JPH0692916B2 - サンプリング型時間分解測光装置 - Google Patents
サンプリング型時間分解測光装置Info
- Publication number
- JPH0692916B2 JPH0692916B2 JP9869286A JP9869286A JPH0692916B2 JP H0692916 B2 JPH0692916 B2 JP H0692916B2 JP 9869286 A JP9869286 A JP 9869286A JP 9869286 A JP9869286 A JP 9869286A JP H0692916 B2 JPH0692916 B2 JP H0692916B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sampling
- resolved
- type time
- phenomenon
- pulse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の目的
（産業上の利用分野）
本発明は蛍光やりん光等の過渡発光波形の測定及び寿命
測定用のサンプリング型時間分解測光装置に関し、特に
信号利用率を高めるとともに時間分解能の向上も可能と
したマルチ掃引型時間分解測光装置に関するものであ
る。 （従来の技術） 高速過渡発光現象の測定には、広帯域オシロスコープを
用いた実時間直接観測法が最も一般的である。しかしな
がら、現象が繰り返し再現可能な場合には、サンプリン
グの手法を適用できる。サンプリング法では、広帯域検
出器からの出力信号を現象の繰り返しに同期して位相が
徐々にずれていくサンプリングゲートを通じて抽出積算
し、その各出力を一つの波形に合成する。 従来のサンプリング法の一例を第1a、ｂ図に示す。第1a
図中における（イ）は励起主パルスｌ、（ロ）は測定す
べき蛍光またはりん光等の過渡発生現象である。そして
同図（ハ）に示すように、主パルスに同期して１つの鋸
歯状波ｍを発生する一方、勾配が非常にゆるやかな別の
鋸歯状波ｎを発生させ、その２つの波形の交わる時間位
置で（ニ）のようなサンプリングパルスｓを発生して、
（ロ）の波形のサンプリングを行う。サンプリングの結
果得られた個々の抽出波形を再び合成することによっ
て、最終的に（ホ）に示すように測定すべき波形が再現
される。すなわち、観測者は第1b図の（ａ）−（ｂ）に
示すように、サンプリングされた出力波形を時間ととも
に見ることになる。 かかるサンプリング法は、信号の利用率が低いという欠
点にもかかわらず、SN比、精度、安定性に優れているこ
とからよく用いられている。 （発明の解決しようとする問題点） しかしながら、上記のごときサンプリング法をりん光の
寿命測定や比較的寿命の長い蛍光の寿命測定または発光
波形の測定に応用した場合には、必然的に繰り返し周波
数の制限が生じ、信号の利用率が極端に低下する。信号
の利用率を向上させる目的でサンプリングゲートの巾を
広げると、時間分解能が低下してしまう。これを避ける
ため、高速A/D変換器を用いる方法や、マルチチャネル
ゲート型の光子計数の方法（例えば本出願人による特開
昭第55−76919号）も提案され良好な結果が得られてい
るが、それぞれ価格、時間分解能の点で問題がある。ま
た時間分解能を向上させようとすると、チャネル数が増
加し、装置の複雑化、価格の上昇を免れ得ない。 従って本発明の目的は、上記従来法の欠点を解消し、１
回の現象につき複数個のサンプリングゲートを設けて測
定を実行することによって、信号利用率および時間分解
能の両方を同時に向上可能なサンプリング型時間分解測
光装置を提供することにある。 発明の構成 （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明によるサンプリング
型時間分解測光装置は、広帯域検出器からの出力信号を
現象の繰り返しに同期して位相が徐々にずれていくサン
プリングゲートを通じて抽出積算し、その各出力を一つ
の波形に合成するものにおいて、１回の現象に対して複
数のサンプリングゲートを設け、これらのサンプリング
ゲートを開閉して１回の現象中に複数地点でのサンプリ
ングを行い、この各サンプリングデータを合成して１つ
の波形を得ることを特徴とする。 上記のサンプリングゲートは、勾配が非常にゆるやかな
鋸歯状波と主パルスの周期間に複数個反復する鋸歯状波
とを発生し、これら２つの鋸歯状波の交わる時間位置で
サンプリングパルスを発生せしめ、このサンプリングパ
ルスで開くようにするのが好ましい。 本発明における信号処理は、入射光強度に応じて複数の
ボックスカー積分器とマルチプレクサの組み合わせを用
いてアナログ的に行うは、あるいは光学計数器と複数の
カウンタとの組み合わせを用いてデジタル的に行うのが
好ましい。 （実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下を参照して詳しく説
明する。 まず第2a、ｂ図を参照して本発明の原理を説明すれば、
第１図の場合と同様第2a図中における（イ）は励起主パ
ルスＬ、（ロ）は測定すべき蛍光またはりん光等の過渡
発生現象である。そして従来例と同じく、（ハ）に示す
ように２つの鋸歯状波ＭとＮを発生する。そのうちＮは
従来例のｎと同様勾配が非常にゆるやかな鋸歯状波であ
るが、他方の鋸歯状波Ｍは従来例と異なり主パルスに同
期して１個だけでなく主パルスの周期間に複数（ｎ）個
発生される。これら２つの波形Ｍ、Ｎの交わる時間位置
で、（ニ）のようにサンプリングパルスＳを発生する。
すなわち、１回の現象に対しててｎ個のサンプリングパ
ルスを発生せしめ、（ロ）の波形のサンプリングを行
う。サンプリングの結果得られた個々の抽出波形を並び
換え再び合成することによって、最終的に（ホ）に示す
ように測定すべき波形が再現される。この結果、観測者
は第2b図の（ａ）−（ｂ）に示すように、サンプリング
された出力波形を時間とともに見ることになる。 次に、上記のようなサンプリングと合成を行うための信
号処理の構成について説明する。尚、蛍光やりん光を測
定するための光学系等は、従来例と同様であるため示し
てない。 第３図は、蛍光やりん光つまり検出器への入射光の強度
が比較的強い場合に適した例を示しており、光は通常の
フォトマル等の検出器１で電気信号に変換され広帯域ア
ンプ２で増巾された後、複数（ｎ）のチャネルに分割さ
れる。それぞれのチャネルはゲートＧとアナログボック
スカー積分器Ａを含んでおり、これらアナログボックス
カー積分器A1〜Anの各出力がマルチプレクサ３を介して
コンピュータ等からなる表示系４に接続されている。 また、各ゲートG1〜Gnはゲートコントロール回路５を介
して開閉される。すなわち、主パルス発生器６からのパ
ルスが分周器７で分周されて第2a図に示した主パルスＬ
を生じ、これによって励起光源８が励起される。他方、
主パルス発生器６からのパルスは鋸歯状波パルス発生器
６′を経て、鋸歯状波Ｍとなり比較器９の一端子に入力
される。別のパルス発生器10からのパルスが、D/A変換
器を介し勾配の緩やかな鋸歯状波Ｎとなって比較器９の
他端子に入力される。比較器９は両入力のレベルが一致
したときに出力を生じ、この比較器出力に応じてサンプ
リングパルス発生回路11がサンプリングパルスＳを発生
し、これによってゲーコントロール回路５を介し１回の
現象中に各ゲートG1〜Gnを開閉する。こうしてサンプリ
ングされた各々の部分波形のレベルが、対応するアナロ
グボックスカー積分器B1〜Bnで積分ホールドされた後、
マルチプレクサ３を介して合成され表示系４で測定すべ
き波形が合成再現される。 第４図は、蛍光やりん光つまり検出器への入射光の強度
が非常に弱い場合に適した例を示しており、光は光子計
数用フォトマル等の検出器12で電気信号に変換され高速
パルスアンプ13で増巾された後、ディスクリミネータ14
で信号レベルが弁別され、15でレベル変換された信号出
力が複数（ｎ）のチャネルに分割される。それぞれのチ
ャネルはゲートを成すANDとカウンタＣを含んでおり、
各ゲートAND1〜ANDnは上記と同様なサンプリングパルス
が入力されることによって開く。ゲートが開いている間
に、サンプリングした各々の部分波形レベルに対応する
光子数がそれぞれのカウンタC1〜Cnにストアされる。次
いで、コンピュータ等から成る信号処理系18からの指示
によってカウンタC1〜Cnのストア値が呼び出され、測定
すべき合成再現される。 尚、第３及び４図の構成はいずれもコンピュータで動作
制御するのが好ましく、この場合にはまず定常光を入力
して各チャネルのゲインが一定になるように予め補正係
数を求めておき、測定値にその係数を乗算すればよい。 （発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、１回の現象につき複
数個（ｎ）のサンプリングゲートを設けて測定を実行す
るマルチ掃引型としたため、時間分解能を減少させずに
従来のサンプリング法における欠点であった信号利用率
をｎ倍に向上させることができ、しかもチャネル数を限
定して時間分解能をさらに向上可能なサンプリング型時
間分解測光装置が得られる。
測定用のサンプリング型時間分解測光装置に関し、特に
信号利用率を高めるとともに時間分解能の向上も可能と
したマルチ掃引型時間分解測光装置に関するものであ
る。 （従来の技術） 高速過渡発光現象の測定には、広帯域オシロスコープを
用いた実時間直接観測法が最も一般的である。しかしな
がら、現象が繰り返し再現可能な場合には、サンプリン
グの手法を適用できる。サンプリング法では、広帯域検
出器からの出力信号を現象の繰り返しに同期して位相が
徐々にずれていくサンプリングゲートを通じて抽出積算
し、その各出力を一つの波形に合成する。 従来のサンプリング法の一例を第1a、ｂ図に示す。第1a
図中における（イ）は励起主パルスｌ、（ロ）は測定す
べき蛍光またはりん光等の過渡発生現象である。そして
同図（ハ）に示すように、主パルスに同期して１つの鋸
歯状波ｍを発生する一方、勾配が非常にゆるやかな別の
鋸歯状波ｎを発生させ、その２つの波形の交わる時間位
置で（ニ）のようなサンプリングパルスｓを発生して、
（ロ）の波形のサンプリングを行う。サンプリングの結
果得られた個々の抽出波形を再び合成することによっ
て、最終的に（ホ）に示すように測定すべき波形が再現
される。すなわち、観測者は第1b図の（ａ）−（ｂ）に
示すように、サンプリングされた出力波形を時間ととも
に見ることになる。 かかるサンプリング法は、信号の利用率が低いという欠
点にもかかわらず、SN比、精度、安定性に優れているこ
とからよく用いられている。 （発明の解決しようとする問題点） しかしながら、上記のごときサンプリング法をりん光の
寿命測定や比較的寿命の長い蛍光の寿命測定または発光
波形の測定に応用した場合には、必然的に繰り返し周波
数の制限が生じ、信号の利用率が極端に低下する。信号
の利用率を向上させる目的でサンプリングゲートの巾を
広げると、時間分解能が低下してしまう。これを避ける
ため、高速A/D変換器を用いる方法や、マルチチャネル
ゲート型の光子計数の方法（例えば本出願人による特開
昭第55−76919号）も提案され良好な結果が得られてい
るが、それぞれ価格、時間分解能の点で問題がある。ま
た時間分解能を向上させようとすると、チャネル数が増
加し、装置の複雑化、価格の上昇を免れ得ない。 従って本発明の目的は、上記従来法の欠点を解消し、１
回の現象につき複数個のサンプリングゲートを設けて測
定を実行することによって、信号利用率および時間分解
能の両方を同時に向上可能なサンプリング型時間分解測
光装置を提供することにある。 発明の構成 （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明によるサンプリング
型時間分解測光装置は、広帯域検出器からの出力信号を
現象の繰り返しに同期して位相が徐々にずれていくサン
プリングゲートを通じて抽出積算し、その各出力を一つ
の波形に合成するものにおいて、１回の現象に対して複
数のサンプリングゲートを設け、これらのサンプリング
ゲートを開閉して１回の現象中に複数地点でのサンプリ
ングを行い、この各サンプリングデータを合成して１つ
の波形を得ることを特徴とする。 上記のサンプリングゲートは、勾配が非常にゆるやかな
鋸歯状波と主パルスの周期間に複数個反復する鋸歯状波
とを発生し、これら２つの鋸歯状波の交わる時間位置で
サンプリングパルスを発生せしめ、このサンプリングパ
ルスで開くようにするのが好ましい。 本発明における信号処理は、入射光強度に応じて複数の
ボックスカー積分器とマルチプレクサの組み合わせを用
いてアナログ的に行うは、あるいは光学計数器と複数の
カウンタとの組み合わせを用いてデジタル的に行うのが
好ましい。 （実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下を参照して詳しく説
明する。 まず第2a、ｂ図を参照して本発明の原理を説明すれば、
第１図の場合と同様第2a図中における（イ）は励起主パ
ルスＬ、（ロ）は測定すべき蛍光またはりん光等の過渡
発生現象である。そして従来例と同じく、（ハ）に示す
ように２つの鋸歯状波ＭとＮを発生する。そのうちＮは
従来例のｎと同様勾配が非常にゆるやかな鋸歯状波であ
るが、他方の鋸歯状波Ｍは従来例と異なり主パルスに同
期して１個だけでなく主パルスの周期間に複数（ｎ）個
発生される。これら２つの波形Ｍ、Ｎの交わる時間位置
で、（ニ）のようにサンプリングパルスＳを発生する。
すなわち、１回の現象に対しててｎ個のサンプリングパ
ルスを発生せしめ、（ロ）の波形のサンプリングを行
う。サンプリングの結果得られた個々の抽出波形を並び
換え再び合成することによって、最終的に（ホ）に示す
ように測定すべき波形が再現される。この結果、観測者
は第2b図の（ａ）−（ｂ）に示すように、サンプリング
された出力波形を時間とともに見ることになる。 次に、上記のようなサンプリングと合成を行うための信
号処理の構成について説明する。尚、蛍光やりん光を測
定するための光学系等は、従来例と同様であるため示し
てない。 第３図は、蛍光やりん光つまり検出器への入射光の強度
が比較的強い場合に適した例を示しており、光は通常の
フォトマル等の検出器１で電気信号に変換され広帯域ア
ンプ２で増巾された後、複数（ｎ）のチャネルに分割さ
れる。それぞれのチャネルはゲートＧとアナログボック
スカー積分器Ａを含んでおり、これらアナログボックス
カー積分器A1〜Anの各出力がマルチプレクサ３を介して
コンピュータ等からなる表示系４に接続されている。 また、各ゲートG1〜Gnはゲートコントロール回路５を介
して開閉される。すなわち、主パルス発生器６からのパ
ルスが分周器７で分周されて第2a図に示した主パルスＬ
を生じ、これによって励起光源８が励起される。他方、
主パルス発生器６からのパルスは鋸歯状波パルス発生器
６′を経て、鋸歯状波Ｍとなり比較器９の一端子に入力
される。別のパルス発生器10からのパルスが、D/A変換
器を介し勾配の緩やかな鋸歯状波Ｎとなって比較器９の
他端子に入力される。比較器９は両入力のレベルが一致
したときに出力を生じ、この比較器出力に応じてサンプ
リングパルス発生回路11がサンプリングパルスＳを発生
し、これによってゲーコントロール回路５を介し１回の
現象中に各ゲートG1〜Gnを開閉する。こうしてサンプリ
ングされた各々の部分波形のレベルが、対応するアナロ
グボックスカー積分器B1〜Bnで積分ホールドされた後、
マルチプレクサ３を介して合成され表示系４で測定すべ
き波形が合成再現される。 第４図は、蛍光やりん光つまり検出器への入射光の強度
が非常に弱い場合に適した例を示しており、光は光子計
数用フォトマル等の検出器12で電気信号に変換され高速
パルスアンプ13で増巾された後、ディスクリミネータ14
で信号レベルが弁別され、15でレベル変換された信号出
力が複数（ｎ）のチャネルに分割される。それぞれのチ
ャネルはゲートを成すANDとカウンタＣを含んでおり、
各ゲートAND1〜ANDnは上記と同様なサンプリングパルス
が入力されることによって開く。ゲートが開いている間
に、サンプリングした各々の部分波形レベルに対応する
光子数がそれぞれのカウンタC1〜Cnにストアされる。次
いで、コンピュータ等から成る信号処理系18からの指示
によってカウンタC1〜Cnのストア値が呼び出され、測定
すべき合成再現される。 尚、第３及び４図の構成はいずれもコンピュータで動作
制御するのが好ましく、この場合にはまず定常光を入力
して各チャネルのゲインが一定になるように予め補正係
数を求めておき、測定値にその係数を乗算すればよい。 （発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、１回の現象につき複
数個（ｎ）のサンプリングゲートを設けて測定を実行す
るマルチ掃引型としたため、時間分解能を減少させずに
従来のサンプリング法における欠点であった信号利用率
をｎ倍に向上させることができ、しかもチャネル数を限
定して時間分解能をさらに向上可能なサンプリング型時
間分解測光装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１（ａ）及び（ｂ）図は従来法を説明するための各波
形図、第２（ａ）及び（ｂ）図は本発明によるサンプリ
ング型時間分解測定装置を説明するための各波形図、第
３図は信号処理用構成の一実施例を示す図、第４図は信
号処理用構成の一実施例を示す図である。 １、12……検出器、３……マルチプレクサ、５……ゲー
トコントロール回路、６、10……パルス発生器、８……
励起光源、９……比較器、11……サンプリングパルス発
生回路、Ａ……アナログブロックカー積分器、G,AND…
…サンプリングゲート、Ｌ……励起用主パルス、Ｍ……
１回の現象中に複数回反復する鋸歯状波、Ｎ……勾配の
緩やかな鋸歯状波。
形図、第２（ａ）及び（ｂ）図は本発明によるサンプリ
ング型時間分解測定装置を説明するための各波形図、第
３図は信号処理用構成の一実施例を示す図、第４図は信
号処理用構成の一実施例を示す図である。 １、12……検出器、３……マルチプレクサ、５……ゲー
トコントロール回路、６、10……パルス発生器、８……
励起光源、９……比較器、11……サンプリングパルス発
生回路、Ａ……アナログブロックカー積分器、G,AND…
…サンプリングゲート、Ｌ……励起用主パルス、Ｍ……
１回の現象中に複数回反復する鋸歯状波、Ｎ……勾配の
緩やかな鋸歯状波。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】広帯域検出器からの出力信号を、現象の繰
り返しに同期して位相が徐々にずれていくサンプリング
ゲートを通じて抽出積算し、その各出力を一つの波形に
合成するサンプリング型時間分解測光装置において、１
回の現象に対して複数のサンプリングゲートを設け、こ
れらのサンプリングゲートを開閉して１回の現象中に複
数地点でのサンプリングを行い、この各サンプリングデ
ータを合成して１つの波形を得ることを特徴とするサン
プリング型時間分解測光装置。 【請求項２】勾配が非常にゆるやかな鋸歯状波と主パル
スの周期間に複数個反復する鋸歯状波とを発生し、これ
ら２つの鋸歯状波の交わる時間位置でサンプリングパル
スを発生せしめ、このサンプリングパルスで上記サンプ
リングゲートを開くことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のサンプリング型時間分解測光装置。 【請求項２】複数のボックスカー積分器とマルチプレク
サの組み合わせを用いてアナログ的に信号処理すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサンプリング
型時間分解測光装置。 【請求項４】光子計数装置と複数のカウンタとの組み合
わせを用いてデジタル的に信号処理することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のサンプリング型時間分解
測光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9869286A JPH0692916B2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | サンプリング型時間分解測光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9869286A JPH0692916B2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | サンプリング型時間分解測光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62255836A JPS62255836A (ja) | 1987-11-07 |
| JPH0692916B2 true JPH0692916B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=14226558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9869286A Expired - Lifetime JPH0692916B2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | サンプリング型時間分解測光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0692916B2 (ja) |
-
1986
- 1986-04-28 JP JP9869286A patent/JPH0692916B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62255836A (ja) | 1987-11-07 |
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