JPH09184800A - Time resolved optical measuring device - Google Patents

Time resolved optical measuring device

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JPH09184800A
JPH09184800A JP35334995A JP35334995A JPH09184800A JP H09184800 A JPH09184800 A JP H09184800A JP 35334995 A JP35334995 A JP 35334995A JP 35334995 A JP35334995 A JP 35334995A JP H09184800 A JPH09184800 A JP H09184800A
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JP
Japan
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time
light
subject
optical
detector
Prior art date
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Pending
Application number
JP35334995A
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Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Oda
一郎 小田
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Publication of JPH09184800A publication Critical patent/JPH09184800A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform measurement at a plurality of wavelengths and measuring points without any time deviation and using a single detector and a single TAC. SOLUTION: An oscillation signal from an oscillator 4 is simultaneously supplied to semiconductor lasers 2-1 and 2-2 with different oscillation wavelengths but one coaxial cable 5-2 is longer and has a delay element 30. Laser pulse beams oscillated from both semiconductor lasers 2-1 and 2-2 are guided to a specimen 8 by optical fibers 3-1 and 3-2, respectively, pulse beams through the specimen 8 are detected by a detector 10, and time until photo is detected by the detector 10 is outputted as a voltage and integrated by a TAC 14. The obtained integral waveform by the semiconductor laser 2-1 and that by the semiconductor laser 2-2 are separated as shown in (a) and waveforms for a plurality of light sources can be measured without any time deviation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高速で変化する光現
象の時間変化を測定する装置、例えば生体酸素モニタや
光CTのほか、散乱体を対象とする光学定数測定装置に
関するものであり、特にTAC(Time-to-Amplitude Co
nverter;時間電圧変換器)を備えて時間相関単一光子
計数法により計測を行なう装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring a time change of a light phenomenon that changes at high speed, such as a biological oxygen monitor or optical CT, and an optical constant measuring apparatus for a scatterer, and in particular, TAC (Time-to-Amplitude Co
nverter; time-voltage converter) and a device for performing measurement by the time correlation single photon counting method.

【0002】[0002]

【従来の技術】時間相関単一光子計数法で、被検体に対
し複数の光源から入射した光の時間分解波形を1つの検
出器で検出しようとすると、光源の発振を切り換える
か、複数の光源から発振された光を光スイッチにより切
り換えることが必要である。図1(A)は光源の発振を
切り換える方式を示したものである。波長の異なる2つ
の半導体レーザ2−1と2−2に対し、発振器4からの
信号を切換え器6で切り換えて与え、いずれかの半導体
レーザをパルス発振させて被検体8へ入射させる。被検
体を散乱透過したパルス光は検出器10で検出される。
TAC14では、検出器10による光子検出信号がCF
D(Constant Fraction Discriminater)12を経てT
AC14にスタート信号として与えられ、発振器4から
の発振信号がCFD16及び適当な遅延をもつ遅延回路
15を経てTAC14にストップ信号として与えられ、
検出器10によるスタート信号とストップ信号との時間
差が電圧として出力される。TAC14の出力電圧はA
/D変換器18でデジタル信号に変換され、MCA(Ma
ltichannel Analyzer)20によりいずれの半導体レー
ザからの信号であるかを指示してそれぞれのメモリ装置
22−1,22−2に記憶する。記憶された波形は、検
出信号と遅延された発振信号との時間差が計測されたも
のであるが、本来得るべき照射時間と検出時間との時間
差波形単に時間軸の方向が異なるのみである。この関係
を一般的に逆接続と呼ぶ。図1中のa1,a2として示
された波形は時間軸を逆にして示している。
2. Description of the Related Art In the time-correlated single photon counting method, when it is attempted to detect a time-resolved waveform of light incident on a subject from a plurality of light sources with a single detector, the oscillation of the light sources is switched or a plurality of light sources are switched. It is necessary to switch the light oscillated from the optical switch by an optical switch. FIG. 1A shows a method for switching the oscillation of the light source. The signal from the oscillator 4 is switched by the switch 6 and given to the two semiconductor lasers 2-1 and 2-2 having different wavelengths, and one of the semiconductor lasers is pulse-oscillated to be incident on the subject 8. The pulsed light scattered and transmitted through the subject is detected by the detector 10.
In the TAC 14, the photon detection signal from the detector 10 is CF
After going through D (Constant Fraction Discriminater) 12, T
AC14 is given as a start signal, the oscillation signal from the oscillator 4 is given as a stop signal to the TAC14 via the CFD 16 and the delay circuit 15 having an appropriate delay,
The time difference between the start signal and the stop signal from the detector 10 is output as a voltage. The output voltage of TAC14 is A
It is converted into a digital signal by the / D converter 18, and MCA (Ma
The signal from the semiconductor laser is instructed by the ltichannel analyzer) 20 and stored in the respective memory devices 22-1 and 22-2. The stored waveform is a measurement of the time difference between the detection signal and the delayed oscillation signal, but the time difference waveform between the irradiation time and the detection time that should be originally obtained is merely different in the direction of the time axis. This relationship is generally called reverse connection. The waveforms shown as a1 and a2 in FIG. 1 are shown with their time axes reversed.

【0003】TAC14の作動時間は、発振器4から発
振信号が出力されてから検出器10による光子検出を完
了するまでの時間であり、例えば数ナノ秒というような
極めて短かい時間である。そのため、レーザの照射はで
きるだけ短かい時間間隔(例えば200ナノ秒)のサイ
クルで行なわれるが、そのような短かい照射間隔内に切
換え器6により半導体レーザ2−1,2−2の発振を切
り換えることはできない。
The operation time of the TAC 14 is the time from the output of the oscillation signal from the oscillator 4 to the completion of the photon detection by the detector 10, and is an extremely short time such as several nanoseconds. Therefore, laser irradiation is performed in a cycle with a time interval as short as possible (for example, 200 nanoseconds), and the oscillation of the semiconductor lasers 2-1 and 2-2 is switched by the switch 6 within such a short irradiation interval. It is not possible.

【0004】また、TAC計測は1回の光子検出確率分
布を多数回積算することで強度分布を得ている。したが
って、一方の半導体レーザ、例えば2−1を発振させて
いるときは、その半導体レーザ2−1を繰返し発振させ
てTAC14による作動を繰り返し、その出力を積算し
て、(a1)に示されるような半導体レーザ2−1によ
る波形を得る。この波形を得る時間は(半導体レーザの
発振間隔時間×積算回数)である。その後、切換え器6
によって半導体レーザの発振が他方の側、例えば2−2
側に切り換えられて同様の測定が行なわれる。
Further, in the TAC measurement, the intensity distribution is obtained by integrating the photon detection probability distribution of one time many times. Therefore, when one of the semiconductor lasers, for example, 2-1 is oscillated, the semiconductor laser 2-1 is repeatedly oscillated and the operation by the TAC 14 is repeated, and the outputs thereof are integrated, as shown in (a1). The waveform obtained by the semiconductor laser 2-1 is obtained. The time required to obtain this waveform is (oscillation interval time of semiconductor laser x number of times of integration). Then, switch 6
Therefore, the oscillation of the semiconductor laser is caused on the other side, for example, 2-2.
The same measurement is performed after switching to the side.

【0005】発振信号の切換えに代えて、(B)に示さ
れるように、発振器4により半導体レーザ2−1と2−
2を同時に発振させ、被検体8に導くレーザパルス光を
光スイッチ24で切り換えるようにすることもできる。
この場合も光スイッチ24による切換えは、(半導体レ
ーザの発振間隔時間×積算回数)単位で行なわれる。
Instead of switching the oscillation signal, the semiconductor lasers 2-1 and 2-2 are driven by the oscillator 4 as shown in FIG.
It is also possible to oscillate 2 simultaneously and switch the laser pulse light guided to the subject 8 by the optical switch 24.
In this case as well, switching by the optical switch 24 is performed in units of (oscillation interval time of semiconductor laser × number of times of integration).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図1に示されるよう
に、発振信号の切換え又は発振したパルス光の切換えに
よる方法では、TACの積算時間分のタイムラグ(時間
ずれ)を生じる。特に、生体計測ではある波長又はある
測定ポイントでの波形を基準として他の波形又は他の測
定ポイントでの波形を比較することにより光学定数を算
出するので、こうしたタイムラグは被検体の経時変化の
影響を受けて測定精度の低下を招く。こうした時間ずれ
を少なくするには、積分時間を短かくすること、すなわ
ち、1回の照射光量を減らすことなく照射サイクルを多
くすることであるが、それには半導体レーザの出力パワ
ーを上げる必要があり、技術的には限界がある。
As shown in FIG. 1, in the method of switching the oscillation signal or switching the oscillated pulsed light, a time lag (time shift) corresponding to the integration time of TAC occurs. Especially, in biometrics, the optical constant is calculated by comparing the waveform at a certain wavelength or a certain measurement point with other waveforms or waveforms at other measurement points. As a result, the measurement accuracy is lowered. In order to reduce such a time shift, it is necessary to shorten the integration time, that is, to increase the irradiation cycle without reducing the irradiation light amount for one irradiation. To this end, it is necessary to increase the output power of the semiconductor laser. However, there are technical limitations.

【0007】時間相関単一計数法における計測では、検
出される光が単一光子状態(1回の照射に対して検出さ
れる光子が必ず1個以下)であることが絶対条件であ
る。そこで、照射する光のサイクルに対して、光子が検
出される確率が1/20(又は1/50や1/100)
以下にして計測する必要がある。
In the measurement by the time correlation single counting method, it is an absolute condition that the detected light is in a single photon state (one photon or less is detected for one irradiation). Therefore, the probability of detecting a photon is 1/20 (or 1/50 or 1/100) with respect to the cycle of the applied light.
It is necessary to measure as follows.

【0008】通常、光生体計測では、照射する光源の限
界から被検体を散乱透過してくる光は非常に微弱で、こ
の単一光子条件を大きく下回ることも少なくない。すな
わち、検出器の側から見れば待ち時間ばかり多く、積算
時間中の稼動率は極めて低い状態となっている。
[0008] Usually, in photobiological measurement, the light scattered and transmitted through the subject is very weak due to the limit of the light source for irradiation, and it is not uncommon for this light to greatly fall below this single-photon condition. That is, when viewed from the detector side, the waiting time is large and the operating rate during the integration time is extremely low.

【0009】そこで、本発明はこの時間的な隙間に他の
光源(波長又は他の測定ポイント)による測定を行なお
うとするものである。ただし、2以上の波長や測定ポイ
ントで同時に照射や検出を行なうと、検出器側では波長
ごとに又は測定ポイントごとに選別ができないので、観
測される波形は重なり合ってしまう。こうした問題を避
けるために、波長やポイントごとに照射時間又は検出時
間をずらし、積算された波形が重なり合わないようにし
なければならない。
Therefore, the present invention intends to perform measurement by another light source (wavelength or another measurement point) in this time gap. However, when irradiation or detection is performed at two or more wavelengths or measurement points at the same time, the detectors cannot select each wavelength or each measurement point, and thus the observed waveforms overlap. In order to avoid such problems, it is necessary to shift the irradiation time or the detection time for each wavelength or point so that the integrated waveforms do not overlap.

【0010】本発明の目的は、複数の波長又は測定ポイ
ントでの測定を従来のような積算時間という長い時間の
ずれがなく、しかも1個の検出器及び1個のTACで測
定できるようにすることである。
An object of the present invention is to enable measurement at a plurality of wavelengths or measurement points without a long time lag of an integration time as in the conventional case, and to perform measurement with one detector and one TAC. That is.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明では、被検体への
光入射側と被検体からの光出射側の少なくとも一方を複
数のチャネルとするとともに、光検出器による各チャネ
ルの光子検出までの時間が互いに重ならず、かつすべて
のチャネルの光検出器による光子検出がTACの1回の
作動時間領域内に完了するように遅延要素を設けた。
According to the present invention, at least one of a light incident side to a subject and a light emitting side from the subject has a plurality of channels, and a photodetector detects photons of each channel. A delay element was provided so that the times did not overlap each other and photon detection by the photodetectors of all channels was completed within the single operating time region of the TAC.

【0012】遅延要素としては次のものを挙げることが
できる。 (1)光源の点灯を行なう光源トリガー信号(=発振信
号)を光源まで導く同軸ケーブルなどを長くしたもので
あり、これにより電気的に遅延させる。 (2)点灯した光を被検体に導く光ファイバなどの導光
路を長くしたものであり、これにより光源から被検体ま
での光路で光学的に遅延する。 (3)被検体から出射する散乱透過光を検出器に導く受
光側光ファイバなどの導光路を長くしたものであり、こ
れにより被検体から検出器までの光路で光学的に遅延す
る。遅延要素が同軸ケーブルや光ファイバの場合、約2
0cmの長さで1ナノ秒程度の遅延量が得られる。
The delay elements include the following. (1) A coaxial cable or the like for guiding a light source trigger signal (= oscillation signal) for turning on the light source to the light source is lengthened, and thereby electrically delayed. (2) A light guide path such as an optical fiber for guiding the light that has been turned on to the subject is lengthened, whereby the optical path from the light source to the subject is optically delayed. (3) A light guide path such as a light-receiving side optical fiber that guides the scattered transmitted light emitted from the subject to the detector is lengthened, whereby the optical path from the subject to the detector is optically delayed. If the delay element is a coaxial cable or optical fiber, approximately 2
With a length of 0 cm, a delay amount of about 1 nanosecond can be obtained.

【0013】[0013]

【実施例】図2(A)は第1の実施例を表す。図1の実
施例と同一部分には同一の符号を付す。発振器4からの
発振信号は発振波長の異なる半導体レーザ2−1と2−
2にそれぞれ同軸ケーブル5−1,5−2を経て同時に
供給されるが、同軸ケーブル5−2の方が同軸ケーブル
5−1より長くなっており、その長くなった部分の同軸
ケーブルが遅延要素30となっている。両半導体レーザ
2−1,2−2から発振されるレーザパルス光はそれぞ
れ光ファイバ3−1,3−2により被検体8の同じ位置
又は異なる位置に導かれる。被検体8を散乱透過したパ
ルス光は検出器10で検出される。TAC14では、検
出器10による光子検出信号がCFD12を経てTAC
14にスタート信号として与えられ、発振器4からの発
振信号がCFD16及び適当な遅延をもつ遅延回路15
を経てTAC14にストップ信号として与えられ、スタ
ート信号とストップ信号との時間差が電圧として出力さ
れる。TAC14の出力電圧はA/D変換器18でデジ
タル信号に変換され、MCA20を経てメモリ装置22
に記憶され、積算される。
EXAMPLE FIG. 2A shows a first example. The same parts as those in the embodiment of FIG. 1 are designated by the same reference numerals. The oscillation signals from the oscillator 4 are semiconductor lasers 2-1 and 2-having different oscillation wavelengths.
2 are simultaneously supplied via coaxial cables 5-1 and 5-2, respectively, but the coaxial cable 5-2 is longer than the coaxial cable 5-1 and the extended coaxial cable is the delay element. It is 30. Laser pulse lights emitted from the two semiconductor lasers 2-1 and 2-2 are guided to the same position or different positions of the subject 8 by the optical fibers 3-1 and 3-2, respectively. The pulsed light scattered and transmitted through the subject 8 is detected by the detector 10. In the TAC 14, the photon detection signal from the detector 10 passes through the CFD 12 and becomes TAC.
14 is provided as a start signal to the oscillator 14, and the oscillation signal from the oscillator 4 is a CFD 16 and a delay circuit 15 having an appropriate delay.
After that, it is given to the TAC 14 as a stop signal, and the time difference between the start signal and the stop signal is output as a voltage. The output voltage of the TAC 14 is converted into a digital signal by the A / D converter 18, and is passed through the MCA 20 to the memory device 22.
Are stored in and accumulated.

【0014】検出器10はTAC14の作動時間内に半
導体レーザ2−1と2−2によるパルス光の光子をとも
に検出するが、遅延要素30により半導体レーザ2−2
のパルス光が半導体レーザ2−1のパルス光よりも遅れ
て被検体8に供給されるので、検出器10は両半導体レ
ーザ2−1,2−2からのパルス光による光子を時間が
ずれた状態で検出する。こうして得られた積算波形は
(a)のようになり、データ処理において半導体レーザ
2−1によるものと2−2によるものとが分離され、複
数の光源に対する波形がほとんど時間のずれなしに計測
することができるようになる。
The detector 10 detects both the photons of the pulsed light from the semiconductor lasers 2-1 and 2-2 within the operation time of the TAC 14, but the semiconductor laser 2-2 is detected by the delay element 30.
Since the pulsed light of 1 is supplied to the subject 8 later than the pulsed light of the semiconductor laser 2-1, the detector 10 shifts the photons by the pulsed light from both semiconductor lasers 2-1 and 2-2 in time. Detect by status. The integrated waveform thus obtained is as shown in (a), and the data by the semiconductor laser 2-1 and that by the semiconductor laser 2-2 are separated in data processing, and the waveforms for a plurality of light sources are measured with almost no time lag. Will be able to.

【0015】なお、散乱透過してくる光が比較的強く、
完全な単一光子状態から外れた場合には波形の歪を生ず
るが、この場合は照射光のパワーを弱めるなどすればよ
い。その場合でも時間のずれがなく、切換え器などの複
雑な要素を必要としないなどの利点があり、また積分時
間が長くなるような問題も生じない。
The light that is scattered and transmitted is relatively strong,
When it deviates from the complete single-photon state, waveform distortion occurs. In this case, the power of the irradiation light may be weakened. Even in that case, there is no time lag, there is an advantage that a complicated element such as a switch is not required, and there is no problem that the integration time becomes long.

【0016】図2(B)は発振器4によって2つの半導
体レーザ2−1,2−2を同時に発振させ、両半導体レ
ーザ2−1,2−2から被検体8までレーザパルスを導
く光ファイバ3−1と3−2の長さを異ならせることに
より、遅延させるようにした実施例を示したものであ
る。ここでは、光ファイバ3−1よりも光ファイバ3−
2の方を長くし、その長くした部分32が遅延要素とな
るようにしている。他の構成及び動作は(A)のものと
同じである。
In FIG. 2B, an optical fiber 3 for oscillating two semiconductor lasers 2-1 and 2-2 at the same time by an oscillator 4 and guiding a laser pulse from both semiconductor lasers 2-1 and 2-2 to a subject 8. It shows an embodiment in which the delay is made by making the lengths of -1 and 3-2 different from each other. In this case, the optical fiber 3- is better than the optical fiber 3-1.
2 is made longer, and the lengthened portion 32 becomes a delay element. Other configurations and operations are the same as those in (A).

【0017】図3はさらに他の実施例を表わしたもので
ある。(A)は発振器4によって1個の半導体レーザ2
をパルス発振させ、そのパルス光を光分波器34により
2つの光路に分波し、それぞれの光路のパルス光を光フ
ァイバ36−1と36−2を経て被検体8の異なる位置
に入射させるものである。この場合、一方の光ファイバ
36−2の長さを他方の光ファイバ36−1の長さより
も長くし、その長くなった部分38が遅延要素となって
いる。他の構成は図2(A)の実施例と同じである。
FIG. 3 shows still another embodiment. (A) shows one semiconductor laser 2 with an oscillator 4.
Is pulse-oscillated, the pulsed light is demultiplexed into two optical paths by the optical demultiplexer 34, and the pulsed light of each optical path is incident on different positions of the subject 8 via the optical fibers 36-1 and 36-2. It is a thing. In this case, the length of one optical fiber 36-2 is made longer than the length of the other optical fiber 36-1, and the lengthened portion 38 serves as a delay element. The other structure is the same as that of the embodiment of FIG.

【0018】図3(B)はさらに他の実施例を表わした
ものであり、被検体8に対しては1個の半導体レーザ2
から光ファイバ36を経てパルス光を被検体8に照射
し、被検体8を散乱透過してきたパルス光を異なる位置
で受光し、それぞれの受光パルス光を光ファイバ40−
1,40−2から光合波器44へ導き、光合波器44で
2つの光ファイバから導かれたパルス光を1つの光路に
まとめて検出器10へ導いている。ここでは、被検体8
から光合波器44までの光ファイバ40−1,40−2
の長さが互いに異なっており、光ファイバ40−1より
光ファイバ40−2の長さの方が長くなっており、その
長くなった部分42が遅延要素となっている。この場合
には、被検体8の2つの位置での情報が同時に得られ
る。
FIG. 3B shows still another embodiment, in which one semiconductor laser 2 is provided for the subject 8.
Pulse light from the optical fiber 36 to the subject 8 is received, the pulse light scattered and transmitted through the subject 8 is received at different positions, and each received pulse light is received by the optical fiber 40-.
1, 40-2 are guided to the optical multiplexer 44, and the pulsed lights guided from the two optical fibers by the optical multiplexer 44 are combined into one optical path and guided to the detector 10. Here, the subject 8
To optical multiplexers 40 to 40-2
Are different from each other, the length of the optical fiber 40-2 is longer than that of the optical fiber 40-1, and the lengthened portion 42 serves as a delay element. In this case, information at two positions of the subject 8 can be obtained at the same time.

【0019】光分波器34や光合波器44の代わりに、
図3(C)に示されるような分岐した光ファイバ48を
用いてもよい。この場合、分岐した2つの光路50−1
と50−2うち、一方の光路50−2の方が長くなり、
その長くなった部分52が遅延要素となっている。
Instead of the optical demultiplexer 34 and the optical multiplexer 44,
A branched optical fiber 48 as shown in FIG. 3C may be used. In this case, the two branched optical paths 50-1
And 50-2, one optical path 50-2 becomes longer,
The lengthened portion 52 serves as a delay element.

【0020】図4はさらに他の実施例を表わしたもので
あり、4つの現象を1つのTACに重畳させるようにし
たものである。光源として2波長760nmと800n
mと半導体レーザ2−1,2−2を備え、また被検体8
に対しては2ヵ所の位置で光ファイバ56−1,56−
2によりパルス光を入射させ、被検体8の1ヵ所の位置
から光ファイバ60により受光して検出器10の光電子
増倍管へ導く。両半導体レーザ2−1,2−2からのパ
ルス光は光ファイバ54によって混合されて光路が1つ
になった後、光ファイバ56−1,56−2により2つ
の光路に分岐して異なった位置で被検体に照射される。
一方の光ファイバ56−1による光入射点と光ファイバ
60による受光点との距離は25mm、他方の光ファイ
バ56−2による光入射点と光ファイバ60による受光
点との距離は40mmとする。
FIG. 4 shows still another embodiment, in which four phenomena are superposed on one TAC. 2 wavelengths 760nm and 800n as light source
m and semiconductor lasers 2-1 and 2-2, and the subject 8
For optical fiber 56-1,56-
The pulsed light is made incident by 2 and is received by the optical fiber 60 from one position of the subject 8 and guided to the photomultiplier tube of the detector 10. The pulsed lights from the two semiconductor lasers 2-1 and 2-2 are mixed by the optical fiber 54 to form one optical path, and then are branched into two optical paths by the optical fibers 56-1 and 56-2 to be different. The subject is irradiated at the position.
The distance between the light incident point by one optical fiber 56-1 and the light receiving point by the optical fiber 60 is 25 mm, and the distance between the light incident point by the other optical fiber 56-2 and the light receiving point by the optical fiber 60 is 40 mm.

【0021】発振信号が半導体レーザ2−1,2−2に
それぞれ供給される同軸ケーブル5−1,5−2におい
て、同軸ケーブル5−2の方が長くなっており、その長
くなった部分30が遅延要素となって半導体レーザ2−
2側の発振信号に約4ナノ秒の遅延を生じさせる。両半
導体レーザ2−1,2−2からの光パルスは光ファイバ
54によって混合された後再び分割され、その分割され
た光パルスを導く光ファイバ56−1,56−2では光
ファイバ56−2の方が長くなっていて、その長くなっ
た部分58により約6ナノ秒の遅延が生じる。その結
果、光ファイバ56−1と56−2からはいずれも76
0nmと800nmの波長の光パルスが被検体8に入射
されるが、800nmのパルス光は発振時に約4ナノ秒
の遅延をもっており、かつ光ファイバ56−2から被検
体8に入射する光パルスは光ファイバ56−1から被検
体8に入射する光パルスに対し約6ナノ秒の遅延をも
つ。
In the coaxial cables 5-1 and 5-2 to which the oscillation signals are supplied to the semiconductor lasers 2-1 and 2-2, respectively, the coaxial cable 5-2 is longer, and the longer portion 30 is provided. Becomes a delay element
This causes a delay of about 4 nanoseconds in the oscillation signal on the second side. The optical pulses from the two semiconductor lasers 2-1 and 2-2 are mixed by the optical fiber 54 and then split again, and the optical fibers 56-1 and 56-2 for guiding the split optical pulses are the optical fibers 56-2. Is longer, and the lengthened portion 58 causes a delay of about 6 nanoseconds. As a result, the optical fibers 56-1 and 56-2 are both 76
Optical pulses having wavelengths of 0 nm and 800 nm are incident on the subject 8, but the pulsed light of 800 nm has a delay of about 4 nanoseconds at the time of oscillation, and the optical pulse incident on the subject 8 from the optical fiber 56-2 is It has a delay of about 6 nanoseconds with respect to the light pulse entering the subject 8 from the optical fiber 56-1.

【0022】この実施例の動作を図5にまとめて示す。
もし遅延がないとすればその(A)表の本来の時間分解
波形の欄に示されたように、送受光間距離に応じた波形
の変化は見られるものの、時間差は現われない。しか
し、遅延が設けられている結果、光ファイバ56−1か
ら入射した760nmの光パルスaが遅延をもたずに検
出され、次に光ファイバ56−1から入射した800n
mの光パルスbが約4ナノ秒の遅延をもって検出され
る。次に光ファイバ56−2から入射した760nmの
光パルスcが約6ナノ秒の遅延をもって検出され、光フ
ァイバ56−2から入射した800nmの光パルスdが
約10ナノ秒の遅延をもって検出される。このa〜dの
4つの信号を重ねて1つのTACに入力し、積算するこ
とにより、(B)に示される波形が得られる。
The operation of this embodiment is shown collectively in FIG.
If there is no delay, as shown in the column of the original time-resolved waveform in the table (A), there is a change in the waveform according to the distance between transmitting and receiving, but no time difference appears. However, as a result of the provision of the delay, the 760 nm optical pulse a incident from the optical fiber 56-1 is detected without delay, and the next 800n incident from the optical fiber 56-1 is detected.
A light pulse b of m is detected with a delay of about 4 nanoseconds. Next, the optical pulse c of 760 nm incident from the optical fiber 56-2 is detected with a delay of about 6 nanoseconds, and the optical pulse d of 800 nm incident from the optical fiber 56-2 is detected with a delay of about 10 nanoseconds. . By overlapping the four signals a to d and inputting them into one TAC and integrating them, the waveform shown in (B) is obtained.

【0023】図6(A)はさらに他の実施例を表わした
ものである。半導体レーザ2からのパルス光は光分波器
62で2つの光路に分けられ、一方の光路は光ファイバ
64−1及び単一光子状態になるように減光する減光器
65を経て光合波器70に入射し、他方の光路は光ファ
イバ64−2を経て被検体8に入射し、被検体8を散乱
透過した光子は光ファイバ68を経て光合波器70に入
射する。光ファイバ64−2には光ファイバを長くする
ことによって遅延要素66が設けられている。光合波器
70で単一の光路に合流した2つの光パルスは検出器1
0で検出され、CFD12を経てTAC14へ導かれ
る。他の構成は図2(A)に示されているものと同じで
ある。
FIG. 6A shows still another embodiment. The pulsed light from the semiconductor laser 2 is split into two optical paths by the optical demultiplexer 62, and one optical path passes through the optical fiber 64-1 and the dimmer 65 for dimming to a single-photon state, and is optically combined. Incident on the optical instrument 70, the other optical path enters the subject 8 via the optical fiber 64-2, and the photons scattered and transmitted through the subject 8 enter the optical multiplexer 70 via the optical fiber 68. The optical fiber 64-2 is provided with a delay element 66 by lengthening the optical fiber. The two optical pulses merged into a single optical path by the optical multiplexer 70 are detected by the detector 1
It is detected at 0 and is guided to the TAC 14 via the CFD 12. The other structure is the same as that shown in FIG.

【0024】この実施例では、(B)に示されるよう
に、被検体8を透過しないパルス光が基準光としてまず
検出され、その後、被検体8を透過してきたパルス光が
遅延要素66により設定された時間の遅れをもって検出
される。TAC14による検出結果を積算したものが
(B)に示されるものであり、それがデータとしてメモ
リに蓄えられる。
In this embodiment, as shown in (B), pulsed light that does not pass through the subject 8 is first detected as reference light, and then pulsed light that has passed through the subject 8 is set by the delay element 66. It is detected with a delay of time. The sum of the detection results by the TAC 14 is shown in (B), which is stored in the memory as data.

【0025】図7(A)はさらに他の実施例を表したも
のであり、波長の異なる2つの半導体レーザ2−1と2
−2がそれぞの光分波器62−1と62−2によって2
つの光路に分けられ、それぞれの一方の光路の光パルス
がそれぞれ減光器65−1,65−2を経て基準光とし
て光合波器70に導かれ、それぞれの他方の光路の光パ
ルスが観測光として被検体8に照射される。観測光を被
検体8に導く光ファイバにはそれぞれ光ファイバを長く
した遅延要素66−1と66−2が設けられている。ま
た、半導体レーザ2−2に発振信号を導く同軸ケーブル
は半導体レーザ2−1に発振信号を導く同軸ケーブルよ
り長くされることによって、遅延要素66−1より長い
遅延時間をもつ遅延要素30が設けられている。
FIG. 7A shows still another embodiment, in which two semiconductor lasers 2-1 and 2 having different wavelengths are used.
-2 is 2 by each optical demultiplexer 62-1 and 62-2.
The optical pulse is divided into two optical paths, and the optical pulse of each one optical path is guided to the optical multiplexer 70 as the reference light via the dimmers 65-1, 65-2, respectively, and the optical pulse of each other optical path is observed light. Is irradiated to the subject 8. The optical fibers that guide the observation light to the subject 8 are provided with delay elements 66-1 and 66-2, which are long optical fibers. Further, the coaxial cable that guides the oscillation signal to the semiconductor laser 2-2 is made longer than the coaxial cable that guides the oscillation signal to the semiconductor laser 2-1, so that the delay element 30 having a delay time longer than that of the delay element 66-1 is provided. Has been.

【0026】この実施例では、(B)に示されるよう
に、まず半導体レーザ2−1からの光パルスによる基準
光が検出され、つづいて半導体レーザ2−1からの光パ
ルスによる観測光が遅延要素66−1による遅延をもっ
て検出される。その後、遅延要素30による遅延をもつ
半導体レーザ2−2からの光パルスによる基準光が検出
され、その後、さらに遅延要素66−2の遅延をもって
半導体レーザ2−2からの光パルスによる観測光が検出
される。
In this embodiment, as shown in (B), first, the reference light by the optical pulse from the semiconductor laser 2-1 is detected, and then the observation light by the optical pulse from the semiconductor laser 2-1 is delayed. Detected with a delay due to element 66-1. After that, the reference light by the optical pulse from the semiconductor laser 2-2 having the delay by the delay element 30 is detected, and then the observation light by the optical pulse from the semiconductor laser 2-2 is detected by the delay by the delay element 66-2. To be done.

【0027】本発明は、特許請求の範囲に記載した発明
以外に次の態様を含んでる。 (1)各チャンネルは、光源からのパルス光の波長が異
なったものである。これにより、複数の波長の時間応答
波形を1つのTACで同時に又はほとんど同時に測定す
ることができる。 (2)各チャンネルは、被検体へのパルス光の入射位置
と被検体からの散乱透過光の受光位置との距離が異なっ
たものである。これにより、複数の測定ポイントでの時
間応答波形を1つのTACで同時に又はほとんど同時に
測定することができる。 (3)各チャンネルは、光源からのパルス光の波長が異
なったものと、被検体へのパルス光の入射位置と被検体
からの散乱透過光の受光位置との距離が異なったものと
を組み合わせたものである。これにより、例えば2波
長、2測定ポイントを組み合わせた4つの現象を1つの
TACで同時に又はほとんど同時に測定することができ
る。 (4)少なくとも1つのチャンネルとして、光源からの
パルス光が被検体を透過せずに直接検出器により受光さ
れて基準光となるものがさらに設けられている。これに
より、光源の変動や検出器の感度変動など、測定装置の
変化を測定光との時間ずれなしに、また時間の無駄なし
に観測することができる。そして、その基準光による検
出信号のデータにより被検体を透過した測定光による検
出信号のデータを割算することにより、光源や検出器の
時間的な変動による誤差を消去することができ、安定し
た測定が可能になる。
The present invention includes the following aspects in addition to the invention described in the claims. (1) Each channel has a different wavelength of pulsed light from the light source. This allows the time response waveforms of a plurality of wavelengths to be measured simultaneously or almost simultaneously with one TAC. (2) Each channel has a different distance between the incident position of the pulsed light on the subject and the light receiving position of the scattered transmitted light from the subject. This allows the time response waveforms at a plurality of measurement points to be measured simultaneously or almost simultaneously with one TAC. (3) Each channel is a combination of different wavelengths of the pulsed light from the light source and different distances between the incident position of the pulsed light on the subject and the receiving position of the scattered transmitted light from the subject. It is a thing. Thereby, for example, four phenomena in which two wavelengths and two measurement points are combined can be simultaneously or almost simultaneously measured by one TAC. (4) At least one channel is further provided in which the pulsed light from the light source does not pass through the subject and is directly received by the detector to serve as reference light. This makes it possible to observe changes in the measuring device, such as changes in the light source and changes in the sensitivity of the detector, without time lag from the measurement light and without wasting time. Then, by dividing the data of the detection signal by the measurement light transmitted through the subject by the data of the detection signal by the reference light, it is possible to eliminate the error due to the temporal fluctuation of the light source and the detector, which is stable. Measurement becomes possible.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明では被検体への光入射側と被検体
からの光出射側の少なくとも一方を複数のチャンネルと
するとともに、光検出器による各チャンネルの光子検出
までの時間が互いに重ならず、かつすべてのチャンネル
の光検出器による光子検出がTACの1回の作動時間領
域内に完了するように遅延要素を設けたので、複数の波
長の時間応答波形や複数の測定ポイントでの時間応答波
形を1つのTACで同時に又はほとんど同時に測定する
ことができるようになる。そして、1つの検出器、1つ
のTACですむことから、装置構成が簡単になり、安価
に実現できるようになる。また、照射光のパワーを上げ
ることなしに効率的なデータ収集も可能になる。
According to the present invention, at least one of the light incident side to the subject and the light emitting side from the subject has a plurality of channels, and the time until the photon detection of each channel by the photodetector overlaps each other. In addition, since a delay element is provided so that photon detection by the photodetectors of all channels is completed within one operation time region of the TAC, time response waveforms of multiple wavelengths and time at multiple measurement points are provided. It makes it possible to measure the response waveform with one TAC simultaneously or almost simultaneously. Since only one detector and one TAC are required, the device configuration becomes simple and can be realized at low cost. In addition, it is possible to collect data efficiently without increasing the power of irradiation light.

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

【図1】(A)及び(B)はそれぞれ従来の測定装置の
構成を示すブロック図である。
1A and 1B are block diagrams showing a configuration of a conventional measuring apparatus, respectively.

【図2】(A)及び(B)はそれぞれ実施例の構成を示
すブロック図である。
2A and 2B are block diagrams showing a configuration of an embodiment, respectively.

【図3】(A)及び(B)はそれぞれ他の実施例の構成
を示すブロック図であり、(C)はそれらの実施例にお
ける光分波器や光合成器に代わる分岐光ファイバを示す
斜視図である。
3A and 3B are block diagrams showing configurations of other embodiments, and FIG. 3C is a perspective view showing a branch optical fiber which replaces the optical demultiplexer and the optical combiner in those embodiments. It is a figure.

【図4】さらに他の実施例の構成を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of still another embodiment.

【図5】図4の実施例の動作を示す波形図である。5 is a waveform chart showing the operation of the embodiment of FIG.

【図6】(A)はさらに他の実施例の構成を示すブロッ
ク図であり、(B)はその動作を示す波形図である。
FIG. 6A is a block diagram showing the configuration of still another embodiment, and FIG. 6B is a waveform diagram showing the operation thereof.

【図7】(A)はさらに他の実施例の構成を示すブロッ
ク図であり、(B)はその動作を示す波形図である。
FIG. 7A is a block diagram showing the configuration of still another embodiment, and FIG. 7B is a waveform diagram showing the operation thereof.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2,2−1,2−2 半導体レーザ 4 発振器 8 被検体 10 検出器 14 TAC 30,32,38,42,58,66,66−1,66
−2 遅延要素
2,2-1,2-2 Semiconductor laser 4 Oscillator 8 Subject 10 Detector 14 TAC 30, 32, 38, 42, 58, 66, 66-1, 66
-2 delay element

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検体にパルス光を入射させる光源、被
検体での透過散乱光を受光する1個の光検出器、及び光
源でのパルス光発生時から前記光検出器による光子検出
までの時間を電圧として出力する1個の時間電圧変換器
を少なくとも備えて高速に変化する光現象の時間変化を
測定する装置において、 被検体への光入射側と被検体からの光出射側の少なくと
も一方を複数のチャネルとするとともに、前記光検出器
による各チャネルの光子検出までの時間が互いに重なら
ず、かつすべてのチャネルの前記光検出器による光子検
出が前記時間電圧変換器の1回の作動時間領域内に完了
するように遅延要素を設けたことを特徴とする時間分解
光計測装置。
1. A light source for making pulsed light incident on a subject, a photodetector for receiving transmitted scattered light at the subject, and from the time when pulsed light is generated at the light source to the photon detection by the photodetector. An apparatus for measuring a time change of a fast-changing light phenomenon, which is provided with at least one time-voltage converter that outputs time as a voltage, wherein at least one of a light incident side to a subject and a light emitting side from the subject is measured. In a plurality of channels, the time until the photon detection of each channel by the photodetector does not overlap with each other, and the photon detection by the photodetectors of all the channels is performed by one operation of the time-voltage converter. A time-resolved optical measuring device, characterized in that a delay element is provided so as to be completed within a time domain.
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