JPH0643962B2 - 物質の螢光減衰特性計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物質の蛍光減衰特性（以下「蛍光特性」と呼
ぶ）の計測用装置に関する。

物質の蛍光特性計測装置は従来から知られており、狭帯
域光もしくは単光色の光源（以下励起光源と称す）を備
え、この励起光源により光パルス列を発し、この光パル
ス列を被験の物質（試料）に当てこの試料を励起試料を
蛍光放出可能な状態と成し得る如くしている。而して、
試料が蛍光を放出する時、前記試料は単一の光子の形態
のエネルギーを発し、これに対し前記従来装置に設けた
光子検出／計測システムが前記励起光源から得る同期パ
ルスを使った既知の光子相関法（photon−correlation
technique）によって機能することにより前記試料に
関し蛍光減衰と減衰時間（並びにその他の特性例えば非
等方性減衰など）を評価する如くしている。

実施されている典型的な励起光源は（周波帯フィルター
を備えた）フラッシュランプとレーザーであり、 これらフラッシュランプ及びレーザーは共に、その光パ
ルスのフロフィール（profile）が長期において経時変
化することにより損なわれるので各試料に用いる励起パ
ルス毎にパルスプロフィールの計測が必要である。とこ
ろが、従来の装置では、この計測は試料からの発光の直
前もしくは直後に試料ステーションにおいて反射装置も
しくは散乱器を置換し、これらの装置により反射される
励起光を検出計測システムに指し向ける如くして行なう
ので、前記した長期における励起パルスのプロフィール
変化の問題以外にもこの検出／計測システム自体の特性
の長期における特定の経時変化の発生もまた問題であ
る。

この従来装置には、前記各問題以外にも多数の欠陥があ
り本発明はその欠陥を解消もしくは緩和することを目的
としている。すなわち、例えば従来装置では試料の発光
の前もしくは後に励起パルスのプロフィールを計測して
いるので、試料の発光の間と、励起パルスのプロフィー
ルの計測に引き続く時点とにおいて励起パルスのプロフ
ィールが一定であることを頼みとせねばならないが、実
際のところ既知の励起光源のパルスプロフィールは、長
期におけるプロフィール変化以外にもパルス毎にもプロ
フィールが変化する傾向がある。また、前記試料ステー
ションにおける試料及び反射装置の置換については互換
性が必要であるが、実際には一般的にそのような互換性
は得難い。なぜなら、特定の試料の場合、環境条件に応
じ蛍光を発してしまうものがあり、その場合は前記した
反射装置は置換が困難になるという欠点がある。

更にはまた、蛍光は通常、励起光のスペクトル波長とは
異なる（すなわち励起光のスペクトル波長より長い）ス
ペクトル波長で発生し、且つ、前記検出／計測システム
は通常これら２つのスペクトル波長においてそれぞれ異
なる特性を持つので、この検出／計測システムに励起光
を導くことによって該検出／計測システムにおける変化
を査定しても本来的に不正確なものとなる。

而して本発明の物質の蛍光特性の計測用装置の構成は、
蛍光特性を計測すべき物質試料を収容するための試料ス
テーションと、前記試料ステーションに連結され前記試
料ステーションから発せられる単一の光子を受ける蛍光
光子（fluorescence photon-event）受容手段と、前記
試料ステーションに入れた試料に光を当てるべく前記試
料ステーションに向かって励起光パルス例を発すること
が可能な励起光源と前記励起光パルス列に対して感応
し、且つ十分な減衰性を持っていて、前記蛍光光子の計
測数に対し適合可能な出力計測数を備え得る励起パルス
プロフィールの査定手段と、前記蛍光光子受容手段の出
力と前記励起パルスプロフィール査定手段の出力とを受
けるべく組込まれる検出手段と、前記励起光源により機
能し同期パルス列を発生するための同期手段と、前記検
出手段の出力と前記同期手段の出力とに連結され、光子
相関法により作動して、タイムシェア的に（on ａ ti
me-shared basis）ほゞ同時進行で前記蛍光光子の計測
値と前記励起パルスプロフィールの計測値とを得を与え
る計測手段とを設け、前記計測手手段には前記励起パル
スのプロフィール計測値と前記蛍光光子の計測値と区別
し得る信号ルーチン回路をもち、別の記憶チャンネルへ
導く弁別手段を含んでいる。

而して本発明によれば、前記励起パルスのプロフィール
の計測は試料の発光の間じゅうタイムシェア的に前記試
料の発光とほゞ同時に成されるので、その結果、前記励
起パルスのプロフィール計測は従来に比して一層正確で
あり、また、前記試料ステーション及びこれと協働する
検出器における操作の中断や変更無しに計測されるの
で、厳格な試料環境が何らの妨害も加わる余地無なく維
持でき、しかも信号ルーチン回路を設けることにより、
励起パルスプロフィールの計測値とは別の記憶チャンネ
ルへ蛍光光子の計測値を導くことができるのであって、
斯くすることにより、励起パルスプロフィール査定手段
における周波数を異ならすことなく弁別することができ
る。

尚、前記検出手段は前記した２種類の入力の両方を受け
る単一の検出器で構成してもよいし、また、一対の検出
器により構成して各検出器がそれぞれ一種類の入力のみ
を受ける如くしてもよいが、前記した二つの構成のう
ち、後者の構成の方が好ましい。何故なら、この後者の
構成の場合、前記した２種類の入力におけるスペクトル
波長の相違に関係無く各検出器における入出力間の伝達
関数（functions）を整合させ得るし、また、それゆえ
に、検出器による検出のタイミングの相違の修正も自動
的に行なえる。

以下本発明の実施例を添付の図面に基づいて説明する。

第１図は、物質試料の蛍光特性の計測装置に関する既知
の装置を示し、第２図は本発明装置の第１実施例を示
し、第３図は本発明装置の第２実施例を示している。

第１図において、励起光源（１）が光路（２）に沿って
励起光パルス列を発した試料ステーション（３）に収容
した試料に光を当てると、これに対応して試料から発せ
られる蛍光における光子を、通常は格子モノクロメータ
ー（grating monochromator）などの波長セレクター形
式とした手段（９）により受け、更にこの手段（９）か
らの出力は（例えば光電子増倍管（photomultiplier）
などの）単一の光子検出器（１０）に送られる。而して
前記光子検出器（１０）は、前記手段（９）からの出力
に対応する出力信号を、疑似信号を除去するための閾値
弁別器（１１）（threshold discriminator）を介して
計測手段（８，１２）における一方の入力部（スタート
信号部）に対し発信する。前記計測手段（８，１２）は
前記入力部とは別の第２入力部（ストップ信号部）を有
し、この第２入力部は、前記励起光源（１）から得られ
る同期パルス列を受けるべく前記励起光源（１）に接続
されている。前記の構成に基づき前記計測手段（８，１
２）は、先に述べた光子相関法に則り、スタート信号／
ストップ信号式カウンター（start/stop counter）と
しての作用と、このスタート信号とストップ信号との時
間間隔の振幅への変換器としての作用の両方を備えた装
置（８）と、波高分析器（１２）（multichannel anal
yser）とから成り、前記分析器（１２）に前記装置
（８）からの出力を、前記試料の蛍光光子の計測値たる
前記スタート信号とストップ信号との時間間隔における
遅延時間（delay times）の変化発生の相対確率（prob
ahilities）を示す柱状図表（histogram）の形式で記憶
する。尚、第１図において前記同期パルスは、前記励起
光源（１）の光出力部から、光電子増倍管（４）、弁別
部（６）及び時間遅延ライン（７）を介して得られる如
くし、従って、前記同期パルスは、検出される各光子
（Photon events）に基づく信号が前記装置（８）の
「スタート信号」入力部へ与えられた後に発生する如く
している。尚、この同期パルスは前記装置（８）におけ
る「ストップ信号」入力部へ与えられる如くしている。

尚、既知の通り、前記した同期パルスは、前記励起光源
（１）のパルス形成制御システムから電気的に得る如く
してよく、また前記とは逆に前記装置（８）における
「スタート信号」入力部へ作用させてもよい。また、当
然ながら、先に述べた光子相関法は、１００励起パルス
当たり１光子という低い検出確率が維持される場合に限
り妥当な結果が得られるのである。

第２〜第３図に示した本発明の実施例において、前記第
１図の構成物と同じ構成物に関しては第１図と同様の符
号を付している。第２図においては第１図の構成物のほ
かに励起パルスのプロフィール（profile）査定手段
（１３，２２，２３，２４）を設けている。この励起パ
ルスプロフィール査定手段は、光路（２）にビームスプ
リッター（beamsplitter）（１３）を配設し、励起光の
少量な一部が入力する入力光学器（２２）を持った独自
の検出器（２３）を備えており、従って、この査定手段
では光電陰極における電力の幾何学的分布（geometry
of photocathode illumination）が検出器（１０）に
おける電力の幾何学的分布と整合し得る。また前記検出
器（２３）の出力は、前記弁別器（１１）と同様の作用
を成す閾値弁別器（２４）を介して（この実施例の場合
電子工学的に操作している）オア構成（ＯＲ configur
ation）の前記手段（８，１２）の入力部に送られる。

更に、前記信号ルーチン回路（signal-routing circut
ry）（１８）を設け、この信号ルーチン回路（１８）に
より各弁別器（１１，２４）から入力信号を受けるとと
もに、ライン（１９）を介して分析器（１２）を制御し
分析器（１２）が励起パルスプロフィールの計測値と蛍
光光子の計測値とをそれぞれ別に受け、且つ記憶しこれ
ら励起パルスの計測値と蛍光光子の計測値とを弁別可能
としている。尚、ライン（２１）は、各測定値の記憶に
基づき前記回路（１８）へリセット信号を与えるもので
あり、またライン（２０）は、確認用のスタート信号を
発信するものである。

この第２図実施例は、前記した各別の二つの検出器（１
０，２３）の検出機能が分離していることにより、これ
ら各検出器のインパルス応答（impulse response）
は、これら各検出器に与えられる検出用入力がそれぞれ
異なるスペクトル波長領域の入力であるにもかゝわら
ず、互いに厳密に整合させ得るという利点が得られる。

尚、第２図実施例においては前記した励起パルスと蛍光
光子とに基づく２種類の計測値の弁別は統計的基盤（st
atistical basis）に基づき行なわれる。その理由は、
これら励起パルスと蛍光光子とに基づき計測手段に到る
入力はそれぞれ比較的希薄に（rare）発生するためこれ
らの各入力が両方同時に発生することは例外的なことで
あるからである。尚、例外的にこれら各入力が同時に発
生した場合、そのうち一方の入力だけが蛍光光子の入力
として記憶されるかもしくは前記各入力両方ともに拒絶
され（記録もされない）かの何れかとなる。

また、第３図実施例は、第２図実施例と同様に信号ルー
チンを設けると共に、励起パルスのプロフィール（prof
ile）査定手段（１３，１４，１６）を設けている。こ
の励起パルスプロフィール査定手段は、光路（２）にビ
ームスプリッター（beamsplitter）（１３）を配設し、
励起光の少量な一部を（例えば鏡で挟んだ空中の光路も
しくは単一モードのグラスファイバーなどの光ガイド等
の）光学式時間遅延手段（１４）に送り、この時間遅延
手段（１４）からの出力を整合用光学器（matching op
tics）（１６）により検出器（１０）の入力部へ導く。
従って、第３図に示した第２実施例では単一の検出器
（１０）が、前記整合用光学器（１６）と、前記手段
（９）とからタイムシェアベースでほとんど同時に検出
用入力を受ける如くしている。但し、この実施例では回
路（１８）への入力信号は装置（８）からも得られる
し、また遅延手段（１４）の出力部に連結する検出器
（１５）の出力部に設けた弁別器（１７）からも得るら
れる如くしている。

尚、前記回路（１８）は、例えば入力される信号が蛍光
光子に基づくか励起パルスに基づくかに応じて論理（lo
gic）１か、論理０かに設定し得るラッチ（latch）を含
み、このラッチの状態によりライン（１９）の信号の性
質を決定すること及び前記ラッチが前記ライン（２１）
の信号によってリセットされることは理解されよう。

尚、本発明はその最も簡略化した形態によって蛍光光子
と励起パルスのプロフィールとの両方をある程度同時に
（すなわちタイムシェアベースで）測定が可能であり、
従って、蛍光光子に関し集まるデータを自動的に修正し
て、励起光源における長期間での変化並びに短期間にお
ける変化の両方が説明可能となっている。またこの本発
明構成によれば、前記の励起パルスプロフィールの測定
が前記試料ステーションとは別に離れて行ない得るの
で、この試料ステーションでの特別な環境は必要に応じ
て維持可能となる。尚、多少複雑な形態とした場合でも
本発明は各光検出器（photodetectors）の整合性が得ら
れることにより、各光検出器が受ける各入力に関し、同
様の衝撃伝達関数（impulse trnster functions）を
備えうるので、前記各検出器の出力を蛍光光子と励起パ
ルスとにおけるペクトル波長の相違に拘わらないものと
することが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−45522（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物質の蛍光減衰特性計測装置であって、 蛍光特性を計測されるべき物質試料を受け入れる試料ス
   テーション（３）と、 前記試料ステーション（３）に連結され、該試料ステー
   ション（３）から発せられる単一の光子を受ける蛍光光
   子受容手段（９）と、 前記試料ステーション（３）に入れた試料に光を当てる
   べく前記試料ステーション（３）に向かって励起光パル
   ス列を発することが可能な励起光源（１）と、 前記励起光パルス列に感応し、且つ、蛍光光子の計測数
   に対し適合可能な出力計測数を備えるべく十分な減衰性
   を持った励起パルスプロフィール査定手段（１３，１
   ４，１６）と、 前記受容手段（９）の出力と前記査定手段（１３，１
   ４，１６）の出力とを受けるべく組込まれる検出手段
   （１０）と、 前記励起光源（１）により操作され同期パルス列を発生
   する同期手段（４，６，７）と、 前記検出手段（１０）の出力部及び前記同期手段（４，
   ６，７）の出力部に連結され、光子相関法により作動し
   て、タイムシェアベースでほゞ同時進行的に前記蛍光光
   子の計測値と前記励起パルスプロフィールの計測値とを
   与える計測手段（８，１２）とを備え、 前記計測手段は、前記励起パルスプロフィールの計測値
   と前記蛍光光子の計測値と区別し得る信号ルーチン回路
   をもち、別の記憶チャンネルへ導く弁別手段（１２）を
   備えていることを特徴とする前記物質試料の蛍光特性計
   測装置。
2. 【請求項２】前記検出手段（１０）が２種類の入力の両
   方を受ける単一の検出器より成ることを特徴とする請求
   の範囲第１項記載の物質試料の蛍光特性計測装置。
3. 【請求項３】前記検出手段（１０）が一対の検出器（１
   ０，２３）より成り、前記検出器がそれぞれ１種類の入
   力のみを受ける如くしたことを特徴とする請求の範囲第
   １項記載の物質試料の蛍光特性計測装置。