JPH03160330A - Photon counting type optical waveform observation apparatus - Google Patents

Photon counting type optical waveform observation apparatus

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JPH03160330A
JPH03160330A JP29909289A JP29909289A JPH03160330A JP H03160330 A JPH03160330 A JP H03160330A JP 29909289 A JP29909289 A JP 29909289A JP 29909289 A JP29909289 A JP 29909289A JP H03160330 A JPH03160330 A JP H03160330A
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streak
counting
photon
image
camera
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Motoyuki Watanabe
渡辺 元之
Yu Koishi
結 小石
Yutaka Tsuchiya
裕 土屋
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize the original time resolving power of a streak tube by counting up the data of the position of the bright point due to a single photoelectron detected from a streak image and the measurement is repeated to integrate the data. CONSTITUTION:The streak image due to a photon conducting type streak camera 30 is taken by a TV camera 32 and the video signal thereof is converted to a digital signal by an A/D converter to be stored in an image memory 36. A CPU 42 detects the position of each bright point due to the single photoelectron of the streak image and said position is integrated by an SPC memory 38 or an SPC waveform memory 39. The detection and the integration are repeatedly performed to obtain a photon counting type streak image. When data is integrated along the direction crossing a time axis (t) at a right angle and the time axis (t) with respect to a part of this image, the waveform related to desired intensity distribution is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、光子計数型ストリークカメラを利用した光波
形観測装置に係り、特に、ストリーク管本来のFR間分
解能を実現可能な光子計数型光波形1!測装置に関する
ものである。
The present invention relates to an optical waveform observation device using a photon-counting streak camera, and in particular, a photon-counting optical waveform 1 that can realize the FR resolution inherent to a streak tube! It is related to measuring equipment.

【従来の技術I 高速で変化する発光現象等の時間的光強度分布の変化を
測定する装置として、ストリークカメラが知られている
。このストリークカメラは、第8図に基本的な構成を示
す如く、例えばスリット板10及びレンズ12からなる
入力光学系を介して、入射光をストリーク管14の光電
面16に当てて電子に変換し、偏向電極18の間を光電
子が通過する際に高速掃引することによって、時間的に
変化する入射光強度を螢光面22上の位置における輝度
変化として測定するものである。図において、20は、
螢光面22の直前で光電子を増倍するためのマイクロチ
ャンネルプレート(MCP)である。 このストリークカメラで使用されるストリーク管14は
、光電面16と螢光面22の間に偏向電極18を配置し
た電子管であり、ストリーク管14の光電面16に被測
定光が入射させられると、該光電面16は、入躬光の経
時変化に対応して順次光電子を放出し、時間的に変化す
る光電子ビームが形成される。この光電子ビームがスト
リーク管14内を移動する過程で、前記偏向N極18に
電界を作用させると、光電子ビームは、螢光面22上で
一方向く第8図では図の上から下の方向〉に棉引され、
入射光の強度変化が、螢光面22上の光電子ビームの掃
引方向く時間軸方向〉の輝度変化として現われる。この
ようにして出力螢光面22上に現われた像は、ストリー
ク像と呼ばれ、これをテレビカメラで撮像した後、この
出力像の時間軸方向に沿った明るさの分布を定量するこ
とによって、被測定光の強度の経時変化を知ることがで
きる。 このストリークカメラは、その動作原理上、掃引方式に
よって、単掃引型とシンクロスキャン型に大別される。 単掃引型は、通常数KHz程度以下で繰返す超高速鋸歯
状波による直線掃引を行うもので、単一の発光現象の観
測に利用されている。 又、シンクロスキャン型は、正弦波による高速繰返し掃
引を行うもので、繰返し発光現象を、その発光に同期し
た掃引により螢光面上に重ねて観察するのに利用ざれて
いる。 更に、第9図に示す如く、前記偏向電極18の他に、も
う1組の偏向電極(前記偏向電極と区別してシフト電極
と呼ぶ)24を、前記偏向電極18と直交する方向に配
置した二重掃引ストリークカメラも知られている。 この二**引ストリークカメラにおいては、偏向電極1
8には、前記と同様に電界を作用させ、1つの発光現象
のストリーク像を螢光面上に得るが、シフト電極24に
は、偏向電極18に比べて電界変化をゆっくりと作用さ
せる。その結果、ストリーク管の光電面に被測定光を次
々と入射させ、各々の被測定光の入射に合わせて偏向電
極18に電界を作用させ、シフト電極24にはゆっくり
とした電界変化を作用させることによって、出力螢光面
上には、各々の被測定光のストリーク像が、時間軸と直
交する方向に並んで2次元的に得られる。 更に、被測定光が微弱なため、1回の被測定光の入射で
高々数個〜数十個の光電子しか光電面から放出されない
場合には、光子計数型ストリークカメラが用いられる。 この光子計数型ストリークカメラで使用ざれるストリー
ク管には、前記ストリーク管14の螢光面22の前に、
第10図に示す如く、2枚のMCP2OA、20Bが配
置されており、これによりストリーク管の利得が高まる
。 その結果、1つ1つの光電子が螢光面上で明るい輝点と
なって現われるストリーク像が得られる。 このストリーク像は、テレビカメラで読み出され、デジ
タル信号に変換された後、デジタルメモリに記憶され、
又、デジタルメモリ内で複数個のストリーク像が加算さ
れる。従って、デジタルメモリに記憶されたストリーク
像において、該ストリーク像の一部について、時間軸と
直交する方向にデータを加算することによって、時間的
な光強度変化の波形が得られる。 (発明が達成しようとする課題1 しかしながら、光電而より放出された光電子は、第10
図に示す如く、1枚目のMCP2OAにより増倍され、
拡がった状態で2枚目のMCP20Bに入射する。2枚
目のMCP2OBに入射した光電子は、第11図に示す
如く、該2枚目のMCP2OBで更に増倍された後、更
に拡がって出力される。このため、単一光電子は、螢光
面上で無視できない拡がりを持つこととなる。従って、
前記M間的光強度変化の波形は、該拡がりの分だけ時間
軸に対してなまった波形となり、時間分解能の劣化を招
いていた。 例えば、ストリーク管の時間分解能が、半値幅で2ps
、前記光電子の拡がりを時間換算した値が同じく半値幅
で5psとし、それぞれの拡がりがガウス分布であると
すると、得られるFR間分解能は( 2 2 + 5 
2 ) !/’2←5.lSとなり、ストリーク管本来
の時間分解能(2ps)は得られなかった。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、ストリーク管本来の時間分解能を実現することが
可能な光子計数型光波形観測装置を提供することを課題
とする。 (課題を達成するための手段】 本発明は、光子計数型光波形観測装置において、光子計
数型ストリークカメラと、該ストリークカメラで得たス
トリーク像を撮像するテレビカメラと、該テレビカメラ
によりIllI像ざれたストリーク像から検出された、
単一光電子による輝点の位置のデータをカウントアップ
するための光子計数用メモリと、これら計測を繰返して
行い、前記光子計数用メモリ上にデータを積算して光子
計数型ストリーク像を得る手段とを備えることにより、
前記課題を達成したものである。 又、前記単一光電子による輝点の位置検出を、ストリー
ク像のピーク位置検出により行うようにしたものである
。 又、前記単一光電子による輝点の位置検出を、該輝点の
概略位置を含む所定範囲内における1次モーメントの値
を前記輝点の位置とすることによって行うようにしたも
のである。 又、前記単一光電子による輝点の位置検出を、前記スト
リーク像を所定のスレッシュホールドレベルで2値化し
、該2値画像の各輝領域の1次モーメントの値を前記輝
点の位置とすることによって行うようにしたものである
。 又、光子計数型光波形観測装置において、光子計数型ス
トリークカメラと、該ストリークカメラで得たストリー
ク像を撮像するテレビカメラと、該テレビカメラにより
撮像されたストリーク像の一部を、該ストリーク像の時
間軸と直交する方向に積分して時間対光強度波形を得る
手段と、該光強度波形から検出された輝点の位置のデー
タをカウントアップするための光子計数用波形メモリと
、これら計測を繰返して行い、前記光子計数用波形メモ
リ上にデータを積算して、光現象の時間的強度分布を得
る手段とを備えることにより、同じく前記課題を達成し
たものである。
[Prior Art I] A streak camera is known as a device that measures changes in temporal light intensity distribution such as light emission phenomena that change at high speed. As shown in the basic configuration of FIG. 8, this streak camera converts incident light into electrons by applying it to a photocathode 16 of a streak tube 14 through an input optical system consisting of, for example, a slit plate 10 and a lens 12. By sweeping photoelectrons at high speed when they pass between the deflection electrodes 18, the time-varying incident light intensity is measured as a change in brightness at a position on the fluorescent surface 22. In the figure, 20 is
This is a microchannel plate (MCP) for multiplying photoelectrons immediately in front of the fluorescent surface 22. The streak tube 14 used in this streak camera is an electron tube in which a deflection electrode 18 is arranged between a photocathode 16 and a fluorescent surface 22. When light to be measured is made incident on the photocathode 16 of the streak tube 14, The photocathode 16 sequentially emits photoelectrons in response to changes in incident light over time, forming a photoelectron beam that changes over time. When this photoelectron beam moves in the streak tube 14, when an electric field is applied to the deflection N pole 18, the photoelectron beam is directed in one direction on the fluorescent surface 22 (from the top to the bottom in FIG. 8). was dragged by
A change in the intensity of the incident light appears as a change in brightness in the sweep direction of the photoelectron beam on the fluorescent surface 22 (in the time axis direction). The image that appears on the output fluorescent surface 22 in this way is called a streak image, and after capturing it with a television camera, the brightness distribution of this output image along the time axis direction is quantified. , it is possible to know the change over time in the intensity of the light to be measured. Streak cameras are broadly classified into single sweep type and synchro scan type based on their operating principle and sweep method. The single-sweep type performs a straight-line sweep using an ultrahigh-speed sawtooth wave that repeats at a frequency of approximately several kHz or less, and is used to observe a single light emission phenomenon. Furthermore, the synchronous scan type performs high-speed repetitive sweeping using a sine wave, and is used to observe repetitive light emission phenomena superimposed on a fluorescent surface by sweeping in synchronization with the light emission. Furthermore, as shown in FIG. 9, in addition to the deflection electrodes 18, another set of deflection electrodes (referred to as shift electrodes to distinguish them from the deflection electrodes) 24 are arranged in a direction perpendicular to the deflection electrodes 18. Heavy sweep streak cameras are also known. In this double streak camera, the deflection electrode 1
8 is applied with an electric field in the same manner as described above to obtain a streak image of one luminescent phenomenon on the fluorescent surface, but the electric field is applied to the shift electrode 24 more slowly than on the deflection electrode 18. As a result, the light to be measured is made to enter the photocathode of the streak tube one after another, an electric field is applied to the deflection electrode 18 in accordance with the incidence of each light to be measured, and a slow electric field change is applied to the shift electrode 24. As a result, streak images of the respective measured light beams are two-dimensionally obtained on the output fluorescent surface, lining up in a direction perpendicular to the time axis. Furthermore, a photon-counting streak camera is used when the light to be measured is so weak that only a few to several tens of photoelectrons are emitted from the photocathode upon one incident of the light to be measured. The streak tube used in this photon-counting streak camera includes, in front of the fluorescent surface 22 of the streak tube 14,
As shown in FIG. 10, two MCP2OA and 20B are arranged, thereby increasing the gain of the streak tube. As a result, a streak image is obtained in which each photoelectron appears as a bright bright spot on the fluorescent surface. This streak image is read out by a television camera, converted to a digital signal, and then stored in a digital memory.
Also, a plurality of streak images are added together within the digital memory. Therefore, by adding data for a portion of the streak image stored in the digital memory in a direction orthogonal to the time axis, a waveform of temporal light intensity changes can be obtained. (Problem to be achieved by the invention 1 However, the photoelectrons emitted from the photoelectric
As shown in the figure, it is multiplied by the first MCP2OA,
It enters the second MCP 20B in an expanded state. As shown in FIG. 11, the photoelectrons incident on the second MCP2OB are further multiplied by the second MCP2OB, and then further expanded and output. Therefore, a single photoelectron has a non-negligible spread on the fluorescent surface. Therefore,
The waveform of the M-interval light intensity change becomes a waveform that is distorted with respect to the time axis by the amount of expansion, resulting in deterioration of temporal resolution. For example, the time resolution of the streak tube is 2 ps at half width.
, assuming that the time-converted value of the photoelectron spread is also 5 ps in half width, and each spread is a Gaussian distribution, the obtained inter-FR resolution is ( 2 2 + 5
2)! /'2←5. 1S, and the time resolution (2 ps) inherent to the streak tube could not be obtained. The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a photon counting type optical waveform observation device that can realize the time resolution inherent to a streak tube. (Means for Achieving the Object) The present invention provides a photon counting type optical waveform observation device, which includes a photon counting type streak camera, a television camera for capturing a streak image obtained by the streak camera, and an IllI image obtained by the television camera. Detected from the blurred streak image,
A photon counting memory for counting up data on the position of a bright spot caused by a single photoelectron, and means for repeatedly performing these measurements and integrating the data on the photon counting memory to obtain a photon counting streak image. By providing
The above-mentioned problem has been achieved. Further, the position of the bright spot by the single photoelectron is detected by detecting the peak position of a streak image. Further, the position of the bright spot by the single photoelectron is detected by determining the value of the first moment within a predetermined range including the approximate position of the bright spot as the position of the bright spot. Further, in detecting the position of the bright spot using the single photoelectron, the streak image is binarized at a predetermined threshold level, and the value of the first moment of each bright area of the binary image is set as the position of the bright spot. This is done by doing this. In addition, in the photon counting type optical waveform observation device, a photon counting type streak camera, a television camera for capturing a streak image obtained by the streak camera, and a portion of the streak image imaged by the television camera are used. means for obtaining a time-versus-light-intensity waveform by integrating in a direction perpendicular to the time axis, a photon-counting waveform memory for counting up data on the position of a bright spot detected from the light-intensity waveform, and a waveform memory for counting these points. The above-mentioned object is also achieved by providing means for repeatedly performing the above steps and integrating the data on the photon counting waveform memory to obtain the temporal intensity distribution of the optical phenomenon.

【作用及び効果1 本発明においては、光子計数型ストリークカメラで得た
ストリーク像をテレビカメラでlI[lし、撮像された
ストリーク像から単一光電子による輝点の位置を検出し
て、光子計数用メモリにおける同位置のデータをカウン
トアップし、これら計測を繰返して行うことによって、
光子計数用メモリ上にデータを積算して光子計数型スト
リーク像を得るようにしている。従って、単一光電子に
よる輝点の位置を的確に検出して、積算することができ
るので、MOPの出力像の拡がり等によるll[分解能
の劣化がなくなり、ストリーク管本来の時間分解能を得
ることができる。又、本質的な光子計数法であるので、
従来例に比べて、MCP等の増倍揺ぎによるS/Nの劣
化もなくなる。従って生体からの発光の観測等、極微弱
な光現象の観i11,を、高時間分解能で、且つS/N
良く行うことができる。 又、前記単一光電子による輝点の位置検出を、ストリー
ク像のピーク位置検出により行う場合には、前記輝点の
位置検出を容易に行うことができる。 又、前記単一光電子による輝点の位置検出を、該輝点の
概略位置を含む所定範囲内における1次モーメントの値
を前記輝点の位置とすることによって行う場合には、前
記輝点の位置を正確に求めることができる。 又、前記単一光電子による輝点の位置検出を、前記スト
リーク像を所定のスレッシュホールドレベルで2値化し
、該2値画像の各輝領域の1次モーメントの値を前記輝
点の位置とすることによって行う場合には、ノイズの影
響等を受けることなく、前記輝点の位置を正確に検出す
ることができる。 又、光子計数型ストリークカメラで得たストリーク像を
テレビカメラで撮像し、撮像されたストリーク像の一部
を、該ストリーク像の時間軸と直交する方向に積分して
時間対光強度波形を得、該光強度波形の輝点の位置を検
出し、光子計数用波形メモリにおける同位置のデータを
カウントアップし、これら計測を繰返して行うことによ
り、前記光子計数用波形メモリ上にデータを積算して、
光現象の時間的強度分布を得るようにした場合には、微
弱な光現象の時間的強度分布を、高い時間分解能及びS
/Nで得ることが可能となる。 【実施例】 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本実施例は、第1図に示す如く、光子計数型ストリーク
カメラ30と、該ストリークカメラ30で得たストリー
ク像をWi像するテレビ(TV)カメラ32と、該TV
カメラ32で得たビデオ信号をデジタル信号に変換する
アナログ/デジタル(A/D)変換器34と、デジタル
化された前記ビデオ信号を記憶するイメージメモリ36
と、該イメージメモリ36に記憶されたストリーク像か
ら検出ざれた、単一光電子による輝点の位置のデータを
カウントアップするための光子計数用(SPC)メモリ
38又はSPC波形メモリ40と、これら計測を繰返し
て行い、前記SPCメモリ38又はSPC波形メモリ4
0上にデータを積算して光子計数型ストリーク像を得る
ためのマイクロプロセッサ(CPU)42とから主に構
或されている。 前記ストリークカメラ30は、外部トリが信号によって
起動する痛引回路28によって掃引されている。 このストリークカメラ30は、前記TVカメラ32と、
レンズ31又はファイバプレートにより結合される。 以下、実施例の作用を説明する。 ストリークカメラ30で得られたストリーク像は、TV
カメラ32で撮像され、そのビデオ信号をA/D変換器
34でA/D変換した後、デジタルメモリであるイメー
ジメモリ36に記憶する。 なお、TVカメラ32の代わりに冷却したCCDカメラ
でストリーク像を一定時間露光し、複数個のストリーク
像を露光した後、信号をCODがら読み出し、イメージ
メモリ36に記憶することもできる。 このようにして記憶されたストリーク像の一例を第2図
に示す。第2図において、黒点で示したのが、単一光電
子による輝点である。ストリークカメラ30の前に分光
器を配置し、該分光器の出力像をストリークカメラ30
に入射すれば、得られるストリーク像の時間軸と直交す
る軸は波長軸となる。 CPU42は、第2図に示されたストリーク像に対して
、次の手順により光子計数積算を行う。 ここで、光子計数積算とは、単一光電子1個1MJを検
出し、光電子の数を数えることにより画像又は波形を構
或することを言う。 手順1: ストリーク像の単一光電子にょる各輝点の位置を検出し
、SPCメモリ38又はSPC波形メモリ40の同位置
に1を加える。輝点の位置は、例えば次のいずれかの方
法によって検出することができる。 (1〉ストリーク像の中において、局所的なピークを全
て検出し、検出されたピークの値が、予め決めておいた
値より大きければその位置を輝点の位置とする。 (2)第3図に示す如く、ストリーク像の中において、
まず(1)の方法によって輝点の概略位置を求め、その
点を中心としたある決まった範囲ΔXXΔyにおける1
次モーメントの値Cを輝点の位置とする。 (3〉第4図に示す如く、ストリーク像(第4図(A〉
)の中において、ある決まった値以上の値を持つ部分を
全て抽出し(第4図(B))、その一団の部分毎に求め
た1次モーメントの値を輝点の位置とする(第4図(C
〉)。 く4〉第5図に示す如く、ストリーク像(第5図(A)
)を、ある決めた値をスレツシュホールドとして2値化
し(第5図(B))、該2値画像の各輝領域の1次モー
メントの値を各輝点の位置とする(第5図(C))。 手順1で求められた各輝点の位置、即ち、単一光電子像
の位置を、SPCメモリ38に積算して保持する。 手順2: ストリーク像の計測と手順1を何回か繰返し、SPCメ
モリ38上にデータを積算し、第6図(A>に示すスト
リーク像を得る。第6図(A)に示すストリーク像のあ
る部分について、時間軸と直交する方向にデータを積分
すれば、第6図(B)に示す如く、(横軸が波長軸であ
る場合にはある特定波長における〉時間的な光の強度変
化の波形が得られる。一方、時間軸に沿ってデータを積
分すれば、第6図(C)に示す如く、ある特定時間にお
ける空間的な光の強度変化の波形(横軸が波長であれば
スペクトル)が得られる。 又、第7図に示す如く、前記手順1において、第2図に
示したようなストリーク像について手順2と同じ手法で
まず波形〈時間的光強度波形又はスペクトル)を抽出し
、その波形について手順1の〈1)〜(4)と同様の方
法により、該波形の輝点位置を検出する。そして、SP
C波形メモリ40の同位置に1を加算し、ストリーク像
の計測とこの位置検出を繰返し行うことによって、第6
図(B)、(C)と同等の波形を得ることもできる。
[Operation and Effect 1] In the present invention, a streak image obtained by a photon counting streak camera is captured by a television camera, the position of a bright spot caused by a single photoelectron is detected from the captured streak image, and photon counting is performed. By counting up the data at the same location in the memory and repeating these measurements,
Data is accumulated on a photon counting memory to obtain a photon counting streak image. Therefore, since the position of a bright spot caused by a single photoelectron can be accurately detected and integrated, there is no deterioration in resolution caused by the spread of the output image of the MOP, and it is possible to obtain the original temporal resolution of a streak tube. can. Also, since it is essentially a photon counting method,
Compared to the conventional example, deterioration in S/N due to multiplication fluctuations in MCP etc. is also eliminated. Therefore, observation of extremely weak optical phenomena, such as the observation of luminescence from living organisms, can be performed with high temporal resolution and S/N.
can do well. Furthermore, when the position of the bright spot by the single photoelectron is detected by detecting the peak position of a streak image, the position of the bright spot can be easily detected. Further, when detecting the position of the bright spot using the single photoelectron by setting the value of the first moment within a predetermined range including the approximate position of the bright spot as the position of the bright spot, Position can be determined accurately. Further, in detecting the position of the bright spot using the single photoelectron, the streak image is binarized at a predetermined threshold level, and the value of the first moment of each bright area of the binary image is set as the position of the bright spot. In this case, the position of the bright spot can be accurately detected without being affected by noise. In addition, a streak image obtained with a photon-counting streak camera is imaged with a television camera, and a part of the imaged streak image is integrated in a direction perpendicular to the time axis of the streak image to obtain a time versus light intensity waveform. , detecting the position of a bright spot in the light intensity waveform, counting up data at the same position in the photon counting waveform memory, and repeating these measurements to accumulate data on the photon counting waveform memory. hand,
When obtaining the temporal intensity distribution of a light phenomenon, the temporal intensity distribution of a weak light phenomenon can be obtained using high temporal resolution and S
/N. Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, this embodiment includes a photon-counting streak camera 30, a television (TV) camera 32 that images the streak image obtained by the streak camera 30, and
An analog/digital (A/D) converter 34 that converts the video signal obtained by the camera 32 into a digital signal, and an image memory 36 that stores the digitized video signal.
, a photon counting (SPC) memory 38 or SPC waveform memory 40 for counting up data on the position of a bright spot due to a single photoelectron detected from the streak image stored in the image memory 36, and a memory for measuring these. is repeated, and the SPC memory 38 or SPC waveform memory 4 is
It is mainly composed of a microprocessor (CPU) 42 for integrating data on 0 and obtaining a photon counting streak image. The streak camera 30 is swept by a trigger circuit 28 which is activated by an external signal. This streak camera 30 includes the TV camera 32,
They are coupled by a lens 31 or a fiber plate. The effects of the embodiment will be explained below. The streak image obtained by the streak camera 30 is
An image is taken by a camera 32, and the video signal is A/D converted by an A/D converter 34, and then stored in an image memory 36, which is a digital memory. Incidentally, instead of the TV camera 32, a cooled CCD camera can be used to expose the streak image for a certain period of time, and after exposing a plurality of streak images, the signal can be read out from the COD and stored in the image memory 36. An example of the streak image stored in this manner is shown in FIG. In FIG. 2, the black dots are bright spots caused by single photoelectrons. A spectroscope is placed in front of the streak camera 30, and the output image of the spectrometer is transmitted to the streak camera 30.
, the axis perpendicular to the time axis of the obtained streak image becomes the wavelength axis. The CPU 42 performs photon counting integration on the streak image shown in FIG. 2 according to the following procedure. Here, photon counting integration refers to constructing an image or waveform by detecting one single photoelectron (1 MJ) and counting the number of photoelectrons. Step 1: Detect the position of each bright spot caused by a single photoelectron in the streak image, and add 1 to the same position in the SPC memory 38 or SPC waveform memory 40. The position of the bright spot can be detected, for example, by any of the following methods. (1> Detect all local peaks in the streak image, and if the value of the detected peak is larger than a predetermined value, that position is determined as the position of the bright spot. (2) Third As shown in the figure, in the streak image,
First, find the approximate position of the bright spot using the method (1), and then
Let the value C of the next moment be the position of the bright spot. (3> As shown in Figure 4, the streak image (Figure 4 (A)
), extract all the parts with values greater than a certain value (Fig. 4 (B)), and set the value of the first moment obtained for each part of the group as the position of the bright spot (Fig. 4 (B)). Figure 4 (C
〉). 4〉As shown in Figure 5, the streak image (Figure 5 (A)
) is binarized using a certain determined value as a threshold (Fig. 5 (B)), and the value of the first moment of each bright region of the binary image is set as the position of each bright spot (Fig. 5 (B)). (C)). The position of each bright spot determined in step 1, that is, the position of a single photoelectron image, is integrated and held in the SPC memory 38. Step 2: Measure the streak image and repeat step 1 several times to accumulate the data on the SPC memory 38 to obtain the streak image shown in FIG. 6 (A). If we integrate the data in the direction perpendicular to the time axis for a certain part, we can see the temporal change in light intensity (at a specific wavelength if the horizontal axis is the wavelength axis), as shown in Figure 6 (B). On the other hand, if the data is integrated along the time axis, the waveform of the spatial light intensity change at a specific time (if the horizontal axis is the wavelength), as shown in Figure 6(C), As shown in Fig. 7, in step 1, the waveform (temporal light intensity waveform or spectrum) is first extracted using the same method as in step 2 for the streak image shown in Fig. 2. Then, the bright spot position of the waveform is detected using the same method as in steps 1 to 4 of step 1. And SP
By adding 1 to the same position in the C waveform memory 40 and repeatedly measuring the streak image and detecting this position, the sixth
Waveforms equivalent to those shown in FIGS. (B) and (C) can also be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に係る光子計数型光波形観測装置の実
施例の全体構成を示すブロック線図、第2図は、前記実
施例によって得られるストリーク像の一例を示す線図、 第3図は、第2図に示したストリーク像から輝点位置を
検出する方法の一例を示す縮図、第4図は、同じく他の
例を示す線図、 第5図は、更に他の例を示す線図、 第6図は、本実施例によりSPCメモリ上に得られるス
トリーク像の一例及びその積分波形の例を示す線図、 第7図は、前出第2図に示したようなストリーク像を先
に積算することによって得られる波形の例を示す線図、 第8図は、ストリークカメラの動作原理を説明するため
の略示断面図、 第9図は、二重掃引の原理を説明するための断面図、 第10図及び第11図は、光子計数型ストリークカメラ
における光電子の拡がりを説明するための線図である。 30・・・光子計数型ストリークカメラ、32・・・テ
レビ(TV)カメラ、 36・・・イメージメモリ、 38・・・光子計数用(SPC)メモリ、40・・・光
子計数用(SPC)波形メモリ、42・・・マイクロプ
ロセッサ(CPU)。
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of a photon-counting optical waveform observation device according to the present invention; FIG. 2 is a diagram showing an example of a streak image obtained by the embodiment; The figure is a miniature diagram showing an example of the method of detecting the bright spot position from the streak image shown in Fig. 2, Fig. 4 is a line diagram showing another example, and Fig. 5 is a diagram showing still another example. 6 is a diagram showing an example of a streak image obtained on the SPC memory according to this embodiment and an example of its integral waveform. FIG. 7 is a diagram showing a streak image as shown in FIG. 2 above. A diagram showing an example of a waveform obtained by first integrating 10 and 11 are diagrams for explaining the spread of photoelectrons in a photon counting streak camera. 30... Photon counting streak camera, 32... Television (TV) camera, 36... Image memory, 38... Photon counting (SPC) memory, 40... Photon counting (SPC) waveform Memory, 42... Microprocessor (CPU).

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光子計数型ストリークカメラと、 該ストリークカメラで得たストリーク像を撮像するテレ
ビカメラと、 該テレビカメラにより撮像されたストリーク像から検出
された、単一光電子による輝点の位置のデータをカウン
トアップするための光子計数用メモリと、 これら計測を繰返して行い、前記光子計数用メモリ上に
データを積算して光子計数型ストリーク像を得る手段と
、 を備えたことを特徴とする光子計数型光波形観測装置。
(1) A photon-counting streak camera, a television camera that captures the streak image obtained by the streak camera, and data on the position of a bright spot caused by a single photoelectron detected from the streak image captured by the television camera. A photon counting device comprising: a photon counting memory for counting up; and means for repeatedly performing these measurements and integrating data on the photon counting memory to obtain a photon counting streak image. type optical waveform observation device.
(2)請求項1に記載に光子計数型光波形観測装置にお
いて、前記単一光電子による輝点の位置検出を、ストリ
ーク像のピーク位置検出により行うことを特徴とする光
子計数型光波形観測装置。
(2) The photon counting type optical waveform observation device according to claim 1, wherein the position detection of the bright spot by the single photoelectron is performed by detecting the peak position of a streak image. .
(3)請求項1に記載の光子計数型光波形観測装置にお
いて、前記単一光電子による輝点の位置検出を、該輝点
の概略位置を含む所定範囲内における1次モーメントの
値を前記輝点の位置とすることによつて行うことを特徴
とする光子計数型光波形観測装置。
(3) In the photon-counting optical waveform observation device according to claim 1, the position detection of the bright spot by the single photoelectron is performed by detecting the value of the first moment within a predetermined range including the approximate position of the bright spot. A photon counting type optical waveform observation device characterized in that it performs observation by determining the position of a point.
(4)請求項1に記載の光子計数型光波形観測装置にお
いて、前記単一光電子による輝点の位置検出を、前記ス
トリーク像を所定のスレツシユホールドレベルで2値化
し、該2値画像の各輝領域の1次モーメントの値を前記
輝点の位置とすることによつて行うことを特徴とする光
子型計数型光波形観測装置。
(4) In the photon-counting optical waveform observation device according to claim 1, the position detection of the bright spot by the single photoelectron is performed by binarizing the streak image at a predetermined threshold level, and converting the streak image into a binary image at a predetermined threshold level. A photon counting type optical waveform observation device characterized in that the measurement is carried out by setting the value of the first moment of each bright region as the position of the bright spot.
(5)光子計数型ストリークカメラと、 該ストリークカメラで得たストリーク像を撮像するテレ
ビカメラと、 該テレビカメラにより撮像されたストリーク像の一部を
、該ストリーク像の時間軸と直交する方向に積分して時
間対光強度波形を得る手段と、該光強度波形から検出さ
れた輝点の位置のデータをカウントアップするための光
子計数用波形メモリと、 これら計測を繰返して行い、前記光子計数用波形メモリ
上にデータを積算して、光現象の時間的強度分布を得る
手段と、 を備えたことを特徴とする光子計数型光波形観測装置。
(5) a photon-counting streak camera; a television camera that captures a streak image obtained by the streak camera; and a portion of the streak image captured by the television camera in a direction perpendicular to the time axis of the streak image. means for integrating to obtain a light intensity waveform versus time; a photon counting waveform memory for counting up data on the position of a bright spot detected from the light intensity waveform; A photon-counting optical waveform observation device comprising: means for integrating data on a waveform memory for obtaining a temporal intensity distribution of an optical phenomenon;
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Citations (5)

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