to background light, detection of signals of 10 -5 with respect to background light is possible.
加えて、円二色性分光は、異なる波長毎に偏光の光吸収の差を測定するのに対し、本発明によれば、これらの処理を纏めて一度に行うことができる。
更に、手術時に、対象物の蛍光測定は暗視野で行う必要があるが、本発明によれば、バックグラウンド光の影響を受けることがない為、明視野で蛍光をモニタリングでき、手術中に対象物の蛍光測定も可能となる。
In addition, while circular dichroism spectroscopy measures the difference in light absorption of polarized light for different wavelengths, according to the present invention, these treatments can be performed at once.
Furthermore, at the time of surgery, the fluorescence measurement of the object needs to be performed in the dark field, but according to the present invention, the fluorescence can be monitored in the bright field because it is not affected by background light. It also enables fluorescence measurement of objects.
１．変調光のＳＮ比を向上する方法
本発明は、複数の受光素子を有する受光素子群において、検出されかつＴの周期を有する変調光のＳＮ比を向上する方法であり、変調光の移相前後から求められる電荷量の差分値又は受光素子に含まれる電荷保持部の受光期間の移相前後から求められる電荷量の差分値を算出することにより、変調光のＳＮ比を向上する方法である。
1. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is a method of improving the SN ratio of modulated light detected and having a period of T in a light receiving element group having a plurality of light receiving elements, including before and after phase shift of the modulated light. The S / N ratio of the modulated light is improved by calculating the difference between the charge amount obtained from the above and the charge amount between the phase shift of the light receiving period of the charge holding portion included in the light receiving element.
具体的に、本発明の方法は、（ａ）前記変調光を複数の受光素子で受ける工程と、（ｂ）前記受光素子において発生する電荷を、第１期間、第１電荷保持部で保持する工程と、（ｃ）前記第１期間の終了後の第２期間、前記受光素子において発生する電荷を第２電荷保持部で保持する工程と、（ｄ）前記第１期間と前記第２期間との組を少なくとも１回以上含む前期期間の間に前記第１電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ１１を検出するとともに、前記前期期間の間に前記第２電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ２１を検出する工程と、（ｅ）前記前期期間の終了後、前記第１期間の位相と前記変調光の位相を相対的に所定量移相させて、前記第１期間と前記第２期間との組を少なくとも１回以上含む後期期間の間に前記第１電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ１２を検出するとともに、前記後期期間の間に前記第２電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ２２を検出する工程と、（ｆ）{（Ｑ１１とＱ２１の差分値）と（Ｑ１２とＱ２２の差分値）との差分値}を算出する工程と、を有し、前記前期期間及び前記後期期間が変調光の周期Ｔ×ｎを含み（ｎは１以上の整数）、前記第１期間及び前記第２期間が、それぞれＴ／２以下である。以下の工程（ａ）〜（ｆ）を具体的に説明する。 Specifically, in the method of the present invention, (a) receiving the modulated light by a plurality of light receiving elements, and (b) holding the charges generated in the light receiving elements in a first charge holding portion for a first period. (C) holding a charge generated in the light receiving element in a second charge holding portion in a second period after the end of the first period; (d) holding a charge in a second charge holding portion; The charge amount Q11 accumulated in the first charge holding portion during the previous period including at least one set of at least one set of charges is detected, and the charge amount Q21 accumulated in the second charge holding portion during the previous period is detected. And (e) phase-shifting the phase of the first period and the phase of the modulated light relative to each other by a predetermined amount after the end of the previous period, to shift the phase of the first period and the second period. Stored in the first charge carrier during a later period including at least one set of Detecting the charge amount Q12 and detecting the charge amount Q22 accumulated in the second charge holding portion during the late period; (f) {(difference between Q11 and Q21) and (Q12 Calculating the difference value with the difference value of Q22), and the first and second periods include the period T × n of the modulated light (n is an integer of 1 or more), and the first period And the second period is T / 2 or less. The following steps (a) to (f) will be specifically described.
１−１．工程（ａ）
工程（ａ）は、変調光を複数の受光素子で受ける工程である。
変調光は、観察対象物の情報を含み観察対象物から伝搬する光であって、一定の周期Ｔで変調されている光である。光に変調をかける方法は特に限定されないが、例えば、変調のかかっていない光と、周期Ｔの変調がかけられている光とを同時に観察対象物に照射することにより得られる変調光であってもよいし、観察対象物に電気的な刺激により得られる変調光であってもよい。また、明るいバックグラウンド光のもとで、検出にかからない波長の光刺激によって、観察対象物から得られる変調光であってもよい。
1-1. Process (a)
Step (a) is a step of receiving modulated light by a plurality of light receiving elements.
The modulated light is light which contains information of the observation object and propagates from the observation object, and is light which is modulated at a constant period T. The method of modulating the light is not particularly limited, and for example, the modulated light is obtained by simultaneously irradiating the light to which the modulation is not performed and the light to which the modulation of the period T is applied to the observation target Alternatively, it may be modulated light obtained by electrical stimulation of an observation object. In addition, it may be modulated light obtained from an observation object by light stimulation of a wavelength which does not take detection under bright background light.
電気的な刺激により得られる変調光は、例えば生体試料にパルス信号等の電気刺激を与えて得られる変調光であり、その他にも、発光ダイオードのような半導体試料にパルス信号等の電気刺激を与えて得られる変調光である。 Modulated light obtained by electrical stimulation is, for example, modulated light obtained by giving an electrical stimulation such as a pulse signal to a biological sample, and in addition, a semiconductor sample such as a light emitting diode may be subjected to an electrical stimulation such as a pulse signal. It is modulated light obtained by giving.
複数の入射光により得られる変調光は、例えば第１入射光と、Ｔの周期を有する第２入射光とを試料に入射させて得られる変調光である。
第１入射光は、例えばレーザー光であり、好ましくはパルスレーザー光であり、より好ましくは超短パルスレーザー光である。
第２入射光は、Ｔの周期を有するものである限り、第１入射光と同様のレーザー光であればよい。
周期Ｔは、例えば２００ｐ秒〜１ｍ秒であり、好ましくはパルスレーザーであればそのパルス周期の２倍以上、０．５μ秒以下であり、より好ましくはパルス周期の整数倍（好ましくは２倍以上）、特に好ましくは第１入射光と第２入射光のパルス光の繰り返し周波数が８０ＭＨｚの場合（パルスの周期が１２．５ｎ秒）２５あるいは５０ｎ秒である。
The modulated light obtained by the plurality of incident lights is, for example, modulated light obtained by causing the first incident light and the second incident light having a period of T to be incident on the sample.
The first incident light is, for example, laser light, preferably pulsed laser light, and more preferably ultrashort pulsed laser light.
As long as the second incident light has a period of T, it may be the same laser light as the first incident light.
The period T is, for example, 200 ps to 1 ms, preferably 2 times or more and 0.5 μs or less of the pulse period if it is a pulse laser, more preferably an integral multiple (preferably 2 times or more) of the pulse period. And particularly preferably 25 or 50 nsec when the repetition frequency of the pulsed light of the first incident light and the second incident light is 80 MHz (the pulse period is 12.5 nsec).
第１入射光は、短波長（例えば７００〜８００ｎｍ）であり、第２入射光は、長波長（例えば８００〜９５０ｎｍ）であってもよい。第１入射光の周波数は、第２入射光の周波数よりも高ければよい。
第１入射光と第２入射光の繰り返し周波数は、例えば約２０〜１００ＭＨｚであり、好ましくは７０〜９０ＭＨｚであり、特に好ましくは８０ＭＨｚである。
第１入射光と第２入射光は、例えばいずれもレーザー光源により発生され、第１入射光および第２入射光は、合波器としてのミラー（ダイクロイックミラー）に導入されることにより、第１入射光と第２入射光とが時間的及び空間的に重ね合わされて合波される。
The first incident light may have a short wavelength (e.g., 700 to 800 nm), and the second incident light may have a long wavelength (e.g., 800 to 950 nm). The frequency of the first incident light may be higher than the frequency of the second incident light.
The repetition frequency of the first incident light and the second incident light is, for example, about 20 to 100 MHz, preferably 70 to 90 MHz, and particularly preferably 80 MHz.
The first incident light and the second incident light are both generated by, for example, a laser light source, and the first incident light and the second incident light are introduced into a mirror (dichroic mirror) as a multiplexer so that the first incident light and the second incident light are generated. The incident light and the second incident light are temporally and spatially superimposed and combined.
第２入射光は、変調器により強度変調されてもよい。変調器は、例えば０．５ＭＨｚ以上、レーザーのパルス光の繰り返し周波数の１／２以下の周波数、好ましくは０．５ＭＨｚ以上４０ＭＨｚ以下の周波数を選択できる。これにより、約１％ゆらぐパルス光の強度を変調し、第２入射光を変調する場合に第１入射光に出現する１０-4以下の微弱な変調度を検出することができる。
なお、変調器の代わりにパルス発振の周期が、２倍異なるパルスレーザーを用いても良い。パルス周期Ｔ/２の第１入射光、パルス周期Ｔの第２入射光を用いることは、パルス周期Ｔ/２の第２入射光に周期Ｔで変調を与えたことと等価である。
上記は、第２入射光を変調する場合を示すが、第２入射光を変調する代わりに第１入射光を変調してもよく、変調器は、第１入射光の光路及び第２入射光の光路のいずれかに設けられてもよい。第１入射光を変調器で変調する場合、第２入射光に重畳する変調成分を検出する。また、第２入射光を変調器で変調する場合、第１入射光に重畳する変調成分を検出する。
The second incident light may be intensity modulated by the modulator. The modulator can select, for example, a frequency of 0.5 MHz or more and a half or less of the repetition frequency of pulsed light of laser, preferably a frequency of 0.5 MHz or more and 40 MHz or less. Thereby, it is possible to modulate the intensity of the pulsed light fluctuating by about 1% and to detect a weak modulation degree of 10 -4 or less appearing in the first incident light when modulating the second incident light.
Note that, instead of the modulator, it is also possible to use a pulse laser in which the cycle of pulse oscillation differs by 2 times. Using the first incident light of pulse cycle T / 2 and the second incident light of pulse cycle T is equivalent to applying the modulation of the second incident light of pulse cycle T / 2 with period T.
Although the above shows the case of modulating the second incident light, instead of modulating the second incident light, the first incident light may be modulated, and the modulator is configured to control the optical path of the first incident light and the second incident light. It may be provided in any of the optical paths of When the first incident light is modulated by the modulator, the modulation component to be superimposed on the second incident light is detected. When the second incident light is modulated by the modulator, a modulation component to be superimposed on the first incident light is detected.
第１入射光、第２入射光は、合波器によりこれらを重ね合わせてもよく、合波器からの第１入射光、第２入射光は同期されていることが好ましい。
第１入射光と第２入射光の同期は、例えばバランス相互相関器により行われてもよく、第１入射光、第２入射光を時間的に高精度に同期させてもよい。
The first incident light and the second incident light may be overlapped by a multiplexer, and it is preferable that the first incident light and the second incident light from the multiplexer be synchronized.
The synchronization of the first incident light and the second incident light may be performed by, for example, a balance cross correlator, or the first incident light and the second incident light may be synchronized with high accuracy in time.
第１入射光は、所定間隔で発せられた複数のパルスで構成されてもよい。
第２入射光は、隣り合う複数のパルス群をオンにする区間と、他の隣り合う複数のパルス群をオフにする区間を有するものであってもよい。
The first incident light may be composed of a plurality of pulses emitted at predetermined intervals.
The second incident light may have a section in which a plurality of adjacent pulse groups are turned on and a section in which other adjacent plurality of pulse groups are turned off.
時間的及び空間的に重ね合わされた第１入射光、第２入射光は、対象試料に同時に照射されると、これら２つのパルス光の周波数の差が分子振動の周波数と一致すると、誘導ラマン散乱効果により第１入射光の強度が減衰し、第２入射光の強度は、増強され、第２入射光の強度が変調されていれば第１入射光の強度も変調されることとなる。逆に第１入射光の強度が変調されていれば第２入射光の強度も変調されることとなる。 When the target sample is irradiated simultaneously with the first incident light and the second incident light superimposed in time and space, stimulated Raman scattering occurs when the frequency difference between the two pulse lights matches the frequency of molecular vibration. As a result, the intensity of the first incident light is attenuated, the intensity of the second incident light is enhanced, and if the intensity of the second incident light is modulated, the intensity of the first incident light is also modulated. Conversely, if the intensity of the first incident light is modulated, the intensity of the second incident light will also be modulated.
第１入射光、第２入射光の時間幅は、５００フェムト秒〜５００ピコ秒であってもよい。時間幅が、５００フェムト秒よりも短くなると、波長幅が広がり、得られるラマン散乱スペクトルの波数（波長）分解能が悪くなり、個々の分子振動を検出し難くなる場合がある。５００ピコ秒より長くなると、ピークが小さくなり、誘導ラマン散乱の効率が低下する場合がある。 The time width of the first incident light and the second incident light may be 500 femtoseconds to 500 picoseconds. If the time width is shorter than 500 femtoseconds, the wavelength width may be broadened, the wave number (wavelength) resolution of the obtained Raman scattering spectrum may be deteriorated, and it may be difficult to detect individual molecular vibrations. If it is longer than 500 picoseconds, the peak may be smaller and the efficiency of stimulated Raman scattering may be reduced.
第１入射光と第２入射光は、時間的及び空間的に重ね合わせて、光学部品のマイクロレンズアレイに照射されてもよい。マイクロレンズアレイには、凹状又は凸状の複数のマイクロレンズが形成されていてもよい。これにより、第１入射光と第２入射光が複数の光束に分割され、試料に多数の光束を照射することができる為、生細胞等の試料へのダメージを低減できる。また、マイクロレンズが凹状である場合に、色収差による影響を低減できる。 The first incident light and the second incident light may be superimposed temporally and spatially and irradiated to the microlens array of the optical component. A plurality of concave or convex microlenses may be formed in the microlens array. As a result, the first incident light and the second incident light are divided into a plurality of luminous fluxes, and a large number of luminous fluxes can be irradiated to the sample, so damage to the sample such as living cells can be reduced. In addition, when the microlens is concave, the influence of the chromatic aberration can be reduced.
試料を透過する第１入射光と第２入射光のうち、第２入射光がフィルタにより減衰されてもよく、変調された第１入射光が透過されてもよい。誘導ラマン散乱による第１入射光の変調度は、１０-4〜１０-5の非常に微弱なものであり、バックグラウンド信号の変動により影響を受けやすくなっている。 Among the first incident light and the second incident light transmitted through the sample, the second incident light may be attenuated by the filter, and the modulated first incident light may be transmitted. The degree of modulation of the first incident light by stimulated Raman scattering is very weak from 10 -4 to 10 -5 and is susceptible to fluctuations in the background signal.
変調光は、Ｔの周期を有し、後述する第１電荷保持部の第１期間の時間間隔と、第２電荷保持部の第２期間との時間間隔の和とほぼ一致するようになっていることが好ましい。
変調光の周期Ｔは、ｎ倍繰り返され（ｎは１以上の整数）、これが前期期間及び後期期間に含まれることとなる。
The modulated light has a period of T, and is approximately equal to the sum of the time interval of the first period of the first charge holding portion described later and the second period of the second charge holding portion. Is preferred.
The period T of the modulated light is repeated n times (n is an integer of 1 or more), and this is included in the early period and the late period.
受光素子は、例えばフォトダイオードであり、好ましくは第１電荷保持部と第２電荷保持部を少なくとも有するフォトダイオードである。受光素子は、半導体基板上に複数配設されてもよく、例えば８×６４の形式で配設され受光素子群を形成してもよいがこれに限定されない。
受光素子は、例えば０．５ＭＨｚ以上、レーザーのパルス発振の周波数の１／２以下の周波数、好ましくは０．５ＭＨｚ以上４０ＭＨｚ以下の周波数に感度を有する。
The light receiving element is, for example, a photodiode, and preferably a photodiode having at least a first charge holding portion and a second charge holding portion. A plurality of light receiving elements may be provided on the semiconductor substrate. For example, the light receiving element group may be formed in an 8 × 64 format, but is not limited thereto.
The light receiving element is sensitive to, for example, a frequency of 0.5 MHz or more and a half or less of a frequency of pulse oscillation of a laser, preferably a frequency of 0.5 MHz or more and 40 MHz or less.
１−２．工程（ｂ）
工程（ｂ）は、複数の受光素子の個々の受光素子において発生する電荷を、第１期間、第１電荷保持部で保持する工程である。
第１電荷保持部は、第１期間の間、受光素子で発生する電荷を保持する機能素子（例えばキャパシタ）である。
第１期間の他に、第３期間（例えば電荷振り分け停止期間）が設けられていなくてもよく（ｎは１以上の整数）、第３期間が設けられていてもよく（ｎは２以上の整数）、第１期間と次の第１期間が一定の間隔（第２期間並びに／又は第２期間及び第３期間）を隔てて設けられる期間であってもよい。第１期間は、変調光の受光開始と同時に開始されてもよく、変調光の受光後に開始されてもよく、所望の強度を有する変調光成分に対応して設けられる期間である。第１期間は、好ましくは第１期間の終了後に設けられる第２期間の終了後に繰り返されてもよく、第２期間の終了後、一定の間隔（第３期間）を隔てて繰り返されてもよい。
第３期間が設けられていない場合（ｎが１以上の整数である場合）、第１期間の開始から、次の第１期間の開始までの間隔はＴであってもよい。
第３期間が設けられている場合（ｎが２以上の整数である場合）、第１期間の開始から、次の第１期間の開始までの間隔はＴ×（ｎ−１）以下の整数であってもよい。
第１期間は、Ｔ／２以下であり、好ましくはＴ／２である。
第３期間（第１期間及び第２期間を除く）は、Ｔ／２以下又はＴ以下であることが好ましく、より好ましくはＴ／２又はＴである。
第１期間と第３期間の順序は、特に限定されず、第１期間及び第３期間、第３期間及び第１期間いずれの順序であってもよい。
1-2. Step (b)
The step (b) is a step of holding the charge generated in each of the light receiving elements of the plurality of light receiving elements in the first charge holding portion for a first period.
The first charge holding portion is a functional element (for example, a capacitor) that holds the charge generated in the light receiving element during the first period.
In addition to the first period, the third period (for example, the charge distribution suspension period) may not be provided (n is an integer of 1 or more), and the third period may be provided (n is 2 or more The integer period may be a period in which the first period and the next first period are separated by a constant interval (the second period and / or the second period and the third period). The first period may be started simultaneously with the start of light reception of the modulated light, or may be started after the light reception of the modulated light, and is a period provided corresponding to the modulated light component having a desired intensity. The first period may be repeated after the end of the second period, which is preferably provided after the end of the first period, and may be repeated at a constant interval (third period) after the end of the second period .
If the third period is not provided (if n is an integer of 1 or more), the interval from the start of the first period to the start of the next first period may be T.
When the third period is provided (when n is an integer of 2 or more), the interval from the start of the first period to the start of the next first period is an integer equal to or less than T × (n−1) It may be.
The first period is T / 2 or less, preferably T / 2.
The third period (excluding the first period and the second period) is preferably T / 2 or less or T or less, more preferably T / 2 or T.
The order of the first period and the third period is not particularly limited, and may be any order of the first period, the third period, the third period, and the first period.
１−３．工程（ｃ）
工程（ｃ）は、第１期間の終了後の第２期間、受光素子において発生する電荷を第２電荷保持部で保持する工程である。
第２電荷保持部は、第２期間の間、受光素子で発生する電荷を保持する機能素子（例えばキャパシタ）である。
第２期間は、第１期間で受光する変調光成分とは異なる所望の強度を有する変調光成分に対応して設けられる期間であり、第１期間の終了後に開始される。
第２期間の他に、第３期間（例えば電荷振り分け停止期間）が設けられていなくともよく（ｎは１以上の整数）、第３期間が設けられていてもよく（ｎは２以上の整数）、第２期間と次の第２期間が一定の間隔（第１期間並びに／又は第１期間及び第３期間）を隔てて設けられる期間であってもよい。第２期間は、第２期間の終了後に設けられる第１期間の終了後に設けられてもよく、第１期間の終了後、一定の間隔（第３期間）を隔てて繰り返されてもよい。
第３期間が設けられていない場合（ｎが１以上の整数である場合）、第２期間の開始から、次の第２期間の開始までの間隔はＴであってもよい。
第３期間が設けられている場合（ｎが２以上の整数である場合）、第２期間の開始から、次の第２期間の開始までの間隔は、Ｔ×（ｎ−１）以下の整数であってもよい。
第１期間、第２期間に第３期間が設けられていない場合（ｎが１以上の整数である場合）、第１期間の開始から、第２期間の開始までの間隔は、｛Ｔ×ｎ以下の整数＋Ｔ／２｝或いはＴ／２であってもよい。
第１期間、第２期間に第３期間が設けられている場合（ｎが２以上の整数である場合）、第１期間の開始から、第２期間の開始までの間隔は、｛Ｔ×（ｎ−１）以下の整数＋Ｔ／２｝或いはＴ／２であってもよい。
第２期間は、Ｔ／２以下であり、好ましくはＴ／２である。
第３期間（第１期間及び第２期間を除く）は、Ｔ／２以下又はＴ以下であることが好ましく、より好ましくはＴ／２又はＴである。
第２期間と第３期間の順序は、特に限定されず、第２期間及び第３期間、第３期間及び第２期間いずれの順序であってもよい。
1-3. Step (c)
The step (c) is a step of holding the charge generated in the light receiving element in the second charge holding portion for a second period after the end of the first period.
The second charge holding portion is a functional element (for example, a capacitor) that holds the charge generated in the light receiving element during the second period.
The second period is a period provided corresponding to a modulated light component having a desired intensity different from that of the modulated light component received in the first period, and is started after the end of the first period.
In addition to the second period, the third period (for example, the charge distribution stop period) may not be provided (n is an integer of 1 or more), and the third period may be provided (n is an integer of 2 or more The second period and the next second period may be provided at predetermined intervals (the first period and / or the first period and the third period). The second period may be provided after the end of the first period provided after the end of the second period, and may be repeated at regular intervals (third period) after the end of the first period.
If the third period is not provided (if n is an integer of 1 or more), the interval from the start of the second period to the start of the next second period may be T.
When the third period is provided (if n is an integer of 2 or more), the interval from the start of the second period to the start of the next second period is an integer of T × (n−1) or less It may be
When the third period is not provided in the first period and the second period (when n is an integer of 1 or more), the interval from the start of the first period to the start of the second period is {T × n It may be the following integer + T / 2} or T / 2.
When the third period is provided in the first period and the second period (when n is an integer of 2 or more), the interval from the start of the first period to the start of the second period is {T × ( n-1) may be an integer less than or equal to + T / 2} or T / 2.
The second period is T / 2 or less, preferably T / 2.
The third period (excluding the first period and the second period) is preferably T / 2 or less or T or less, more preferably T / 2 or T.
The order of the second and third periods is not particularly limited, and may be any of the second and third periods, the third period, and the second period.
１−４．工程（ｄ）
工程（ｄ）は、第１期間と第２期間との組を少なくとも１回以上含む前期期間の間に第１電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ１１を検出するとともに、前期期間の間に第２電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ２１を検出する工程である。
前期期間に第３期間が設けられていない場合（ｎが１以上の整数である場合）、前期期間において第１期間及び第２期間の両方はｎ回であってもよい。
前期期間に第３期間が設けられている場合（ｎが２以上の整数である場合）、前期期間において第１期間及び第２期間の両方は（ｎ−１）回以下であってもよい。
前期期間は、上述した第１期間と第２期間との組を少なくとも１回以上含むものである。前期期間において、第１電荷保持部は、少なくとも１回以上の第１期間の間に電荷を保持し、電荷量Ｑ１１を検出する。
同様に、前期期間において、第２電荷保持部は、少なくとも１回以上の第２期間の間に電荷を保持し、電荷量Ｑ２１を検出する。
受光素子による変調光の受光開始から受光停止までの時間間隔は、前期期間と一致していることが好ましい。
前期期間は、上述した周期Ｔと同様に、例えば２００ｐ秒〜１ｍ秒であり、好ましくはパルスレーザーであればそのパルス周期の２倍以上、０．５μ秒以下であり、より好ましくはパルス周期の整数倍（好ましくは２倍以上）、特に好ましくは第１入射光と第２入射光のパルス光の繰り返し周波数が８０ＭＨｚの場合（パルスの周期が１２．５ｎ秒）２５あるいは５０ｎ秒である。
1-4. Step (d)
Step (d) detects the charge amount Q11 accumulated in the first charge holding portion during the previous period including at least one set of the first period and the second period at least once, and 2) This is a step of detecting the charge amount Q21 accumulated in the charge holding portion.
When the third period is not provided in the previous period (when n is an integer of 1 or more), both the first period and the second period may be n times in the previous period.
When the third period is provided in the previous period (when n is an integer of 2 or more), both the first period and the second period may be (n-1) times or less in the previous period.
The first period includes at least one set of the first period and the second period described above. In the first period, the first charge holding portion holds the charge for at least one or more first periods, and detects the charge amount Q11.
Similarly, in the previous period, the second charge holding portion holds the charge for at least one or more second periods, and detects the charge amount Q21.
It is preferable that the time interval from the start of light reception of modulated light by the light receiving element to the stop of light reception be the same as the previous period.
The preceding period is, for example, 200 ps to 1 ms similarly to the above-described cycle T, preferably twice or more and 0.5 μs or less of the pulse cycle if it is a pulse laser, more preferably the pulse cycle. It is 25 or 50 ns when the repetition frequency of the pulsed light of the first incident light and the second incident light is 80 MHz (pulse cycle is 12.5 n seconds), and is preferably an integral multiple (preferably 2 or more).
１−５．工程（ｅ）
工程（ｅ）は、前期期間の終了後、第１期間の位相と変調光の位相を相対的に所定量移相させて、第１期間と第２期間との組を少なくとも１回以上含む後期期間の間に第１電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ１２を検出するとともに、後期期間の間に第２電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ２２を検出する工程である。
1-5. Step (e)
The step (e) shifts the phase of the first period and the phase of the modulated light relative to each other by a predetermined amount after the end of the previous period, and includes at least one set of the first period and the second period at least once. This is a step of detecting the charge amount Q12 accumulated in the first charge holding portion during the period, and detecting the charge amount Q22 accumulated in the second charge holding portion during the late period.
「第１期間の位相と変調光の位相を相対的に所定量移相する」とは、第１期間の位相に対して変調光の位相を所定量移相する場合、又は変調光の位相に対して第１期間の位相を所定量移相する場合を意味する。 “The phase of the first period and the phase of the modulated light are relatively phase shifted relative to each other by a predetermined amount” means when the phase of the modulated light is phase shifted a predetermined amount with respect to the phase of the first period, or On the other hand, this means that the phase of the first period is shifted by a predetermined amount.
第１期間の位相に対して変調光の位相を所定量移相する場合、所定量移相した変調光を受光素子で受光し、第１期間、第１電荷保持部で電荷を保持し、第２期間、第２電荷保持部で電荷を保持すればよい。この時、第１期間と第２期間の時間間隔やその順番は、前期期間と同様であってもよい。 When the phase of the modulated light is phase-shifted by a predetermined amount with respect to the phase of the first period, the modulated light phase-shifted by the predetermined amount is received by the light receiving element, and the charge is held by the first charge holding portion during the first period. The charge may be held in the second charge holding portion for two periods. At this time, the time interval of the first period and the second period or the order thereof may be the same as that of the previous period.
変調光の位相に対して第１期間の位相を所定量移相する場合、変調光の受光素子での受光前後又は変調光の受光素子での受光と同時に、第１期間の位相を所定量移相し、移相後の第１期間、第１電荷保持部で電荷を保持し、移相後の第１期間と連動して移相される第２期間、第２電荷保持部で電荷を保持すればよい。 When the phase of the first period is phase-shifted by a predetermined amount with respect to the phase of the modulated light, the phase of the first period is shifted by a predetermined amount before and after light reception by the light receiving element of the modulated light or simultaneously with light reception by the light receiving element of the modulated light. In the first period after phase shift, charge is held in the first charge holding portion, and in the second period in which phase shift is interlocked with the first period after phase shift, the charge is held in the second charge holding portion do it.
所定量の移相は、ｍ×Ｔ±Ｔ／２の移相（ｍは整数）であることが好ましく、より好ましくは±Ｔ／２の移相である。当該条件を満たすと、第１電荷保持部及び第２電荷保持部で生じたバックグラウンド光による影響に相当する電荷量を、第１電荷保持部同士及び第２電荷保持部同士で相殺でき、変調分の電荷量を増幅できる。 The predetermined amount of phase shift is preferably m × T ± T / 2 phase shift (m is an integer), more preferably ± T / 2 phase shift. When the condition is satisfied, the charge amounts corresponding to the influence of the background light generated in the first charge holding portion and the second charge holding portion can be offset by the first charge holding portions and between the second charge holding portions. The amount of charge can be amplified.
後期期間に第３期間が設けられていない場合（ｎが１以上の整数である場合）、後期期間において第１期間及び第２期間の両方はｎ回であってもよい。
後期期間に第３期間が設けられている場合（ｎが２以上の整数である場合）、後期期間において第１期間及び第２期間の両方は（ｎ−１）回以下であってもよい。
後期期間は、前期期間の終了後に設けられ、上述した第１期間と第２期間との組を少なくとも１回以上含むものである。後期期間において、第１電荷保持部は、少なくとも１回以上の第１期間の間に電荷を保持し、電荷量Ｑ１２を検出する。同様に、後期期間において、第２電荷保持部は、少なくとも１回以上の第２期間の間に電荷を保持し、電荷量Ｑ２２を検出する。後期期間は、前期期間と同じ時間間隔であることが好ましい。なお、第１期間及び第２期間が存在しない場合に発生した電荷は排除されるものとする。
例えば、前期期間において、第１期間において第１電荷保持部における電荷の保持機能がＯＮ−ＯＦＦ−ＯＮ−ＯＦＦする矩形パルスであり、第２期間において第２電荷保持部における電荷の保持機能がＯＦＦ−ＯＮ−ＯＦＦ−ＯＮの矩形パルスである場合、後期期間においては、第１期間において第１電荷保持部における電荷の保持機能がＯＦＦ−ＯＮ−ＯＦＦ−ＯＮの矩形パルスであり、第２期間において第２電荷保持部における電荷の保持機能がＯＮ−ＯＦＦ−ＯＮ−ＯＦＦの矩形パルスであってもよい。
When the third period is not provided in the late period (when n is an integer of 1 or more), both the first period and the second period may be n times in the late period.
When the third period is provided in the late period (when n is an integer of 2 or more), both the first period and the second period may be (n-1) times or less in the late period.
The late period is provided after the end of the early period, and includes at least one or more of the above-described pair of the first period and the second period. In the late period, the first charge holding portion holds the charge for at least one or more first periods, and detects the charge amount Q12. Similarly, in the late period, the second charge holding portion holds the charge for at least one or more second periods, and detects the charge amount Q22. The late period is preferably the same time interval as the early period. Note that charges generated when the first period and the second period do not exist are excluded.
For example, in the first period, the charge holding function in the first charge holding portion is a rectangular pulse turned ON-OFF-ON-OFF in the first period, and the charge holding function in the second charge holding portion is OFF in the second period. In the case of a rectangular pulse of -ON-OFF-ON, in the latter period, the charge holding function of the first charge carrier in the first period is a rectangular pulse of OFF-ON-OFF-ON, and in the second period The charge holding function of the second charge holding portion may be an ON-OFF-ON-OFF rectangular pulse.
１−６．工程（ｆ）
工程（ｆ）は、{（Ｑ１１とＱ２１の差分値）と（Ｑ１２とＱ２２の差分値）との差分値｝を算出する工程である。
（Ｑ１１とＱ２１の差分値）は、（Ｑ１１−Ｑ２１）又は（Ｑ２１−Ｑ１１）であることが好ましい。
（Ｑ１２とＱ２２の差分値）は、（Ｑ１２−Ｑ２２）又は（Ｑ２２−Ｑ１２）であることが好ましい。
{（Ｑ１１とＱ２１の差分値）と（Ｑ１２とＱ２２の差分値）との差分値｝は、｛（Ｑ１１−Ｑ２１）−（Ｑ１２−Ｑ２２）｝、｛（Ｑ１１−Ｑ２１）−（Ｑ２２−Ｑ１２）｝、｛（Ｑ２１−Ｑ１１）−（Ｑ１２−Ｑ２２）｝、又は｛（Ｑ２１−Ｑ１１）−（Ｑ２２−Ｑ１２）｝であることが好ましい。
1-6. Step (f)
Step (f) is a step of calculating the difference value between {(difference value between Q11 and Q21) and (difference value between Q12 and Q22)}.
(The difference value between Q11 and Q21) is preferably (Q11-Q21) or (Q21-Q11).
The (difference value between Q12 and Q22) is preferably (Q12-Q22) or (Q22-Q12).
{(Difference between Q11 and Q21) and (difference between Q12 and Q22)} is {(Q11-Q21)-(Q12-Q22)}, {(Q11-Q21)-(Q22-Q12) It is preferable that it is {}, {(Q21-Q11)-(Q12-Q22)}, or {(Q21-Q11)-(Q22-Q12)}.
概念上、Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、Ｑ２２はそれぞれ、正味の信号の電荷Ｑ’及びバックグラウンド光による影響（電荷振り分けやその後の回路の不均一性や、入力光と出力信号の間に非線形性によって生じたノイズ）に相当する電荷εを含み、すなわち（Ｑ１１’＋ε１１）、（Ｑ１２’+ε１２）、（Ｑ２１’＋ε２１）、（Ｑ２２’＋ε２２）として表せる。
例えば、（Ｑ１１−Ｑ２１）は、｛（Ｑ１１’＋ε１１）−（Ｑ２１’＋ε２１）｝となり、一方で、（Ｑ１２−Ｑ２２）は、｛（Ｑ１２’＋ε１２）−（Ｑ２２’＋ε２２）｝となる。
更に、｛（Ｑ１１−Ｑ２１）−（Ｑ１２−Ｑ２２）｝は、｛（Ｑ１１’＋ε１１）−（Ｑ２１’＋ε２１）｝−｛（Ｑ１２’＋ε１２）−（Ｑ２２’＋ε２２）｝となり、Ｑ１１’＝Ｑ２２’、Ｑ１２’＝Ｑ２１’の場合、２（Ｑ２２’−Ｑ２１’）＋（ε１１−ε２１−ε１２＋ε２２）となる。ε１１とε１２、ε２１とε２２は同一回路からのノイズであるため、回路の不均一性や、入力光と出力信号の間に非線形性も同一であり、バックグラウンド光による影響が相殺される。正味の変調分の電荷量が増幅され、バックグラウンド光による影響に相当する電荷量が相殺される。また、回路自身から発したノイズも相殺される。
Conceptually, Q11, Q12, Q21, and Q22 are each affected by the charge Q 'of the net signal and background light (non-uniformity of charge distribution and subsequent circuits, or nonlinearity between input light and output signal) Can be expressed as (Q11 ′ + ε11), (Q12 ′ + ε12), (Q21 ′ + ε21), (Q22 ′ + ε22).
For example, (Q11-Q21) becomes {(Q11 '+. Epsilon.11)-(Q21' +. Epsilon.21)}, while (Q12-Q22) becomes {(Q12 '+. Epsilon.12)-(Q22' +. Epsilon.22)}.
Further, {(Q11-Q21)-(Q12-Q22)} is {(Q11 '+. Epsilon.11)-(Q21' +. Epsilon.21)}-{(Q12 '+. Epsilon.12)-(Q22' +. Epsilon.22)}, and Q11 '= Q22. If ', Q12' = Q21 ', then 2 (Q22'-Q21 ') + (ε11-ε21-ε12 + ε22). Since .epsilon.11 and .epsilon.12 and .epsilon.21 and .epsilon.22 are noises from the same circuit, the nonuniformity of the circuit and the non-linearity between the input light and the output signal are also the same, and the influence of the background light is offset. The charge amount of the net modulation amount is amplified, and the charge amount corresponding to the influence by the background light is offset. Also, noise generated from the circuit itself is canceled out.
電荷量の差分値は、前期期間のＱ１１、Ｑ１２の積分電荷量を差分したものでもよく、後期期間のＱ２１、Ｑ２２の積分電荷量を差分したものでもよい。また、Ｑ１１とＱ１２の差分値及びＱ２１とＱ２２の差分値はそれぞれ第１期間と第２期間の一組の間の差分値を積分したものであってもよい。例えば、前期期間の第１期間と第２期間を一組としてこの組の電荷量Ｑ１１とＱ１２との差分を算出し、前期期間の他の組の差分とを積分したものであってもよい。後期期間でも第１期間と第２期間を一組として同様に差分をとり、後期期間の他の組の差分とを積分してもよい。 The difference between the charge amounts may be a difference between the integrated charge amounts of Q11 and Q12 in the first period, or a difference between the integrated charge amounts of Q21 and Q22 in the second period. Further, the difference value between Q11 and Q12 and the difference value between Q21 and Q22 may be obtained by integrating the difference value between one set of the first period and the second period. For example, the first period and the second period of the previous period may be used as one set to calculate the difference between the charge amounts Q11 and Q12 of this pair, and the difference between the other pairs of the previous period may be integrated. Even in the late period, the first period and the second period may be taken as a pair and differences may be similarly taken, and the differences may be integrated with other pairs in the late period.
電気光学変調素子、電界吸収変調素子、又は空間光変調素子により移相を行うことも好ましい。変調光の移相は、これら素子により行うことが好ましく、第１期間の移相は、例えば移相器などを用いることが好ましい。 It is also preferable to perform the phase shift with an electro-optical modulator, an electroabsorption modulator or a spatial light modulator. The phase shift of the modulated light is preferably performed by these elements, and the phase shift in the first period is preferably performed using, for example, a phase shifter.
{（Ｑ１１とＱ２１の差分値）と（Ｑ１２とＱ２２の差分値）との差分値}を受光素子群に直接又は間接的に接続される積分回路で処理することが好ましい。
積分回路は、増幅回路（例えばオペアンプ）、容量素子及びスイッチ等を含むものであれば、特に限定されず、電荷差分値を電圧に変換して出力する。
It is preferable to process {(difference between Q11 and Q21) and (difference between Q12 and Q22)} by an integrating circuit directly or indirectly connected to the light receiving element group.
The integrator circuit is not particularly limited as long as it includes an amplifier circuit (for example, an operational amplifier), a capacitive element, a switch, and the like, and converts the charge difference value into a voltage and outputs the voltage.
本発明に関し、図面を参照しつつ具体的に説明するが、本発明はもとより図示例に限定される訳ではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Although the present invention will be specifically described with reference to the drawings, the present invention is not of course limited to the illustrated examples, and appropriate modifications may be made within the scope which can be applied to the spirit of the foregoing and the following. Are also possible, and they are all included in the technical scope of the present invention.
以下、図１を参照しながら、本発明の一例を説明する。
図１は、本発明において変調光の位相を相対的に所定量移相する場合の一例である。前期期間において、第１入射光は、一定の間隔で連続的に入射し（図１（Ａ））、第２入射光は、一定の周期でオンオフしながら入射し（図１（Ｂ））、変調光は、第１入射光と第２入射光により合波される（図１（Ｃ））。変調光は、第１入射光と第２入射光が重なり合う部分で強度が減衰した成分と第１入射光と同じ強度の成分とを含む（図１（Ｃ））。
Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is an example in the case where the phase of modulated light is relatively phase shifted by a predetermined amount in the present invention. In the previous period, the first incident light is continuously incident at a constant interval (FIG. 1A), and the second incident light is incident while turning on and off at a constant period (FIG. 1B), The modulated light is multiplexed by the first incident light and the second incident light (FIG. 1 (C)). The modulated light includes a component whose intensity is attenuated at a portion where the first incident light and the second incident light overlap and a component having the same intensity as the first incident light (FIG. 1C).
第１電荷保持部は、第１期間、変調光の強度が減衰された成分に対して電荷を保持し、第２電荷保持部は、第２期間、変調光の強度が減衰されていない成分に対して電荷を保持する（図１（Ｃ）〜（Ｄ））。第１期間と第２期間は、それぞれ一定の時間間隔を有し、第１期間と第２期間の組を１つ以上含む前期期間を構成する（図１（Ｅ））。第１期間が終了すると、第２期間が開始し、第２期間の終了後に、第１期間が再度開始する（図１（Ｅ））。
結果として、第１電荷保持部は、１つ以上の第１期間の間、電荷を保持し続け、所定の電荷量を保持し、第２電荷保持部は、１つ以上の第２期間の間、電荷を保持し続け、所定の電荷量を保持する。
The first charge holding unit holds a charge for the component in which the intensity of the modulated light is attenuated for the first period, and the second charge holding unit is a component in which the intensity of the modulated light is not attenuated for the second period. On the other hand, the charge is held (FIG. 1 (C) to (D)). The first period and the second period each have a fixed time interval, and constitute a previous period including one or more pairs of the first period and the second period (FIG. 1E). When the first period ends, the second period starts, and after the end of the second period, the first period starts again (FIG. 1 (E)).
As a result, the first charge carrier continues to hold charge for one or more first periods and holds a predetermined charge amount, and the second charge carrier is for one or more second periods. , Hold the charge and hold a predetermined charge amount.
次に後期期間で、第２入射光の位相を所定量移相すること以外は、前期期間と同様な手順を行う。すなわち、後期期間において、第１入射光は、一定の間隔で連続的に入射し（図１（Ａ））、第２入射光は、前期期間で使用された光の位相に対して所定量移相された後に、入射し（図１（Ｂ））、変調光は第１入射光と第２入射光により合波される（図１（Ｃ））。変調光は、前期期間の変調光に比べて位相がずれて、第１入射光と第２入射光が重なり合う部分で強度が減衰する成分と第１入射光と同じ強度の成分とを含む（図１（Ｃ））。 Next, in the later period, the same procedure as in the previous period is performed except that the phase of the second incident light is phase-shifted by a predetermined amount. That is, in the late period, the first incident light is continuously incident at constant intervals (FIG. 1A), and the second incident light is shifted by a predetermined amount with respect to the phase of the light used in the previous period. After being phased, the light enters (FIG. 1 (B)), and the modulated light is multiplexed by the first incident light and the second incident light (FIG. 1 (C)). The modulated light is shifted in phase as compared to the modulated light of the previous period, and includes a component whose intensity is attenuated at a portion where the first incident light and the second incident light overlap and a component having the same intensity as the first incident light (see FIG. 1 (C)).
第１電荷保持部は、第１期間、変調光の強度が減衰されていない成分に対して電荷を保持し、第２電荷保持部は、第２期間、変調光の強度が減衰された成分に対して電荷を保持する（図１（Ｃ）〜（Ｄ））。第１期間と第２期間は、それぞれ一定の時間間隔を有し、第１期間と第２期間の組を１つ以上含む後期期間を構成する（図１（Ｅ））。第１期間が終了すると、第２期間が開始し、第２期間の終了後に、第１期間が再度開始する（図１（Ｅ））。
結果として、第１電荷保持部は、１つ以上の第１期間の間、電荷を保持し続け、所定の電荷量を保持し、第２電荷保持部は、１つ以上の第２期間の間、電荷を保持し続け、所定の電荷量を保持する。
The first charge holding unit holds a charge for a component in which the intensity of modulated light is not attenuated for a first period, and the second charge holding unit is a component in which the intensity of modulated light is attenuated for a second period On the other hand, the charge is held (FIG. 1 (C) to (D)). Each of the first and second periods has a constant time interval, and constitutes a later period including one or more pairs of the first and second periods (FIG. 1E). When the first period ends, the second period starts, and after the end of the second period, the first period starts again (FIG. 1 (E)).
As a result, the first charge carrier continues to hold charge for one or more first periods and holds a predetermined charge amount, and the second charge carrier is for one or more second periods. , Hold the charge and hold a predetermined charge amount.
前期期間において第１電荷保持部と第２電荷保持部それぞれで保持された電荷量の差分値と、後期期間において第１電荷保持部と第２電荷保持部それぞれで保持された電荷量の差分値との差分を算出する。そうすると、前期期間に生じたバックグラウンド光による影響に相当する電荷量と、後期期間に生じたバックグラウンド光による影響に相当する電荷量を相殺することができ、他方で前期期間に生じた変調分の信号に相当する電荷量と、後期期間に生じた移相後の変調分に相当する電荷量とを積算することができ、ＳＮ比を向上することが可能となる。 The difference between the charge amount held by each of the first charge holding portion and the second charge holding portion during the previous period, and the difference between the charge amount held by each of the first charge holding portion and the second charge holding portion during the later period Calculate the difference with. As a result, the amount of charge corresponding to the influence of background light generated in the first period and the amount of charge corresponding to the influence of background light generated in the second period can be offset, while the modulation component generated in the first period The S / N ratio can be improved by integrating the charge amount corresponding to the signal D.sub.1 and the charge amount corresponding to the modulation amount after the phase shift generated in the late period.
次に、図２を参照しながら、本発明の別例を説明する。
図２は、本発明の方法において第１期間の位相を相対的に所定量移相する場合の一例である。前期期間及び後期期間の両方において、第１入射光は、一定の間隔で連続的に入射し（図２（Ａ））、第２入射光は、一定の周期でオンオフされながら入射し（図２（Ｂ））、変調光は第１入射光と第２入射光により合波される（図２（Ｃ））。変調光は、第１入射光と第２入射光が重なり合う部分で強度が減衰される成分と第１入射光と同じ強度の成分とを含む（図２（Ｃ））。
Next, another example of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is an example of the case where the phase of the first period is relatively shifted by a predetermined amount in the method of the present invention. In both the early period and the late period, the first incident light is continuously incident at a constant interval (FIG. 2A), and the second incident light is incident while being turned on and off at a constant period (FIG. 2) (B)) The modulated light is multiplexed by the first incident light and the second incident light (FIG. 2 (C)). The modulated light includes a component whose intensity is attenuated at a portion where the first incident light and the second incident light overlap and a component having the same intensity as that of the first incident light (FIG. 2C).
前期期間において、第１電荷保持部は、第１期間、変調光の強度が減衰された成分に対して電荷を保持し、第２電荷保持部は、第２期間、変調光の強度が減衰されていない成分に対して電荷を保持する（図２（Ｃ）〜（Ｄ））。第１期間と第２期間は、それぞれ一定の時間間隔を有し、第１期間と第２期間の組を１つ以上含む前期期間を構成する（図２（Ｅ））。第１期間が終了すると、第２期間が開始し、第２期間の終了後に、第１期間が再度開始する（図２（Ｅ））。
結果として、第１電荷保持部は、１つ以上の第１期間の間、電荷を保持し続け、所定の電荷量を保持し、第２電荷保持部は、１つ以上の第２期間の間、電荷を保持し続け、所定の電荷量を保持する。
In the first period, the first charge holding portion holds the charge for the component in which the intensity of the modulated light is attenuated in the first period, and the second charge holding portion attenuates the intensity of the modulated light in the second period. The charge is held with respect to the component which is not (Fig. 2 (C)-(D)). The first period and the second period each have a fixed time interval, and constitute a previous period including one or more pairs of the first period and the second period (FIG. 2E). When the first period ends, the second period starts, and after the end of the second period, the first period starts again (FIG. 2 (E)).
As a result, the first charge carrier continues to hold charge for one or more first periods and holds a predetermined charge amount, and the second charge carrier is for one or more second periods. , Hold the charge and hold a predetermined charge amount.
次に後期期間で、第１期間の位相を所定量移相すること以外は、前期期間と同様な手順を行う。第１期間の位相を所定量移相すると、これに対して第２期間の位相も所定量移相される（図２（Ｄ））。
第１電荷保持部は、第１期間、変調光の強度が減衰されていない成分に対して電荷を保持し、第２電荷保持部は、第２期間、変調光の強度が減衰された成分に対して電荷を保持する（図２（Ｃ）〜（Ｄ））。第１期間と第２期間は、それぞれ一定の時間間隔を有し、第１期間と第２期間の組を１つ以上含む後期期間を構成する（図２（Ｅ））。第２期間が終了すると、第１期間が開始し、第１期間の終了後に、第２期間が再度開始する（図２（Ｅ））。
結果として、第１電荷保持部は、１つ以上の第１期間の間、電荷を保持し続け、所定の電荷量を保持し、第２電荷保持部は、１つ以上の第２期間の間、電荷を保持し続け、所定の電荷量を保持する。
Next, in the late period, the same procedure as in the previous period is performed except that the phase of the first period is shifted by a predetermined amount. When the phase of the first period is phase-shifted by a predetermined amount, the phase of the second period is also phase-shifted by a predetermined amount (FIG. 2 (D)).
The first charge holding unit holds a charge for a component in which the intensity of modulated light is not attenuated for a first period, and the second charge holding unit is a component in which the intensity of modulated light is attenuated for a second period On the other hand, the charge is held (FIG. 2 (C) to (D)). Each of the first and second periods has a constant time interval, and constitutes a later period including one or more pairs of the first and second periods (FIG. 2E). When the second period ends, the first period starts, and after the end of the first period, the second period starts again (FIG. 2 (E)).
As a result, the first charge carrier continues to hold charge for one or more first periods and holds a predetermined charge amount, and the second charge carrier is for one or more second periods. , Hold the charge and hold a predetermined charge amount.
前期期間において第１電荷保持部と第２電荷保持部それぞれで保持された電荷量の差分値と、後期期間において第１電荷保持部と第２電荷保持部それぞれで保持された電荷量の差分値との差分を算出する。この場合でも、前期期間に生じたバックグラウンド光による影響に相当する電荷量と、後期期間に生じたバックグラウンド光による影響に相当する電荷量を相殺することができ、他方で前期期間に生じた変調分に相当する電荷量と、後期期間に生じた移相後の変調分に相当する電荷量とを積算することができ、ＳＮ比を向上することが可能となる。 The difference between the charge amount held by each of the first charge holding portion and the second charge holding portion during the previous period, and the difference between the charge amount held by each of the first charge holding portion and the second charge holding portion during the later period Calculate the difference with. Even in this case, the charge amount corresponding to the influence of background light generated in the first period and the charge amount corresponding to the influence of background light generated in the second period can be offset, and on the other hand, the charge amount generated The charge amount corresponding to the modulation amount can be integrated with the charge amount corresponding to the modulation amount after phase shift generated in the late period, and the SN ratio can be improved.
上述した図１及び２では、前期期間と後期期間の第１期間と第２期間は、互いに連続的に設けられているが（ｎが１以上の整数である場合）、第１期間と第２期間は、それぞれ間欠的に設けられても構わないし、第１期間と第２期間の間隔も、間欠的に設けられても構わない。 In FIGS. 1 and 2 described above, although the first period and the second period of the first period and the second period are provided continuously with each other (when n is an integer of 1 or more), the first period and the second period are provided. The periods may be provided intermittently, or the intervals between the first period and the second period may also be provided intermittently.
図３は、変調光（ａ）、第１期間（第３期間が一部設けられている）（ｂ）、及び第２期間（第３期間が一部設けられている）（ｃ）の関係を示す図である。
変調光の周期Ｔが１０である場合（ａ）、第１期間及び第２期間は、それぞれ８回であり、第１期間の開始から、次の第１期間の開始までの間隔は、Ｔまたは２Ｔであり、第２期間の開始から、次の第２期間の開始までの間隔も、Ｔまたは２Ｔであり、第１期間の開始から、第２期間の開始までの間隔は、Ｔ／２またはＴ＋Ｔ／２であり、第１期間及び第２期間に設けられている第３期間はＴ／２であり、第１期間及び第２期間はＴ／２である。
FIG. 3 shows the relationship between the modulated light (a), the first period (the third period is partially provided) (b), and the second period (the third period partially provided) (c) FIG.
When the period T of the modulated light is 10 (a), the first period and the second period are each eight times, and the interval from the start of the first period to the start of the next first period is T or The interval from the start of the second period to the start of the second period is T or 2T, and the interval from the start of the first period to the start of the second period is T / 2 or 2T. T + T / 2, and the third period provided in the first period and the second period is T / 2, and the first period and the second period are T / 2.
図４は、本発明に使用され得る回路の一例である（特開２０１４−１８５９９５号公報の図６）。図４に示される符号は、特開２０１４−１８５９９５号公報に示される符号と同様である。 FIG. 4 is an example of a circuit that can be used in the present invention (FIG. 6 of JP-A-2014-185995). The code | symbol shown by FIG. 4 is the same as the code | symbol shown by Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-185995.
図４の回路において、電荷振り分け部１３（受光素子）で生成する電流信号Ｉｉｎ、Ｉｉｐは、変調光の（強弱の）強度に対し電荷を保持する第１電荷保持部と第２電荷保持部のいずれかに由来する。電流信号Ｉｉｎ、Ｉｉｐは、ローパスフィルタ１５ａ、１５ｂを通過し、キャパシタ６１及び抵抗素子６３を含む直列回路で処理され、電流信号Ｉｉｎ、Ｉｉｐの低域成分を通過させて電圧信号として出力する。サンプリング回路１７ａ、１７ｂは、ローパスフィルタ１５ａ、１５ｂの出力にスイッチＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂを介して一端が接続され、他端がスイッチＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂを介してバイアスされたキャパシタ６５ａ、６５ｂを含んでいる。さらに、これらのキャパシタ６５ａのローパスフィルタ１５ａ、１５ｂ側の端子は、スイッチＳＷ３を介して互いに接続されている。 In the circuit of FIG. 4, the current signals Iin and Iip generated by the charge distribution unit 13 (light receiving element) are the first charge holding unit and the second charge holding unit that hold charges for the (strong or weak) intensity of the modulated light. It originates in either. The current signals Iin and Iip pass through the low pass filters 15a and 15b, are processed by a series circuit including the capacitor 61 and the resistive element 63, pass low frequency components of the current signals Iin and Iip, and output as voltage signals. The sampling circuits 17a and 17b include capacitors 65a and 65b whose one ends are connected to the outputs of the low pass filters 15a and 15b via the switches SW1a and SW1b and whose other ends are biased via the switches SW2a and SW2b. Furthermore, the low pass filters 15a and 15b side terminals of the capacitors 65a are connected to each other via the switch SW3.
積分回路１９は、全差動型オペアンプ（増幅器）６７を含む。さらに、積分回路１９は、この全差動型オペアンプ６７の一方の出力と反転入力との間に互いに並列に接続されたキャパシタ６９ａ及びスイッチＳＷ５ａと、全差動型オペアンプ６７の他方の出力と非反転入力との間に互いに並列に接続されたキャパシタ６９ｂ及びスイッチＳＷ５ｂと含んでいる。そして、全差動型オペアンプ６７の反転入力及び非反転入力は、それぞれ、スイッチＳＷ４ａ、ＳＷ４ｂを介してサンプリング回路１７ａ、１７ｂの出力側と接続され、全差動型オペアンプ６７の出力が積分回路１９の差動出力とされる。 Integration circuit 19 includes a fully differential operational amplifier (amplifier) 67. Furthermore, the integrating circuit 19 includes a capacitor 69a and a switch SW5a connected in parallel between one output and the inverting input of the fully differential operational amplifier 67 and the other output of the fully differential operational amplifier 67. It includes a capacitor 69b and a switch SW5b connected in parallel to each other between the inverting input and the other. The inverting input and the noninverting input of the fully differential operational amplifier 67 are connected to the output sides of the sampling circuits 17a and 17b through the switches SW4a and SW4b, respectively, and the output of the fully differential operational amplifier 67 is an integrating circuit 19 The differential output of
図５は、図４の回路を用いて得られたデータをフーリエ変換処理した結果を示す（横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は、|Ｙ（ｆ）| パワー（スペクトル密度））。図５（ａ）は、本発明の方法を用いない場合の例であり、図５（ｂ）は、本発明の方法を用いた場合の例である。図５の（Ａ）では１０-1〜１０2Ｈｚの領域に示される様に、バックグラウンド光による影響（１／ｆゆらぎ）が見られる。一方、図５（Ｂ）では、１０-1〜１０2Ｈｚの領域においてバックグラウンド光による影響（１／ｆゆらぎ）が低減されていることが分かる。 FIG. 5 shows the result of Fourier transform processing of data obtained using the circuit of FIG. 4 (horizontal axis: frequency (Hz), vertical axis: | Y (f) | power (spectral density)). FIG. 5 (a) is an example without the method of the present invention, and FIG. 5 (b) is an example with the method of the present invention. As shown in FIG. 5A in the region of 10 −1 to 10 2 Hz, the influence of background light (1 / f fluctuation) can be seen. On the other hand, in FIG. 5B, it can be seen that the influence of background light (1 / f fluctuation) is reduced in the region of 10 −1 to 10 2 Hz.
１３：電荷振り分け部
１５ａ、１５ｂ：ローパスフィルタ
１７ａ、１７ｂ：サンプリング回路
１９：積分回路
６１：キャパシタ
６５ａ、６５ｂ：キャパシタ
６７：全差動型オペアンプ（全差動型増幅器）
６９ａ、６９ｂ：キャパシタ
13: charge distribution unit 15a, 15b: low pass filter 17a, 17b: sampling circuit 19: integration circuit 61: capacitor 65a, 65b: capacitor 67: fully differential operational amplifier (fully differential amplifier)
69a, 69b: capacitors
Claims (6)
（ａ）前記変調光を複数の受光素子で受ける工程と、
（ｂ）前記受光素子において発生する電荷を、第１期間、第１電荷保持部で保持する工程と、
（ｃ）前記第１期間の終了後の第２期間、前記受光素子において発生する電荷を第２電荷保持部で保持する工程と、
（ｄ）前記第１期間と前記第２期間との組を少なくとも１回以上含む前期期間の間に前記第１電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ１１を検出するとともに、前記前期期間の間に前記第２電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ２１を検出する工程と、
（ｅ）前記前期期間の終了後、前記第１期間の位相と前記変調光の位相を相対的に所定量移相させて、前記第１期間と前記第２期間との組を少なくとも１回以上含む後期期間の間に前記第１電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ１２を検出するとともに、前記後期期間の間に前記第２電荷保持部に蓄積された電荷量Ｑ２２を検出する工程と、
（ｆ）{（Ｑ１１とＱ２１の差分値）と（Ｑ１２とＱ２２の差分値）との差分値}を算出する工程と、を有し、
前記前期期間及び前記後期期間が変調光の周期Ｔ×ｎを含み（ｎは１以上の整数）、前記第１期間と前記第２期間は、それぞれＴ／２以下である方法。 A method for improving the SN ratio of modulated light which is detected and has a period of T in a light receiving element group having a plurality of light receiving elements,
(A) receiving the modulated light by a plurality of light receiving elements;
(B) holding a charge generated in the light receiving element in a first charge holding portion for a first period;
(C) holding a charge generated in the light receiving element in a second charge holding portion in a second period after the end of the first period;
(D) detecting the charge amount Q11 accumulated in the first charge holding portion during the previous period including at least one set of the first period and the second period at least once, and Detecting the charge amount Q21 accumulated in the second charge holding portion;
(E) After the end of the previous period, the phase of the first period and the phase of the modulated light are shifted relative to each other by a predetermined amount to set the first period and the second period at least once or more. Detecting the charge amount Q12 accumulated in the first charge holding portion during the later period, and detecting the charge amount Q22 accumulated in the second charge holding portion during the second period;
(F) calculating a difference value between {(difference value between Q11 and Q21) and (difference value between Q12 and Q22)},
A method in which the first and second periods include a period T × n of modulated light (n is an integer of 1 or more), and the first period and the second period are each less than or equal to T / 2.
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